ELKA DAYA ( Penyearah Dioda 3 Fasa)

BAB II

PENYEARAH DIODA 3 FASA

2.1 PENYEARAH BINTANG FASA BANYAK

Kita melihat pada Gambar 2-1 bahwa tegangan keluaran rata-rata yang dapat diperoleh melalui

penyearah gelombang penuh satu fasa adalah 0,6366Vm dan penyearah-penyearah digunakan

pada aplikasi dengan daya di alas 15 kW. Untuk keluaran daya yang lebih besar, banyak

digunakan penyearah fasa banyak dan tiga fasa . Tegangan keluaran menunjukkan bahwa

keluaran tersebut mengandung harmonis dan frekuensi komponen fundamentalnya adalah dua

kali frekuensi sumber (2f) Pada prakteknya, filter digunakan untuk mengurangi tingkat harmonis

pada beban; dan ukuran filter berkurang seiring dengan meningkatnya frekuensi harmonis. Selain

itu, penyearah fasa banyak yang memiliki keluaran daya lebih besar, frekuensi fundamental

harmonisnya juga meningkat sebesar q kali frekuensi sumbernya (qf). Penyearah ini disebut pula

penyearah bintang.

Rangkaian penyearah pada Gambar 2-1a dapat diperluas menjadi fasa banyak dengan

menambahkan kumparan fasa banyak pada trafo sekunder seperti yang ditunjukkan pada Gambar

3-1a. Rangkaian ini dapat diperhitungkaa sebagai penyearah setengah gelombang satu fasa q dan

dapat digolongkan sebagai jenis satu fasa: Diode ke-k akan konduksi selama periode pada saat

tegangan fasa ke-k lebih besar dibandingkan dengan fasa lainnya. Bentuk gelombang untuk arus

dan tegangan ditunjukkan pada Gambar 3-1b. Waktu konduksi tiap diode adalah 2/q.

Dapat diperhatikan dari Gambar 3-1b bahwa arus yang mengalir pada kumparan sekunder adalah

unidirectional dan mengandung komponen dc. Hanya kumparan sekunder yang membawa arus

pada saat tertentu. Maka, kumparan primer harus dihubungkan secara delta untuk menghilangkan

komponen dc pada bagian masukan trafo. Hal ini mengurangi kandungan harmonis arus line

primer.

Dengan mengasumsikan bentuk gelombang kosinus dari /q ke 2/q, tegangan keluaran untuk

penyearah fasa ke q diberikan

Vdc = q

qVttdV

q mq

m

sincos

/2

2 /0

Vrms = 2/1

/

0cos

/2

2

ttdVq

q

m

= Vm

2/12

sin2

1

22

q

qq

Bila beban adalah resistif murni, arus puncak yang melalui diode adalah Im = Vm/R dan kita dapat

menentukan nilai arus rms diode (atau arus sekunder trafo) yaitu :

Is = 2/1

2/

0

2 cos2

2

ttdV

q

m

= ImR

V

qqrms

2/12

sin2

1

2

1

Gambar 2-1 Penyearah banyak fasa

Contoh :

Penyearah bintang fasa banyak memiliki beban resistif mumi yaitu R ohm. Tentukan (a)

efisiensi, (b) faktor daya, (c) faktor ripple, (d) faktor kegunaan trafo. (e) tegangan balik puncak

= Vm

2/12

sin2

1

22

q

qq



Is = 2/1

2/

0

2 cos2

2

ttdV

q

m

= ImR

V

qqrms

2/12

sin2

1

2

1


Contoh :



= Vm

2/12

sin2

1

22

q

qq



Is = 2/1

2/

0

2 cos2

2

ttdV

q

m

= ImR

V

qqrms

2/12

sin2

1

2

1


Contoh :



(PIV) tiap diode, dan (f) arus puncak yang melalui diode bila penyearah mengirim arus Idc = 30

A pada tegangan keluaran Vdc = 140 V.

Penyelesaian Untuk penyearah fasa banyak q = 3 pada Persamaan-persamaan sbb:

(a) Dari Persamaan, Vdc = 0.827Vm dan Idc = 0,827 Vm/R. Dari Persamaan, Vrms = 0,84068 Vm

dan Irms = 0.84068Vm/R. Dari Persamaan, Pdc = (0.827Vm)2/R. dari Persamaan, Pac =

(0,84068Vm)2/R. dan dari Persamaan (3-44) efisiensi adalah :

= 2

2

8468,0

827,0

m

m

V

V= 96,77%

(b) Dari Persamaan, faktor bentuk FF = 0,84068/0,827 = 1,0165 atau 101,65%.

(c) Dari Persamaan, faktor ripple RF = 11065,1 2 = 0,1824 = 18,245%

(d) Dari Persamaan, tegangan rms trafo sekunder, Vs = 0.707Vm, Dari Persamaan arus rms untuk

trafo sekunder,

Is = 0,4854Im =R

Vm4854,0

rating volt-ampere (VA) trafo untuk q = 3 adalah

VA = 3VsIs = 3 x 0,707Vm xR

Vm4854,0

Dari Persamaan,

TUF =4854,0707,03

827,0 2

= 0,6643

(e) tegangan balik puncak tiap diode lama dengan nilai puncak tegangan sekunder line ke line.

