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

(1)

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 3021. 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 0o-180o dan 180o-360o pada TRIAC, dengan hasil picu 9o untuk pengaturan picu sudut 0o , 0o-180o dan 180o-360o pada SCR dalam hubungan antiparalel, dengan hasil picu 9o untuk pengaturan picu sudut 0o, 0o-180o pada SCR dalam hubungan jembatan berkendali setengah, dengan hasil picu 0o untuk pengaturan picu sudut 0o

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

(2)

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 1023. 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 45Vrms, 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 0o, diperoleh sudut terkecil 13,5o , sementara pada TCA 785, dapat diperoleh sudut terkecil 0o. Herlambang Sigit (2007) memperbaikinya dengan mendorong sinkronisasi pada kedudukan sebelum gelombang penyinkron mencapai 0o sehingga hasil pemicuan sudut nol bisa benar-benar didekati. Jika ada pergeseran pemicuan

(3)

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)

Gambar 1. Untai yang didesain dan diteliti 6V8 12V 6V8 4V7 + 1000 uF 50V + 1000 uF 50V + 100 uF 103 103 0,22uF 1N4148 1N4148 1N4148 1N4148 1N4007 1N4007 1N4007 sumber bolak-balik 5k6 15k 5k6 15k 6k8 4k7 2k2 1k 3k3 BC547B BC547B . BC547B BC 547B BC 547B 2SC1507 MOC3021 1 2 6 4 MOC3021 1 2 6 4 1k5 1k5 22k 6k8 3k3 6k8 4k7 2k2 3k3 22k 1k BC557B BC 557B 1k5 1k 1k5 1k Gate Anoda/MT2 Anoda/MT2 Katoda/MT1 Katoda/MT1 Gate 3k318k 3k3 6k8

pengatur sudut picu

3k9 1k 6k8 120k 22k LED -+ LM311 2 3 7 5 6 4 1 8 -+ LM311 2 3 7 5 6 4 1 8 saklar Picu TRIAC 5k BC547B BC557B masukan 45 volt 10k +11,5V +11,5 V +11,5 V BC557B BC557B 8k2 8k2 3k3 3k3 A A

(4)

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

Gambar 3 Diagram blok pengamatan

Trafo penurun tegangan bolak-balik 220V/45V 3A

Modul pemicu tanpa tegangan eksternal

Modul SCR/Triac dan beban lampu 60W Osiloskop analog Kikusui 5520 30MHz gigasampling/detik Kamera digital (Nikon coolpix L19)

(5)

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 0o-180o dan 180o-360o pada TRIAC, dengan sudut picu 0o-180o dan 180o-360o pada SCR dalam hubungan antiparalel dan dengan sudut picu 0o-180o 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

(6)

6

180o 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

(7)

7

1.Kendali fasa pada TRIAC

(a) (b)

Gambar 6. Tegangan beban hasil pengendalian daya pada sudut picu 0o (a),oleh modul sistem hasil penelitian, (b) oleh modul TCA 785

(a) (b)

(8)

8

(a) (b)

Gambar 9. Tegangan beban hasil pengendalian daya melalui Triac pada sudut picu 135o (a),oleh modul sistem hasil penelitian, (b) oleh modul TCA 785

Gambar 10. Tegangan beban hasil pengendalian daya melalui Triac pada sudut picu 180o oleh modul sistem hasil penelitian,

2.Pada SCR dalam hubungan antiparalel

(a) (b)

(9)

9

(a) (b)

(10)

10

Gambar 15. Tegangan beban hasil pengendalian daya melalui SCR dalam hubungan ant paralel sudut picu 180o oleh modul sistem hasil penelitian,

3. Pada SCR dalam hubungan jembatan berkendali setengah

(a) (b)

(11)

11

(a) (b)

Gambar 20. Tegangan beban hasil pengendalian daya Pada SCR dalam hubungan jembatan berkendali setengah oleh modul sistem hasil penelitian,

(12)

12

Pembahasan

Dari hasil penelitian diperoleh fakta konsekuensi penggunaan diac optokopler, pada pemicuan sudut 0o untuk ketiga gambar (Gambar 6a, dan 11a) diperoleh tundaan sebesar 9o yang bisa dihitung dari:

0 0

9

180

2

1 ,

0 x

divisi

Divisi yang dimaksud di sini adalah garis-garis skala pada layar osiloskop, yang tampak bahwa setengah siklus gelombang tegangan bolak-balik (setengah periode = 180o) terskala selebar dua divisi.

Mekanisme terjadinya penundaan sudut picu pada 0o 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 150o akan memberikan daya listrik

(13)

13

sebesar 97% dari energi penuhnya ke beban, sedangkan sudut picu sebesar 30o hanya memberikan 3% dari energi penuhnya, dari sini tidaklah bermanfaat untuk memberikan pengaturan sudut picu kurang dari 30o atau lebih besar dari 150o.

Dibandingkan dengan hasil penelitian Herlambang Sigit, hasil pemicuan sudut sudut 0o dari penelitian ini bisa lebih kecil.

Tabel 1 Perbandingan tundaan sudut picu pada pemicuan 0o hasil penelitian Herlambang Sigit dan S u n o m o.

Penelitian Herlambang Sigit Penelitian S u n o m o

Pemicuan TRIAC 27o Pemicuan TRIAC 9o Pemicuan SCR dalam antiparalel 18o Pemicuan SCR dalam antiparalel 9o Pemicuan SCR pada penyearah jembatan 9o Pemicuan SCR pada penyearah jembatan 0o 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 0o-180o dan 180o-360o pada TRIAC, dengan hasil picu 9o untuk pemicuan sudut 0o akibat penggunaan kopling optik.

2. melakukan kendali fasa gelombang tegangan satu fasa dengan sudut picu 0o-180o dan 180o-360o pada SCR dalam hubungan antiparalel,

(14)

14

dengan hasil picu 9o untuk pemicuan sudut 0o akibat penggunaan kopling optik.

3. melakukan kendali fasa gelombang tegangan satu fasa dengan sudut picu 0o-180o pada SCR dalam hubungan jembatan berkendali setengah, dengan hasil picu 0o untuk pemicuan sudut 0o (ketertinggalan tidak terbaca).

Untuk memperkecil selisih sudut picu nyata dengan titik nol lintasan jaringan listrik pada pemicuan sudut 0o , 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 5ed. Prentice Hall, Inc., Upper Saddle River, NJ.

Haryanto, Sunomo. 2005, “Modifikasi Sistem Pemicu pada kendali Daya Tiga Fasa Buatan VEDC Malang”,(penelitian dosen muda 2004-2005), Ditjen Dikti; Jakarta.

Herlambang Sigit, 2007, “Perbaikan Kinerja Sistem Optis IC 555- MOC 3021 Sebagai Pengendali Daya Listrik.” (Penelitian Dosen Muda 2006-2007), Ditjen Dikti; Jakarta.

Philips Semiconductors, tth, Chapter 6: Power Control with Tyiristors andTriacs, http://www.st.com/stonline/product/literature/an/3575.pdf,

[16 Maret 2008].

Siemens Semiconductor Group, tth, TCA 785, Phase Control IC http://www.ti.ac.th/~maolee/TCA785.pdf, [16 Maret 2008].

(15)

15

(16)