Dasar Sistem Kendali BAB II
BABII
RAGAM PENGUAT DALAM SISTEM KENDALl
1. Penguat Operasi
Hubungan
antara
sinyal
masukan
dan sinyal
penguatZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
( a m p l i f i e r ) dapat
dijelaskan melalui
ditunjukkan
pada Gambar
ILL
keluaran
bentuk
sebuah
elemen
blok
seperti
diagram
Disini VI sebagai sinyal masukan,
V2 dan V3
sebagai sinyal keluaran dan G sebagai penguatan ( g a i n ) .
1 mv~1
x250
1250mv~
Vl
_I
Gl
1 V3ONMLKJIHGFEDCBA
dcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
G2
-
~
(b )
Vl
_I
V2
Vl
•
Gl
_I
Gl xG2
I
V3
-
(c )
(a )
Gambar 11.1.Diagram Blok Penguat (a) Satu Tingkat (b) Dua Tingkat,
dan (c) Hasil Penyederhanaan.
Dari Gambar II.1.a. besar penguatan GI= V2iVl = konstanta. Bila VI= ImV
dan GI= 250, maka V2=
V jx
GI= 1 x 250mV.
Pad a penguat dua tingkat (Gambar
II.1.b.), dimisalkan VI tetap = ImV dan GI= G2= 50. Jadi sinyal keluaran V3=
GIX G2 atau V3= 1 x 50 x 50 = 2500 mV = 2,5 V.
potensiometer
GI x G2 = 50 x 0,5 = 25 berarti sinyal keluaran V 3 = 1
x 50 x 0,5 = 25 mY. Dari contoh terakhir
sebagai
G2 berupa
pembagiGFEDCBA
( d e v id e r ) , maka penguat G 2 akan lebih kecil dari 1, yaitu
G2 = 0,5. Dengan demikian
aktif
Seandainya
V ix
penguat
(a m p lifie r )
ini mudah dipahami bahwa komponen
dan
komponen
pasif
sebagai
pelemah
(a tte n u a to r ).
Untuk pemakaian elemen penguat lebih dari satu buah, biasanya dilukiskan
dengan sebuah bulatan bersimbol L ( s i g m a ) yang berarti penghubung
atau s u m m i n g j u n c t i o n .
pengurangan,
Dalam
prakteknya
penjumlah
I ini dapat berupa penjumlahan,
dan kombinasi dari keduanya sebagaimana
ditunjukan pada Gambar
II. 2.
Dari Gambar II. 2.c. Sinyal keluaran V w = V x
-
Vy + V z
23dcbaZYXWVUTSRQP
Vx
+
Vz = Vy + Vx
+
Vx
(a )
Vz
= Vx
- Vy
(b )
Vx
+
Vw = Vx - Vy + Vz
(c )
Gambar 11.2.ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
" S u m m in g J u n c tio n "
(a) Penjumlah
(c) Penjumlahan
(b) Pengurang
> 3 Input (Kombinasi).
Jika terminal keluaran diumpamakan ke terminal masukan sebuah penguat
A, maka Gambar 11.2 dapat disederhanakan menjadi seperti pada Gambar 1I.3.a.
Sementara bila terdapat dua buah
" s u m m in g
penyederhanaannya
ju n c tio n "
menjadi seperti pada Gambar II.3.b.
Vx
V2 = 20 ( Vx - Vy + Vz )
s s : ---110{
V2
(a )
Gambar 11.3. (a) Sebuah " S u m m i n g J u n c t i o n "
dengan Penguat
(b) Dua Buah " S u m m i n g J u n c t i o n dengan Penguat
Dari Gambar II.3.a., sinyaI keluaran V2
=
Vw X G x ( Vx - Vy + Vz).
j
Seandainya G, = 20, Vx= - IV, Vy= - 2 V dan Vz= 2V, maka Vw= [-1- (-2) + 2]
3V. Jadi20x3=60V.
Perlu diketahui bahwa yang telah diuraikan di atas adalah merupakan salah
satu bentuk penyelesaian yang terdiri dari beberapa buah
yang dalam prakteknya dapat berupa penguat operasi
(o p e r a tio n a l a m p lifie r ).
Penguat operasi yang sering digunakan sebagai piranti
macamnya,
" S u m m in g J u n c tio n " ,
kendali ini banyak
seperti penguat operasi penjumlah, penguat beda,
in te g r a to r , d ife r e n tia to r
dan penguat operasi Iainnya.
k o m p a r a to r ,
24
Penguat operasi sebagaimana
ditunjukan
pada Gambar II. 4 adalah salah
satu contoh yang banyak dijumpai dalam sistem kendali.
baikZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
" in v e r tin g "
maupun " n o n - i n v e r t i n g "
kedua terminal masukannya
secara serempak berperan sebagai penguat beda
apabila salah satu terminal
penguat penjumlah
4.a.
Penguat operasi yang
(d iffe r e n c e
a m p lifie r ).
digunakan
Sebaliknya,
saja yang digunakan sebagai jalan masukan, namanya
sebagaimana
(su m m e r= a d d e r)
Akan tetapi jika dua buah penguat
penjumlah
ditunjukkan
pada Gambar II.
yang memakai dua terminal
masukan terpisah (Gambar II. 4.b.) adalah penguat pengurang
( s u b s t r a c t o r ) . dcbaZYXWVUTSRQPONMLKJ
(a )
n . 4. Penguat Operasi (a) Penjumlah (b) Pengurang.
Gambar
Sinyal keluaran dari penguat operasi penjumlah diformulasikan
R GFEDCBA
R
R
f
f
f
V = -(V : - + V
lR
o
sebagai :
-+ V -)
2R
I
3
2
R
3
Adapun sinyal keluaran dari penguat operasi pengurang adalah :
.--
V.
=-
R
-.!2 . -
(V .
o
2
dapat
R
-.!2 . x -.!2 . )
R
I
2
Rangkaian
penjumlah
R
R
v.
R
3
3
penguat beda
juga
(d iffe r e n tia l
sebagai
pengurang.
a m p lifie r )
di atas berperan
Rangkaian
penguat
sebagai
beda
jenis
pengurang memiliki ciri khusus, yaitu kedua terminal masukanya mendapat sinyal
luar (V I dan V 2) secara serempak
Sementara
dengan
Rr
penguat
penjumlah
= 0 (dihubung
ditunjukan pada Gambar 11.5.
lengkap
digunakan
singkat).
dengan
satu terminal
Kedua jenis
tahanan
umpan-balik
saja yaitu
rangkaian
Re.
n o n -in v e r tin g
penguat
tersebut
25ZYXWVUTSRQPONM
dcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
GFEDCBA
V , o - - - - '\ N I r - _ - l
R,
(a)
(b)
Gambar 11.5. Penguat Operasi Beda (a) Pengurang
Semua rangkaian operasi sebagaimana
sekali digunakan
pada pengendali
yang telah dijelaskan
sistem servo.
servo umumnya
"servo
dalam
a m p lifie r .
"
dibagi dalam dua bagian, yaitu penguat awaI
dan penguat daya
(p r e -a m p lifie r )
di atas sering
Penguat yang digunakan
pengendali sistem servo ini lazim disebut penguat servo atau
Penguat
(b) Penjumlah,
(p o w e r
a m p lifie r )
yang langsung mencatu motor
servo itu sendiri.
Penguat daya ini harus disesuaikan
yang dikendalikan,
seperti arus, tegangan dan frekuensi yang diperlukan.
daya ini umumnya
mampu menghasilkan
sumber tegangan DC melalui sebuah
dengan spesifikasi
beban
Penguat
respons frekuensi hingga 1000 Hz dari
"chopper".
Bangunan penguat servo secara
keseluruhan ditunjukkan pada Gambar II. 6.
D e te rm in in g re s is to r
fo r G a in
In p u t 4
R
R4
In p u t 3
f
R
j
"0
1l
In p u t 2
D iffe re n tia l o u tp u t
±2 2 V d c @ 7 .5 A
R6
Powe
P re a m p
a m p lifie r
A1
In p u t 1
I
A2
+
R7
A 1 = 5 0 .0 0 0 V N
~
~
A2=10VN
OV
Gambar II. 6. Bangunan Penguat Servo Sederhana.
Biasanya
respons
komponen-komponen
satu
sistem.
frekuensi,
kompensator
Untuk
pemakaian
daya yang dihasilkan,
besar penguat
dan
lainnya telah didesain sebelum dirakit dalam
daya
rendah
dapat
digunakan
jenis
" C o m p le m e n ta r y S y m e tr y " jenis p u s h - p u ll kelas B. Penguat servo dapat digunakan
untuk mencatu
beban
dan temperatumya
dengan daya keluaran 5 kWatt, asalkan kondisi tegangan
setiap saat terjaga konstan.
Guna menghindari
timbulnya
26utsrqponmlkjihgfedcbaZ
variasi arus maupun tegangan akibat pengaruh temperaturZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
( d r i f t ) dapat digunakan
penguat
"chopper"
berkisar
I JlV/oC,
berpenguatan
disamping
Penguat
itu
juga
ini memiliki kestabilan
chopper
merupakan
penguat
umpan-balik
tinggi dari MOSFET.
berfungsi untuk merubah perbedaan antara sinyal masukan de dan
C hopper
sinyal umpan-balik
Selanjutnya
yang di stabilkan.
menjadi gelombang
gelombang
kotak berfrekuensi
kotak ini disearahkan
tinggi tanpa
dan difilter
" d r ift" .
guna menghasilkan
sinyal keluaran yang telah dikuatkan (lihat Gambar II. 7.).dcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
v~
DC and low
frequency
path
R
Chopper
Q
c
Detected and
filterdlow
~~CYSing",1
Chopper
drifer
Gambar 11.7. Penguat
Penguat
penguat operasi.
chopper
C hopper
Yang Distabilkan.
dalam diagram sistem bisa disederhanakan
Sinyal masukan
dipisahkan
(V in )
melalui dua komponen,
rangkain filter frekuensi tinggi (CI dan RI) dan rangkaian
(Cjdan
R2). Sinyal gelombang
tatkala transistor
chopper
kotak berfrekuensi
rendah mengalir
bahkan
sinyal
dikeluarkan
oleh chopper,
ke
chopper
"OFF" dan "ON" saat dialiri sinyal berfrekuensi
d r ift
Kapasitor
C3 berfungsi
sedangkan
sebagai
pelalu
tinggi.
serendah mungkin
terdeteksi
sinyal keluaran (Vo) merupakan
sinyal terdeteksi dan sinyal dari penguat frekuensi tinggi.
yaitu
filter frekuensi rendah
Adapun penguat ac diusahakan berpenguatan tinggi dengan
nol.
dengan sebuah
yang
total dari
27
Guna mengatasi terjadinya kejenuhaan pada penguat, diperlukan
penangkal
beban lebih, sedangkan
sinyal masukan
rangkaian
yang terlalu besar ditangkal
diode pemotongZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
( c l i p p e r d i o d e ) . Apabila sinyal keluaraan
menggunakan
besar dapat diblok atau direduksi dengan impedansi umpan-balik
terlalu
yang besar (lihat
Gambar II. 8.).
