LED tersebut tidak menghantar

Transkripsi

1 JURNAL SINERGI VOL. III NO. 12 JUNI 2OO7 SWITCH PERALATAN AC PHASE SATU DENGAN MENGGUNAKAN SOLID STATE RELAY Hamzah Hilal, Badaruddin, BudiYanto Husodo Teknik Elektro, Fakultas Teknologi lndustri Universitas Mercu Buana Jakarta ABSTRAK Kelemahan yang sering terjadi pada relay adalah mudah aus pada kontak-kontaknya karena sering teriadi percikan bunga apiterutama bila digunakan untuk mengendalikan peralatan yang menggunakan daya tinggi. Dalam pembahasan yang akan penulis susun mengenai suatu slsfem kontrol yang menggunakan komponen Solid State Relay (SSR) dimana fungsi utama dari dari komponen tersebut adalah sebagai pengganti relay, sehingga diharapkan dapat berumur lebih panjang dibandingkan dengan menggunakan relay biasa. Adapun sebagai pengontrotnya penutis menggunakan saklar sentuh (touch switch) dan saklar suara (sound switch), dimana sitem ini menggunakan rangkaian elektronik yang hanya memerlukan daya relatif kecil. Agar tegangan tinggi pada peralatan/mesin yang dikontrol terpisah dengan tegangan rendah pada pengontrolnya maka digunakan komponen opto coupler, dimana alat tersebut juga berguna untuk menjamin keamanan pada manusia. LANDASAN TEORI Opto Coupler Penggunaan komponen opto coupler dalam sistim yang dirancang adalah untuk memisahkan jalur ground utama tegangan rendah pada rangkaian saklar sentuh dan saklar suara serta rangkaian buffer dengan jalur ground pada rangkaian yang menggunakan daya yang besar yaitu pada bagian SSR dan beban atau alat yang dikendalikan. Gambar di bawah menunjukkan gambar kemasan sebuah opto coupler. Pada saat output buffer 0 V (logika 0), maka LED tersebut tidak menghantar (memancarkan cahaya) sehingga phototransistor juga tidak bekerja (mati). Pada saat phototransistor tidak bekerja, maka pada titik C akan terukur tegangan yang besarnya mendekati VCC. Titik C ini dihubungkan ke basis transistor 8C107. Karena transistor 8C107 ini merupakan transistor jenis NPN, maka bila pada basis diberikan tegangan positif, transistor ini akan bekerja sehingga titik C pada 8C107 akan terukur tegangan mendekati 0 volt. Titik C dari BC107 itu digunakbn untuk mengendalikan SSR, maka saat titik C tersebut memiliki tegangan 0 volt, SSR tidak bekerja. Gambar Opto coupler Dalam gambar tersebut ditunjukkan bahwa dalam sebuah opto coupler terdiri dari sebuah LED dan sebuah phototransistor. Adapun cara kerja opto coupler pada gambar di bawah dapat dijelaskan sebagai berikut; Anoda dari LED pada opto coupler dikendalikan oleh output buffer (lc 7432). Gambar Opto coupler dalam rangkaian

2 SWITCH PEMLATAN AC PHASE SATU DENGAN MENGGUNAKAN SOLID STATE RELAY (Hamzah Hilal et al) Sedangkan pada saat output buffer berlogika 1 (5 volt), maka LED akan memancarkan cahaya.dengan demikian phototransistor juga bekerja karena mendapat cahaya dari LED tersebut. Pada saat phototransistor tersebut bekerja, maka titik C pada phototransistor akan mendekati 0 volt. Pada kondisi ini transistor BC 107 tidak bekerja karena basisnya mendapat sinyal 0 volt. Karena 8C107 tidak bekerja, maka tegangan di titik C pada 8C107 tersebut besarnya akan mendekati VCC, sehingga SSR akan aktif. Keuntungan besar dari opto coupler adalah adanya isolasi listrik (e/ecfrlcal isolation) antara rangkaian input dan output. Dinyatakan