Penstabilan Tegangan Bolak Balik Satu Phasa Dengan Triac

PENSTABILAN TEGANGAN BOLAK BALIK SATU PHASA

DENGAN TRIAC

O

L E H

Roberto P. Siregar 01 5203 042

PROGRAM D-IV TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

KATA PENGANTAR

Pertama sekali penulis memanjatkan puji dan syukur Kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmatnya penulis dapat menyelesaikan penulisan Karya Akhir ini. Karya akhir ini adalah Tugas Akhir yang harus diselesaikan oleh setiap mahasiswa sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains Terapan pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Karya Akhir ini adalah “Penstabilan Tegangan Bolak Balik Satu Phasa dengan Triac”.

Dalam penulisan Karya Akhir ini, penulis banyak menemui kendala, namun berkat adanya bimbingan, saran-saran, nasehat dan bantuan moril maupun materil dari berbagai pihak, akhirnya penulis dapat menyelesaikan Karya Akhir ini dengan baik.

Maka pada kesempatan ini perkenankanlah penulis terlebih dahulu mengucapkan banyak terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Ayahanda (alm) Drs. B.P. Siregar dan Ibunda L.br. Panggabean, BA, yang telah banyak berkorban moril maupun materil demi kelancaran penyelesaian Karya Akhir ini.

2. Bapak Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Ir.Nasrul Abdi, MT, selaku Ketua Program Diploma-IV Teknologi Instrumentasi Pabrik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir.Rahmat Fauzi, MT, selaku Sekretaris Program Diploma-IV Teknologi Instrumentasi Pabrik.

5. Bapak Ir. Rahman Hasibuan selaku koordinator Program Diploma-IV Teknologi Instrumentasi Pabrik.

6. Bapak Ir. Djendanari Sembiring, selaku pembimbing yang telah banyak memberi petunjuk dan saran kepada penulis.

7. Seluruh Dosen dan Staf Program Diploma-IV Teknologi Instrumentasi Pabrik.

8. Kepada saudara-saudara penulis : kakak D Siregar,A.Md, abang Tongan Siregar, kakak Dra. A. Siregar, kakak L. Siregar, abang Rikardo Siregar, abang Pdt. Brando Siregar,S.Th, serta buat abang

dan kakak ipar penulis, terkhusus buat kakak tercinta Lampita Siregar, yang telah banyak berkorban moril maupun materil demi kelancaran penyelesaian Karya Akhir ini.

9. Kepada teman-teman seperjuangan Ery, Rudi, Linando, Lenon, Mansen, Segar, Jhonson, Jacklin dan anak” TIP’01, TIP ’02, yang banyak memberikan bantuan dan dukungan kepada penulis.

10. Kepada sobat penulis Eston, Rendhard, Charles, Roni Ops, dan teman-teman lainnya yang tidak dapat penulis sebutkan namanya satu persatu yang banyak memberikan bantuan dan dukungan kepada penulis.

11. Adinda tercinta Maria Neva Lita, S.Kom yang telah banyak berkorban moril maupun materil demi kelancaran penyelesaian tugas akhir ini.

Penulis menyadari bahwa Karya Akhir ini masih terdapat kekurangan- kekurangan dan masih jauh dari kesempurnaan dikarenakan keterbatasan pengetahuan dan wawasan dalam ruang lingkup pembelajaran. Untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran sebagai penyempurnaan dari Karya Akhir ini. Semoga Karya Akhir ini bermanfaat bagi kita semua terutama bagi penulis sendiri.

Medan, Maret 2008

Penulis

ABSTRAK

Peranan pengendalian sistem stabilisasi dalam industri dan perumahan telah semakin nyata, terutama dalam pengamanan terhadap sebagian peralatan listrik yang tidak dilengkapi dengan sistem pengamanan. Salah satunya pegendalian stabilisasi tegangan dengan bantuan thyristor, suatu metode dapat disajikan untuk perencanaan pada pengendalian ini yaitu penstabilan tegangan bolak balik satu phasa. Dimana metode ini mencakup 3 tahapan operasi yaitu tahapan pengaturan sudut phasa oleh potensiometer, jika adanya variasi tegangan atau penurunan pada keadaan normal. Tahapan penyuluhan DIAC ke TRIAC dan tahapan regulasi tegangan oleh TRIAC.

DAFTAR ISI

ABSTRAK... i

KATA PENGANTAR... ii

DAFTAR ISI... iv

BAB I PENDAHULUAN... 1

I.1. Latar Belakang Pemilihan Judul... 1

I.2. Rumusan Masalah ... 1

I.3. Batasan Masalah... 2

I.4. Tujuan Pembahasan... 2

I.5. Sistematika Penulisan... 3

BAB. II PRINSIP STABILISATOR... 4

II.1. Diagram Block ... 4

II.2. Cara Kerja Sistem ... 5

II.3. Komponen Dasar... 7

II.3.1. Resistor ... 7

II.3.2. Kapasitor ... 10

II.3.3. Induktor... 13

II.4. Komponen Regulasi Tegangan ... 15

II.4.1. Dioda... 15

II.4.2. Dioda Zener ... 16

II.4.2.1. Struktur Rangkaian Ekivalen dan Karakteristik Dioda Zener ... 17

II.4.3. Diac ... 22

II.4.4. Triac ... 23

II.4.4.1. Konstruksi, Rangkaian Ekivalen ... 23

BAB III. ANALISA RANGKAIAN... 26

III.1. Pembagi Tegangan... 26

III.2. Zener Regulasi Tegangan ... 27

III.3. Perubahan Phasa Triac... 28

III.4. Pengaturan Tegangan dengan Mengatur Sudut Phasa Tegangan Bolak Balik (AC)... 29

III.4.1. Analisa Persamaan Maatematika untuk menetukan Sudut Phasa ... 30

BAB IV. PENSTABILAN TEGANGAN 1 PHASA DENGAN TRIAC 32 IV.1. Umum ... 32

IV.2. Rangkaiaan Pembagi Tegangan ... 32

IV.3. Rangkaian Zener Regulasi Tegangan ... 33

IV.4. Prinsip Kerja Rangkaian... 37

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN... 38

V.1. Kesimpulan ... 38

V.2. Saran ... 38

ABSTRAK

Peranan pengendalian sistem stabilisasi dalam industri dan perumahan telah semakin nyata, terutama dalam pengamanan terhadap sebagian peralatan listrik yang tidak dilengkapi dengan sistem pengamanan. Salah satunya pegendalian stabilisasi tegangan dengan bantuan thyristor, suatu metode dapat disajikan untuk perencanaan pada pengendalian ini yaitu penstabilan tegangan bolak balik satu phasa. Dimana metode ini mencakup 3 tahapan operasi yaitu tahapan pengaturan sudut phasa oleh potensiometer, jika adanya variasi tegangan atau penurunan pada keadaan normal. Tahapan penyuluhan DIAC ke TRIAC dan tahapan regulasi tegangan oleh TRIAC.

