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