1
LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
PENYEARAH SATU FASA SETENGAH GELOMBANG
DAN GELOMBANG PENUH
disusun untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah praktikum Elektronika Daya Dosen Pembimbing : Siti Saodah
Tanggal Praktikum : 12 Oktober 2011 Tanggal Penyerahan Laporan : 26 Oktober 2011
disusun oleh ;
Chandra Andromeda H (091711039) Dhani Setya Putra (091711042)
Egi Suginawan (091711043) Erik Haryanto (091711044) Fikri Noor Fauzan (091711046)
Hesti Lestari (091711049) Rian Firdaus (091711055) Ridhwan Afif (091711056) Sugie Taofik Ramdan (091711061)
TEKNIK KONVERSI ENERGI
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2011
2
I. Tujuan Praktikum
Setelah melakukan praktikum, mahasiswa diharapkan dapat ;
1. Membentuk rangkaian penyearah ½ gelombang dan gelombang penuh 1 fasa 2. Mengetahui bentuk bentuk tegangan keluaran penyearah
3. Mengetahui fungsi kapasitor pada sistem penyearah
4. Menghitung ripple factor, form factor, dan efisiensi penyearah 1 fasa
II. Dasar Teori
A. Penyearah Setengah Gelombang Satu Fasa
Sebuah penyearah merupakan rangkaian yang mengkonversikan sinyal AC menjadi sinyal satu arah. Diode banyak digunakan pada penyearah. Penyearah setengah gelombang satu fasa merupakan jenis yang sederhana tetapi tidak biasa digunakan pada aplikasi industri. Namun demikian, penyearah ini berguna untuk memahami prinsip dari operasi penyearah. Selama tegangan masukan memiliki siklus setengah positif, diode D1 berkonduksi dan tegangan masukan muncul melalui beban. Selama tegangan masukan memiliki siklus setengah negatif, diode pada
kondisi tertahan (blocking condition) dan tegangan keluarannya nol. Bentuk
gelombang untuk tegangan masukan dan keluaran. Parameter Unjuk Kerja
Meskipun tegangan masukan adalah DC. bentuknya tidak kontinyu dan mengandung harmonisa. Penyearah merupakan prosesor daya yang memberikan tegangan keluaran dc dengan yang mengandung jumlah harmonis yang minimum. Pada saat yang sama, terkadang penyearah ini memiliki arus masukan sinusoidal yang sefasa dengan tegangan masukan sehingga faktor dayanya mendekati satu. Kualitas pemrosesan daya penyearah memerlukan arus masukan, tegangan keluaran, dan arus keluaran dengan kandungan harmonis yang pasti. Kita dapat menggunakan ekspansi deret Fourier untuk menentukan besarnya harmonis yang ada pada arus dan tegangan. Ada beberapa macam jenis rangkaian penyearah dan kinerja biasanya dihitung dengan parameter-parameter sebagai berikut:
Nilai rata-rata tegangan keluaran (beban). Vdc
Nilai rata-rata arus keluaran (beban), Idc
Keluaran daya dc.
Pdc = Vdc Idc
Nilai rms tegangan keluaran, Vrms
Nilai rms arus keluaran, Irms
Keluaran daya ac.
3
Efisiensi (rectification ratio) sebuah penyearah, yang merupakan contoh untuk
membandingkan efisiensi, yang didefinisikan sebagai :
=
ac dc
P P
Tegangan keluaran dapat dikatakan sebagai gabungan dua buah komponen: (1) nilai dc, dan (2) komponen ac atau ripple.
