teknologi wimax untuk lingkungan

SISTEM PENGENDALI MOTOR-MOTOR LISTRIK DENGAN SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER)
(Sapto Haryoko)
SISTEM PENGENDALI MOTOR-MOTOR LISTRIK DENGAN
SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER)
Sapto Haryoko
Dosen Jurusan Pendidikan Teknik Elektronika
FT Universitas Negeri Makassar
Abstrak
Perkembangan semikonduktor (solid state) yang sangat pesat akhir-akhir ini memungkinkan
penggunaan dioda dan thyristor atau Silikon Controlled Rectifier (SCR) lebih luas dalam bidang tenaga listrik,
khususnya dalam pengaturan motor listrik. Prinsipnya bahwa dengan pengaturan arus gate pada kaki Thyristor
atau SCR, maka akan diperoleh arus yang mengalir pada kaki anoda- katoda yang besarnya berubah-ubah.
Kata Kunci : SCR, pengaturan motor listrik
Thyristor atau SCR merupakan komponen
Hal tersebut memberikan peluang keandalan sistem
elektronika yang terdiri dari bahan semi- konduktor
kendali yang lebih besar dan lebih praktis dalam
yang dapat mengalirkan arus positip baik dari sumber
pemakaiannya.
arus searah maupun dari sumber arus bolak balik.
Seiring dengan perkembangan peralatan
Penggunaan Thyristor atau SCR sangat luas karena
bantu dalam sistem pengendali-an motor-motor listrik
dapat mengendalikan arus listrik yang cukup besar
di
dan dipergunakan langsung untuk jaringan arus tukar
elektromekanik
(AC). Penggunaan pada saat sekarang ini adalah
penggunaan panel-panel secara elektromekanis dan
untuk switching daya listrik yang besar dan
panel-panel elektromagnetik. Peralatan bantu tersebut
mengendalikan pengaturan beban putaran motor
merupakan suatu pengendali terhadap kerja dari
listrik.
dengan
motor-motor listrik tersebut, sehingga hasil dan mutu
mempergunakan Thyristor atau SCR membawa
kerja memiliki tingkat ketelitian yang tinggi. Hal
beberapa keuntungan, seperti pengaturan yang halus
inilah
(kontinyu),
menggunakan sistem pengendali.
Pengendali
kerugian
motor
daya
listrik
yang
kecil,
dan
industri
yang
tidak
dan
terlepas
peranan
elektromagnetik.
menyebabkan
dalam
peralatan
Seperti
industri
Di Indonesia, pengendalian motor listrik
pemeliharaan yang lebih sederhana.
Dengan semakin pesatnya perkembangan
sudah dikenal orang lebih dari setengah abad yang
teknologi bahan semi-konduktor, seperti dibidang
lalu. Pengendalian ini sebagian besar bertujuan
elektronika
daya
(power
mikro-
mengatur kecepatan motor sesuai dengan kebutuhan
elektronik
dan
komputer,
peralatan
beban, mengurangi arus penyusutan (starting) dan
pengendalian motor listrik cenderung beralih ke
mengatur pengereman. Cara-cara pengendalian ini
penggunaan untaian elektronika (elektronic circuit)
pada masa lalu masih banyak menggunakan peralatan
baik digital ataupun analog dan teknologi pembuatan
mekanis,
komponen
sehingga
elektronika
dapat
elektronics),
sudah
dihasilkan
maka
elektromekanis
atau
elektro-magnetik.
semakin
canggih
Peralatan tersebut sebagian masih banyak di jumpai di
peralatan
dengan
beberapa industri sekarang ini.
kemampuan yang besar dan bentuk yang lebih kecil.
