Rangkaian Pengarah: Dari Setengah Gelombang hingga Desain Gelombang Penuh Polifase
Apa Itu Rectifikasi?
Rectifikasi adalah konversi arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC) menggunakan perangkat yang mengizinkan arus mengalir hanya dalam satu arah. Dioda semikonduktor adalah elemen paling umum yang melakukan fungsi ini dalam sumber daya modern.
Rectifikasi Setengah Gelombang
Dalam pengarah setengah gelombang hanya separuh setiap siklus AC yang mencapai beban, menghasilkan sinyal DC berdenyut dengan konten harmonik yang signifikan. Topologi sederhana ini berguna untuk aplikasi daya rendah atau ilustratif, seperti pemedu lampu dua posisi yang menyediakan daya AC penuh pada pengaturan “penuh” dan daya rectifikasi setengah gelombang pada pengaturan “redup” (lihat gambar).
Selama posisi “redup”, filamen pijar menerima sekitar setengah daya yang akan diterima di bawah AC penuh. Karena konstanta waktu termal filamen besar, pulsa daya yang cepat tidak menyebabkan kedipan yang terlihat; sebagai gantinya filamen beroperasi pada suhu steady-state yang lebih rendah, menghasilkan keluaran cahaya yang berkurang.
Pengarah Gelombang Penuh
Pengarah gelombang penuh menangkap kedua siklus AC, memberikan gelombang DC yang lebih halus. Dua konfigurasi umum adalah desain center-tap dan bridge.
Desain Center-Tap
Menggunakan transformator dengan secondary center-tapped dan dua dioda, setiap setengah secondary menggerakkan beban selama siklus setengah yang bergantian (lihat gambar). Topologi ini membutuhkan transformator center-tapped khusus, yang dapat mahal untuk aplikasi daya tinggi.
Selama siklus positif, dioda atas menghantar dan bawah mencegah; selama siklus negatif, peran dibalik. Dalam kedua kasus, beban melihat gelombang polaritas positif.
Desain Bridge
Bridge empat dioda menghilangkan kebutuhan akan transformator center-tapped. Arus mengalir melalui dua dioda secara seri untuk setiap polaritas, menghasilkan penurunan 1,4 V untuk dioda silikon—sebuah kekurangan pada tegangan keluaran sangat rendah.
Arah arus dioda untuk siklus positif dan negatif input ditunjukkan di bawah.
Untuk ingatan mnemonic yang lebih baik, tata letak alternatif menggambarkan semua dioda dalam orientasi horizontal, semuanya menunjuk ke arah yang sama.
Pengarah Bridge Gelombang Penuh Polifase
Memperluas konsep bridge ke suplai polifase menghasilkan keluaran DC yang lebih halus karena pulsa yang bergeser fase tumpang tindih. Sebuah bridge tiga fase menghasilkan enam pulsa per siklus AC; bridge enam fase menghasilkan dua belas pulsa, secara signifikan mengurangi tegangan denyut.
Tegangan Denyut
Semua pengarah menghasilkan beberapa komponen AC—disebut tegangan denyut—yang ditumpangkan pada keluaran DC. Dalam aplikasi daya tinggi atau presisi, jaringan filtering digunakan untuk menekan denyut ini.
Konvensi Pulsa
Pengarah sering digambarkan oleh jumlah pulsa DC yang dihasilkan per rotasi listrik: 1-pulsa (setengah gelombang), 2-pulsa (gelombang penuh), 6-pulsa (tiga fase gelombang penuh), dan seterusnya. Notasi standar 1Ph1W1P, 1Ph1W2P, 1Ph2W2P, 3Ph2W6P, dll., secara ringkas menangkap fase, arah arus, dan jumlah pulsa.
Di Atas Enam Pulsa: Konfigurasi 12-Pulsa
Dengan menggunakan transformator dengan geser fase 30° (koneksi Y-Δ atau Δ-Y), dua pengarah bridge tiga fase dapat diparalelkan untuk menghasilkan 12 pulsa per siklus, mengurangi denyut lebih lanjut. Teknik ini umum dalam sumber daya industri skala besar.
Poin Utama
- Rectifikasi mengonversi AC ke DC menggunakan perangkat yang mengizinkan aliran arus satu arah.
- Pengarah setengah gelombang sederhana tetapi menghasilkan DC yang sangat berdenyut.
- Pengarah gelombang penuh—center-tap atau bridge—menghasilkan DC yang lebih halus dan cocok untuk sebagian besar sumber daya.
- Rectifikasi polifase menghasilkan DC yang bahkan lebih halus dengan denyut lebih rendah, menguntungkan untuk aplikasi daya tinggi dan derau rendah.
Lembar Kerja Terkait
