Paper Title (use style: paper title)
PENYEARAH 6 PULSA MENGGUNAKAN DIODADENGAN TEGANGAN OUTPUT
MAKSIMAL 380 VOLT DCSekar Ayu TunjungsariPengampu: Djodi
AntonoPoliteknik Negeri SemarangJurusan Teknik Elektro Program
Studi Teknik ListrikJln. Prof. Sudarto Tembalang Semarang
[email protected]
Abstrak- Elektronika Daya adalah bidang ilmu yang mengembangkan
sistem pengonversi energi listrik menggunakan saklar-saklar
semikonduktor. Sistem pengonversi energi merupakan rangkaian
elektronik yang berfungsi mengendalikan aliran energi, misalnya
dari ac ke dc, dari dc ke ac, memperbaiki kualitas tegangan dan
sebagainya. Perangkat pengonversi energi listrik banyak digunakan
di sektor rumah tangga, industri, sistem ketenaga-listrikan,
misalnya peralatan pengisi baterai telepon seluler, Uninterruptible
Power Supply (UPS), filter aktif dan sebagainya. Seiring dengan
kemajuan teknologi, sistem pengonversi energi telah mengalami
kemajuan yang sangat cepat dalam beberapa dasawarsa terakhir. Pada
awalnya, tegangan dc diperoleh langsung dari suatu generator dc,
atau dari motor ac yang digandeng dengan generator dc. Perkembangan
berikutnya, digunakan sebuah transformator yang dilengkapi dengan
diode sebagai penyearah tegangan. Pada akhir abad 20 dan awal abad
21, peralatan penyearah tegangan telah berubah menjadi sebuah kotak
kecil yang berukuran 70% dibanding sistem dengan kapasitas sama
menggunakan transformator, atau berukuran hanya 10% dibanding
generasi motor-generator. Apa yang dimaksud rangkaian penyearah?
Apa kompenen yang dibutuhkan dalam rangkaian penyearah? Semuanya
akan dibahas pada makalah ini.Keywords dioda, penyearah, gelombang
ac dc, enam pulsa, elektro, listrik.
I. PENDAHULUAN
Aplikasi rangkaian penyearah banyak digunakan untuk kepentingan
peralatan rumah tangga dan industri. Perangkat yang banyak
digunakan pada peralatan konversi daya listrik yang besar seperti :
saluran transmisi daya listrik, jaringan distribusi daya listrik,
pengaturan motor listrik secara elektronis di industri, pengatur
pemanas air, pengubah daya listrik AC menjadi DC, charger baterai
pada peralatan industri, dan lain sebagainya.Dalam kehidupan
sehari-hari aplikasinya dapat dilihat pada UPS (Uninterabable Power
Supply), catu daya untuk laptop, notebook dan komputer, pengatur
tingkat keterangan lampu, peredup lampu (dimmer), pengatur pemanas,
pengatur cahaya, ballast elektronik pada lampu neon, relai-relai
elektronik, pemutus tenaga, sistem elektronis dalam mobil dan
wahana ruang angkasa. Hampir semua pembangkit listrik menghasilkan
listrik dalam bentuk listrik arus bolak-balik (Alternating
Current). Akan tetapi sebagian besar peralatan rumah tangga
menggunakan energi listrik dalam bentuk listrik arus searah. Oleh
karenanya kita memerlukan adapter arus atau penyearah. Penyearah
adalah rangkaian elektronika yang berfungsi menyearahkan gelombang
arus listrik. Arus listrik yang semula berupa arus bolak-balik (AC)
jika dilewatkan rangkaian Penyearah akan berubah menjadi arus
searah (DC).Penyearah ini berfungsi untuk melewatkan gelombang
listrik dalam satu arah saja. Penyearah terbagi menjadi penyearah
setengah gelombang 1 phasa, penyearah gelombang penuh 1 phasa,
penyearah setengah gelombang 3 phasa dan penyearah gelombang penuh
3 phasa. Pada sistem penyearah 3 phasa sendiri terdapat berbagai
konfigurasi, yaitu 3 pulsa, 6 pulsa, 12 pulsa, 18 pulsa bahkan 24
pulsa. Komponen penyusunnya pun berbeda-beda. Penyearah dapat
disusun menggunakan thyristor dan dioda. Penyearah dengan diode
sering disebut penyearah tanpa kendali, artinya tegangan output
yang dihasilkan tetap tidak bisa dikendalikan. Penyearah dengan
thyristor termasuk penyearah terkendali, artinya tegangan output
yang dihasilkan bias diatur dengan pengaturan penyalaan sudut
sesuai dengan kebutuhan. Makalah ini hanya akan berfokus pada
penyearah menggunakan dioda. Lebih khususnya yaitu penyearah 6
pulsa menggunakan dioda.
