ANALISIS KARAKTERISTIK KONVERTER AC-AC SATU FASA BERBEBAN RESISTIF VARIABEL
ANALISIS KARAKTERISTIK KONVERTER AC-AC SATU FASA BERBEBAN RESISTIF
VARIABEL
1
Anung
Asep Komarudin
Program Studi Teknik Elektro Sekolah Tinggi Teknologi Mandala
2
ABSTRAK
Konverter AC-AC satu fasa merupakan konverter yang dapat menghasilkan tegangan keluaran AC
(alternating current) variabel. Komponen utama yang digunakan sebagai sakelar semikonduktor
adalah TRIAC yang dikendalikan oleh IC TCA 785. Dengan mengatur sudut penyulut TRIAC dari α
= 0⁰ sampai α = 180⁰, maka tegangan keluaran konverter akan berubah. Dengan berubahnya nilai
tegangan keluaran tentu saja akan terjadi perubahan karakteristik dari konverter. Dalam penelitian
ini akan dibahas karakteristik konverter AC-AC untuk berbagai tegangan keluaran dan berbagai
beban keluaran. Untuk mengetahui karakteristik tersebut maka direalisasikan konverter AC-AC
dengan spesifikasi tegangan masukan 220 V daya keluaran maksimum 500 Watt. Dari hasil
pengujian dan analisis karakteristik konverter AC-AC satu fasa sebagai berikut: (1) Terjadi
penurunan tegangan keluaran VRMS saat beban resistif bertambah pada sudut penyulutan tetap.
Pada saat penyulutan TRIAC α = 00 penurunan tegangannya sebesar 7.0711 volt setiap
penambahan beban berdaya 100 watt, pada sudut α = 450 nilainya berkurang sebesar 6.7423 volt,
pada sudut α = 900 nilainya berkurang sebesar 4.9999 volt dan sudut α = 1350 nilainya berkurang
sebesar 2.1432 volt; (2) Terjadi kenaikan arus keluaran saat beban resistif bertambah pada sudut
penyulutan tetap. Pada saat penyulutan TRIAC α = 00 nilainya bertambah sebesar 0.3535 ampere
setiap penambahan beban berdaya 100 watt, pada sudut α = 450 nilainya bertambah sebesar
0.3305 ampere, sudut α = 900 nilainya bertambah sebesar 0.1785 ampere, sudut α = 1350 nilainya
bertambah sebesar 0.0336 ampere; (3) Nilai PF akan terus berkurang saat penambahan sudut
penyulutan. Pada sudut α = 00 memiliki nilai PF = 1 lagging, sudut α = 450 memiliki nilai PF =
0.9534 lagging, sudut α = 900 memiliki nilai PF = 0.707 lagging, sudut α = 1350 memiliki nilai PF =
0.3031 lagging, dan sudut α = 1800 memiliki nilai PF = 0 lagging. Nilai faktor daya tersebut akan
sama walaupun adanya perubahan beban resistif.
Kata kunci : konverter AC-AC satu fasa, sudut penyalaan α, tegangan keluaran, dan faktor daya
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
1
I.
Pendahuluan
Konverter AC-AC satu fasa merupakan
konverter
yang
dapat
menghasilkan
tegangan keluaran AC (alternating current)
variabel dari sumber AC tetap. Tegangan
keluaran
variabel
diperoleh
dengan
mengatur sudut penyalaan α. Pada paper ini
disajikan karakteristik konverter satu fasa
dengan tegangan keluaran variabel.
II. Landasan Teori
2.1. Konverter AC-AC Satu Fasa
Rangkaian konverter AC-AC satu fasa
merupakan
rangkaian
yang
dapat
menghasilkan tegangan keluaran AC
(alternating current) variabel dari sumber AC
tetap.
Rangkaian
konverter
ini
menggunakan
dua
buah
komponen
pensakelaran thyristor dengan konfigurasi
anti paralel, atau menggunakan satu buah
TRIAC (triode for alternating current).
Konverter AC-AC satu fasa biasa disebut
juga dengan pengontrol tegangan AC-AC
satu fasa.
Gambar 1. Konverter AC-AC satu fasa
Jika
sebuah
sakelar
thyristor
dihubungkan antara sumber AC dan beban,
aliran energi dapat dikontrol oleh variasi nilai
RMS dari tegangan AC yang dipakai oleh
beban. Arus bolak-balik dari sumber akan
mengalir pada sisi beban setiap setengah
siklus dari periode tegangan sumber. Nilai
RMS dari tegangan beban dapat diubah-
ubah dengan cara mengubah besarnya
sudut perlambatan penyulutan thyristor 'α ' .
2.2. Kontrol Sudut Fasa Berbeban Resistif
Dalam
kontrol sudut fasa, thyristor
digunakan
sebagai
sakelar
untuk
menghubungkan rangkaian beban ke
sumber tegangan AC setiap setengah siklus
positif dan setengah siklus negatif,
Prinsip kerja rangkaian dapat dijelaskan
melalui gambar 2 dan gambar 3 yaitu ketika
Thyristor T1 akan mengalami tegangan arah
maju selama setengah siklus positif dari
tegangan sumber dengan asumsi kondisi
aktif (ON). Tegangan sumber akan sampai
ke beban resistif dan tegangan keluaran
VRMS = VS selama waktu ωt + α sampai π
radian. T1 dipicu dengan sudut penyulutan
‘α’ (0 ≤ α ≤ π radian).Arus mengalir melalui
T1 terus ke beban dan kembali lagi ke
=
sumber selama T1 konduksi dari
sampai dengan π radian.
Pada saat = , tegangan dan arus
akan sama dengan nol, sehingga T1 padam.
kemudian T2 akan mengalami tegangan
arah maju selama siklus negatif dari
tegangan sumber. T2dipicu dengan sudut
+ , arus dan tegangan mengalir dari
sumber menujuT2, dan terus ke beban
kemudian kembali ke sumber selama
setengah siklus negatif dari tegangan
sumber ωt = (π + α) sampai dengan2π.
Karena T2siklus negatif maka arus beban
dan tegangannya negatif selama
=
+ sampai dengan 2π.
Gambar 2. Kontrol tegangan AC satu fasa
berbeban resistif
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
2
V
= V sin ωt
2
2
=
. sin
=
2
=
Interval waktu antara pemberian pulsa
trigger untuk T1 dan T2 kondisi aktif (ON)
selama selang waktu
radian atau 1800.
Pada saat
= 2
tegangan sumber
berubah menuju nol, dan menyebabkan
arus tidak mengalir dari sumber menuju ke
beban. Keadaan ini sekaligus menyebabkan
T2akan berada dalam keadaan OFF (off
state).
Jika
= √2
adalah sumber
tegangan, maka tegangan keluaran rms
(root mean square) dengan T1 penyulutan
pada α dapat ditentukan dari setengah
gelombang sinusoidal.
V
= V = √2V sin ωt = V sin ωt (1)
Persamaan kontrol tegangan keluaran
AC satu fasa diperoleh dengan asumsi
bahwa bentuk sinyal input AC merupakan
gelombang sinusoidal untuk satu periode.
Maka perhitungan dapat dilakukan untuk
setengah
siklus.
Dengan
demikian
persamaan tegangan keluaran RMS dapat
diperoleh
dengan
cara
menurunkan
persamaan berikut:
.
1 − cos 2
2
=
Gambar 3. Gelombang kontrol tegangan AC
satu fasa berbeban resistif.
.
.
sin 2
2
∕ −
=
−
−
1
sin 2 − sin 2
2
=
−
−
1
0 − sin 2
2
=
−
+
sin 2
2
=
−
+
sin 2
2
=
2
√
1−
+
(2)
Di mana :
sin2π = 0 dan cos2π = 1
VRMS = Tegangan keluaran RMS (Volt)
Vm = Tegangan maksimum (Volt)
Nilai RMS maksimum pada beban
diperoleh pada waktu sudut α 0 , ini
berarti bahwa tegangan beban merupakan
tegangan sinus dan persis sama dengan
tegangan sumber dan mempunyai nilai
efektif sebesar =
√
, perhatikan uraian di
bawah ini:
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
3
V
=
=
=
=
V
1−
√2
V
√2
V
√2
√
=
×
(6)
Di mana:
PIN = Daya masukan (Watt)
VS = Tegangan masukan (Volt)
IS = Arus masukan (Ampere)
sin 2
+
2
1−
0
+
sin 2 × 0
2
√1
Sedangkan untuk daya keluarannya
ditentukan dari persamaan berikut :
= V
(3)
=
Pembahasan pada persamaan (3) juga
menunjukkan bahwa nilai maksimum
tegangan rms pada beban terjadi pada
sudut trigger = 0 dan akan minimum (0
volt) pada sudut trigger = .