61
SISTEM PENGENDALI MOTOR-MOTOR LISTRIK DENGAN SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER)
(Sapto Haryoko)
Sistem pengendalian ini sangat penting
arus searah maupun dari sumber arus bolak balik.
digunakan dalam membantu proses kerja di industri,
Penggunaan Thyristor atau SCR sangat luas karena
karena dengan kendali yang baik akan dapat
dapat mengendalikan arus listrik yang cukup besar
mengendali-kan atau mengatur suatu besaran dalam
dan dipergunakan langsung untuk jaringan arus tukar
batas-batas tertentu operasinya. Di samping itu dapat
(AC). Penggunaan pada saat sekarang ini adalah
memperbaiki penampilan, kualitas atau ketelitian
untuk switching daya listrik yang besar dan
sistem atau proses. Sistem pengendali juga dapat
mengendalikan pengaturan beban putaran motor
dirancang untuk dapat melakukan tugas-tugasnya
listrik. Pengaturan alat pemanas listrik, pengaturan
dengan cepat, efisien, dan teliti dibandingkan dengan
lampu penerangan, relay dan alat-alat alarm yang
pengendalian oleh manusia (secara manual). Selain
sangat peka maupun telah difungsikan untuk lampu
itu, pengendali dapat dirancang untuk menjalankan
lalu lintas.
Keuntungan yang didapatkan jauh lebih
proses-proses yang sulit dilakukan oleh manusia.
Suatu sistem kendali dapat digambarkan
banyak bila dibandingkan menggunakan sistem
secara garis besar dan umum dengan diagram blok
pengontrolan secara manual, tingkat akurasinya tinggi
dimana proses adalah suatu sistem dinamik yang
dan daya produksi bertambah setiap putaran/detiknya.
dikendalikan dan sifat-sifat fisis dan matematisnya
Untuk
yang penting telah diketahui. Pengendalian harus
penggunaan SCR dalam mengendalikan putaran
mempunyai kemampuan dasar untuk (1) mengukur,
motor, daya dan torsi sehingga dapat digunakan
mengolah, dan mengumpan balikan output proses, (2)
sebagi rujukan awal dalam penggunaannya.
mengevaluasi
untuk
menentukan
dan
(3)
melakukan
ditelaah
tentang
pentingnya
Sistem Pengendali
tindakan
perbaikan.
Sejak Perang Dunia ke II, teknologi sistem
Perkembangan di bidang komputer baik
perangkat
perlu
adanya
penyimpangan dan pengambilan keputusan untuk
memperbaikinya,
itu
lunak
kerasnya
sangat berperan di dalam memacu perkembangan
memberikan kemungkinan yang lebih luas dalam
ilmu pengetahuan dan teknologi. Sistem kendali di
mempelajari cara pengendalian motor listrik secara
rancang
simulatif. Dengan simulasi, tujuan pengendalian
sehingga karakteristik kerja sistem ini sesuai dengan
motor listrikpun berkembang, tidak sekedar mengatur
persyaratan yang telah ditentukan. Prinsip dasar
kecepatan motor tetapi termasuk juga peningkatan
sistem pengendali adalah mengendalikan sistem
efisiensi, penghematan energi, dan perbaikan faktor
kendali (yang dikendalikan), sehingga karakteristik
daya (power factor). Algoritma pengendaliannyapun
kerja sistem pengendali sesuai dengan persyaratan
juga
yang ditentukan. Sistem
mengalami
maupun
banyak
perangkat
pengendali (Automatic Control system Engineering)
perkembangan
karena
untuk
mengendalikan
sistem
pengendali
dinamik,
melibatkan
banyaknya variasi untaian elektronika yang mungkin
berbagai bidang keahlian, antara lain matematika,
dapat dibuat. Stabilitas sistem yang dikontrol dapat
fisika, teknik elektro, teknik elektronika, teknik mesin
dipelajari dengan mudah sebelum diterapkan dalam
dan teknik kimia. Hal ini karena sistem pengendali ini
praktek.
dapat bersifat sistem mekanik, elektrik, elektronik,
Thyristor atau SCR merupakan komponen
kimia, thermik, fluidik, sosial ekonomi dan lain-lain.
