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

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

(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

0,22uF1N41481N4148

1N4148

1N4148

1N4007

1N4007

1N4007

sumber bolak-balik 5k6

15k

5k6

15k

6k8

4k7

2k2 1k3k3

BC547B

BC547B

.

BC547B

BC 547B

BC 547B

2SC1507

MOC30211

26

4

MOC30211

2

64

1k5

1k5

22k

6k83k3

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

37

564 1

8

-

+

LM311

2

37

564 1

8

saklar

Picu TRIAC

5kBC547B

BC557B

masukan 45 volt

10k

+11,5V

+11,5 V

+11,5 V

BC557B

BC557B

8k2

8k2

3k3

3k3

A

A

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

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

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

Gambar 5. Modul Lengkap hasil penelitian tampak belakang

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) Gambar 8. Tegangan beban hasil pengendalian daya pada sudut picu 90o (a),oleh modul sistem hasil penelitian, (b) oleh modul TCA 785

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) Gambar 11. Tegangan beban hasil pengendalian daya pada sudut picu 0o (a),oleh modul sistem hasil penelitian, (b) oleh modul TCA 785

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) Gambar 14. Tegangan beban hasil pengendalian daya pada sudut picu 135o (a),oleh modul sistem hasil penelitian, (b) oleh modul TCA 785

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) Gambar 17. Tegangan beban hasil pengendalian daya pada sudut picu 45o (a),oleh modul sistem hasil penelitian, (b) oleh modul TCA 785

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

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

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:

00 91802

1,0x

divisi

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

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

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]. VEDC Malang, 2000, “Sistem kendali Daya 3 Fasa Gelombang Penuh” (Modul).

15

16