PENSTABILAN TEGANGAN BOLAK BALIK SATU PHASA
DENGAN TRIAC
O
L E HRoberto P. Siregar 01 5203 042
PROGRAM D-IV TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK
FAKULTAS TEKNIK
KATA PENGANTAR
Pertama sekali penulis memanjatkan puji dan syukur Kehadirat Tuhan
Yang Maha Esa atas berkat dan rahmatnya penulis dapat menyelesaikan penulisan
Karya Akhir ini. Karya akhir ini adalah Tugas Akhir yang harus diselesaikan oleh
setiap mahasiswa sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
Terapan pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Karya
Akhir ini adalah “Penstabilan Tegangan Bolak Balik Satu Phasa dengan Triac”.
Dalam penulisan Karya Akhir ini, penulis banyak menemui kendala,
namun berkat adanya bimbingan, saran-saran, nasehat dan bantuan moril maupun
materil dari berbagai pihak, akhirnya penulis dapat menyelesaikan Karya Akhir
ini dengan baik.
Maka pada kesempatan ini perkenankanlah penulis terlebih dahulu
mengucapkan banyak terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ayahanda (alm) Drs. B.P. Siregar dan Ibunda L.br. Panggabean, BA, yang
telah banyak berkorban moril maupun materil demi kelancaran penyelesaian
Karya Akhir ini.
2. Bapak Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng, selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir.Nasrul Abdi, MT, selaku Ketua Program Diploma-IV Teknologi
4. Bapak Ir.Rahmat Fauzi, MT, selaku Sekretaris Program Diploma-IV
Teknologi Instrumentasi Pabrik.
5. Bapak Ir. Rahman Hasibuan selaku koordinator Program Diploma-IV
Teknologi Instrumentasi Pabrik.
6. Bapak Ir. Djendanari Sembiring, selaku pembimbing yang telah banyak
memberi petunjuk dan saran kepada penulis.
7. Seluruh Dosen dan Staf Program Diploma-IV Teknologi Instrumentasi
Pabrik.
8. Kepada saudara-saudara penulis : kakak D Siregar,A.Md,
abang Tongan Siregar, kakak Dra. A. Siregar, kakak L. Siregar,
abang Rikardo Siregar, abang Pdt. Brando Siregar,S.Th, serta buat abang
dan kakak ipar penulis, terkhusus buat kakak tercinta Lampita Siregar, yang
telah banyak berkorban moril maupun materil demi kelancaran penyelesaian
Karya Akhir ini.
9. Kepada teman-teman seperjuangan Ery, Rudi, Linando, Lenon, Mansen,
Segar, Jhonson, Jacklin dan anak” TIP’01, TIP ’02, yang banyak
memberikan bantuan dan dukungan kepada penulis.
10. Kepada sobat penulis Eston, Rendhard, Charles, Roni Ops, dan
teman-teman lainnya yang tidak dapat penulis sebutkan namanya satu persatu yang
banyak memberikan bantuan dan dukungan kepada penulis.
11. Adinda tercinta Maria Neva Lita, S.Kom yang telah banyak berkorban moril
Penulis menyadari bahwa Karya Akhir ini masih terdapat kekurangan-
kekurangan dan masih jauh dari kesempurnaan dikarenakan keterbatasan
pengetahuan dan wawasan dalam ruang lingkup pembelajaran. Untuk itu penulis
sangat mengharapkan kritik dan saran sebagai penyempurnaan dari Karya Akhir
ini. Semoga Karya Akhir ini bermanfaat bagi kita semua terutama bagi penulis
sendiri.
Medan, Maret 2008
Penulis
ABSTRAK
Peranan pengendalian sistem stabilisasi dalam industri dan perumahan
telah semakin nyata, terutama dalam pengamanan terhadap sebagian peralatan
listrik yang tidak dilengkapi dengan sistem pengamanan. Salah satunya
pegendalian stabilisasi tegangan dengan bantuan thyristor, suatu metode dapat
disajikan untuk perencanaan pada pengendalian ini yaitu penstabilan tegangan
bolak balik satu phasa. Dimana metode ini mencakup 3 tahapan operasi yaitu
tahapan pengaturan sudut phasa oleh potensiometer, jika adanya variasi tegangan
atau penurunan pada keadaan normal. Tahapan penyuluhan DIAC ke TRIAC dan
DAFTAR ISI
ABSTRAK... i
KATA PENGANTAR... ii
DAFTAR ISI... iv
BAB I PENDAHULUAN... 1
I.1. Latar Belakang Pemilihan Judul... 1
I.2. Rumusan Masalah ... 1
I.3. Batasan Masalah... 2
I.4. Tujuan Pembahasan... 2
I.5. Sistematika Penulisan... 3
BAB. II PRINSIP STABILISATOR... 4
II.1. Diagram Block ... 4
II.2. Cara Kerja Sistem ... 5
II.3. Komponen Dasar... 7
II.3.1. Resistor ... 7
II.3.2. Kapasitor ... 10
II.3.3. Induktor... 13
II.4. Komponen Regulasi Tegangan ... 15
II.4.1. Dioda... 15
II.4.2. Dioda Zener ... 16