Nilai efektif (rms) komponen ac tegangan keluaran adalah
Vac = Vrms2 Vdc2
Faktor Bentuk (form factor) yang mengukur bentuk tegangan keluaran adalah
FF =
dc rms
V V
Faktor ripple (ripple factor) yang mengukur kandungan ripple, didefinisikan sebagai : RF =
dc ac
V V
Dengan mensubtitusi Persamaan (3-45) ke dalam Persamaan (3-47) maka faktor ripple dapat dinyatakan sebagai (3-48)
RF = 1 2 1 2 FF V V ac rms
Faktor kegunaan trafo (transformer utilization factor) didefinisikan
TUF = s s dc I V P
4 dengan Vr dan Is adalah tegangan rms dan arus rms trafo sekunder. Sekarang marl
kita perhatikan bentuk gelombang pada Gambar 1, dengan s adalah tegangan masukan sinusoidal, Is arus masukan instantaneous, dan adalah komponen
fundamentalnya
Jika 4 adalah sudut yang dibentuk antara komponen fundamental arus dan tegangan masukan, dan sudut disebut displacement angle, maka faktor
displacement didefinisikan
DF = cos
Faktor harmonis (harmonic factor) arus masukan didefinisikan
HF =
2 1 2 1 2 1 2 2 1 cos s s s s s I I I I I dengan Is1 adalah komponen fundamental arus masukan Is. Kedua Is1 dan Is
dinyatakan dalam rms. Faktor daya masukan didefinisikan PF = 1cos 1 cos s s s s s s I I I V I V
Crest Factor CF, yang mengukur arus masukan puncak Is (puncak) yang
dibandingkan dengan nilai rmsnya Is digunakan untuk menspesifikasi rating arus
puncak komponen dan divais. CF untuk arus masukan didefinisikan oleh CF = s puncak s I I Catatan
1. Faktor harmonis HF adalah ukuran distorsi bentuk gelombang dan biasanya disebut total harmonic distortions (THD).
2. Bila arus masukan berupa sinusoidal murni, Is1 = Is dan faktor daya PF sama
dengan faktor displacement DE Sudut displacement menjadi sudut impedansi = tan -1 (wL/R) untuk beban RL.
3. Faktor displacement DF sering disebut pula displacement power factor (DPF). 4. Penyearah ideal memiliki = 100%, Vac = 0, RF = 0, TUF = 1, HF = THD = 0, dan
PF = DPF = 1.
Perlu dicatat bahwa tegangan rata-rata VL induktor adalah nol dan tegangan
keluaran rata-rata adalah
VDC =
0 cos 0 2 sin 2 t V t td Vm m = Vm
t
cos 25 Arus beban rata-rata adalah Idc = Vdc/R.
Dapat diketahui dari Persamaan bahwa tegangan (dan arus) rata-rata dapat ditingkatkan dengan membuat = 0. Hal ini dimungkinkan dengan menambahkan diode freewheeling Dm seperti terlihat pada Gambar 1.2a yang ditunjukkan
dengan garis putus-putus. Adanya diode ini akan mencegah munculnya tegangan negatif pada beban; sehingga energi magnetik akan meningkat. Pada t = t1 = /w,
arus dari diode D1 dipindahkan ke Dm. Proses ini discbut komutasi pada diode.
Bentuk gelombangnya ditunjukkan pada Gambar 1.2c.
Gambar 1-2 Penyearah setengah gelombang dengan beban R dan RL . Bergantung pada konstanta waktu beban, arus beban dapat tidak kontinyu. Arus beban iL menjadi tidak kontinyu bila ada beban resistif dan akan
kontinyu dengan beban induktif. Kekontinyuan arus beban akan bergantung pada konstanta waktunya yaitu = L/R.
