Resistor Sebagai Pendeteksi Zero Cross Voltage Pada Sinkronisasi Pulsa Penyulut

Transkripsi

1 Resistor Sebagai Pendeteksi Zero Cross Voltage Pada Sinkronisasi Pulsa Penyulut Said Aiyub Teknik Elektro - Politeknik Negeri Lhokseumawe Abstrak - Zero cross voltage adalah suatu system penyulutan dengan pambatasan dari 0 sampai dengan 180, untuk mendapatkan penyulutan yang sempurna disini menggunakan resistor pada system penyearah tiga phasa semi terkendali dengan menggunakan tiga buah diode dan tiga buah tyristor, dengan demikian hasil penyearah gelombang keluaran tiga phasa semi terkendali tersebut didapatkan sesuai dengan yang diharapkan dan tegangan yang diahasilkan sangat linier dan stabil, bila system zero cros voltage tidak stabil, maka yang terjadi pergerakan pulsa sulut tidak beraturan sehingga terjdai konduksi tyristor dan tegangan keluaran yang diatur akan terjadi lompatan Kanta Kunci: Tyristor, Semi Terkendali, Motor 1. PENDAHULUAN Sistem jaringan yang digunakan umumnya dalam mensuplai tegangan listrik ke beban ada beberapa jenis yaitu sistem jaringan T-T, jaringan T-N, dan jaringan I-T. Sistem Jaringan T-T yaitu sistem tegangan tiga phase menggunakan saluran 3 kawat tanpa netral. Kemudian sistem jaringan T-N yaitu sistem jaringan yang menggunakan saluran 4 kawat dengan kawat netral. Jika ada sebuah beban yang harus membutuhkan jaringan T-N, sementara sistem jaringan tegangan yang ada adalah jenis jaringan T-T, maka akan terjadi permasalahan terhadap beban tersebut. Dimana dalam hal ini terkait terhadap sebuah sistem pengaturan pendeteksian zero cross voltege yang harus menggunakan sistem jaringan T-N, tetapi sistem yang ada yaitu jenis jaringan TT, Sehingga sistem pengaturan yang akan dibuat tidak sempurna. Untuk tetap bisa sistem pengaturan ini digunakan, maka perlu dilakukan modifikasi alatnya yang dibuat harus menggunakan kawat netral, sementara sistem netral tegangan supplai tidak tersedia, sehingga terjadi kegagalan dalam melakukan penyulutan thyristor. Permasalahan ini merupakan awal ide dalam melakukan penelitian mengenai penyulutan thyristor pada sistem penyearah semi terkendali tiga phase dengan melakukan pendeteksian tegangan zero cross voltage tanpa menggunakan kawat netral. Jika sebuah sistem pendeteksi zero cross voltage awalnya harus menggunakan kawat netral, kemudian digunakan untuk sistem yang tidak menggunakan netral, maka yang akan terjadi adalah kegagalan dalam melakukan penyulutan sistem penyearah tiga phasa tersebut. Dalam hal ini peneliti ingin membuat sistem pendeteksian zero cross voltage tersebut menggunakan tahanan. Peneliti ingin mencermati yang lebih mendalam, mengenai sistem pendeteksian zero cross voltage dengan menggunakan tahanan (resistor). Pendeteksian zero cross voltage yang tidak tepat maka akan terjadi pergeseran sudut sulut pulsa. Sementara yang diharapkan harus tepat pada 180 derajat listrik hingga 0 derajat listrik. Akibat yang ditimbulkan dari pergeseran sudut pulsa tersebut yaitu dimana pada awal penyulutan sudut 180 o tegangan penyearah sudah ada sekitar 20 Volt. Sistem yang seperti ini adalah sistem yang tidak sempurna, sebab tegangan yang dihasilkan nantinya akan terjadi kedipan atau loncatan tegangan. Setiap sistem penyulutan komponen power elektronik atau komponen elektronika daya seperti Triac, Thyristor, dan lainnya sangat diperlukan untuk mengkonduksikan komponen tersebut. Dimana komponen yang disebutkan akan bekerja jika gerbang atau gete dari komponen tersebut diberi pulsa on. Sudut pulsa yang akan diberikan akan mempengaruhi lamanya komponen tersebut bekerja. Salah satu alat pengaman atau isolasi dalam memberikan sinyal pulsa kepada komponen daya tersebut yaitu dengan menggunakan trafo pulsa. Dimana trafo pulsa tersebut dikontruksi dengan ratio 1 (satu). Rangkaian penyulut dengan rangkaian elektronika daya merupakan rangkaian terpisah. Dimana salah satu pemisah rangkaian tersebut digunakan trafo pulsa atau jenis lain berupa opto copler. Dari uraian pendahuluan diatas, peneliti dapat merumuskan kembali bahwa yang menjadi

