Cara Menentukan Dioda pada Rangkaian Penyearah Gelombang

Konversi  energi dari satu bentuk energike bentuk energi yang lain selalu berdampak pada efisiensi. Dalam teknik Listrik dan Elektronika dasar, perubahan tegangan dilakukan dengan menggunakan transformator. Semua perlangkapan listrik yang dialiri arus akan menimbulkan panas. Contohnya sebagai berikut : Dalam sebuah rangkaian sederhana penyearah arus terdapat dua komponen dasar yaitu Transformator dan Dioda Bridge. Maka perhitungan realnya menjadi

Gambar 1.0

Keterangan:

- Vi = Tegangan input

- Vo = Tegangan output

- Ei = Energi input

- Eo1 = Energi hasil konversi pertama ( Berupa Listrik )

- Eo2 = Energi hasil konversi pertama ( Berupa Panas )

- Eo3 = Energi hasil konversi kedua ( Berupa Listrik )

- Eo4 = Energi hasil konversi kedua ( Berupa Panas )

* Ei      = Eo1 + Eo2

* Eo1   = Eo3 + Eo4

Keterangan diatas berdasarkan teori kekekalan energi. Perhitungan yang akan dibahas disini adalah pengembangan dari perhitungan yang sudah dibahas pada jenjang pendidikan SMA. Dengan standar industri, perhitungan ini lebih aman dalam instalasi sistem nantinya.

Berikut adalah contoh perhitungan sederhana pada sebuah sistem:

Jika tersedia trafo dengan spesifikasi Vp = 220V dan Vs = 60V/25A, maka berapa daya input yang dibutuhkan?, dan dioda seperti apa yang harus digunakan?

Menghitung daya

- Perhitungan yang salah:

Kebanyakan orang langsung menggunakan rumus tersebut untuk mencari daya input yang dibutuhkan, tetapi sebenarnya itu tidak benar karena fakta yang ada langsung di lapangan menunjukkan bahwa trafo tidak hanya mengubah 1 energi listrik ke energi listrik lainnya (menurunkan tegangan), tetapi fakta yang ada di lapangan menunjukkan bahwa trafo juga menghasilkan energi panas yang akan mempengaruhi arus sistem secara keseluruhan, maka untuk instalasi industri memerlukan perhitungan dengan faktor keamanan yang lebih tinggi dengan perhitungan sebagai berikut:

- Perhitungan yang benar:

Dilihat dari Gambar 1.0, Daya sekunder dari trafo (Ps) adalah Energi hasil konversi pertama yang berupa energi listrik (Eo1), Maka

Ps = Vs x Is

     = 60V x 25A

     = 1500W

Maka,

Eo1 = Ps

       = 1500W

Lalu langkah selanjutnya adalah menghitung berapa energi listrik yang dikonversi menjadi panas, besarnya adalah 20% dari energi listrik yang dihasilkan (20% adalah asumsi untuk energi panas yang timbul berdasarkan pengalaman langsung di lapangan).

Eo2 (energi panas ) = 20% x Eo1

                                = 20% x 1500W

                                = 300W

Lihat kembali pada keterangan untuk gambar 1.0

* Ei = Eo1 + Eo2      

   Ei = 1500W + 300W

       = 1800W

   Maka, jika tegangan input biasa menggunakan 220V, arus yang diperlukan adalah:

    P    =  V x I

1800 =  220 x I

   I     = 1800/220

         = 8,2A

Dari perhitungan diatas, daya input yang dibutuhkan adalah 1800W (220V/8,2A).

Selanjutnya adalah mencari tipe dioda yang harus digunakan. Yang harus dilakukan pertama adalah menghitung batas arus untuk dioda lalu memilih tipe dioda yang sesuai dengan hasil perhitungan. Berikut adalah perhitungannya:

Output trafo = 60V/25A

Secara teori, berdasarkan output dari trafo kita bisa menyimpulkan bahwa dioda yang digunakan adalah 25A. Tetapi faktanya, berdasarkan pengalaman langsung di lapangan, output dari trafo tidak stabil dan juga memiliki toleransi. Output trafo bisa jadi hanya 20A atau bahkan bisa mencapai 30A. Pada saat kondisi arus tertinggi, akan terjadi arus berlebih jika menggunakan dioda 25A. Maka untuk standar industri semua perhitungan menggunakan faktor keamanan, termasuk komponen seperti dioda. Berdasarkan dari pengalaman langsung di lapangan, faktor yang digunakan adalah 20%, maka perhitungannya sebagai berikut:

Idioda   =   (20% x 25)(faktor keamanan) + 25A(arus tertulis)

       =   30A (belum selesai)

Lihat kembali pada gambar 1.0. Dioda jika dialiri arus listrik akan menghasilkan energi panas (Eo4), maka energi yang ada pada dioda menjadi lebih besar yang akan berpengaruh pada arus sistem. Untuk menjaga dioda agar umur pakai tetap panjang adalah dengan memberi faktor keamanan untuk energi panas (Eo4) yang dikeluarkan dioda dengan faktor keamanan sebesar 20% (berdasarkan pengalaman langsung di lapangan). Berikut adalah perhitungannya:

Idioda   =   (20% x 30A)(faktor keamanan) + 30A(arus terhitung)

       =   36A

Angka 20% adalah asumsi energi yang berubah menjadi panas.

Dari perhitungan diatas, dioda yang harus digunakan adalah dioda 36A (minimal), jika di toko tidak ada dioda dengan arus 36A jangan memilih yang lebih rendah, gunakan dioda dengan arus lebih tinggi dari 36A.

(Kontributor : Veno Ivanto, Teknik Mekatronika, Politeknik ATMI Surakarta, #49)

kembali ke Artikel sebelumnya - Home | Kata Pengantar | Mekatronika