Penyearah Satu 1-Fasa
Penyearah adalah proses menghubungkan catu daya AC ke beban DC yang terhubung melalui perangkat semikonduktor solid state.
Penyearah mengubah sumber tegangan AC sinusoidal yang berosilasi menjadi supply tegangan DC arus konstan melalui Dioda, Thyristor, Transistor, atau Converter. Proses penyearah ini dapat dilakukan dalam berbagai bentuk dengan penyearah setengah gelombang, penyearah gelombang penuh, tak terkendali, dan terkendali mengubah supply satu 1-fasa atau tiga 3-fasa menjadi level DC konstan. Dalam tutorial ini kita akan melihat penyearah satu 1-fasa dan semua bentuknya.
Penyearah adalah salah satu blok bangunan dasar dari konversi daya AC dengan penyearah setengah gelombang atau penyearah gelombang penuh yang umumnya dilakukan oleh dioda semikonduktor. Dioda memungkinkan arus bolak-balik mengalir melewatinya ke arah depan sambil menghalangi aliran arus ke arah sebaliknya menciptakan tingkat tegangan DC tetap sehingga ideal untuk penyearah.
Namun, arus searah yang telah diperbaiki oleh dioda tidak semurni yang diperoleh dari katakanlah, sumber baterai, tetapi memiliki perubahan tegangan dalam bentuk riak yang ditumpangkan di atasnya sebagai hasil dari supply bolak-balik. Tetapi untuk penyearah satu 1-fasa terjadi, kita membutuhkan bentuk gelombang sinusoidal AC dari tegangan dan frekuensi tetap seperti yang ditunjukkan.
Bentuk gelombang AC umumnya memiliki dua angka yang terkait dengannya. Angka pertama menyatakan tingkat rotasi bentuk gelombang sepanjang sumbu x di mana alternator telah berputar dari 0 hingga 360°. Nilai ini dikenal sebagai periode (T) yang didefinisikan sebagai interval yang diambil untuk menyelesaikan satu siklus penuh dari gelombang. Periode diukur dalam satuan derajat, waktu, atau radian. Hubungan antara periode gelombang sinus dan frekuensi didefinisikan sebagai: T = 1/ƒ.
Angka kedua menunjukkan amplitudo nilai, baik arus atau tegangan, di sepanjang sumbu y. Angka ini memberikan nilai sesaat dari nol hingga beberapa puncak atau nilai maksimum (AMAX, VMAX atau IMAX) yang menunjukkan amplitudo gelombang sinus terbesar 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 menarik bagi kami untuk tujuan penyearah. Salah satunya adalah Nilai Rata-rata bentuk gelombang dan yang lainnya adalah Nilai RMS -nya. Nilai rata-rata dari bentuk gelombang diperoleh dengan menambahkan nilai sesaat dari tegangan (atau arus) lebih dari setengah siklus dan didapat sebagai: 0.6365*VP. Perhatikan bahwa nilai rata-rata selama satu siklus lengkap dari gelombang sinus simetris adalah nol.
Nilai RMS, root mean squared atau nilai efektif sinusoidal (sinusoidal adalah nama lain untuk gelombang sinus) memberikan jumlah energi yang sama ke resistansi seperti halnya supply DC dengan nilai yang sama. Akar dari rata-rata kuadrat (rms) nilai tegangan (atau arus) sinusoidal didefinisikan sebagai: 0.7071*VP.
Untuk rangkaian penyearah tak terkendali, dioda semikonduktor adalah perangkat yang paling umum digunakan dan diatur sedemikian rupa untuk membuat rangkaian penyearah setengah gelombang atau gelombang penuh. Keuntungan menggunakan dioda sebagai perangkat penyearah adalah bahwa dengan desain mereka adalah perangkat searah yang memiliki pn-junction satu arah inbuilt.
Pn-junction ini mengubah supply bolak-balik dua arah menjadi arus searah satu arah dengan menghilangkan setengah dari supply. Tergantung pada koneksi dioda, itu bisa misalnya melewati setengah positif dari bentuk gelombang AC ketika forward bias, sementara menghilangkan setengah siklus negatif ketika dioda menjadi reverse bias.