2 permasalahan dalam penelitian ini adalah bagaimana untuk memenuhi atau mendapatkan sistem deteksi zero cross voltage yang tepat atau sempurna dengan rangkaian deteksi menggunakan resistor. Sehingga ring (batasan) penyulutan bergerak sangat tepat dari 180 o sampai 0 o pada sistem penyearah tiga phase semi terkendali dengan menggunakan 3 buah buah dioda dan 3 buah thyristor dengan beban motor DC penguatan terpisah. Dengan demikian hasil penyearah semi terkendali gelombang tiga phase tersebut sesuai yang diharapkan dan tegangan yang dihasil sangat linier serta stabil. Jika sistem deteksi zero cross voltage tidak tepat (tidak sempurna) maka yang terjadi adalah pergerakan pulsa sulut tidak beraturan sehingga konduksi thyristor tidak tepat dan akhirnya tegangan keluaran yang diatur akan terjadi lompatan ( tidak stabil). Resiko yang paling berbahaya adalah Tegangan yang dihasilkan tidak sesuai dengan sudut penyulutannya dan dapat mengakibatkan kerusakan pada komponen daya (thyristor), sehingga beban yang menggunakan tegangan tersebut mendapatkan goncangan (bergetar). 2. RANGKAIAN DETEKTOR ZERO CROSS VOLTAGE Rangkaian pendeteksi zero cross voltage dapat digunakan IC TL 072 atau TL 074, IC ini adalah jenis IC penjumlah. IC ini memiliki 14 kaki dengan 8 input, 4 output dan 2 kaki untuk power supply 15 volt DC yaitu pada kaki 4 dan 11. [6] Dimana nilai A = 1 artinya tidak ada penguatan Gelombang yang akan di deteksi seperti gambar 2.2, dimana dalam mendeteksi gelombang tersebut ada dua metode yaitu : deteksi gelombang tegangan phase-netral dan gelombang phase-phase DETEKSI TEGANGAN PHASE-NETRAL Mendeteksi tegangan phase-netral nantinya harus digeser sudut gelombangnya sebesar 30 o agar tepat pada zero cross voltagenya dengan menggunakan kapasitor, dan nilai kapasitor yang dipasang harus tepat. Jika nilai kapasitor tidak tepat maka titik nol zero cross voltage tidak akan tepat dan akan menimbulkan masalah nantinya. Sebagai input IC TL 072 yaitu tegangan phase pada input positif dan netralnya pada input negatif, sehingga bentuk gelombang tegangan masuk sama dengan tegangan output DETEKSI TEGANGAN PHASE-PHASE Mendeteksi tegangan phase-phase tidak perlu melakukan pergeseran sudut gelombang karena dari penjumlahan input dua phase sudah akan membentuk sudut zero cross tepat pada titik nolnya di 30 o dari gelombang phasenya seperti terlihat pada gambar 1. Zero cross voltage Gelombang tiga phase [4] Konfigurasi IC TL 074 atau TL 072 yaitu : Gambar 2.1. IC TL 072 Dan Konfigurasinya Besar tegangan output dengan input 1 dan input 2 yaitu : Vo = A ( Input 1 + Input 2).....( 1) Gambar 2.2. Zero Cross Gelombang 3 Phase 2.3. DETEKTOR PENYILANG NOL (TIDAK MEMBALIK) Rangkaian Op-Amp yang terdapat pada Gambar 2. berfungsi sebagai pembanding. Masukan positifnya (+) tanpa membandingkan dengan nilai Ei dimana tegangan acuan 0 volt (Vref = 0 volt). Jika Ei