elektronika yang terdiri dari bahan semikonduktor
Perkembangan sistem pengendali sangat pesat, seiring
yang dapat mengalirkan arus positip baik dari sumber
dengan
62
perkembangan
ilmu
pengetahuan
dan
SISTEM PENGENDALI MOTOR-MOTOR LISTRIK DENGAN SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER)
(Sapto Haryoko)
teknologi.
terutama
Sistem
pengendali
perkembangan
ini
metoda
berkembang
analisis
dan
pengontrolan. Adapun faktor-faktor tersebut, adalah:
Permulaan
berputar
(starting);
Pemberhentian
perancangan, metoda sintesis dan realisasi, metoda
(stoping); Membalikan arah putaran (reversing); Pada
komputasi, teknik pengolahan sinyal, komponen
saat berjalan (running); Pengontrolan kecepatan
elektronika dan komputer.
(speed control); Pemeliharaan starting. Motor dapat
Proses adalah suatu sistem dinamik yang
juga dikontrol dengan tangan (manual control),
dikendalikan dan sifat-sifat fisis dan matematisnya
dengan menggunakan alat pengontrolan jarak jauh
yang sangat penting telah diketahui. Menurut Widodo
dan otomatis.
Sistem
(1992) pengendali harus mempunyai kemampuan
pengendali
motor-motor
listrik
(a)
mengukur,
mengolah
dan
dengan menggunakan komponen elektronika sangat
balikan
output
(feedback),
(b)
praktis, di samping alatnya yang kecil dan biayanya
adanya
lebih mudah namun memiliki tingkat ketelitian dan
penyimpanan dan pengambilan keputusan untuk
kualitas yang sangat besar. Sumber tegangan dari
memperbaikinya (error detector), dan (c) melakukan
sistem pengendali menggunakan tegangan dari PLN
tindakan perbaikan (actuator). Selanjutnya dikatakan
secara langsung atau tegangan arus searah. sedang
bahwa ada tiga kelompok sitem pengendali yaitu: (1)
arus yang mengalir pada setiap rangkaian listrik
sistem alamiah, termasuk sistem pengendali bilogis,
berbeda-beda mengikuti besar kecilnya beban listrik
(2) sistem buatan manusia, sistem pengendali fisis,
dari rangkaian tersebut. Besarnya arus yang mengalir
misalnya rangkaian elektris, mekanis dan lain-lain,
pada beban listrik dapat diubah nilainya dengan
dan (3) sistem alamiah dan buatan manusia.
mengatur tegangan keluaran transformator atau
dasar
untuk:
mengumpan
mengevaluasi
untuk
menentukan
dengan menem-patkan sebuah resistor variabel pada
Sistem Pengendali Motor-Motor Listrik dengan
SCR
rangkaian keluaran.
Sistem pengendali motor listrik dengan
yang
menggunakan thyristor atau SCR sebagai pengendali
menggunakan motor listrik untuk menggerakkan
kecepatan putar listrik searah maupun motor listrik
peralatan produksi, baik motor listrik arus searah
arus bolak balik. Dalam rangkaian tersebut tegangan
(DC) maupun motor listrik arus bolak balik (AC)
AC digunakan sebagai tegangan anodakatoda pada
demi kelancaran proses produksi. Jenis motor listrik
Thyristor atau SCR. Sedang sumber tegangan searah
DC yang digunakan meliputi: motor DC seri, motor
DC dan beban resistor variabel di pasang seri dengan
DC penguatan terpisah dan motor DC penguatan
kaki gate SCR yang dalam hal ini sebagai terminal
sendiri, yang masih dapat dibedakan lagi sesuai
pengendali yang berfungsi untuk mengatur arus gate
dengan cara menghubungkan kumparan medannya.
