Pelajari tentang Single Phase Rectifier

(1)

Single Phase Rectifier

(2)

2

Single-Phase Rectifier Single-Phase Rectifier

• Half Wave:Half Wave:

– Beban Resistive:

• tegangan rata-rata

• Tegangan rms – Beban Inductive

– Freewheeling Diode

• Full Wave:Full Wave:

– Performance parameter:

• tegangan rata-rata

• Tegangan rms

• harmonisa – Filter:

• Inductor (L)

• Capacitor (C)

• LC

(3)

Half Wave Rectifier Half Wave Rectifier

 

 

 m m avg

o dc

t V td V

V

V  ^ 





0

2 sin 1

 

2 2 2 cos 1 2

1 2

1

2 sin 1

2 1

0 0

2

m m

m rms

t V V

t d t V

V

 



 



 



 

 







 



 

R I V

I_dc  _o__avg  ^o^^avg

R I_rms  V^rms

=

(4)

4

Inductive Load Inductive Load



=+

 



^ ^







 











 ^



^

cos 2 1

2 sin 1

0 m

m avg

o dc

V

t td V

V V

• Pada periode positif, inductor di- charge

•Saat t=, arus di induktor masih tersisa shg diode tetap menyala

•Diode off setelah arus Io turun mencapai 0 pada t==(+)

(5)

Inductive Load Inductive Load

• Persamaan arus Io dapat dicari dari respon waktu:

– Arus steady state (iSS)

– Arus transient (i_TR)

– Arus Total, i = i_SS + i_TR



^

 ^

^

^

^ ^^^ ^^^

 ^

R t L

X R

i V

L m SS

 



 ¹

2

2 sin , tan

Lt R

TR Ae

i dt iR

L di   ^

 , 0



 



  

  sin( ) ^ sin

2

2 ^m t  e ^R^L^t 

X R

i V



=+

(6)

6

Free Wheeling Diode Free Wheeling Diode

• Selama periode positive, inductor di-charge

• Pada periode negative, diode Df on dan arus mengalir ke R. Inductor di- discharge

• Diode utama off tepat pada t=

(7)

Full Wave Rectifier Full Wave Rectifier

• Single Phase Full Bridge Rectifier:

– Uncontrolled – Semi Controlled – Fully Controlled

• Macam Filter:

– Beban R murni – Filter L

– Filter C – Filter LC

(8)

8

Uncontrolled Rectifier Beban R Uncontrolled Rectifier Beban R

• Performance Parameters:

– Tegangan dan arus rata- rata

– Tegangan dan arus rms – Ripple

– Harmonisa

(9)

Tegangan rata-rata Tegangan rata-rata

• Tegangan dan arus output rata-rata



^ ^



 ^

 

 



0 0

sin 2 2

2

1 _m

m T

ave dc

t V td

V d

T f V

V

R I V

I_dc  _ave  ^ave

(10)

10

Tegangan rms Tegangan rms

• Tegangan dan arus output rms

 

sin 2 2

sin 2 1

0

2 2

0

2 m

m T

m rms

t V td V

t d t T V

V 



^ ^  _



^ ^ ^ 

R I_rms  V^rms

R I V

V

P

_dc _ave _ave ^ave



2



R I V

V

P

_ac _rms _rms ^rms



2



^ac

dc

P

 P



(11)

Ripple Ripple

• Ripple atau riak gelombang adalah distorsi yang

menyebabkan tegangan dc menjadi tidak murni

• Tegangan dc tak murni = tegangan dc + ripple

• Besaran ripple:

– Ripple factor (RF) – Peak-to-Peak Ripple

V_dc Vripple

(12)

12

Ripple Factor Ripple Factor

1

2

 



 



 

ave rms

V RF V

• Ripple Factor

– Benilai Nol apabila berupa gelombang DC murni

– Bisa bernilai lebih dari 100%

• Gelombang dc murni mempunyai harga rata- rata=rms

(13)

Peak-to-Peak Ripple Peak-to-Peak Ripple

• Besar riak gelombang dinyatakan dalam selisih harga tertinggi dan terendah komponen ac-nya.

• Dinyatakan sebagai % terhadap harga rata-rata

• Contoh gambar disamping:

– Teg. V_ave=10 volt – V_pp-rip = 2 volt (20%) – V_max=V_ave+½V_pp-rip – V_min=Vave-½Vpp-rip

(14)

14

Harmonisa Harmonisa

• Harmonisa:

– gelombang sinusoida yang mempunyai

frekuensi kelipatan integer dari frekuensi utama

• Sinusoida dg frek utama

Komponen fundamental (harmonisa ke-1)

• Sinusoida dg frek 2x frek utama Harmonisa ke 2

• Dan seterusnya

(15)

Harmonisa Tegangan Output Harmonisa Tegangan Output

• Contoh:

• Tegangan output

uncontrolled rectifier beban R murni

 

 



Vm

d f

a 2

) 2 (

1 ²

0

0 









 )  ( )  sin 0  t 

( v t V

_m

t

f

  

 

^

  

 



,...