dengan cara lain bahwa common untuk rangkaian input berbeda dengan common untuk rangkaian output. Oleh sebab itu tidak ada bagian yang konduktif antara dua rangkaian tersebut. Dengan demikian dapat dilakulan ground pada salah satu dari rangkaian tersebut, sedangkan rangkaian yang lain dapat digunakan untuk keperluan yang lain. Dalam kaitannya dengan sistem yang dirancang, maka rangkaian input pada opto coupler digunakan sebagai rangkaian pengendali, yang menggunakan sumber daya kecil (rgndah), sedangkan bagian output digunakan untuk hubungan dengan peralatan lishik yang dikendalikan dimana memiliki sumber daya besar. solrd STATE RELAY (SSR) Solid State Relay merupakan komponen utama yang digunakan dalam sistem. Komponen ini berfungsi sebagai interface (perantara) terutama antara rangkaian yang menggunakan daya rendah dengan rangkaian peralatan yang menggunakan daya tinggi. Pada prinsipnya komponen ini mempunyai fungsi yang sama dengan relay. Perbedaan yang ada terutama dari segi fisik ataupun bahan yang digunakan. Sebuah relay terdiri dari sebuah komponen dengan sebuah inti, yang bila dialiri arus listrik menjadi magnet dan menutup (kontak penutup) atau memutuskan (kontak pemutus) kontak-kontak bila dialiri arus. Penggunaan relay diantaranya untuk menghubungkan dayadaya yang besar dengan perantaraan dayadaya yang kecil. Simbol relay dapat ditunjukkan pada gambar.? ^\ *'-" E;-'- f "*--.- Gambar Relay Karena sebuah relay menggunakan pelat-pelat yang berfungsi sebagai kontakkontak untuk menghubungkan/memutuskan suatu rangkaian terutama untuk daya-daya yang besar, maka seringkali terjadi percikan bunga api pada pelat-pelat tersebut sehingga lama-kelamaan pelat-pelat tersebut akan menjadi aus dan tentu saja tidak dapat berfungsi sebagaimana mestinya, hal tersebut menunjukkan bahwa relay sudah dalam kondisi rusak. Berbeda halnya dengan sebuah komponen yang disebut Solid State Relay. Komponen ini merupakan rangkaian diskrit yang biasanya sudah dikemas dalam bentuk satu kemasan. Secara blok SSn tersebut dapat digambarkan seperti ditunjukkan pada gambar. 0utpul Daya Rendah Gambar SSR Secara komersil (khususnya di lndonesia), komponen seperti ini belum banyak tersedia, kalaupun ada maka harganyapun masih relatif mahal. Mengingat hal tersehut di atas, maka penulis merancang suatu rangkaian elektronik yang bedungsi sebagai Solid Sfate Relay (SSR/. Rangkaian tersebut ditunjukkan pada gambar. Gambar rangkaian SSR Pada gambar tersebut ditunjukkan bahwa rangkaian SSR dibangun dari empat buah dioda D1, D2, D3, dan D4 yang dirangkaikan sebagai jembatan serta sebuah komponen Silicon Controlled Rectifier (SCR). Untuk memperjelas mengenai rangkaian

3 JURNAL SIGRG VOt_ ill No. 12 JUN 2oo7 diatas, berikut penulis uraikan masing-masing jenis komponen yang digunakan. Dioda Dioda merupakan suatu komponen semikonduktor yang memiliki dua terminal dan disebut sebagai Anoda dan Katoda. Simbol sebuah dioda ditunjukkan pada gambar Ao-)-*K Gambar Simbol Dioda Sebagaimana ditunjukkan pada gambar, maka simbol dioda mirip dengan mata anak panah yang arahnya dari anoda menuju katoda. Sesuai dengan arah simbol tersebut maka pada sebuah dioda hanya akan menghantarkan arus listrik pada satu arah yaitu dari anoda menuju katoda. Jadi bila pada anoda diberikan sumber tegangan