Thyristor atau SCR. Apabila tegangan dan arus
Demikian juga untuk motor AC mulai dari jenis
pengendali pada kaki gate melebihi tegangan dadal
motor induksinya, phasa dan jenis lainnya.
pem- bangkit (Trigger Breakdown Voltage) Vb, maka
Pada
industri
banyak
peralatan
Pengontrolan motor-motor listrik adalah istilah
arus akan mengalir lewat gate Thyristor atau SCR
yang luas. Fungsi dasar dari semua pengontrolan
dalam keadaan hidup (on). Dengan terhubungnya kaki
adalah mengendalikan atau mengontrol kerja dari
anoda-katoda tersebut, maka beban listrik akan dialiri
sebuah motor listrik. Oleh sebab itu alat-alat
arus listrik sehingga motor berputar. Jumlah putaran
pengontrol dipilih dan dipasang. Banyak faktor yang
motor
harus diperhatikan untuk menjamin fungsi dari
penurunan arus gate Thyristor atau SCR.
dapat
sebanding
dengan
kenaikan
dan
63
SISTEM PENGENDALI MOTOR-MOTOR LISTRIK DENGAN SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER)
(Sapto Haryoko)
SCR dapat digunakan untuk mengontrol kecepatan
putar, torsi dan daya dengan mengatur arus yang
mengalir pada gatenya.
Arus yang mengalir melalui tahanan murni
selama SCR menghantar dapat dihitung dengan
persamaan:
IL =
Gambar 1. Rangkaian Pengendali dengan SCR
Vm Sin wt - VH
RL
Dengan Vm = Harga maksimun dari tegangan
VH = Penurunan Tegangan
Secara
umum
Thyristor
atau
RL = Tahanan motor atau beban motor
SCR
mempunyai ciri-ciri atau sifat:
1.
2.
3.
4.
Bentuk arus beban terlihat pada Gambar 2.
Thyristor atau SCR tidak akan bekerja, bila
getarnya tidak disulut atau diberi arus positip
Arus kelihatannya naik dengan cepat pada saat
dari sumber tegangan.
bersesuai dengan sudut, kemudian mengikuti
Kerja Thyristor atau SCR dengan mengatur sudut
perubahan dalam bentuk sinus, sampai tegangan Vi
penyelikannya atau arus gatenya.
berada dibawah VH pada fasa 0. Arus akan tetap nol
Thyristor atau SCR dapat bekerja sebagai saklar
sampai fasa dicapai lagi dalam siklus yang berikutnya.
atau penyearah.
Arus rata-rata yang terbaca pada ampere meter arus
Thyristor atau SCR akan mati bila tegangan
searah adalah:
anoda-katoda dilepas.
Adapun prinsip kerja Thyristor atau SCR
tampak pada Gambar 1. Dalam rangkaian tersebut
1
Idc =
2p
x -a
ò
a
Vm
ILda =
2pRL
x -a
æ
VH ö
ò çèSin a - Vm÷ø da
a
tegangan AC digunakan sebagai tegangan anodakatoda pada Thyristor atau SCR. Sedang sumber
Setelah diintegralkan diperoleh sebagai berikut:
tegangan searah DC dan beban resistor variabel di
pasang seri dengan kaki gate SCR yang dalam hal ini
sebagai terminal pengendali yang berfungsi untuk
mengatur arus gate Thyristor atau SCR. Apabila
Idc =
Vm æ
VH
(p - jq- j)ö÷
ç Cosj + Cosjq 2pRLè
Vm
ø
tegangan dan arus pengendali pada kaki gate melebihi
tegangan dadal pembangkit (Trigger Breakdown
Voltage) Vb, maka arus akan mengalir lewat gate
Dengan t dan 0 adalah sudut yang terkecil yang
didefenisikan oleh hubungan:
Thyristor atau SCR dalam keadaan hidup (on).
VH = Vm Sin j 0
Dengan terhubungnya kaki anoda-katoda tersebut,
maka beban listrik akan dialiri arus listrik sehingga
motor
berputar.
