BAB II TEORI DASAR RECTIFIER

BAB II
TEORI DASAR RECTIFIER
2.1 Teori Umum
Penyearah (Rectifier) adalah alat yang digunakan untuk mengubah sumber arus
bolak-balik (Alternating Curent) menjadi sinyal sumber arus searah (Direct Curent).
Tujuan dari penggunaan rectifier yang teregulasi adalah untuk mendapatkan
tegangan keluaran yang konstan bila ada perubahan arus beban ataupun inputan (AC)
yang jelek sekalipun, serta batterai sebagai penyimpanan tenaga listrik bila tegangan (AC)
cutover.
Komponen
utama
dalam
penyearah
gelombang
adalah
diode
yang
dikonfiguarsikan secara forward bias. Dalam sebuah power supply tegangan rendah,
sebelum tegangan AC tersebut di ubah menjadi tegangan DC maka tegangan AC tersebut
perlu di turunkan menggunakan transformator stepdown.
Ada 3 bagian utama dalam penyearah gelombang pada suatu power supply yaitu,
penurun tegangan (transformer), penyearah gelombang / rectifier (diode) dan filter
(kapasitor) yang digambarkan dalam blok diagram berikut.
6
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.1 Diagram Blok Penyearah Gelombang
Pada dasarnya konsep penyearah gelombang dibagi dalam 2 jenis yaitu,
Penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh. Penyearah Setengah
Gelombang (Half Wave rectifier)

Penyearah Setengah Gelombang (Half Wave rectifier)
Gambar 2.2 Penyearah Setengah Gelombang (Half Wafe Rectifier)
7
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Penyearah setengah gelombang (half wave rectifer) hanya menggunakan 1 buah
diode sebagai komponen utama dalam menyearahkan gelombang AC. Prinsip kerja dari
penyearah setengah gelombang ini adalah mengambil sisi sinyal positif dari gelombang
AC dari transformator. Pada saat transformator memberikan output sisi positif dari
gelombang AC maka diode dalam keadaan forward bias sehingga sisi positif dari
gelombang AC tersebut dilewatkan dan pada saat transformator memberikan sinyal sisi
negatif gelombang AC maka dioda dalam posisi reverse bias, sehingga sinyal sisi negatif
tegangan AC tersebut ditahan atau tidak dilewatkan seperti terlihat pada gambar sinyal
output penyearah setengah gelombang berikut.
Gambar 2.3 Sinyal Output Penyearah Gelombang
Formulasi yang digunakan pada penyearah setengah gelombang sebagai berikut
……………….………………..(2.1)
8
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Keterangan :
Vavg : Nilai tegagan rata – rata (setengah gelombang )

Vm
: Tegangan Maksimum
Π
: pi (3.14 atau 22/7 )
R
: Hambatan (ohm )
Penyearah Gelombang Penuh (Full wave Rectifier)
Penyearah
gelombang penuh dapat dibuat dengan 2
macam yaitu,
menggunakan 4 diode dan 2 diode. Untuk membuat penyearah gelombang penuh
dengan 4 diode menggunakan transformator non-CT seperti terlihat pada gambar
berikut :
Gambar 2.4
Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh (Full Wave
Rectifier)
Prinsip kerja dari penyearah gelombang penuh dengan 4 diode diatas
dimulai pada saat output transformator memberikan level tegangan sisi positif,
maka D1, D4 pada posisi forward bias dan D2, D3 pada posisi reverse bias
sehingga level tegangan sisi puncak positif tersebut akan di lewatkan melalui D1
9
http://digilib.mercubuana.ac.id/
ke D4. Kemudian pada saat output transformator memberikan level tegangan sisi
puncak negatif maka D2, D4 pada posisi forward bias dan D1, D2 pada posisi
reverse bias sehingan level tegangan sisi negatif tersebut dialirkan melalui D2,
D4. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada grafik output berikut
Gambar 2.5 Grafik Output
Penyearah gelombang dengan 2 diode menggunakan tranformator dengan
CT (Center Tap). Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan 2 diode dapat
dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2.6 Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh 2 Diode
10
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh dengan 2 dioda ini
dapat bekerja karena menggunakan transformator dengan CT. Transformator
dengan CT seperti pada gambar diatas dapat memberikan output tegangan AC
pada kedua terminal output sekunder terhadap terminal CT dengan level tegangan
yang berbeda fasa 180°. Pada saat terminal output transformator pada D1
memberikan sinyal puncak positif maka terminal output pada D2 memberikan
sinyal puncak negatif, pada kondisi ini D1 pada posisi forward dan D2 pada posisi
reverse. Sehingga sisi puncak positif dilewatkan melalui D1. Kemnudian pada
saat terminal output transformator pada D1 memberikan sinyal puncak negatif
maka terminal output pada D2 memberikan sinyal puncak positif, pada kondisi ini
D1 posisi reverse dan D2 pada posisi forward. Sehingga sinyal puncak positif
dilewatkan melalui D2. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar output
penyearah gelombang penuh berikut :
Gambar 2.7 Sinya Output Penyearah Gelombang Penuh
11
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Formulasi pada penyearah gelombang penuh sebagai berikut.