Input protectiondcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
r - - - - - - - - - - - - - - - - - -- _
1
,
"
I
I
~~
I
;t I--.t-..J
/
Diode
chpper
ifneeded:
Di~de
Di~de
15 k
-15 V
:1
I
I
I
I
I
I
II
Diode
I
I
Diode
Zener
I
+ 15 V I
11k
I
15 k
I
...J
Rr
V in
Y
- - - - A J 'V I t - - ~ _ 'lM r - - - - _ I
OU1
1k
Gambar II. 8. Rangkaian Penangkal Beban Lebih.
Di dalam sistem kendali tertutup
guna mengatasi
selisihnya
bekerja
perbedaan
sesekali diperlukan juga piranti proteksi
antara sinyal keluaran dan sinyal masukan ( s e t - V a l u e )
terlalu besar. Jika hal ini terjadi diharapkan
secara simultan
dengan elemen kendalinya.
piranti proteksi ini akan
Perubahan
parameter
yang
perJu dikendalikan
dapat berupa posisi poros, kecepatan sudut putar dan lain-lain,
yang kesemuanya
harus diumpan- balikkan ke penghubung
J u n c tio n ).
Perbedaan
inilah yang
penjumlah
diproses elemen kendali untuk
(S u m m in g
mengendalikan
sistem dalam keadaan yang semestinya, yaitu tanpa kesalahan yang berarti .
2. Penguat Thyristor (SCR) .
Thyristor
sedemikian
termasuk
piranti empat lapis
(PNPN atau NPNP) yang dirakit
rupa sehingga di bagian luar hanya ada tiga elektrode saja, yaitu G a t e ,
A n o d e , d a n K a to d e .
dan S i l i c o n
membedakan
Gambar II. 9.
Keluarga Thyristor adalah S i l i c o n C o n t r o l l e d R e c t i f i e r ( S C R )
C o n tr o lle d
keempat
S w itc h in g
keluarga
(S C S j,
thyristor
disamping
Triac
ini secara simbolik
dan Diac.
ditunjukkan
Untuk
pada
28dcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
G,;r
utsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
Cathode
Anode 2
Gate
Cathode
(a)
+
Cathode
(b)
Anode 1
(d)
Gambar 11.9. Simbol dan Konstruksi (a) SCR, (b) SCS,
(c) Triac, dan (d) Diac.
Di dalarn rnernbahas keluarga
thyristor kaitannya
sistern kendali, hanya dipilih SCR saja. Thyristor
dengan penguat untuk
(SCR)
akan aktif jika sinyal
penyulutZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
g a t e ( g a t e f i r i n g ) telah rnencapai sarna atau lebih besar dari tegangan
dadal (VBo), dan sebaliknya.
Dilihat dari fungsi waktu, proses rnengaktitkan
lebih singkat (0, 1 ~S - I ~S) dari pada proses non-aktifnya
Salah satu keunggulan
(orde satuan
watt),
SCR
yaitu 10 ~S - 30 ~S.
SCR adalah penyulutan terhadap g a t e dengan daya rendah
mampu
menghubungkan
atau mengaktitkan
sebuah
hingga orde kilowatt. Oleh sebab itu wajar jika SCR ini digolongkan
beban
dalarn piranti
penguat daya yang cukup besar.
Rangkaian
Garnbar II. 10.a.
SCR
dengan
kendali
geseran
fase
R-C
ditunjukkan
pada
Nilai tahanan variabel R dapat divariasi dari harga rnaksirnurn
hingga nol, tegangan pada titik A (VA) dapat bergeser fase hingga 180°. Apabila
V A positif ( a n o d e berpolaritas
VA tertinggal
positif), rnaka g a t e SCR tersulut.
0
pase 180 dari tergangan surnbemya
Narnun apabila
ini berarti berbalik pase 180°.
Dengan kata lain tegangan kendalinya tergeser rnaju, bila sudut geseran fase yang
tertinggal diperkecil atau dikurangl, bentuk gelornbang pada beberapa titik setelah
R divariasi ditunjukkan pada Gambar II. 10.b-d.
Zener diode Dz berfungsi sebagai proteksi perternuan
g a te -k a to d e ,
karena
batas tegangan g a t e saat VA positif sebesar 4,7 Volt, dan sekaligus sebagai s h u n t
saat VA berbalik negatif.
29dcbaZYXWVUTSRQPO
S u p p ly
~
L, ,
Ae
'J ':
ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
s u p p ly
VB
(a )
VA
VA
~~~
~ L L L '.~,,,-:"
IL
IL
IL
t
t
(b)
Gambar
11.10. (a) Rangkaian
(d) Keluaran
Keluaran
Geseran
Fase R -C,
Daya Rendah,
Daya Penuh.
phasor rangkaian
lO.e, dimana arus I mendahului
(e )
SCR Dengan Kendall
(b) dan (c) Gelombang
Diagram
t
(d)
(e )
penggeser
tegangan
fase ditunjukkan
sumbemya.
sefase dengan arus I dan tegangan Vc tertinggal
pada Gambar II.
Sementara
90° dibelakang
tegangan
VR
V R. Mengingat
sudut fase antara VR dan Vc selalu 90°, maka tempat kedudukan tegangan di titik A
akan berbentuk setengah Iingkaran
(diameter LN).
Bila sudut fase di titik A sebesar X, yang ditentukan
dari anaiisis ~ LAN
sebagai berikut :
Tan
a,
a, /
2 = VR / V c = IR / ( IIGFEDCBA
wC ) = wCR
= 2 tan-1wCR.
Di dalam praktik, rangkaian
terparaiel
sebuah
menghasilkan
Contoh
kapasitor
dengan
diode Zener pada
beban
terpasang
g a te
bersifat
SCR yang juga
resistif,
dapat
perhitungan yang akurat.
: Analisalah
dan tegangan
shunt
besar arus rata-rata
sumber 240 V-50
yang mengalir melalui beban 3,39 Ohm
Hz dari Gambar II. 10.a. Nilai R dan C pada
30
rangkaian
fase ini adalah 5 KOhm dan 1 ~F. Efek pembebananZYXWVUTSRQPONMLKJIHGF
g a te
penggeser
pada rangkaian tersebut untuk sementara diabaikan.ONMLKJIHGFEDCBA
Jaw ab:
Anggap tegangan
g a te
untuk menyulut SCR sangat kecil dan diabaikan .
Oengan demikian sudut penyulutanya adalah :
x 50xlO-6
a=2tan-1(2n
X
5xl03)
= 2dcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
x 57,5 = 115
0
0
•
Di sini SCR konduksi pada setengah periode positif dengan sudut antara
115
0
-
1800 • Persamaan tegangan sumber yang digunakan adalah :
2 4 0 -1 2
sin e = 339 sin e
Jadi arus rata -rata
pada beban adalah:
1
1800
27r
1IS0
339
100
f -
I IGFEDCBA
= ,
1800
sin e . de = -
3,39
[- cos e ]
27r
1 ]5 0
= 15,9[ ( - Cos 180°) - ( - Cos 115°)]
= 15,9 ( 1 - 0, 4226 )
=9,18A.
~
-.
__
~+VP
RV1
100 K ohm
VAVYl
10 K ohm
A
RV2
10 K ohm
VB~
c
(a )
G am bar
1 1 .1 1 .
(a) R a n g k a i a n
(b ) B e n tu k
Sinyal
penyulut
thyristor
diperoleh dari sebuah pembangkit
dari dua buah
(b )
transistor
P e m b a n g k it
P u ls a
(SCR)
Sederhana
dan
sederhana
dan
D ih a s ilk a n .
yang
paling
pulsa. Pembangkit
kompelementer
ditunjukkan pada Gambar II. 2.
Y ang
P u ls a
praktis
pulsa sederhana yang terdiri
dan rangkaian
penggeser
fase R-C
31
Manakala terjadi pelepasan muatan dari kapasitor C, potensial pada emitor
QI nol karena basisnya positif sehingga QI "OFF".
terbias
nol pula. Pada saat C termuati
melalui
Dengan demikian
RVI, tegangan
basis Q2
VA akan naik
(Gambar II.2.b.) dan bila VEl lebih positip dari VBI, QI mulai "ON".
Mengingat
leI juga sarna dengan IB2' maka Q 2 juga aktif (ON), dengan pulsa berbentuk gigi
gergaji (VB) seperti pada Gambar II.1l.b.
Banyak macam generator pulsa yang dapat digunakan untuk menyulutZYXWVUTSRQPONMLKJIHGF
g a te
SCR ini terutama
m o n o s ta b le
yang
dipakai
di Industri
seperti
rangkaian
Ada pula piranti elektromagnetik
m u ltiv ib r a to r .
dan
b lo c k in g
sebagai
generator
pulsa, namun tidak dibahas disini .
Bentuk rangkaian thyristor (SCR) lain yang khusus yang digunakan sebagai
piranti pengendali beban arus searah adalah seperti yang ditunjukkan
11.12.
Bentuk gelombang
sumbernya
menghasilkan
yang
pada Gambar
arus akan sarna dengan bentuk gelombang
terpotong
pada
setiap
setengah
periode.
faktor bentuk dan faktor daya yang murni.
tegangan
Pemotongan
ini
Jika bebannya berupa
motor de, arus dapat mendahului komutasi murninya dan pemulsaan torsinya dapat
dicatat pada kecepatan
rendah.
Bentuk rangkaian seperti ini terbatas untuk daya
kecil di bawah 2 kWatt.dcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
I
+Vs
+
[]IDC
D
load .~
o
1
vs
For inductiveGFEDCBA
Jika bebannya bersifat resistif,
loads only
SCR akan "OFF" saat tegangan anode
berpolaritas
(a )
~.
negatif.
Sebaliknya jika
bebannya
bersifat
induktif arus akan
mengalir
terus untuk
beberapa
saat,
sesudah
itu tegangan
beban
akan
o Jrtgge
I
o
(b)
Vs
mengatur
sendiri untuk mendapatkan
tegangan
anode
setengah
peri ode
yang
positif.