II.4.3. Diac ... 22
II.4.4. Triac ... 23
II.4.4.1. Konstruksi, Rangkaian Ekivalen ... 23
BAB III. ANALISA RANGKAIAN... 26
III.1. Pembagi Tegangan... 26
III.2. Zener Regulasi Tegangan ... 27
III.3. Perubahan Phasa Triac... 28
III.4. Pengaturan Tegangan dengan Mengatur Sudut Phasa Tegangan Bolak Balik (AC)... 29
III.4.1. Analisa Persamaan Maatematika untuk menetukan Sudut Phasa ... 30
BAB IV. PENSTABILAN TEGANGAN 1 PHASA DENGAN TRIAC 32 IV.1. Umum ... 32
IV.2. Rangkaiaan Pembagi Tegangan ... 32
IV.3. Rangkaian Zener Regulasi Tegangan ... 33
IV.4. Prinsip Kerja Rangkaian... 37
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN... 38
V.1. Kesimpulan ... 38
V.2. Saran ... 38
ABSTRAK
Peranan pengendalian sistem stabilisasi dalam industri dan perumahan
telah semakin nyata, terutama dalam pengamanan terhadap sebagian peralatan
listrik yang tidak dilengkapi dengan sistem pengamanan. Salah satunya
pegendalian stabilisasi tegangan dengan bantuan thyristor, suatu metode dapat
disajikan untuk perencanaan pada pengendalian ini yaitu penstabilan tegangan
bolak balik satu phasa. Dimana metode ini mencakup 3 tahapan operasi yaitu
tahapan pengaturan sudut phasa oleh potensiometer, jika adanya variasi tegangan
atau penurunan pada keadaan normal. Tahapan penyuluhan DIAC ke TRIAC dan
BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang Pemilihan Judul
Kita menyadari kemajuan teknologi menuju era serba komputerisasi, maka
seiring dengan itu pemakaian daya listrik dalam memenuhi kebutuhan sehari-hari
sumber energi listrik dirasakan semakin memegang peranan yang utama sekali.
Misalnya sebagai energi pada pabrik-pabrik, menjadi sumber energi penerangan
di kantor-kantor pemerintah maupun swasta, demikian pula dengan
perumahan-perumahan masyarakat baik di kota maupun di desa.
Penyaluran daya yang dilakukan oleh PLN (Perusahaan Listrik Negara)
terutama sebagai kabutuhan untuk penerangan dan sumber energi telah
berlangsung baik. Tapi pada saat sekarang ini selalu mengalami masalah yaitu
terjadinya penurunan tegangan jala-jala pada malam hari atau yang sering disebut
beban puncak.
Melihat kenyataan tersebut maka dibutuhkan suatu cara untuk mempelajari
dan membahas penstabilan tegangan dengan menggunakan rangkaian TRIAC.
Berdasarkan uraian datas, maka penulis tertarik untuk membahas tentang
“Penstabilan Tegangan Bolak-Balik Satu Phasa dengan TRIAC”.
I.2. Rumusan Masalah
tegangan dengan menggunakan rangkaian “TRIAC” dan ini biasanya sangat
mengganggu atau boleh dikatakan sampai merugikan kita sebagai konsumen.
Berdasarkan uraian diatas, penulis tertarik untuk membahas tentang “Penstabilan
Tegangan Bolak-Balik Satu Phasa dengan TRIAC”
I.3. Batasan Masalah
Pembatasan bahasan mengenai penstabilan tegangan dirasakan sangat
perlu mengingat bahasan penstabilan tegangan tentu sangat luas, maka sesuai
dengan judul Tugas Akhir ini yang menjadi pembahasan utama adalah cara kerja
alat penstabilan tegangan dengan menggunakan rangkaian TRIAC. Disamping itu
dalam pembahasan analisa rangkaian, penulis hanya membahas penstabilan
tegangan bolak-balik dengan Triac pada satu Phasa
I.4. Tujuan Pembahasan
Untuk mengatasi masalah masalah tersebut diatas penulis
memperkenalkan tengangan bolak - balik satu phasa dengan mempergunakan
pemotngan gelombang sinusoidal oleh Thyristor untukmenjaga keluaran agar
tetap stabil. Penulisan ini dimulai dari perkenalan prinsip kerja stabilisator satu
phasa,berikut komponen regulasi, analisa teori rangkaian dan pemilihan
I.5. Sistematika Penulisan
Pada penulisan ini, penulis memilah permasalahan menjadi beberapa bab
pembahasan untuk mempermudah pembacaan dan pembahasan, terdiri dari :
BAB I PENDAHULUAN
Yang terdiri dari : Latar Belakang Pemilihan Judul, Rumusan
Masalah, Batasan Masalah, Tujuan Pembahasan dan Sistematika
Penulisan.
BAB II PRINSIP STABILISATOR
Yang terdiri dari : Diagram Block, Cara Kerja Sistem, Komponen
Dasar dan Komponen Regulasi Tegangan.
BAB III ANALISA RANGKAIAN
Yang terdiri dari : Pembagi Tegangan, Zener Regulasi Tegangan,
Perubahan Phasa Triac, Pengaturan Tegangan dengan Mengatur
Sudut Phasa.
