BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1.2 Tujuan 1.3 Rumusan Masalah

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam dunia elektronika sudah dapat dipastikan mengenal dengan adanya berbagai macam rangkaian elektronika, dimana rangkaian elektronika tersebut dapat diaplikasikan kedalam kehidapan sehari hari. Tidak bisa disangkal kalau ilmu elektronika telah memberikan sumbangan yang sangat besar bagi peradaban manusia saat ini. Nyaris pada semua aspek kehidupan manusia zaman kiwari berbasiskan elektronika. Manusia dimanjakan dengan bantuan berbagai peralatan elektronika yang memanfaatkan berbagai macam komponen yang digunakan dalam pembuatan peralatan elektronika tersebut. Salah satunya adalah penggunaan TRIAC dimana komponen ini merupakan komponen semikonduktor yang berperan sebagai penghubung daya yang berkecepatan tinggi. Pada umumnya triac dioperasikan pada tegangan lebih dari 100V dan dapat membawa arus lebih dari 100A. Sehingga triac sering digunakan dalam sistem kontrol daya AC, seperti dimmer lamp (peredup lampu), kontrol pemanas, kontrol kecepatan motor, dan lainnya. Oleh karena itu, modul ini memanfaatkan TRIAC sebagai pengendali kecepatan motor AC. 1.2 Tujuan Adapun beberapa tujuan yang ingin dicapai oleh penulis dalam membuat modul ini adalah sebagai berikut : 1. Untuk menerapkan ilmu Elektronika Industri II yang di realisasikan terhadap sebuah modul pengendali motor AC dengan TRIAC, 2. Untuk mengetahui pengaruh rangkaian modul terhadap kecepatan motor AC, 3. Untuk mengetahui tegangan output pada motor AC. 1.3 Rumusan Masalah Permasalahan yang mungkin akan ditemui berdasarkan tujuan diatas adalah: 1. Bagaimana pengaruh rangkaian modul terhadap kecepatan motor AC, 2. Berapakah teganngan output pada motor AC. 1

2 I.4 Metodologi Penyelesaian Masalah Studi Literatur Mempelajari dan memahami teori mengenai materi Elektronika Industri II terutama mengenai TRIAC sehingga diperoleh pengetahuan dasar untuk penyelesaian masalah yang akan muncul dalam pembuatan modul rangkaian ini. Mempelajari dan melatih tentang tata cara penulisan dalam penyusunan laporan ini baik dari segi bahasa ataupuun penulisan dalam laporan ini Perancangan dan Realisasi Melakukan perancangan dengan membuat rangkaian modul terlebih dahulu menggunakan software Altium Designer 6 dan dalam pembuatan hardware menggunakan komponen komponen yang dibutuhkan Realisasi Simulasi Merealisasikan modul dari awal hingga akhir Pengujian dan Analisa Setelah alat direalisasikan, maka dilakukan uji coba untuk mengetahui apakah modul rangkaian dapat bekerja sesuai dengan yang diharapkan atau tidak dan selanjutnya dilakukan analisa dari modul rangkaian yang telah dibuat Penulisan Laporan Akhir Tahap ini difokuskan pada pengumpulan catatan berupa materi atau data yang ada selama proses perancangan dan realisasi. Untuk selanjutnya diproses menjadi sebuah laporan modul rangkaian untuk tugas mata kuliah Elektronika Industri II. 2

3 BAB II LANDASAN TEORI Pada modul pengendali motor AC dengan TRIAC menggunakan beberapa komponen utama sebagai berikut : 2.1 TRIAC Definisi dan Prinsip Kerja TRIAC Komponen TRIAC merupakan komponen semikonduktor yang tersusun atas diode empat lapis berstruktur p-n-p-n dengan tiga p-n junction. Triac memiliki tiga buah elektrode, yaitu : gate, MT1, MT2. TRIAC biasanya digunakan sebagai pengendali dua arah (bi-directional). Apabila kita akan menggunakan TRIAC dalam pembuatan perangkat atau sistem kontrol elektronika, ada beberapa hal yang harus diketahui dalam memilih TRIAC sebagai berikut : 1. Tegangan breakover maju dan mundur arus maksimum ( IT maks) 2. Arus genggam minimum (Ih min) 3. Tegangan dan arus picu gate yang diperlukan 4. Kecepatan pensaklaran 5. Tegangan maksimum dv/dt 6. Tegangan blocking triac (VDRM) Simbol dan Bentuk TRIAC Triac akan tersambung (on) ketika berada di quadran I yaitu saat arus positif kecil melewati terminal gate ke MT1,dan polaritas MT2 lebih tinggi dari MT1, saat triac terhubung dan rangkaian gate tidak memegang kendali, maka triac tetap tersambung selama polaritas MT2 tetap lebih tinggi dari MT1 dan arus yang mengalir lebih besar dari arus genggamnya (holding current/ih), dan triac juga 3

