Penyearah Elektro Daya (Konverter Ac/Dc)
Piranti ini untuk mengkonversi daya AC satu fase atau tiga fase ke arus dan tegangan DC halus (smooth). Alat-alat bi-stable sederhana, menyerupai dioda dan thyristor, sanggup secara efektif dipakai untuk tujuan ini.
Asumsi
Ketika menganalisa sirkuit elektronik power, diasumsikan bahwa alat-alat semikonduktor bi-stable, menyerupai dioda dan thyristor, yaitu saklar-saklar ideal, tanpa ada kehilangan dan penurunan tegangan forward minimal. Juga akan diasumsikan bahwa reaktor, kapasitor, resistor, dan komponen lain sirkuit-sirkuit tersebut memiliki karakteristik-karakteristik linier ideal tanpa ada kerugian.
Begitu operasi sebuah sirkuit dipahami, ketidaksempurnaan yang terkait dengan komponen-komponen mudah sanggup diperkenalkan untuk memodifikasi performa sirkuit elektro daya. Dalam elektro daya, operasi suatu konverter tergantung pada pensaklaran yang sedang di-ON dan di-OFF-kan secara berangkai. Arus melewati sebuah saklar ketika ON dan dihambat dikala OFF.
Komutasi yaitu transfer arus dari satu saklar yang menjadi OFF, ke saklar lainnya yang menjadi ON. Dalam sebuah rangkaian penyearah dioda, sebuah dioda menjadi ON dan kemudian mulai mengkonduksi arus bila ada tegangan arah maju (forward) melintasinya, yakni tegangan arah maju (forward) yang melintasinya menjadi positif. Proses ini biasanya menghasilkan tegangan arah maju (forward) pada dioda lain yang menjadi negatif, yang kemudian mematikan dan menghentikan pengkonduksian arus.
Dalam sebuah rangkaian penyearah thyristor, saklar-saklar juga membutuhkan sinyal pada gerbangnya (gate) untuk menjadi ON dan OFF. Faktor-faktor yang mempengaruhi komutasi diilustrasikan dalam rangkaian dioda ideal dalam Gambar 5-1, yang menawarkan dua cabang rangkaian, masing-masing dengan induktansi rangkaian dan sumber tegangan searah merupakan variabelnya sendiri. Pada mulanya diasumsikan bahwa arus I sedang mengalir melalui rangkaian dan bahwa magnitudo tegangan V1 lebih besar dibanding V2. Karena V1 > V2, dioda D1 memiliki tegangan arah maju (forward ) nyata yang mengkonduksi arus I1 melalui induktansi rangkaian L1. Dioda D2 memiliki tegangan arah maju (forward) negatif yang menghambat dan tidak mengalirkan arus.
Anggaplah tegangan V2 dinaikkan ke harga yang lebih besar dari V1, tegangan forward pada dioda D2 menjadi positif, dan ia mulai menghidupkan (on). Tetapi induktansi L1 mencegah arus I1 untuk berubah segera dan dioda D1 tidak akan segera mati (off). Karena itu, dioda D1 dan dioda D2 tetap ON selama suatu periode tumpang-tindih yang dinamakan waktu komutasi Tc.
Gambar 5-1. Sirkuit sederhana untuk mengillustrasikan komutasi dari Dioda D1 ke D2
Bila kedua dioda di-on-kan, sebuah sirkuit tertutup dibuat yang melibatkan kedua cabang. Tegangan sirkuit efektif Vc = (V2 – V1), yang dinamakan tegangan komutasi, menggerakkan arus sirkulasi Ic, yang dinamakan arus komutasi, melalui kedua cabang yang memiliki total induktansi sirkuit Lc = (L1 + L2).
Dalam sirkuit ideal ini, penurunan tegangan pada dioda-dioda itu dan resistensi sirkuit telah diabaikan. Dari teori elektrik dasar mengenai sirkuit induktif, arus Ic meningkat seiring dengan waktu pada suatu rate yang bergantung pada induktansi sirkuit. Magnitudo arus komutasi sanggup dihitung dari persamaan-persamaan berikut:
Jika komutasi mulai pada waktu t1 dan selesai pada waktu t2, magnitudo arus komutasi Ic pada suatu waktu t, selama periode komutasi, sanggup dihitung, dengan mengintegrasikan persamaan di atas dari waktu t1 ke t.
Untuk pola khusus yang ini, sanggup diasumsikan bahwa tegangan komutasi Vc konstan selama periode singkat komutasi. Pada waktu t, integrasi menghasilkan harga Ic berikut, yang naik secara linier seiring dengan waktu.
Bila Ic telah meningkat ke sebuah harga yang sama dengan arus beban I pada waktu t2, maka arus itu telah ditransfer dari cabang 1 ke cabang 2, dan arus melalui saklar yang menjadi off telah turun ke nol. Maka komutasi lengkap. Akibatnya, pada waktu t2.
Pada final komutasi dikala t = t2, yang menempatkan Ic ke I dalam persamaan di atas, waktu yang dihabiskan untuk mentransfer arus dari satu cabang sirkuit ke yang lainnya (waktu komutasi), sanggup dihitung sebagai berikut:
Jelas dari persamaan tersebut bahwa waktu komutasi tc bergantung pada induktansi sirkuit menyeluruh (L1 + L2) dan tegangan komutasi. Dari sini kita sanggup menyimpulkan berikut ini:
- Suatu induktansi sirkuit besar akan menghasilkan waktu komutasi panjang.
- Suatu tegangan komutasi besar akan menghasilkan waktu komutasi pendek.
Sekalipun waktu komutasi sangat pendek, tegangan komutasi dari sebuah AC-fed rectifier bridge tidak tetap konstan tetapi berubah sedikit selama periode komutasi. Tegangan komutasi yang meningkat akan cenderung mengurangi waktu komutasi.