Pada
T
1 1 .1 2 . C o n t o h
potensial
pada setiap titik dari rangkaian sepertiONMLKJIHGFEDCBA
+Vs
G am bar
positif,
p e m a k a ia n
k o m u ta si
dengan
su a tu
beban
in d u k tif d a n r e s is tif.
ditunjukkan
pada
Gambar
1I.12.a,
sedang tegangan arah maju dari SCR
32
yangZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
t e r d r o p pada beban juga sekitar 1Volt.
negatif (Gambar II.l2.b), tegangan
drop
Sementara pada setengah periode
pada beban saat diode konduksi adalah
sekitar 1 Volt. Tegangan tersebut adalah tegangan arah mundur yang akan
membuat SCR menjadi "OFF" dalam waktu sekitar 20 !l detik.
Suatu pengembangan dari rangkaian SCR gelombang penuh sebagaimana
ditunjukkan pada Gambar II. l3.a, akan tetapi rangkaian ini terlalu mahal karena
diperlukan sebuah trafo. Rangkaian ini hanya khusus dipakai apabila dikehendaki
bahwa beban terpasang harus terisolasi dari tegangan sumbemya.
Arus ae yang
melalui beban dapat dikendalikan oleh sambungan parallel 2 buah SCR yang
berlawanan seperti tampak pada Gambar II. l3.b. SCR-l akan konduksi pada
setengah periode pertama, sedang SCR-2 pada setengah periode yang lain.
Mengingat SCR tidak mempunyai sambungan katode bersama, maka
rangkaian penyulut
harus terpisah dari SCR itu sendiri. Sebagai altematif
g a te
rangkaian ini dapat digunakan untuk mengendalikan beban de seandainya arus
beban dalam kondisi arah mundur. Dengan konduksinya SCR-I, arus beban
mengalir dari arah kiri ke kanan melalui beban, dan arah ini akan membalik jika
SCR-2
yang
konduksi.
Rangkaian
sepertidcbaZYXWVUTSRQPONMLK
I lll
dapat digunakan untuk
mengendalikan arus armatur pada pembalikan arah putaran.
TH 1
(b)
(a)
(d)
(c )
G am bar
1 1 .1 3 .
M odel
r a n g k a ia n
(b ) R a n g k a ia n
(c )
S C R : (a ) R a n g k a ia n
P a r a le l
d a n (d ) R a n g k a ia n
B e r la w a n a n
J e m b a ta n .
;
ONMLKJIHGFEDCBA
G e lo m b a n g
P enuh;
33
Sebuah
susunan
rangkaian
beban ac maupun de ditunjukkan
yang dapat digunakan
pada Gambar II. l3.c.
dc sebuah penyearah, yang mengendalikan
ac) dari penyearah
tersebut.
II. 13.d, pada dasarnya
dikhususkan
untuk
Adapun rangkaian seperti ditunjukkan
sam a seperti pad a Gambar
mengendalikan
untuk rangkaian
SCR terhubung
Gambar
pada sisi
aliran arus pada kedua sisi (de maupun
pada Gambar
II. 13.c., hanya saja disini
arus beban yang
catatan bahwa kedua SCR terse but benar-benar
umumnya,
untuk mengendalikan
lebih
besar
lagi, dengan
simetris karakteristiknya.
II. l3.c., digunakan
Pada
untuk mengendalikan
beban berdaya sekitar 5 kWatt, sedangkan Gambar II. 13.d., mampu untuk beban
berdaya sekitar 20 kWatt. Untuk rangkaian seperti Gambar II. l3.d, jika beban de
bersifat induktif akan lebih tepat bila elemen A dan C atau B dan D dipasang SCR,
sementara pasangan
arus
beban
satunya lagi dipasang diode. Melalui pemasangan
induktif
mengkomutasi
akan
dicatu
melalui
diode
sementara
arus
seperti ini
dari
SCR
ke nol secara otomatis.
Untuk
beban
3 fase ac maupun
rangkaian
SCR seperti ditunjukkan
ekonomis.
Pada rangkaian
de di atas
pada Gambar
10 kWatt,
bila digunakan
II.14. (a) dan (b) akan lebih
de arus beban secara otomatis
mengkomutasi
SCR
dengan teganganZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
a n o d e yang lebih tinggi pada saat g a t e diberi pulsa penyulut.
;~::I
__dcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
.C
=r
SUPPIY~
load
Three
phase
supply
:
a,c
load
(a)
(b)
Gambar II. 14. (a) Rangkaian SCR Jembatan 3 Fase, (b) SCR dan Diode
Terpasang Paralel Berlawanan Untuk Beban 3 Fase.
Pada Gambar II.l4.b.,
Rangkaian
dasar pemakaian
diode akan memberikan
arus beban jalur yang lain.
SCR (Triac) dalam konfigurasi
dua arah sebagai
pengendali aliran arus beban ac diilustrasikan melalui Gambar II.I5.
34
Rangkaian
ini sangat efekti digunakan sebagai pengganti rangkaian paralel
berlawanan seperti pada gambar II.l4.b. di atas.
Load
Supply
Gambar 11.15.Rangkaian Dasar Triac.
3. Penguat Magnetik.
a. Reaktor JenuhZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
(S a tu r a b le R e a c to r )
Reaktor jenuh yang lazirn disingkat transduktor
sarna dengan transformator.
Transduktor terbagi dalarn dua jenis, yaitu transduktor
dengan dua kaki dan tiga kaki. Transduktor
besarnya dikendalikan
rnemiliki konstruksi fisik
didefinisikan
sebagai induktansi yang
oleh arus searah.
Reaktor jenuh sebagairnana
ditunjukkan
pada Garnbar II.16.a., terdiri dari
tiga buah kaki, dua kurnparan ae terhubung seri berlawanan
arah Nl dan N
2'
dan
kurnparan de N3. Kurnparan Nl dan NdcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
2 yang dialiri arus ae terpasang
pada kedua
kaki bagian tepi, sedangkan N3 yang dialiri arus de terpasang pada kaki tengah.
____
~-C-~
2
/
- - - 'I
/
~
Control
Circuit
(a)
I
I
I
I
I
Load Circuit
H
(b)
Gambar 11.16.(a) Reaktor jenuh 3 Kaki dan (b) Karakteristiknya
Fluksi magnet arus bolak - balik pada kaki tengah arahnya
berlawanan
sehingga tidak terjadi gaya gerak listrik (ggl) induksi pada arus searah N3. Hal ini
35utsrqponmlkjihgfedcbaZY
wajar
karena
meniadakan
jumlah
lilitan Nl
bolak - balik lac menghasilkan
Perubahan
arah (saling
Sebelum ada arus searah yang mengalir padaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDC
N 3 , arus
ggl induksi).
Pada kurva kemagnetan
dan N2 sarna dan berlawanan
gaya gerak magnet sebesar (NldcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCB
+ N2) lac = NIae.
dapat dilihat bahwa NIac menghasilkan
fluksi cI>1 yang besar akan membangkitkan
fluks sebesar cI>1.
gaya gerak listrik lawan
yang selanjutnya dapat merubah nilai reaktansi induktansi yang besar pula. Apabila
N3 dialiri arus searah Ide, NIae akan bergeser dari sumbu nol (keadaan-l)
menuju
suatu daerah magnetisasi jenuh (keadaan-2). Pada keadaan jenuh, perubahan fluksi
yang kecil saja dapat membuat reaktansi induktif dari rektor jenuh turun drastis,
yaitu: 21tfN dcI>IGFEDCBA
dt = 21tfL = XL.
Reaktansi
induktif
interval yang cukup
dari reaktor dari terse but temyata
lebar, dalam hal ini mencapai
dapat diatur pad a
20 : 1. Dengan
reaktansi induktif sebuah reaktor jenuh dapat diubah-ubah
kata lain,
dengan mengatur besar
arus searah Ide yang mengalir pad a kumparan arus searah N3. Dengan demikian,
reaktor jenuh ini dapat digunakan
untuk mengendalikan
daya yang besar. Jika reaktor jenuh
beban de, maka perlu penyearah.
magnetik
b.
ini akan digunakan
Untuk keperluan
arus bolak-balik
dengan
untuk mengendalikan
ini, lazim disebut
penguat
a m p l i f i e r ) . ONMLKJIHGFEDCBA
(m a g n e tic
P e n g u a t M a g n e tik
" S e lf E x c ite d " .
Pada sebuah penguat magnetik berbeban, tinjuan pertama difokuskan
pada
gaya gerak magnet (ggm) dari kumparan kendali Nc dan kumparan beban NL serta
besar arus yang mengalir didalamnya. Gaya gerak magnet dimaksud adalah :
Ie N,
= IL NL atau h = Ie. N, I NL.
I, dan It adalah arus rata-rata pada kumparan kendali dan beban dengan jumlah
Iilitan masing-rnasing
sebesar Nc dan NL.
Satu problem besar yang sering dijumpai pada penguat magnetik tipe ini
adalah ggl ac yang besar yang diinduksikan
beban yang dilewatkan
buah transduktor
trafo. Problema
pada kumparan kendali dari kumparan
ini dapat diatasi dengan memasang
dua
dalam seri dengan kumparan kendali disambung berlawanan arah
seperti ditunjukkan
pada Gambar II.17.
36
Dengan menambahkan sepasang kumparan yang disebut kumparan umpanbalik NF,
penguatan
yang melampaui daerah linier dapat dengan mudah
dimodifikasi. Jika dikenai umpan-balik positif, penguat akan bertambah besar dan
berkurang atau mengecil dikenai umpan-balik negatif. Kumparan umpan-balik NF
akan mengalirkan arus beban IGFEDCBA
L'
Pada saat gaya gerak magnet pada inti
transduktor nol, umpan-balik positifmemberikan ggm sebesar :ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
Ic N c
I, N,dcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
= I
N = I N atau I = N _ N
L
F
L
L
L
L
___
(1 -
1_
N
lo '
; akan
F
>
dari Ie.
N
c
I
NI
IN ! )
•
,
Magnetizing
current
Feedback Windings
+
Feedback
rectifer
r> :
a.c. Supply
Positive
feedback
operative
Output
rectifer
Load (dc)
-.
