Penyearah Satu 1-Fasa

Penyearah yakni proses menghubungkan catu daya AC ke beban DC yang terhubung lewat perangkat semikonduktor solid state.

Penyearah merubah sumber tegangan AC sinusoidal yang berosilasi menjadi supply tegangan DC arus konstan lewat Thyristor, tiga 3-fasa menjadi level DC konstan. Dalam panduan ini kita akan menyaksikan penyearah satu 1-fasa dan semua bentuknya.

Penyearah yakni salah satu blok bangunan dasar dari konversi daya AC dengan penyearah setengah gelombang atau penyearah gelombang penuh yang biasanya ditangani oleh dioda semikonduktor. Dioda memungkinkan arus bolak-balik mengalir melewatinya ke arah depan sambil membatasi pedoman arus ke arah sebaliknya bikin tingkat tegangan DC tetap sehingga ideal untuk penyearah.

Namun, arus searah yang sudah diperbaiki oleh dioda tidak semurni yang diperoleh dari katakanlah, sumber baterai, namun memiliki pergantian tegangan dalam bentuk riak yang ditumpangkan di atasnya selaku hasil dari supply bolak-balik. Tetapi untuk penyearah satu 1-fasa terjadi, kita memerlukan bentuk gelombang sinusoidal AC dari tegangan dan frekuensi tetap menyerupai yang ditunjukkan.

Gelombang Sinusoidal AC

Bentuk gelombang AC biasanya memiliki dua angka yang terkait dengannya. Angka pertama menyatakan tingkat rotasi bentuk gelombang sepanjang sumbu x di mana alternator sudah berputar dari 0 sampai 360°. Nilai ini dimengerti selaku periode (T) yang didefinisikan selaku interval yang diambil untuk mengakhiri satu siklus sarat dari gelombang. Periode diukur dalam satuan derajat, waktu, atau radian. Hubungan antara periode gelombang sinus dan frekuensi didefinisikan sebagai: T = 1/ƒ.

Angka kedua menampilkan amplitudo nilai, baik arus atau tegangan, di sepanjang sumbu y. Angka ini menampilkan nilai sesaat dari nol sampai beberapa puncak atau nilai maksimum (A_MAX, V_MAX atau I_MAX) yang menampilkan amplitudo gelombang sinus paling besar sebelum kembali ke nol lagi. Untuk bentuk gelombang sinusoidal ada dua nilai maksimum atau puncak, satu untuk positif dan satu setengah siklus negatif.

Tetapi selain kedua nilai ini, ada dua lagi yang menawan bagi kami untuk tujuan penyearah. Salah satunya yakni Nilai Rata-rata bentuk gelombang dan yang yang lain yakni Nilai RMS -nya. Nilai rata-rata dari bentuk gelombang diperoleh dengan menyertakan nilai sesaat dari tegangan (atau arus) lebih dari setengah siklus dan didapat sebagai: 0.6365*V_P. Perhatikan bahwa nilai rata-rata selama satu siklus lengkap dari gelombang sinus simetris yakni nol.

Nilai RMS, root mean squared atau nilai efektif sinusoidal (sinusoidal yakni nama lain untuk gelombang sinus) menampilkan jumlah energi yang serupa ke resistansi menyerupai halnya supply DC dengan nilai yang sama. Akar dari rata-rata kuadrat (rms) nilai tegangan (atau arus) sinusoidal didefinisikan sebagai: 0.7071*V_P.

Penyearah Setengah Gelombang

Semua penyearah satu 1-fasa menggunakan perangkat solid state selaku perangkat konversi AC-to-DC utama mereka. Penyearah setengah-gelombang satu 1-fasa tak terkendali yakni yang paling sederhana dan mungkin rangkaian penyearah yang paling banyak digunakan untuk tingkat daya yang kecil alasannya yakni outputnya sungguh dipengaruhi oleh reaktansi dari beban yang terhubung.

Untuk rangkaian penyearah tak terkendali, dioda semikonduktor yakni perangkat yang paling lazim digunakan dan dikelola sedemikian rupa untuk bikin rangkaian penyearah setengah gelombang atau gelombang penuh. Keuntungan menggunakan dioda selaku perangkat penyearah yakni bahwa dengan rancangan mereka yakni perangkat searah yang memiliki pn-junction satu arah inbuilt.