=
Karena
√
maka untuk mencari
tegangan keluaran RMS bisa
menggunakan persamaan berikut:
V
=
V
√2
=
+
Arus keluaran RMS ditentukan dengan
menurunkan rumus tegangan keluaran RMS
pada persamaan (4)
=
1−
+
arusnya adalah I =
=
(5)
Di mana :
V = Tegangan (Volt)
I
= Arus (Ampere)
R = Hambatan (Ω )
VS = Tegangan Masukan (Volt)
IRMS = Arus keluaran RMS (Ampere)
Daya
masukan
persamaan berikut:
Efisiensi dayanya adalah:
=
× 100%
(9)
sin 2
2
Karena V = I . R maka untuk mencari
I
Faktor Daya ditentukan dari persamaan
berikut:
(8)
Di mana:
PF = Faktor daya (Cos φ)
VRMS = Tegangan keluaran RMS (Volt)
VS = Tegangan masukan (Volt)
(4)
V
(7)
Di mana:
POUT = Daya keluaran (Watt)
VRMS = Tegangan keluaran RMS (Volt)
IRMS = Arus keluaran RMS (Ampere)
=
sin 2
+
2
1−
1−
juga
×
ditentukan
dari
Di mana:
η = Efisiensi (%)
POUT = Daya keluaran (Watt)
PIN = Daya masukan (Watt)
2.3. IC TCA 785
IC TCA 785 merupakan produk dari
Siemens semiconductor group yang dibuat
untuk menghasilkan pulsa penyulutan
(trigger pulse) untuk mengontrol fasa pada
thyristor, TRIAC, dan transistor, antara 00
hingga 1800 pada sumber tegangan AC,
sedangkan bila sumber tegangannya DC
maka diperlukan kumutasi khusus. IC TCA
785 ini menggantikan jenis sebelumnya IC
TCA 780 dan IC 780 D.
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
4
IC ini dapat diaplikasikan pada kontrol
tegangan AC (converter) satu fasa dan tiga
fasa, penyearah terkontrol (controlled
rectifier) satu fasa maupun tiga fasa, dan
kontrol tegangan DC (DC chopper) serta
memiliki kaki (pin) berjumlah 16.
16
15
14
13
12
11
10
9
1
2
3
4
5
6
7
8
Gambar 4. Tampak atas dari komponen IC
TCA 785
Tabel 1. Susunan komponen dari kaki-kaki
IC TCA 785
No.
Simbol
Fungsi
Kaki
1.
GND
Netral (Ground)
2.
Q2
Keluaran 2
terbalik
3.
QU
Keluaran U
4.
Q1
Keluaran 1
terbalik
5.
VSYNC
Tegangan
sinkron
6.
I
Penghalang
(Inhibit)
7.
Qz
Keluaran Z
8.
VREF
Tegangan
referensi
9.
R9
Tahanan ramp
10.
C10
Kapasitansi
pendakian
11.
V11
Kontrol
tegangan
12.
C12
Impuls pulsa
13.
L
Panjang pulsa
14.
Q1
Keluaran 1
15.
Q2
Keluaran 2
16.
VS
Tegangan
sumber
Pengendalian
TRIAC
dengan
menggunakan TCA 785, mempunyai
beberapa keuntungan jika dibandingkan
dengan rangkaian-rangkaian konvensional,
di antaranya adalah:
1. Pengaturan sudut penyulutan lebih
sempurna, karena penentuan titik nol
yang lebih pasti.
2. Perioda pulsa trigger yang dihasilkan
dapat diatur.
3. Dapat digunakan untuk kendali tiga
fasa.
4. Temperatur kerja lebih besar.
IC TCA 785 memerlukan sumber
tegangan antara 8 Volt hingga 18 volt,
frekuensi kerja 10 Hz hingga 500 Hz , serta
temperatur kerja dari - 250 C hingga 850 C.
2.3.1.Prinsip Kerja IC TCA 785
Sinyal sinkronisasi dari nol akan
menetapkan letak titik nol dan di masukan
ke dalam memori sinkron. tegangan jalajala
disalurkan
melalui
tahanan
berhambatan tinggi (tegangan pada pin 5)
untuk mencari harga tahanan (R5)
pembatas untuk sinkronisasi maka dapat
dihitung dengan cara sebagai berikut:
R5 = VCC / I5 ; I5 didapat dari data sheet
jadi: R5 = 15 / 30 x 10-6 = 50000 Ohm = 47
Kohm (dari harga di pasaran).
Peraba nol (zero crossing detector)
akan mengendalikan generator gelombang
tegangan gigi gergaji yang sesuai dengan
frekuensi sumber tegangan. Kapasitor
C10akan dimuati dengan arus konstan
(tergantung pada R9) akan menentukan
kemiringan
dari
bentuk
gelombang
menentukan kemiringan dari gigi gergaji
yang
dihasilkan.
Untuk
nilai
kapasitansinya adalah antara 500 pF
hingga 1 µF, dan R9 yang dapat dipakai
adalah 3 KΩ hingga100 KΩ . Gelombang ini
kemudian dibandingkan dengan tegangan
pin 11 oleh komparator (pembanding).
Sinyal keluaran dari komparator ini
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
5
kemudian akan diteruskan ke rangkaian
logika. Bila tegangan pada pin 11 (V11)
pada posisi terendah maka sudut
penyulutan akan menunjukkan α = 0 0 .
Sehingga
untuk
mengatur
sudut
penyulutan dapat dilakukan dengan
memutar potensiometer (resistor variabel).
Gambar 5. Pulsa diagram IC TCA 785
Saat setengah gelombang positif
pertama, komponen TRIAC akan menerima
pulsa positif dari output pin 15 ke komponen
TRIAC.
Selanjutnya
saat
setengah
gelombang negatif, TRIAC akan menerima
pulsa positif dari pin 14. Proses itu terus
berulang-ulang. Pulsa dari output tersebut
bisa digeser sudut fasanya dengan memutar
potensiometer 20 KΩ . Hasilnya bisa terlihat
pada osiloskop.
III. Realisasi Konverter AC-AC Satu Fasa
Konverter AC-AC satu fasa yang
direlisasikan berbeban resistif variabel
berupa lampu pijar 300 watt, 400 watt dan
500 watt. Rangkaian ini mengendalikan
sebuah komponen TRIAC yang sudut
fasanya dapat digeser antara 0o – 180o
dengan cara memutar potensiometer
(resistor variabel).Diagram blok rancangan
rangkaian konverter AC-AC satu fasa
ditunjukkan pada gambar.
Gambar 6. Diagram blok konverter AC-AC
satu fasa
Tahapan rancangan konverter dapat
dibagi ke dalam empat tahapan, yaitu: (1)
pembuatan rangkaian catu daya; (2)
pembuatan rangkaian penyulutan TRIAC;
(3) pembuatan rangkaian konverter AC-AC
satu fasa; dan (4) pembuatan titik ukurnya.
Teori
banyak
dilakukan
dengan
menganggap suatu komponen ideal dan
banyak fakta diabaikan, pada prakteknya
tidak
ada
komponen
yang
ideal.
ketidakidealan
ini
membuat
adanya
kesenjangan teori dan praktek, untuk itu
dalam perhitungan banyak dilakukan
pendekatan-pendekatan agar memperkecil
kesenjangan teori dan praktek dalam
pembuatannya.
3.1. Rangkaian Catu Daya
Rangkaian
ini
disebut
Transformerless Power Supply.
dengan
Gambar 7. Desain rangkaian
transformerless power supply
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
6
3.2. Rangkaian Penyulutan TRIAC
Setelah
menentukan
nilai
dari
komponen tersebut, maka didapat desain
untuk rangkaian Penyulutan TRIAC.
Gambar 8. Tata letak komponen rangkaian
transformerless power supply
Gambar 10. Desain rangkaian penyulutan
TRIAC
Gambar 9. Layout PCB rangkaian
transformerless power supply
Transformerless power supply adalah
catu daya yang tidak menggunakan
komponen
trafo,
namun
hanya
menggunakan komponen-komponen seperti
resistor dan kapasitor. Inputnya sebesar 220
VAC dan output yang dinginkan adalah
sebesar 15 VDC. Tegangan output inilah
yang akan memberikan catu daya sebesar
15 VDC ke IC TCA785.
Gambar 11. Tata letak komponen rangkaian
penyulutan TRIAC
Tabel 2.