Garnbar 11.17. (a) Penguat
+
I
( c)
(a )
M a g n e tik " S e if-e x c ite d "
Berurnpan Balik Dengan
Beban DC,
(b) karakteristik tanpa urnpan-balik, dan (c) dengan urnpanbalik
Di sini berarti bahwa faktor penguatan adalah 1
I (
I-NF
I
NL ). Adapun
umpan- balik negatif akan memberikan arus kendali balik, karena arus kumparan
pada umpan-balik tidak diubah. Dengan demikian faktor penguat hanya dapat
diperbesar hingga batas arus kendali saat dikenai
" p o s iiif fe e d b a c k " ,
37
c. Penguat MagnetikZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
" S e lf-S a tu r a tin g " .
Metode
pengendali
yang menyatakan
besaranya
berikut berasal dari hukum
induksi
bahwa gaya gerak listrik yang diinduksikan
perubahan
fluksinya.
Sebagai
contoh,
elektromagnetik
tergantung
perubahan
fluksi
pada
adalah
tergantung pada hasil kali tegangan dan waktu yang diserap oleh kumparan.
Oleh
sebab
dapat
itu pemakaian
tegangan
positif
untuk waktu
yang tak terhingga
menaikkan fluksi pada arah positf, sedang tegangan negatif dapat menaikkan fluksi
pada arah negatif.
Gambar II. 18. menunjukkan
rangkaian penguat magnetikGFEDCBA
" s e lf - s a t u r a t in g "
sederhana. Apabila saklar S terbuka, fluksi inti pada setengah periode positif dari
VdcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
besar hingga dicapai titikjenuh.
L akan bertambah
diode terbatas
mundur
dan tidak ada tegangan
Pada setengah peri ode negatif,
yang tersimpan
dalam reaktor.
Akhirnya fluksi tidak dapat di "reset" dan inti tetap dalam keadaan jenuh.
S
-VL
Load
Gambar 11.18. Penguat Magnetik
Dengan
me "reset"
Setengah Gelombang.
" S e lf-S a tu r a tin g "
fluksi inti kumparan
kendali
pada setengah
peri ode
negatif, maka sudut fase konduksi beban pada setengah peri ode positif beserta arus
bebannya dapat dikendalikan
Me
"reset"
dengan akurat.
sebagaimana
menutup
dijelaskan
saklar
di atas
S. Besarnya
dalam
fluksi
prakteknya
saat
"reset"
dapat
dilakukan
dengan
sangat
tergantung
pada tegangan kendali Vc, kurve B-H dari inti reaktor dan banyaknya
lilitan pada kumparan kendali.
Rangkaian
ac ditunjukkan
penguat magnetik gelombang
penuh dengan tegangan keluaran
pada Gambar II.19.a. Pada setengah periode positif, arus beban
mengaiir melalui A, sedangkan B dalam kondisi "reset". Sebaliknya
priode negatif transduktor
B mengalirkan
saat setengah
arus beban, sedangkan A dalam kondisi
38
"reset".
Rangkaian
tersebut
keluaran de sebagaimana
dengan
sebuah tahanan,
untuk
menghasilkan
tegangan
ditunjukkan pada Gambar II. 19.b.
Metode pengendali
yang ditambah
dapat dimodifikasi
sederhana yang lain, yaitu seperti pada Gambar II. 19.,
dua diodeZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
s h u n t polaritas
berlawanan dan
memasang
sehingga
saat setengah
periode
negatif
tegangannya
"reset" fluksi inti. Metode ini disebut pengendali fluksi boeor
akan me
c o n t r o l ) . dcbaZYXWVUTSRQPONM
(le a k a g e
B
d .c .
(a )
lo a d
(b)
(a)
Gambar II. 19. Penguat Magnetik
Gelombang Penuh Untuk:
(a) Keluaran AC dan (b) Keluaran
DC.
(b)
Gambar
11.20.
Dua
Metode
Pengendalian Aksi Reset Dari
Penguat Magnetik.
Pada Gambar H.20, fluksi di "reset". Oleh tegangan kendali V c pada saat
setengah
periode negatif. Metode ini disebut pengendali
c o n tr o l).
Tegangan
ae pada fase yang berlawanan
dapat juga mengunakan
(e m f
dengan fase tegangan eatunya
baterai di tempat.
Gambar II.20.b. menunjukan
yaitu menggunakan
gaya gerak listrik
transistor.
rangkaian pengendali
Tegangan
fluksi boeor yang lain,
aktif maupun jenuh
antara Basis dan
Emiter akan lebih akurat untuk mengatur waktu agar didapat arus magnetisasi yang
eukup dalam rangkaian resetnya. Apabila waktu terse but telah dieapai , fluksi inti
akan mulai "reset".
Pada saat ini, transistor konduksi dan mengalirnya
kumparan
melalui
dengan
reakator
sebuah
diode.
katub yang bekerja
Fungsi
transistor
membuka
arus pada
disini
seolah-olah
mirip
dan menutup
bergantian
secara
periodik.
Persyaratan
yang harus dipenuhi dalam dasar sistem pengendali arus searah
ini, yaitu polaritas keluaran penguat daya harus dapat bergantian.
penguat
magnetik
memberikan
kondisi
persayaratan
keluaran
Hampir semua
de yang kurang
39
memuaskan,
sakalipun ragam rangkaian telah diadopsikan
penguatZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
p u s h - p u l l sebagaimana ditunjukkan
di dalamnya. Rangkaian
pada Gambar II. 21, termasuk salah
satu cara yang paling banyak dilakukan dalam mengantisipasi
kelemahan tersebut
di atas. Apabila penguat dikenai sinyal kendali nol, maka keluaran dari MAl dan
MA2 akan sarna besar tapi berlawanan
polaritas,
sehingga
beda potensial pada
beban akan nol juga.
+
MAl
Control
signal
Load
MA2ONMLKJIHGFEDCBA
G am bar
1 1 .2 1 .
Sebaliknya,
menyebabkan
P enguat
M a g n e tik
D a la m
Sam bungan
dikenai
sinyal
kendali
MA
sedangkan
bila penguat
naiknya
tegangan
keluaran
I'
Push-Pull.
dibuat
MA
tidak
2
nol dan
makin turun,
maka terminal beban bagian atas akan berpolaritas positif.
Demikan
halnya
jika
sinyal
kendalinya
dibalik,
akan
menyebabkan
polaritas tegangan beban yang berkebalikan juga. Rangkaian penguat magnetik ini
dapat digunakan untuk mencatu sebuah generator penguat terpisah. Dalam hal ini
penguat magnetik secara bergantian rnencatu kumparan penguat rnedan pada setiap
setengah periode.
d . P e n g e n d a lia n
P u ta r a n
M o to r
M em akai
R e a k to r
Jenuh.
Reaktor jenuh yang kumparan arus searahnya dikendalikan
transistor
yang bekerja bergantian
dapat digunakan
oleh dua buah
untuk mengenddalikan
arah
putaran motor ac berdaya kecil (Gambar II.22.). Motor ac ini dapat digunakan
sebagai
penggerak
penyetimbang,
pena
pencatat
(re c o rd e r),
penahan
/penyangga
jembatan
penggerak posisi kutup, atau pengatur piranti mekanik lainnya.
4 0 utsrqponmlkjihgfedcbaZ
Piranti aktif elektronik transistor yang berfungsi sebagai pemberi informasi
berupa besaran sinyal dan fase masukan yang akan menentukan
putaran motor yang dikendalikan.
reaktor jenuh (transduktor).
magnetik;
Pengendalian
motor ini menggunakan
SI dan S2 yang merupakan
yang dalam hal ini memanfaatkan
fluksi inti dan / atau reaktansi induktifkedua
kecepatan dan arah
komponen
arus kolektor
dua buah
utama penguat
I, sebagai
pengubah
transduktor tersebut.
Ql
Bl
Q2
1C2
G am bar
II.
22.
R e a k to r
ONMLKJIHGFEDCBA
Jenuh
( MA
)
Sebagai
P e n g e n d a li
M o to r
Ac
B erdaya R endah.
Adapun sumber tegangan yang digunakan dalam sistem tersebut yaitu arus
searah dan arus bolak-balik.
Sumber arus searah mencatu daya ke transistor dan
kumparan kaki tengah transduktor,
untuk mencatu
tegangan
kumparan
sedangkan arus sumber bolak-balik
transduktor
digunakan
dua sisi lainnya dan motor kapasitor. Bila
basis transistor Ql lebih positif dari tegangan basis transistor
arus kolektor
ICI akan naik, sehingga
drastis dan jauh
lebih kecil bila dibandingkan
reaktor S2. Akibatnya,
sedang kumparan
reaktansi
kumparan
induktif
dengan
pada reaktor
reaktansi
SI turun
induktif
medan F 1 secara langsung tereksitasi
medan F2 tereksitasi
Q2, maka
secara tidak langsung (sebagian)
pad a
arus ac,
melalui
kumparan reaktor S2 dan kapasitor C. Dengan demikian akan ada torsi awal jalan
pada satu arah. Sebaliknya bila tegangan basis transistor Q2 yang lebih positf, maka
arus kolektor IC2 yang mengalir pada kumparan kaki tengah S2 akan menyebabkan
41
reaktansi
induktif
reaktansi
induktif reaktor
tereksitasi
transduktor
Si.
S2 turun jauh
Akibatnya
arus ac, sedang kumparan
lebih kecil dibandingkan
dengan
medan F2 secara langsung
kumparan
medan F, tereksitasi
secara tidak langsung
(sebagian) melalui kumparan reaktor S1 dan kapasitor C. Dengan demikian, motor
akan berputar pad a arah yang berlawanan.
4. Penguat
Putaran.
Setiap
dasamya
generator
yang
berputar
dengan
menghasilkan
adalah sebuah penguat putaran, termasuk
tegangan,
pada
generator
de yang umumnya
hamper tidak terpikirkan dalam konteks ini. Pada mesin-mesin
de penguat terpisah
berdaya kecil, penguat dayanyaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
( p o w e r - g a i n ) dapat mencapai 50. Sementara pada
system kendali l o o p tertutup, penguat putaran dapat menghasilkan
4
1 0 • Penguat putaran tipe ini dapat dijumpai
daya hinggadcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
A m p lid y n e
faktor penguat
pada pengoperasian
dan M e t a d y n e , sebagaimana akan dijelaskan berikut ini.
5. Amplidyne
dan Metadyne.
Dua me sin listrik ( A m p l i d y n e d a n M e t a d y n e ) yang memiliki
konstruksi
mekanik hampir sarna ini, keduanya dapat dijelaskan sekaligus. Armatur mesin ini
diatur oleh penggerak
pada kumparan
mula luar yang putarannya
kendali akan menghasilkan
konstan.