II. PEMBAHASANA. diodaDioda ialah jenis VACUUM tube yang
memiliki dua buah elektroda. Struktur dan skema dari dioda dapat
dilihat padagambardi dibawah.
Gambar 1. Struktur Dioda Tabung
Gambar 2. Bentuk fisik dan lambang dioda
Pada dioda, plate diletakkan dalam posisi mengelilingi katoda
sedangkanheaterdisisipkan di dalam katoda. Elektron pada katoda
yang dipanaskan oleh heater akan bergerak dari katoda menuju
plate.Untuk dapat memahami bagaimana cara kerja dioda pada
rangkaian Elektronik kita dapat meninjau 3 situasi sebagai berikut
ini yaitu :a. Dioda diberi tegangan nolb. Dioda diberi tegangan
negativec. Dioda diberi tegangan positive
a. Dioda Diberi Tegangan NolKetika dioda diberi tegangan nol
maka tidak ada medan listrik yang menarik elektron dari katoda.
Elektron yang mengalami pemanasan pada katoda hanya mampu melompat
sampai pada posisi yang tidak begitu jauh dari katoda dan membentuk
muatan ruang (Space Charge). Tidak mampunyai elektron melompat
menuju katoda disebabkan karenaenergiyang diberikan pada elektron
melalui pemanasan oleh heater belum cukup untuk menggerakkan
elektron menjangkau plate.
b. Dioda Diberi Tegangan NegativeKetika dioda diberi tegangan
negatif maka potensial negatif yang ada pada plate akan menolak
elektron yang sudah membentuk muatan ruang sehingga elektron
tersebut tidak akan dapat menjangkau plate sebaliknya akan
terdorong kembali ke katoda, sehingga tidak akan ada arus yang
mengalir.
Gambar 3. Dioda diberi bias mundur
c. Dioda Diberi Tegangan PositiveKetika dioda diberi tegangan
positif maka potensial positif yang ada pada plate akan menarik
elektron yang baru saja terlepas dari katoda oleh karena emisi
thermionic, pada situasi inilah arus listrik baru akan terjadi.
Seberapa besar arus listrik yang akan mengalir tergantung daripada
besarnya tegangan positif yang dikenakan pada plate. Semakin besar
tegangan plate akan semakin besar pula arus listrik yang akan
mengalir.Oleh karena sifat dioda yang seperti ini yaitu hanya dapat
mengalirkan arus listrik pada situasi tegangan tertentu saja, maka
dioda dapat digunakan sebagai penyearah arus listrik (rectifier).
Pada kenyataannya memang dioda banyak digunakan sebagai penyearah
tegangan AC menjadi tegangan DC pada rangkaian Elektronik.
Gambar 4. Dioda diberi bias maju
B. RANGKAIAN PENYEARAHRangkaian penyearah gelombang merupakan
rangkaian yang berfungsi untuk merubah arus bolak-balik
(Alternating Current / AC) menjadi arus searah (Direct Current /
DC). Komponen elektronika yang berfungsi sebagai penyearah adalah
dioda, karena dioda memiliki sifat hanya memperbolehkan arus
listrik melewatinya dalam satu arah saja. Dalam pengaplikasian
peralatan elektronik dengan sumber tegangan 3 fasa diperlukan
adanya rangkaian penyearah tegangan. Penyearah tegangan 3 fasa
sendiri mempunyai 2 jenis yaitu penyearah terkendali dan penyearah
tak terkendali. Penyearah terkendali menggunakan komponen tyristor
sedangkan penyearah tak terkendali menggunakan komponen dioda.