……………………………………(2.2)
Keterangan :
Vavg : Nilai tegagan rata – rata (setengah gelombang )
Vm
: Tegangan Maksimum
Π
: pi (3.14 atau 22/7 )
R
: Hambatan (ohm )
Penyearah
Dilengkapi Filter
Kapasitor
Agar
tegangan
penyearahan
gelombang AC lebih rata dan menjadi tegangan DC maka dipasang filter kapasitor
pada bagian output rangkaian penyearah seperti terlihat pada gambar berikut.
12
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.8 Pemasangan dan Peletakan Filter Kapasitor
Fungsi kapasitor pada rangkaian diatas untuk menekan riple yang terjadi
dari proses penyearahan gelombang AC. Setelah dipasang filter kapasitor maka
output dari rangkaian penyearah gelombang penuh ini akan menjadi tegangan DC
(Direct Current) yang dpat diformulasikan sebagai berikut :
………………………………(2.3)
Keterangan :
Vdc
: Tegangan DC
Vmax : Tegangan max
Kemudian untuk nilai riple tegangan yag ada dapat dirumuskan sebagai berikut :
………………………………(2.4)
Keterangan :
VRiple
: Tegangan
Iload
: Ampere load
F
: frekuensi
C
: Nilai Kapasitor
ripple
2.2 Tinjauan Umum Telekomunikasi Selluler
13
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Teknologi
seluler
telekomunikasi untuk pengguna
nirkabel
yang
merupakan solusi penyediaan sarana
mempunyai
mobilitas
tinggi. Beberapa
kelebihan yang ditawarkan oleh teknologi nirkabel seluler dibandingkan dengan
teknologi telekomunikasi dengan kabel :
· Mobilitas pengguna yang tinggi
·
Pembangunan
infrastruktur
yang lebih cepat dan pemeliharaan yang
mudah
· Kapasitas pelanggan yang lebih banyak, dll
Arti Nirkabel sendiri adalah akses sistem ke pelanggannya
menggunakan
kabel,
melainkan
lewat
udara.
tidak
Arti Seluler adalah area
pelayanannya terbagi-bagi atas area yang kecil-kecil, atau yang disebut dengan sel
(Gambar.1). Dimana tiap sel, akan dilayani minimal oleh satu buah
perangkat
radio yang disebut Radio Transceiver Station atau BTS.
Gambar 2.9 Sistem Network Selluler
14
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Adapun Base Station System terdiri atas :
a. Base Transceiver sytem (BTS)
Bertanggung jawab atas tugas yang berkenaan dengan komunikasi radio
untuk konektivitas pelanggan dengan jaringan seluler lewat interface udara.
b. Base Station Controller (BSC)
Mengkoordinasikan satu grup yang terdiri atas sejumlah BTS. Jumlah
maksimum yang dapat dikoneksikan ke satu buah BSC tergantung dari
kemampuan BSC tersebut.
c. Transcoding and Adaptation Rate (TRAU)
Bertanggung jawab mengubah sinyal atau data yang dikompresi/tidak
terkompresi dari/ke BSC/MSC, kemudian merubah data 64 Kbps dari MSC ke 16
Kbps pada BSS, dan juga sebaliknya. Pada penempatannya TRAU dapat berada
pada sisi MSC ataupun sisi BSC.
Penempatan perangkat tower, BTS, BSC dan TRAU bisa terdapat pada
satu site.
Jika penempatan BTS terpisah dari BSC, maka keduanya akan
dihubungkan dengan menggunakan perangkat radio microwave.
Perangkat pada site selular dapat dibagi menjadi 2 kategori, yaitu :
· Perangkat radio
15
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Perangkat yang digunakan untuk komunikasi via radio. Perangkat radio
terdiri atas : BTS, Microwave Link.
· Perangkat penunjang
Perangkat selain dari perangkat radio yang berfungsi sebagai penunjang
bagi sistem site selular secara keseluruhan. Perangkat pendukung ini berkaitan
dengan bangunan (sipil), mekanik dan juga elektrik sehingga bisa juga disebut
Civil, Mechanical and Electrical (CME).