Arus yang mengalir
fluksi kendali
RAGAM PENGUAT DALAM SISTEM KENDALl
1. Penguat Operasi
Hubungan
antara
sinyal
masukan
dan sinyal
penguatZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
( a m p l i f i e r ) dapat
dijelaskan melalui
ditunjukkan
pada Gambar
ILL
keluaran
bentuk
sebuah
elemen
blok
seperti
diagram
Disini VI sebagai sinyal masukan,
V2 dan V3
sebagai sinyal keluaran dan G sebagai penguatan ( g a i n ) .
1 mv~1
x250
1250mv~
Vl
_I
Gl
1 V3ONMLKJIHGFEDCBA
dcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
G2
-
~
(b )
Vl
_I
V2
Vl
•
Gl
_I
Gl xG2
I
V3
-
(c )
(a )
Gambar 11.1.Diagram Blok Penguat (a) Satu Tingkat (b) Dua Tingkat,
dan (c) Hasil Penyederhanaan.
Dari Gambar II.1.a. besar penguatan GI= V2iVl = konstanta. Bila VI= ImV
dan GI= 250, maka V2=
V jx
GI= 1 x 250mV.
Pad a penguat dua tingkat (Gambar
II.1.b.), dimisalkan VI tetap = ImV dan GI= G2= 50. Jadi sinyal keluaran V3=
GIX G2 atau V3= 1 x 50 x 50 = 2500 mV = 2,5 V.
potensiometer
GI x G2 = 50 x 0,5 = 25 berarti sinyal keluaran V 3 = 1
x 50 x 0,5 = 25 mY. Dari contoh terakhir
sebagai
G2 berupa
pembagiGFEDCBA
( d e v id e r ) , maka penguat G 2 akan lebih kecil dari 1, yaitu
G2 = 0,5. Dengan demikian
aktif
Seandainya
V ix
penguat
(a m p lifie r )
ini mudah dipahami bahwa komponen
dan
komponen
pasif
sebagai
pelemah
(a tte n u a to r ).
Untuk pemakaian elemen penguat lebih dari satu buah, biasanya dilukiskan
dengan sebuah bulatan bersimbol L ( s i g m a ) yang berarti penghubung
atau s u m m i n g j u n c t i o n .
pengurangan,
Dalam
prakteknya
penjumlah
I ini dapat berupa penjumlahan,
dan kombinasi dari keduanya sebagaimana
ditunjukan pada Gambar
II. 2.
Dari Gambar II. 2.c. Sinyal keluaran V w = V x
-
Vy + V z
23dcbaZYXWVUTSRQP
Vx
+
Vz = Vy + Vx
+
Vx
(a )
Vz
= Vx
- Vy
(b )
Vx
+
Vw = Vx - Vy + Vz
(c )
Gambar 11.2.ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
" S u m m in g J u n c tio n "
(a) Penjumlah
(c) Penjumlahan
(b) Pengurang
> 3 Input (Kombinasi).
Jika terminal keluaran diumpamakan ke terminal masukan sebuah penguat
A, maka Gambar 11.2 dapat disederhanakan menjadi seperti pada Gambar 1I.3.a.
Sementara bila terdapat dua buah
" s u m m in g
penyederhanaannya
ju n c tio n "
menjadi seperti pada Gambar II.3.b.
Vx
V2 = 20 ( Vx - Vy + Vz )
s s : ---110{
V2
(a )
Gambar 11.3. (a) Sebuah " S u m m i n g J u n c t i o n "
dengan Penguat
(b) Dua Buah " S u m m i n g J u n c t i o n dengan Penguat
Dari Gambar II.3.a., sinyaI keluaran V2
=
Vw X G x ( Vx - Vy + Vz).
j
Seandainya G, = 20, Vx= - IV, Vy= - 2 V dan Vz= 2V, maka Vw= [-1- (-2) + 2]
3V. Jadi20x3=60V.
Perlu diketahui bahwa yang telah diuraikan di atas adalah merupakan salah
satu bentuk penyelesaian yang terdiri dari beberapa buah
yang dalam prakteknya dapat berupa penguat operasi
(o p e r a tio n a l a m p lifie r ).
Penguat operasi yang sering digunakan sebagai piranti
macamnya,
" S u m m in g J u n c tio n " ,
kendali ini banyak
seperti penguat operasi penjumlah, penguat beda,
in te g r a to r , d ife r e n tia to r
dan penguat operasi Iainnya.
k o m p a r a to r ,
24
Penguat operasi sebagaimana
ditunjukan
pada Gambar II. 4 adalah salah
satu contoh yang banyak dijumpai dalam sistem kendali.
baikZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
" in v e r tin g "
maupun " n o n - i n v e r t i n g "
kedua terminal masukannya
secara serempak berperan sebagai penguat beda
apabila salah satu terminal
penguat penjumlah
4.a.
Penguat operasi yang
(d iffe r e n c e
a m p lifie r ).
digunakan
Sebaliknya,
saja yang digunakan sebagai jalan masukan, namanya
sebagaimana
(su m m e r= a d d e r)
Akan tetapi jika dua buah penguat
penjumlah
ditunjukkan
pada Gambar II.
yang memakai dua terminal
masukan terpisah (Gambar II. 4.b.) adalah penguat pengurang
( s u b s t r a c t o r ) . dcbaZYXWVUTSRQPONMLKJ
(a )
n . 4. Penguat Operasi (a) Penjumlah (b) Pengurang.
Gambar
Sinyal keluaran dari penguat operasi penjumlah diformulasikan
R GFEDCBA
R
R
f
f
f
V = -(V : - + V
lR
o
sebagai :
-+ V -)
2R
I
3
2
R
3
Adapun sinyal keluaran dari penguat operasi pengurang adalah :
.--
V.
=-
R
-.!2 . -
(V .
o
2
dapat
R
-.!2 . x -.!2 . )
R
I
2
Rangkaian
penjumlah
R
R
v.
R
3
3
penguat beda
juga
(d iffe r e n tia l
sebagai
pengurang.
a m p lifie r )
di atas berperan
Rangkaian
penguat
sebagai
beda
jenis
pengurang memiliki ciri khusus, yaitu kedua terminal masukanya mendapat sinyal
luar (V I dan V 2) secara serempak
Sementara
dengan
Rr
penguat
penjumlah
= 0 (dihubung
ditunjukan pada Gambar 11.5.
lengkap
digunakan
singkat).
dengan
satu terminal
Kedua jenis
tahanan
umpan-balik
saja yaitu
rangkaian
Re.
n o n -in v e r tin g
penguat
tersebut
25ZYXWVUTSRQPONM
dcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
GFEDCBA
V , o - - - - '\ N I r - _ - l
R,
(a)
(b)
Gambar 11.5. Penguat Operasi Beda (a) Pengurang
Semua rangkaian operasi sebagaimana
sekali digunakan
pada pengendali
yang telah dijelaskan
sistem servo.
servo umumnya
"servo
dalam
a m p lifie r .
"
dibagi dalam dua bagian, yaitu penguat awaI
dan penguat daya
(p r e -a m p lifie r )
di atas sering
Penguat yang digunakan
pengendali sistem servo ini lazim disebut penguat servo atau
Penguat
(b) Penjumlah,
(p o w e r
a m p lifie r )
yang langsung mencatu motor
servo itu sendiri.
Penguat daya ini harus disesuaikan
yang dikendalikan,
seperti arus, tegangan dan frekuensi yang diperlukan.
daya ini umumnya
mampu menghasilkan
sumber tegangan DC melalui sebuah
dengan spesifikasi
beban
Penguat
respons frekuensi hingga 1000 Hz dari
"chopper".
Bangunan penguat servo secara
keseluruhan ditunjukkan pada Gambar II. 6.
D e te rm in in g re s is to r
fo r G a in
In p u t 4
R
R4
In p u t 3
f
R
j
"0
1l
In p u t 2
D iffe re n tia l o u tp u t
±2 2 V d c @ 7 .5 A
R6
Powe
P re a m p
a m p lifie r
A1
In p u t 1
I
A2
+
R7
A 1 = 5 0 .0 0 0 V N
~
~
A2=10VN
OV
Gambar II. 6. Bangunan Penguat Servo Sederhana.
Biasanya
respons
komponen-komponen
satu
sistem.
frekuensi,
kompensator
Untuk
pemakaian
daya yang dihasilkan,
besar penguat
dan
lainnya telah didesain sebelum dirakit dalam
daya
rendah
dapat
digunakan
jenis
" C o m p le m e n ta r y S y m e tr y " jenis p u s h - p u ll kelas B. Penguat servo dapat digunakan
untuk mencatu
beban
dan temperatumya
dengan daya keluaran 5 kWatt, asalkan kondisi tegangan
setiap saat terjaga konstan.
Guna menghindari
timbulnya
26utsrqponmlkjihgfedcbaZ
variasi arus maupun tegangan akibat pengaruh temperaturZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
( d r i f t ) dapat digunakan
penguat
"chopper"
berkisar
I JlV/oC,
berpenguatan
disamping
Penguat
itu
juga
ini memiliki kestabilan
chopper
merupakan
penguat
umpan-balik
tinggi dari MOSFET.
berfungsi untuk merubah perbedaan antara sinyal masukan de dan
C hopper
sinyal umpan-balik
Selanjutnya
yang di stabilkan.
menjadi gelombang
gelombang
kotak berfrekuensi
kotak ini disearahkan
tinggi tanpa
dan difilter
" d r ift" .
guna menghasilkan
sinyal keluaran yang telah dikuatkan (lihat Gambar II. 7.).dcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
v~
DC and low
frequency
path
R
Chopper
Q
c
Detected and
filterdlow
~~CYSing",1
Chopper
drifer
Gambar 11.7. Penguat
Penguat
penguat operasi.
chopper
C hopper
Yang Distabilkan.
dalam diagram sistem bisa disederhanakan
Sinyal masukan
dipisahkan
(V in )
melalui dua komponen,
rangkain filter frekuensi tinggi (CI dan RI) dan rangkaian
(Cjdan
R2). Sinyal gelombang
tatkala transistor
chopper
kotak berfrekuensi
rendah mengalir
bahkan
sinyal
dikeluarkan
oleh chopper,
ke
chopper
"OFF" dan "ON" saat dialiri sinyal berfrekuensi
d r ift
Kapasitor
C3 berfungsi
sedangkan
sebagai
pelalu
tinggi.
serendah mungkin
terdeteksi
sinyal keluaran (Vo) merupakan
sinyal terdeteksi dan sinyal dari penguat frekuensi tinggi.
yaitu
filter frekuensi rendah
Adapun penguat ac diusahakan berpenguatan tinggi dengan
nol.
dengan sebuah
yang
total dari
27
Guna mengatasi terjadinya kejenuhaan pada penguat, diperlukan
penangkal
beban lebih, sedangkan
sinyal masukan
rangkaian
yang terlalu besar ditangkal
diode pemotongZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
( c l i p p e r d i o d e ) . Apabila sinyal keluaraan
menggunakan
besar dapat diblok atau direduksi dengan impedansi umpan-balik
terlalu
yang besar (lihat
Gambar II. 8.).