BAB IV PENSTABILAN TEGANGAN SATU PHASA DENGAN TRIAC
Yang terdiri dari : Umum, Prinsip Kerja Rangkaian, Rangkaian
Pembagi Tegangan, Rangkain Zener Regulasi Tegangan,
Pengaturan Tegangan dengan Mengatur Sudut Phasa Tegangan
Bolak-Balik, Prinsip Kerja Rangkaian.
BAB II
PRINSIP STABILISATOR
II.1. Diagram Block
Stabilisator tegangan bolak-balik adalah sebuah alat listrik yang mampu
mengatasi dan membebaskan beban listrik dari pengaruh variasi penurunan dan
kenaikan tegangan jala-jala sumber listrik dari PLN (Perusahaan Listrik Negara)
pada batas-batas tertentu, dengan memberikan suatu tegangan yang konstan yang
kita kehendaki pada beban listrik.
II.2. Cara Kerja Sistem
Dalam keadaan normal atau tegangan masukan jala-jala dari PLN sama
dengan 220 Volt, tegangan keluaran VL akan terlihat seperti Gambar 2-2,
kamudian tegangan efektif beban dinaikkan oleh step-up seharga 220 Volt juga.
Jika tegangan jala-jala turun, maka tegangan di A juga akan turun sehingga untuk
mencapai tegangan break over kemudi (Diac), dengan VA dibutuhkan lebih
rendah, ini dapat dicapai oleh kondensator dalam waktu yang lebih singkat dari
jaringan R-C. Akibatnya pulsa-pulsa penyuluhan kemudi ke gerbang penstabil
tegangan akan bergeser ke kiri seperti dalam Gambar 2-2b. Jadi VL efektif naik
kembali ke harga normalnya, dan tegangan efektif beban terjaga konstan, dalam
hal ini luas arsiran Gambar 2-2b sama dengan luas arsiran dalam Gambar 2-2a.
Jika tegangan dari jala-jala naik dari tegangan normalnya, maka tegangan
di A ikut naik, sehingga untuk mencapai tegangan break over kemudi, VA yang
dibutuhkan lebih tinggi dalam Gambar 2-2c, dengan demikian tegangan VL
efektif beban terjaga konstan. Dalam hal ini luas arsiran Gambar 2-2c adalah sama
t
t
t
II.3. Komponen Dasar
Disamping membuat suatu perangkat elektronik dibutuhkan beberapa jenis
komponen dan alat Bantu lainnya. Bnyak sedikitnya pemakain jenis komponen
pada perangkat tergantung dari rancangan dan system perangkat yang akan
dibangun. Pada bab ini akan dibahas secara umum tentang jenis-jenis komponen
yang digunakan untuk merancang penstabilan tegangan bolak-balik Satu Phasa
dengan Triac.
II.3.1. Resistor
Resistor digunakan pada rangkain listrik yang berhubungan dengan listrik,
misalanya untuk memperkecil arus atau tegangan dan juga sebagai pembagi
tegangan, symbol untuk resistor diperlihatkan pada Gambar 2-3, dan untuk
satuannya adalah Ohm atau dengan symbol Omega (Ω). Satuan umum lainnya
dipengkatkan tiga:
- Kilo Ohm (KΩ) = 1000 Ohm
- Mega Ohm (MΩ) = 1000000 Ohm
Banyak resistor yang mempunyai ukuran yang ditunjukkan dengan pita
warna, seperti dalam Tabel 2-1.
WARNA UKURAN TOLERANSI
Hitam
Banyak macam resistor yang mungkin dibuat dari lilitan kawat, pita film
metal, film oksida metal, cernet, unsure karbon. Selain itu pemberian system kode
warna pada tahanan dapat dilihat pada Gambar 2-4.
A B C D
Coklat = 1
Merah = 2
Merah = 00
Emas = ± 5 %
Besarnya resistansi resistor = 1200 Ohm atau
= 1,2 KΩ
Gambar 2.4. Resistor yang diberi Warna
Besar resistansi suatu resistor (tahanan) dengan memakai pita warna dapat
diperlihatkan pada Gambar 2-4, persentase toleransi mempengaruhi nilai resistansi
yang ada dalam batas-batas tertentu. Nilai nominal dipilih, sehingga batas-baytas
II.3.2. Kapasitor
Kapasitor adalah sutau komponen elektronik yang sangat luas
pemakaiannya. Kapasitor merupakan tempat penyimpanan muatan listrik dalam
jumlah tertentu. Kapasitor mempunyai sifat yang akan meneruskan arus AC
(bolak-balik) dan menahan arus DC (searah). Jumlah muatan listrik yang dapat
disimpan disebut kapasitas dari kapasitor dan diukur dalam suatu farad (F), tetapi
karena ukuran farad sangat besar sekali maka yang lazim dijumpai dalam
penggunaannya adalah dalam aturan mikro farad (µF), nano farad (nF) dan piko
farad (pF) dimana :
1 Mikro Farad (µF) = 1 x 10-6 F
1 Nano Farad (nF) = 1 x 10-9 F
1 Piko Farad = 1 x 10-12 F
Satuan-satuan tersebut dimaksudkan untuk lebih memudahkan didalam
praktek dan symbol dari sebuah kapasitor seperti Gambar 2-5.