B. Penyearah Gelombang Penuh Satu Fasa
Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan trafo tap tengah ditunjukkan pada Gambar 2.1a. Tiap bagian trafo dengan diode yang berhubungan berfungsi sebagai penyearah setengah gelombang. Keluaran penyearah gelombang penuh
6 ditunjukkan pada Gambar 2.1b. Karena tidak ada arus dc yang mengalir melalui trafo maka tidak ada masalah saturasi dc pada inti trafo. Tegangan keluaran rata-rata adalah Vdc = m m T m V V ttdt V T 0,6366 2 sin 2 / 0
Selain menggunakan trafo tap tengah, kits dapat menggunakan empat buah diode seperti pada Gambar 2.2a. Selama tegangan masukan mengalami siklus setengah positif, daya disuplai ke beban melalui diode D1 dan D2. Pada saat siklus negatif,
diode D3 dan D4 yang konduksi. Bentuk gelombang untuk tegangan keluaran
ditunjukkan pada Gambar 2.2b yang serupa dengan Gambar 2.1b. Tegangan balik puncak diode hanya Vm. Rangkaian ini dikenal sebagai jembatan penyearah
(bridge rectifier), dan sangat sering digunakan pada aplikasi
7 Gambar 2-2 Jembatan penyearah gelombang penuh.
8
III. Alat yang digunakan
1. Modul dioda 1 buah 2. Oscilloscope 1 buah 3. Modul power supply 1 buah
4. Voltmeter 2 buah
5. Ampere meter 2 buah 6. Beban resistor 1 buah 7. Kapasitor 10 mF 1 buah
8. Fuse 1 buah
IV. Gambar Rangkaian
A. Penyearah ½ Gelombang penuh 1 fasa
9
V. Prosedur Praktikum
1. Membuatlah rangkaian percobaan ½ gelombang satu fasa tanpa menggunakan kapasitor.
2. Mengatur beban sesuai petunjuk dan mencatat meter – meternya pada tabel data yang telah tersedia dan menggambarkan bentuk gelombang tegangan input dan outputnya.
3. Memasang kapasitor pada rangkaian dan ulangi percobaan 2
4. Membuat rangkaian percobaan gelombang penuh 1 fasa tanpa menggunakan kapasitor (seperti pada gambar).
5. Mengulangi langkah percobaan 2 dan 3.
VI. Data Pengamatan
A. Penyearah ½ Gelombang 1 Fasa Tanpa Kapasitor
no Vin (AC) Vout (DC) Iin (AC) Iout (DC) 1 30 12.4 1.5 0 2 30 12.5 1.25 0.5 3 30 12.4 0.75 0.3799 4 30 12.5 0.45 0.3199 5 30 12.4 1 0.4
B. Penyearah ½ Gelombang 1 Fasa dengan Kapasitor
no Vin (AC) Vout (DC) Iin (AC) Iout (DC) 1 30 27 4.55 1.9 2 30 30 3.8 1.5 3 30 30 3.255 1.3 4 30 30 2.9 1.1 5 30 33 2.3 0.9
C. Penyearah Gelombang Penuh 1 Fasa Tanpa Kapasitor
no Vin (AC) Vout (DC) Iin (AC) Iout (DC) 1 4 1.8 0.2 0.1 2 4 1.6 0.08 0.07 3 4 1.4 0.12 0.09 4 4 2 0.02 0.07 5 4 1.8 0.22 0.11
10 D. Penyearah Gelombang Penuh 1 Fasa dengan Kapasitor
no Vin (AC) Vout (DC) Iin (AC) Iout (DC) 1 3 2.2 0.39 0.14 2 3 2.4 0.38 0.13 3 3 2.6 0.34 0.12 4 3 2.8 0.3 0.1 5 3 3 0.25 0.09
VII. Pengolahan Data
a. Penyearah ½ gelombang 1 fasa tanpa kapasitor
Vav = 0.318 Vmax
Vrms = ½ Vm
30 = ½ Vm
Vm = 60 V
Vav = 0.318 Vm
= 0.318 (60)
= 19.08 Volt
Efisiensi penyearah = ((Vav)
2/ (Vrms)
2)x100%