Jumlah
putaran
motor
dapat
Apabila perbandingan VH dan VM sangat
sebanding dengan kenaikan dan penurunan arus gate
kecil maka j 0 dapat diambil sama dengan nol dan
Thyristor atau SCR. Dengan demikian Thyristor atau
Idc menjadi:
64
SISTEM PENGENDALI MOTOR-MOTOR LISTRIK DENGAN SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER)
(Sapto Haryoko)
Idc =
Vm
(1 + Cos j)
2pRL
Vdc =
(
)
(
VH
Vm
p - m -m
Cos m + Cos m
0
0
2p
2p
)
Apabila Vm jauh lebih besar dari VH, maka:
Vdc = -
Vm
( 1 + Cos m
2p
)
Adanya tanda negatif berarti katoda lebih
positip dari anoda, untuk sebagian besar waktu dalam
Gambar 2. Bentuk Gelombang Arus Beban IL
satu periode. Perlu diperhatikan bahwa tegangan arus
searah (DC) pada beban adalah negatif dari tegangan
Analisa ini menunjukkan bahwa rata-rata
Thyristor atau SCR. Hal ini diakibatkan dari sifat
arus searah dapat dikendalikan dengan mengubah
bahwa
posisi saat tegangan pengendali gate Thyristor atau
rangkaian sama dengan nol.
SCR melebihi
tegangan
VB.
jumlah
tegangan
DC
mengikuti
suatu
Arus maksimun
diperoleh jika Thyristor atau SCR dinyalakan dari
permulaan setiap siklus dan minimun terjadi, bila
tidak terjadi penghantar atau dengan menambah dan
menurunkan tegangan gate Thyristor atau SCR.
Tegangan lintas Thyristor atau SCR
seperti pada
Gambar 3, yaitu tegangan yang ditetapkan Vi lintas
Thyristor atau SCR sampai mulai menghantar, etelah
tegangan dadal menurunkan SCR tetap sama dengan
VH. Apabila tegangan dipasang turun dan berada
dibawah VH, maka tegangan Thyristor atau SCR akan
sama dengan tegangan yang digunakan. Tegangan
searah (Vdc) pada Thyristor atau SCR besarnya
Gambar 3. Bentuk gelombang arus dan tegangan
sebagai berikut:
anoda SCR.
1
Idc =
2p
2p
ò v da
0
Setelah diintegralkan menghasilkan
Gambar
4.
Blok Diagram Pengendali
Thyristor atau SCR
dengan
65
SISTEM PENGENDALI MOTOR-MOTOR LISTRIK DENGAN SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER)
(Sapto Haryoko)
Sistem yang dikendalikan dalam Gambar 4
Besarnya torsi motor adalah berbanding
adalah putaran, daya dan torsi listrik sebagai suatu
yerbalik antara daya motor dengan putaran motor.
sistem yang dikendalikan oleh Thyristor atau SCR.
Atas dasar hal tersebut, untuk beban yang sama jika
Proses yang digunakan untuk melihat arus Thyristor
arus gatenya naik, maka semakin besar arus gate akan
atau SCR terhadap rangkaian motor listrik. Teknik
semakin rendah torsi motor. Dengan demikian adanya
Pengendali
sistem pengendali ini akan memberikan keluaran
ini
menggunakan
pendekatan
proporsional, dengan alasan pendekatan ini dapat
sesuai dengan yang diinginkan.
mengatur besarnya arus pengendali, sinyal penggerak
(keluaran alat penggerak) yang dimodifikasi untuk
KESIMPULAN
menghasilkan tanggapan sistem yang dibutuhkan.
Sistem
Pendekatan ini merupakan bagian dari proses. Dengan
2.
3.
pada
motor-motor
listrik dapat dilakukan secara manual, semi manual,
menggunakan pendekatan ini diharapkan dapat:
1.
pengendalian
pada
maupun elektrik. Cara-cara yang digunakan ini akan
frekuensi yang sangat rendah (kondisi mantap)
memudahkan seseorang dalam mengamati hasil dari
untuk mengurangi error sistem
proses kerja.