Pn-junction ini merubah supply bolak-balik dua arah menjadi arus searah satu arah dengan menetralisir setengah dari supply. Tergantung pada koneksi dioda, itu sanggup umpamanya melalui setengah positif dari bentuk gelombang AC di saat forward bias, sementara menetralisir setengah siklus negatif di saat dioda menjadi reverse bias.

Kebalikannya juga benar dengan menetralisir setengah positif atau bentuk gelombang dan melalui setengah negatif. Bagaimanapun juga, output dari penyearah dioda satu cuma berisikan setengah gelombang 360° menyerupai yang ditunjukkan.

Penyearah Setengah Gelombang satu 1-fasa

Konfigurasi penyearah setengah gelombang satu 1-fasa di atas melalui setengah positif dari bentuk supply AC dengan separuh negatif dihilangkan. Dengan membalik arah dioda kita sanggup melalui pecahan negatif dan menetralisir pecahan positif dari bentuk gelombang AC. Oleh alasannya yakni itu output akan menjadi serangkaian pulsa positif atau negatif.

Dengan demikian tidak ada tegangan atau arus yang dipraktekkan ke beban yang terhubung, RL untuk setengah dari setiap siklus. Dengan kata lain, tegangan melintasi resistansi beban, R_L hanya berisikan setengah bentuk gelombang, baik positif atau negatif, alasannya yakni beroperasi selama cuma setengah dari siklus input, maka nama penyearah setengah-gelombang.

Semoga kita sanggup menyaksikan bahwa dioda memungkinkan arus mengalir dalam satu arah cuma menciptakan output yang berisikan setengah siklus. Bentuk gelombang output pulsa ini tidak cuma bermacam-macam ON dan OFF setiap siklus, namun cuma hadir 50% dari waktu dan dengan beban resistif murni, tegangan tinggi dan konten riak arus yakni maksimum.

Ini ber-pulsa DC mempunyai arti bahwa nilai DC setara turun di Resistor beban, R_L karena itu cuma satu setengah dari bentuk gelombang sinusoidal nilai rata-rata. Karena nilai maksimum dari fungsi bentuk gelombang sinus yakni 1 (sin (90° )), nilai DC mean atau rata-rata yang diambil lebih dari setengah sinusoidal didefinisikan sebagai: 0.637 x nilai amplitudo maksimum.

Kaprikornus selama setengah siklus positif, A_{AVE(rata-rata)} sama dengan 0.637*A_MAX. Namun alasannya yakni setengah siklus negatif dihapus alasannya yakni penyearah oleh dioda, nilai rata-rata selama periode ini akan menjadi nol menyerupai yang ditunjukkan.

Nilai Rata-Rata Sinusoidal

Kaprikornus untuk penyearah setengah gelombang, 50% dari waktu ada nilai rata-rata 0.637*A_MAX dan 50% dari waktu ada nol. Jika amplitudo maksimum yakni 1, nilai rata-rata atau setara DC yang terlihat pada resistansi beban, R_L adalah:

Kaprikornus verbal yang cocok untuk nilai rata-rata tegangan atau arus untuk penyearah setengah-gelombang diberikan sebagai:

V_AVE = 0.318*V_MAX

I_AVE = 0.318*I_MAX

Perhatikan bahwa nilai maksimum,A_MAX adalah dari bentuk gelombang input, namun kita juga sanggup menggunakan RMS-nya, atau nilai kuadrat akar rata-rata untuk mendapatkan nilai output DC yang setara dari penyearah setengah gelombang satu 1-fasa. Untuk menyeleksi tegangan rata-rata untuk penyearah setengah-gelombang, kami mengalikan nilai RMS dengan 0.9 (form factor) dan membagi hasil dengan 2, yakni mengalikannya dengan 0.45 dengan memberikan:

V_AVE = 0.45*V_RMS

I_AVE = 0.45*I_RMS

Kemudian kita sanggup menyaksikan bahwa rangkaian penyearah setengah-gelombang mengkonversi bab positif atau negatif dari bentuk gelombang AC menjadi output DC ber-pulsa yang memiliki nilai 0.318*A_MAX atau 0.45*A_RMS seperti yang ditunjukkan.