Input protectiondcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
r - - - - - - - - - - - - - - - - - -- _
1
,
"
I
I
~~
I
;t I--.t-..J
/
Diode
chpper
ifneeded:
Di~de
Di~de
15 k
-15 V
:1
I
I
I
I
I
I
II
Diode
I
I
Diode
Zener
I
+ 15 V I
11k
I
15 k
I
...J
Rr
V in
Y
- - - - A J 'V I t - - ~ _ 'lM r - - - - _ I
OU1
1k
Gambar II. 8. Rangkaian Penangkal Beban Lebih.
Di dalam sistem kendali tertutup
guna mengatasi
selisihnya
bekerja
perbedaan
sesekali diperlukan juga piranti proteksi
antara sinyal keluaran dan sinyal masukan ( s e t - V a l u e )
terlalu besar. Jika hal ini terjadi diharapkan
secara simultan
dengan elemen kendalinya.
piranti proteksi ini akan
Perubahan
parameter
yang
perJu dikendalikan
dapat berupa posisi poros, kecepatan sudut putar dan lain-lain,
yang kesemuanya
harus diumpan- balikkan ke penghubung
J u n c tio n ).
Perbedaan
inilah yang
penjumlah
diproses elemen kendali untuk
(S u m m in g
mengendalikan
sistem dalam keadaan yang semestinya, yaitu tanpa kesalahan yang berarti .
2. Penguat Thyristor (SCR) .
Thyristor
sedemikian
termasuk
piranti empat lapis
(PNPN atau NPNP) yang dirakit
rupa sehingga di bagian luar hanya ada tiga elektrode saja, yaitu G a t e ,
A n o d e , d a n K a to d e .
dan S i l i c o n
membedakan
Gambar II. 9.
Keluarga Thyristor adalah S i l i c o n C o n t r o l l e d R e c t i f i e r ( S C R )
C o n tr o lle d
keempat
S w itc h in g
keluarga
(S C S j,
thyristor
disamping
Triac
ini secara simbolik
dan Diac.
ditunjukkan
Untuk
pada
28dcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
G,;r
utsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
Cathode
Anode 2
Gate
Cathode
(a)
+
Cathode
(b)
Anode 1
(d)
Gambar 11.9. Simbol dan Konstruksi (a) SCR, (b) SCS,
(c) Triac, dan (d) Diac.
Di dalarn rnernbahas keluarga
thyristor kaitannya
sistern kendali, hanya dipilih SCR saja. Thyristor
dengan penguat untuk
(SCR)
akan aktif jika sinyal
penyulutZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
g a t e ( g a t e f i r i n g ) telah rnencapai sarna atau lebih besar dari tegangan
dadal (VBo), dan sebaliknya.
Dilihat dari fungsi waktu, proses rnengaktitkan
lebih singkat (0, 1 ~S - I ~S) dari pada proses non-aktifnya
Salah satu keunggulan
(orde satuan
watt),
SCR
yaitu 10 ~S - 30 ~S.
SCR adalah penyulutan terhadap g a t e dengan daya rendah
mampu
menghubungkan
atau mengaktitkan
sebuah
hingga orde kilowatt. Oleh sebab itu wajar jika SCR ini digolongkan
beban
dalarn piranti
penguat daya yang cukup besar.
Rangkaian
Garnbar II. 10.a.
SCR
dengan
kendali
geseran
fase
R-C
ditunjukkan
pada
Nilai tahanan variabel R dapat divariasi dari harga rnaksirnurn
hingga nol, tegangan pada titik A (VA) dapat bergeser fase hingga 180°. Apabila
V A positif ( a n o d e berpolaritas
VA tertinggal
positif), rnaka g a t e SCR tersulut.
0
pase 180 dari tergangan surnbemya
Narnun apabila
ini berarti berbalik pase 180°.
Dengan kata lain tegangan kendalinya tergeser rnaju, bila sudut geseran fase yang
tertinggal diperkecil atau dikurangl, bentuk gelornbang pada beberapa titik setelah
R divariasi ditunjukkan pada Gambar II. 10.b-d.
Zener diode Dz berfungsi sebagai proteksi perternuan
g a te -k a to d e ,
karena
batas tegangan g a t e saat VA positif sebesar 4,7 Volt, dan sekaligus sebagai s h u n t
saat VA berbalik negatif.
29dcbaZYXWVUTSRQPO
S u p p ly
~
L, ,
Ae
'J ':
ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
s u p p ly
VB
(a )
VA
VA
~~~
~ L L L '.~,,,-:"
IL
IL
IL
t
t
(b)
Gambar
11.10. (a) Rangkaian
(d) Keluaran
Keluaran
Geseran
Fase R -C,
Daya Rendah,
Daya Penuh.
phasor rangkaian
lO.e, dimana arus I mendahului
(e )
SCR Dengan Kendall
(b) dan (c) Gelombang
Diagram
t
(d)
(e )
penggeser
tegangan
fase ditunjukkan
sumbemya.
sefase dengan arus I dan tegangan Vc tertinggal
pada Gambar II.
Sementara
90° dibelakang
tegangan
VR
V R. Mengingat
sudut fase antara VR dan Vc selalu 90°, maka tempat kedudukan tegangan di titik A
akan berbentuk setengah Iingkaran
(diameter LN).
Bila sudut fase di titik A sebesar X, yang ditentukan
dari anaiisis ~ LAN
sebagai berikut :
Tan
a,
a, /
2 = VR / V c = IR / ( IIGFEDCBA
wC ) = wCR
= 2 tan-1wCR.
Di dalam praktik, rangkaian
terparaiel
sebuah
menghasilkan
Contoh
kapasitor
dengan
diode Zener pada
beban
terpasang
g a te
bersifat
SCR yang juga
resistif,
dapat
perhitungan yang akurat.
: Analisalah
dan tegangan
shunt
besar arus rata-rata
sumber 240 V-50
yang mengalir melalui beban 3,39 Ohm
Hz dari Gambar II. 10.a. Nilai R dan C pada
30
rangkaian
fase ini adalah 5 KOhm dan 1 ~F. Efek pembebananZYXWVUTSRQPONMLKJIHGF
g a te
penggeser
pada rangkaian tersebut untuk sementara diabaikan.ONMLKJIHGFEDCBA
Jaw ab:
Anggap tegangan
g a te
untuk menyulut SCR sangat kecil dan diabaikan .
Oengan demikian sudut penyulutanya adalah :
x 50xlO-6
a=2tan-1(2n
X
5xl03)
= 2dcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
x 57,5 = 115
0
0
•
Di sini SCR konduksi pada setengah periode positif dengan sudut antara
115
0
-
1800 • Persamaan tegangan sumber yang digunakan adalah :
2 4 0 -1 2
sin e = 339 sin e
Jadi arus rata -rata
pada beban adalah:
1
1800
27r
1IS0
339
100
f -
I IGFEDCBA
= ,
1800
sin e . de = -
3,39
[- cos e ]
27r
1 ]5 0
= 15,9[ ( - Cos 180°) - ( - Cos 115°)]
= 15,9 ( 1 - 0, 4226 )
=9,18A.
~
-.
__
~+VP
RV1
100 K ohm
VAVYl
10 K ohm
A
RV2
10 K ohm
VB~
c
(a )
G am bar
1 1 .1 1 .
(a) R a n g k a i a n
(b ) B e n tu k
Sinyal
penyulut
thyristor
diperoleh dari sebuah pembangkit
dari dua buah
(b )
transistor
P e m b a n g k it
P u ls a
(SCR)
Sederhana
dan
sederhana
dan
D ih a s ilk a n .
yang
paling
pulsa. Pembangkit
kompelementer
ditunjukkan pada Gambar II. 2.
Y ang
P u ls a
praktis
pulsa sederhana yang terdiri
dan rangkaian
penggeser
fase R-C
31
Manakala terjadi pelepasan muatan dari kapasitor C, potensial pada emitor
QI nol karena basisnya positif sehingga QI "OFF".
terbias
nol pula. Pada saat C termuati
melalui
Dengan demikian
RVI, tegangan
basis Q2
VA akan naik
(Gambar II.2.b.) dan bila VEl lebih positip dari VBI, QI mulai "ON".
Mengingat
leI juga sarna dengan IB2' maka Q 2 juga aktif (ON), dengan pulsa berbentuk gigi
gergaji (VB) seperti pada Gambar II.1l.b.
Banyak macam generator pulsa yang dapat digunakan untuk menyulutZYXWVUTSRQPONMLKJIHGF
g a te
SCR ini terutama
m o n o s ta b le
yang
dipakai
di Industri
seperti
rangkaian
Ada pula piranti elektromagnetik
m u ltiv ib r a to r .
dan
b lo c k in g
sebagai
generator
pulsa, namun tidak dibahas disini .
Bentuk rangkaian thyristor (SCR) lain yang khusus yang digunakan sebagai
piranti pengendali beban arus searah adalah seperti yang ditunjukkan
11.12.
Bentuk gelombang
sumbernya
menghasilkan
yang
pada Gambar
arus akan sarna dengan bentuk gelombang
terpotong
pada
setiap
setengah
periode.
faktor bentuk dan faktor daya yang murni.
tegangan
Pemotongan
ini
Jika bebannya berupa
motor de, arus dapat mendahului komutasi murninya dan pemulsaan torsinya dapat
dicatat pada kecepatan
rendah.
Bentuk rangkaian seperti ini terbatas untuk daya
kecil di bawah 2 kWatt.dcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
I
+Vs
+
[]IDC
D
load .~
o
1
vs
For inductiveGFEDCBA
Jika bebannya bersifat resistif,
loads only
SCR akan "OFF" saat tegangan anode
berpolaritas
(a )
~.
negatif.
Sebaliknya jika
bebannya
bersifat
induktif arus akan
mengalir
terus untuk
beberapa
saat,
sesudah
itu tegangan
beban
akan
o Jrtgge
I
o
(b)
Vs
mengatur
sendiri untuk mendapatkan
tegangan
anode
setengah
peri ode
yang
positif.