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang Pemilihan Judul

Kita menyadari kemajuan teknologi menuju era serba komputerisasi, maka seiring dengan itu pemakaian daya listrik dalam memenuhi kebutuhan sehari-hari sumber energi listrik dirasakan semakin memegang peranan yang utama sekali. Misalnya sebagai energi pada pabrik-pabrik, menjadi sumber energi penerangan di kantor-kantor pemerintah maupun swasta, demikian pula dengan perumahan-perumahan masyarakat baik di kota maupun di desa.

Penyaluran daya yang dilakukan oleh PLN (Perusahaan Listrik Negara) terutama sebagai kabutuhan untuk penerangan dan sumber energi telah berlangsung baik. Tapi pada saat sekarang ini selalu mengalami masalah yaitu terjadinya penurunan tegangan jala-jala pada malam hari atau yang sering disebut beban puncak.

Melihat kenyataan tersebut maka dibutuhkan suatu cara untuk mempelajari dan membahas penstabilan tegangan dengan menggunakan rangkaian TRIAC. Berdasarkan uraian datas, maka penulis tertarik untuk membahas tentang “Penstabilan Tegangan Bolak-Balik Satu Phasa dengan TRIAC”.

I.2. Rumusan Masalah

tegangan dengan menggunakan rangkaian “TRIAC” dan ini biasanya sangat mengganggu atau boleh dikatakan sampai merugikan kita sebagai konsumen. Berdasarkan uraian diatas, penulis tertarik untuk membahas tentang “Penstabilan Tegangan Bolak-Balik Satu Phasa dengan TRIAC”

I.3. Batasan Masalah

Pembatasan bahasan mengenai penstabilan tegangan dirasakan sangat perlu mengingat bahasan penstabilan tegangan tentu sangat luas, maka sesuai dengan judul Tugas Akhir ini yang menjadi pembahasan utama adalah cara kerja alat penstabilan tegangan dengan menggunakan rangkaian TRIAC. Disamping itu dalam pembahasan analisa rangkaian, penulis hanya membahas penstabilan tegangan bolak-balik dengan Triac pada satu Phasa

I.4. Tujuan Pembahasan

Untuk mengatasi masalah masalah tersebut diatas penulis memperkenalkan tengangan bolak - balik satu phasa dengan mempergunakan pemotngan gelombang sinusoidal oleh Thyristor untukmenjaga keluaran agar tetap stabil. Penulisan ini dimulai dari perkenalan prinsip kerja stabilisator satu phasa,berikut komponen regulasi, analisa teori rangkaian dan pemilihan komponen.

I.5. Sistematika Penulisan

Pada penulisan ini, penulis memilah permasalahan menjadi beberapa bab pembahasan untuk mempermudah pembacaan dan pembahasan, terdiri dari :

BAB I PENDAHULUAN

Yang terdiri dari : Latar Belakang Pemilihan Judul, Rumusan Masalah, Batasan Masalah, Tujuan Pembahasan dan Sistematika Penulisan.

BAB II PRINSIP STABILISATOR

Yang terdiri dari : Diagram Block, Cara Kerja Sistem, Komponen Dasar dan Komponen Regulasi Tegangan.

BAB III ANALISA RANGKAIAN

Yang terdiri dari : Pembagi Tegangan, Zener Regulasi Tegangan, Perubahan Phasa Triac, Pengaturan Tegangan dengan Mengatur Sudut Phasa.

BAB IV PENSTABILAN TEGANGAN SATU PHASA DENGAN TRIAC

Yang terdiri dari : Umum, Prinsip Kerja Rangkaian, Rangkaian Pembagi Tegangan, Rangkain Zener Regulasi Tegangan, Pengaturan Tegangan dengan Mengatur Sudut Phasa Tegangan Bolak-Balik, Prinsip Kerja Rangkaian.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN DAFTAR PUSTAKA

BAB II

PRINSIP STABILISATOR

II.1. Diagram Block

Stabilisator tegangan bolak-balik adalah sebuah alat listrik yang mampu mengatasi dan membebaskan beban listrik dari pengaruh variasi penurunan dan kenaikan tegangan jala-jala sumber listrik dari PLN (Perusahaan Listrik Negara) pada batas-batas tertentu, dengan memberikan suatu tegangan yang konstan yang kita kehendaki pada beban listrik.

II.2. Cara Kerja Sistem

Dalam keadaan normal atau tegangan masukan jala-jala dari PLN sama dengan 220 Volt, tegangan keluaran VL akan terlihat seperti Gambar 2-2, kamudian tegangan efektif beban dinaikkan oleh step-up seharga 220 Volt juga. Jika tegangan jala-jala turun, maka tegangan di A juga akan turun sehingga untuk mencapai tegangan break over kemudi (Diac), dengan VA dibutuhkan lebih rendah, ini dapat dicapai oleh kondensator dalam waktu yang lebih singkat dari jaringan R-C. Akibatnya pulsa-pulsa penyuluhan kemudi ke gerbang penstabil tegangan akan bergeser ke kiri seperti dalam Gambar 2-2b. Jadi VL efektif naik kembali ke harga normalnya, dan tegangan efektif beban terjaga konstan, dalam hal ini luas arsiran Gambar 2-2b sama dengan luas arsiran dalam Gambar 2-2a.