(a) Kapasitor Non Polar (b) Kapasitor Polar
Nilai kapasitor dari sebuah kapasitor yang diproduksi oleh pabrik pembuat
kapasitor biasnya mencantumkan pada badan (body) kepasitor itu sendiri baik
kapasitor jenis non polar dan bi polar.
100nf
+
-(a) (b)
Gambar 2.6. Kemasan Kapasitor a. Jenis Kapasitor non Polar b. Jenis Kapasitor Bipolar
Tergantung dari bahan dielektriknya maka kapasitor dikenal dalam
berbagai jenis yakni:
- Kapasitor Keramik
- Kapasitor Mika
- Kapasitor Kertas
- Kapasitor Plastik dan lain-lainnya
Kapasitor elektronik biasanya mempunyai polaritas, yakni kutub positif
(+) dan kutup negative (-), sedangkan jenis kapasitor yang lain tidak mempunyai
kutub. Disamping kapasitas penyimpan muatan dari suatu kapasitor dalam
penggunaannya, maka kemampuan suatu kepasitor menahan tegangan atau yang
lazim disebut tegangan kerjanya, juga perlu diperhatikan. Tegangan kerja suatu
Untuk kepasitor dengan kapasitas lebih besar dari 1µF biasa kapasitas
maupun tegangan kerjanya bias terbaca langsung, akan tetapi untuk kapasitas
lebih kecil dari 1µF, ada yang terbaca langsung dan ada yang melalui kode
sebagaimana halnya pada resistor.
Defenisi Kapasitor
Kapasitor adalah dua buah keeping penghantar dengan luas tertentu yang
diantarai atau disekat oleh suatu dielektrum tertentu, seperti terselihat pada
Gambar 2-7 dibawah ini:
+ + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + Gambar dua buah keping penghantar
dengan disekat udara (dielektrikum
udara) dan diberi tegangan V. + + + + + + + + + +
Gambar 2.7. Defenis Kapasitor
Q V
Dimana : C = kapasitas atau jumlah muatan yang dapat disimpan dalam Farad
Q = banyaknya muatan listrik dalam Coulomb
V = tegangan yang ada dalam kedua keeping plat dalam volt - - -
- - - - - -
V
(Farad)………..(2.1)
II.3.3. Induktor
Induktor, walaupun kita akan mendefenisikan inductor dan induktansi
dengan tegas dari segi pandangan rangkain, yakni dengan persamaan tegangan
arus, sedikit komentar mengenai perkembangan hostoris medan maknetik dapat
memberi pengertian yang lebih baik mengenai defenisi ini. Pada permulaan tahun
1800 ilmuwan Denmark, Oersted, memperlihatkan bahwa konduktor yang
menyangkut arus akan menghasilkan medan maknetik, atau bahwa jarum kompas
dipengaruhi dengan adanya konduktor yang menyangkut arus tersebut. Tidak
lama kemudian di Perancis, Ampere melakukan pengukuran-pengkuran yang teliti
yang menunjukkan bahwa medan maknetik berhubungan secara lilnear dengan
arus yang menghasilkannya. Langkah berikutnya terjadi sekitar dua puluh tahun
kemudian ketika sarjana eksparimental Inggris Michael Faraday dan seorang
penemu Amerika Joseph Henry menemukan hamper bersamaan bahwa medan
magnetic yang berubah-ubah dapat menginduksi tegangan didalam rangkaian
yang berdekatan. Mereka memperlihatkan bahwa tegangan ini sebanding dengan
laju perubahan arus terhadap waktu yang menghasilkan medan magnetic tersebut.
Konstanta pembanding kita namai sekarang induktansi, disimbolkan oleh I,
sehingga :
di
Dimana kita harus menyadari bahwa v dan l dan I keduanya adalah fungsi
waktu. Bila kita ingin menekankan hal ini, maka kita boleh melakukannya dengan
menggunakan simbol-simbol v (t) dan I (t)
I
L V L ( t )
+
-Gambar 2.8. Tanda-tanda Reforensi untuk Tegangan dan arus diperlihatkan pada symbol rangkaian untuk sebuah inductor V = L di/dt
Simbol rangkaian untuk inductor diperlihatkan dalam Gambar 2-8 dan
arus diperlihatkan bahwa telah digunakan konversi tanda pasif, sama seperti
dengan tahanan. Satuan inductor diukur dengan Henry (H), dan persamaan yang
mendefenisikannya memperlihatkan bahwa Henry adalah pernyataan yang lebih
pendek untuk volt-detik per ampere. Induktor induktansinya didefenisikan oleh (l)
adalah sebuah model matematis, induktor ini adalah sebuah elemen ideal yang
dapat kita gunakan mengaproksimasikan sifat sebuah alat riil. Sebuah inductor
fisis dapat dapat sibuat dengan melilitkan sepotong kawat menjadi sebuah
kumparan. Ini dengan efektif akan menaikkan arus yang menyebabkan medan
magnetic dan juga menambah ‘banyaknya” rangkaian tambahan ke dalam mana
tegangan Faraday dapat diinduksikan. Hasil dari efek ganda ini adalah bahwa
induktansi sebuah kumparan adalah kira-kira sebanding dengan kuadrat dari
tersebut dibentuk. Sebuah inductor, atau “kumparan”, yang berbentuk garis skrup
yang panjang dengan ukuran sangat kecil didapatkan mempunyai induktansi µN2
A/s, dimana A adalah luas penampang, s penampang sumbu garis sekrup, N
banyaknya lilitan kawat dan µ (mu) adalah sebuah konstanta bahan heliks, yang
dinamai permeabilitas. Untuk ruang hanya (dan sangat dekat sekali untuk udara),
µ = µ 0 = 4∏x 10 -7 H / m. Adalah mungkin untuk merakit jaringan elektronis
yang tidak mengandung inductor dapat menghasilkan hubungan v-I dari (1) pada
terminal masukannya.