Pada
T
1 1 .1 2 . C o n t o h
potensial
pada setiap titik dari rangkaian sepertiONMLKJIHGFEDCBA
+Vs
G am bar
positif,
p e m a k a ia n
k o m u ta si
dengan
su a tu
beban
in d u k tif d a n r e s is tif.
ditunjukkan
pada
Gambar
1I.12.a,
sedang tegangan arah maju dari SCR
32
yangZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
t e r d r o p pada beban juga sekitar 1Volt.
negatif (Gambar II.l2.b), tegangan
drop
Sementara pada setengah periode
pada beban saat diode konduksi adalah
sekitar 1 Volt. Tegangan tersebut adalah tegangan arah mundur yang akan
membuat SCR menjadi "OFF" dalam waktu sekitar 20 !l detik.
Suatu pengembangan dari rangkaian SCR gelombang penuh sebagaimana
ditunjukkan pada Gambar II. l3.a, akan tetapi rangkaian ini terlalu mahal karena
diperlukan sebuah trafo. Rangkaian ini hanya khusus dipakai apabila dikehendaki
bahwa beban terpasang harus terisolasi dari tegangan sumbemya.
Arus ae yang
melalui beban dapat dikendalikan oleh sambungan parallel 2 buah SCR yang
berlawanan seperti tampak pada Gambar II. l3.b. SCR-l akan konduksi pada
setengah periode pertama, sedang SCR-2 pada setengah periode yang lain.
Mengingat SCR tidak mempunyai sambungan katode bersama, maka
rangkaian penyulut
harus terpisah dari SCR itu sendiri. Sebagai altematif
g a te
rangkaian ini dapat digunakan untuk mengendalikan beban de seandainya arus
beban dalam kondisi arah mundur. Dengan konduksinya SCR-I, arus beban
mengalir dari arah kiri ke kanan melalui beban, dan arah ini akan membalik jika
SCR-2
yang
konduksi.
Rangkaian
sepertidcbaZYXWVUTSRQPONMLK
I lll
dapat digunakan untuk
mengendalikan arus armatur pada pembalikan arah putaran.
TH 1
(b)
(a)
(d)
(c )
G am bar
1 1 .1 3 .
M odel
r a n g k a ia n
(b ) R a n g k a ia n
(c )
S C R : (a ) R a n g k a ia n
P a r a le l
d a n (d ) R a n g k a ia n
B e r la w a n a n
J e m b a ta n .
;
ONMLKJIHGFEDCBA
G e lo m b a n g
P enuh;
33
Sebuah
susunan
rangkaian
beban ac maupun de ditunjukkan
yang dapat digunakan
pada Gambar II. l3.c.
dc sebuah penyearah, yang mengendalikan
ac) dari penyearah
tersebut.
II. 13.d, pada dasarnya
dikhususkan
untuk
Adapun rangkaian seperti ditunjukkan
sam a seperti pad a Gambar
mengendalikan
untuk rangkaian
SCR terhubung
Gambar
pada sisi
aliran arus pada kedua sisi (de maupun
pada Gambar
II. 13.c., hanya saja disini
arus beban yang
catatan bahwa kedua SCR terse but benar-benar
umumnya,
untuk mengendalikan
lebih
besar
lagi, dengan
simetris karakteristiknya.
II. l3.c., digunakan
Pada
untuk mengendalikan
beban berdaya sekitar 5 kWatt, sedangkan Gambar II. 13.d., mampu untuk beban
berdaya sekitar 20 kWatt. Untuk rangkaian seperti Gambar II. l3.d, jika beban de
bersifat induktif akan lebih tepat bila elemen A dan C atau B dan D dipasang SCR,
sementara pasangan
arus
beban
satunya lagi dipasang diode. Melalui pemasangan
induktif
mengkomutasi
akan
dicatu
melalui
diode
sementara
arus
seperti ini
dari
SCR
ke nol secara otomatis.
Untuk
beban
3 fase ac maupun
rangkaian
SCR seperti ditunjukkan
ekonomis.
Pada rangkaian
de di atas
pada Gambar
10 kWatt,
bila digunakan
II.14. (a) dan (b) akan lebih
de arus beban secara otomatis
mengkomutasi
SCR
dengan teganganZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
a n o d e yang lebih tinggi pada saat g a t e diberi pulsa penyulut.
;~::I
__dcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
.C
=r
SUPPIY~
load
Three
phase
supply
:
a,c
load
(a)
(b)
Gambar II. 14. (a) Rangkaian SCR Jembatan 3 Fase, (b) SCR dan Diode
Terpasang Paralel Berlawanan Untuk Beban 3 Fase.
Pada Gambar II.l4.b.,
Rangkaian
dasar pemakaian
diode akan memberikan
arus beban jalur yang lain.
SCR (Triac) dalam konfigurasi
dua arah sebagai
pengendali aliran arus beban ac diilustrasikan melalui Gambar II.I5.
34
Rangkaian
ini sangat efekti digunakan sebagai pengganti rangkaian paralel
berlawanan seperti pada gambar II.l4.b. di atas.
Load
Supply
Gambar 11.15.Rangkaian Dasar Triac.
3. Penguat Magnetik.
a. Reaktor JenuhZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
(S a tu r a b le R e a c to r )
Reaktor jenuh yang lazirn disingkat transduktor
sarna dengan transformator.
Transduktor terbagi dalarn dua jenis, yaitu transduktor
dengan dua kaki dan tiga kaki. Transduktor
besarnya dikendalikan
rnemiliki konstruksi fisik
didefinisikan
sebagai induktansi yang
oleh arus searah.
Reaktor jenuh sebagairnana
ditunjukkan
pada Garnbar II.16.a., terdiri dari
tiga buah kaki, dua kurnparan ae terhubung seri berlawanan
arah Nl dan N
2'
dan
kurnparan de N3. Kurnparan Nl dan NdcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
2 yang dialiri arus ae terpasang
pada kedua
kaki bagian tepi, sedangkan N3 yang dialiri arus de terpasang pada kaki tengah.
____
~-C-~
2
/
- - - 'I
/
~
Control
Circuit
(a)
I
I
I
I
I
Load Circuit
H
(b)
Gambar 11.16.(a) Reaktor jenuh 3 Kaki dan (b) Karakteristiknya
Fluksi magnet arus bolak - balik pada kaki tengah arahnya
berlawanan
sehingga tidak terjadi gaya gerak listrik (ggl) induksi pada arus searah N3. Hal ini
35utsrqponmlkjihgfedcbaZY
wajar
karena
meniadakan
jumlah
lilitan Nl
bolak - balik lac menghasilkan
Perubahan
arah (saling
Sebelum ada arus searah yang mengalir padaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDC
N 3 , arus
ggl induksi).
Pada kurva kemagnetan
dan N2 sarna dan berlawanan
gaya gerak magnet sebesar (NldcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCB
+ N2) lac = NIae.
dapat dilihat bahwa NIac menghasilkan
fluksi cI>1 yang besar akan membangkitkan
fluks sebesar cI>1.
gaya gerak listrik lawan
yang selanjutnya dapat merubah nilai reaktansi induktansi yang besar pula. Apabila
N3 dialiri arus searah Ide, NIae akan bergeser dari sumbu nol (keadaan-l)
menuju
suatu daerah magnetisasi jenuh (keadaan-2). Pada keadaan jenuh, perubahan fluksi
yang kecil saja dapat membuat reaktansi induktif dari rektor jenuh turun drastis,
yaitu: 21tfN dcI>IGFEDCBA
dt = 21tfL = XL.
Reaktansi
induktif
interval yang cukup
dari reaktor dari terse but temyata
lebar, dalam hal ini mencapai
dapat diatur pad a
20 : 1. Dengan
reaktansi induktif sebuah reaktor jenuh dapat diubah-ubah
kata lain,
dengan mengatur besar
arus searah Ide yang mengalir pad a kumparan arus searah N3. Dengan demikian,
reaktor jenuh ini dapat digunakan
untuk mengendalikan
daya yang besar. Jika reaktor jenuh
beban de, maka perlu penyearah.
magnetik
b.
ini akan digunakan
Untuk keperluan
arus bolak-balik
dengan
untuk mengendalikan
ini, lazim disebut
penguat
a m p l i f i e r ) . ONMLKJIHGFEDCBA
(m a g n e tic
P e n g u a t M a g n e tik
" S e lf E x c ite d " .
Pada sebuah penguat magnetik berbeban, tinjuan pertama difokuskan
pada
gaya gerak magnet (ggm) dari kumparan kendali Nc dan kumparan beban NL serta
besar arus yang mengalir didalamnya. Gaya gerak magnet dimaksud adalah :
Ie N,
= IL NL atau h = Ie. N, I NL.
I, dan It adalah arus rata-rata pada kumparan kendali dan beban dengan jumlah
Iilitan masing-rnasing
sebesar Nc dan NL.
Satu problem besar yang sering dijumpai pada penguat magnetik tipe ini
adalah ggl ac yang besar yang diinduksikan
beban yang dilewatkan
buah transduktor
trafo. Problema
pada kumparan kendali dari kumparan
ini dapat diatasi dengan memasang
dua
dalam seri dengan kumparan kendali disambung berlawanan arah
seperti ditunjukkan
pada Gambar II.17.
36
Dengan menambahkan sepasang kumparan yang disebut kumparan umpanbalik NF,
penguatan
yang melampaui daerah linier dapat dengan mudah
dimodifikasi. Jika dikenai umpan-balik positif, penguat akan bertambah besar dan
berkurang atau mengecil dikenai umpan-balik negatif. Kumparan umpan-balik NF
akan mengalirkan arus beban IGFEDCBA
L'
Pada saat gaya gerak magnet pada inti
transduktor nol, umpan-balik positifmemberikan ggm sebesar :ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
Ic N c
I, N,dcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
= I
N = I N atau I = N _ N
L
F
L
L
L
L
___
(1 -
1_
N
lo '
; akan
F
>
dari Ie.
N
c
I
NI
IN ! )
•
,
Magnetizing
current
Feedback Windings
+
Feedback
rectifer
r> :
a.c. Supply
Positive
feedback
operative
Output
rectifer
Load (dc)
-.
