Dokumen tersebut membahas berbagai jenis penyearah satu-fasa dan tiga-fasa, termasuk penyearah setengah gelombang, jembatan, dan dual voltage serta karakteristiknya seperti tegangan dan arus keluaran, arus masukan, daya, dan faktor daya."

1. Penyearah Dioda
Pekik Argo Dahono

2. Rectifier Applications
Uncontrolled
AC source DC - DC Converter DC Load
rectifier
(a) Switched - mode dc power supplies
Uncontrolled
AC source PWM Inverter
rectifier
(b) Variable - speed AC drives. Induction Motor
Controlled
AC source PWM Inverter AC Load
rectifier
(c) Uninterruptible Power Supplies (UPS)
Controlled DC Load
AC source
rectifier
(d) DC power supplies.
Phase - Controlled Phase - controlled
AC system AC system
rectifier inverter
(e) DC power transmission systems.

3. Penyearah Ideal
Tegangan dan arus keluaran bebas riak
Tegangan dan arus masukan sinusoidal
Faktor-daya sisi masukan sama dengan
satu.
Arah aliran daya bisa berbalik

4. Penyearah Satu-Fasa
Tegangan dan arus masukan:
v s = 2V s sin (ωt )
Arus masukan :
is = 2 I s sin (ωt )
Daya masukan :
p s = v s i s = V s I s [1 − cos(2ωt )]
Tegangan keluaran :
v o = Vo
Arus keluaran :
io = I o
Daya keluaran :
p o = v o i o = Vo I o
Daya sesaat masukan tidak mungkin sama dengan daya sesaat keluaran.
Penyearah ideal satu-fasa tidak mungkin didapat hanya dengan menggunakan
saklar semikonduktor. Diperlukan komponen penyimpan energi untuk
mendapatkan penyearah ideal.

5. Penyearah Tiga-Fasa
Tegangan masukan :
v sa = 2V s sin (ωt ) ( π
v sb = 2V s sin ωt − 23 ) ( π
v sc = 2V s sin ωt + 23 )
Arus masukan :
i sa = 2 I s sin (ωt ) ( π
i sb = 2 I s sin ωt − 23 ) ( π
i sc = 2 I s sin ωt + 23 )
Daya masukan :
p s = v sa i sa + v sb i sb + v sc i sc = 3V s I s
Tegangan keluaran :
v o = Vo
Arus keluaran :
io = I o
Daya keluaran :
p o = v o i o = Vo I o
Daya sesaat masukan bisa sama dengan daya sesaat keluaran. Penyearah ideal
tiga-fasa bisa diimplementasikan hanya dengan saklar semikonduktor tanpa
menggunakan komponen penyimpan energi.

6. Penyearah Satu-Fasa Setengah-Gelombang
io Tegangan keluaran rata-rata:
+ 1 π
∫0 2Vs sin(ωt)d(ωt) = π s
2V
Vo =
vo 2π
vs R Arus keluaran rata-rata:
Vo 2Vs
Io = =
R πR
Arus rms masukan:
2
vs 1 π ⎛ 2Vs ⎞ 2
∫0 ⎜ R ⎟ sin (ωt)d(ωt) = R s2
V
Is = ⎜ ⎟
2π ⎝ ⎠
VA sisi masukan :
ωt VA =VsIs =
Vs2
s
R 2
Daya masukan:
vo
2Vs2
io P =P =
s o
π 2R
Faktor daya :
0 π 2π ωt
PF =
P 2 2
s =
VA π 2
s

7. Penyearah Setengah-Gelombang
vs
is
is io 0 π 2π ωt
+
vL
D
vd
vs vd R
vo
io
0 π 2π ωt

8. Penyearah Setengah-Gelombang
vs
is
is
io 0
π 2π ωt
+ D
vL
vd
vs vd R
vo io
FD
0 π 2π ωt

9. Penyearah Setengah-Gelombang
vs
is
Io
0
μ π 2π
ωt
is
+ L
D vd
vs vd
FD
io
Io Io
0 π 2π ωt

10. Waktu Komutasi
Pada saat komutasi :
L s = 2Vs sin (ωt )
di
dt
Arus sumber berubah dari nol menuju I o
μ /ω
Io =
2
Vs ∫ sin (ωt )d (t ) =
2Vs
[1 − cos μ ]
L 0 ωL
ωLI o
cos μ = 1 −
2Vs
Nilai rata - rata tegangan :
2Vs π
Vd = ∫μ sin (ωt )d (ωt ) =
2Vs
[1 + cos μ ]
2π 2π
2Vs
Vd = − fLI o
π