= ((19.08)
2/ (30)
2)x100%
= 40.45 %
Ripple Factor (Rf)
= {[(Vrms)
2/ (Vdc)
2]-1}
1/2=
{[(30)
2/ (12.4)
2]-1}
1/2= 2.303 x 100%
= 230.3 %
Faktor bentuk (FF)
= Vrms / Vdc
= 30 / 12.4
= 2.419 x 100%
= 241.9 %
Tabel hasil Perhitungan
no Vin (AC) Vout (DC) η (%) Ripple Factor Form Factor 1 30 12.4 40.45% 220.3% 241.9 2 30 12.5 40.45% 218.2% 240 3 30 12.4 40.45% 220.3% 241.9 4 30 12.5 40.45% 218.2% 240 5 30 12.4 40.45% 220.3% 241.9
11
b. Penyearah ½ gelombang 1 fasa dengan kapasitor
Vav = 0.318 Vmax
Vrms = ½ Vm
30 = ½ Vm
Vm = 60 V
Vav = 0.318 Vm
= 0.318 (60)
= 19.08 Volt
Efisiensi penyearah = ((Vav)
2/ (Vrms)
2)x100%
= ((19.08)
2/ (30)
2)x100%
= 40.45 %
Ripple Factor (Rf)
= {[(Vrms)
2/ (Vdc)
2]-1}
1/2=
{[(30)
2/ (27)
2]-1}
1/2= 0.484 x 100%
= 48.4 %
Faktor bentuk (FF)
= Vrms / Vdc
= 30 / 27
= 1.111 x 100%
= 111.1 %
Tabel hasil perhitungan
no Vin (AC) Vout (DC) η (%) Ripple Factor Form Factor 1 30 27 40.45% 48.4% 111.10% 2 30 30 40.45% 0.0% 100% 3 30 30 40.45% 0.0% 100% 4 30 30 40.45% 0.0% 100%
c. Penyearah gelombang penuh 1 fasa tanpa kapasitor
Vav = 0.318 Vmax
Vrms = Vm / √2
4 x √2 = Vm
Vm = 5.66 V
Vav = 0.637 Vm
= 0.637 (5.66)
= 3.603 V
12
= ((3.603)
2/ (4)
2)x100%
= 81.135 %
Ripple Factor (Rf)
= {[(Vrms)
2/ (Vdc)
2]-1}
1/2=
{[(4)
2/ (1.8)
2]-1}
1/2= 1.985 x 100%
= 198.5 %
Faktor bentuk (FF)
= Vrms / Vdc
= 4 / 1.8
= 2.222 x 100%
= 222.2 %
Tabel hasil perhitungan
no Vin (AC) Vout (DC) η (%) Ripple Factor Form Factor 1 4 1.8 81.135 198.5% 222.2 2 4 1.6 81.135 229.1% 250 3 4 1.4 81.135 267.6% 285.7 4 4 2 81.135 173.2% 200 5 4 1.8 81.135 198.5% 222.2
d. Penyearah gelombang penuh 1 fasa dengan kapasitor
Vav = 0.318 Vmax
Vrms = Vm / √2
3 x √2 = Vm
Vm = 4.24 V
Vav = 0.637 Vm
= 0.637 (4.24)
= 2.7 V
Efisiensi penyearah = ((Vav)
2/ (Vrms)
2)x100%
= ((2.7)
2/ (3)
2)x100%
= 81 %
Ripple Factor (Rf)
= {[(Vrms)
2/ (Vdc)
2]-1}
1/2=
{[(3)
2/ (1.8)
2]-1}
1/2= 0.927 x 100%
= 92.7 %
Faktor bentuk (FF)
= Vrms / Vdc
13
= 3 / 1.8
= 1.667 x 100%
= 166.7 %
Tabel hasil perhitungan
no Vin (AC) Vout (DC) η (%) Ripple Factor Form Factor 1 3 2.2 81 92.7% 136.4 2 3 2.4 81 75.0% 125 3 3 2.6 81 57.6% 115.4 4 3 2.8 81 38.5% 107.1 5 3 3 81 0.0% 100
IX. Gambar Hasil Praktikum
14
b. Penyearah ½ gelombang 1 fasa dengan kapasitor
15
16
X. Pembahasan
Pada percobaan kali ini adalah penyearahan satu fasa ½ gelombang
penuh dan gelombang penuh. Penyearah yang digunakan adalah
dioda. Dioda semikonduktor telah banyak dipakai didalam sirkuit
sirkuit elektronika. Pada sistem penyearah satu fasa baik daya kecil
maupun daya besar peranan dioda sangat menentukan. Pada
penyearahan ini yang diperhatikan adalah efisiensi, form factor,
ripple factor . penyearahan yang dilakukan menggunakan 2 beban
yakni beban resistor dan beban resistor kapasitor secara pararel.
