switch peralatan ac phase satu dengan menggunakan solid state relay

JURNAL SINERGI VOL. III NO.
12
JUNI
2OO7
SWITCH PERALATAN AC PHASE SATU DENGAN
MENGGUNAKAN SOLID STATE RELAY
Hamzah Hilal, Badaruddin, BudiYanto Husodo
Teknik Elektro, Fakultas Teknologi lndustri
Universitas Mercu Buana Jakarta
ABSTRAK
Kelemahan yang sering terjadi pada relay adalah mudah aus pada kontak-kontaknya karena
sering teriadi percikan bunga apiterutama bila digunakan untuk mengendalikan peralatan yang
menggunakan daya tinggi.
Dalam pembahasan yang akan penulis susun mengenai suatu slsfem kontrol yang
menggunakan komponen Solid State Relay (SSR) dimana fungsi utama dari dari komponen
tersebut adalah sebagai pengganti relay, sehingga diharapkan dapat berumur lebih panjang
dibandingkan dengan menggunakan relay biasa. Adapun sebagai pengontrotnya penutis
menggunakan saklar sentuh (touch switch) dan saklar suara (sound switch), dimana sitem ini
menggunakan rangkaian elektronik yang hanya memerlukan daya relatif kecil. Agar tegangan
tinggi pada peralatan/mesin yang dikontrol terpisah dengan tegangan rendah pada
pengontrolnya maka digunakan komponen opto coupler, dimana alat tersebut juga berguna
untuk menjamin keamanan pada manusia.
LANDASAN TEORI
Pada saat output buffer 0 V (logika 0), maka
Opto Coupler
Penggunaan komponen opto coupler dalam
(memancarkan
sistim yang dirancang adalah
untuk
tegangan
rendah pada rangkaian saklar sentuh dan
saklar suara serta rangkaian buffer dengan
ground
rangkaian yang
memisahkan
jalur
jalur ground utama
pada
menggunakan daya yang besar yaitu pada
bagian SSR dan beban atau alat yang
dikendalikan. Gambar di bawah menunjukkan
gambar kemasan sebuah opto coupler.
LED tersebut tidak menghantar
cahaya) sehingga
phototransistor juga tidak bekerja (mati). Pada
saat phototransistor tidak bekerja, maka pada
titik C akan terukur tegangan yang besarnya
mendekati VCC. Titik C ini dihubungkan ke
basis transistor 8C107. Karena transistor
8C107 ini merupakan transistor jenis NPN,
maka bila pada basis diberikan tegangan
positif, transistor ini akan bekerja sehingga
titik C pada 8C107 akan terukur tegangan
mendekati 0 volt. Titik C dari BC107 itu
digunakbn untuk mengendalikan SSR, maka
saat titik C tersebut memiliki tegangan 0 volt,
SSR tidak bekerja.
Gambar Opto coupler
Dalam gambar tersebut ditunjukkan
bahwa dalam sebuah opto coupler terdiri dari
sebuah LED dan sebuah phototransistor.
Adapun cara kerja opto coupler pada gambar
di bawah dapat dijelaskan sebagai berikut;
Anoda dari LED pada opto coupler
dikendalikan oleh output buffer (lC 7432).
Gambar Opto coupler dalam rangkaian
SWITCH PEMLATAN AC PHASE SATU DENGAN MENGGUNAKAN SOLID STATE RELAY (Hamzah Hilal et al)
Sedangkan pada saat output buffer
berlogika 1 (5 volt), maka LED akan
memancarkan cahaya.Dengan demikian
phototransistor juga bekerja karena mendapat
saat
cahaya dari LED tersebut. Pada
phototransistor tersebut bekerja, maka titik C
pada phototransistor akan mendekati 0 volt.
Pada kondisi ini transistor BC 107 tidak
bekerja karena basisnya mendapat sinyal 0
volt. Karena 8C107 tidak bekerja, maka
tegangan di titik C pada 8C107 tersebut
besarnya akan mendekati VCC, sehingga
SSR akan aktif. Keuntungan besar dari opto
coupler adalah adanya isolasi listrik (e/ecfrlcal
isolation) antara rangkaian input dan output.