3 Jurnal Energi Elektrik Volume II Nomor 1 Tahun 2013 berada diatas Vref, Vout menyamai (+Vsaturasi). Hal ini disebabkan karenaa tegangan pada masukan positif lebih besar dari pada tegangan masukan negatif. [7] Gambar 2.4. Detektor Penyilang Nol (Pembalik) 2.5. RANGKAIAN PEMBANGKIT PULSA Gambar 2.3. Detektor Penyilang Nol (Tidak Membalik) 2.4. DETEKTOR PENYILANG NOL (PEMBALIK) Masukan negatif Op-Ampp yang terdapat pada Gambar 3, membandingkan nilai Ei dengan suatuu acuan yang besarnya 0 volt (Vref= 0 volt). Adapun bentuk gelombang Vout terhadap waktu dan Vout terhadap Ei dapat dianalisa melalui persamaan sebagai berikut : 1. Jika Ei berada diatas Vref, makaa Vout menyamai nilai negatif Vsaturasi (-Vsaturasi). 2. Jika Ei menyilang acuan menuju positif dari positif Vsaturasi (+Vsaturasi) ke negatif Vsaturasi (-Vsaturasi). Detektor penyilang nol yang terdapat dalam gambar 3 akan mengubah keluaran dari sebuah keluaran dari pembangkit gelombang sinus, misalnya menjadi suatu gelombang persegi. Jika Ei merupakan suatu gelombang sinus, segitiga, atau bentuk gelombang lain yang simetris disekitar nol, makaa keluaran detektor penyilang nol akan menjadi gelombang persegi. Realisasi dari jenis rangkaian penyulut bermacm-macamm namun yang paling sederhana dengann menggunakan dioda sampai dengan yang komplek yaitu dengan menggunakan IC TCA 785. [5] Kelebihan IC TCA 785 bila dibandingkan dengann penyulut yang lain yaitu : 1. Penetapan titik nol yang lebih tetap. 2. Pengaturan sudut penylutan mulai dari 0 sampai dengan Daerah pemakaian yang lebih besar. 4. Rating dari arus kerja relatif kecil, mulai dari 250mA sampai dengan 500mA. 5. Tegangan kerja 15 Volt. 6. Dapat digunakan untuk pengontrol tiga phasaa (3Φ) IC TCA 785 inii sangat lengkap dan dapat bertahan lamaa digunakan untuk sistem penyulutan. Asal saja padaa penggunaannyaa tidak melebihi kemampuan spesifikasinya. Sinyal sinkronisasii dari tegangan sumber dihubungkan pada kaki (no 5) atau (U sync) melalui resistor yang mempunyai hambatan tinggi. Zero detektor (peraba nol) akan menentukan titik nol dan disimpan kedalam memori sinkron. Detektor inii kemudian akan mengendalikan gigi gergaji dengann frekwensi yang sesuai dengan tegangan sumber.

4 Kapasitor (C10) dan Resistor (R9) akan menentukan nilai kemiringan dari gelombang gigi gergaji yang dihasilkan. Gelombang gigi gergaji tersebut kemudian dibandingkan dengan tegangan referensi (U11) oleh rangkaian komparator (pembanding). Sinyal output dari rangkaian komparator ini kemudian diteruskan ke rangkaian logic. Bila tegangan referensi yang terdapat pada kaki (no 11) pada posisi minimal, hal ini menunjukkan titik inisial dari sudut penyulutan sama dengan nol (α = 0). Untuk melakukan sudut penyulutan mulai dari 0 sampai dengan 180 dapat dilakukan melalui pengaturan pada tegangan referensinya. Pada kaki-kaki output Q1 dan Q2 akan diperoleh pulsa positif (dengan panjang pulsa sekitar 30 μs) untuk setiap setengah dari cyclenya dari tegangan sumber. Untuk mendapatkan panjang pulsa yang bervariasi dapat kita peroleh dengan mengatur atau merubah-rubah nilai kapasitor (C12), sedangkan untuk memperoleh pulsa maksimum (180 o ) dapat dilakukan dengan menghubungkan kaki (no 12) terhadap ground. Pada kaki (no 4) dan kaki (no 2) akan diperoleh hasil outputan pulsa yang bernilai negatif. Q1 Q2 sebagai membatasi tegangan selama proses turn-off transient dan arus pada saat proses turn-on transient. Pada sudut penyalaan sebesar α, SCR mendapat tegangan penyulutan yang menyebabkan konduksi untuk mendistribusi arus yang berbeda. Pada proses turn-on tersebut terjadi kenaikan arus yang besar menuju kondisi yang stabil ( proses transient ). Kapasitor snubber membatasi kenaikan arus yang terjadi melalui proses pembuangan muatan kapasitor, sedangkan Resistor snubber berfungsi untuk membatasi nilai arus yang mengalir pada SCR. Dalam menentukan nilai Cs dan Rs, faktor tegangan supplai dan arus beban sangatlah berpengaruh. Penentuan nilai Cs dan Rs seperti persamaan berikut : [7] Jurnal