Daftar komponen desain
rangkaian transformerless power supply
Nama
Spesifikasi
Komponen
1 C1
0.22 µF/250 V
No.
Keterangan
kapasitor
2
3
C2
R1
470 µF/16 V
Elko
4.7 kΩ /10 Watt Resistor
4
D1
IN4004
Dioda
5
D2
Z - 15 V
Dioda zener
Gambar 12. Layout PCB rangkaian
penyulutan TRIAC
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
7
Tabel 3. Daftar komponen desain
rangkaian penyulutan TRIAC
Nama
No
Spesifikasi Keterangan
Komponen
1. C3
0.47 µF Kapasitor
2. C4
47 nF
Kapasitor
3. C5
150 PF
Kapasitor
4. C6
2.2 µF
Kapasitor
5. C7
0.1 µF
Kapasitor
6. R2
10 KΩ
Resistor
7. R SYNC
220 KΩ
Resistor sinkron
8. R3
22 KΩ
Resistor
9. R4
250 KΩ
Potensiometer
10. R5
2.2 KΩ
Resistor
11. R6
20 KΩ
Potensiometer
12. R7
4.7 KΩ
Resistor
13. R8
150 Ω
Resistor
14. D3 – D6
IN4148 Dioda
15. TC
BT 136 TRIAC
16. IC
TCA 785
3.3. Penentuan Titik Ukur
Penentuan titik ukur dilakukan setelah
menggabungkan rangkaian catu daya
(Transformerless Power Supply) dengan
rangkaian rangkaian penyulutan TRIAC.
Gambar 13. Desain rangkaian konverter ACAC SATU fasa terkendali IC TCA 785
Skema pada gambar 13 di atas
digunakan untuk penentuan titik ukur,
pengukuran
dilakukan
dengan
cara
meletakkan probe osiloskop pada output
rangkaian konverter AC-AC satu fasa
berbeban resistif variabel, kemudian melihat
bentuk gelombang yang ditunjukkan pada
layar osiloskop serta menghitung nilai
tegangan maupun arus keluaran dari
rangkaian tersebut.
Perletakkan probe osiloskop pada input
dan output rangkaian konverter AC-AC satu
fasa berbeban resistif variabel ditunjukkan
seperti pada gambar 14 dan gambar 15 di
bawah ini.
Gambar 14. Titik pengukuran VS dan IS pada
konverter AC-AC satu fasa terkendali IC
TCA 785
Gambar 15. Titik pengukuran VRMS dan IRMS
pada konverter AC-AC satu fasa terkendali
IC TCA 785
IV. Data Hasil Percobaan dan Analisis
Data hasil pengukuran dan perhitungan
berupa VS, IS, VRMS dan IRMS dengan beban
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
8
lampu pijar 300 watt, 400 watt dan 500 watt
pada sudut penyalaan TRIAC 0⁰, sudut 45⁰,
sudut 90⁰, sudut 135⁰ dan sudut 180⁰.
4.1. Konverter AC-AC Satu Fasa Berbeban
Resistif (Lampu Pijar 300 Watt)
Pengukuran ini dimaksudkan untuk
mengetahui bentuk gelombang VS dan IS
berbeban lampu pijar 300 watt, dan juga
untuk mengetahui besar tegangan dan arus
sumbernya.
Pengukuran VS dengan menggunakan
osiloskop pada posisi:
Volt/div = 5 Volt
Time/Div = 5 ms
X 10 ( Probe pengali )
Pengukuran IS dengan menggunakan
osiloskop pada posisi:
Volt/div = 5 Volt
Time/Div = 5 x 10-3 ms
X 1 ( Probe pengali )
Bentuk gelombang VS dan IS berbeban
lampu pijar 300 watt
(VS 180O)
(IS 180O)
Tabel 4.
Hasil pengukuran bentuk
gelombang VS dan IS berbeban lampu pijar
300 watt
No Sudut α Vm
VS
Im
IS
PIN
1
0⁰ 270 190.9188 1.5 1.060 202.48
2
45⁰ 270 190.9188 1.6 1.078 205.92
3
90⁰ 270 190.9188 1.7 0.849 162.26
4
135⁰ 270 190.9188 1.8 0.38 73.198
5
180⁰ 270 190.9188 0
0
0
R
180
177
225
498
0
Keterangan:
Sudut α = Sudut penyulutan TRIAC (α)
= Tegangan maksimum (Volt)
Vm
VS
= Tegangan masukan (Volt)
Im
= Arus maksimum (Ampere)
IS
= Arus masukan (Ampere)
= Daya masukan (Watt)
PIN
R
= Hambatan berupa lampu pijar (Ω )
Bentuk gelombang VRMS dan IRMS berbeban
lampu pijar 300 watt
(VS 0O)
(VS 45O)
(VS 90O)
(VS 135O)
(IS 0O)
(VRMS 0O)
(IRMS 0O)
(VRMS 45O)
(IRMS 45O)
(VRMS 90O)
(IRMS 90O)
(IS 45O)
(IS 90O)
(IS 135O)
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
9
(VRMS 135O)
(IRMS 135O)
(VRMS 180O)
(IRMS 180O)
Tabel 5.
Hasil pengukuran bentuk
gelombang VRMS dan IRMS berbeban lampu
pijar 300 watt
Sudut
α
No
Vm
1
0⁰ 270
2
45⁰ 270
3
90⁰ 270
4 135⁰ 270
5 180⁰ 270
VRMS
190.9
182.01
134.99
57.86
0
IRMS
1.06
1.03
0.59
0.116
0
POUT
PF η (%)
202.4
1
100
187.2 0.9534 90.91
80.98 0.707 49.91
6.72 0.3031 9.17
0
0
0
Keterangan:
Sudut α = Sudut penyulutan TRIAC (α)
Vm
= Tegangan maksimum (Volt)
VRMS = Tegangan keluaran RMS (Volt)
= Arus keluaran RMS (Ampere)
IRMS
POUT
= Daya keluaran (Watt)
PF
= Faktor daya (Cos φ)
η
= Efisiensi (%)
Grafik 1 mengambil data dari table 4
dan tabel 5, pada grafik tersebut terlihat
bahwa VS bernilai konstan sebesar
190.91Volt sedangkan nilai VRMS akan terus
berkurang
nilainya
seiring
dengan
penambahan sudut penyulutannya, dari
190.92 volt pada sudut α = 00 hingga 0 volt
saat sudut α = 1800. Sehingga dapat
dikatakan bahwa nilai dari VRMS tergantung
dari sudut penyulutan TRIAC pada desain
rangkaian konverter AC-AC satu fasa
berbeban lampu pijar 300 watt.
(Ampere)
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0⁰
45⁰
90⁰
135⁰
180⁰
IS
1.0606
1.0786
0.8499
0.3834
0
IRMS
1.0606
1.0284
0.5999
0.1161
0
Grafik 2. Karakteristik hubungan IS dan IRMS
berbeban lampu pijar 300 watt terhadap
sudut penyulutannya
Grafik 2 mengambil data dari tabel 4
dan tabel 5, pada grafik tersebut terlihat
bahwa IS dan IRMS akan terus bertambah
nilainya seiring dengan penambahan sudut
penyulutan TRIAC pada desain rangkaian
konverter AC-AC satu fasa berbeban lampu
pijar 300 watt.
(Volt)
250
200
150
100
50
0
0⁰
45⁰
90⁰
135⁰
180⁰
VS
190.9188
190.9188
190.9188
190.9188
190.9188
VRMS
190.9188
182.041
134.9986
57.8674
0
Grafik 1. Karakteristik hubungan VS dan
VRMS berbeban lampu pijar 300 watt
terhadap sudut penyulutannya
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
10
Bentuk gelombang VS dan IS berbeban
lampu pijar 400 watt
(Cos φ)
1.2
1
0.8
0.6
(VS 0O)
(IS 0O)
0.4
0.2
0
PF
0⁰
45⁰
90⁰
135⁰
180⁰
1
0.9534
0.707
0.3031
0
Grafik 3. Karakteristik PF pada rangkaian
konverter AC-AC satu fasa berbeban lampu
pijar 300 watt terhadap sudut penyulutannya
Grafik 3 menunjukkan bahwa faktor
daya akan terus berkurang nilainya seiring
dengan penambahan sudut penyulutan
TRIAC.