Jika tegangan dari jala-jala naik dari tegangan normalnya, maka tegangan di A ikut naik, sehingga untuk mencapai tegangan break over kemudi, VA yang dibutuhkan lebih tinggi dalam Gambar 2-2c, dengan demikian tegangan VL efektif beban terjaga konstan. Dalam hal ini luas arsiran Gambar 2-2c adalah sama dengan luas arsiran dalam Gambar 2-2a



t





t





t



II.3. Komponen Dasar

Disamping membuat suatu perangkat elektronik dibutuhkan beberapa jenis komponen dan alat Bantu lainnya. Bnyak sedikitnya pemakain jenis komponen pada perangkat tergantung dari rancangan dan system perangkat yang akan dibangun. Pada bab ini akan dibahas secara umum tentang jenis-jenis komponen yang digunakan untuk merancang penstabilan tegangan bolak-balik Satu Phasa dengan Triac.

II.3.1. Resistor

Resistor digunakan pada rangkain listrik yang berhubungan dengan listrik, misalanya untuk memperkecil arus atau tegangan dan juga sebagai pembagi tegangan, symbol untuk resistor diperlihatkan pada Gambar 2-3, dan untuk satuannya adalah Ohm atau dengan symbol Omega (Ω). Satuan umum lainnya dipengkatkan tiga:

- Kilo Ohm (KΩ) = 1000 Ohm - Mega Ohm (MΩ) = 1000000 Ohm

Banyak resistor yang mempunyai ukuran yang ditunjukkan dengan pita warna, seperti dalam Tabel 2-1.

WARNA UKURAN TOLERANSI

Hitam Coklat Merah 0 1 2

± 1 % ± 2 %

Oranye Kuning Hijau Biru Ungu Abu-abu Putih 3 4 5 6 7 8 9 Emas Perak Polos - - -

± 5 % ± 10 % ± 15 %

Banyak macam resistor yang mungkin dibuat dari lilitan kawat, pita film metal, film oksida metal, cernet, unsure karbon. Selain itu pemberian system kode warna pada tahanan dapat dilihat pada Gambar 2-4.

A B C D

Coklat = 1 Merah = 2 Merah = 00 Emas = ± 5 %

Besarnya resistansi resistor = 1200 Ohm atau

= 1,2 KΩ

Gambar 2.4. Resistor yang diberi Warna

Besar resistansi suatu resistor (tahanan) dengan memakai pita warna dapat diperlihatkan pada Gambar 2-4, persentase toleransi mempengaruhi nilai resistansi yang ada dalam batas-batas tertentu. Nilai nominal dipilih, sehingga batas-baytas toleransi biasanya saling menyesuaikan diri.

II.3.2. Kapasitor

Kapasitor adalah sutau komponen elektronik yang sangat luas pemakaiannya. Kapasitor merupakan tempat penyimpanan muatan listrik dalam jumlah tertentu. Kapasitor mempunyai sifat yang akan meneruskan arus AC (bolak-balik) dan menahan arus DC (searah). Jumlah muatan listrik yang dapat disimpan disebut kapasitas dari kapasitor dan diukur dalam suatu farad (F), tetapi karena ukuran farad sangat besar sekali maka yang lazim dijumpai dalam penggunaannya adalah dalam aturan mikro farad (µF), nano farad (nF) dan piko farad (pF) dimana :

1 Mikro Farad (µF) = 1 x 10-6 F

1 Nano Farad (nF) = 1 x 10-9 F

1 Piko Farad = 1 x 10-12 F

Satuan-satuan tersebut dimaksudkan untuk lebih memudahkan didalam praktek dan symbol dari sebuah kapasitor seperti Gambar 2-5.

(a) Kapasitor Non Polar (b) Kapasitor Polar

Nilai kapasitor dari sebuah kapasitor yang diproduksi oleh pabrik pembuat kapasitor biasnya mencantumkan pada badan (body) kepasitor itu sendiri baik kapasitor jenis non polar dan bi polar.

100nf

+

-(a) (b)

Gambar 2.6. Kemasan Kapasitor a. Jenis Kapasitor non Polar b. Jenis Kapasitor Bipolar

Tergantung dari bahan dielektriknya maka kapasitor dikenal dalam berbagai jenis yakni:

- Kapasitor Keramik - Kapasitor Mika - Kapasitor Kertas

- Kapasitor Plastik dan lain-lainnya

Kapasitor elektronik biasanya mempunyai polaritas, yakni kutub positif (+) dan kutup negative (-), sedangkan jenis kapasitor yang lain tidak mempunyai kutub. Disamping kapasitas penyimpan muatan dari suatu kapasitor dalam penggunaannya, maka kemampuan suatu kepasitor menahan tegangan atau yang lazim disebut tegangan kerjanya, juga perlu diperhatikan. Tegangan kerja suatu kapasitor adalah tegangan maksimum yang bias ditahan suatu kapasitor tanpa

Untuk kepasitor dengan kapasitas lebih besar dari 1µF biasa kapasitas maupun tegangan kerjanya bias terbaca langsung, akan tetapi untuk kapasitas lebih kecil dari 1µF, ada yang terbaca langsung dan ada yang melalui kode sebagaimana halnya pada resistor.

Defenisi Kapasitor

Kapasitor adalah dua buah keeping penghantar dengan luas tertentu yang diantarai atau disekat oleh suatu dielektrum tertentu, seperti terselihat pada Gambar 2-7 dibawah ini:

+ + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + Gambar dua buah keping penghantar dengan disekat udara (dielektrikum udara) dan diberi tegangan V.

+ + + + + + + + + +

Gambar 2.7. Defenis Kapasitor

Q V

Dimana : C = kapasitas atau jumlah muatan yang dapat disimpan dalam Farad Q = banyaknya muatan listrik dalam Coulomb

V = tegangan yang ada dalam kedua keeping plat dalam volt - - -

- - - - - -

V

(Farad)………..(2.1)