Pada
site
selular
umumnya
mempunyai
konfigurasi
bangunan/komponen:
o Tower : Tower adalah struktur yang digunakan untuk menempatkan
perangkat antena,
sebagai interface
komunikasi lewat udara. Fungsi
tower sangat penting untuk menjamin cakupan area pada komunikasi
selular. Antena yang terpasang pada tower komunikasi selular dibagi
menjadi 2 macam yaitu antena untuk BTS dan antena untuk microwave.
o Pagar : Pada site selular pagar memegang peranan sangat penting dalam
menunjang faktor keamanan. Pagar menjadi pembatas utama
dari area
site dengan lingkungan sekitarnya.
o Shelter : Shelter adalah sebagai tempat yang sifatnya semi permanen
untuk menempatkan perangkat radio serta perangkat penunjang lain.
Shelter
ini
harus
memberikan perlindungan
bagi
perangkat
didalamnya, baik dari faktor eksternal dan internal.
16
http://digilib.mercubuana.ac.id/
o Elektrikal : Sistem utama yang merupakan penunjang perangkat radio
adalah
sistem kelistrikan
(elektrik),
dimana
fungsi utamanya adalah
mendistribusikan daya ke tiap perangkat elektrik di site. Yang termasuk
sistem
kelistrikan
ini antara
lain sistem alarm,
sistem
pengamanan
perangkat (grounding system) dan air conditioner.
o Genset dan rumah genset : Genset digunakan sebagi cadangan daya
listrik AC jika PLN padam. Genset biasa dipakai pada lokasi site yang
diketahui frekuensi padamnya lama, atau juga pada lokasi yang terdapat
perangkat urgent (misal: seperti terdapat perangkat BSC atau MSC). Pada
site juga dilengkapi dengan perangkat battery cadangan pada rectifier
sehingga sebagai komponen penunjang power supply seandainya PLN
padam dan genset bermasalah.
2.3 Tinjauan Umum Peralihan Power System
Pada proses peralihan power supply utama dari PLN ke genset (process
transfer load) memerlukan
(break system)
tertentu.
pemutusan power supply
dengan tegangan waktu
Jika kondisi normal kembali maka suplai listrik pada
beban akan dilayani lagi oleh PLN (proses retranfer load). Genset harus selalu
dalam keadaan siaga karena jika sewaktu-waktu terjadi gangguan pada
supply
otomatis
PLN
yang menyebabkan
pembangkit
cadangan
terputusnya
suplai
daya,
power
maka secara
akan bekerja untuk mensuplai daya melayani
beban
17
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.10 Diagram Blok Peralihan Power System
2.4 Tinjauan Umum Batterai Rectifier
Batterai adalah bagian dari power sistem yang cukup vital mengingat
perannya sebagai penyuplai power terhadap perangkat BSS apabila PLN/Genset
mengalami masalah. Pada site-site tertentu dimana tidak terdapat genset, batterai
adalah
backup apabila PLN mengalami gangguan yang akan langsung berfungsi
sebagi
power
supply
apabila
PLN mengalami kegagalan input suplai ke
perangkat. Beban Secara umum klasifikasi beban dibagi atas dua yaitu beban
prioritas dan beban non prioritas. Pengelompokkan beban pada site dibedakan
atas 2 yaitu priority load dan non-priority load. Adapun priority load adalah
MSC, BSC dan transmisi sedangkan yang merupakan non-priority load adalah
BTS lampu penerangan, Air Conditioner dan perangkat elektrikal lainnya di site
Cara menghitung waktu daya tahan batterai terhadap beban adalah
dengan
membandingkan
kapasitas
Amperehours
dengan
Kapasitas
beban
terpasang seperti persamaan di bawah ini:
18
http://digilib.mercubuana.ac.id/
………………………………(2.5)
Keterangan :
T
: Waktu daya tahan battery
Iload
: Kapasitas
IBatt
: Kapasitas Beban Terpasang
Ampere Hours
Satuan dan istilah yang jamak digunakan:
o Ampere (A) : Adalah satuan dari besarnya arus listrik yang harus dipasok
oleh baterai menuju beban.
o Volt (V) : Adalah satuan dari tegangan, yaitu nilai perbedaan potensial
dimana arus akan mengalir.
o Watt (W): Adalah besaran dari daya listrik yang diperoleh dengan cara
mengalikan nilai Tegangan (Volt) dengan nilai Arus (Ampere).
o Amperhour (Ah) : Adalah satuan dari besarnya arus (Ampere) yang dapat
dipasok oleh baterai dalam waktu tertentu (Hour). Nilai Ah dari suatu baterai
didapat dengan cara mengalikan nilai arus yang dapat dipasok dengan suatu
besaran waktu. Satuan besaran waktu juga menunjukkan waktu atau durasi
discharge dari baterai tersebut.