4.2. Konverter AC-AC Satu Fasa Berbeban
Resistif (Lampu Pijar 400 Watt)
(Pengukuran bentuk gelombang VS
dan IS)
Pengukuran ini dimaksudkan untuk
mengetahui bentuk gelombang VS dan IS
berbeban lampu pijar 400 watt, dan juga
untuk mengetahui besar tegangan dan arus
sumbernya.
Pengukuran VS dengan menggunakan
osiloskop pada posisi:
Volt/div = 5 Volt
Time/Div = 5 ms
X 10 ( Probe pengali )
Pengukuran IS dengan menggunakan
osiloskop pada posisi:
Volt/div = 5 Volt
Time/Div = 5 x 10-3 ms
X 1 ( Probe pengali )
(VS 45O)
(IS 45O)
(VS 90O)
(IS 90O)
(VS 135O)
(IS 135O)
(VS 180O)
(IS 180O)
Tabel 6.
Hasil pengukuran bentuk
gelombang VS dan IS berbeban lampu pijar
400 watt
No
1
2
3
4
5
Sudut
α
0⁰
45⁰
90⁰
135⁰
180⁰
Vm
260
260
260
260
260
VS
183.85
183.85
183.85
183.85
183.85
Im
2
2.1
2.2
2.3
0
IS
PIN
1.4142 259.9974
1.4158 260.2915
1.0999 202.214
0.4929 90.6185
0
0
R
130
129
167
372
0
(Pengukuran bentuk gelombang VRMS
dan IRMS)
Pengukuran ini dimaksudkan untuk
mengetahui bentuk gelombang VRMS dan
IRMS berbeban lampu pijar 400 watt, dan juga
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
11
untuk mengetahui besar tegangan dan arus
keluarannya.
Pengukuran
VRMS
dengan
menggunakan osiloskop pada posisi:
Volt/div = 5 Volt
Time/Div = 5 ms
X 10 ( Probe pengali )
Pengukuran IRMS dengan menggunakan
osiloskop pada posisi:
Volt/div = 5 Volt
Time/Div = 5 x 10-3 ms
X 1 ( Probe pengali )
Tabel 7.
Hasil pengukuran
gelombang VRMS dan IRMS berbeban
lampu pijar 400 watt
No Sudut α Vm
VRMS IRMS
1
0⁰ 260 183.85 1.41
2 45⁰ 260 175.298 1.36
3 90⁰ 260 129.99 0.78
4 135⁰ 260 55.73 0.15
5 180⁰ 260
0
0
bentuk
POUT
PF η (%)
259.99 1
100
238.21 0.953 91.51
101.19 0.707 50.04
8.34 0.303 9.2
0
0
0
(Volt)
200
180
160
140
120
Bentuk gelombang VRMS dan IRMS berbeban
lampu pijar 400 watt
100
80
60
40
20
0
(VRMS 0O)
(IRMS 0O)
O
(VRMS 45 )
(VRMS 90O)
(VRMS 135O)
O
(IRMS 45 )
(IRMS 90O)
(IRMS 135O)
0⁰
45⁰
90⁰
135⁰
180⁰
VS
183.8477
183.8477
183.8477
183.8477
183.8477
VRMS
183.8477
175.2987
129.9987
55.7242
0
Grafik 4. Karakteristik hubungan VS dan
VRMS berbeban lampu pijar 400 watt
terhadap sudut penyulutannya
Grafik 4 terlihat bahwa VS bernilai
konstan sebesar 183.8477 volt sedangkan
nilai VRMS akan terus berkurang nilainya
seiring
dengan
penambahan
sudut
penyulutannya, dari 183.8477 volt pada
sudut α = 00 hingga 0 volt saat sudut α =
1800. Sehingga dapat dikatakan bahwa nilai
dari VRMS tergantung dari sudut penyulutan
TRIAC pada desain rangkaian konverter
AC-AC satu fasa berbeban lampu pijar 400
watt.
(Ampere)
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
O
O
(VRMS 180 ) (IRMS 180 )
0⁰
45⁰
90⁰
135⁰
180⁰
IS
1.4142
1.4158
1.0999
0.4929
0
IRMS
1.4142
1.3589
0.7784
0.1497
0
Grafik 5. Karakteristik hubungan IS dan IRMS
berbeban lampu pijar 400 watt terhadap
sudut penyulutannya
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
12
Grafik 5 terlihat bahwa IS dan IRMS akan
terus bertambah nilainya seiring dengan
penambahan sudut penyulutan TRIAC.
Bentuk gelombang VS dan IS berbeban
lampu pijar 500 watt
(Cos φ)
1.2
1
0.8
(VS 0O)
(IS 0O)
(VS 45O)
(IS 45O)
(VS 90O)
(IS 90O)
(VS 135O)
(IS 135O)
(VS 180O)
(IS 180O)
0.6
0.4
0.2
0
PF
0⁰
45⁰
90⁰
135⁰
180⁰
1
0.9534
0.707
0.3031
0
Grafik 6. Karakteristik PF pada rangkaian
konverter AC-AC satu fasa berbeban lampu
pijar 400 watt terhadap sudut penyulutannya
Grafik 6 terlihat bahwa Faktor daya akan
terus berkurang nilainya seiring dengan
penambahan sudut penyulutan TRIAC.
4.3. Penelitian Konverter AC-AC Satu Fasa
Berbeban Resistif (Lampu Pijar 500 Watt)
(Pengukuran bentuk gelombang VS dan
I S)
Pengukuran ini dimaksudkan untuk
mengetahui bentuk gelombang VS dan IS
berbeban lampu pijar 500 watt, dan juga
untuk mengetahui besar tegangan dan arus
sumbernya.
Pengukuran VS dengan menggunakan
osiloskop pada posisi:
Volt/div = 5 Volt
Time/Div = 5 ms
X 10 ( Probe pengali )
Pengukuran IS dengan menggunakan
osiloskop pada posisi:
Volt/div = 5 Volt
Time/Div = 5 x 10-3 ms
X 1 ( Probe pengali )
Tabel 8.
Hasil pengukuran bentuk
gelombang VS dan IS berbeban lampu pijar
500 watt
No Sudut α
1
0⁰
2
45⁰
3
90⁰
4 135⁰
5 180⁰
Vm
250
250
250
250
250
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
VS
176.77
176.77
176.77
176.77
176.77
Im
IS
PIN
2.5 1.767 312.4879
2.6 1.752 309.8717
2.7 1.349 238.6307
2.8 0.6 106.0659
0
0
0
R
100
100
131
295
0
13
(Pengukuran bentuk gelombang VRMS dan
IRMS)
Pengukuran ini dimaksudkan untuk
mengetahui bentuk gelombang VRMS dan
IRMS berbeban lampu pijar 500 watt, dan juga
untuk mengetahui besar tegangan dan arus
keluarannya.
dengan
Pengukuran
VRMS
menggunakan osiloskop pada posisi:
Volt/div = 5 Volt
Time/Div = 5 ms
X 10 ( Probe pengali )
Pengukuran IRMS dengan menggunakan
osiloskop pada posisi:
Volt/div = 5 Volt
Time/Div = 5 x 10-3 ms
X 1 ( Probe pengali)
Bentuk gelombang VRMS dan IRMS berbeban
lampu pijar 500 watt
(VRMS 0O)
(IRMS 0O)
(VRMS 180O)
(IRMS 180O)
Tabel 9.
Hasil pengukuran bentuk
gelombang VRMS dan IRMS berbeban lampu
pijar 500 watt
No Sudut α Vm VRMS
IRMS
POUT
PF η (%)
0⁰ 250 176.77 1.76 312.48
1
1
100
2
45⁰ 250 168.55 1.68 284.10 0.953 91.68
3
90⁰ 250 124.99 0.95 119.26 0.707 49.97
135⁰ 250 53.5809 0.18
4
9.73 0.303 9.17
180⁰ 250
5
0
0
0
0
0
(Volt)
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0⁰
45⁰
90⁰
135⁰
180⁰
VS
176.7766
176.7766
176.7766
176.7766
176.7766
VRMS
176.7766
168.5564
124.9987
53.5809
0
Grafik 7. Karakteristik hubungan VS dan
VRMS berbeban lampu pijar 500 watt
terhadap sudut penyulutannya
(VRMS 45O)
(IRMS 45O)
(VRMS 90O)
(IRMS 90O)
(VRMS 135O)
(IRMS 135O)
Grafik 7, terlihat bahwa VS bernilai
konstan sebesar 176.7766 volt sedangkan
nilai VRMS akan terus berkurang nilainya
seiring
dengan
penambahan
sudut
penyulutannya, dari 176.7766 volt pada
sudut α = 00 hingga 0 volt saat sudut α =
1800. Sehingga dapat dikatakan bahwa nilai
dari VRMS tergantung dari sudut penyulutan
TRIAC pada desain rangkaian konverter
AC-AC satu fasa berbeban lampu pijar 500
watt.