Kebalikannya juga benar dengan menghilangkan setengah positif atau bentuk gelombang dan melewati setengah negatif. Bagaimanapun juga, output dari penyearah dioda satu hanya terdiri dari setengah gelombang 360° seperti yang ditunjukkan.
Konfigurasi penyearah setengah gelombang satu 1-fasa di atas melewati setengah positif dari bentuk supply AC dengan separuh negatif dihilangkan. Dengan membalik arah dioda kita dapat melewati belahan negatif dan menghilangkan belahan positif dari bentuk gelombang AC. Oleh karena itu output akan menjadi serangkaian pulsa positif atau negatif.
Dengan demikian tidak ada tegangan atau arus yang diterapkan ke beban yang terhubung, RL untuk setengah dari setiap siklus. Dengan kata lain, tegangan melintasi resistansi beban, RL hanya terdiri dari setengah bentuk gelombang, baik positif atau negatif, karena beroperasi selama hanya setengah dari siklus input, maka nama penyearah setengah-gelombang.
Semoga kita bisa melihat bahwa dioda memungkinkan arus mengalir dalam satu arah hanya menghasilkan output yang terdiri dari setengah siklus. Bentuk gelombang output pulsa ini tidak hanya bervariasi ON dan OFF setiap siklus, tetapi hanya hadir 50% dari waktu dan dengan beban resistif murni, tegangan tinggi dan konten riak arus adalah maksimum.
Ini ber-pulsa DC berarti bahwa nilai DC setara turun di Resistor beban, RL karena itu hanya satu setengah dari bentuk gelombang sinusoidal nilai rata-rata. Karena nilai maksimum dari fungsi bentuk gelombang sinus adalah 1 (sin (90° )), nilai DC mean atau rata-rata yang diambil lebih dari setengah sinusoidal didefinisikan sebagai: 0.637 x nilai amplitudo maksimum.
Jadi selama setengah siklus positif, AAVE(rata-rata) sama dengan 0.637*AMAX. Namun karena setengah siklus negatif dihapus karena penyearah oleh dioda, nilai rata-rata selama periode ini akan menjadi nol seperti yang ditunjukkan.
Jadi untuk penyearah setengah gelombang, 50% dari waktu ada nilai rata-rata 0.637*AMAX dan 50% dari waktu ada nol. Jika amplitudo maksimum adalah 1, nilai rata-rata atau setara DC yang terlihat pada resistansi beban, RL adalah:
Jadi ekspresi yang sesuai untuk nilai rata-rata tegangan atau arus untuk penyearah setengah-gelombang diberikan sebagai:
VAVE = 0.318*VMAX
IAVE = 0.318*IMAX
Perhatikan bahwa nilai maksimum,AMAX adalah dari bentuk gelombang input, tetapi kita juga bisa menggunakan RMS-nya, atau nilai kuadrat akar rata-rata untuk menemukan nilai output DC yang setara dari penyearah setengah gelombang satu 1-fasa. Untuk menentukan tegangan rata-rata untuk penyearah setengah-gelombang, kami mengalikan nilai RMS dengan 0.9 (form factor) dan membagi hasil dengan 2, yaitu mengalikannya dengan 0.45 dengan memberikan:
VAVE = 0.45*VRMS
IAVE = 0.45*IRMS
Kemudian kita dapat melihat bahwa rangkaian penyearah setengah-gelombang mengkonversi bagian positif atau negatif dari bentuk gelombang AC menjadi output DC ber-pulsa yang memiliki nilai 0.318*AMAX atau 0.45*ARMS seperti yang ditunjukkan.
