DASAR TEORI (P5)

PENYEARAH TIGA FASA

Penyearah adalah alat yang digunakan untuk mengubah sumber arus bolak-balik (AC) menjadi sinyal sumber arus searah (DC). Gelombang AC yang berbentuk gelombang sinus hanya dapat dilihat dengan alat ukur CRO. Rangkaian rectifier banyak menggunakan transformator step down yang digunakan untuk menurunkan tegangan sesuai dengan perbandingan transformasi transformator yang digunakan. Penyearah dibedakan menjadi 2 jenis, penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh, sedangkan untuk penyearah gelombang penuh dibedakan menjadi penyearah gelombang penuh dengan center tap (CT), dan penyearah gelombang penuh dengan menggunakan dioda bridge. Secara umum, penyearah dibagi men-jadi dua, yaitu penyearah tidak terken-dali dan penyearah terkendali. Dari masing-masing kelompok kemudian dibagi berdasarkan sumber tegangan masukannya, yaitu fasa-satu atau fasa-tiga. Penyearah fasa-tiga dimaksudkan untuk daya yang lebih besar. Berikut ini adalah ikhtisar penyearah.

Penyearah fasa-tiga,

Tiga-pulsa, tidak terkendali M3U Penyearah penyearah fasa-tiga, tiga pulsa, tidak terkendali fasa-tiga, disebut juga penyearah fasa-tiga hubungan bintang tidak terkendali. Tegangan masukan dari penyearah ini adalah tegangan fasa-tiga, yaitu L1, L2, dan L3. Pada masing-masing saluran dipasang satu dioda. Rangkaian dan hubungan antara gelombang tegangan masukan dan keluaran ditunjukkan pada Gambar dibawah. Pada gambar ini memperlihatkan dua rangkaian yang berbeda. Gambar dibawah memperlihatkan bahwa ketiga saluran masukan, masing-masing dihubung ke anoda masing-masing dioda, sedangkan katoda dari ketiga dioda dihubung menjadi satu (dihubung bintang).Karena ujung-

ujung katoda yang disatukan, rangkaian ini disebut rangkaian M3UK. Sebaliknya Gambar dibawah anoda dari ketiga dioda yang dihubung menjadi satu, oleh karena itu,rangkaian tersebut disebut M3UA.

Gambar. Rangkaian penyearah M3U

Prinsip kerja rangkaian

Apabila rangkaian dihubungkan dengan sumber fasa-tiga sebagaimana yang ditunjukkan oleh Gambar diatas , maka akan mengalir arus I Z1 melalui D1 mulai sudut fasa 30° selama 120°, sementara D2 dan D3 dalam keadaan off. Kemudian setelah D1 mengalirkan arus selama 120°, D1 kemudian kembali o ff dan D2 mulai konduksi dan menghantarkan arus I Z2, sementara D3 dan D1 masih dalam keadaan off. Baru setelah D2 menghantarkan arus selama 120°, baru D3 dalam keadaan konduksi dan menghantarkan arus I Z3, D2 kembali off dan D1 masih dalam keadaan off. Demikian, proses ini terjadi berulang.

Penyearah fasa-tiga, enam-pulsa, rangkaian jembatan, tidak terkendali B6U

Penyearah fasa-tiga jembatan seperti yang ditunjukkan pada Gambar dibawah, sangat umum digunakan dalam aplikasi daya-tinggi. Penyearah ini merupakan penyearah fasa-tiga gelombang penuh.

Gambar. Penyearah B6U

Penyearah ini mempunyai tegangan keluaran 6-pulsa. Dioda-dioda diberi penomoran sesuai dengan urutan konduksinya dan masing-masing dioda konduksi selama 120°. Urutan konduksi dioda adalah 12, 23, 34, 45, 56, dan 61.Pasang-dioda yang terhubung dengan dua tegangan saluran yang mempunya tegangan tertinggi akan konduksi Tegangan antar saluran adalah v3 kal tegangan fasa dari sistem fasa-tiga hubungan bintang.

Penyearah Terkendali

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa, penyearah tak terkendal menghasilkan tegangan keluaran DC yang tetap. Bila dikehendaki tegangan keluaran yang bisa diubah-ubah, digunakan thyristor sebagai pengganti diode. Tegangan keluaran penyearah thyristo dapat diubah-ubah atau dikendalikan dengan mengendalikan delay atau sudut penyalaan, a, dari thyristor. Penyalaan ini dilakukan dengan memberikan pulsa trigger pada gate thyristor. Pulsa trigger dibangkitkan secara khusus oleh rangkaian trigger.

Gambar. Penyearah E1C

Rangkaian trigger dirancang untuk memberikan pulsa dengan ketinggiandan kelebaran tertentu disesuaikan dengan thyristor yang digunakan. Pulsa ini juga dapat digeser-geser sudutnya sehingga penyalaan thyristor dapat dilakukan setiap saat dalam ranah (range)nya.