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
14
4.4 Analisis Tegangan Keluaran Terhadap
Perubahan Beban Resistif
(Ampere)
2
(Volt)
1.8
250
1.6
1.4
200
1.2
1
150
0.8
0.6
100
0.4
0.2
50
0
0⁰
45⁰
90⁰
135⁰
180⁰
IS
1.7677
1.7529
IRMS
1.7677
1.6855
1.3499
0.6
0
0.9541
0.1816
0
Grafik 8 Karakteristik hubungan IS dan IRMS
berbeban lampu pijar 500 watt terhadap
sudut penyulutannya
Grafik 5.8 mengambil data dari tabel 5.5
dan 5.6, pada grafik tersebut terlihat bahwa
IS dan IRMS akan terus bertambah nilainya
seiring
dengan
penambahan
sudut
penyulutan TRIAC pada desain rangkaian
konverter AC-AC satu fasa berbeban lampu
pijar 500 watt.
(Cos φ)
1.2
1
0
0⁰
45⁰
90⁰
135⁰
180⁰
VRMS Beban lampu
pijar 300 Watt
190.9188
182.041
134.9986
57.8674
0
VRMS Beban lampu
pijar 400 Watt
183.8477
175.2987
129.9987
55.7242
0
VRMS Beban lampu
pijar 500 Watt
176.7766
168.5564
124.9987
53.5809
0
Grafik 10 Karakteristik tegangan keluaran
terhadap perubahan beban resistif
Dari grafik di atas dapat terlihat bahwa
tegangan keluaran berkurang nilainya
sebesar 7.0711 volt pada sudut α = 00 saat
beban resistif bertambah dayanya 100 watt.
Saat sudut α = 450 nilainya berkurang
sebesar 6.7423 volt, saat sudut α = 900
nilainya berkurang sebesar 4.9999 volt dan
sudut α = 1350 nilainya berkurang sebesar
2.1432 volt.
0.8
4.5. Analisis
Arus
Keluaran
Perubahan Beban Resistif
0.6
0.4
(Ampere)
0.2
2
0
0⁰
PF
Terhadap
1
45⁰
0.9534
90⁰
0.707
135⁰
0.3031
180⁰
1.8
1.6
0
1.4
1.2
1
Grafik 9. Karakteristik PF pada rangkaian
konverter AC-AC satu fasa berbeban lampu
pijar 500 watt terhadap sudut penyulutannya
Grafik 9 terlihat bahwa Faktor daya
akan terus berkurang nilainya seiring
dengan penambahan sudut penyulutan
TRIAC.
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0⁰
45⁰
90⁰
135⁰
180⁰
IRMS Beban lampu
pijar 300 Watt
1.0606
1.0284
0.5999
0.1161
0
IRMS Beban lampu
pijar 400 Watt
1.4142
1.3589
0.7784
0.1497
0
IRMS Beban lampu
pijar 500 Watt
1.7677
1.6855
0.9541
0.1816
0
Grafik 11. Karakteristik arus keluaran
terhadap perubahan beban resistif
Dari grafik di atas dapat terlihat bahwa
arus keluaran bertambah nilainya sebesar
0.3535 ampere pada sudut α = 00 saat
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
15
beban resistif bertambah dayanya 100 watt,
pada sudut α = 450 nilai arus keluaran
bertambah sebesar 0.3305 ampere, sudut α
= 900 nilainya bertambah sebesar 0.1785
ampere, sudut α = 1350 nilainya bertambah
sebesar 0.0336 ampere.
5.2. Saran
Sebaiknya penyulutan dilakukan pada
sudut sudut α = 00 karena memiliki nilai PF =
1 lagging.
V. Simpulan dan Saran
5.1. Simpulan
Berdasarkan pada beberapa hasil
pengukuran, pengujian dan analisa pada
penelitian ini dapat ditarik kesimpulan:
1. Pada penelitian ini terjadi penurunan
tegangan keluaran VRMS saat beban
resistif
bertambah pada sudut
penyulutan tetap. Pada saat penyulutan
TRIAC α = 00 penurunan tegangannya
sebesar 7.0711 volt setiap penambahan
beban berdaya 100 watt, pada sudut α =
450 nilainya berkurang sebesar 6.7423
volt, pada sudut α = 900 nilainya
berkurang sebesar 4.9999 volt dan sudut
α = 1350 nilainya berkurang sebesar
2.1432 volt.
2. Terjadi kenaikan arus keluaran saat
beban resistif bertambah pada sudut
penyulutan tetap. Pada saat penyulutan
TRIAC α = 00 nilainya bertambah
sebesar
0.3535
ampere
setiap
penambahan beban berdaya 100 watt,
pada sudut α = 450 nilainya bertambah
sebesar 0.3305 ampere, sudut α = 900
nilainya bertambah sebesar 0.1785
ampere, sudut α = 1350 nilainya
bertambah sebesar 0.0336 ampere.
Nilai PF akan terus berkurang saat
penambahan sudut penyulutan. Pada sudut
α = 00 memiliki nilai PF = 1 lagging, sudut α
= 450 memiliki nilai PF = 0.9534 lagging,
sudut α = 900 memiliki nilai PF = 0.707
lagging, sudut α = 1350 memiliki nilai PF =
0.3031 lagging, dan sudut α = 1800 memiliki
nilai PF = 0 lagging. Nilai faktor daya
tersebut akan sama walaupun adanya
perubahan beban resistif.
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
16
DAFTAR PUSTAKA
Arikunto, S., 2010. Prosedur Penelitan
Suatu Pendekatan Praktik. Jakarta: Rineka
Cipta.
Dewan, S., Slemon, G. & Straughen, A.,
1984.
Power
Semiconductor
Drives.
Canada: John Wiley & Sons, Inc.
Dwi Surjono, P. & Herman, 2007.
Elektronika Teori dan Penerapan. Surabaya:
Penerbit Cerdas Ulet Kreatif.
Gunasekaran, S. et al., 2012. A Single
Phase AC-AC Converter Using Switch
Reduction
Technique.
www.datasheetcatalog.com, Volume 1, p. 98
– 102.
Horn, D. T., 1989. Teknik Merancang
Rangkaian dengan IC. Jakarta: PT Elex
Media Komputindo.
Petruzella, F. D., 2001.
Industri. Yogyakarta: Andi.
Elektronik
Rasyid, M. H., 1999. Elektronika Daya.
Jakarta: PT Prenhallindo.
Rasyid, M. H., 2001. Power Electronics
Handbook. Sandiago, California, USA:
Academic Press.
Sapiie, D., Soedjana, Nishino, D. &
Osamu, 1994. Pengukuran Dan Alat-Alat
Ukur Listrik. Jakarta: PT Pradnya Paramita.
Riwayat Penulis
Anung, ST., MT. adalah Dosen STT
Mandala jurusan Teknik Elektro
Asep Komarudin, ST. adalah alumni
Teknik Tlektro STT Mandala.
.
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
17
VARIABEL
1
Anung
Asep Komarudin
Program Studi Teknik Elektro Sekolah Tinggi Teknologi Mandala
2
ABSTRAK
Konverter AC-AC satu fasa merupakan konverter yang dapat menghasilkan tegangan keluaran AC
(alternating current) variabel. Komponen utama yang digunakan sebagai sakelar semikonduktor
adalah TRIAC yang dikendalikan oleh IC TCA 785. Dengan mengatur sudut penyulut TRIAC dari α
= 0⁰ sampai α = 180⁰, maka tegangan keluaran konverter akan berubah. Dengan berubahnya nilai
tegangan keluaran tentu saja akan terjadi perubahan karakteristik dari konverter. Dalam penelitian
ini akan dibahas karakteristik konverter AC-AC untuk berbagai tegangan keluaran dan berbagai
beban keluaran. Untuk mengetahui karakteristik tersebut maka direalisasikan konverter AC-AC
dengan spesifikasi tegangan masukan 220 V daya keluaran maksimum 500 Watt. Dari hasil
pengujian dan analisis karakteristik konverter AC-AC satu fasa sebagai berikut: (1) Terjadi
penurunan tegangan keluaran VRMS saat beban resistif bertambah pada sudut penyulutan tetap.
