BLOG TEKNIK & VOKASI: Penyearahan (Rectifikasi) Pada Sistem UPS Statis

Rectifikasi adalah konversi daya listrik ac ke daya listrik dc, yang dicapai dengan menggunakan komponen penyearah seperti SCR atau IGBT. Rectifier dapat dibangun untuk mengkonversi daya listrik ac satu-fase atau tiga fase ke daya listrik dc yang terkendali. Dalam penyearah terkendali, tegangan output dc dapat terus dipertahankan pada tingkat yang diinginkan sedangkan dalam penyearah tak terkendali tegangan output dc (tanpa beban) tetap sebanding dengan tegangan ac input. Selain itu, tegangan dc output dari sebuah penyearah tak terkendali bervariasi terhadap tingkat beban karena terjadi drop tegangan di berbagai elemen sirkuit. Umumnya, rectifier 1 fase memungkinkan untuk digunakan pada kapasitas daya hingga 5 KW, sedangkan rectifier 3 fase digunakan pada kapasitas yang lebih tinggi. Ketika tegangan dc output memerlukan pengendalian, biasanya menggunakan SCR.

1. Rectifier 1 fase tak terkontrol

Dua konfigurasi yang paling umum dari rectifier 1 fase tidak terkendali adalah penyearah gelombang penuh type center-tap seperti yang ditunjukkan pada gambar 1 dan penyearah gelombang penuh type jembatan seperti yang ditunjukkan pada gambar 2. Dalam konfigurasi type center-tap, masing-masing dioda melakukan setiap setengah siklus ketika tegangan anoda relatif positif terhadap katoda. Sedangkan pada konfigurasi type jembatan sepasang dioda melakukan setiap setengah siklus ketika tegangan anoda kedua dioda relatif positif terhadap katoda. Perbandingan tegangan output (Ed) dan bentuk gelombang arus dari dua konfigurasi tersebut menunjukkan kesamaan. Namun, perbedaan utama antara kedua konfigurasi adalah untuk daya output KW yang sama, konfigurasi center-tap memerlukan transformator dengan KVA lebih besar dibanding dengan konfigurasi jembatan dan lebih mahal. Untuk itu dan alasan lainnya, konfigurasi center-tap lebih banyak digunakan terutama dalam kapasitas daya kurang dari 1 KW. Memeriksa bentuk gelombang tegangan output untuk dua konfigurasi menunjukkan setiap siklusnya berisi dua pulsa, hal ini menyebabkan tegangan output yang merupakan rata-rata dari dua pulsa tersebut, memiliki riak konten yang tinggi. Selain itu, perbandingan bentuk gelombang arus output (Id) untuk beban resistif dan induktif menunjukkan bahwa dengan beban induktif, arus output pada dasarnya konstan sepanjang siklus. Oleh karena itu, menghubungkan induktor besar secara seri dengan output rectifier dapat memperhalus arus dan meminimalkan riak arus.

Gambar 1. Rectifier tak terkontrol gelombang penuh type centeritap

Gambar 2. Rectifier tak terkontrol gelombang penuh type jembatan

2. Rectifier 3 fase tak terkontrol

Ada beberapa kemungkinan konfigurasi dari rectifier3 fase. Namun, blok bangunan dasar dari konfigurasi yang dibahas disini adalah rectifiar 3 fase tak terkontrol konfigurasi satu jalur dan konfigurasi jembatan seperti yang ditunjukkan pada gambar 3 dan gambar 4. Perbandingan dari bentuk gelombang tegangan output dan arus output menunjukkan bahwa bentuk gelombang keluaran penyearah jembatan berisi enam pulsa sedangkan bentuk gelombang penyearah satu jalur berisi tiga pulsa. Hal ini membuat riak konten keluaran penyearah jembatan lebih sedikit dibandingkan dengan penyearah satu jalur. Perbedaan penting lainnya adalah KVA transformator yang diperlukan dalam konfigurasi satu jalur sekitar 1,5 kali dari konfigurasi jembatan untuk kapasitas daya keluaran (KW) yang sama, karena faktor daya pada konfigurasi satu jalur lebih rendah. Biasanya rectifier 3 fase digunakan untuk kapsitas daya yang lebih tinggi dari 5 KW, meskipun dapat juga digunakan untuk kapsitas daya yang lebih kecildari 5 KW. Sedangkan konfigurasi rectifier jembatan umumnya digunakan untuk aplikasi daya yang lebih tinggi dibanding dengan konfigurasi rectifier satu jalur. Secara umum, pemilihan suatu konfigurasi rectifier tergantung dari perancang komponen dan didasarkan pada pertimbangan biaya.

Gambar 3. Rectifier 3 fase tak terkontrol type 1 jalur

Gambar 4. Rectifier 3 fase tak terkontrol type jembatan

3. Rectifier Terkontrol

Dalam aplikasi di mana tegangan dc terus menerus disesuaikan dengan tegangan yang diinginkan, maka diperlukan rectifier yang dapat dikontrol. Baik rectifier terkontrol maupun rectifier tak terkontrol dapat menggunakan sumber tegangan 1 fase atau 3 fase. Konfigurasi rectifier terkontrol pada dasarnya identik dengan rectifier tak terkontrol, namun dalam rangka untuk mengontrol tegangan output dc, digunakan SCR pada tempat dimana dioda daya dipasang. Tegangan output dc dapat dikontrol pada setiap tingkat yang diinginkan dengan mengubah sudut picu α seperti yang dibahas pada pertemuan sebelumnya. Pengendalian dengan mengubah sudut picu α disebut dengan "Kontrol Fase". Tegangan dikendalikan oleh loop umpan balik yang merasakan tegangan output dan menyesuaikan sudut picu SCR untuk mempertahankan tegangan output pada tingkat yang diinginkan. Konfigurasi rectifier 1 fase dan 3 fase terkontrol type jembatan dan bentuk gelombangnya ditunjukkan pada gambar 5 dan gambar 6. Tegangan output dc rectifier dengan beban resistif - induktif atau beban non - linear dan efek dari sudut picu α dapat ditentukan dengan analisis teknik rangkaian untuk setiap beban tertentu. Pengaruh sudut picu α pada besarnya tegangan output dc adalah sebagai berikut :

a. Rectifier 1 fase type jembatan dengan beban resistif

Berikut ini adalah rumus persamaan tegangan output dari rectifier 1 fase type jembatan dengan beban resistif. : Edo (α) = (1 + Cos α) / 2

b. Rectifier 1fase type jembatan dengan beban induktif

Berikut ini adalah rumus persamaan tegangan output dari rectifier 1 fase type jembatan dengan beban induktif : Edo (α) = Edo . Cos α

c. Rectifier 3 fase type jembatan dengan beban resistif

Berikut ini adalah rumus persamaan tegangan output dari rectifier 3 fase type jembatan dengan beban resistif : Edo (α) = Edo . 1 - sin (α – Π/6)

d. Rectifier 3 fase type jembatan dengan beban induktif

Berikut ini adalah rumus persamaan tegangan output dari rectifier 3 fase type jembatan dengan beban induktif : Edo (α) = Edo . Cos α

dimana: Edo = tegangan dc rata-rata tanpa beban tanpa kontrol fase (mengabaikan penurunan tegangan pada elemen sirkuit)

Edo (α) = tegangan dc rata-rata tanpa beban dg kontrol fasa pada sudut picu α (mengabaikan penurunan tegangan pada elemen sirkuit).