Jadi ekspresi yang sesuai untuk nilai rata-rata tegangan atau arus untuk penyearah gelombang penuh diberikan sebagai:
Penyearah mengubah sumber tegangan AC sinusoidal yang berosilasi menjadi supply tegangan DC arus konstan melalui Dioda, Thyristor, Transistor, atau Converter. Proses penyearah ini dapat dilakukan dalam berbagai bentuk dengan penyearah setengah gelombang, penyearah gelombang penuh, tak terkendali, dan terkendali mengubah supply satu 1-fasa atau tiga 3-fasa menjadi level DC konstan. Dalam tutorial ini kita akan melihat penyearah satu 1-fasa dan semua bentuknya.
Penyearah adalah salah satu blok bangunan dasar dari konversi daya AC dengan penyearah setengah gelombang atau penyearah gelombang penuh yang umumnya dilakukan oleh dioda semikonduktor. Dioda memungkinkan arus bolak-balik mengalir melewatinya ke arah depan sambil menghalangi aliran arus ke arah sebaliknya menciptakan tingkat tegangan DC tetap sehingga ideal untuk penyearah.
Namun, arus searah yang telah diperbaiki oleh dioda tidak semurni yang diperoleh dari katakanlah, sumber baterai, tetapi memiliki perubahan tegangan dalam bentuk riak yang ditumpangkan di atasnya sebagai hasil dari supply bolak-balik. Tetapi untuk penyearah satu 1-fasa terjadi, kita membutuhkan bentuk gelombang sinusoidal AC dari tegangan dan frekuensi tetap seperti yang ditunjukkan.
Gelombang Sinusoidal AC
Bentuk gelombang AC umumnya memiliki dua angka yang terkait dengannya. Angka pertama menyatakan tingkat rotasi bentuk gelombang sepanjang sumbu x di mana alternator telah berputar dari 0 hingga 360°. Nilai ini dikenal sebagai periode (T) yang didefinisikan sebagai interval yang diambil untuk menyelesaikan satu siklus penuh dari gelombang. Periode diukur dalam satuan derajat, waktu, atau radian. Hubungan antara periode gelombang sinus dan frekuensi didefinisikan sebagai: T = 1/ƒ.
Angka kedua menunjukkan amplitudo nilai, baik arus atau tegangan, di sepanjang sumbu y. Angka ini memberikan nilai sesaat dari nol hingga beberapa puncak atau nilai maksimum (AMAX, VMAX atau IMAX) yang menunjukkan amplitudo gelombang sinus terbesar 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 menarik bagi kami untuk tujuan penyearah. Salah satunya adalah Nilai Rata-rata bentuk gelombang dan yang lainnya adalah Nilai RMS -nya. Nilai rata-rata dari bentuk gelombang diperoleh dengan menambahkan nilai sesaat dari tegangan (atau arus) lebih dari setengah siklus dan didapat sebagai: 0.6365*VP. Perhatikan bahwa nilai rata-rata selama satu siklus lengkap dari gelombang sinus simetris adalah nol.
Nilai RMS, root mean squared atau nilai efektif sinusoidal (sinusoidal adalah nama lain untuk gelombang sinus) memberikan jumlah energi yang sama ke resistansi seperti halnya supply DC dengan nilai yang sama. Akar dari rata-rata kuadrat (rms) nilai tegangan (atau arus) sinusoidal didefinisikan sebagai: 0.7071*VP.
Penyearah Setengah Gelombang
Semua penyearah satu 1-fasa menggunakan perangkat solid state sebagai perangkat konversi AC-to-DC utama mereka. Penyearah setengah-gelombang satu 1-fasa tak terkendali adalah yang paling sederhana dan mungkin rangkaian penyearah yang paling banyak digunakan untuk tingkat daya yang kecil karena outputnya sangat dipengaruhi oleh reaktansi dari beban yang terhubung.Untuk rangkaian penyearah tak terkendali, dioda semikonduktor adalah perangkat yang paling umum digunakan dan diatur sedemikian rupa untuk membuat rangkaian penyearah setengah gelombang atau gelombang penuh. Keuntungan menggunakan dioda sebagai perangkat penyearah adalah bahwa dengan desain mereka adalah perangkat searah yang memiliki pn-junction satu arah inbuilt.