II.3.3. Induktor

Induktor, walaupun kita akan mendefenisikan inductor dan induktansi dengan tegas dari segi pandangan rangkain, yakni dengan persamaan tegangan arus, sedikit komentar mengenai perkembangan hostoris medan maknetik dapat memberi pengertian yang lebih baik mengenai defenisi ini. Pada permulaan tahun 1800 ilmuwan Denmark, Oersted, memperlihatkan bahwa konduktor yang menyangkut arus akan menghasilkan medan maknetik, atau bahwa jarum kompas dipengaruhi dengan adanya konduktor yang menyangkut arus tersebut. Tidak lama kemudian di Perancis, Ampere melakukan pengukuran-pengkuran yang teliti yang menunjukkan bahwa medan maknetik berhubungan secara lilnear dengan arus yang menghasilkannya. Langkah berikutnya terjadi sekitar dua puluh tahun kemudian ketika sarjana eksparimental Inggris Michael Faraday dan seorang penemu Amerika Joseph Henry menemukan hamper bersamaan bahwa medan magnetic yang berubah-ubah dapat menginduksi tegangan didalam rangkaian yang berdekatan. Mereka memperlihatkan bahwa tegangan ini sebanding dengan laju perubahan arus terhadap waktu yang menghasilkan medan magnetic tersebut. Konstanta pembanding kita namai sekarang induktansi, disimbolkan oleh I, sehingga :

di

Dimana kita harus menyadari bahwa v dan l dan I keduanya adalah fungsi waktu. Bila kita ingin menekankan hal ini, maka kita boleh melakukannya dengan menggunakan simbol-simbol v (t) dan I (t)

I

L V L ( t )

+

-Gambar 2.8. Tanda-tanda Reforensi untuk Tegangan dan arus diperlihatkan pada symbol rangkaian untuk sebuah inductor V = L di/dt

Simbol rangkaian untuk inductor diperlihatkan dalam Gambar 2-8 dan arus diperlihatkan bahwa telah digunakan konversi tanda pasif, sama seperti dengan tahanan. Satuan inductor diukur dengan Henry (H), dan persamaan yang mendefenisikannya memperlihatkan bahwa Henry adalah pernyataan yang lebih pendek untuk volt-detik per ampere. Induktor induktansinya didefenisikan oleh (l) adalah sebuah model matematis, induktor ini adalah sebuah elemen ideal yang dapat kita gunakan mengaproksimasikan sifat sebuah alat riil. Sebuah inductor fisis dapat dapat sibuat dengan melilitkan sepotong kawat menjadi sebuah kumparan. Ini dengan efektif akan menaikkan arus yang menyebabkan medan magnetic dan juga menambah ‘banyaknya” rangkaian tambahan ke dalam mana tegangan Faraday dapat diinduksikan. Hasil dari efek ganda ini adalah bahwa induktansi sebuah kumparan adalah kira-kira sebanding dengan kuadrat dari banyaknya lilitan penuh yang dibuat oleh konduktor dengan mana kumparan

tersebut dibentuk. Sebuah inductor, atau “kumparan”, yang berbentuk garis skrup yang panjang dengan ukuran sangat kecil didapatkan mempunyai induktansi µN2

A/s, dimana A adalah luas penampang, s penampang sumbu garis sekrup, N banyaknya lilitan kawat dan µ (mu) adalah sebuah konstanta bahan heliks, yang dinamai permeabilitas. Untuk ruang hanya (dan sangat dekat sekali untuk udara),

µ = µ 0 = 4∏x 10 -7 H / m. Adalah mungkin untuk merakit jaringan elektronis

yang tidak mengandung inductor dapat menghasilkan hubungan v-I dari (1) pada terminal masukannya.

II.4. Komponen Regulasi Tegangan

Komponen regulasi adalah suatu komponen yang dirancang demikian sehingga berfungsi untuk mengubah tagangan masuk yang bervariasi (variable) menjadi tegangan keluaran yang stabil.

II.4.1. Dioda

Atom-atom dalam semi konduktor dikumpulkan menjadi salah satu dalam pola teratur disebut “kisi krisital”. Semikonduktor ini sebagai penghantar yang baik kalau suhunya meningkat karena jumlah elektron bebas juga meningkat, elektron bebas ini dikenal sebagai pembawa minorita.

Daya hantar dioda juga bisa disempurnakan dengan menambah atom Arsenit yang jumlahnya terkendali memasukkan elektron ekstra dalam struktur kisi sehingga menghasilkan semikonduktor tipe N, atom-atom demikian dikenal sebagai akseptor, misalnya atom aluminium, memasukkan “kekurangan elektron” yang disebut (Hole) sehingga menghasilkan semikonduktor tipe P. elektron-elektron serta lubang-lubang yang dihasilkan oleh injeksi Arsenit sebagai pembawa mayoritas.

Kalau semikonduktor yang tipe P dipertemukan dengan semikonduktor tipe N, oleh proses dikenal sebagai difusi, elektron dari daerah N mulai menyeberang guna mengisi lubang-lubang dalam daerah P.

Gerakan ini berlangsung terus sampai terbentuk daerah netral yanhg dikenal sebagai lapisan hampir setiap sisi pertemuan P-N. Lapisan hampa ini memberikan halangan potensial yang mencegah gerakan elektron lebih lanjut melintasi bidang pertemuan.

II.4.2. Dioda Zener

`Dioda sinyal kecil dan dioda penyearah tidak pernah dioperasikan secara sengaja dalam daerah dadal (break down) karena kerusakan yang dapat terjadi dalam operasi seperti ini. Lain halnya dengan dioda zener, dioda ini justru dioptimasikan untuk operasi dadal. Dengan kata lain, daerah operasi normal dari

dioda zener memang terletak dalam daerah dadal. Penerapan utama dari dioda zener adalah penggunaannya dalam regulator tegangan, yaitu rangkaian yang mempertahankan tegangan bebas pada harga yang kurang lebih tepat walaupun tegangan saluran dari laur atau hambatan bebas dari rangkaian mengalami perubahan.

II.4.2.1. Struktur Rangkaian Ekivalen dan Karakteristik Dioda Zener

Dioda zener adalah dioda Silikon yang dibuat oleh pabrik untuk bekerja paling baik pada daerah dadalnya (daerah bocor). Dengan kata lain, berbeda dengan dioda biasa yang tidak pernah bekerja di daerah dadal (daerah bocor), dioda zener justru bekerja paling baik di daerah dadal (daerah bocor). Dioda zener disebut juga daerah dadal yang merupakan tulang punggung pengatur tegangan, yaitu rangkaian-rangkaian yang menjaga agar tegangan beban tetap walaupun ada perubahan yang besar pada tegangan jala-jala dan restansi (tahanan beban).

