KENDALI FASA THYRISTOR DAN TRIAC TANPA TEGANGAN EKSTERNAL UNTUK PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA. Oleh: Drs. S u n o m o, M.T.

Transkripsi

1 KENDALI FASA THYRISTOR DAN TRIAC TANPA TEGANGAN EKSTERNAL UNTUK PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA Oleh: Drs. S u n o m o, M.T. Jurusan Pendidikan Teknik Elektro FT UNY ABSTRAK Penggunaan IC TCA 785 dan trafo pulsa dari Siemens sebagai kendali fasa thyristor dan triac dalam praktikum Elektronika Daya di Jurusan Pendidikan Teknik Elektro UNY selain mahal, juga sulit diperbaiki jika terjadi kerusakan pada trafo pulsanya Penelitian ini bertujuan merancang untai sistem kendali fasa thyristor (SCR)/Triac tanpa trafo penurun tegangan dan tanpa tegangan apa pun dari luar (eksternal), serta dibangun dari komponen elektronika yang murah dan mudah diperoleh di pasaran sabagai alternatifnya, mangacu pada keterbatasan hasil penelitian Haryanto (2005) maupun Herlambang Sigit (2007) yang menggunakan IC 555 dan kopling optis MOC Modul dari penelitian dengan metode eksperimen ini digunakan untuk memicu dua thyristor/scr dalam hubungan antiparalel, SCR dalam untai sistem penyearah jembatan berkendali setengah dan triac pada tegangan jaringan 45 volt bolak balik seperti halnya pada untai TCA 785 yang digunakan dalam praktikum Elektronika Daya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa modul yang dibuat ini mampu: melakukan kendali fasa gelombang tegangan satu fasa dengan sudut picu 0 o -180 o dan 180 o -360 o pada TRIAC, dengan hasil picu 9 o untuk pengaturan picu sudut 0 o, 0 o -180 o dan 180 o -360 o pada SCR dalam hubungan antiparalel, dengan hasil picu 9 o untuk pengaturan picu sudut 0 o, 0 o -180 o pada SCR dalam hubungan jembatan berkendali setengah, dengan hasil picu 0 o untuk pengaturan picu sudut 0 o Kata kunci: Kendali fasa, thyristor (SCR), triac PENDAHULUAN Penelitian ini berangkat dari keinginan untuk memperbaiki kinerja sistem pemicu optis untuk kendali fasa thyrsitor (SCR) dan Triac yang dibangun dari pasangan IC 555-MOC 3021 hasil penelitian Haryanto (2005) maupun Herlambang Sigit (2007), serta modul TCA 785 produksi VEDC malang (2000) yang saat ini 1

2 digunakan di Jurusan Pendidikan Teknik Elektro FT UNY, juga dari Philips semiconductors (tth.) yang menggunakan gabungan IC TDA1023-NE555. Dari segi ekonomi, modul hasil penelitian ini dibuat dari komponen elektronik yang banyak tersedia di Yogyakarta dan murah dibandingkan IC TCA 785 dan TDA Dari segi kepraktisan, memiliki keunggulan dalam pengoperasiannya, karena tidak membutuhkan hubungan ke catu daya searah dan tanpa transformator catu, tetapi langsung dihubung ke tegangan jaringan sesuai dengan nilai yang disediakan untuk praktikum kendali elektronis dengan modul TCA, yakni 45V rms, sementara modul TCA buatan VEDC Malang masih membutuhkan koneksi ke tegangan 15 volt searah. Dengan performa yang telah dikemukakan, modul praktikum ini dapat disebut tanpa tegangan eksternal, yakni pasang (hubungkan masukan ke tegangan jaringan dan keluaran ke SCR/ TRIAC) dan langsung dioperasikan melalui potensiometer untuk mengendalikan sudut fasa penyalaan SCR/TRIAC (plug and play). Kemungkinan bagi perkembangan penelitian ini adalah penggunaannya dalam sistem tiga fasa. Karena sistem pengaturan sudut fasa seperti halnya pada IC TCA 785 dari Siemens semiconductor (Jerman), maka untuk mengatur sudut picu kendali tiga fasa, cukup dilakukan melalui sebuah potensiometer saja. Hasil penelitian Haryanto (2005) menunjukkan bahwa; tanpa adanya untai kompensasi di sistem penyinkron jaringan pada pemicu IC 555. Pengendalian daya beban melalui SCR untuk pengaturan pemicuan sudut 0 o, diperoleh sudut terkecil 13,5 o, sementara pada TCA 785, dapat diperoleh sudut terkecil 0 o. Herlambang Sigit (2007) memperbaikinya dengan mendorong sinkronisasi pada kedudukan sebelum gelombang penyinkron mencapai 0 o sehingga hasil pemicuan sudut nol bisa benar-benar didekati. Jika ada pergeseran pemicuan 2