converter.pdf Rs = 20 ( Vs / I1 )... (2) Cs = 0,6 ( Il / Vs )... ( 3) Dimana : Vs = Tegangan jala-jala Il = Arus yang mengalir ke beban Perumusan Tegangan DC yang dihasilkan untuk sistem penyearah semi terkendali secara rumus didapat dihitung yaitu :. (1 + Cos. (4 ) tegangan DC yang dihasilkan untuk sistem penyearah terkendali penuh secara rumus dapat dihitung yaitu :. ( Cos (5 ) Gambar 2.5. Rangkaian Pembangkit Pulsa [5] 2.6. RANGKAIAN SNUBBER Untuk menjaga kondisi SCR tetap dalam keadaan on, diperlukan arus anoda minimum. Karena jika arus anoda turun, maka SCR kembali kekeadaan blocking. Agar SCR melai mendapat konduksi, maka diperlukan arus yang lebih besar dari arus holding. Dalam pengoperasian rangkaian snubber, SCR pada semi converter dapat dipresentasikan sebagai switch elektronik. Untuk mengurangi tekanan elektris pada level yang berada dibawah kemampuan maksimal semiconverter, maka diperlukan suatu rangkaian pengaman. Rangkaian pengaman tersebut berupa rangkaian snubber, yang tersusun atas komponen Resistor dan Kapasitor yang terhubung secara seri serta paralel terhadap SCR. Rangkaian snubber berfungsi 3. RANGKAIAN PENGUJIAN Penguji sistem penyulutan yang lebih baik yaitu dengan menguji rangkaian deteksi zero voltage menggunakan sebuah tahanan (resistor). Ada beberapa tahapan yang harus dilakukan yaitu : A. Tahap pertama yaitu melakukan perakitan komponen rangkaian penyulutan system tiga phase dengan menggunakan 3 buah IC TCA 785 diantaranya: Perakitan stabilizer tegangan supplay ± 10 volt DC, Preakitan system sinkronisasi, Perakitan rangkaian pengatur amplitude gelombang segi tiga, Perakitan rangkaian pengatur lebar pulsa,

5 Perakitan rangkaian penguat pulsa dengan menggunakan transistor D560, Perakitan rangkaian pengaman trafo pulsa dengan 300 lilitan ratio 1. B. Tahap kedua yaitu membuat rangkaian deteksi tegangan menggunakan resistor Tabel 2. Ketepatan Sudut Penyulutan Deteksi zero cross voltage menggunakan Tahanan hubungan Bintang Sudut penyulutan Derajat Listrik Tegangan (volt) keluaran 0 166, , , , , , Dari perhitungan diambil contoh untuk sudut triger 30 derajat dari persamaan 4 sebagai berikut : Gambar 3.1.Rangkaian Deteksi Tegangan Menggunakan Resistor 3.1. HASIL PENGUJIAN DAN PERHITUNGAN Dari pengukuran yang dilakukan untuk tegangan antara phasa yang diberikan sebagai tegangan sumber tegangan R-S 120 V0lt, Tegangan S-T 123 Volt, Tegangan T-R 124 Volt sedangkan untuk tegangan Phasa Netral R-N, S-N, T-N = 71 Sudut penyulutan yang diberikan terhadap tegangan keluaran DC yang diukur menghasilkan data Tabel 1. Pengujian Deteksi zero cross voltage menggunakan Tahanan hubungan Bintang Sudut penyulutan Teg (volt) keluaran Untuk membandingkan antara data pengukuran dengan data perhitungan dapat dilihat pada tabel berikut : ini dimaksudkan untuk memastikan tingkat ketepatan sudut penyulutan yang dilakukan terhadap tegangan DC yang dihasilkan...,.,.,.,.,,, Vdc = 154,99 Volt Untuk perhitungan pada sudut triger yang lain dapat dilihat pada tabel data hasil perhitungan. Bentuk gelombang yang dihasilkan dengan tampilan osiloscop pada sudut triger 0 o dapat dilihat seperti gambar berikut : Gambar 3.2. Respon gelombang pada Sudut triger 0 o Sistem deteksi zero cross voltage sangat baik, dan ini dapat dilihat dari pergerakan pulsa sulut beraturan sehingga konduksi tyristor tepat dan akhirnya tegangan keluaran yang diatur tidak terjadi lompatan. Dan nilai pengukuran dengan perhitungan hampir mendekati nilai yang sama. Terjadi perbedaan sedikit antara pengukuran dan perhitungan ini disebabkan oleh ketidak tepatan dalam menentukan atau melihat posisi sudut triger pada osiloscop.