Dengan kedua komponen tersebut juga dapat diatur berapa jumlah
pulsa keluarannya, dengan 3 buah komponen akan menghasilkan
gelombang keluaran 3 pulsa atau setengah gelombang, sedangkan
dengan 6 buah komponen akan menghasilkan gelombang keluaran 6 pulsa
atau gelombang penuh. Ada pula penyearah yang menggunakan 12
komponen atau lebih semisal 18 dan 24. Semakin banyak jumlah
komponen yang digunakan untuk menyearahkan gelombang tegangan 3
fasa maka semakin lembut dan sedikit ripple pada gelombang yang
telah disearahkan. Terkadang metode penyearahan (rectification) ini
diberi nama berdasarkan jumlah pulsa tegangan DC yang dihasilkan
setiap 1 periode sinyal input AC (360o). Misalkan pada rangkaian
penyearah setengah gelombang fasa tunggal, rangkaian tersebut
diberi namapenyearah 1 pulsa(1 pulse rectifier) karena rangkaian
tersebut menghasilkan satu pulsa tegangan DC untuk tiap 1 periode
tegangan inputnya.Sedangkan penyearah gelombang penuh fasa tunggal
disebut denganpenyearah 2 pulsa(2 pulse rectifier) karena rangkaian
ini menghasilkan dua pulsa DC tiap 1 periode sinyal inputnya.
Berdasarkan penamaan ini, maka penyearah gelombang penuh 6 fasa
disebut denganpenyearah 6 pulsa.
C. PENYEARAH 6 PULSA MENGGUNAKAN DIODA
Gambar 5. Rangkaian Penyearah Tiga-Fasa Gelombang-Penuh
Penyearah diode gelombang penuh tiga phasa yang juga dikenal dengan
nama penyearah tiga phasa, enam pulsa tidak terkendali
(B6U).Penyearah diode gelombang penuh tiga phasa menggunakan sistem
jembatan dengan enam buah diodeD1,D3, danD5 katodanya disatukan
sebagai terminal positif.DiodeD4,D6, danD2 anodanya yang disatukan
sebagai terminal negatif (Gambar 5). Masing-masing line dari sistem
tiga fasa sumber dihubungkan diantara sepasang dioda : satu dioda
menyediakan jalan menuju kutub positif dari beban dan satu dioda
lainnya menyediakan jalan menuju kutub negatif dari beban. Bahkan
sistem yang lebih dari 3 fasa ini juga bisa menggunakan rangkaian
penyearah model ini. Seperti rangkaian penyearah 6 fasa pada
(gambar 7) Pada penyearah 6 pulsa urutan konduksi dari keenam diode
dapat dilihat dari siklus gelombang sinusoida yang konduksi secara
bergantian. Konduksi dimulai dari diodeD1 +D6 sepanjang sudut
komutasi 60. Berturut-turut disusul diodeD1 +D2, lanjutnya diodeD3
+D2, urutan keempatD3 +D4, kelimaD5 +D4 dan terakhirD5 +D6 (Gambar
6). Jelas dalam satu siklus gelombang tiga phasa terjadi enam kali
komutasi dari keenam diode secara bergantian dan bersama-sama.
Tegangan DC yang dihasilkan memiliki enam pulsa yang dihasilkan
oleh masing-masing dioda tersebut.Untuk lebih jelasnya dapat
dilihat pada grafik output berikut.
Gambar 6. Sinyal Input dan Output Penyearah Tiga-Fasa
Gelombang-Penuh.
Gambar 7. Rangkaian Penyearah Enam-Fasa Gelombang-PenuhKetika
tegangan AC polifasa disearahkan, beda fasa dari masing-masing
pulsanya akan saling menindih satu sama lain sehigga menghasilkan
tegangan DC yang lebih halus (riak tegangan DC nya lebih kecil)
dari pada sinyal yang dihasilkan dari penyearah tegangan AC fasa
tunggal. Tegangan DC yang dihasilkan halus karena tegangan riak
(ripple) kecil dan lebih rata. Maka semakin banyak dioda yang
digunakan, semakin banyak pulsa yang dihasilkan dan semakin halus
riak gelombangnya.