11. Penyearah Setengah-Gelombang
vs
is
is
D 0 π 2π ωt
+
vo
vs C R vo
0 π 2π ωt

12. Penyearah Satu-Fasa Center-Tap
Tegangan keluaran rata-rata:
is N1 : N 2 iD1 io
2 2 ⎛ N2 ⎞
Vo = ⎜ ⎟V s
π ⎜ N1 ⎟
+ v1 D1 R vo ⎝ ⎠
vs
v2 iD 2 Arus keluaran rata-rata:
I o = Vo / R
D2
Arus dioda rata-rata:
vs I D1 = I D 2 = I o / 2
is
Arus dioda rms :
N 2 Vs
ωt I D1 = I D 2 =
rms rms
N1 R 2
VA sekunder trafo :
vo ⎛N ⎞
2
rms ⎛ N ⎞ 2V s2
io VAsek = 2×⎜ 2
⎜N ⎟V s × I D = ⎜ 2 ⎟
⎟ ⎜N ⎟
⎝ 1 ⎠ ⎝ 1⎠ R
VA primer trafo :
0 π 2π ωt
VA pri = V s I s

13. Penyearah Satu-Fasa Center-Tap Beban Induktif
is N1 : N 2 iD1 io
Tegangan keluaran rata-rata:
+ D1 L vo 2 2 ⎛ N2 ⎞
v1 Vo = ⎜ ⎟V s
R π ⎜ N1
⎝
⎟
⎠
vs Tegangan masukan :
v2 i
D2
N1 π
Vs = Vo
N2 2 2
D2
Arus keluaran rata-rata:
vs I o = Vo / R
is Arus dioda rata-rata:
I D1 = I D 2 = I o / 2
Arus dioda rms :
ωt Io
I D1 = I D 2 =
rms rms
2
VA sekunder trafo :
vo ⎛N ⎞ π
VAsek = 2 × ⎜ 2
⎜N ⎟V s × I D = Vo I o
⎟
rms
⎝ 1 ⎠ 2
io Arus rms primer trafo:
⎛N ⎞
I s = ⎜ 2 ⎟I o
⎜N ⎟
⎝ 1⎠
0 π 2π ωt
VA primer trafo :
π
VA pri = V s I s = Vo I o
2 2

14. Komutasi
iD1
+ Ls
v1 D1
Io
Komutasi : proses
v2
+
Ls iD 2 perpindahan arus dari
D2
satu lengan ke lengan
vs
is yang lain.
Induktansi sumber
ωt
menyebabkan
perpindahan arus
vo
memerlukan waktu.
io
0 π 2π ωt
2 2Vs
Vd = − 2 fLs I o
π

15. Penyearah Satu-Fasa Jembatan
io
D1 D3
is
2 2
Average output voltage : Vo,av =
+
Vs
vs R vo π
RMS output voltage : Vo,rms = Vs
D2 D4 Vo
Average output current : I o,av =
vs
R
is RMS output current : I o,rms = Vs / R
Average diode current : I Dav = I o / 2
ωt
Vs
RMS diode current : I Drms =
R 2
vo
io Input power : Pin = Vs2 / R
0 π 2π ωt

16. Penyearah Satu-Fasa Jembatan Beban Induktif
io
Tegangan keluaran rata-rata:
2 2
D1 D3 L Vo = Vs
is π
+
Tegangan masukan :
vo π
vs R Vs = Vo
2 2
Arus keluaran rata-rata:
D2 D4 I o = Vo / R
Arus dioda rata-rata:
I D1 = I D 2 = I o / 2
vs
is Arus dioda rms :
Io
I D1 = I D 2 =
rms rms
ωt 2
Arus rms sumber:
I s = Io
vo VA primer trafo :
io π
VA pri = V s I s = Vo I o
2 2
0 π 2π ωt

17. Perbandingan antara penyearah
center-tap dan jembatan
Center-tap Jembatan
Setiap saat hanya satu Setiap saat ada dua dioda
dioda yang konduksi. yang konduksi secara
VA sekunder trafo besar. seri.
Cocok untuk penerapan VA sekunder trafo
arus besar tegangan minimum.
rendah. Cocok untuk penerapan
Tegangan puncak dioda tegangan tinggi arus
tinggi. rendah.
Tegangan puncak dioda
rendah.