II.4. Komponen Regulasi Tegangan
Komponen regulasi adalah suatu komponen yang dirancang demikian
sehingga berfungsi untuk mengubah tagangan masuk yang bervariasi (variable)
menjadi tegangan keluaran yang stabil.
II.4.1. Dioda
Atom-atom dalam semi konduktor dikumpulkan menjadi salah satu dalam
pola teratur disebut “kisi krisital”. Semikonduktor ini sebagai penghantar yang
baik kalau suhunya meningkat karena jumlah elektron bebas juga meningkat,
Daya hantar dioda juga bisa disempurnakan dengan menambah atom
Arsenit yang jumlahnya terkendali memasukkan elektron ekstra dalam struktur
kisi sehingga menghasilkan semikonduktor tipe N, atom-atom demikian dikenal
sebagai akseptor, misalnya atom aluminium, memasukkan “kekurangan elektron”
yang disebut (Hole) sehingga menghasilkan semikonduktor tipe P.
elektron-elektron serta lubang-lubang yang dihasilkan oleh injeksi Arsenit sebagai
pembawa mayoritas.
Kalau semikonduktor yang tipe P dipertemukan dengan semikonduktor
tipe N, oleh proses dikenal sebagai difusi, elektron dari daerah N mulai
menyeberang guna mengisi lubang-lubang dalam daerah P.
Gerakan ini berlangsung terus sampai terbentuk daerah netral yanhg
dikenal sebagai lapisan hampir setiap sisi pertemuan P-N. Lapisan hampa ini
memberikan halangan potensial yang mencegah gerakan elektron lebih lanjut
melintasi bidang pertemuan.
II.4.2. Dioda Zener
`Dioda sinyal kecil dan dioda penyearah tidak pernah dioperasikan secara
sengaja dalam daerah dadal (break down) karena kerusakan yang dapat terjadi
dalam operasi seperti ini. Lain halnya dengan dioda zener, dioda ini justru
dioda zener memang terletak dalam daerah dadal. Penerapan utama dari dioda
zener adalah penggunaannya dalam regulator tegangan, yaitu rangkaian yang
mempertahankan tegangan bebas pada harga yang kurang lebih tepat walaupun
tegangan saluran dari laur atau hambatan bebas dari rangkaian mengalami
perubahan.
II.4.2.1. Struktur Rangkaian Ekivalen dan Karakteristik Dioda Zener
Dioda zener adalah dioda Silikon yang dibuat oleh pabrik untuk bekerja
paling baik pada daerah dadalnya (daerah bocor). Dengan kata lain, berbeda
dengan dioda biasa yang tidak pernah bekerja di daerah dadal (daerah bocor),
dioda zener justru bekerja paling baik di daerah dadal (daerah bocor). Dioda zener
disebut juga daerah dadal yang merupakan tulang punggung pengatur tegangan,
yaitu rangkaian-rangkaian yang menjaga agar tegangan beban tetap walaupun ada
perubahan yang besar pada tegangan jala-jala dan restansi (tahanan beban).
Gambar menunjukkan lambang skematis dioda zenar. Pada lambang ini
garis-garisnya mempunyai huruf “z” singkatan dari “zener”. Gambar 2.11
menunjukkan grafik I/V dioda zener pada daerah maju, ia mulai menghantar pada
tegangan sekitar 0,7 V, seperti dioda Silikon biasa.
Pada daerah bocor (antara nol dan dadal), ia hanya mempunyai sedikit arus
bocor (arus dadal0. pada dioda zener, lengkungan disekitar titik dadalnya
(bocornya) berbentuk lutut yang sangat tajam, diikuti dengan kenaikan
Vz pada semua daerah dadal (daerah bocor). Lembaran data biasanya menetapkan
nilai Vz pada arus pengetesan yang tertentu, Izt.