Dinyatakan dengan cara lain bahwa common
untuk rangkaian input berbeda
dengan
common untuk rangkaian output. Oleh sebab
itu tidak ada bagian yang konduktif antara dua
rangkaian tersebut. Dengan demikian dapat
dilakulan ground pada salah satu dari
rangkaian tersebut, sedangkan rangkaian
yang lain dapat digunakan untuk keperluan
yang lain.
Dalam kaitannya dengan sistem yang
dirancang, maka rangkaian input pada opto
coupler digunakan sebagai rangkaian
pengendali, yang menggunakan sumber
Karena sebuah relay menggunakan
pelat-pelat yang berfungsi sebagai kontak-
kontak untuk menghubungkan/memutuskan
suatu rangkaian terutama untuk daya-daya
yang besar, maka seringkali terjadi percikan
bunga api pada pelat-pelat tersebut sehingga
lama-kelamaan pelat-pelat tersebut akan
menjadi aus dan tentu saja tidak dapat
berfungsi sebagaimana mestinya, hal tersebut
menunjukkan bahwa relay sudah dalam
kondisi rusak. Berbeda halnya
dengan
sebuah komponen yang disebut Solid State
Relay. Komponen ini merupakan rangkaian
diskrit yang biasanya sudah dikemas dalam
bentuk satu kemasan. Secara blok SSn
tersebut dapat digambarkan
seperti
ditunjukkan pada gambar.
0utpul
Daya Rendah
Gambar SSR
daya kecil (rgndah), sedangkan bagian output
digunakan untuk hubungan dengan peralatan
lishik yang dikendalikan dimana
memiliki
sumber daya besar.
solrD STATE RELAY (SSR)
Solid State Relay merupakan komponen
utama yang digunakan dalam sistem.
Komponen
Secara komersil (khususnya di
lndonesia), komponen seperti ini belum
ini berfungsi sebagai
interface
(perantara) terutama antara rangkaian yang
menggunakan daya rendah dengan rangkaian
peralatan yang menggunakan daya tinggi.
Pada prinsipnya komponen
banyak tersedia, kalaupun ada maka
harganyapun masih relatif mahal.
Mengingat hal tersehut di atas, maka
penulis merancang suatu rangkaian
elektronik yang bedungsi sebagai Solid
Sfate Relay (SSR/. Rangkaian tersebut
ditunjukkan pada gambar.
ini
mempunyai fungsi yang sama dengan relay.
Perbedaan yang ada terutama dari segi fisik
ataupun bahan yang digunakan. Sebuah relay
terdiri dari sebuah komponen dengan sebuah
inti, yang bila dialiri arus listrik
menjadi
magnet dan menutup (kontak penutup) atau
memutuskan (kontak pemutus) kontak-kontak
bila dialiri arus.
Penggunaan
relay
diantaranya untuk menghubungkan dayadaya yang besar dengan perantaraan daya-
daya yang kecil. Simbol relay
ditunjukkan pada gambar.
?
*'-"
^\
E;-'f "*--.Gambar Relay
Gambar rangkaian SSR
dapat
Pada gambar tersebut ditunjukkan
bahwa rangkaian SSR dibangun dari empat
buah dioda D1, D2, D3, dan D4 yang
dirangkaikan sebagai jembatan serta sebuah
komponen Silicon Controlled Rectifier (SCR).
Untuk memperjelas mengenai
rangkaian
JURNAL
SIGRG| VOt_ ill No. 12 JUN| 2oo7
diatas, berikut penulis uraikan masing-masing
jenis komponen yang digunakan.
Dioda
Dioda merupakan suatu
komponen
semikonduktor yang memiliki dua terminal
dan disebut sebagai Anoda dan Katoda.
Simbol sebuah dioda ditunjukkan
pada
gambar
Ao-)-*K
Thyristor
Thyristor biasa digunakan untuk pengaturan
peralatan berfasa tunggal yang menggunakan
daya yang besar. Thyristor atau SCR (Silicon
Controlled Rectifier) dapat diterjemahkan
sebagai penyatu arah silikon yang terkontrol.
Gambar bagan penggantinya ditunjukkan
pada gambar a dan simbol SCR ditunjukkan
pada gambar b.