positif dan katoda dihubungkan dengan sumber tegangan negatif, maka dioda akan menghantar. Hal seperti ini disebut bahwa dioda diberi bias maju (fonrvard). Gambar Bias maju pada dioda Gambar menunjukkan pemberian bias maju pada dioda. Bila sumber tegangan yang digunakan adalah tegangan AC-, maki gelombang positif saja yang akan dilalukan dari anoda menuju katoda. Gambar menunjukkan rangkaian penyearah setengah gelombang, dan gambar menunjukkan bentuk gelombang pada titik A dan K. pada gambar b jelas terlihat bahwa gelombang yang dilalukan oleh dioda hanya setengah gelombang saja, yaitu pada perioda positifnya sehingga rangkaian tersebut dinamakan penyearah setengah gelombang. Untuk mendapatkan penyearahan gelombang penuh, maka dapat digunakan dua buah dioda. Thyristor Thyristor biasa digunakan untuk pengaturan peralatan berfasa tunggal yang menggunakan daya yang besar. Thyristor atau SCR (Silicon Controlled Rectifier) dapat diterjemahkan sebagai penyatu arah silikon yang terkontrol. Gambar bagan penggantinya ditunjukkan pada gambar a dan simbol SCR ditunjukkan pada gambar b. a. Gambar SCR A I + Prinsip kerja dari thyristor dapat dijelaskan melalui gambar rangkalan pengaturan daya dengan thyristor yaitu seperti ditunjukkan oleh gambar a dah b. Pada gamba a terlihat bahwa antara Gate (G) dan Katoda (K) bekerla sebuah rangkaian kemudi. Tegangan{egangan dan arusarusnya digambarkan pada gambar b. Bila selama pertengahan perioda positif dari tegangan sumber Ui disalurkan pulsa arus lg kepada Gate, maka thyristor menyulut atau menghantar.jadi thyristor itu berperilaku sebagai hubungan terusan setelah penyaluran pulsa Gate. Maka sisa dari pertengahan perioda positif itu berada sepanjang RC. (Ji To IC I 1sL1\ ;ar. +t ul^i r i ll r'r r-.- _ Gambar_ Rangkaian pengaturan Daya dengan Thyristor K Setelah thyristor menghantar, tegangan Gate-nya tidak mempunyai

4 SWITCH PERALATAN AC PHASE SATU DENGAN MENGGUNAKAN SOLID STATE RELAY (HAMZAh H IAIEt AI) pengaruh lagi. Jadi thyristor yang menghantar tidak dapat kita buka dengan bantuan tegangan Gate. Thyristor itu berperilaku lagi sebagai suatu pemutusan, dengan mengatur tegangan anodanya menjadi nol dan kemudian negatif. Pengaturan arus pada Gate dilakukan dengan menggeser-geser pulsa pada rangkaian kemudi. Bila pulsa-pulsa itu menggeser ke kanan, maka turunlah daya pada RL. Jadi thyristor itu dapat kita anggap sebagai dioda lapis empat yang kita sulut dengan menyalurkan pulsa arus pada elektroda kemudinya. Pada waktu pertengahan perioda negatif, thyristor itu berperilaku sebagai dioda-si normal dan tidak dapat menghantar. Dengan memahami prinsip kerja thyristor tersebut, maka komponen ini digunakan sebagai rangkaian SSR seperti ditunjukkan pada gambar Pada gambar ditunjukkan bahwa gate SCR dikemudikan oleh opto coupler, sedangkan beban (peralatan) listrik AC yang dikontrol dipasang antara titik D2, D3 dengan line AC. Sebagai contoh, maka beban yang dipasang adalah sebuah motor listrik AC seperti ditunjukkan pada gambar maka SCR tidak akan menghantar dan motorpun akan berhenti berputar. Gambar Arah arus pada setengah perioda positif Gambar. Rangkaian SSR untuk mengontrol Motor AC Prinsip keria rangkaian tersebut dapat diielaskan sebagai berikut: Pada saat opto coupier memberikan sinyal listrik sebesar V volt, maka