Gambar menunjukkan lambang skematis dioda zenar. Pada lambang ini garis-garisnya mempunyai huruf “z” singkatan dari “zener”. Gambar 2.11 menunjukkan grafik I/V dioda zener pada daerah maju, ia mulai menghantar pada tegangan sekitar 0,7 V, seperti dioda Silikon biasa.

Pada daerah bocor (antara nol dan dadal), ia hanya mempunyai sedikit arus bocor (arus dadal0. pada dioda zener, lengkungan disekitar titik dadalnya (bocornya) berbentuk lutut yang sangat tajam, diikuti dengan kenaikan lengkungan yang hampir vertikal. Dimana tegangannya hampir tetap, mendekati

Vz pada semua daerah dadal (daerah bocor). Lembaran data biasanya menetapkan nilai Vz pada arus pengetesan yang tertentu, Izt.

Pembuangan daya pada dioda zener sama dengan hasil kali tegangan dan arusnya. Yang mana rumusnya :

Pz = Vz . Iz ……….. (2.1) Dimana : Pz = Pembuangan daya (mW)

Vz = Tegangan pada zener (volt) Iz = Arus pada zener (mA) Misalnya, bila Vz = 12V dan Iz = 10mA, maka

Pz = 12 V x 0.10-3A = 120.0-3 W

= 120 mW

Selama Pz lebih kecil dari pada batas kemampuan daya, dioda zener dapat beroperasi di daerah dadalnya (daerah bocor) tanpa mengalami kerusakan. Arus maksimum juga berhubungan dengan batas kemampuan daya sebagai berikut :

z ZM

V P



ZM

Dimana : IZM = Batas kemampuan arus zener maksimum (mA)

PZM = Batas kemampuan daya (mW)

VZ = Tegangan zener (volt)

Misalnya, dioda zener 12V dengan batas kemampuan daya 400mW mempunyai batas kemampuan arus :

mA V mW 33 , 33 12 400

I_ZM  

Dioda zener disebut jgua sebagai pengatur tegangan karena ia mempertahankan tegangan keluaran yang tetap meskipun arus yang melaluinya berubah seperti ditunjukkan pada persamaan 2.3. Selanjutnya, untuk menghasilkan keadaan dadal (normal), tegangan sumbner Vs harus lebih besar dari pada tegangan dadal zener Vz. Tahanan seri Rs selalu digunakan untuk membatasi arus zener agar tidak melebihi batas kemampuan arusnya, kalau tidak dioda zener akan terbakar seperti alat lain yang mengalami kelebihan penghamburan daya (power dissipation). Jadi, arus yang melalui tahanan adalah :

s z s R V V   S

I ……….. (2.3)

Dimana : Is = Arus yang mengalir pada tahanan (mA0

Vs = Tegangan sumber (volt)

Rs = Tahanan seri (kilo Ohm)

Karena rangkaian ini adalah rangkaian seri maka arus zener Iz sama dengan Is

S

R

F I

Vz = Vzo + Iz Rz ……… (2.4) Dimana : Vz = Tegangan pada zener (volt)

Vzo = Tegangan awal pada zener (volt) Iz = Arus pada zener (mA)

Rz = Tahanan pada zener (kilo Ohm)

Supaya sebuah pengaturan zener dapat menjaga agar tegangan keluarnya tetap, maka dioda zener harus tetap berada di daerah dadal dalam segala keadaan operasi, ini sama artinya dengan mengatakan bahwa ahrus selalu ada arus zener untuk semua tegangan sumber dan arus beban. Kemungkinan yang paling buruk terjadi pada tegangan sumber minimum dan arus beban maksimum karena arus zener menurun sampai ke nilai minimumnya. Dalam hal ini,

) ( (min) S(min) I maks s z s R V V   ……….(2.5)

Yang dapat diatur kembali menjadi,

(min) (min) S(maks) I s z s I V V 

 ………(2.6)

Seperti telah ditunjukkan sebelumnya,

Iz = Is – IL ……… (2.7)

Dalam kemungkinan terburuk, persamaan ini ditulis sebagai

Iz(min) = Is(min) – IL(maks) ……… (2.8)

Titik kritis terjadi apabila arus beban maksimum sama dengan arus seri minimum.

IL(maks) = Is(min) ………. (2.9)

Pada titik ini arus zener turun menjadi nol dan pengaturan hilang. Dengan mengganti Is(min) dengan IL(maks) dalam persamaan 2.7, maka didapat hubungan

perancangan yang bermanfaat :

) ( (min) ) ( maks L z s maks S I V V

R   ……… (2.10)

Dimana : RS(maks) = Nilai kritis resistensi seri (Kilo Ohm)

VS(min) = Tegangan sumber minimum (volt)

VZ = Tegangan zener (volt)

II.4.3. Diac

Diac merupakan salah satu piranti yang dapat mempunyai arus penaham dalam salah satu dari dua arah yang banyak dipakai dalam rangkaian pengapian sederhana untuk Triac dalam pengaturan daya atau teganganAC.

Dalam Gambar 2-14, dipilih lain, jika polaritas V berlawanan dengan yang ditunjukkan dalam gambar 2-14, maka penahan kanan yang akan menutup V mulai malampaui tegangan dadal-jenuh. Lambang dari rangkaian Diac diberikan dalam Gambar 2-14.

Jika tegangan yang diberikan dengan polaritas ataupun, kurang dari tegangan dadal-jenuh VBO maka piranti ini akan tetap dalam keadaan resistansi

tinggi. Segera setelah tegangan melampaui VBO Diac memperlihatkan resistansi

negatif karena arus yang melewatinya meningkat padahal tegangan yang membentenginya jatuh.

Karakteristik ditunjukkan oleh Gambar 2-14.

R

V

BO

V



R

I

BO

V



F

V V



V

II.4.4

pakai sebagai elemen pelindung tegangan-lebih atau penurunan tegangan.

II.4.4.1

Gambar 2-15a dan b diberikan konstruksi dan lambang rangkaian piranti triac.

Triac (Thiristor Dwi-Arah)

Thiristor (Penyearah terkendali silicon) dan triac adalah piranti semikonduktor yang kini banyak dipakai dalam rangkaian pengendali daya. Piranti-piranti ini terutama cocok dalam penerapan pengendalian daya AC seperti pengendalian peredup lampu, kecepatan motor, pengendalian suhu dan juga banyak di

. Konstruksi, Rangkaian Ekivalen

Dalam

Sebagai dua SCR yang tersusun secara anti paralel seperti terlihat dalam Gambar 2-15a, dan ekuivalen dengan saklar-penahan dari Gambar 2-15b. Karena itu, triac padat mengendalikan arus dalam salah satu dari dua aras yang mungkin.

