PENYEARAH SATU FASA TIDAK TERKENDALI FAKULTAS TEKNIK UNP
JOBSHEET/LABSHEET
JURUSAN : TEKNIK ELEKTRO NOMOR : III PROGRAM STUDI :DIV WAKTU : 2 x 50 MENIT MATA KULIAH/KODE : ELEKTRONIKA DAYA 1 TOPIK : PENYEARAH SATU FASA /TEI051 GELOMBANG PENUH DENGAN DUA DIODA
I. TUJUAN 1. Mahasiswa terampil merangkai penyearah satu fasa gelombang penuh tak terkendali dengan menggunakan dua dioda 2. Mahasiswa dapat memahami karakteristik penyearah satu fasa gelombang penuh tak terkendali dengan berbagai variasi beban 3. Mahasiswa dapat menggambarkan bentuk gelombang arus dan tegangan penyearah satu fasa setengah gelombang tak terkendali pada beban yang bervariasi II. TEORI SINGKAT Penyearah gelombang penuh dengan dua diode menggunakan trafo yang memiliki Center Tap (CT). Gambar 1 menunjukkan skema penyearah gelombang penuh dengan 2 dioda dan bentuk gelombang outputnya pada beban R murni.
Gambar 1. Penyearah gelombang penuh dengan 2 dioda. Pada saat tegangan sumber pada posisi positif, Dioda 1 akan mengalirkan arus ke beban R, dan saat tegangan sumber pada posisi negative, diode 2 akan mengalirkan arus ke beban R. Sehingga diperoleh gelombang tegangan output seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 diatas.
A. Penyearah Dengan Beban Tahanan Murni (Resistor) Pada beban resistif, sudut pemadaman diode terjadi pada sudut konduksi β = π. Bentuk gelombang arus dan tegangan outputnya sama tanpa ada pergeseran fasa. Besarnya tegangan dan arus rata-rata output : π V 2V 2 dan I dc = dc Vdc = Vm sin ωtd ωt = m ∫ R 2π 0 π π
Tegangan dan arus rms : Vrms =
V 2 Vm 2 sin 2 ωtd ωt = m ∫ 2π 0 2
dan I rms =
Vrms R
12
Persamaan daya : Pdc = Vdc I dc =
V 2 dc V2 , Prms = Vrms I rms = rms R R
Pdc Prms Tegangan keluaran terdiri dari komponen dc dan komponen ac atau ripple. Nilai dan efisiensi : η =
2 efektif (rms) komponen ac tegangan keluaran adalah : Vac = Vrms − Vdc2
Faktor bentuk (form factor) : FF =
Vac Vdc 2
⎛V ⎞ V Faktor ripple (ripple factor) RF = ac = ⎜ rms ⎟ − 1 = FF 2 − 1 : Vdc ⎝ Vdc ⎠ P Faktor kegunaan trafo (trafo utilization factor): TUF = dc Vs I s B. Penyearah Dengan Filter L Filter L berfungsi untuk meratakan arus. Saat arus input pada perioda positif, induktor dalam kondisi charge, dan saat prioda negative induktor menjadi discharge. Pada nilai L tak terhingga, arus output menjadi rata dan arus input menjadi persegi. Pada penyearah dengan beban R dan L, tegangan rata-rata output dirumuskan dengan :
⎛V Vdc = I R R = ⎜ R ⎝Z
⎞ ⎟R ⎠
dengan Z = R 2 + ( 2π fL )
2
VR merupakan tegangan saat beban murni. Gambar 2. Gelombang tegangan dan arus penyearah gelombang penuh dengan beban RL.
C. Penyearah Dengan Filter C Filter C berfungsi untuk meratakan tegangan output . Saat diode 1 ON, kapasitor charging. Saat tegangan menuju minimum, kapasitor menjadi discharging dan mencatu beban. Begitu seterusnya, sehingga tegangan output tidak pernah menjadi nol. Besarnya tegangan discharge adalah : −t
Vdis = Vm e RC dengan arus discharge I dis =
−t Vm RC e R
Ripple tegangan dihitung dengan persamaan : ΔV = Vr ( pp ) = Vm − Vmin =
Vr ( pp )
Vm 2 fRC
Vm 2 4 fRC V Vm Komponen ac tegangan mendekati rms : Vac = r ( pp ) = 2 2 4 2 fRC
Tegangan rata-rata : Vdc = Vm −
= Vm −
13
Faktor ripple : RF =
Vac Vm 4 fRC 1 = = Vdc 4 2 fRC Vm ( 4 fRC − 1) 2 ( 4 fRC − 1)
V P Efisiensi : η = dc = Vm − r ( pp ) / Pac 2
(
2Vm RC
)
2
dan TUF =
Pdc 2Vs I s
Gambar 3. Gelombang tegangan output dengan beban RC
D. Penyearah Dengan Filter LC Pada penyearah dengan filter LC, komponen tegangan ac dan harmonisanya dirumuskan dengan :
Vac =
(∑
∞
V2 n = 2,4,.. o
)
1
2
dengan Vo =
−1
( 2ω )
2
LC − 1
Vn
4Vm 3π 2 Jika yang dihitung hanya harmonisa tegangan ke 2, maka komponen ac tegangan
Untuk harmonisa tegangan ke 2,
output : Vac =
−1
(πω )
2
LC − 1
Ripple Facktor : RF =
V2 =
V2
Vac V2 −1 2 −1 = = 2 2 Vdc Vdc ( 4π f ) LC − 1 3 ( 2ω ) LC − 1
III. BAHAN DAN ALAT 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Transformator stepdown 220/6 Volt, 3 A Dioda Silikon 1.5 A Resistor load 100, 150, 220, 470 dan 1 kΩ Dekade Induktor Kapasitor 10 µF, 47 µF, 220 µF Volmeter Miliamperemeter Osiloscop Kabel jumper 14