Pembuangan daya pada dioda zener sama dengan hasil kali tegangan dan
arusnya. Yang mana rumusnya :
Pz = Vz . Iz ……….. (2.1)
Dimana : Pz = Pembuangan daya (mW)
Vz = Tegangan pada zener (volt)
Iz = Arus pada zener (mA)
Misalnya, bila Vz = 12V dan Iz = 10mA, maka
Pz = 12 V x 0.10-3A = 120.0-3 W
= 120 mW
Selama Pz lebih kecil dari pada batas kemampuan daya, dioda zener dapat
beroperasi di daerah dadalnya (daerah bocor) tanpa mengalami kerusakan. Arus
maksimum juga berhubungan dengan batas kemampuan daya sebagai berikut :
z ZM
V P
ZM
Dimana : IZM = Batas kemampuan arus zener maksimum (mA)
PZM = Batas kemampuan daya (mW)
VZ = Tegangan zener (volt)
Misalnya, dioda zener 12V dengan batas kemampuan daya 400mW
mempunyai batas kemampuan arus :
mA
Dioda zener disebut jgua sebagai pengatur tegangan karena ia
mempertahankan tegangan keluaran yang tetap meskipun arus yang melaluinya
berubah seperti ditunjukkan pada persamaan 2.3. Selanjutnya, untuk
menghasilkan keadaan dadal (normal), tegangan sumbner Vs harus lebih besar
dari pada tegangan dadal zener Vz. Tahanan seri Rs selalu digunakan untuk
membatasi arus zener agar tidak melebihi batas kemampuan arusnya, kalau tidak
dioda zener akan terbakar seperti alat lain yang mengalami kelebihan
penghamburan daya (power dissipation). Jadi, arus yang melalui tahanan adalah :
s
Karena rangkaian ini adalah rangkaian seri maka arus zener Iz sama
S
R
F I
Vz = Vzo + Iz Rz ……… (2.4)
Dimana : Vz = Tegangan pada zener (volt)
Vzo = Tegangan awal pada zener (volt)
Iz = Arus pada zener (mA)
Rz = Tahanan pada zener (kilo Ohm)
Supaya sebuah pengaturan zener dapat menjaga agar tegangan keluarnya
tetap, maka dioda zener harus tetap berada di daerah dadal dalam segala keadaan
operasi, ini sama artinya dengan mengatakan bahwa ahrus selalu ada arus zener
untuk semua tegangan sumber dan arus beban. Kemungkinan yang paling buruk
terjadi pada tegangan sumber minimum dan arus beban maksimum karena arus
)
Yang dapat diatur kembali menjadi,
(min)
Seperti telah ditunjukkan sebelumnya,
Iz = Is – IL ……… (2.7)
Dalam kemungkinan terburuk, persamaan ini ditulis sebagai
Iz(min) = Is(min) – IL(maks) ……… (2.8)
Titik kritis terjadi apabila arus beban maksimum sama dengan arus seri
minimum.
IL(maks) = Is(min) ………. (2.9)
Pada titik ini arus zener turun menjadi nol dan pengaturan hilang. Dengan
mengganti Is(min) dengan IL(maks) dalam persamaan 2.7, maka didapat hubungan
perancangan yang bermanfaat :
)
VS(min) = Tegangan sumber minimum (volt)
VZ = Tegangan zener (volt)
II.4.3. Diac
Diac merupakan salah satu piranti yang dapat mempunyai arus penaham
dalam salah satu dari dua arah yang banyak dipakai dalam rangkaian pengapian
sederhana untuk Triac dalam pengaturan daya atau teganganAC.
Dalam Gambar 2-14, dipilih lain, jika polaritas V berlawanan dengan yang
ditunjukkan dalam gambar 2-14, maka penahan kanan yang akan menutup V
mulai malampaui tegangan dadal-jenuh. Lambang dari rangkaian Diac diberikan
dalam Gambar 2-14.
Jika tegangan yang diberikan dengan polaritas ataupun, kurang dari
tegangan dadal-jenuh VBO maka piranti ini akan tetap dalam keadaan resistansi
tinggi. Segera setelah tegangan melampaui VBO Diac memperlihatkan resistansi
negatif karena arus yang melewatinya meningkat padahal tegangan yang
membentenginya jatuh.
Karakteristik ditunjukkan oleh Gambar 2-14.
II.4.4
pakai sebagai elemen pelindung tegangan-lebih atau penurunan
tegangan.
II.4.4.1
Gambar 2-15a dan b diberikan konstruksi dan lambang rangkaian
piranti triac.
Triac (Thiristor Dwi-Arah)
Thiristor (Penyearah terkendali silicon) dan triac adalah piranti
semikonduktor yang kini banyak dipakai dalam rangkaian pengendali daya.
Piranti-piranti ini terutama cocok dalam penerapan pengendalian daya AC seperti
pengendalian peredup lampu, kecepatan motor, pengendalian suhu dan juga
banyak di
. Konstruksi, Rangkaian Ekivalen
Dalam
Sebagai dua SCR yang tersusun secara anti paralel seperti terlihat dalam
Gambar 2-15a, dan ekuivalen dengan saklar-penahan dari Gambar 2-15b. Karena
Gambar 2.16 Triac, (a) Rangkaian Ekuivalen, (b) Sistem Saklar Penahanan Ekuivalen
Jika tegangan catu daya V mempunyai polaritas yang ditunjukkan dalam
Gambar 2-16a, maka picu potitif yang harus dipakai untuk maksud tersebut, dan
ini akan menutup saklar sebelah kiri. Jika polaritas V dalam Gambar 2-16a
dibalik, kita memerlukan picu negatif, dan ini akan menutup saklar kanan.
Tiristor dwi-arah adalah piranti tiga terminal yang dapat melewatkan arus
dalam kedua arah melalui jalur arah utamanya. Terminal-terminal arus utama
dikenal sebagai terminal utama-1 (MT1) dan terminal utama-2 (MT2) seperti
ditunjukkan dalam Gambar 2-16b.