3 (jika masih ada) hanya mungkin disebabkan oleh waktu on minimal bagi SCR dan TRIAC-nya. Masalahnya di sini, Herlambang Sigit masih menggunakan trafo penurun tegangan dari 220 volt untuk mentenagai sistem pemicunya sehingga tidak efisien dan boros biaya jika sistem digunakan untuk modul praktikum yang menggunakan tegangan sumber bolak balik 45 volt. METODE PENELITIAN Metode penelitian adalah eksperimen laboratorium. melalui pembuatan tiga unit eksperimen yang disebut modul eksperimen, yang pengamatan kinerjanya didukung dengan beberapa peralatan bantu dan instrumen ukur. Untai (circuit) 1N ,5 V 3k3 1N4148 6k8 2k2 1k BC557B. 3k3 6k N4148 masukan 45 volt 6V8 1N4148 1N4007 4k7 sumber bolak-balik 4V7 8k2 22k BC547B Picu TRIAC 1N4007 6k8 2k2 saklar 3k uf 50V +11,5 V BC 547B A + 1k 4k7 3k3 6k8 6V k + BC557B BC 547B 2SC1507 6k8 1N uf 50V 3k3 BC 557B 3k3 18k 1k +11,5V LED 3k9 + 5k 12V BC557B BC547B 100 uf 10k 120k 22k pengatur sudut picu 8k2 BC557B A 3k3 0,22uF LM311 LM k6 Anoda/MT2 1k5 7 1k5 MOC k 1 2 BC547B Gate Katoda/MT1 1k 5k6 1k5 7 15k BC547B Anoda/MT2 MOC Gate Katoda/MT1 1k5 1k Gambar 1. Untai yang didesain dan diteliti 3

4 eksperimen dapat dilihat pada Gambar 1, Gambar 2 menyatakan bentuk fisiknya.tegangan sumber uji berupa transformator penurun tegangan 220 volt bolak-balik ke 45 volt bolak-balik, sesuai dengan kondisi praktikum dan tegangan operasional modul praktikum buatan VEDC Malang. Beban uji berupa Gambar 2. Untai yang yang sudah dirakit dan dalam proses pengujian kinerja Trafo penurun tegangan bolak-balik 220V/45V 3A Modul pemicu tanpa tegangan eksternal Modul SCR/Triac dan beban lampu 60W Kamera digital (Nikon coolpix L19) Osiloskop analog Kikusui 5520 Gambar 3 Diagram blok pengamatan 4

5 lampu pijar 60 watt 220 volt. Instrumen ukur pokok adalah Osiloskop analog Kikusui dua kanal model 5520, 30MHz (osiloskop digital dua kanal merk Tektronik TDS 212; 1 Gs/s yang memiliki kinerja jauh lebih bagus dan digunakan dalam penelitian Herlambang Sigit saat ini dalam kondisi rusak), pengambilan gambar dilakukan dengan kamera digital 8,1 megapixel Nikon tipe coolpix 19. Penelitian dilakukan di Laboratorium Teknik Kendali Jurusan Pendidikan Teknik Elektro Fakulats teknik Universitas Negeri Yogyakarta. Diagram blok pengamatannya diilustrasikan di Gambar 3. Proses pengujian mengacu pada topik praktikum elektronika daya, yakni: melakukan kendali fasa gelombang tegangan satu fasa dengan sudut picu 0 o -180 o dan 180 o -360 o pada TRIAC, dengan sudut picu 0 o -180 o dan 180 o -360 o pada SCR dalam hubungan antiparalel dan dengan sudut picu 0 o -180 o pada SCR dalam hubungan jembatan berkendali setengah. Modul lengkap untuk memenuhi seluruh proses pengujian tertuang pada Gambar 4 (tampak depan) dan Gambar 5 (tampak belakang). HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil penelitian disajikan dalam gambar foto-foto gelombang listrik seperti diilustrasikan dari Gambar 6a sampai dengan Gambar 20. Sebagai pembanding, diberikan pula hasil kinerja sistem pemicu dengan IC TCA 785. Jika dicermati, perbedaannya memang hanya terjadi pada pemicuan sudut nol karena konsekuensi penggunaan diac optokopler. Hasil pemicuan pada pemicuan sudut 5