Gambar 2.16 Triac, (a) Rangkaian Ekuivalen, (b) Sistem Saklar Penahanan Ekuivalen

Jika tegangan catu daya V mempunyai polaritas yang ditunjukkan dalam Gambar 2-16a, maka picu potitif yang harus dipakai untuk maksud tersebut, dan ini akan menutup saklar sebelah kiri. Jika polaritas V dalam Gambar 2-16a dibalik, kita memerlukan picu negatif, dan ini akan menutup saklar kanan.

Tiristor dwi-arah adalah piranti tiga terminal yang dapat melewatkan arus dalam kedua arah melalui jalur arah utamanya. Terminal-terminal arus utama dikenal sebagai terminal utama-1 (MT1) dan terminal utama-2 (MT2) seperti

ditunjukkan dalam Gambar 2-16b.

Jika tegangan dipasang pada gerbang (relatif terhadap MT1) adalah nol,

triac mencegah aliran arus dalam kedua arah dengan adapun polaritas dari MT1

dan MT2, ditunjukkan pada karakteristiknya dalam Gambar 2-17. Piranti

kemudian berada dalam operasi tidak menghantar (blocking mode).

Triac dipicu ke dalam operasi menghantar (Conducting mode), menimbulkan suatu jalur resistansi rendah diantara MT1 dan MT2, karena

Sangat tergantung pada polaritas yang diberikan antara MT1 dan MT2 arus

akan mengalir baik dari MT2 dan MT1 ataupun dalam arah sebaliknya. Dalam

Gambar 2-17 diperlihatkan ada empat macam, modus memicu, dikenal sebagai I+,

I-, III+, dan III- yang dinyatakan dalam Tabel 2-2

MODUS Potensial MT2

Terhadap MT2

Potensial Gerbang Terhadap MT2 I+

I

-III+

III

-Positif Positif Negatif Negatif

Positif Negatif

Positif Negatif

Tabel 2.2. Modus Pemicu Triac

Sekarang kita perhatikan modus memicu I+, dalam hal ini triac dipicu

menjadi menghantar jika MT2 adalah positif terhadap MT1 oleh pulsa positif yang

BAB III

ANALISA RANGKAIAN

Pada sistem tenaga listrik, penggunaan komponen-komponen elektronika TRIAC dan DIAC umumnya dipakai dalam rangkaian pengaturan daya maupun tegangan listrik. Komponen elektronika yang dipakai pada sistem tenaga listrik ini, pada prinsipnya harus mampu menghasilkan daya besar atau mampu menahan kapasitas daya yang besar dalam hal ini dapat dianalisa beberapa teori mengenai prinsip rangkaian dasar PENSTABILAN TEGANGAN BOLAK-BALIK DENGAN TRIAC DAN DIAC.

III.1. Pembagi Tegangan

Rangkaian sederhana dari pada resistor sebagai pembagi tegangan diperlihatkan seperti dalam Gambar 3-1.

Untuk desain awal, arus yang mengalir (dimana R1 dan R2 sama dianggap tidak ada beban pada output) adalah :

I =

2 1 R R

Vin

 ……… (3-1)

Dan besar tegangan output pada R adalah :

Vin R R

R R

I

2 1

2 2

output .

V

 

 ……… (3-2)

III.2. Zener Regulasi Tegangan

Zener dipakai untuk membuat tegangan konstan dalam rangkaian hanya memberikan arus konstan yang berasal dari tegangan lebih tinggi dalam rangkaian dalam pemakaian arus zener selalu disalurkan melalui suatu resistor dari tegangan yang lebih tinggi yang ada disuatu tempat dalam rangkaian, seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 3-2.

Maka kuat arus yang mengalir dapat ditentukan dengan rumus :

I =

R Vout Vin

……….. (3-3)

xVin Rdin R

Rdin Vout

 

Dimana : Vin = tegangan masukan

Vout = tegangan keluaran

Rdin = resistansi dinamis zener

III.3. Perubahan Phasa TRIAC

Untuk mendapatkan pengontrolan yang lengkap, TRIAC sama dengan SCR, untuk perubahan phasa. Beberapa metode dapat digunakan untuk perubahan phasa, tetapi hanya satu yang dapat digunakan untuk unit ini. Dalam Gambar 3-3, sebuah DIAC digunakan untuk perubahan phasa pada TRIAC. Resistor R1 dan R1 digunakan langsung dengan kapasitor C1. Resistor R2 adalah tahapan geser dapat digunakan untuk mengontrol waktu pengisian pada kapasitor C1, resistor R2 digunakan untuk membatasi arus jika resistor R lebih besar dari 0 ohm. Kesimpulan hubungan DIAC dengan gerbang dari TRIAC akan hidup (ON) sewaktu capasitas C1 telah terisi tegangan sebesar 15 volt.

Ketika DIAC menyala (ON), kapasitor C akan mengisi lembaran diantaranya gelombang-gelombang dari TRIAC. Tiap-tiap perubahan sedikit ini akan menyalakan TRIAC atau menghidupkan (ON).

Ketika Triac menyala, disama terjadi drop tegangan dari 1 volt diantara MT1 dan MT2. Mengingat Triac menyala setelah tegangan AC turun sampai pada

batas yang cukup untuk dapat menyebabkan Triac mati atau off. Karena sistem perubahan phasa terhubung paralel dengan Triac sewaktu Triac menyala atau off pada akhir perputaran AC (rotasi).

III.4. Pengaturan Tegangan Dengan Mengatur Sudut Phasa Tegangan Bolak-Balik (AC)

Pengaturan tegangan untuk beban AC ini dapat dilakukan dengan rangkaian dasar pada Gambar 3.3.