Jika tegangan dipasang pada gerbang (relatif terhadap MT1) adalah nol,
triac mencegah aliran arus dalam kedua arah dengan adapun polaritas dari MT1
dan MT2, ditunjukkan pada karakteristiknya dalam Gambar 2-17. Piranti
kemudian berada dalam operasi tidak menghantar (blocking mode).
Triac dipicu ke dalam operasi menghantar (Conducting mode),
menimbulkan suatu jalur resistansi rendah diantara MT1 dan MT2, karena
Sangat tergantung pada polaritas yang diberikan antara MT1 dan MT2 arus
akan mengalir baik dari MT2 dan MT1 ataupun dalam arah sebaliknya. Dalam
Gambar 2-17 diperlihatkan ada empat macam, modus memicu, dikenal sebagai I+,
I-, III+, dan III- yang dinyatakan dalam Tabel 2-2
MODUS Potensial MT2
Terhadap MT2
Potensial Gerbang Terhadap MT2 I+
I
-III+
III
-Positif
Positif
Negatif
Negatif
Positif
Negatif
Positif
Negatif
Tabel 2.2. Modus Pemicu Triac
Sekarang kita perhatikan modus memicu I+, dalam hal ini triac dipicu
menjadi menghantar jika MT2 adalah positif terhadap MT1 oleh pulsa positif yang
BAB III
ANALISA RANGKAIAN
Pada sistem tenaga listrik, penggunaan komponen-komponen elektronika
TRIAC dan DIAC umumnya dipakai dalam rangkaian pengaturan daya maupun
tegangan listrik. Komponen elektronika yang dipakai pada sistem tenaga listrik
ini, pada prinsipnya harus mampu menghasilkan daya besar atau mampu menahan
kapasitas daya yang besar dalam hal ini dapat dianalisa beberapa teori mengenai
prinsip rangkaian dasar PENSTABILAN TEGANGAN BOLAK-BALIK
DENGAN TRIAC DAN DIAC.
III.1. Pembagi Tegangan
Rangkaian sederhana dari pada resistor sebagai pembagi tegangan
Untuk desain awal, arus yang mengalir (dimana R1 dan R2 sama dianggap
tidak ada beban pada output) adalah :
I =
Dan besar tegangan output pada R adalah :
Vin
III.2. Zener Regulasi Tegangan
Zener dipakai untuk membuat tegangan konstan dalam rangkaian hanya
memberikan arus konstan yang berasal dari tegangan lebih tinggi dalam rangkaian
dalam pemakaian arus zener selalu disalurkan melalui suatu resistor dari tegangan
yang lebih tinggi yang ada disuatu tempat dalam rangkaian, seperti yang
Maka kuat arus yang mengalir dapat ditentukan dengan rumus :
III.3. Perubahan Phasa TRIAC
Untuk mendapatkan pengontrolan yang lengkap, TRIAC sama dengan
SCR, untuk perubahan phasa. Beberapa metode dapat digunakan untuk perubahan
phasa, tetapi hanya satu yang dapat digunakan untuk unit ini. Dalam Gambar 3-3,
sebuah DIAC digunakan untuk perubahan phasa pada TRIAC. Resistor R1 dan R1
digunakan langsung dengan kapasitor C1. Resistor R2 adalah tahapan geser dapat
digunakan untuk mengontrol waktu pengisian pada kapasitor C1, resistor R2
digunakan untuk membatasi arus jika resistor R lebih besar dari 0 ohm.
Kesimpulan hubungan DIAC dengan gerbang dari TRIAC akan hidup (ON)
sewaktu capasitas C1 telah terisi tegangan sebesar 15 volt.
Ketika DIAC menyala (ON), kapasitor C akan mengisi lembaran
diantaranya gelombang-gelombang dari TRIAC. Tiap-tiap perubahan sedikit ini
Ketika Triac menyala, disama terjadi drop tegangan dari 1 volt diantara
MT1 dan MT2. Mengingat Triac menyala setelah tegangan AC turun sampai pada
batas yang cukup untuk dapat menyebabkan Triac mati atau off. Karena sistem
perubahan phasa terhubung paralel dengan Triac sewaktu Triac menyala atau off
pada akhir perputaran AC (rotasi).
III.4. Pengaturan Tegangan Dengan Mengatur Sudut Phasa Tegangan Bolak-Balik (AC)
Pengaturan tegangan untuk beban AC ini dapat dilakukan dengan
rangkaian dasar pada Gambar 3.3.
Dalam Gambar 3.3 diperlihatkan suatu rangkaian dasar Triac terkontrol,
Nilai Vrms dari tegangan keluaran yang konstan dapat dihitung dengan
persamaan matematika sebagai berikut :
Untuk beban resistif :
2
Untuk beban induktif :
2
III.4.1. Analisa Persamaan Matematika Untuk Menentukan Sudut Phasa
Pada beban resistor adalah sebagai berikut :
Dari persamaan (3.4) :
2
Karena, Vm = Vrms . 2 maka hasil substitusinya yang di dapat
dengan menyelesaikan persamaan berikut ini :
BAB IV
PENSTABILAN TEGANGAN BOLAK BALIK
1 PHASA DENGAN TRIAC
IV.1. Umum
Penurunan tegangan secara tiba-tiba memberikan pengaruh terhadap
alat-alat elektronik yang dapat mengakibatkan kerusakan, untuk menjaga kerusakan
alat-alat tersebut maka dapat menggunakan rangkaian Triac untuk penstabil
tegangan bolak-balik satu phasa. Besarnya variasi arus yang ditentukan dengan
komponen VR1 dan VR2, dimana VR1 dapat diatur sehingga tegangan ini terjaga
dengan konstan oleh komponen dioda zener sebesar 50 volt, sehingga arus yang
masuk kekomponen kondensatornya akan mengiuti bentuk tegangan yang ada,
disini dioda terhubung secara singkat maka arus itu dilepaskan secara otomatis.