Pn-junction ini mengubah supply bolak-balik dua arah menjadi arus searah satu arah dengan menghilangkan setengah dari supply. Tergantung pada koneksi dioda, itu bisa misalnya melewati setengah positif dari bentuk gelombang AC ketika forward bias, sementara menghilangkan setengah siklus negatif ketika dioda menjadi reverse bias.
Kebalikannya juga benar dengan menghilangkan setengah positif atau bentuk gelombang dan melewati setengah negatif. Bagaimanapun juga, output dari penyearah dioda satu hanya terdiri dari setengah gelombang 360° seperti yang ditunjukkan.
Penyearah Setengah Gelombang satu 1-fasa
Konfigurasi penyearah setengah gelombang satu 1-fasa di atas melewati setengah positif dari bentuk supply AC dengan separuh negatif dihilangkan. Dengan membalik arah dioda kita dapat melewati belahan negatif dan menghilangkan belahan positif dari bentuk gelombang AC. Oleh karena itu output akan menjadi serangkaian pulsa positif atau negatif.
Dengan demikian tidak ada tegangan atau arus yang diterapkan ke beban yang terhubung, RL untuk setengah dari setiap siklus. Dengan kata lain, tegangan melintasi resistansi beban, RL hanya terdiri dari setengah bentuk gelombang, baik positif atau negatif, karena beroperasi selama hanya setengah dari siklus input, maka nama penyearah setengah-gelombang.
Semoga kita bisa melihat bahwa dioda memungkinkan arus mengalir dalam satu arah hanya menghasilkan output yang terdiri dari setengah siklus. Bentuk gelombang output pulsa ini tidak hanya bervariasi ON dan OFF setiap siklus, tetapi hanya hadir 50% dari waktu dan dengan beban resistif murni, tegangan tinggi dan konten riak arus adalah maksimum.
Ini ber-pulsa DC berarti bahwa nilai DC setara turun di Resistor beban, RL karena itu hanya satu setengah dari bentuk gelombang sinusoidal nilai rata-rata. Karena nilai maksimum dari fungsi bentuk gelombang sinus adalah 1 (sin (90° )), nilai DC mean atau rata-rata yang diambil lebih dari setengah sinusoidal didefinisikan sebagai: 0.637 x nilai amplitudo maksimum.
Jadi selama setengah siklus positif, AAVE(rata-rata) sama dengan 0.637*AMAX. Namun karena setengah siklus negatif dihapus karena penyearah oleh dioda, nilai rata-rata selama periode ini akan menjadi nol seperti yang ditunjukkan.
Nilai Rata-Rata Sinusoidal
Jadi untuk penyearah setengah gelombang, 50% dari waktu ada nilai rata-rata 0.637*AMAX dan 50% dari waktu ada nol. Jika amplitudo maksimum adalah 1, nilai rata-rata atau setara DC yang terlihat pada resistansi beban, RL adalah:
VAVE = 0.318*VMAX
IAVE = 0.318*IMAX
Perhatikan bahwa nilai maksimum,AMAX adalah dari bentuk gelombang input, tetapi kita juga bisa menggunakan RMS-nya, atau nilai kuadrat akar rata-rata untuk menemukan nilai output DC yang setara dari penyearah setengah gelombang satu 1-fasa. Untuk menentukan tegangan rata-rata untuk penyearah setengah-gelombang, kami mengalikan nilai RMS dengan 0.9 (form factor) dan membagi hasil dengan 2, yaitu mengalikannya dengan 0.45 dengan memberikan:
VAVE = 0.45*VRMS
IAVE = 0.45*IRMS
Kemudian kita dapat melihat bahwa rangkaian penyearah setengah-gelombang mengkonversi bagian positif atau negatif dari bentuk gelombang AC menjadi output DC ber-pulsa yang memiliki nilai 0.318*AMAX atau 0.45*ARMS 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 50VRMS 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 mengubah 50 volt RMS ke puncaknya atau setara dengan tegangan maksimum.