4 akan tersambung saat arus negatif melewati terminal gate ke MT1,dan polaritas MT1 lebih tinggi dari MT2, dan triac akan tetap terhubung walaupun rangkaian gate tidak memegang kendali selama polaritas MT1 lebih tinggi dari MT2. Selain dengan cara memberi pemicuan melalui teminal gate, triac juga dapat dibuat tersambung (on) dengan cara memberikan tegangan yang tinggi sehingga melampaui tegangan breakover-nya terhadap terminal MT1 dan MT2, namun cara ini tidak diizinkan karena dapat menyebabkan triac akan rusak. Pada saat triac tersambung (on) maka tegangan jatuh maju antara terminal MT1 dan MT2 sangatlah kecil yaitu berkisar antara 0.5 volt sampai dengan 2 volt. 2.2 DIAC Definisi dan Prinsip Kerja DIAC DIAC bukanlah termasuk keluarga thyristor, namun prisip kerjanya membuat ia digolongkan sebagai thyristor. DIAC dibuat dengan struktur PNP mirip seperti transistor. Lapisan N pada transistor dibuat sangat tipis sehingga elektron dengan mudah dapat menyeberang menembus lapisan ini. Sedangkan pada DIAC, lapisan N di buat cukup tebal sehingga elektron cukup sukar untuk menembusnya. Struktur DIAC yang demikian dapat juga dipandang sebagai dua buah dioda PN dan NP, sehingga dalam beberapa literatur DIAC digolongkan sebagai dioda. Gambar : Struktur dan simbol DIAC Sukar dilewati oleh arus dua arah, DIAC memang dimaksudkan untuk tujuan ini. Hanya dengan tegangan breakdown tertentu barulah DIAC dapat menghantarkan arus. Arus yang dihantarkan tentu saja bisa bolak-balik dari anoda menuju katoda dan sebaliknya. Kurva karakteristik DIAC sama seperti 4

5 TRIAC, tetapi yang hanya perlu diketahui adalah berapa tegangan breakdownnya. Simbol dari DIAC adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar diatas. DIAC umumnya dipakai sebagai pemicu TRIAC agar ON pada tegangan input tertentu yang relatif tinggi. Contohnya adalah aplikasi dimmer lampu yang berikut pada gambar dibawah ini : 2.3 Kapasitor Definisi dan Prinsip Kerja Kapasitor Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, phenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif di awan. Kapasitor terdiri dari beberapa tipe, tergantung dari bahan dielektriknya. Untuk lebih sederhana dapat dibagi menjadi 3 bagian, yaitu kapasitor electrostatic, electrolytic dan electrochemical. 5

6 1. Kapasitor Electrostatic Kapasitor electrostatic adalah kelompok kapasitor yang dibuat dengan bahan dielektrik dari keramik, film dan mika. Keramik dan mika adalah bahan yang popular serta murah untuk membuat kapasitor yang kapasitansinya kecil. Tersedia dari besaran pf sampai beberapa uf, yang biasanya untuk aplikasi rangkaian yang berkenaan dengan frekuensi tinggi. Termasuk kelompok bahan dielektrik film adalah bahan-bahan material seperti polyester (polyethylene terephthalate atau dikenal dengan sebutan mylar), polystyrene, polyprophylene, polycarbonate, metalized paper dan lainnya. Mylar, MKM, MKT adalah beberapa contoh sebutan merek dagang untuk kapasitor dengan bahan-bahan dielektrik film. Umumnya kapasitor kelompok ini adalah non-polar. 2. Kapasitor Electrolytic Kelompok kapasitor electrolytic terdiri dari kapasitor-kapasitor yang bahan dielektriknya adalah lapisan metal-oksida.umumnya kapasitor yang termasuk kelompok ini adalah kapasitor polar dengantanda + dan di badannya. Mengapa kapasitor ini dapat memiliki polaritas, adalah karena 6

