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 Indonesiasekarayutunjungsari@gmail.com

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)