Tegangan Rata-Rata Penyearah Setengah Gelombang

Contoh: Penyearah Satu 1-Fasa No.1

Penyearah setengah gelombang satu 1-fasa terhubung ke supply AC 50V_RMS 50Hz. Jika penyearah digunakan untuk me-supply beban resistif 150 Ohm. Hitung tegangan DC setara/ekuivalen yang dikembangkan melintasi beban, arus beban, dan daya yang hilang oleh beban. Asumsikan karakteristik dioda ideal.

Pertama kita perlu merubah 50 volt RMS ke puncaknya atau setara dengan tegangan maksimum.

a) Amplitudo Tegangan Maksimum, V_M

V_M = 1.414*V_RMS = 1.414*50 = 70.7 volt

b) Tegangan DC Setara, V_DC

V_DC = 0.318*V_M = 0.318*70.7 = 22,5 volt

c) Arus Beban, I_L

I_L = V_DC ÷ R_L = 22.5/150 = 0.15A atau 150mA

d) Daya Hilang/Disipasi oleh Beban, P_L

P_L = V*I atau I²*R_L = 22.5*0.15 = 3.375W ≅ 3.4W

Dalam prakteknya, V_DC akan sedikit kurang alasannya yakni penurunan tegangan 0.7 volt yang forward bias melintasi dioda penyearah.

Salah satu kehabisan utama dari penyearah setengah gelombang satu 1-fasa yakni bahwa tidak ada output selama setengah dari bentuk gelombang input sinusoidal yang tersedia menciptakan nilai rata-rata yang rendah menyerupai yang kita lihat. Salah satu cara untuk mengatasinya yakni dengan menggunakan lebih banyak dioda untuk menciptakan penyearah gelombang penuh.

Penyearah Gelombang Penuh

Tidak menyerupai penyearah setengah gelombang sebelumnya, penyearah gelombang sarat menggunakan kedua bab dari bentuk gelombang sinusoidal input untuk menampilkan output searah. Ini alasannya yakni penyearah gelombang sarat intinya berisikan dua penyearah setengah gelombang yang dihubungkan bareng untuk memberi makan beban.

Penyearah gelombang sarat satu 1-fasa melaksanakan ini dengan menggunakan empat dioda yang dikelola dalam pengaturan jembatan melalui setengah positif dari bentuk gelombang menyerupai sebelumnya namun membalikkan bab negatif dari gelombang sinus untuk bikin output DC yang ber-pulsa.

Meskipun tegangan dan output arus dari penyearah ber-pulsa, itu tidak membalikkan arah menggunakan 100% sarat dari bentuk gelombang input dan dengan demikian menciptakan penyearah gelombang penuh.

Penyearah Jembatan Gelombang Penuh Satu-Fasa

Konfigurasi jembatan dioda ini menawarkan penyearah gelombang sarat alasannya yakni kapan saja dua dari empat dioda forward bias sedangkan dua yang lain reverse bias. Kaprikornus ada dua dioda di jalur konduksi bukan satu dioda untuk penyearah setengah gelombang.

Oleh alasannya yakni itu akan ada perbedaan dalam amplitudo tegangan antara V_IN dan V_OUT karena dua penurunan tegangan maju dari dioda yang terhubung secara seri. Di sini menyerupai sebelumnya, untuk kesederhanaan matematika kita akan mengasumsikan dioda ideal.

Kaprikornus bagaimana cara kerja penyearah gelombang sarat satu 1-fasa. Selama setengah siklus positif dari V_IN, dioda D₁ dan D₄ yang forward bias sementara dioda D₂ dan D₃ yang reverse bias. Kemudian untuk setengah siklus positif dari gelombang input, arus mengalir di sepanjang jalur: D₁ - A - R_L - B - D₄ dan kembali ke supply.