7 proses pembuatannya menggunakan elektrolisa sehingga terbentuk kutup positif anoda dan kutup negatif katoda. Telah lama diketahui beberapa metal seperti tantalum, aluminium, magnesium, titanium, niobium, zirconium dan seng (zinc) permukaannya dapat dioksidasi sehingga membentuk lapisan metal-oksida. contoh dari kapasitor ini yaitu Elco / kondensator. Lapisan oksidasi ini terbentuk melalui proses elektrolisa, seperti pada proses penyepuhan emas. Elektroda metal yang dicelup kedalam larutan electrolit (sodium borate) lalu diberi tegangan positif (anoda) dan larutan electrolit diberi tegangan negatif (katoda). Oksigen pada larutan electrolyte terlepas dan mengoksidai permukaan plat metal. Contohnya, jika digunakan Aluminium, maka akan terbentuk lapisan Aluminium-oksida (Al2O3) pada permukaannya. Dengan demikian berturutturut plat metal (anoda), lapisan-metal-oksida dan electrolyte(katoda) membentuk kapasitor. Dalam hal ini lapisan-metal-oksida sebagai dielektrik. Lapisan metaloksida ini sangat tipis,sehingga dengan demikian dapat dibuat kapasitor yang kapasitansinya cukup besar. Karena alasan ekonomis dan praktis, umumnya bahan metal yang banyak digunakan adalah aluminium dan tantalum. Bahan yang paling banyak dan murah adalah Aluminium. Untuk mendapatkan permukaan yang luas, bahan plat Aluminium ini biasanya digulung radial. Sehingga dengan cara itu dapat diperoleh kapasitor yang kapasitansinya besar. Sebagai contoh 100uF, 470uF, 4700uF dan lain-lain, yang sering juga disebut kapasitor elco. Bahan electrolyte pada kapasitor Tantalum ada yang cair tetapi ada juga yang padat. Disebut electrolyte padat, tetapi sebenarnya bukan larutan electrolit yang menjadi elektroda negatif-nya, melainkan bahan lain yaitu manganese-dioksida. Dengan demikian kapasitor jenis ini bisa memiliki kapasitansi yang besar namun menjadi lebih ramping dan mungil. Selain itu karena seluruhnya padat, maka waktu kerjanya (lifetime) menjadi lebih tahan lama. Kapasitor tipe ini juga memiliki arus bocor yang sangat kecil Jadi dapat dipahami mengapa kapasitor Tantalum menjadi relatif mahal. 7

8 3. Kapasitor Electrochemical Satu jenis kapasitor lain adalah kapasitor electrochemical. Termasuk kapasitor jenis ini adalah batere dan accu. Pada kenyataanya batere dan accu adalah kapasitor yang sangat baik, karena memiliki kapasitansi yang besar dan arus bocor (leakage current) yang sangat kecil. Tipe kapasitor jenis ini juga masih dalam pengembangan untuk mendapatkan kapasitansi yang besar namun kecil dan ringan, misalnya untuk applikasi mobil elektrik dan telepon selular. 2.4 Resistor Definisi dan Prinsip Kerja Resistor Resistor adalah salah satu komponen elekronika yang berfungsi sebagai penahan arus yang mengalir dalam suatu rangkaian dan berupa terminal dua komponen elektronik yang menghasilkan tegangan pada terminal yang sebanding dengan arus listrik yang melewatinya sesuai dengan hukum Ohm (V = IR). Sebuah resistor tidak memiliki kutub positif dan negatif, tapi memiliki karakteristik utama yaitu resistensi, toleransi, tegangan kerja maksimum dan power rating. Karakteristik lainnya meliputi koefisien temperatur, kebisingan, dan induktansi. Ohm yang dilambangkan dengan simbol Ω(Omega) merupakan satuan resistansi dari sebuah resistor yang bersifat resistif. Resistor adalah komponen dasar elektronika yang selalu digunakan dan paling banyak dalam setiap rangkaian elektronika. Dengan demikian Anda harus mempelajari dan memahami sebaik mungkin tentang resistor. Anda harus mampu mengetahui nilai dari sebuah resistor beserta fungsinya bila ingin membuat sebuah rangkaian elektronika. 8