Memperoleh
Memperoleh
penguatan
penguatan
yang
yang
tinggi
tinggi
Sistem pengendali merupakan hubungan
pada
frekuensi yang tinggi (dapat mengikuti perubahan
timbal
balik
antar
masukan ketika laju perubahan pada keadaan
berbentuk konfigurasi sistem yang memberikan suatu
transient amat tinggi/cepat menyakinkan)
hasil
Pada frekuensi tengah (selama bagian terakhir
mempertahankan
tanggapan transient dan sebelum kondisi mantap
sebelumnya antara perubah yang satu dengan yang
tercapai) penguatan sebaiknya cukup rendah
lainnya.
untuk menyakinkan bahwa tanggapan tidak
mempergunakan
overshoot berlebihan dan tiap kecenderungan
elektronika,
untuk berisolasi dapat diredam dengan cepat.
komponen Thyristor atau SCR.
yang
dikehendaki.
pengendali
motor-motor
listrik
ini
yang
berbagai
macam
dengan
motor
Thyristor
akan
dapat
komponen
menggunakan
listrik
atau
yang
dilakukan
pengendaliannya
diantaranya
mempergunakan
Sistem
hubungan
Dalam
Pengendali
Sistem
komponen-komponen
SCR
dengan
akan
dengan menggunakan Thyristor atau SCR ini akan
mempergunakan daya, putaran dan torsi yang
tampak
sangat
berubah-ubah sesuai dengan respon yang diberikan.
mempengaruhi besarnya putaran, daya dan tersi
Semakin besar arus gate, maka semakin tinggi pula
motor. Secara teoritis dapat dikatakan bahwa semakin
arus putaran motor, semakin besar arus gate, maka
besar arus gate, semakin besar pula gaya yang
semakin besar pula daya motor, dan semakin besar
dihasilkan untuk memutar motor. Demikian pula
arus gate, maka semakin rendah torsi motor.
pengaruh arus gate terhadap daya motor, semakin
Pengendali motor listrik dengan mempergunakan
besar arus gate, maka semakin besar pula arus yang
Thyristor atau SCR membawa beberapa keuntungan,
mengalir pada kaki anoda katoda. Karena arus
seperti pengaturan yang halus (kontinyu), kerugian
semakin besar, sesuai dengan P = VI – Cos q dan
daya yang kecil, dan pemeliharaan yang lebih
bebannya tetap, berarti faktor dayanya juga tetap,
sederhana.
bahwa
perubahan
arus
gate
maka semakin besar arus gate semakin besar pula
dayanya.
66
SISTEM PENGENDALI MOTOR-MOTOR LISTRIK DENGAN SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER)
(Sapto Haryoko)
DAFTAR PUSTAKA
Hadi, Pramono. 1992. Sistem kendali dalam teknik
ketenagaan listrik.
Makalah Seminar
Sehari: Peranan sistem kendali dalam
era industrialisasi di Jurusan Teknik
Elektro UGM, 29 Januari 1992.
Jacom Milman.1986. Elektronika terpadu: Rangkaian
dan
sistem analog
digital. Jakarta:
Erlangga.
Leksono,
Edi. 1982. Teknik kontrol otomatik
(Sistem pengaturan: Alih bahasa) jilid 1.
Jakarta: Airlangga.
___________. 1989. Teknik kontrol otomatik
(Sistem pengaturan: Alih bahasa) jilid 2.
Jakarta: Airlangga.
Richard. 1983. Sistem pengaturan. Jakarta: Erlangga.
Schaum'S. 1967. Feedback and control system. New
York: MCGrow-Hill Book Company.
Wolfgang.1989. Cara kerja thiristor (terjemahan
Anwir dan Arie). Jakarta: Desa Putera.
Zbar, Paul. 1992. Basic electronic a text lab manual
New York: MC. Grow-Hill Book
Company
Zuhal. 1980. Dasar Tenaga Listrik: Bandung,
Penerbit ITB.
67