A
Gambar Simbol Dioda
Sebagaimana ditunjukkan
I
+
pada
gambar, maka simbol dioda mirip dengan
mata anak panah yang arahnya dari anoda
menuju katoda. Sesuai dengan arah simbol
tersebut maka pada sebuah dioda hanya
akan menghantarkan arus listrik pada satu
arah yaitu dari anoda menuju katoda. Jadi bila
pada anoda diberikan sumber tegangan
positif dan katoda dihubungkan dengan
sumber tegangan negatif, maka dioda akan
menghantar. Hal seperti ini disebut bahwa
dioda diberi bias maju (fonrvard).
Gambar Bias maju pada dioda
Gambar menunjukkan pemberian bias
maju pada dioda. Bila sumber tegangan yang
K
a.
Gambar SCR
Prinsip kerja dari thyristor dapat
dijelaskan melalui gambar rangkalan
pengaturan daya dengan thyristor yaitu
seperti ditunjukkan oleh gambar a dah b.
Pada gamba a terlihat bahwa antara Gate (G)
dan Katoda (K) bekerla sebuah rangkaian
kemudi. Tegangan{egangan dan arusarusnya digambarkan pada gambar b. Bila
selama pertengahan perioda positif dari
tegangan sumber Ui disalurkan pulsa arus lG
kepada Gate, maka thyristor menyulut atau
menghantar.Jadi thyristor itu berperilaku
sebagai hubungan terusan
setelah
penyaluran pulsa Gate. Maka sisa dari
pertengahan perioda positif itu berada
sepanjang RC.
digunakan adalah tegangan AC-, maki
gelombang positif saja yang akan dilalukan
dari anoda menuju katoda. Gambar
menunjukkan rangkaian penyearah setengah
gelombang, dan gambar menunjukkan bentuk
gelombang pada titik A dan K. pada gambar b
jelas terlihat bahwa gelombang yang dilalukan
oleh dioda hanya setengah gelombang saja,
yaitu pada perioda positifnya sehingga
rangkaian tersebut dinamakan penyearah
setengah gelombang. Untuk mendapatkan
penyearahan gelombang penuh, maka dapat
digunakan dua buah dioda.
(Ji
To
IC
I
1sL1\
uL^I
r
ll r'r
;ar
.
i
r-.-
+t
_
Gambar_ Rangkaian pengaturan
Daya
dengan Thyristor
Setelah thyristor menghantar,
tidak mempunyai
tegangan Gate-nya
SWITCH PERALATAN AC PHASE SATU DENGAN MENGGUNAKAN SOLID STATE RELAY (HAMZAh H|IAIEt
pengaruh lagi. Jadi thyristor yang menghantar
tidak dapat kita buka dengan
bantuan
AI)
maka SCR tidak akan menghantar dan
motorpun akan berhenti berputar.
tegangan Gate. Thyristor itu berperilaku lagi
sebagai suatu pemutusan, dengan mengatur
tegangan anodanya menjadi
nol
dan
kemudian negatif. Pengaturan arus pada Gate
dilakukan dengan menggeser-geser pulsa
pada rangkaian kemudi. Bila pulsa-pulsa itu
menggeser ke kanan, maka turunlah daya
pada RL. Jadi thyristor itu dapat kita anggap
sebagai dioda lapis empat yang kita sulut
dengan menyalurkan pulsa arus pada
elektroda
kemudinya.
Pada
waktu
pertengahan perioda negatif, thyristor
itu
berperilaku sebagai dioda-Si normal dan tidak
dapat menghantar.
Dengan memahami prinsiP kerja
thyristor tersebut, maka komponen ini
digunakan sebagai rangkaian SSR seperti
ditunjukkan pada gambar Pada gambar
ditunjukkan bahwa gate SCR dikemudikan
oleh opto coupler, sedangkan beban
Gambar Arah arus pada setengah perioda
positif
(peralatan) listrik AC yang dikontrol dipasang
antara titik D2, D3 dengan line AC. Sebagai
contoh, maka beban yang dipasang adalah
sebuah motor listrik AC seperti ditunjukkan
pada gambar
Gambar. Rangkaian SSR
untuk
Gambar Arah arus pada setengah
mengontrol Motor AC
perioda negatif
Prinsip keria rangkaian tersebut dapat
diielaskan sebagai berikut:
Pada saat opto coupier memberikan sinyal
Untuk pengontrolan beban atau
peralatan dengan daya yang besar, maka
pemasangan SCR dan dioda-dioda yang
digunakan harus disesuaikan dengan daya
beban yang dikontrol. Sebagai contoh, bila
beban yang dikontrol memerlukan arus
sebesar 10 Amper, maka kemampuan yang
harus dimiliki oleh SCR dan dioda harus
diatas 10 Amper.