4 , 2 2

0 1 1

1 ) 4

cos(

) 1 (

n m

n n n

d V n f

a    





^

 ^   



2

0

0 )

sin(

) 1 (

d n f

b_n

 

^ ^ ²^V ^ ⁴^V ^ ^ ⁴^V ^ ^

(16)

16

Spektrum dan Harmonic factor Spektrum dan Harmonic factor

• Besaran untuk mengukur harmonisa:

• Harmonic Factor (HF) atau

• Total harmonic Distortion (THD)

2 4 2

3 2

2 1

1 V V V

HF V

THD    

2

...

3 2

2 2

1

  

 V V V

V

_rms

2 1 2

1

1 V V

HF V

THD   _rms 

Harmonic Spectrum 0 2 4 6 8 n

^m V 2

(17)

Uncontrolled Rectifier dg Filter L Uncontrolled Rectifier dg Filter L

• Filter L berfungsi untuk meratakan arus

• Untuk L=tak terhingga, arus dc menjadi rata. Arus input berupa gelombang

persegi

• Besar V_pp-rip diestimasi dari komponen harmonisa

• Tegangan bridge (V_bridge) adalah tegangan dc rectifier beban R murni

• Tegangan output (V_dc) yaitu

Z R R V

I V

n n bridge n

R n

dc 



 



 

 ₍ ₎ ⁽ ⁾

) (

fnL R

Z  ²  2

(18)

18

Contoh Filter L Contoh Filter L

• Hitunglah tegangan ripple peak-to-peak (V) suatu rectifier fullwave :

– Sumber Vac=100 V, 50 Hz – Beban R=4

– Filter L=9.55mH

• Ada 2 macam penyelesaian:

1. Dicari response arus I(t)=Isteady-state + I_transient 2. Diestimasi dari

harmonisa

(19)

Estimasi Harmonisa Estimasi Harmonisa

n V_bride  Z ,

R=4;L=9.55mH

I=V/Z V_R=IR

0 90 4 22.5 90

2 60 7.2 8.3 33.2

4 12 12.6 0.95 3.8

6 5.1 18.4 0.28 1.12

V_ave = 90 volt

V_p-rip = (33.2²+3.8²+1.12²)^1/2 = 33.4 V_max=123.4 V V =56.6 V

(20)

20

Hasil Simulasi Filter L

(21)

Uncontrolled Rectifier dg Filter C Uncontrolled Rectifier dg Filter C

• Filter C berfungsi untuk meratakan tegangan output

• Sepasang diode akan on saat capasitor charging

• Diode off sesaat setelah tegangan mencapai

maksimum

• Diode tetap off dan Capacitor discharge mencatu beban

• Tegangan mencapai

minimum sebelum diode on dan charging lagi

(22)

22

Contoh Filter C Contoh Filter C

• Hitunglah tegangan ripple peak-to-peak (V) suatu rectifier fullwave dengan:

– Sumber Vac=70.71 V, 50 Hz – Beban R=20

– Filter C=5000 mikro Farad

• Ada 2 macam penyelesaian:

1. Dicari response arus I(t)=Isteady-state + I_transient

2. Diestimasi dengan Deret Taylor

(23)

Estimasi Deret Taylor Estimasi Deret Taylor

• Capacitor Discharge voltage:

RC t m

dis

V e

V





• Deret Taylor, untuk x<<1

x e

^^x

 1 



 

 

 RC

V t V_dis _m 1

(24)

24

Tegangan Ripple Filter C Tegangan Ripple Filter C

• Untuk penurunan tegangan discharge yang kecil maka

tT/2, shg:

RC V t

V

V_min  _max  _max

RC V T

V

V^min  ^max  ^max 2

fRC V V

V

V 2

min max

max  





005 .

0

* 20

* 50

* 2

 100

V

Volt V  10



Jadi tegangan ripple- nya (peak-to-peak) = 10 volt

V V V

90 V

100

min max



(25)

Hasil Simulasi Filter C

(26)

26

Tugas Tugas

Kerjakan 7 Soal di bawah ini

(27)

Pelajari tentang Single Phase Rectifier

Single Phase Rectifier

Single Phase Rectifier

Single-Phase Rectifier Single-Phase Rectifier

Half Wave Rectifier Half Wave Rectifier



 





Inductive Load Inductive Load

 







Inductive Load Inductive Load



 



Free Wheeling Diode Free Wheeling Diode

Full Wave Rectifier Full Wave Rectifier

Uncontrolled Rectifier Beban R Uncontrolled Rectifier Beban R

Tegangan rata-rata Tegangan rata-rata





Tegangan rms Tegangan rms





R I V

V

P





R I V

V

P





P

 P



Ripple Ripple

Ripple Factor Ripple Factor

1

 



 



 

V RF V

Peak-to-Peak Ripple Peak-to-Peak Ripple

Harmonisa Harmonisa

Harmonisa Tegangan Output Harmonisa Tegangan Output











 )  ( )  sin 0  t 

( v t V

t

f

  

 



 

Spektrum dan Harmonic factor Spektrum dan Harmonic factor

...

  

 V V V

V

Uncontrolled Rectifier dg Filter L Uncontrolled Rectifier dg Filter L

Contoh Filter L Contoh Filter L

Estimasi Harmonisa Estimasi Harmonisa

Hasil Simulasi Filter L

Hasil Simulasi Filter L

Uncontrolled Rectifier dg Filter C Uncontrolled Rectifier dg Filter C

Contoh Filter C Contoh Filter C

Estimasi Deret Taylor Estimasi Deret Taylor

V e

V

 ^

^