9 Fungsi resistor adalah sebagai pengatur dalam membatasi jumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Dengan adanya resistor menyebabkan arus listrik dapat disalurkan sesuai dengan kebutuhan. Adapun fungsi resistor secara lengkap adalah sebagai berikut : 1. Berfungsi untuk menahan sebagian arus listrik agar sesuai dengan kebutuhan suatu rangkaian elektronika. 2. Berfungsi untuk menurunkan tegangan sesuai dengan yang dibutuhkan oleh rangkaian elektronika. 3. Berfungsi untuk membagi tegangan. 4. Berfungsi untuk membangkitkan frekuensi tinggi dan frekuensi rendah dengan bantuan transistor daan kondensator (kapasitor). 2.5 Potensiometer Definisi dan Prinsip Kerja Potensiometer Potensiometer merupakan resistor yang menggunakan tiga terminal dengan sambungan geser yang membentuk pembagi tegangan yang dapat di stel. Biasanya perangkat elektronika ini juga ada yang menggunakan dua terminal, sehingga nantinya salah satu terminal tetap dan terminal geser. Komponen yang satu ini berperan sebagai resistor variabel atau rheostat. Potensiometer biasanya di gunakan untuk mengendalikan peranti elektronik seperti pengendali suara pada penguat yang kita bunyikan. Potensio yang biasanya di operasikan ataupun di gunakan oleh suatu alat mekanisme sebagai transduser, misalnya sebagai sensor joystick. Perangkat potensiometer sangat jarang di gunakan untuk mengendalikan daya tinggi (tegangan lebih dari 1 watt) secara langsung. Potensiometer digunakan untuk menyetel taraf isyarat analog, misalnya pengendali suara pada peranti audio dan juga sebagai pengendali masukan untuk sirkuit elektronik. Prinsip kerja potensiometer dapat di ibaratkan sebagai gabungan dua buah resistor yang di hubungkan secara seri R1 dan R2. Di dalam dua buah resistor ini nilai resistansinya dapat di rubah. Nilai resistansi total dari resistor akan selalu tetap dan nilai ini merupakan nilai resistansi dari potensiometer. Jika nilai 9

10 resistansi R1 kita perbesar, maka otomatis nilai resistansi dari R2 akan berkurang, begitu juga sebaliknya. Meskipun di samakan dengan resistor, tapi bentuk dari potensiometer sendiri sangat jauh berbeda dengan bentuk resistor pada umumnya. Resistor hanya berbentuk gelang yang di mana masing-masing gelang tersebut memiliki warna yang berbeda, ini di gunakan untuk menentukan nilai tahanannya. Sementara untuk menentukan nilai tahanan dari potensio hanya dengan memutar ataupun menggeser pada bagian yang sudah di tetapkan. Pengendali volume yang menggunakan potensiometer di lengkapi dengan saklar yang sudah terintegrasi, sehingga pada saat potensiometer membuka saklar, penyapu berada pada posisi terendah. Kebanyakan dari komponen ini di gunakan untuk rangkaian power amplifier pengatur volume, bass dan treble. Dan juga dalam Control Motor DC yang berfungsi sebagai pengatur kecepatan putaran motor. Nilai dari potensiometer dapat berubah sesuai dengan perputaran ataupun pergeseran yang di hasilkan. Range yang di hasilkan juga bervariasi, misalnya nilai yang tertera pada potensio adalah 100k ohm, maka range resistansi akan dimulai dari tahanan 0 ohm sampai dengan 100k ohm. 2.6 Motor AC Definisi dan Prinsip Kerja Motor AC Motor AC atau motor arus bolak-balik adalah diklasifikasikan dengan dasar prinsip pengoperasian sebagai motor induksi atau motor sinkron. Motor induksi dapat dibuat baik untuk jenis tiga-fase maupun satu-fase, karena pada motor induksi tidak ada tegangan eksternal yang diberikan pada rotornya. Sebagai gantinya arus AC pada stator menginduksikan tegangan pada celah udara dan 10

11 pada lilitan rotor untuk menghasilkan arus rotor dan medan magnet. Medan magnet rotor dan stator kemudian berinteraksi dan menyebabkan motor berputar. Motor arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik memiliki dua buah bagian dasar listrik: "stator" dan "rotor".stator merupakan komponen listrik statis/diam. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor. Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor AC lebih sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekwensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya. Motor induksi merupakan motor yang paling populer di industri karena kehandalannya dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi AC cukup murah (harganya setengah atau kurang dari harga sebuah motor DC) dan juga memberikan rasio daya terhadap berat yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC). Gambar. Motor AC 220 V dengan kipas. 11

12 BAB III REALISASI MODUL 3.1 Alat dan Bahan Berikut ini merupakan daftar komponen komponen yang digunakan dalam pembuatan modul pengendali motor AC : Daftar Komponen Jumlah (buah) Resistor 1 KΩ/2 Watt 2 Potensiometer 500 KΩ 1 Kapasitor 100nF/250 Volt 1 DIAC DB3 1 TRIAC BT136 1 Motor AC 1 Banana Plug 2 Test Point 3 Heatsink 1 Kabel AC 1 Plat Alumunium 20cm x 4cm 2 Plat Alumunium 15cm x 4cm Gambar Rangkaian R2 1 KΩ 12