listrik sebesar V volt, maka SCR akan
menghantar. Pada setengah perioda
gelombang sinus yang berasal dari sumber
listrik, maka arah arus yang mengalir adalah
melalui D1, SCR, D3, dan motor seperti
ditunjukkan pada gambar Sedangkan pada
setengah perioda berikutnya, maka arus listrik
mengalir melalui motor, D2, SCR, dan D4
seperti ditunjukkan oleh gambar 2.24. Karena
3. SWITCH PERALATAN AG PHASE SATU
DENGAN MENGGUNAKAN SSR
beban yang dalam hal ini sebagai contoh
digunakan sebuah motor listrik AC mendapat
sumber daya AC maka motor tersebut akan
jalan (berputar). Pada saat opto
coupler
memberikan tegangan 0 volt pada Gate SCR,
Blok Diagram
Blok diagram dari sistem yang dirancang
ditunjukkan pada gambar 3.1. Dalam blok
diagram tersebut digambarkan beberapa
JURNALSII{ERGIVOL III NO. 12 JUNI
buah blok dari sistem yang masing-masing
memiliki fungsi yang berbeda-beda. Adapun
nama-nama blok beserta penjelasannya
adalah sebagai berikut :
1. Touch Switch (saklar sentuh).
touch switch merupakan
rangkaian elektronik yang berfungsi sebagai
saklar elektronik yang dihasilkan berdasarkan
sentuhan pada bagian masukannya. Kondisi
persaklaran yang terjadi adalah kondisi hidup
atau mati pada tiap kali pena bagian
masukkanya disentuh oleh tangan, dimana
kondisi pada bagian outputnya akan berbalik
dari kondisi sebelumnya, yaitu bila kondisi
sebelumnya pada kondisi hidup, maka setelah
disentuh akan berbalik menjadi mati begitu
Blok
pula sebalikny?. Untuk mengetahui kondisi_
kondisi tersebut maka dipasangkan sebuah
LED in9ikator pada bagian outfut rangkaian
ini LED tersebut akan menyala
untuk
menunjukkan bahwa rangkaian saklar
tersebut pada kondisi hidup dan LED akan
padam pada saat kondisi saklar adalah hidup.
Sound Switch (saklar suara).
Bagian blok sound switch (saklar
suara) terdirl dari rangkaian elektronik yang
berfungsi sebagai saklar yang dihasilkan oleh
:yara (getaran) melalui transduser yang
dipasangkan pada bagian masukanya.
Prinsip kerja rangkaian saklar suara
ini seperti prinsip kerja dari saklar sentuh,
perbedaannya yaitu pada saklar sentuh maka
kondisi persaklaran diakibatkan oleh
sentuhan, sedangkan pada rangkaian saklar
suara maka kondisi persaklaran diakibatkan
ole.h suara yaitu kondisi persaklaran yang
2.
terjadi adalah kondisi hidup atau mati
tiap kali mikrofon bagian
iadi
masukkannya
mendapatkan suara, dan kondisi outputnya
akan berbalik dari kondisi sebelumnya, yaitu
bila kondisi sebelumnya hidup maka seielah
mendapatkan suara akan berbalik menjadi
mati begitu pula
sebaliknya.
Untut<
mengetahui kondisi output pada rangkaian
saklar suara dipasangkan sebuah LED
2OO7
indikator. LED tersebut akan menyala saat
saklar berada pada kondisi hidup, dan akan
padam saat saklar berada pada kondisi mati.
3.
Buffer
Blok buffer terdiri dari rangkaian
gerbang logika yang berfungsi untuk
mengendalikan sinyal-sinyal masukan yang
-dan
berasal dari rangkaian saklar sentuh
saklar suara. Bagian keluaran pada rangkaian
ini akan menghasilkan tegangan logika 1
15V1
saat salah satu atau kedua rangkaian saklar
berada pada kondisi hidup. Sedingkan pada
saat kedua rangkaian berada pada kondisi
mati maka bagian keluarannya menghasilkan
tegangan logika 0 (0V).