Selama setengah siklus negatif V_IN, dioda D₃ dan D₂ yang forward bias sementara dioda D₄ dan D₁ adalah reverse bias. Kemudian untuk setengah siklus negatif dari gelombang input, arus mengalir di sepanjang jalur: D₃ - A - R_L - B - D₂ dan kembali ke supply.

Dalam kedua problem setengah siklus positif dan negatif dari gelombang input menciptakan puncak output yang positif terlepas dari polaritas input gelombang dan dengan demikian arus beban, i senantiasa mengalir ke arah SAMA lewat beban, R_L antara titik atau node A dan B. Dengan demikian setengah siklus negatif dari sumber menjadi setengah siklus positif pada beban.

Kaprikornus mana set dioda sedang berjalan, simpul A senantiasa lebih positif dari simpul B. Oleh alasannya yakni itu arus dan tegangan beban searah atau DC memberi kita bentuk gelombang output berikut.

Output Penyearah Gelombang Penuh

Meskipun bentuk gelombang output ber-pulsa ini menggunakan 100% dari bentuk gelombang input, tegangan (atau arus) DC rata-rata tidak pada nilai yang sama. Kita ingat dari atas bahwa nilai mean atau rata-rata DC yang diambil lebih dari setengah sinusoidal didefinisikan sebagai: 0.637 x nilai amplitudo maksimum.

Namun tidak menyerupai penyearah setengah-gelombang di atas, penyearah gelombang sarat memiliki dua setengah siklus positif per input gelombang menampilkan kita nilai rata-rata yang berlawanan menyerupai yang ditunjukkan.

Nilai Rata-Rata Penyearah Gelombang Penuh

Di sini kita sanggup menyaksikan bahwa untuk penyearah gelombang penuh, untuk setiap puncak positif ada nilai rata-rata 0.637*A_MAX dan alasannya yakni ada dua puncak per gelombang input, ini mempunyai arti ada dua banyak nilai rata-rata dijumlahkan bersama. Kaprikornus tegangan output DC dari penyearah gelombang sarat yakni dua kali lipat dari penyearah setengah-gelombang sebelumnya. Jika amplitudo maksimum yakni 1, nilai rata-rata atau setara DC yang terlihat pada resistansi beban, R_L adalah:

Kaprikornus verbal yang cocok untuk nilai rata-rata tegangan atau arus untuk penyearah gelombang sarat diberikan sebagai:

V_AVE = 0.637*V_MAX

I_AVE = 0.637*I_MAX

Seperti sebelumnya, nilai maksimum, A_MAX adalah dari bentuk gelombang input, namun kita juga sanggup menggunakan RMS-nya, atau nilai rata-rata akar kuadrat untuk mendapatkan nilai output DC yang setara dari penyearah gelombang sarat satu 1-fasa. Untuk menyeleksi tegangan rata-rata penyearah gelombang penuh, kami mengalikan nilai RMS dengan 0.9 dengan memberikan:

V_AVE = 0.9*V_RMS

I_AVE = 0.9*I_RMS

Kemudian kita sanggup menyaksikan bahwa rangkaian penyearah gelombang sarat merubah KEDUA bab positif atau negatif dari bentuk gelombang AC menjadi output DC ber-pulsa yang memiliki nilai 0.637*A_MAX atau 0.9*RMS menyerupai yang ditunjukkan.

Tegangan Rata-Rata Penyearah Gelombang Penuh

Contoh: Penyearah Satu 1-Fasa No2

Empat dioda digunakan untuk membangun rangkaian jembatan penyearah gelombang sarat satu 1-fasa yang dikehendaki untuk me-supply beban resistif murni 1kΩ pada 220 volt DC. Hitung nilai RMS dari tegangan input yang diperlukan, arus beban total yang diambil dari supply, arus beban dilewati oleh masing-masing dioda dan daya total yang dihamburkan/disipasi oleh beban. Asumsikan karakteristik dioda ideal.

a) Tegangan Supply Penyearah, V_RMS

V_DC = 0.9*V_RMS karena itu: V_RMS = V_DC ÷ 0.9 = 220/0.9 = 244,4 V_RMS

b) Arus Beban, I_L

I_L = V_DC ÷ R_L = 220/1000 = 0.22A atau 220mA

c) Arus Beban Lewati Setiap Dioda, I D

Arus beban disupply oleh dua dioda per siklus, dengan demikian:

I D = I_L ÷ 2 = 0.22/2 = 0.11A atau 110mA

d) Daya Hilang (disipasi) oleh Beban, P_L

P_L = V*I atau I²*R_L = 220*0.22 = 48.4W

Jembatan Penyearah Setengah-terkendali

Penyearah gelombang sarat memiliki banyak keistimewaan dibandingkan penyearah setengah gelombang yang lebih sederhana, menyerupai tegangan output yang lebih konsisten, memiliki tegangan output rata-rata yang lebih tinggi, frekuensi input digandakan oleh proses penyearah, dan memerlukan nilai kapasitansi yang lebih kecil kapasitor smoothing kapasitor jikalau diperlukan. Tapi kita sanggup memperbaiki rancangan penyearah jembatan dengan menggunakan thyristor bukan dioda dalam desainnya.

Dengan merubah dioda dalam jembatan penyearah satu-fasa dengan thyristor, kita sanggup bikin penyearah fasa-terkendali AC-ke-DC untuk merubah tegangan supply AC konstan menjadi tegangan output DC terkendali. Penyearah fasa-terkendali baik setengah terkendali atau terkendali sepenuhnya, memiliki banyak aplikasi dalam catu daya tegangan variabel dan kendali motor.

Jembatan penyearah satu-fasa yakni apa yang disebut selaku "penyearah tak terkendali" di mana tegangan input yang dipraktekkan dilewatkan secara pribadi ke terminal output menampilkan nilai setara DC rata-rata tetap. Untuk merubah jembatan penyearah tak terkendali menjadi satu rangkaian penyearah setengah-fasa terkendali, kita cuma perlu merubah dua dioda dengan thyristor menyerupai yang ditunjukkan.

Jembatan Penyearah Setengah Terkendali

Dalam konfigurasi penyearah setengah-terkendali, tegangan beban DC rata-rata dikontrol menggunakan dua thyristor dan dua dioda. Seperti yang kita pelajari dalam panduan tentang Thyristor, suatu thyristor cuma akan berlangsung ( kondisi "ON") di saat Anode-nya, (A) lebih positif ketimbang Katoda-nya, (K) dan pulsa yang ditembakkan dipraktekkan ke Gerbang-nya, (G) terminal. Kalau tidak, tetap tidak aktif.

Kami juga mengenali bahwa sekali "ON", thyristor cuma dinyalakan "OFF" lagi di saat sinyal gerbangnya dilepas dan arus anoda turun di bawah thyristor yang menahan arus, I_H ketika tegangan supply AC reverse bias.

Kaprikornus dengan menangguhkan pulsa penembakan yang dipraktekkan ke terminal gerbang thyristor untuk periode waktu yang terkendali, atau sudut ( α ), setelah tegangan supply AC sudah melalui persilangan tegangan nol dari tegangan anoda ke katoda, kita sanggup mengontrol kapan thyristor mulai mengalirkan arus dan jadinya mengontrol tegangan output rata-rata.

Jembatan Penyearah Setengah Terkendali

Selama setengah siklus positif dari gelombang input, arus mengalir di sepanjang jalur: SCR₁ dan D₂, dan kembali ke supply. Selama setengah siklus negatif V_IN, konduksi lewat SCR₂ dan D₁ dan kembali ke supply.

Jelas kemudian bahwa satu thyristor dari golongan atas ( SCR₁ atau SCR₂ ) dan dioda yang cocok dari golongan bawah ( D₂ atau D₁ ) mesti berlangsung bareng untuk setiap arus beban mengalir.

Dengan demikian tegangan output rata-rata, V_AVE tergantung pada sudut tembak α untuk dua thyristor yang tergolong dalam penyearah setengah terkendali alasannya yakni dua dioda tak terkendali dan melalui arus setiap kali forward bias. Kaprikornus untuk setiap sudut tembak gerbang, α, tegangan output rata-rata diberikan oleh:

Tegangan Output Rata-Rata Penyearah Setengah Terkendali

Perhatikan bahwa tegangan output rata-rata maksimum terjadi di saat α = 1 namun masih cuma 0.637*V_MAX sama dengan untuk jembatan penyearah satu 1-fasa tak terkendali.