a) Amplitudo Tegangan Maksimum, VM
VM = 1.414*VRMS = 1.414*50 = 70.7 volt
b) Tegangan DC Setara, VDC
VDC = 0.318*VM = 0.318*70.7 = 22,5 volt
c) Arus Beban, IL
IL = VDC ÷ RL = 22.5/150 = 0.15A atau 150mA
d) Daya Hilang/Disipasi oleh Beban, PL
PL = V*I atau I2*RL = 22.5*0.15 = 3.375W ≅ 3.4W
Dalam prakteknya, VDC akan sedikit kurang karena penurunan tegangan 0.7 volt yang forward bias melintasi dioda penyearah.
Salah satu kelemahan utama dari penyearah setengah gelombang satu 1-fasa adalah bahwa tidak ada output selama setengah dari bentuk gelombang input sinusoidal yang tersedia menghasilkan nilai rata-rata yang rendah seperti yang kita lihat. Salah satu cara untuk mengatasinya adalah dengan menggunakan lebih banyak dioda untuk menghasilkan penyearah gelombang penuh.
Penyearah Gelombang Penuh
Tidak seperti penyearah setengah gelombang sebelumnya, penyearah gelombang penuh menggunakan kedua bagian dari bentuk gelombang sinusoidal input untuk memberikan output searah. Ini karena penyearah gelombang penuh pada dasarnya terdiri dari dua penyearah setengah gelombang yang dihubungkan bersama untuk memberi makan beban.
Penyearah gelombang penuh satu 1-fasa melakukan ini dengan menggunakan empat dioda yang diatur dalam pengaturan jembatan melewati setengah positif dari bentuk gelombang seperti sebelumnya tetapi membalikkan bagian negatif dari gelombang sinus untuk membuat output DC yang ber-pulsa.
Meskipun tegangan dan output arus dari penyearah ber-pulsa, itu tidak membalikkan arah menggunakan 100% penuh dari bentuk gelombang input dan dengan demikian menghasilkan penyearah gelombang penuh.
Meskipun tegangan dan output arus dari penyearah ber-pulsa, itu tidak membalikkan arah menggunakan 100% penuh dari bentuk gelombang input dan dengan demikian menghasilkan penyearah gelombang penuh.
Penyearah Jembatan Gelombang Penuh Satu-Fasa
Konfigurasi jembatan dioda ini menyediakan penyearah gelombang penuh karena kapan saja dua dari empat dioda forward bias sedangkan dua lainnya reverse bias. Jadi ada dua dioda di jalur konduksi bukan satu dioda untuk penyearah setengah gelombang.
Oleh karena itu akan ada perbedaan dalam amplitudo tegangan antara VIN dan VOUT karena dua penurunan tegangan maju dari dioda yang terhubung secara seri. Di sini seperti sebelumnya, untuk kesederhanaan matematika kita akan mengasumsikan dioda ideal.
Jadi bagaimana cara kerja penyearah gelombang penuh satu 1-fasa. Selama setengah siklus positif dari VIN, 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 - RL - B - D4 dan kembali ke supply.
Selama setengah siklus negatif VIN, 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 - RL - B - D2 dan kembali ke supply.
Dalam kedua kasus setengah siklus positif dan negatif dari gelombang input menghasilkan puncak output yang positif terlepas dari polaritas input gelombang dan dengan demikian arus beban, i selalu mengalir ke arah SAMA melalui beban, RL antara titik atau node A dan B. Dengan demikian setengah siklus negatif dari sumber menjadi setengah siklus positif pada beban.
Jadi mana set dioda sedang berjalan, simpul A selalu lebih positif dari simpul B. Oleh karena 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 seperti penyearah setengah-gelombang di atas, penyearah gelombang penuh memiliki dua setengah siklus positif per input gelombang memberikan kita nilai rata-rata yang berbeda seperti yang ditunjukkan.
Namun tidak seperti penyearah setengah-gelombang di atas, penyearah gelombang penuh memiliki dua setengah siklus positif per input gelombang memberikan kita nilai rata-rata yang berbeda seperti yang ditunjukkan.