13 3.3 Cara Kerja Rangkaian Modul Modul Pengendali Motor AC dengan TRIAC merupakan rangkaian elektronik sederhana yang berfungsi untuk mengendalikan kecepatan putaran kipas angin dengan sumber tegangan AC220 volt. Rangkaian pengatur kecepatan kipas angin ini dibangun menggunakan TRIAC dan DIAC sebagai komponen utamanya, dan sebuah potensiometer sebagai pengendali kecepatan putaran motor kipas angin tersebut. Modul ini bekerja seperti dimmer lampu AC, dimana supply tegangan ke motor kipas angin dikontrol menggunakan TRIAC melalui potensiometer. Rangkaian pengontrol kecepatan kipas angin ini sangat sederhana dan menggunakan komponen yang mudah diperoleh dipasaran sehingga dapat dibuat atau dirakit dengan mudah. Modul pada gambar diatas bekerja secara analog dengan cara mengatur supply tegangan motor kipas angin AC220V menggunakan TRIAC berdasarkan tegangan bias yang diberikan ke TRIAC tersebut melalui DIAC yang dikendalikan oleh potensiometer R1. Dimana semakin besar bias gate TRIAC yang diberikan maka semakin besar pula level tegangan yang diberikan ke motor kipas angin, dan semakin kecil tegangan bias gate maka semakin rendah juga tegangan supply ke motor kipas angin.semakin besar tegangan supply ke motor kipas angin yang diberikan maka semakin cepat pula kecepatan putaran motor kipas angin dan sebaliknya akan semakin lambat putaran kipas angin apabila supply tegangan ke motor kipas angin diturunkan. Perlu diketahui bahwa modul ini bekerja pada tegangan listrik AC220 volt, sehingga jangan menyentuh jalur kelistrikan rangkaian pada saat rangkaian ini terhubung ke jaringan listrik AC220V tersebut. 13

14 3.4 Langkah Untuk Melakukan Uji Coba Modul 1. Siapkan modul pengendali motor AC dengan TRIAC yang telah dibuat dan pastikan modul tersebut dapat bekerja dengan baik, 2. Hubungkan motor AC dengan modul tersebut melalui banan plug yang sudah tersedia sebagai output dari modul, 3. Hubungkan modul tersebut dengan supply AC, 4. Setelah motor AC berputar, atur putaran motor dengan potensiometer sampai diperoleh putaran yang stabil, 5. Ukur tegangan pada masing masing Test Point (TP) dengan menggunakan multimeter, 6. Catat hasil pengukuran di tabel data percobaan. 14

15 V L TP3 BAB IV UJI COBA DAN ANALISA MODUL 3.1 Hasil Data Uji Coba Modul Keadaan Tegangan ( Volt AC) Tegangan Keadaan Potensiometer TP 1 TP 2 TP 3 pada Motor Motor ( Volt AC) Minimum Off ½ Maksimum On (Lambat) Maksimum On (Cepat) 3.2 Grafik Data Uji Coba Modul 250 Grafik Tegangan V G Terhadap V L Volt AC V G TP2 15

16 3.3 Analisa Data Uji Coba Modul Saat potensiometer pada posisi minimum, keadaan motor AC dalam kondisi mati atau tidak berputar dengan tegangan output pada motor AC sebesar V AC. Saat potensiometer pada posisi ½ maksimum, keadaan motor AC dalam kondisi ON (berputar) akan tetapi kecepatan putaran lambat dengan tegangan output pada motor AC sebesar V AC. Saat potensiometer pada posisi maksimum, keadaan motor AC dalam kondisi ON (berputar) dengan keadaan motor AC berputar cepat dan memiliki tegangan output pada motor AC sebesar V AC. 16

17 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Berdasarkan uji coba modul diatas, dapat disimpulkan bahwa : 1. Kecepatan motor AC dipengaruhi oleh harga dari potensiometer. 2. Motor AC akan ON (berputar) dengan cepat ketika potensiometer pada posisi maksimum dengan tegangan output sebesar V AC, sedangkan motor AC akan OFF (tidak berputar) ketika potensiometer pada posisi minimum dengan tegangan output sebesar V AC. 5.2 Saran Harga hambatan potensiometer terhadap rangkaian motor AC mempengaruhi kecepatan motor AC oleh karena itu dibutuhkan harga hambatan yang besar seperti pada modul ini menggunakan potensiometer 500KΩ. 17

18 DAFTAR PUSTAKA Copyright Elektronika Dasar