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
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
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
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
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
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
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
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 : Keterangan : (2.4) VRiple : Tegangan ripple Iload : Ampere load F : frekuensi C : Nilai Kapasitor 2.2 Tinjauan Umum Telekomunikasi Selluler 13
Teknologi seluler nirkabel merupakan solusi penyediaan sarana telekomunikasi untuk pengguna yang 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 tidak menggunakan kabel, melainkan lewat udara. 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
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
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
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 pemutusan power supply dengan tegangan waktu (break system) tertentu. 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 power supply PLN yang menyebabkan terputusnya suplai daya, maka secara otomatis pembangkit cadangan akan bekerja untuk mensuplai daya melayani beban 17
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
(2.5) Keterangan : T : Waktu daya tahan battery Iload : Kapasitas Ampere Hours IBatt : Kapasitas Beban Terpasang 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
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 : (2.7) 2.4.2 Kapasitas Battery 2.4.2.1 Menghitung Energi Load Per Hour 20
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 sebagai beriut: Untuk menghitung kapasitas (Ah) dari baterai, dilakukan persamaan Pac = VRMS IRMS Power Factor Dan EAC = PAC T.. (2.9) Dimana: PAC EAC = Kebutuhan Daya Konsumen (Watt) = Kebutuhan Energi Konsumen (Wh) 21
VRMS = Tengangan Sistem ( 48 V) IRMS = Arus listrik yang disupplai (Ah) Power Factor = Faktor daya beban rectifier (0,9) T = Waktu (Jam) rumus sebagai berikut : Dari Persamaan 2.9 Sehingga didapat nilai Ampere Hour dengan (2.10) Keterangan : I P V Pf : Ampere Load : Energi load per hours : Tegangan sistem : 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
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
24