Nilai Rata-Rata Penyearah Gelombang Penuh
Di sini kita dapat melihat bahwa untuk penyearah gelombang penuh, untuk setiap puncak positif ada nilai rata-rata 0.637*AMAX dan karena ada dua puncak per gelombang input, ini berarti ada dua banyak nilai rata-rata dijumlahkan bersama. Jadi tegangan output DC dari penyearah gelombang penuh adalah dua kali lipat dari penyearah setengah-gelombang sebelumnya. Jika amplitudo maksimum adalah 1, nilai rata-rata atau setara DC yang terlihat pada resistansi beban, RL adalah:
VAVE = 0.637*VMAX
IAVE = 0.637*IMAX
Seperti sebelumnya, nilai maksimum, AMAX adalah dari bentuk gelombang input, tetapi kita juga bisa menggunakan RMS-nya, atau nilai rata-rata akar kuadrat untuk menemukan nilai output DC yang setara dari penyearah gelombang penuh satu 1-fasa. Untuk menentukan tegangan rata-rata penyearah gelombang penuh, kami mengalikan nilai RMS dengan 0.9 dengan memberikan:
VAVE = 0.9*VRMS
IAVE = 0.9*IRMS
Kemudian kita dapat melihat bahwa rangkaian penyearah gelombang penuh mengubah KEDUA bagian positif atau negatif dari bentuk gelombang AC menjadi output DC ber-pulsa yang memiliki nilai 0.637*AMAX atau 0.9*RMS seperti yang ditunjukkan.
Tegangan Rata-Rata Penyearah Gelombang Penuh
Contoh: Penyearah Satu 1-Fasa No2
Empat dioda digunakan untuk membangun rangkaian jembatan penyearah gelombang penuh satu 1-fasa yang diperlukan 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, VRMS
VDC = 0.9*VRMS karena itu: VRMS = VDC ÷ 0.9 = 220/0.9 = 244,4 VRMS
b) Arus Beban, IL
IL = VDC ÷ RL = 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 = IL ÷ 2 = 0.22/2 = 0.11A atau 110mA
d) Daya Hilang (disipasi) oleh Beban, PL
PL = V*I atau I2*RL = 220*0.22 = 48.4W
Jembatan Penyearah Setengah-terkendali
Penyearah gelombang penuh memiliki banyak keunggulan dibandingkan penyearah setengah gelombang yang lebih sederhana, seperti tegangan output yang lebih konsisten, memiliki tegangan output rata-rata yang lebih tinggi, frekuensi input digandakan oleh proses penyearah, dan membutuhkan nilai kapasitansi yang lebih kecil kapasitor smoothing kapasitor jika diperlukan. Tapi kita bisa memperbaiki desain penyearah jembatan dengan menggunakan thyristor bukan dioda dalam desainnya.
Dengan mengganti dioda dalam jembatan penyearah satu-fasa dengan thyristor, kita dapat membuat penyearah fasa-terkendali AC-ke-DC untuk mengubah 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 kontrol motor.
Jembatan penyearah satu-fasa adalah apa yang disebut sebagai "penyearah tak terkendali" di mana tegangan input yang diterapkan dilewatkan secara langsung ke terminal output memberikan nilai setara DC rata-rata tetap. Untuk mengubah jembatan penyearah tak terkendali menjadi satu rangkaian penyearah setengah-fasa terkendali, kita hanya perlu mengganti dua dioda dengan thyristor seperti 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 tutorial tentang Thyristor, sebuah thyristor hanya akan berjalan ( keadaan "ON") ketika Anode-nya, (A) lebih positif daripada Katoda-nya, (K) dan pulsa yang ditembakkan diterapkan ke Gerbang-nya, (G) terminal. Kalau tidak, tetap tidak aktif.
Kami juga mengetahui bahwa sekali "ON", thyristor hanya dinyalakan "OFF" lagi ketika sinyal gerbangnya dilepas dan arus anoda turun di bawah thyristor yang menahan arus, IH ketika tegangan supply AC reverse bias.