Garnbar 11.17. (a) Penguat
+
I
( c)
(a )
M a g n e tik " S e if-e x c ite d "
Berurnpan Balik Dengan
Beban DC,
(b) karakteristik tanpa urnpan-balik, dan (c) dengan urnpanbalik
Di sini berarti bahwa faktor penguatan adalah 1
I (
I-NF
I
NL ). Adapun
umpan- balik negatif akan memberikan arus kendali balik, karena arus kumparan
pada umpan-balik tidak diubah. Dengan demikian faktor penguat hanya dapat
diperbesar hingga batas arus kendali saat dikenai
" p o s iiif fe e d b a c k " ,
37
c. Penguat MagnetikZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
" S e lf-S a tu r a tin g " .
Metode
pengendali
yang menyatakan
besaranya
berikut berasal dari hukum
induksi
bahwa gaya gerak listrik yang diinduksikan
perubahan
fluksinya.
Sebagai
contoh,
elektromagnetik
tergantung
perubahan
fluksi
pada
adalah
tergantung pada hasil kali tegangan dan waktu yang diserap oleh kumparan.
Oleh
sebab
dapat
itu pemakaian
tegangan
positif
untuk waktu
yang tak terhingga
menaikkan fluksi pada arah positf, sedang tegangan negatif dapat menaikkan fluksi
pada arah negatif.
Gambar II. 18. menunjukkan
rangkaian penguat magnetikGFEDCBA
" s e lf - s a t u r a t in g "
sederhana. Apabila saklar S terbuka, fluksi inti pada setengah periode positif dari
VdcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
besar hingga dicapai titikjenuh.
L akan bertambah
diode terbatas
mundur
dan tidak ada tegangan
Pada setengah peri ode negatif,
yang tersimpan
dalam reaktor.
Akhirnya fluksi tidak dapat di "reset" dan inti tetap dalam keadaan jenuh.
S
-VL
Load
Gambar 11.18. Penguat Magnetik
Dengan
me "reset"
Setengah Gelombang.
" S e lf-S a tu r a tin g "
fluksi inti kumparan
kendali
pada setengah
peri ode
negatif, maka sudut fase konduksi beban pada setengah peri ode positif beserta arus
bebannya dapat dikendalikan
Me
"reset"
dengan akurat.
sebagaimana
menutup
dijelaskan
saklar
di atas
S. Besarnya
dalam
fluksi
prakteknya
saat
"reset"
dapat
dilakukan
dengan
sangat
tergantung
pada tegangan kendali Vc, kurve B-H dari inti reaktor dan banyaknya
lilitan pada kumparan kendali.
Rangkaian
ac ditunjukkan
penguat magnetik gelombang
penuh dengan tegangan keluaran
pada Gambar II.19.a. Pada setengah periode positif, arus beban
mengaiir melalui A, sedangkan B dalam kondisi "reset". Sebaliknya
priode negatif transduktor
B mengalirkan
saat setengah
arus beban, sedangkan A dalam kondisi
38
"reset".
Rangkaian
tersebut
keluaran de sebagaimana
dengan
sebuah tahanan,
untuk
menghasilkan
tegangan
ditunjukkan pada Gambar II. 19.b.
Metode pengendali
yang ditambah
dapat dimodifikasi
sederhana yang lain, yaitu seperti pada Gambar II. 19.,
dua diodeZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
s h u n t polaritas
berlawanan dan
memasang
sehingga
saat setengah
periode
negatif
tegangannya
"reset" fluksi inti. Metode ini disebut pengendali fluksi boeor
akan me
c o n t r o l ) . dcbaZYXWVUTSRQPONM
(le a k a g e
B
d .c .
(a )
lo a d
(b)
(a)
Gambar II. 19. Penguat Magnetik
Gelombang Penuh Untuk:
(a) Keluaran AC dan (b) Keluaran
DC.
(b)
Gambar
11.20.
Dua
Metode
Pengendalian Aksi Reset Dari
Penguat Magnetik.
Pada Gambar H.20, fluksi di "reset". Oleh tegangan kendali V c pada saat
setengah
periode negatif. Metode ini disebut pengendali
c o n tr o l).
Tegangan
ae pada fase yang berlawanan
dapat juga mengunakan
(e m f
dengan fase tegangan eatunya
baterai di tempat.
Gambar II.20.b. menunjukan
yaitu menggunakan
gaya gerak listrik
transistor.
rangkaian pengendali
Tegangan
fluksi boeor yang lain,
aktif maupun jenuh
antara Basis dan
Emiter akan lebih akurat untuk mengatur waktu agar didapat arus magnetisasi yang
eukup dalam rangkaian resetnya. Apabila waktu terse but telah dieapai , fluksi inti
akan mulai "reset".
Pada saat ini, transistor konduksi dan mengalirnya
kumparan
melalui
dengan
reakator
sebuah
diode.
katub yang bekerja
Fungsi
transistor
membuka
arus pada
disini
seolah-olah
mirip
dan menutup
bergantian
secara
periodik.
Persyaratan
yang harus dipenuhi dalam dasar sistem pengendali arus searah
ini, yaitu polaritas keluaran penguat daya harus dapat bergantian.
penguat
magnetik
memberikan
kondisi
persayaratan
keluaran
Hampir semua
de yang kurang
39
memuaskan,
sakalipun ragam rangkaian telah diadopsikan
penguatZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
p u s h - p u l l sebagaimana ditunjukkan
di dalamnya. Rangkaian
pada Gambar II. 21, termasuk salah
satu cara yang paling banyak dilakukan dalam mengantisipasi
kelemahan tersebut
di atas. Apabila penguat dikenai sinyal kendali nol, maka keluaran dari MAl dan
MA2 akan sarna besar tapi berlawanan
polaritas,
sehingga
beda potensial pada
beban akan nol juga.
+
MAl
Control
signal
Load
MA2ONMLKJIHGFEDCBA
G am bar
1 1 .2 1 .
Sebaliknya,
menyebabkan
P enguat
M a g n e tik
D a la m
Sam bungan
dikenai
sinyal
kendali
MA
sedangkan
bila penguat
naiknya
tegangan
keluaran
I'
Push-Pull.
dibuat
MA
tidak
2
nol dan
makin turun,
maka terminal beban bagian atas akan berpolaritas positif.
Demikan
halnya
jika
sinyal
kendalinya
dibalik,
akan
menyebabkan
polaritas tegangan beban yang berkebalikan juga. Rangkaian penguat magnetik ini
dapat digunakan untuk mencatu sebuah generator penguat terpisah. Dalam hal ini
penguat magnetik secara bergantian rnencatu kumparan penguat rnedan pada setiap
setengah periode.
d . P e n g e n d a lia n
P u ta r a n
M o to r
M em akai
R e a k to r
Jenuh.
Reaktor jenuh yang kumparan arus searahnya dikendalikan
transistor
yang bekerja bergantian
dapat digunakan
oleh dua buah
untuk mengenddalikan
arah
putaran motor ac berdaya kecil (Gambar II.22.). Motor ac ini dapat digunakan
sebagai
penggerak
penyetimbang,
pena
pencatat
(re c o rd e r),
penahan
/penyangga
jembatan
penggerak posisi kutup, atau pengatur piranti mekanik lainnya.
4 0 utsrqponmlkjihgfedcbaZ
Piranti aktif elektronik transistor yang berfungsi sebagai pemberi informasi
berupa besaran sinyal dan fase masukan yang akan menentukan
putaran motor yang dikendalikan.
reaktor jenuh (transduktor).
magnetik;
Pengendalian
motor ini menggunakan
SI dan S2 yang merupakan
yang dalam hal ini memanfaatkan
fluksi inti dan / atau reaktansi induktifkedua
kecepatan dan arah
komponen
arus kolektor
dua buah
utama penguat
I, sebagai
pengubah
transduktor tersebut.
Ql
Bl
Q2
1C2
G am bar
II.
22.
R e a k to r
ONMLKJIHGFEDCBA
Jenuh
( MA
)
Sebagai
P e n g e n d a li
M o to r
Ac
B erdaya R endah.
Adapun sumber tegangan yang digunakan dalam sistem tersebut yaitu arus
searah dan arus bolak-balik.
Sumber arus searah mencatu daya ke transistor dan
kumparan kaki tengah transduktor,
untuk mencatu
tegangan
kumparan
sedangkan arus sumber bolak-balik
transduktor
digunakan
dua sisi lainnya dan motor kapasitor. Bila
basis transistor Ql lebih positif dari tegangan basis transistor
arus kolektor
ICI akan naik, sehingga
drastis dan jauh
lebih kecil bila dibandingkan
reaktor S2. Akibatnya,
sedang kumparan
reaktansi
kumparan
induktif
dengan
pada reaktor
reaktansi
SI turun
induktif
medan F 1 secara langsung tereksitasi
medan F2 tereksitasi
Q2, maka
secara tidak langsung (sebagian)
pad a
arus ac,
melalui
kumparan reaktor S2 dan kapasitor C. Dengan demikian akan ada torsi awal jalan
pada satu arah. Sebaliknya bila tegangan basis transistor Q2 yang lebih positf, maka
arus kolektor IC2 yang mengalir pada kumparan kaki tengah S2 akan menyebabkan
41
reaktansi
induktif
reaktansi
induktif reaktor
tereksitasi
transduktor
Si.
S2 turun jauh
Akibatnya
arus ac, sedang kumparan
lebih kecil dibandingkan
dengan
medan F2 secara langsung
kumparan
medan F, tereksitasi
secara tidak langsung
(sebagian) melalui kumparan reaktor S1 dan kapasitor C. Dengan demikian, motor
akan berputar pad a arah yang berlawanan.
4. Penguat
Putaran.
Setiap
dasamya
generator
yang
berputar
dengan
menghasilkan
adalah sebuah penguat putaran, termasuk
tegangan,
pada
generator
de yang umumnya
hamper tidak terpikirkan dalam konteks ini. Pada mesin-mesin
de penguat terpisah
berdaya kecil, penguat dayanyaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
( p o w e r - g a i n ) dapat mencapai 50. Sementara pada
system kendali l o o p tertutup, penguat putaran dapat menghasilkan
4
1 0 • Penguat putaran tipe ini dapat dijumpai
daya hinggadcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
A m p lid y n e
faktor penguat
pada pengoperasian
dan M e t a d y n e , sebagaimana akan dijelaskan berikut ini.
5. Amplidyne
dan Metadyne.
Dua me sin listrik ( A m p l i d y n e d a n M e t a d y n e ) yang memiliki
konstruksi
mekanik hampir sarna ini, keduanya dapat dijelaskan sekaligus. Armatur mesin ini
diatur oleh penggerak
pada kumparan
mula luar yang putarannya
kendali akan menghasilkan
konstan.
Arus yang mengalir
fluksi kendali