4.
Opto-Coupter
Bagian opto-coupler terdiri dari
rangkain LED yang dikopet dengan
.
phototransistor dan dikemas dalam satu
kemasan. Bagian ini berfungsi untuk
memisahkan jalur ground antara rangkaian
yang. memiliki daya rendah dengan bagian
rangkaian yang memiliki daya tinggi.
5.
B/ok SSR
Blok SSR (Sotid State Retay)
merupakan rangkaian elektronik yang
berfungsi sebagai perantara antara sinyat
tegang.an rendah yang berasal dari rangkaian
kendali (rangkaian saklar) dengan linyat
tegangan tinggi pada peralatan yang
dikontrol.
Rangkaian SSR ini terdiri dari empat
buah dioda yang dirangkaikan
secara
t^e1pa!1 (bridge) dan sebuah komponen
SCR (Silicon Controiled Rectifier). Dengan
SCR inilah suatu sinyal tegangan renlah
dapat {iumpankan melalui gate-nya guna
mengendalikan suatu peralatan AC dengan
daya yang cukup tinggi.
Blok diagram pengontrol peralatan AC phase
satu dengan menggunakan SSR
SWITCH PEMLATAN AC PHASE SATU DENGAN MENGGUNAKAN SOLID STATE RELAY (Hamzah Hilal et al)
Rangkaian Switch Peralatan AC Phase Satu Dengan Menggunakan SSR
4. ANALISA HASIL PENGUJIAN
Setelah dilakukan pengujian pada alat yang
dibuat, dalam hal
sebagai beban
digunakan sebuah motor kipas angin dan
sebuah lampu, maka beban-beban tersebut
ketika diaktifkan dapat bekerja dengan
normal sehingga alat berfungsi dengan
baik. Dalam sistem yang dibuat ini, maka
dijalankan dengan
mengaktifkan salah satu sistem persaklaran
atau kedua-duanya.
Penggunaan
suara
mempunyai kelemahan, yaitu apabila
saklar suara menerima masukan suara
secara berturut turut maka secara otomatis
beban yang terpasang akan berada pada
kondisi hidup/mati secara berturut-turut
pula. Untuk mengatasinya dilakukan
pengaturan sensitifitas suara, yaitu dengan
ini
.
.
beban dapat
saklar
mengatur variable resistor yang terdapat
pada rangkaian saklar suara.
. mengendalikan peralatan dengan
daya besar.
Penggunaan relay dapat digantikan
dengan menggunakan sistem
elektronik yang disebut SSR (Solid
State Relay).
SSR dapat dibangun dengan
menggunakan sebuah komponen
SCR dan empat buah dioda yang
dirangkaikan menjadi jembatan
(bridge) atau sebuah kemasan
o
dioda bridge.
Dengan menggunakan sistem SSR
akan memungkinkan umur
.
dari
komponen lebih panjang.
Pengendalian suatu peralatan listrik
(mesin listrik) dapat dilakukan
dengan bermacam-macam cara,
diantaranya . menggunakan saklar
sentuh dan atau saklar suara.
6. DAFTAR PUSTAKA
5. KESIMPULAN
o Pada prinsipnya,
sistem
pengoperasian saklar dalam teknik
kelistrikanielektronik
berfungsi
memutus/menghubungkan
antara rangkaian/peralatan dengan
sumber daya
dengan
rangkaian lain.
Kelemahan yang sering terjadi
pada relay adalah mudah aus pada
kontak-kontaknya karena sering
terjadi percikan bunga api terutama
bila
digunakan
untuk
untuk
atau
o
1.
...., "Data BookTTL'
2. Malvino, A.P, "Prinsip-Prinsip
Elektronika", Jilid 2, Erlangga,
Jakarta,199'1.
3. Mohammad, N, Wibisono, B.J,"llmu
Elektronika 3", Depdikbud, 1979.
4. Raras, A, "Komponen dan Rangkaian
Elektronika", Karya Utama, 1989.
5. Ruslam, dkk, "Elektronika 2", Angkasa,
Bandung, 1986
6. Sutrisno, "Elektronika Teori dan
Penerapannya", lTB, Bandung, 1986.