Pada saat penyulutan TRIAC α = 00 penurunan tegangannya sebesar 7.0711 volt setiap
penambahan beban berdaya 100 watt, pada sudut α = 450 nilainya berkurang sebesar 6.7423 volt,
pada sudut α = 900 nilainya berkurang sebesar 4.9999 volt dan sudut α = 1350 nilainya berkurang
sebesar 2.1432 volt; (2) Terjadi kenaikan arus keluaran saat beban resistif bertambah pada sudut
penyulutan tetap. Pada saat penyulutan TRIAC α = 00 nilainya bertambah sebesar 0.3535 ampere
setiap penambahan beban berdaya 100 watt, pada sudut α = 450 nilainya bertambah sebesar
0.3305 ampere, sudut α = 900 nilainya bertambah sebesar 0.1785 ampere, sudut α = 1350 nilainya
bertambah sebesar 0.0336 ampere; (3) Nilai PF akan terus berkurang saat penambahan sudut
penyulutan. Pada sudut α = 00 memiliki nilai PF = 1 lagging, sudut α = 450 memiliki nilai PF =
0.9534 lagging, sudut α = 900 memiliki nilai PF = 0.707 lagging, sudut α = 1350 memiliki nilai PF =
0.3031 lagging, dan sudut α = 1800 memiliki nilai PF = 0 lagging. Nilai faktor daya tersebut akan
sama walaupun adanya perubahan beban resistif.
Kata kunci : konverter AC-AC satu fasa, sudut penyalaan α, tegangan keluaran, dan faktor daya
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
1
I.
Pendahuluan
Konverter AC-AC satu fasa merupakan
konverter
yang
dapat
menghasilkan
tegangan keluaran AC (alternating current)
variabel dari sumber AC tetap. Tegangan
keluaran
variabel
diperoleh
dengan
mengatur sudut penyalaan α. Pada paper ini
disajikan karakteristik konverter satu fasa
dengan tegangan keluaran variabel.
II. Landasan Teori
2.1. Konverter AC-AC Satu Fasa
Rangkaian konverter AC-AC satu fasa
merupakan
rangkaian
yang
dapat
menghasilkan tegangan keluaran AC
(alternating current) variabel dari sumber AC
tetap.
Rangkaian
konverter
ini
menggunakan
dua
buah
komponen
pensakelaran thyristor dengan konfigurasi
anti paralel, atau menggunakan satu buah
TRIAC (triode for alternating current).
Konverter AC-AC satu fasa biasa disebut
juga dengan pengontrol tegangan AC-AC
satu fasa.
Gambar 1. Konverter AC-AC satu fasa
Jika
sebuah
sakelar
thyristor
dihubungkan antara sumber AC dan beban,
aliran energi dapat dikontrol oleh variasi nilai
RMS dari tegangan AC yang dipakai oleh
beban. Arus bolak-balik dari sumber akan
mengalir pada sisi beban setiap setengah
siklus dari periode tegangan sumber. Nilai
RMS dari tegangan beban dapat diubah-
ubah dengan cara mengubah besarnya
sudut perlambatan penyulutan thyristor 'α ' .
2.2. Kontrol Sudut Fasa Berbeban Resistif
Dalam
kontrol sudut fasa, thyristor
digunakan
sebagai
sakelar
untuk
menghubungkan rangkaian beban ke
sumber tegangan AC setiap setengah siklus
positif dan setengah siklus negatif,
Prinsip kerja rangkaian dapat dijelaskan
melalui gambar 2 dan gambar 3 yaitu ketika
Thyristor T1 akan mengalami tegangan arah
maju selama setengah siklus positif dari
tegangan sumber dengan asumsi kondisi
aktif (ON). Tegangan sumber akan sampai
ke beban resistif dan tegangan keluaran
VRMS = VS selama waktu ωt + α sampai π
radian. T1 dipicu dengan sudut penyulutan
‘α’ (0 ≤ α ≤ π radian).Arus mengalir melalui
T1 terus ke beban dan kembali lagi ke
=
sumber selama T1 konduksi dari
sampai dengan π radian.
Pada saat = , tegangan dan arus
akan sama dengan nol, sehingga T1 padam.
kemudian T2 akan mengalami tegangan
arah maju selama siklus negatif dari
tegangan sumber. T2dipicu dengan sudut
+ , arus dan tegangan mengalir dari
sumber menujuT2, dan terus ke beban
kemudian kembali ke sumber selama
setengah siklus negatif dari tegangan
sumber ωt = (π + α) sampai dengan2π.
Karena T2siklus negatif maka arus beban
dan tegangannya negatif selama
=
+ sampai dengan 2π.
Gambar 2. Kontrol tegangan AC satu fasa
berbeban resistif
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
2
V
= V sin ωt
2
2
=
. sin
=
2
=
Interval waktu antara pemberian pulsa
trigger untuk T1 dan T2 kondisi aktif (ON)
selama selang waktu
radian atau 1800.
Pada saat
= 2
tegangan sumber
berubah menuju nol, dan menyebabkan
arus tidak mengalir dari sumber menuju ke
beban. Keadaan ini sekaligus menyebabkan
T2akan berada dalam keadaan OFF (off
state).
Jika
= √2
adalah sumber
tegangan, maka tegangan keluaran rms
(root mean square) dengan T1 penyulutan
pada α dapat ditentukan dari setengah
gelombang sinusoidal.
V
= V = √2V sin ωt = V sin ωt (1)
Persamaan kontrol tegangan keluaran
AC satu fasa diperoleh dengan asumsi
bahwa bentuk sinyal input AC merupakan
gelombang sinusoidal untuk satu periode.
Maka perhitungan dapat dilakukan untuk
setengah
siklus.
Dengan
demikian
persamaan tegangan keluaran RMS dapat
diperoleh
dengan
cara
menurunkan
persamaan berikut:
.
1 − cos 2
2
=
Gambar 3. Gelombang kontrol tegangan AC
satu fasa berbeban resistif.
.
.
sin 2
2
∕ −
=
−
−
1
sin 2 − sin 2
2
=
−
−
1
0 − sin 2
2
=
−
+
sin 2
2
=
−
+
sin 2
2
=
2
√
1−
+
(2)
Di mana :
sin2π = 0 dan cos2π = 1
VRMS = Tegangan keluaran RMS (Volt)
Vm = Tegangan maksimum (Volt)
Nilai RMS maksimum pada beban
diperoleh pada waktu sudut α 0 , ini
berarti bahwa tegangan beban merupakan
tegangan sinus dan persis sama dengan
tegangan sumber dan mempunyai nilai
efektif sebesar =
√
, perhatikan uraian di
bawah ini:
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
3
V
=
=
=
=
V
1−
√2
V
√2
V
√2
√
=
×
(6)
Di mana:
PIN = Daya masukan (Watt)
VS = Tegangan masukan (Volt)
IS = Arus masukan (Ampere)
sin 2
+
2
1−
0
+
sin 2 × 0
2
√1
Sedangkan untuk daya keluarannya
ditentukan dari persamaan berikut :
= V
(3)
=
Pembahasan pada persamaan (3) juga
menunjukkan bahwa nilai maksimum
tegangan rms pada beban terjadi pada
sudut trigger = 0 dan akan minimum (0
volt) pada sudut trigger = .
=
Karena
√
maka untuk mencari
tegangan keluaran RMS bisa
menggunakan persamaan berikut:
V
=
V
√2
=
+
Arus keluaran RMS ditentukan dengan
menurunkan rumus tegangan keluaran RMS
pada persamaan (4)
=
1−
+
arusnya adalah I =
=
(5)
Di mana :
V = Tegangan (Volt)
I
= Arus (Ampere)
R = Hambatan (Ω )
VS = Tegangan Masukan (Volt)
IRMS = Arus keluaran RMS (Ampere)
Daya
masukan
persamaan berikut:
Efisiensi dayanya adalah:
=
× 100%
(9)
sin 2
2
Karena V = I . R maka untuk mencari
I
Faktor Daya ditentukan dari persamaan
berikut:
(8)
Di mana:
PF = Faktor daya (Cos φ)
VRMS = Tegangan keluaran RMS (Volt)
VS = Tegangan masukan (Volt)
(4)
V
(7)
Di mana:
POUT = Daya keluaran (Watt)
VRMS = Tegangan keluaran RMS (Volt)
IRMS = Arus keluaran RMS (Ampere)
=
sin 2
+
2
1−
1−
juga
×
ditentukan
dari
Di mana:
η = Efisiensi (%)
POUT = Daya keluaran (Watt)
PIN = Daya masukan (Watt)
2.3. IC TCA 785
IC TCA 785 merupakan produk dari
Siemens semiconductor group yang dibuat
untuk menghasilkan pulsa penyulutan
(trigger pulse) untuk mengontrol fasa pada
thyristor, TRIAC, dan transistor, antara 00
hingga 1800 pada sumber tegangan AC,
sedangkan bila sumber tegangannya DC
maka diperlukan kumutasi khusus. IC TCA
785 ini menggantikan jenis sebelumnya IC
TCA 780 dan IC 780 D.