Dalam Gambar 3.3 diperlihatkan suatu rangkaian dasar Triac terkontrol, tegangan dapat diatur supaya tetap konstan, dengan mengatur sudut phasa arus

Nilai Vrms dari tegangan keluaran yang konstan dapat dihitung dengan persamaan matematika sebagai berikut :

Untuk beban resistif :

2 1 2 2 sin 1

2 

    _{ }     m rms V V

α = sudut phasa (dalam derajat atau radian) ………. (3.4) Untuk beban induktif :

2 1 2 2 sin 1

2 

    _{ }     m rms V V         2  

 ………. (3.5)

III.4.1. Analisa Persamaan Matematika Untuk Menentukan Sudut Phasa

Pada beban resistor adalah sebagai berikut : Dari persamaan (3.4) :

2 1 2 2 sin 1

2 

    _{ }     m rms V V

Karena, Vm = Vrms . 2 maka hasil substitusinya yang di dapat

      _{ }     2 2 sin 1 2 2 rms rms V R V rms V V rms 2 2 2 2 2 sin

1 

     _{ }   

       rms V rmsR V sia 2 2 2 2                _   

 2 1

2 sin ₂ 2 rms V rmsR V

Dan batas harga sin 2α adalah -1 ≤sin 2α ≤ 1, berarti α dapat ditentukan dengan menyelesaikan persamaan berikut ini :

1 2 1 2 1 ₂ 2           rms V rmsL V ………. (3-6)

BAB IV

PENSTABILAN TEGANGAN BOLAK BALIK

1 PHASA DENGAN TRIAC

IV.1. Umum

Penurunan tegangan secara tiba-tiba memberikan pengaruh terhadap alat-alat elektronik yang dapat mengakibatkan kerusakan, untuk menjaga kerusakan alat-alat tersebut maka dapat menggunakan rangkaian Triac untuk penstabil tegangan bolak-balik satu phasa. Besarnya variasi arus yang ditentukan dengan komponen VR1 dan VR2, dimana VR1 dapat diatur sehingga tegangan ini terjaga dengan konstan oleh komponen dioda zener sebesar 50 volt, sehingga arus yang masuk kekomponen kondensatornya akan mengiuti bentuk tegangan yang ada, disini dioda terhubung secara singkat maka arus itu dilepaskan secara otomatis.

IV.2. Rangkaian Pembagi Tegangan

Rangkaian ini terdiri dari dua buah resistor yang diserikan sebagai pembagi tegangan seperti dalam Gambar 4-1.

Dimana R1 = 5600 ohm R2 = 4700 ohm Vinput = 220 volt

Maka arus yang dihasilkan : I =

2 1 R R Vin  I = 4700 5600 220 

I = 0,02135 ampere

Dan besar tegangan out put pada R yaitu :

Voutput = Vin

R R R 2 1 2 

Voutput = 220

4700 5600

4700 

Voutput = 100.38 volt

IV.3. Rangkaian Zener Regulasi Tegangan

Rangkaian ini terdiri dari satu buah resistor dan dua buah dioda zener, dalam pemakaian zener selalu disalurkan melalui suatu resistor dari tegangan yang lebih tinggi dari dalam rangkaian, seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini :

Dimana Vinput = 220 volt Voutput = 100,38 volt R = 3300 ohm

Maka arus yang dihasilkan yaitu : I = Vin R

Vout Vin

I =

3300 38 , 100 220

Daftar Komponen :

R1 R2 R3 R4 R5 R6 C1 C2

= 5K6, 1 watt = 4K7,1 watt = 3K3, ½ watt = 1K, ½ watt = 1K, ½ watt = 100 , ½ watt = 0,1 µf, 400 volt = 0,22 µf, 200 volt

VR1 VR2 ZD1 ZD2 C3 C4 Cf

= 250K = 50 K = 50 volt = 50 volt

= 0,22 µf, 200 volt = 0,22 µf, 200 volt = 0,1 µf, 400 volt

R3

R4

R 1

R 2

R 5

R 6

TAMPAK ATAS

TAMPAK BAWAH

OUTPUT Lf

IN

C4

Cf

ZD2 C2

ZD1

DIAC

C2

VR1 _VR2

G _TRIAC

C3

IV.4. Prinsip kerja

Pada keadaan normal tegangan masuk jala-jala dari PLN adalah 220 Volt,kemudian tegangan ini masuk kepembagi tegangan ( R1, R2 ). Dalam hal ini

pembagi tegangan berhubungan dengan Potensiometer ( VR2 ) yang berfungsi

sebagai pengaturan arus yang diinginkan ( mis : 220 Volt ).

Jika tegangan jala-jala turun maka tegangan efektif di beban dinaikan oleh step-up ( VL ) seharga 220 Volt juga,sehingga untuk mencapai tegangan break over kemudi ( DIAC ) dibutuhkan lebih rendah ini dapat dicapai oleh Condensator dalam waktu yang lebih singkat dari jaringan R-C ( R6-C3 ).

Jika tegangan jala-jala naik dari tegangan normal nya maka tegangan di beban juga ikut naik, sehingga untuk mencapai tegangan break over kemudi ( DIAC ) VA yang dibutuhkan lebih tinggi dengan demikian tegangan VL efektif beban terjaga konstan

Agar tegangan rangkaian ini konstan diperlukan juga Dioda Zener ( ZD1- ZD2 ) yang memberikan arus konstan yang berasal dari tegangan lebih

dalam rangkaian. Pemakaian Zener selalu disalurkan melalui resistor ( R3 ).

Sebuah DIAC digunakan untuk perubahan phasa pada TRIAC, Risistor ( R4-R5 ) digunakan langsung dengan Capasitor ( C2 ). R4 dapat digunakan untuk mengontrol waktu pengisian pada C2, R5 digunakan untuk membatasi arus jika arus lebih besar 0 amp. Hubungan DIAC dengan gerbang dari TRIAC akan hidup ( ON ) sewaktu C2 akan mengisi TRIAC berupa gelombang-gelombang, tiap perubahan ini akan menghidupkan TRIAC ( ON ).

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1. Kesimpulan

1. Penstabilan tegangan bolak-balik dengan mengunakan Thyristor dwi arah (Triac) ini akan memberikan tegangan keluaran yang konstan secara otomatis, bebas dari pengaruh variasi tegangan masukan jala-jala.