18. Penyearah Jembatan Beban Kapasitif
vs
is
io
D1 D3 ωt
is
+
L vo
vs vo R
Cd
D2 D4 0 π 2π ωt

19. Hasil Simulasi
L = 50 μH C = 2200 μF
L = 1 mH C = 2200 μF

20. Harmonisa Arus Masukan Penyearah Satu-Fasa
L=50 μH C=2200 μF
L= 1 mH C= 2200 μF

21. Harmonisa Tegangan DC Penyearah Satu-Fasa
L=50 μH C=2200 μF L= 1 mH C= 2200 μF

22. Sifat-Sifat Penyearah Jembatan Beban Kapasitif
Nilai rata-rata tegangan keluaran mendekati nilai
puncak tegangan sumber.
Arus masukan mengandung harmonisa orde
ganjil terutama orde tiga.
Waktu konduksi dioda semakin pendek jika
kapasitansi tapis makin besar dan induktansi
sumber makin kecil.
DPF sama dengan satu tetapi PF kurang dari
satu. Nilai PF berubah sebagai fungsi beban,
kapasitansi tapis, dan induktansi sumber.

23. Dual voltage rectifier
io
D1 D3
Cd
is
+
L
vs vo R
Cd
D2 D4

24. Voltage doubler
is N1 : N 2 D2
+
D1
vs
R vo

25. Current Doubler
io
D1 L
D2
is
+
vs vo R

26. Dahono Current Doubler
is N1 : N 2 D1
+ v1 vo
R
vs
v2
D2

27. Penyearah Tiga-Fasa Setengah-Gelombang
Tegangan keluaran rata-rata:
iw D3
io
u iu
3 2
D1 Vo = Vlls
2π
R D2
Tegangan sekunder trafo :
Load
n
AC source
iv vo 2π
T
Vlls = Vo
3 2
w v
S
Arus dioda rata-rata dan rms:
vun vvn vwn I D1 = I D 2 = I D3 = I o / 3
Io
I D1 = I D 2 = I D3 =
rms rms rms
3
0 π 2π ωt VA sekunder trafo :
2π
VAsek = 3Vlls I s = Vo I o
3 2
Arus rms primer trafo :
iu
⎛N ⎞ I
ωt Ip =⎜ 2 ⎟ o
⎜N ⎟ 3
iv ⎝ 1⎠
Tegangan primer trafo:
iw
⎛ N ⎞ 2π
Vllp = ⎜ 1 ⎟
⎜ N ⎟ 3 6 Vo
⎝ 2⎠
iR VA primer trafo :
2π
VApri = 3Vllp I p = Vo I o
3 2

28. Analisis Harmonisa Arus Masukan
∞ ∞
iR = ∑ an cos (n ω t ) + ∑ bn sin (n ω t )
n =1 n =1
Gelombang simetris ganjil, jadi a n = 0 .
Io ⎡ π 5π / 3
sin (n ω t )d (ω t ) − ∫ sin (n ω t )d (ω t )⎤
π ⎢ ∫π / 3
bn = ⎥
⎣ π ⎦
bn =
Io
[cos (n π / 3 ) + cos (5 n π / 3 ) − 2 cos (n π )]
nπ
b3 n = 0

29. Pengaruh komutasi
vun vvn vwn
vun + vwn
2
0 π 2π ωt
3 2
Vd = Vll − 3 fL s I o
2π

30. Penyearah Tiga-Fasa Setengah-Gelombang
Setiap saat hanya satu dioda konduksi.
Arus belitan mengandung komponen dc
Arus sumber mengandung harmonisa orde
genap.
Frekuensi riak keluaran adalah tiga kali
frekuensi sumber.
Cocok untuk aplikasi arus besar tegangan
rendah.

31. Penggunaan Zig-Zag Transformer
iu
ωt
iv
iw
iRT
w
iSR
iR

32. Penggunaan Zig-Zag Transformer
3 2
Vo = Vlls
2π
2π
Vlls = Vo
3 2
Tegangan Line - to - neutral
Nilai rms arus primer tra fo :
2π
Vln s = Vo Ip =
N 2 Io
3 6 N1 6
Tegangan tiap segmen belitan :
N 2π
V 2π Vllp = 1 Vo
Vseg = ln s = Vo N2 3 2
3 9 2 VA primer tra fo :
Nilai efektif arus belitan sekunder :
π
I VA pri = 3Vllp I p = Vo I o
Is = o 3
3
VA belitan sekunder trafo :
4π
VAsek = 6Vseg I s = Vo I o
3 6

33. Penyearah 6-Pulsa Setengah-Gelombang
D3
io
u D1
D2
Load
n vo R
io
R
w v
0 T
Load
T y z S
S
n'
D6
D4
x
D5

34. Penyearah Tiga-Fasa Jembatan
io
D1 D3 D5
iu
u
Tegangan keluaran rata-rata:
iv vo 3 2
n v R
Vo = Vll
iw π
w
D2 D4 D6 Tegangan sumber :
π
vun vvn vwn Vll = Vo
3 2
Arus dioda rata-rata:
0 π 2π ωt I D = Io / 3
Beban resistif bukan beban ideal bagi penyearah tiga-fasa.
Faktor daya tidak sama dengan satu dan harmonisa tidak sama dengan nol.
ωt
iu