SCR akan menghantar. Pada setengah perioda gelombang sinus yang berasal dari sumber listrik, maka arah arus yang mengalir adalah melalui D1, SCR, D3, dan motor seperti ditunjukkan pada gambar Sedangkan pada setengah perioda berikutnya, maka arus listrik mengalir melalui motor, D2, SCR, dan D4 seperti ditunjukkan oleh gambar Karena beban yang dalam hal ini sebagai contoh digunakan sebuah motor listrik AC mendapat sumber daya AC maka motor tersebut akan jalan (berputar). Pada saat opto coupler memberikan tegangan 0 volt pada Gate SCR, Gambar Arah arus pada setengah perioda negatif Untuk pengontrolan beban atau peralatan dengan daya yang besar, maka pemasangan SCR dan dioda-dioda yang digunakan harus disesuaikan dengan daya beban yang dikontrol. Sebagai contoh, bila beban yang dikontrol memerlukan arus sebesar 10 Amper, maka kemampuan yang harus dimiliki oleh SCR dan dioda harus diatas 10 Amper. 3. SWITCH PERALATAN AG PHASE SATU DENGAN MENGGUNAKAN SSR Blok Diagram Blok diagram dari sistem yang dirancang ditunjukkan pada gambar 3.1. Dalam blok diagram tersebut digambarkan beberapa

5 JURNALSII{ERGIVOL III NO. 12 JUNI 2OO7 buah blok dari sistem yang masing-masing memiliki fungsi yang berbeda-beda. Adapun nama-nama blok beserta penjelasannya adalah sebagai berikut : 1. Touch Switch (saklar sentuh). Blok touch switch merupakan rangkaian elektronik yang berfungsi sebagai saklar elektronik yang dihasilkan berdasarkan sentuhan pada bagian masukannya. Kondisi persaklaran yang terjadi adalah kondisi hidup atau mati pada tiap kali pena bagian masukkanya disentuh oleh tangan, dimana kondisi pada bagian outputnya akan berbalik dari kondisi sebelumnya, yaitu bila kondisi sebelumnya pada kondisi hidup, maka setelah disentuh akan berbalik menjadi mati begitu pula sebalikny?. Untuk mengetahui kondisi_ kondisi tersebut maka dipasangkan sebuah LED in9ikator pada bagian outfut rangkaian ini LED tersebut akan menyala untuk menunjukkan bahwa rangkaian saklar tersebut pada kondisi hidup dan LED akan padam pada saat kondisi saklar adalah hidup. 2. Sound Switch (saklar suara). Bagian blok sound switch (saklar suara) terdirl dari rangkaian elektronik yang berfungsi sebagai saklar yang dihasilkan oleh :yara (getaran) melalui transduser yang dipasangkan pada bagian masukanya. Prinsip kerja rangkaian saklar suara ini seperti prinsip kerja dari saklar sentuh, perbedaannya yaitu pada saklar sentuh maka kondisi persaklaran diakibatkan oleh sentuhan, sedangkan pada rangkaian saklar suara maka kondisi persaklaran diakibatkan ole.h suara yaitu kondisi persaklaran yang terjadi adalah kondisi hidup atau mati iadi tiap kali mikrofon bagian masukkannya mendapatkan suara, dan kondisi outputnya akan berbalik dari kondisi sebelumnya, yaitu bila kondisi sebelumnya hidup maka seielah mendapatkan suara akan berbalik menjadi mati begitu pula sebaliknya. Untut< mengetahui kondisi output pada rangkaian saklar suara dipasangkan sebuah LED indikator. LED tersebut akan menyala saat saklar berada pada kondisi hidup, dan akan padam saat saklar berada pada kondisi mati. 3. Buffer Blok buffer terdiri dari rangkaian gerbang logika yang berfungsi untuk mengendalikan sinyal-sinyal masukan yang berasal dari rangkaian saklar sentuh -dan saklar suara. Bagian keluaran pada rangkaian ini akan menghasilkan tegangan logika 1 15V1 saat salah satu atau kedua rangkaian saklar berada pada kondisi hidup. Sedingkan pada saat kedua rangkaian berada pada kondisi mati maka bagian keluarannya menghasilkan tegangan logika 0 (0V). 