2. Sangat dibutuhkan penggunaannya, terutama bagi konsumen listrik PLN yang letak nya jauh dari pembangkit atau gardu listrik, sehingga droop tegangan tranmisi pada saat beban besar (malam hari ) menganggu kerja listrik, juga melindungi alat-alat listrik terhadap tegangan masukan tiba-tiba. 3. Harmonisasi yang timbul akibat pemotongan gelomban sinus ditekan

dengan mengunakan filter, sehingga tidak menggunakan peralatan listrik lainnya.

V. 2. Saran

1. Untuk memperpanjang umur pemakaian alat listrik yang tidak dilengkapi dengan alat pengaman sebaiknya memakai suatu penstabilan tegangan 2. Alat dapat dikembangkan untuk penstabilan tegangan pada daya yang lebih

besar sesuai yang dikehendaki, dengan mengantikan Thyristor yang kapasitas tegangan dan arus yang sesuai

DAFTAR PUSTAKA

Albert paul malvino, Phd, “ Prinsip-prinsip Elektronika” Penerbit Erlangga, jakarta , 1991

Francis D. Yuri Dipl Eng, Drs “ Teknologi Elektronika Catu Daya “ CV. Bahagia , Pekalongan , 1993

F. suryatmo. “ Dasar-Dasar Teknik Listrik “ Penerbit bina Adiaksara Jakarta, 2002 Gc. Loveday “ Melacak Kesalahan Elektronoika”

Penerbit PT. Elex media Kompentindo 1991

Zuhal “ Dasar Teknik Tenaga Listrik Dan Elektronika daya “ Penerbit PT. Gramedia Pustaka Utama , Jakarta 1995

Dimana Vinput = 220 volt Voutput = 100,38 volt R = 3300 ohm

Maka arus yang dihasilkan yaitu : I = Vin R

Vout Vin

I =

3300 38 , 100 220

Daftar Komponen : R1 R2 R3 R4 R5 R6 C1 C2

= 5K6, 1 watt = 4K7,1 watt = 3K3, ½ watt = 1K, ½ watt = 1K, ½ watt = 100 , ½ watt = 0,1 µf, 400 volt = 0,22 µf, 200 volt

VR1 VR2 ZD1 ZD2 C3 C4 Cf = 250K = 50 K = 50 volt = 50 volt

= 0,22 µf, 200 volt = 0,22 µf, 200 volt = 0,1 µf, 400 volt

R3

R4 R

1 R 2

R 5

R 6

TAMPAK ATAS

TAMPAK BAWAH

OUTPUT Lf

IN

C4

Cf

ZD2 C2 ZD1

DIAC

C2 VR1 _VR2

G _TRIAC

C3

IV.4. Prinsip kerja

Pada keadaan normal tegangan masuk jala-jala dari PLN adalah 220 Volt,kemudian tegangan ini masuk kepembagi tegangan ( R1, R2 ). Dalam hal ini pembagi tegangan berhubungan dengan Potensiometer ( VR2 ) yang berfungsi sebagai pengaturan arus yang diinginkan ( mis : 220 Volt ).

Jika tegangan jala-jala turun maka tegangan efektif di beban dinaikan oleh step-up ( VL ) seharga 220 Volt juga,sehingga untuk mencapai tegangan break over kemudi ( DIAC ) dibutuhkan lebih rendah ini dapat dicapai oleh Condensator dalam waktu yang lebih singkat dari jaringan R-C ( R6-C3 ).

Jika tegangan jala-jala naik dari tegangan normal nya maka tegangan di beban juga ikut naik, sehingga untuk mencapai tegangan break over kemudi ( DIAC ) VA yang dibutuhkan lebih tinggi dengan demikian tegangan VL efektif beban terjaga konstan

Agar tegangan rangkaian ini konstan diperlukan juga Dioda Zener ( ZD1- ZD2 ) yang memberikan arus konstan yang berasal dari tegangan lebih

dalam rangkaian. Pemakaian Zener selalu disalurkan melalui resistor ( R3 ). Sebuah DIAC digunakan untuk perubahan phasa pada TRIAC, Risistor ( R4-R5 ) digunakan langsung dengan Capasitor ( C2 ). R4 dapat digunakan untuk mengontrol waktu pengisian pada C2, R5 digunakan untuk membatasi arus jika arus lebih besar 0 amp. Hubungan DIAC dengan gerbang dari TRIAC akan hidup ( ON ) sewaktu C2 akan mengisi TRIAC berupa gelombang-gelombang, tiap perubahan ini akan menghidupkan TRIAC ( ON ).

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1. Kesimpulan

1. Penstabilan tegangan bolak-balik dengan mengunakan Thyristor dwi arah (Triac) ini akan memberikan tegangan keluaran yang konstan secara otomatis, bebas dari pengaruh variasi tegangan masukan jala-jala.

2. Sangat dibutuhkan penggunaannya, terutama bagi konsumen listrik PLN yang letak nya jauh dari pembangkit atau gardu listrik, sehingga droop tegangan tranmisi pada saat beban besar (malam hari ) menganggu kerja listrik, juga melindungi alat-alat listrik terhadap tegangan masukan tiba-tiba. 3. Harmonisasi yang timbul akibat pemotongan gelomban sinus ditekan

dengan mengunakan filter, sehingga tidak menggunakan peralatan listrik lainnya.

V. 2. Saran

1. Untuk memperpanjang umur pemakaian alat listrik yang tidak dilengkapi dengan alat pengaman sebaiknya memakai suatu penstabilan tegangan 2. Alat dapat dikembangkan untuk penstabilan tegangan pada daya yang lebih

besar sesuai yang dikehendaki, dengan mengantikan Thyristor yang kapasitas tegangan dan arus yang sesuai

DAFTAR PUSTAKA

Albert paul malvino, Phd, “ Prinsip-prinsip Elektronika” Penerbit Erlangga, jakarta , 1991

Francis D. Yuri Dipl Eng, Drs “ Teknologi Elektronika Catu Daya “ CV. Bahagia , Pekalongan , 1993

F. suryatmo. “ Dasar-Dasar Teknik Listrik “ Penerbit bina Adiaksara Jakarta, 2002 Gc. Loveday “ Melacak Kesalahan Elektronoika”

Penerbit PT. Elex media Kompentindo 1991

Zuhal “ Dasar Teknik Tenaga Listrik Dan Elektronika daya “ Penerbit PT. Gramedia Pustaka Utama , Jakarta 1995