IV. LANGKAH KERJA 1. Percobaan dengan beban Resistor a. b. c. d. e.
Rakitlah alat dan bahan seperti Gambar 4. Kalibrasi CRO 1 Volt = 1 cm. Periksa kebenaran rangkaian anda dengan insruktur Hubungkan rangkaian dengan sumber Catat hasil pengukuran dalam table dan gambarkan bentuk gelombang input dan outputnya. Untuk melihat gelombang input, pindahkan prof Y ke titik B (sebelum diode 1). f. Variasikan nilai resistor dan masukan hasilnya dalam Tabel 1. 2. Percobaan dengan Filter L a. Rakitlah alat dan bahan seperti Gambar 5. b. Kalibrasi CRO 1 Volt = 1 cm. c. Periksa kebenaran rangkaian anda dengan insruktur d. Hubungkan rangkaian dengan sumber e. Catat hasil pengukuran dalam tabel dan gambarkan bentuk gelombang input dan outputnya. Untuk melihat gelombang input, pindahkan prof Y ke titik B (sebelum diode 1). f. Variasikan nilai resistor dan induktor dan masukan hasilnya dalam Tabel 2. 3. Percobaan dengan Filter C a. Rakitlah alat dan bahan seperti Gambar 6. b. Kalibrasi CRO 1 Volt = 1 cm. c. Periksa kebenaran rangkaian anda dengan insruktur d. Hubungkan rangkaian dengan sumber e. Catat hasil pengukuran dalam tabel dan gambarkan bentuk gelombang input dan outputnya. Untuk melihat gelombang input, pindahkan prof Y ke titik B (sebelum diode 1). f. Variasikan nilai resistor dan kapasitor dan masukan hasilnya dalam Tabel 3. 4. Percobaan dengan filter LC a. Rakitlah alat dan bahan seperti Gambar 7. b. Kalibrasi CRO 1 Volt = 1 cm. c. Periksa kebenaran rangkaian anda dengan insruktur d. Hubungkan rangkaian dengan sumber e. Catat hasil pengukuran dalam tabel dan gambarkan bentuk gelombang input dan outputnya. Untuk melihat gelombang input, pindahkan prof Y ke titik B (sebelum diode 1). f. Variasikan nilai kapasitor dan masukan hasilnya dalam Tabel 4. Tabel 1. Hasil Percobaan beban R R
Input Vm
Vrms
Idc mA
Vdc Volt
Bentuk Gelombang Input Out
100 150 220 470 1K 15
Tabel 2. Hasil Percobaan filter L L mH
R Vm
Input Vrms
Idc mA
Vdc Volt
Bentuk Gelombang Input Out
100 150 220 470 1K 100 150 220 470 1K
2
5
Tabel 3. Hasil Percobaan dengan filter C R
C µF 10 47 220 10 47 220
100
1K
Vm
Input Vrms
Idc mA
Vdc Volt
Bentuk Gelombang Input Out
Tabel 4. Hasil Percobaan dengan filter LC R
L mH
2 100 5
C µF
Input Vm Vrms
Idc mA
Vdc Volt
Bentuk Gelombang Input Out
10 47 220 10 47 220
16
D1 6 Volt
220 Vac
mA
B
Y mA
A
CT
V
X R
G
6 Volt D2
Gambar 4. Rangkaian percobaan dengan beban R
Gambar 5. Rangkaian percobaan dengan filter L
Gambar 6. Rangkaian percobaan dengan filter C
Gambar 7. Rangkaian percobaan dengan filter LC
V. TUGAS Buatlah laporan sementara berdasarkan hasil praktek yang telah anda dapatkan, kemudian buatlah laporan lengkap dengan menganalisa hasil pengamatan sesuai dengan rumus yang diberikan pada teori di atas VI. ANALISIS 1. Hitung nilai rms dan nilai rata-rata tegangan dan arus pada percobaan diatas. 2. Hitung daya output DC, daya output AC, efisiensi, komponen tegangan AC, factor bentuk, factor ripple dan factor kegunaan trafo. 3. Jelaskan perbedaan bentuk gelombang tegangan output saat diberi beban R, filter L, C dan LC. Menurut anda apa yang menyebabkan perbedaan tersebut. 4. Bandingkan bentuk gelombang tegangan penyearah gelombang penuh dengan penyearah setengah gelombang. Jelaskan perbedaannya. 17
18