Kita sanggup mengambil ide ini untuk mengatur tegangan output rata-rata jembatan selangkah lebih maju dengan merubah keempat dioda dengan thyristor yang memberi kita rangkaian Jembatan Penyearah Terkendali Sepenuhnya.

Jembatan Penyearah Sepenuhnya-Terkendali

Jembatan penyearah sepenuhnya-terkendali fasa dimengerti lebih lazim selaku AC-to-DC converter. Konverter jembatan yang sepenuhnya dikendalikan digunakan secara luas dalam kendali kecepatan mesin DC dan mudah diperoleh dengan merubah keempat dioda jembatan penyearah dengan thyristor menyerupai yang ditunjukkan.

Rangkaian Jembatan Penyearah Sepenuhnya-Terkendali

Dalam konfigurasi penyearah sepenuhnya-terkendali, tegangan beban DC rata-rata dikendalikan menggunakan dua thyristor per setengah siklus. Thyristor SCR₁ dan SCR₄ ditembakkan bareng selaku pasangan selama setengah siklus positif, sementara thyristor SCR₃ dan SCR₄ juga ditembakkan bareng selaku pasangan selama setengah siklus negatif. Itu 180° setelah SCR₁ dan SCR₄.

Kemudian selama mode operasi konduksi kontinu, empat thyristor terus-menerus diaktifkan selaku pasangan alternatif untuk menjaga tegangan output DC rata-rata atau setara. Seperti halnya penyearah setengah-terkendali, tegangan output sanggup sepenuhnya dikontrol dengan memvariasikan sudut tunda tembak ( α ) thyristor.

Kaprikornus ungkapan untuk tegangan DC rata-rata dari penyearah sepenuhnya-terkendali fasa dalam mode konduksi kontinu diberikan sebagai:

Tegangan Output Rata-Rata Penyearah Terkendali Sepenuhnya

dengan tegangan output rata-rata bermacam-macam dari V_MAX/π sampai -V_MAX/π dengan memvariasikan sudut tembak, α dari π sampai 0 masing-masing. Kaprikornus di saat α <90° tegangan DC rata-rata positif dan di saat α> 90° tegangan DC rata-rata negatif. Itu yakni pedoman daya dari beban DC ke supply AC.

Kemudian kita sudah menyaksikan di sini dalam panduan ini ihwal penyearah satu 1-fasa bahwa penyearah satu 1-fasa sanggup mengambil banyak bentuk untuk merubah tegangan AC menjadi tegangan DC dari penyearah setengah gelombang dioda satu tak terkendali menjadi jembatan penyearah gelombang sarat terkendali sepenuhnya menggunakan empat thyristor.

Keuntungan dari penyearah setengah gelombang yakni kesederhanaannya dan ongkos rendah alasannya yakni cuma memerlukan satu dioda. Namun, ini tidak terlampau efisien alasannya yakni cuma setengah dari sinyal input yang digunakan menciptakan tegangan output rata-rata yang rendah.

Penyearah gelombang sarat lebih efisien ketimbang penyearah setengah-gelombang alasannya yakni menggunakan kedua setengah-gelombang dari gelombang sinus input menciptakan tegangan output DC rata-rata atau setara yang lebih tinggi. Kelemahan dari rangkaian jembatan gelombang sarat yakni bahwa hal itu memerlukan empat dioda.

Penyearah terkendali fasa menggunakan kombinasi dioda dan thyristor (SCR) untuk merubah tegangan input AC menjadi tegangan output DC terkendali. Penyearah terkendali sepenuhnya menggunakan empat thyristor dalam konfigurasinya, sedangkan penyearah setengah-terkendali menggunakan kombinasi kedua thyristor dan dioda.

Maka tidak duduk problem bagaimana kita melakukannya, konversi bentuk gelombang AC sinusoidal ke supply DC kondisi stabil disebut Penyearah.