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
4
IC ini dapat diaplikasikan pada kontrol
tegangan AC (converter) satu fasa dan tiga
fasa, penyearah terkontrol (controlled
rectifier) satu fasa maupun tiga fasa, dan
kontrol tegangan DC (DC chopper) serta
memiliki kaki (pin) berjumlah 16.
16
15
14
13
12
11
10
9
1
2
3
4
5
6
7
8
Gambar 4. Tampak atas dari komponen IC
TCA 785
Tabel 1. Susunan komponen dari kaki-kaki
IC TCA 785
No.
Simbol
Fungsi
Kaki
1.
GND
Netral (Ground)
2.
Q2
Keluaran 2
terbalik
3.
QU
Keluaran U
4.
Q1
Keluaran 1
terbalik
5.
VSYNC
Tegangan
sinkron
6.
I
Penghalang
(Inhibit)
7.
Qz
Keluaran Z
8.
VREF
Tegangan
referensi
9.
R9
Tahanan ramp
10.
C10
Kapasitansi
pendakian
11.
V11
Kontrol
tegangan
12.
C12
Impuls pulsa
13.
L
Panjang pulsa
14.
Q1
Keluaran 1
15.
Q2
Keluaran 2
16.
VS
Tegangan
sumber
Pengendalian
TRIAC
dengan
menggunakan TCA 785, mempunyai
beberapa keuntungan jika dibandingkan
dengan rangkaian-rangkaian konvensional,
di antaranya adalah:
1. Pengaturan sudut penyulutan lebih
sempurna, karena penentuan titik nol
yang lebih pasti.
2. Perioda pulsa trigger yang dihasilkan
dapat diatur.
3. Dapat digunakan untuk kendali tiga
fasa.
4. Temperatur kerja lebih besar.
IC TCA 785 memerlukan sumber
tegangan antara 8 Volt hingga 18 volt,
frekuensi kerja 10 Hz hingga 500 Hz , serta
temperatur kerja dari - 250 C hingga 850 C.
2.3.1.Prinsip Kerja IC TCA 785
Sinyal sinkronisasi dari nol akan
menetapkan letak titik nol dan di masukan
ke dalam memori sinkron. tegangan jalajala
disalurkan
melalui
tahanan
berhambatan tinggi (tegangan pada pin 5)
untuk mencari harga tahanan (R5)
pembatas untuk sinkronisasi maka dapat
dihitung dengan cara sebagai berikut:
R5 = VCC / I5 ; I5 didapat dari data sheet
jadi: R5 = 15 / 30 x 10-6 = 50000 Ohm = 47
Kohm (dari harga di pasaran).
Peraba nol (zero crossing detector)
akan mengendalikan generator gelombang
tegangan gigi gergaji yang sesuai dengan
frekuensi sumber tegangan. Kapasitor
C10akan dimuati dengan arus konstan
(tergantung pada R9) akan menentukan
kemiringan
dari
bentuk
gelombang
menentukan kemiringan dari gigi gergaji
yang
dihasilkan.
Untuk
nilai
kapasitansinya adalah antara 500 pF
hingga 1 µF, dan R9 yang dapat dipakai
adalah 3 KΩ hingga100 KΩ . Gelombang ini
kemudian dibandingkan dengan tegangan
pin 11 oleh komparator (pembanding).
Sinyal keluaran dari komparator ini
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
5
kemudian akan diteruskan ke rangkaian
logika. Bila tegangan pada pin 11 (V11)
pada posisi terendah maka sudut
penyulutan akan menunjukkan α = 0 0 .
Sehingga
untuk
mengatur
sudut
penyulutan dapat dilakukan dengan
memutar potensiometer (resistor variabel).
Gambar 5. Pulsa diagram IC TCA 785
Saat setengah gelombang positif
pertama, komponen TRIAC akan menerima
pulsa positif dari output pin 15 ke komponen
TRIAC.
Selanjutnya
saat
setengah
gelombang negatif, TRIAC akan menerima
pulsa positif dari pin 14. Proses itu terus
berulang-ulang. Pulsa dari output tersebut
bisa digeser sudut fasanya dengan memutar
potensiometer 20 KΩ . Hasilnya bisa terlihat
pada osiloskop.
III. Realisasi Konverter AC-AC Satu Fasa
Konverter AC-AC satu fasa yang
direlisasikan berbeban resistif variabel
berupa lampu pijar 300 watt, 400 watt dan
500 watt. Rangkaian ini mengendalikan
sebuah komponen TRIAC yang sudut
fasanya dapat digeser antara 0o – 180o
dengan cara memutar potensiometer
(resistor variabel).Diagram blok rancangan
rangkaian konverter AC-AC satu fasa
ditunjukkan pada gambar.
Gambar 6. Diagram blok konverter AC-AC
satu fasa
Tahapan rancangan konverter dapat
dibagi ke dalam empat tahapan, yaitu: (1)
pembuatan rangkaian catu daya; (2)
pembuatan rangkaian penyulutan TRIAC;
(3) pembuatan rangkaian konverter AC-AC
satu fasa; dan (4) pembuatan titik ukurnya.
Teori
banyak
dilakukan
dengan
menganggap suatu komponen ideal dan
banyak fakta diabaikan, pada prakteknya
tidak
ada
komponen
yang
ideal.
ketidakidealan
ini
membuat
adanya
kesenjangan teori dan praktek, untuk itu
dalam perhitungan banyak dilakukan
pendekatan-pendekatan agar memperkecil
kesenjangan teori dan praktek dalam
pembuatannya.
3.1. Rangkaian Catu Daya
Rangkaian
ini
disebut
Transformerless Power Supply.
dengan
Gambar 7. Desain rangkaian
transformerless power supply
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
6
3.2. Rangkaian Penyulutan TRIAC
Setelah
menentukan
nilai
dari
komponen tersebut, maka didapat desain
untuk rangkaian Penyulutan TRIAC.
Gambar 8. Tata letak komponen rangkaian
transformerless power supply
Gambar 10. Desain rangkaian penyulutan
TRIAC
Gambar 9. Layout PCB rangkaian
transformerless power supply
Transformerless power supply adalah
catu daya yang tidak menggunakan
komponen
trafo,
namun
hanya
menggunakan komponen-komponen seperti
resistor dan kapasitor. Inputnya sebesar 220
VAC dan output yang dinginkan adalah
sebesar 15 VDC. Tegangan output inilah
yang akan memberikan catu daya sebesar
15 VDC ke IC TCA785.
Gambar 11. Tata letak komponen rangkaian
penyulutan TRIAC
Tabel 2.
Daftar komponen desain
rangkaian transformerless power supply
Nama
Spesifikasi
Komponen
1 C1
0.22 µF/250 V
No.
Keterangan
kapasitor
2
3
C2
R1
470 µF/16 V
Elko
4.7 kΩ /10 Watt Resistor
4
D1
IN4004
Dioda
5
D2
Z - 15 V
Dioda zener
Gambar 12. Layout PCB rangkaian
penyulutan TRIAC
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
7
Tabel 3. Daftar komponen desain
rangkaian penyulutan TRIAC
Nama
No
Spesifikasi Keterangan
Komponen
1. C3
0.47 µF Kapasitor
2. C4
47 nF
Kapasitor
3. C5
150 PF
Kapasitor
4. C6
2.2 µF
Kapasitor
5. C7
0.1 µF
Kapasitor
6. R2
10 KΩ
Resistor
7. R SYNC
220 KΩ
Resistor sinkron
8. R3
22 KΩ
Resistor
9. R4
250 KΩ
Potensiometer
10. R5
2.2 KΩ
Resistor
11. R6
20 KΩ
Potensiometer
12. R7
4.7 KΩ
Resistor
13. R8
150 Ω
Resistor
14. D3 – D6
IN4148 Dioda
15. TC
BT 136 TRIAC
16. IC
TCA 785
3.3. Penentuan Titik Ukur
Penentuan titik ukur dilakukan setelah
menggabungkan rangkaian catu daya
(Transformerless Power Supply) dengan
rangkaian rangkaian penyulutan TRIAC.