Percobaan pertama yang dilakukan adalah menyearahkan
tegangan satu fasa ½ gelombang. Pada percobaan ½ gelombang
dengan beban resistor didapatkan efisiensi rata rata 40,45% dan
ripple factor rata rata adalah 219,5% serta untuk rata rata form
factor 241,14 %.
Percobaan kedua yang dilakukan adalah menyearahkan tegangan
satu fasa ½ gelombang. Pada percobaan ½ gelombang dengan
beban resistor kapasitor didapatkan efisiensi rata rata 40,45% dan
ripple factor rata rata adalah 6,2% dengan ripple maksimum 48%
dan beberapa gelombang memiliki ripple 0% dan untuk rata rata
form factor kurang lebih 100%.
Pada beban resistor ripple factor dan form factor cenderung lebih
besar sedangkan pada beban resistor kapasitor ripple factor dan
form factor cenderung lebih baik, maka dapat disimpulkan bahwa
kapasitor dapat berfungsi sebagai penyearah bantuan dalam
praktikum ini. Pada beban resistor kapasitor ada beberapa data
yang menunjukan ripple factor 0%, hal ini disebabkan karena
tegangan Vm input (AC) = Vm output (DC) hal ini berarti
gelombang 100% lurus atau DC ideal. Hal ini dapat dilihat dari form
factor yang memiliki nilai 100% namun hal ini hamper tidak
mungkin dikarenakan tegangan input ≠ tegangan output yang
berarti ada kesalahan pembacaan parameter tegangan pada alat
ukur.
17
Percobaan ketiga yang dilakukan adalah menyearahkan tegangan
satu fasa gelombang penuh. Pada percobaan gelombang penuh
dengan beban resistor didapatkan efisiensi rata rata 81% dan ripple
factor rata rata adalah 213% serta untuk rata rata form factor
236%.
Percobaan keempat yang dilakukan adalah menyearahkan
tegangan satu fasa gelombang penuh. Pada percobaan gelombang
penuh dengan beban resistor kapasitor didapatkan efisiensi rata
rata 81% dan ripple factor rata rata adalah 52% dengan ripple
maksimum 92,7% dan gelombang terakhir memiliki ripple 0% dan
untuk rata rata form factor kurang lebih 110%.
Pada percobaan gelombang penuh hampir sama dengan
percobaan setengah gelombang. Kapasitor berfungsi sebagai
penyearah bantuan dan ripple factor 0% juga terdapat kesalahan
pembacaan parameter pada alat ukur. Jika dibandingkan dengan
percobaan setengah gelombang, percobaan gelombang penuh
terlihat lebih realistis. Hal ini ditunjukan dengan nilai ripple factor
yang tidak mencapai 0% dan nilai form factor yang tidak mencapai
100%.
XI. Kesimpulan
Ripple factor maksimum penyearah ½ gelombang tanpa
kapasitor adalah 220,3 %
Form factor maksimum penyearah ½ gelombang tanpa
kapasitor adalah 241,9 %
Ripple factor maksimum penyearah ½ gelombang resistor
kapasitor adalah 48,4 %
Form factor maksimum penyearah ½ gelombang resistor
kapasitor adalah 111,1%
Ripple factor maksimum penyearah gelombang penuh tanpa
kapasitor adalah 229,1 %
18