o Watthour (Wh) : Adalah satuan dari besarnya konsumsi energi listrik atau
daya listrik yang dikonsumsi oleh beban dalam waktu tertentu (Hour). Nilai
19
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Wh dari suatu peralatan listrik didapat dengan cara mengalikan nilai besarnya
daya listrik yang dikonsumsi dengan suatu besaran waktu
2.4.1
Rangkaian Batterai
Battery dapat dirangkai menjadi 2 yaitu secara seri dan paralel. Namun
Disini saya hanya membahas perhitungan secara seri saja
Baterai dirangkai secara seri :
Ketika beberapa baterai dirangkai secara seri, maka
nilai tegangan total
dari rangkaian baterai tersebut didapat dengan menjumlahkan tiap nilai tegangan
dari masing-masing baterai.Nilai Ah dari rangkaian baterai yang dirangkai secara
seri adalah tetap (sama dengan nilai Ah dari masing-masing baterai penyusun
rangkaian).
Cara merangkai nya adalah dengan menghubungkan terminal positif dari
suatu baterai dengan terminal negatif baterai lain nya
Perhitungan Secara Seri
Perhitungan Voltage Batterai ( V ) secara seri :
V1 +V2 +V3 + …….. + Vn
…………………………………
(2.6)
Perhitungan Kapasitas Batterai seri :
………………
2.4.2
(2.7)
Kapasitas Battery
2.4.2.1 Menghitung Energi Load Per Hour
20
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Untuk menghitung jumlah energy load per hour pada suatu site kita harus
mengetuhi perangkat apa saja yang terpasang di site tersebut.
Setelah mengatuhi jumlah perangkat yang terpasang jumlahkan semua
daya yang ada namun sebelumnya setiap perangkat harus dikalikan waktu backup
battery maksimal
Energi Load Per Hour :
Perangkat A x hour back up batt
=
Perangkat B x hour back up batt
=
……………
Perangkat N x hour back up batt
=
+
Total (Perangkat A + Perangkat B + ….. + Perangkat N )
= ……………… (2.8)
2.4.2.2 Perhitungan Kapasitas Battery
Untuk menghitung kapasitas (Ah) dari baterai, dilakukan persamaan
sebagai beriut:
Pac = VRMS × IRMS × Power Factor
Dan
EAC = PAC× T ..…… (2.9)
Dimana:
PAC
= Kebutuhan Daya Konsumen (Watt)
EAC
= Kebutuhan Energi Konsumen (Wh)
21
http://digilib.mercubuana.ac.id/
VRMS
= Tengangan Sistem ( 48 V)
IRMS
= Arus listrik yang disupplai (Ah)
Power Factor = Faktor daya beban rectifier (0,9)
T
= Waktu (Jam)
Dari Persamaan 2.9 Sehingga didapat nilai Ampere Hour dengan
rumus sebagai berikut :
…………………………………………………………(2.10)
Keterangan :
I
: Ampere Load
P
: Energi load per hours
V
: Tegangan sistem
Pf
: Daya beban rectifier
Namun dikarenakan nilai efisiensi kerja inverter dari rectifier tersebut
sebesar 90%, maka perlu ditambahkan kembali nilai kapasitas baterai sebesar
10% dari nilai Ah yang telah didapat sehingga perhitungannya adalah sebagai
berikut :
Ampere Hour berdasarkan beban = + (10% × ) …………………….........(2.11)
Kemudian hitung kapasitas beban sesuai rangkaian batterai (seri atau
paralel ).
Berikut adalah rumus perrhitungan batterai secara seri
22
http://digilib.mercubuana.ac.id/
o Perhitungan Voltage Battery secara seri :
V1 +V2 +V3 + …….. + Vn ……………………………………………….(2.12)
o Perhitungan Kapasitas Battery seri :
…………………………(2.13)
Hasil perhitungan kapasitas baterai 1 bank , namun berdasarkan beban
rectifier selama n jam kapasitas baterai yang diperlukan Sehingga diperlukan
adanya tambahan baterai untuk memenuhi keperluan tersebut, yaitu :
……2.14)
Setelah diperoleh kapasitas batterai tiap 1 banknya (melalui persamaan
2.13 )maka kita dapat menghitung kapasitas N bank dipasang secara seri dengan
persamaan berikut :
Kapasitas N bank batterai = N x Kapasitas Batterai secara seri (per 1 bank) (2.15)
Keterangan ;
N : Jumlah bank batterai
Sehingga setiap pemasangan N batterai kita dapat menghitung waktu
backup batterai dengan persamaan berikut ;
…………………….(2.16)
23
http://digilib.mercubuana.ac.id/
24
http://digilib.mercubuana.ac.id/