Gambar diatas menunjukkan prinsip kerja dari penyearah satu-pulsa terkendali E1C. Jika thyristor dirangkai seperti gambar ini, tegangan masukan berupa tegangan sinusoidal dan beban R, maka pada setengah gelombang pertama thyristor mendapat bias-maju. Bila thyristor disulut pada sudut a, thyristor Q1 akan konduksi maka te-gangan keluaran v1 akan muncul pada beban. Keadaan konduksi ini berlangsung hingga tegangan kembali ke nol dan mulai negatif (komutasi alamiah). Ketika tegangan negatif, maka Q1 dalam keadaan bias-mundur. Waktu dari tegangan mulai beranjak ke arah positif sampai dengan

thyristor mulai konduksi disebut sudut penyalaan atau sudut penyulutan a. Dengan demikian, tegangan keluaran penyearah dapat diatur-atur dengan mengatur sudut penyalaan pulsa gatenya, dalam hal ini, dari 0 - 180°. Bila sudut penyalaan a kecil, berarti thyristor konduksi secara dini sehingga tegangan (vd) dan daya keluaran akan besar. Sebaliknya, bila sudut a besar, tegangan dan daya keluarannya akan kecil. Hubungan tegangan dan arus

Arus keluaran pada beban R dan beban L Dalam kenyataannya sifat beban mem pengaruhi perilaku suatu penyearah.

Gambar. Bentuk gelombang arus dan tegangan keluaran pada E1C

Bila penyearah pada Gambar diatas diberi beban resistif R, maka arus keluaran i dan tegangan keluaran vd mempunyai polaritas yang sama sehingga mempunyai kesamaan dalam bentuk gelombang seperti ditunjukkan pada Gambar diatas untuk beban Resistif. Ketika vd nol maka i juga nol, ketika tegangan vd maksimum maka arus i juga maksimum. Perilaku rangkaian menjadi berbeda ketika dibebani dengan L.

Seperti yang terlihat pada Gambar dibawah untuk beban induktif L, ketika thyristor disulut pada sudut a, ketika tegangan vd nol arus i juga nol. Namun ketika tegangan vd maksimum, arus i tidak mengikuti tegangan seperti pada beban R, namun mengikuti proses penyimpanan energi pada induktor. Oleh karena itu, ketika tegangan kembali ke nol, induktor melepaskan arus pada arah yang sama sehingga tegangan berubah menjadi negatif. Kejadian ini tidak dikehendaki dalam aplikasi penyearahan. Untuk meng-hilangkan pengaruh induktansi tersebut dipasang dioda free-wheeling seperti yang ditunjukkan pada Gambar dibawah Dioda ini berfungsi menyalurkan arus balik ke beban lagi (tidak ke sumber) sehingga peristiwa tegangan negatif bisa dihilangkan.

Gambar. Dioda free-wheeling

Jika Vd0 adalah tegangan keluaran ketika a = 0, dan Vda adalah tegangan pada sudut a, maka karakteristik pengaturan Vd0/Vda untuk beban resistif R dan beban induktif L ditunjukkan pada Gambar dibawah

Gambar. Karakteristik pengaturan E1C

Dari gambar ini jelas terlihat prubahan tegangan keluaran vda pada sudut penyalaan untuk beban R dan beban L. Di sini terlihat jelas bahwa sudut penga-turan pada beban R dapat dilakukan pada daerah 0-180°, sedangkan pada beban L terbatas dari 0-90° saja.

Penyearah fasa-tiga terkendali

Penyearah fasa-tiga memberikan tegangan keluaran rata-rata yang lebih tinggi, dan faktor ripelnya lebih rendah dari penyearah fasa-satu sehingga masalah filteringnya juga semakin simpel. Karena itulah, penyearah fasa-tiga terkendali sangat banyak digunakan dalam pengendalian kecepatan motor berdaya tinggi. Salah satu bentuk aplikasi penyearah fasa-tiga terkendali adalah penyearah M3C, penyearah fasa-tiga, tiga-pulsa, terkendali (Gambar dibawah). Tiga thyristor, masing-masing disambungkan pada masing-masing saluran, dan setiap thyristor mendapat pulsa trigger sesuai dengan daerah operasi masing sehingga keluarannya terdiri dari 3 pulsa yang dapat diatur sesuai sudut penyulutan.

Gambar . Penyearah M3C

Tipe penyearah terkendali dan sangat handal adalah penyerah fasa-tiga,enam-pulsa sistem jembatan (Gambar dibawah). Penyearah ini sangat ekstensif digunakan untuk aplikasi-aplikasi daya tinggi sampai ratusan kW, di mana dibutuhkan operasi dua-kuadrant.

Penyearah ini sangat cocok untuk beban-beban yang tingkat induktansinya sangat tinggi. Thyristor-thyristor disulut pada interval p/3. Frekuensi tegangan keluaran adalah 6 kali frekuensi sumber sehingga masalah penapisan (filtering)nya lebih rendah dari M3C. Urutan penyulutan thyristornya sesuai dengan indeks angkanya adalah sebagai berikut: 12, 23, 34, 45, 56, dan 61. Gambar dibawah menunjukkan gelombang tegangan keluaran ketika rangkaian beroperasi secara penuh dan ketika beroperasi pada sudut penyulutan yang berbeda.

Gambar. Penyearah B6C