35. Penyearah Jembatan Beban Induktif
io
D1 D3 D5
L
iu
u
Tegangan keluaran rata-rata:
iv vo
n v R
3 2
Vo = Vll
π
iw
w
D2 D4 D6
Tegangan sumber :
π
vun vvn vwn
Vll = Vo
3 2
Arus dioda rata-rata:
0 π 2π ωt ID = Io / 3
Arus rms sumber :
2
Il = Io
3
VA sumber :
ωt
π
VA = 3Vll I l = Vo I o
3
iu

36. Pengaruh Induktansi Sumber
Ls=1 mH Ld=10 mH
3 2
Vo = Vll − 6 fLs I o
π

37. Perbandingan penyearah tiga-fasa
jembatan dan setengah-gelombang
Jembatan Setengah-gelombang
Setiap saat dua dioda konduksi Setiap saat dua dioda konduksi
secara seri. secara paralel.
Tidak harus memakai trafo. Nilai rata-rata arus dioda lebih
VA sumber lebih kecil dibanding rendah.
penyearah setengah-gelombang. Harus memakai trafo dengan VA
Cocok untuk aplikasi tegangan besar.
tinggi arus rendah. Memerlukan interphase reactor.
Sensitif terhadap ketidak-
setimbangan.
Cocok untuk aplikasi tegangan
rendah arus besar.

38. Penyearah Tiga-Fasa Tapis Kapasitif
D1 D3 D5
iu
u
iv vo
n v C R
Nilai rata-rata tegangan
iw
w
D2 D4 D6
keluaran mendekati nilai
vun vvn vwn puncak tegangan antar
fasa sumber.
Kandungan harmonisa
0 π 2π ωt
arus sumber lebih besar
dibanding dengan tapis
induktif.
PF jauh lebih rendah
ωt
dibanding DPF.
Nilai PF menaik dengan
naiknya induktansi
iu sumber.

39. Hasil Simulasi
Ls = 0.1 mH C = 2200 μF
Ls = 1 mH C = 2200 μF

40. Harmonisa Arus Masukan
Penyearah Tiga-Fasa Jembatan
Ls = 0.1 mH C = 2200 μF Ls = 1 mH C = 2200 μF

41. Analisis Harmonisa
Arus masukan penyearah dioda jembatan satu-
fasa mengandung harmonisa orde ganjil. Nilai
DPF sama dengan satu.
Tegangan dan arus keluaran penyearah dioda
jembatan satu-fasa mengandung harmonisa
orde genap.
Arus masukan penyearah dioda tiga-fasa
jembatan mengandung harmonisa orde ganjil
bukan kelipatan tiga.
Tegangan dan arus keluaran penyearah dioda
tiga-fasa jembatan mengandung harmonisa
genap kelipatan enam.

42. Pengaruh Beban Nonlinier Satu-Fasa di
Jaringan Distribusi Tiga-Fasa Empat-Kawat
∞
ia = 2 ∑ I n cos(nωt )
n =1
∞
⎡ ⎛ 2π ⎞⎤
ib = 2 ∑ I n cos ⎢n⎜ ωt − ⎟⎥
n =1 ⎣ ⎝ 3 ⎠⎦
∞
⎡ ⎛ 2π ⎞⎤
ic = 2 ∑ I n cos ⎢n⎜ ωt + ⎟⎥
n =1 ⎣ ⎝ 3 ⎠⎦
in = ia + ib + ic
∞
=3 2 ∑ I k cos(kωt )
k = 3n

43. Pengaruh Beban Nonlinier Satu-Fasa di
Jaringan Distribusi Tiga-Fasa Empat-Kawat
Excessive neutral current
Excessive neutral-to-ground voltage
Excessive losses on transformer and
generator.
EMC problem
Ground fault relay problem
Grounding problems

44. 12-Pulse Rectifier
r
iu ir
s
Load
AC source
Load
t
iu
u
AC source
v
ix
w x
y
z

45. 12-Pulse Rectifier
ix
ir
iu

46. 12-Pulse Rectifier
ωt

47. 6N-Pulse Rectifier
− 22,5o
Six - Pulse
Rectifier
− 20o
Six - Pulse
Rectifier
− 7,5o
Six - Pulse
Rectifier
0o
Six - Pulse
Rectifier
7,5o
Six - Pulse
Rectifier
20o
Six - Pulse
Rectifier
22,5o
Six - Pulse
Rectifier