4. Opto-Coupter Bagian opto-coupler terdiri dari rangkain. LED yang dikopet dengan phototransistor dan dikemas dalam satu kemasan. Bagian ini berfungsi untuk memisahkan jalur ground antara rangkaian yang. memiliki daya rendah dengan bagian rangkaian yang memiliki daya tinggi. 5. B/ok SSR Blok SSR (Sotid State Retay) merupakan rangkaian elektronik yang berfungsi sebagai perantara antara sinyat tegang.an rendah yang berasal dari rangkaian kendali (rangkaian saklar) dengan linyat tegangan tinggi pada peralatan yang dikontrol. Rangkaian SSR ini terdiri dari empat buah dioda yang dirangkaikan secara t^e1pa!1 (bridge) dan sebuah komponen SCR (Silicon Controiled Rectifier). Dengan SCR inilah suatu sinyal tegangan renlah dapat {iumpankan melalui gate-nya guna mengendalikan suatu peralatan AC dengan daya yang cukup tinggi. Blok diagram pengontrol peralatan AC phase satu dengan menggunakan SSR

6 SWITCH PEMLATAN AC PHASE SATU DENGAN MENGGUNAKAN SOLID STATE RELAY (Hamzah Hilal et al) Rangkaian Switch Peralatan AC Phase Satu Dengan Menggunakan SSR 4. ANALISA HASIL PENGUJIAN Setelah dilakukan pengujian pada alat yang dibuat, dalam hal ini sebagai beban digunakan sebuah motor kipas angin dan sebuah lampu, maka beban-beban tersebut ketika diaktifkan dapat bekerja dengan normal sehingga alat berfungsi dengan baik. Dalam sistem yang dibuat ini, maka beban dapat dijalankan dengan mengaktifkan salah satu sistem persaklaran atau kedua-duanya. Penggunaan saklar suara mempunyai kelemahan, yaitu apabila saklar suara menerima masukan suara secara berturut turut maka secara otomatis beban yang terpasang akan berada pada kondisi hidup/mati secara berturut-turut pula. Untuk mengatasinya dilakukan pengaturan sensitifitas suara, yaitu dengan mengatur variable resistor yang terdapat pada rangkaian saklar suara. 5. KESIMPULAN o Pada prinsipnya, sistem pengoperasian saklar dalam teknik kelistrikanielektronik berfungsi untuk memutus/menghubungkan antara rangkaian/peralatan dengan sumber daya atau dengan rangkaian lain. o Kelemahan yang sering terjadi pada relay adalah mudah aus pada kontak-kontaknya karena sering terjadi percikan bunga api terutama bila digunakan untuk. mengendalikan peralatan dengan daya besar.. Penggunaan relay dapat digantikan dengan menggunakan sistem elektronik yang disebut SSR (Solid State Relay).. SSR dapat dibangun dengan menggunakan sebuah komponen SCR dan empat buah dioda yang dirangkaikan menjadi jembatan (bridge) atau sebuah kemasan dioda bridge. o Dengan menggunakan sistem SSR akan memungkinkan umur dari komponen lebih panjang.. Pengendalian suatu peralatan listrik (mesin listrik) dapat dilakukan dengan bermacam-macam cara, diantaranya. menggunakan saklar sentuh dan atau saklar suara. 6. DAFTAR PUSTAKA 1...., "Data BookTTL' 2. Malvino, A.P, "Prinsip-Prinsip Elektronika", Jilid 2, Erlangga, Jakarta,199'1. 3. Mohammad, N, Wibisono, B.J,"llmu Elektronika 3", Depdikbud, Raras, A, "Komponen dan Rangkaian Elektronika", Karya Utama, Ruslam, dkk, "Elektronika 2", Angkasa, Bandung, Sutrisno, "Elektronika Teori dan Penerapannya", ltb, Bandung, 1986.