Jadi dengan menunda pulsa penembakan yang diterapkan ke terminal gerbang thyristor untuk periode waktu yang terkendali, atau sudut ( α ), setelah tegangan supply AC telah melewati persilangan tegangan nol dari tegangan anoda ke katoda, kita dapat mengontrol kapan thyristor mulai mengalirkan arus dan karenanya 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 VIN, konduksi melalui SCR2 dan D1 dan kembali ke supply.
Jelas kemudian bahwa satu thyristor dari kelompok atas ( SCR1 atau SCR2 ) dan dioda yang sesuai dari kelompok bawah ( D2 atau D1 ) harus berjalan bersama untuk setiap arus beban mengalir.
Dengan demikian tegangan output rata-rata, VAVE tergantung pada sudut tembak α untuk dua thyristor yang termasuk dalam penyearah setengah terkendali karena dua dioda tak terkendali dan melewati arus setiap kali forward bias. Jadi 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 ketika α = 1 tetapi masih hanya 0.637*VMAX sama dengan untuk jembatan penyearah satu 1-fasa tak terkendali.
Kita dapat mengambil gagasan ini untuk mengendalikan tegangan output rata-rata jembatan selangkah lebih maju dengan mengganti keempat dioda dengan thyristor yang memberi kita rangkaian Jembatan Penyearah Terkendali Sepenuhnya.
Jembatan Penyearah Sepenuhnya-Terkendali
Jembatan penyearah sepenuhnya-terkendali fasa dikenal lebih umum sebagai AC-to-DC converter. Konverter jembatan yang sepenuhnya dikendalikan digunakan secara luas dalam kontrol kecepatan mesin DC dan mudah diperoleh dengan mengganti keempat dioda jembatan penyearah dengan thyristor seperti 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 bersama sebagai pasangan selama setengah siklus positif, sementara thyristor SCR3 dan SCR4 juga ditembakkan bersama sebagai pasangan selama setengah siklus negatif. Itu 180° setelah SCR1 dan SCR4.
Kemudian selama mode operasi konduksi kontinu, empat thyristor terus-menerus diaktifkan sebagai pasangan alternatif untuk mempertahankan tegangan output DC rata-rata atau setara. Seperti halnya penyearah setengah-terkendali, tegangan output dapat sepenuhnya dikontrol dengan memvariasikan sudut tunda tembak ( α ) thyristor.
Jadi 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 bervariasi dari VMAX/π hingga -VMAX/π dengan memvariasikan sudut tembak, α dari π hingga 0 masing-masing. Jadi ketika α <90° tegangan DC rata-rata positif dan ketika α> 90° tegangan DC rata-rata negatif. Itu adalah aliran daya dari beban DC ke supply AC.
Kemudian kita telah melihat di sini dalam tutorial ini tentang penyearah satu 1-fasa bahwa penyearah satu 1-fasa dapat mengambil banyak bentuk untuk mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC dari penyearah setengah gelombang dioda satu tak terkendali menjadi jembatan penyearah gelombang penuh terkendali sepenuhnya menggunakan empat thyristor.
Keuntungan dari penyearah setengah gelombang adalah kesederhanaannya dan biaya rendah karena hanya membutuhkan satu dioda. Namun, ini tidak terlalu efisien karena hanya setengah dari sinyal input yang digunakan menghasilkan tegangan output rata-rata yang rendah.
Penyearah gelombang penuh lebih efisien daripada penyearah setengah-gelombang karena menggunakan kedua setengah-gelombang dari gelombang sinus input menghasilkan tegangan output DC rata-rata atau setara yang lebih tinggi. Kelemahan dari rangkaian jembatan gelombang penuh adalah bahwa hal itu membutuhkan empat dioda.
Penyearah terkendali fasa menggunakan kombinasi dioda dan thyristor (SCR) untuk mengubah 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 masalah bagaimana kita melakukannya, konversi bentuk gelombang AC sinusoidal ke supply DC keadaan stabil disebut Penyearah.