Berikut adalah rangkaian penyearah 6 pulsa dengan berbagai macam
beban.a. Beban Resitif
Gambar 8. Rangkaian Penyarah 6 Pulsa Beban Resitif
Gambar 9. Gelombang Input dan Output Penyarah 6 Pulsa Beban
Resitif
b. Beban Induktif
Gambar 10. Rangkaian Penyarah 6 Pulsa Beban Induktif
Gambar 11. Gelombang Input dan Output Penyarah 6 Pulsa Beban
Induktif
c. Beban Capasitif
Gambar 12. Rangkaian Penyarah 6 Pulsa Beban Capasitif
Gambar 13. Gelombang Input dan Output Penyarah 6 Pulsa Beban
CapasitifSalah satu penerapan penyearah 6 pulsa adalah sebagai
dimmer lampu, dimana arus DC yang dihasilkan dari penyearah akan
diaplikasikan sebagai sumber dari lampu.a. Gambar Rangkaian
Gambar 14. Rangkaian Penerapan Penyearah 6 Pulsa Menggunakan
Dioda sebagai Dimmer Lampub. Prinsip KerjaArus dari sumber 3 fasa
dialirkan menuju dioda melalui penghantar u, v, dan w. Sebelum
memasuki dioda, arus yang terbentuk masih berupa arus AC. Kemudian
setelah melalui rangkaian jembatan 6 dioda, yaitu pada io arusnya
akan berbentuk DC. Pada rangkaian diberi potensiometer dan lampu
indikator DC sebagai aplikasi penerapan penyerah 6 pulsa. Lampu
indikator akan menyala jika arus yang mengaliri berupa arus DC.
Lampu indikator digunakan sebagai indikasi bahwa arus yang mengalir
adalah arus DC. Potensiometer digunakan sebagai dimmer lampu yang
akan mengatur besarnya arus dan tegangan yang diterima lampu
indikator. Semakin besar nilai resistansinya maka semakin besar
pula tegangan yang diterima oleh lampuc. Sinyal Input dan Outout
yang dihasilkanBentuk sinyal input tegangan tiga fasa dan hasil
outputnya ditunjukkan pada gambar 23.
Gambar 15. Sinyal Input dan Output Penerapan Penyearah 6
Pulsa
III. PENUTUPKESIMPULAN1) Dioda dapat digunakan sebagai penyearah
karena karakteristiknya yang mengalirkan arus saat diberi bias maju
dan menjadi isolato saat diberi bias mundur.2) Rangkaian penyearah
adalah rangkaian yang digunakan untuk mengubah arus AC menjadi arus
DC.3) Penyearah dapat dirangkai menggunakan dioda maupun
thyristor.4) Penyearah dapat diaplikasikan menjadi: catu daya untuk
laptop, notebook dan komputer, pengatur tingkat keterangan lampu,
peredup lampu (dimmer), dan lain-lain.5) Penyearah 6 pulsa adalah
penyearah dengan 6 dioda dan menghasilkan output 6 pulsa.6)
Penyearah 6 pulsa memiliki sinyal output yang riaknya lebih kecil
(lebih halus) dibandingkan dengan penyearah 1 pulsa maupun 3
pulsa.7) Semakin banyak dioda yang digunakan maka semakin besar
pulsa yang dihasilkan dan semakin halus riak
gelombangnyaReferences[1] Anto, Budi. Analisis Riak Tegangan
Keluaran Konverter AC-DC Berbasis Topologi Penyearah Banyak-Pulsa
Susunan Paralel. Scribd, (online), (http://www.scrib.com) (28
November 2014)[2] Ashari, Mochammad. 2012. Sistem Konverter DC.
Surabaya. ITS Press[3] Dahono, Pekik Argo. Penyearah Dioda. Slide
Share, (online) (http://www.slideshare.com) (28 November 2014)[4]
Fachrozy , Aulia. 2014. Fungsi, Jenis-Jenis dan Pengertian Dioda.
(http://www.aulia-fachrozy.blogspot.com) (13 November 2014)[5]
Royen, Abi. Penyearah Tiga Fase. Teknik, (online).
(http://www.abiroyen.blogspot.com) (28 November 2014)[6] Konsep
Dasar Penyearah Gelombang. Elektronika Dasar,, (online).
(http://www.elektronika-dasar.web.id). (28 November 2014)[7]
Penyearah Gelombng Penuh (Full Wave Rectifier. Elektronika Asik,
(online). (http://www.elkaasik.com) (13 November 2014)[8] Penyearah
Gelombang Tiga Fasa. Teknik Elektro. (http://www.blogspot.com ).(13
Desember 2014)