Rangkaian tiga fasa dibahas ulang pada Lampiran A. Tegangan line ke line adalah 3 kali

tegangan fasa sehingga PIV = 3 Vm,

(f) Id = q

IttdI mq

m

sin

1cos

2

2 /0

Untuk q = 3, Id = 0,2757Im, arus rata-rata yang melalui tiap diode adalah Id = 30/3 = 10 A dan

ini memberikan arus puncak Im = 36,27 A.

2.2. JEMBATAN PENYEARAH TIGA FASA

Jembatan penyearah tiga fasa biasa digunakan pada aplikasi dengan menggunakan daya tinggi

seperti ditunjukkn pada Gambar 2-2a. Ini adalah penyearah gelombang penuh, yang dapat

dioperasikan dengan atau tanpa trafo dan memberikan enam pulsa ripple pada tegangan keluaran.

Diode-diode dinomori berdasarkan urutan konduksi dan tin sudut untuk tiap konduksinya adalah

1200. Urutan konduksi untuk diode adalah 12, 23, 34. 45, 56, dan 61. Pasanga diode yang

dihubungkan di antara pasangan jalur sumber memiliki jumlah tegangan line ke line

instantaneous tertinggi akan konduksi. Tegangan line ke line adalah 2 kali tegangan fasa

sumber tiga fasa yang terhubung wye. Bentuk gelombang dan waktu konduksi diode ditunjukkan

pada Gambar 2-2b.

Bentuk tegangan keluaran rata-rata ditentukan dari

Vdc = 6/

0cos3

6/2

2

ttdVm

= mV33

= 1,654 Vm

dengan Vm adalah tegangan fasa puncak. Tegangan-keluaran rms adalah

Vrms = 2/1

6/

0

22 cos36/2

2

ttdVm

= mm VV 6554,14

39

2

32/1

Bila beban murni resistif, arus puncak yang melalui diode adalah Im = 3 Vm/R

dan nilai rms arus diode adalah

Vr = 2/1

6/

0

22 cos2

2

ttdI m

Ir = Im2/1

6

2sin

2

1

6

1

= 0,7804Im

dan nilai rms arus sekunder trafo

Is = 2/1

6/

0

22 cos2

8

ttdI m

Ir = Im2/1

6

2sin

2

1

6

2

= 0,7804Im

dengan Im adalah arus puncak line sekunder.

Gambar 2-2 Jembatan penyearah tiga fasa

Contoh :

Sebuah jembatan penyearah tiga fasa memiliki beban resistif R. Tentukan (a) efisiernsi, (b)

faktor bentuk, (c) faktor ripple, (d) faktor kegunaaan trafo. (e) tegangan balik puncak (PIV) tiap

diode, dan (t) arus puncak yang melalui diode bila penyearah mengirim Idc = 60 A pada tegangan

keluaran Vdc - = 280,7 V dan frekuensi sumber adalah 60 Hz.

= 0,7804Im



Contoh :





= 0,7804Im



Contoh :





Penyelesaian

(a) Dari Persamaan, Vdc = 1,654V, dan Idc = ,654Vm/R. Dari Persamaan (3-78). Vrms = 1,6554Vm

dan Irms = 1,6554Vm/R. Dari Persamaan (3-42). Pdc = (1,654Vm)2/R, dari Persamaan (3-43).

Pdc = (1,6554Vm)2/R, dan dari Persamaan (3-44) efisiensi adalah :

= 2

2

6554,1

654,1

m

m

V

V= 99,83%

(b) Dari Persamaan, faktor bentuk FF = 1,6554/1,654 = 1,0008 atau 100,08%.

(c) Dari Persamaan, faktor ripple RF = 11,00082 2 = 0,04 = 4%

(d) Dari Persamaan, tegangan rms trafo sekunder, Vs = 0.707Vm.

Dari Persamaan, arus rms trafo sekunder

Is = 0,78041 Im = 0,7804 xR

Vm3

rating volt-ampere (VA) trafo untuk q = 3 adalah

VA = 3 x 0,707Vm x 0,7804 xR

Vm3

Dari Persamaan,

TUF =7804,0707,033

654,1 2

= 0,942

(e) Dari Persamaan, tegangan line ke netral adalah Vm = 280,7/1,654 = 169,7V. Tegangan balik

puncak diode lama dengan nilai puncak tegangan sekunder line ke line, PIV = 3 Vm = 3 x

169,7 = 293,9V

(f) Arus rata-rata yang melalui tiga diode adalah

Id = 6

sin2

cos2

4 6/0

mm IttdI = 0,3183 Im

arus rata-rata yang melalui tiap diode adalah Id = 60/3 = 20 A, maka arus puncak adalah Im =

20/0,3183 = 62,83 A.

Catatan

Penyearah ini memiliki performansi yang meningkat bila dibandingkan dengan yang dimiliki

penyearah fasa banyak pada Gambar 2-1 dengan enam pulsa.

ELKA DAYA ( Penyearah Dioda 3 Fasa)

Documents

Transcript of ELKA DAYA ( Penyearah Dioda 3 Fasa)