IV.2. Rangkaian Pembagi Tegangan
Rangkaian ini terdiri dari dua buah resistor yang diserikan sebagai
Dimana R1 = 5600 ohm
Dan besar tegangan out put pada R yaitu :
Voutput = Vin
IV.3. Rangkaian Zener Regulasi Tegangan
Rangkaian ini terdiri dari satu buah resistor dan dua buah dioda zener,
dalam pemakaian zener selalu disalurkan melalui suatu resistor dari tegangan
yang lebih tinggi dari dalam rangkaian, seperti yang diperlihatkan pada gambar di
Dimana Vinput = 220 volt
Voutput = 100,38 volt
R = 3300 ohm
Maka arus yang dihasilkan yaitu : I = Vin R
Vout Vin
I =
3300 38 , 100 220
R3
R4
R 1
R 2
R 5
R 6
TAMPAK ATAS
TAMPAK BAWAH
OUTPUT Lf
IN
C4
Cf
ZD2 C2
ZD1
DIAC
C2
VR1 VR2
G TRIAC
C3
IV.4. Prinsip kerja
Pada keadaan normal tegangan masuk jala-jala dari PLN adalah 220
Volt,kemudian tegangan ini masuk kepembagi tegangan ( R1, R2 ). Dalam hal ini
pembagi tegangan berhubungan dengan Potensiometer ( VR2 ) yang berfungsi
sebagai pengaturan arus yang diinginkan ( mis : 220 Volt ).
Jika tegangan jala-jala turun maka tegangan efektif di beban dinaikan oleh
step-up ( VL ) seharga 220 Volt juga,sehingga untuk mencapai tegangan break
over kemudi ( DIAC ) dibutuhkan lebih rendah ini dapat dicapai oleh Condensator
dalam waktu yang lebih singkat dari jaringan R-C ( R6-C3 ).
Jika tegangan jala-jala naik dari tegangan normal nya maka tegangan di
beban juga ikut naik, sehingga untuk mencapai tegangan break over kemudi (
DIAC ) VA yang dibutuhkan lebih tinggi dengan demikian tegangan VL efektif
beban terjaga konstan
Agar tegangan rangkaian ini konstan diperlukan juga Dioda Zener
( ZD1- ZD2 ) yang memberikan arus konstan yang berasal dari tegangan lebih
dalam rangkaian. Pemakaian Zener selalu disalurkan melalui resistor ( R3 ).
Sebuah DIAC digunakan untuk perubahan phasa pada TRIAC, Risistor ( R4-R5 )
digunakan langsung dengan Capasitor ( C2 ). R4 dapat digunakan untuk
mengontrol waktu pengisian pada C2, R5 digunakan untuk membatasi arus jika
arus lebih besar 0 amp. Hubungan DIAC dengan gerbang dari TRIAC akan hidup
( ON ) sewaktu C2 akan mengisi TRIAC berupa gelombang-gelombang, tiap
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
V.1. Kesimpulan
1. Penstabilan tegangan bolak-balik dengan mengunakan Thyristor dwi arah
(Triac) ini akan memberikan tegangan keluaran yang konstan secara
otomatis, bebas dari pengaruh variasi tegangan masukan jala-jala.
2. Sangat dibutuhkan penggunaannya, terutama bagi konsumen listrik PLN
yang letak nya jauh dari pembangkit atau gardu listrik, sehingga droop
tegangan tranmisi pada saat beban besar (malam hari ) menganggu kerja
listrik, juga melindungi alat-alat listrik terhadap tegangan masukan tiba-tiba.
3. Harmonisasi yang timbul akibat pemotongan gelomban sinus ditekan
dengan mengunakan filter, sehingga tidak menggunakan peralatan listrik
lainnya.
V. 2. Saran
1. Untuk memperpanjang umur pemakaian alat listrik yang tidak dilengkapi
dengan alat pengaman sebaiknya memakai suatu penstabilan tegangan
2. Alat dapat dikembangkan untuk penstabilan tegangan pada daya yang lebih
besar sesuai yang dikehendaki, dengan mengantikan Thyristor yang
DAFTAR PUSTAKA
Albert paul malvino, Phd, “ Prinsip-prinsip Elektronika” Penerbit Erlangga, jakarta , 1991
Francis D. Yuri Dipl Eng, Drs “ Teknologi Elektronika Catu Daya “ CV. Bahagia , Pekalongan , 1993
F. suryatmo. “ Dasar-Dasar Teknik Listrik “ Penerbit bina Adiaksara Jakarta, 2002
Gc. Loveday “ Melacak Kesalahan Elektronoika” Penerbit PT. Elex media Kompentindo 1991
