1
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
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
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)
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 Kamera digital
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
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
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)
Gambar 7. Tegangan beban hasil pengendalian daya pada sudut picu 45o (a),oleh modul sistem hasil penelitian, (b) oleh modul TCA 785
(a) (b)
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
(a) (b)
Gambar 12. Tegangan beban hasil pengendalian daya pada sudut picu 45o (a),oleh modul sistem hasil penelitian, (b) oleh modul TCA 785
(a) (b)
Gambar 13. Tegangan beban hasil pengendalian daya pada sudut picu 90o (a),oleh modul sistem hasil penelitian, (b) oleh modul TCA 785
(a) (b)
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)
Gambar 16. Tegangan beban hasil pengendalian daya pada sudut picu 0o (a),oleh modul sistem hasil penelitian, (b) oleh modul TCA 785
(a) (b)
11
(a) (b)
Gambar 18. Tegangan beban hasil pengendalian daya pada sudut picu 90o (a),oleh modul sistem hasil penelitian, (b) oleh modul TCA 785
(a) (b)
Gambar 19. Tegangan beban hasil pengendalian daya pada sudut picu 135o (a),oleh modul sistem hasil penelitian, (b) oleh modul TCA 785
12
PembahasanDari 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
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
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
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
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].