6 180 o dimunculkan untuk membuktikan bahwa pengaturan sudut picunya bekerja baik, artinya tidak ada sudut picu tersisa yang tidak bisa dijangkau oleh sistem pengatur picunya Gambar 4. Modul Lengkap hasil penelitian tampak depan Gambar 5. Modul Lengkap hasil penelitian tampak belakang 6

7 1.Kendali fasa pada TRIAC Gambar 6. Tegangan beban hasil pengendalian daya pada sudut picu 0 o,oleh modul sistem hasil penelitian, oleh modul TCA 785 Gambar 7. Tegangan beban hasil pengendalian daya pada sudut picu 45 o,oleh modul sistem hasil penelitian, oleh modul TCA 785 Gambar 8. Tegangan beban hasil pengendalian daya pada sudut picu 90 o,oleh modul sistem hasil penelitian, oleh modul TCA 785 7

8 Gambar 9. Tegangan beban hasil pengendalian daya melalui Triac pada sudut picu 135 o,oleh modul sistem hasil penelitian, oleh modul TCA 785 Gambar 10. Tegangan beban hasil pengendalian daya melalui Triac pada sudut picu 180 o oleh modul sistem hasil penelitian, 2.Pada SCR dalam hubungan antiparalel Gambar 11. Tegangan beban hasil pengendalian daya pada sudut picu 0 o,oleh modul sistem hasil penelitian, oleh modul TCA 785 8

9 Gambar 12. Tegangan beban hasil pengendalian daya pada sudut picu 45 o,oleh modul sistem hasil penelitian, oleh modul TCA 785 Gambar 13. Tegangan beban hasil pengendalian daya pada sudut picu 90 o,oleh modul sistem hasil penelitian, oleh modul TCA 785 Gambar 14. Tegangan beban hasil pengendalian daya pada sudut picu 135 o,oleh modul sistem hasil penelitian, oleh modul TCA 785 9

10 Gambar 15. Tegangan beban hasil pengendalian daya melalui SCR dalam hubungan ant paralel sudut picu 180 o oleh modul sistem hasil penelitian, 3. Pada SCR dalam hubungan jembatan berkendali setengah Gambar 16. Tegangan beban hasil pengendalian daya pada sudut picu 0 o,oleh modul sistem hasil penelitian, oleh modul TCA 785 Gambar 17. Tegangan beban hasil pengendalian daya pada sudut picu 45 o,oleh modul sistem hasil penelitian, oleh modul TCA

11 Gambar 18. Tegangan beban hasil pengendalian daya pada sudut picu 90 o,oleh modul sistem hasil penelitian, oleh modul TCA 785 Gambar 19. Tegangan beban hasil pengendalian daya pada sudut picu 135 o,oleh modul sistem hasil penelitian, oleh modul TCA 785 Gambar 20. Tegangan beban hasil pengendalian daya Pada SCR dalam hubungan jembatan berkendali setengah oleh modul sistem hasil penelitian, 11

12 Pembahasan Dari hasil penelitian diperoleh fakta konsekuensi penggunaan diac optokopler, pada pemicuan sudut 0 o untuk ketiga gambar (Gambar 6a, dan 11a) diperoleh tundaan sebesar 9 o yang bisa dihitung dari: 0,1divisi x180 2divisi Divisi yang dimaksud di sini adalah garis-garis skala pada layar osiloskop, yang tampak bahwa setengah siklus gelombang tegangan bolak-balik (setengah periode = 180 o ) terskala selebar dua divisi. Mekanisme terjadinya penundaan sudut picu pada 0 o akibat penggunaan kopling optis karena energi picu bagi SCR/Triac-nya menggunakan jaringan PLN (main voltage). Karena SCR/Triac merupakan diode empat lapis(pnpn) dan menurut Savant, Roden, dan Carpenter (1987:149) maupun Boylestad, Nashelsky (1992:831) strukturnya setara dengan dua buah transistor dwikutub (bipolar), sedangkan transistor merupakan peranti elektronk yang dikendalikan dengan arus listrik, maka jelas bahwa saat tegangan jaringan listrik PLN berada berada di titik nol, tidak akan ada arus listrik. Logika ini dapat dimengerti, arus listrik tercipta karena adanya perbedaan tegangan. Air mengalir karena adanya perbedaan tinggi tempat, di samping itu, optokopler- diac juga membutuhkan tegangan kerja untuk bisa menghantar (breakdown). Dari argumentasi di atas, dalam pemicuan SCR/Triac pada sudut nol, terpotongnya titik nol beberapa derajat tidak memengaruhi kinerja sistem secara sinifikan, hal ini dikemukakan oleh tim ahli dari Littelfuse.Inc. ( 2004) bahwa dalam untai gelombang penuh, sudut picu 150 o akan memberikan daya listrik 12