6 Jurnal Energi Elektrik Volume II Nomor 1 Tahun 2013 Gambar 3.3. Bentuk gelombang pada Sudut trigger 30 o Gambar 3.4. Deteksi singkronisasi yang tidak tepat Deteksi tegangan zero voltage yang tidak tepat, ini disebabkan oleh tegangan antara fasa yang tidak sama. Jika ini yang terjadi makaa sudut triger yang dihasilkan tidak akan tepat. Jarak setiap pulsa tidak sama priodik. 1. Nilai pengukuran dan perhitungan mendekati samaa, bila terjadi perbedaan nilai yang kecil disebabkan sulitnya akuasisi dari pembacaan peralatan yang digunakan (Osiloskop) dalam membaca sudut triger 2. Deteksi tegangan zero cross voltage yang tepat ini disebabkan oleh tegangan antar phasaa yang sama dan sensor zero cross voltage akan tepat, dengan demikian akan didapatkan sudut trigger yang baik dan jarak setiap priodik pulsanya sama 3. Zero crosss voltage dapat menghasilkan catu dayaa DC yang stabil, sehingga dapat dipergunakan padaa sistem kendali motor DC, dimana komponenn elektronika dalam peralatan kendali tersebutt seperti triac, thyristor dan lain-lain dapat beroperasi dengan baik dan terhindar dari kerusakan. 4. Zero cross voltage dapat digunakan pada suatu peralatan listrik yang tidak memiliki titik netral dengan supply daya menggunakan sistem 3 phasa REFERENSI [1] Albert Paul Malvino. Tahun Terjemahan Ir. Alb. Joko Santoso, MT. Prinsip-prinsip p elektronika, Penerbit Salemba Teknika. Jakarta [2] Fitzgerald,,. 1997, Mesin-Mesin Listrik, Erlanggaa jakarta [3] Rasyid, M.H., Elektronika Daya, Edisi bahasa Indonesia, PT. Prenhallindo, Jakarta. [4] Mohan,dkk, Power Electronics Converters Applications and Design, john wiley & sons, inc. Gambar Deteksi Singkronisasii Yang Tepat Deteksi tegangan zero voltage yang tepat, ini disebabkan oleh tegangan antara fasa yang sama dan sensor zero voltage yang tepat. Jika ini yang terjadi maka sudut triger yang dihasilkan akan tepat. Jarak setiap pulsa sama priodiknya. 4. Kesimpulan Berdasarkan hasil perhitungan dan pengukurann yang terlihat pada table yang tertera diatas, [5] Malvino, Barmawi, Prinsip- Prinsip Elektronika, Edisi Ketiga, Erlangga, Jakarta. [6] TCA 785, Siemen Dataa Sheet For Electronics Components. [7] Adam A A, 201, Rangkaian Penyearah Setengah Terkendali Tiga Fasaa Untuk Pengendaliann Karakteristik Motor Arus Searah Shunt, Jurnal Ilmiah Foristek Vol. 1, No.2, UNTAD Palu, Indonesia