13 sebesar 97% dari energi penuhnya ke beban, sedangkan sudut picu sebesar 30 o hanya memberikan 3% dari energi penuhnya, dari sini tidaklah bermanfaat untuk memberikan pengaturan sudut picu kurang dari 30 o atau lebih besar dari 150 o. Dibandingkan dengan hasil penelitian Herlambang Sigit, hasil pemicuan sudut sudut 0 o dari penelitian ini bisa lebih kecil. Tabel 1 Perbandingan tundaan sudut picu pada pemicuan 0 o hasil penelitian Herlambang Sigit dan S u n o m o. Penelitian Herlambang Sigit Penelitian S u n o m o Pemicuan TRIAC 27 o Pemicuan TRIAC 9 o Pemicuan SCR dalam antiparalel Pemicuan SCR pada penyearah jembatan 18 o Pemicuan SCR dalam antiparalel 9 o Pemicuan SCR pada penyearah jembatan 9 o 0 o Kesimpulan Dari temuan penelitian dapat dikemukakan kesimpulan sebagai berikut: Kendali fasa thyristor (SCR) dan TRIAC tanpa tegangan eksternal mampu: 1. melakukan kendali fasa gelombang tegangan satu fasa dengan sudut picu 0 o -180 o dan 180 o -360 o pada TRIAC, dengan hasil picu 9 o untuk pemicuan sudut 0 o akibat penggunaan kopling optik. 2. melakukan kendali fasa gelombang tegangan satu fasa dengan sudut picu 0 o -180 o dan 180 o -360 o pada SCR dalam hubungan antiparalel, 13

14 dengan hasil picu 9 o untuk pemicuan sudut 0 o akibat penggunaan kopling optik. 3. melakukan kendali fasa gelombang tegangan satu fasa dengan sudut picu 0 o -180 o pada SCR dalam hubungan jembatan berkendali setengah, dengan hasil picu 0 o untuk pemicuan sudut 0 o (ketertinggalan tidak terbaca). Untuk memperkecil selisih sudut picu nyata dengan titik nol lintasan jaringan listrik pada pemicuan sudut 0 o, kopling optik dapat diganti dengan kopling trafo, tetapi dengan resiko, jika keluaran trafo pemicu sampai terhubung dengan anoda karena kekurangcermatan perakit, maka sistem pemicu akan rusak terkena tegangan bolak-balik yang seharusnya hanya dihubungkan ke ujung anoda, katoda dan bebannya. DAFTAR PUSTAKA Boylestad Robert, Louis Nashelsky, 1992, Electronic Devices and Circuits Theory 5 ed. Prentice Hall, Inc., Upper Saddle River, NJ. Haryanto, Sunomo. 2005, Modifikasi Sistem Pemicu pada kendali Daya Tiga Fasa Buatan VEDC Malang,(penelitian dosen muda ), Ditjen Dikti; Jakarta. Herlambang Sigit, 2007, Perbaikan Kinerja Sistem Optis IC 555- MOC 3021 Sebagai Pengendali Daya Listrik. (Penelitian Dosen Muda ), Ditjen Dikti; Jakarta. Philips Semiconductors, tth, Chapter 6: Power Control with Tyiristors andtriacs, [16 Maret 2008]. Siemens Semiconductor Group, tth, TCA 785, Phase Control IC [16 Maret 2008]. VEDC Malang, 2000, Sistem kendali Daya 3 Fasa Gelombang Penuh (Modul). 14

15 15

16 16