Gambar 13. Desain rangkaian konverter ACAC SATU fasa terkendali IC TCA 785
Skema pada gambar 13 di atas
digunakan untuk penentuan titik ukur,
pengukuran
dilakukan
dengan
cara
meletakkan probe osiloskop pada output
rangkaian konverter AC-AC satu fasa
berbeban resistif variabel, kemudian melihat
bentuk gelombang yang ditunjukkan pada
layar osiloskop serta menghitung nilai
tegangan maupun arus keluaran dari
rangkaian tersebut.
Perletakkan probe osiloskop pada input
dan output rangkaian konverter AC-AC satu
fasa berbeban resistif variabel ditunjukkan
seperti pada gambar 14 dan gambar 15 di
bawah ini.
Gambar 14. Titik pengukuran VS dan IS pada
konverter AC-AC satu fasa terkendali IC
TCA 785
Gambar 15. Titik pengukuran VRMS dan IRMS
pada konverter AC-AC satu fasa terkendali
IC TCA 785
IV. Data Hasil Percobaan dan Analisis
Data hasil pengukuran dan perhitungan
berupa VS, IS, VRMS dan IRMS dengan beban
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
8
lampu pijar 300 watt, 400 watt dan 500 watt
pada sudut penyalaan TRIAC 0⁰, sudut 45⁰,
sudut 90⁰, sudut 135⁰ dan sudut 180⁰.
4.1. Konverter AC-AC Satu Fasa Berbeban
Resistif (Lampu Pijar 300 Watt)
Pengukuran ini dimaksudkan untuk
mengetahui bentuk gelombang VS dan IS
berbeban lampu pijar 300 watt, dan juga
untuk mengetahui besar tegangan dan arus
sumbernya.
Pengukuran VS dengan menggunakan
osiloskop pada posisi:
Volt/div = 5 Volt
Time/Div = 5 ms
X 10 ( Probe pengali )
Pengukuran IS dengan menggunakan
osiloskop pada posisi:
Volt/div = 5 Volt
Time/Div = 5 x 10-3 ms
X 1 ( Probe pengali )
Bentuk gelombang VS dan IS berbeban
lampu pijar 300 watt
(VS 180O)
(IS 180O)
Tabel 4.
Hasil pengukuran bentuk
gelombang VS dan IS berbeban lampu pijar
300 watt
No Sudut α Vm
VS
Im
IS
PIN
1
0⁰ 270 190.9188 1.5 1.060 202.48
2
45⁰ 270 190.9188 1.6 1.078 205.92
3
90⁰ 270 190.9188 1.7 0.849 162.26
4
135⁰ 270 190.9188 1.8 0.38 73.198
5
180⁰ 270 190.9188 0
0
0
R
180
177
225
498
0
Keterangan:
Sudut α = Sudut penyulutan TRIAC (α)
= Tegangan maksimum (Volt)
Vm
VS
= Tegangan masukan (Volt)
Im
= Arus maksimum (Ampere)
IS
= Arus masukan (Ampere)
= Daya masukan (Watt)
PIN
R
= Hambatan berupa lampu pijar (Ω )
Bentuk gelombang VRMS dan IRMS berbeban
lampu pijar 300 watt
(VS 0O)
(VS 45O)
(VS 90O)
(VS 135O)
(IS 0O)
(VRMS 0O)
(IRMS 0O)
(VRMS 45O)
(IRMS 45O)
(VRMS 90O)
(IRMS 90O)
(IS 45O)
(IS 90O)
(IS 135O)
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
9
(VRMS 135O)
(IRMS 135O)
(VRMS 180O)
(IRMS 180O)
Tabel 5.
Hasil pengukuran bentuk
gelombang VRMS dan IRMS berbeban lampu
pijar 300 watt
Sudut
α
No
Vm
1
0⁰ 270
2
45⁰ 270
3
90⁰ 270
4 135⁰ 270
5 180⁰ 270
VRMS
190.9
182.01
134.99
57.86
0
IRMS
1.06
1.03
0.59
0.116
0
POUT
PF η (%)
202.4
1
100
187.2 0.9534 90.91
80.98 0.707 49.91
6.72 0.3031 9.17
0
0
0
Keterangan:
Sudut α = Sudut penyulutan TRIAC (α)
Vm
= Tegangan maksimum (Volt)
VRMS = Tegangan keluaran RMS (Volt)
= Arus keluaran RMS (Ampere)
IRMS
POUT
= Daya keluaran (Watt)
PF
= Faktor daya (Cos φ)
η
= Efisiensi (%)
Grafik 1 mengambil data dari table 4
dan tabel 5, pada grafik tersebut terlihat
bahwa VS bernilai konstan sebesar
190.91Volt sedangkan nilai VRMS akan terus
berkurang
nilainya
seiring
dengan
penambahan sudut penyulutannya, dari
190.92 volt pada sudut α = 00 hingga 0 volt
saat sudut α = 1800. Sehingga dapat
dikatakan bahwa nilai dari VRMS tergantung
dari sudut penyulutan TRIAC pada desain
rangkaian konverter AC-AC satu fasa
berbeban lampu pijar 300 watt.
(Ampere)
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0⁰
45⁰
90⁰
135⁰
180⁰
IS
1.0606
1.0786
0.8499
0.3834
0
IRMS
1.0606
1.0284
0.5999
0.1161
0
Grafik 2. Karakteristik hubungan IS dan IRMS
berbeban lampu pijar 300 watt terhadap
sudut penyulutannya
Grafik 2 mengambil data dari tabel 4
dan tabel 5, pada grafik tersebut terlihat
bahwa IS dan IRMS akan terus bertambah
nilainya seiring dengan penambahan sudut
penyulutan TRIAC pada desain rangkaian
konverter AC-AC satu fasa berbeban lampu
pijar 300 watt.
(Volt)
250
200
150
100
50
0
0⁰
45⁰
90⁰
135⁰
180⁰
VS
190.9188
190.9188
190.9188
190.9188
190.9188
VRMS
190.9188
182.041
134.9986
57.8674
0
Grafik 1. Karakteristik hubungan VS dan
VRMS berbeban lampu pijar 300 watt
terhadap sudut penyulutannya
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
10
Bentuk gelombang VS dan IS berbeban
lampu pijar 400 watt
(Cos φ)
1.2
1
0.8
0.6
(VS 0O)
(IS 0O)
0.4
0.2
0
PF
0⁰
45⁰
90⁰
135⁰
180⁰
1
0.9534
0.707
0.3031
0
Grafik 3. Karakteristik PF pada rangkaian
konverter AC-AC satu fasa berbeban lampu
pijar 300 watt terhadap sudut penyulutannya
Grafik 3 menunjukkan bahwa faktor
daya akan terus berkurang nilainya seiring
dengan penambahan sudut penyulutan
TRIAC.
4.2. Konverter AC-AC Satu Fasa Berbeban
Resistif (Lampu Pijar 400 Watt)
(Pengukuran bentuk gelombang VS
dan IS)
Pengukuran ini dimaksudkan untuk
mengetahui bentuk gelombang VS dan IS
berbeban lampu pijar 400 watt, dan juga
untuk mengetahui besar tegangan dan arus
sumbernya.
Pengukuran VS dengan menggunakan
osiloskop pada posisi:
Volt/div = 5 Volt
Time/Div = 5 ms
X 10 ( Probe pengali )
Pengukuran IS dengan menggunakan
osiloskop pada posisi:
Volt/div = 5 Volt
Time/Div = 5 x 10-3 ms
X 1 ( Probe pengali )
(VS 45O)
(IS 45O)
(VS 90O)
(IS 90O)
(VS 135O)
(IS 135O)
(VS 180O)
(IS 180O)
Tabel 6.
Hasil pengukuran bentuk
gelombang VS dan IS berbeban lampu pijar
400 watt
No
1
2
3
4
5
Sudut
α
0⁰
45⁰
90⁰
135⁰
180⁰
Vm
260
260
260
260
260
VS
183.85
183.85
183.85
183.85
183.85
Im
2
2.1
2.2
2.3
0
IS
PIN
1.4142 259.9974
1.4158 260.2915
1.0999 202.214
0.4929 90.6185
0
0
R
130
129
167
372
0
(Pengukuran bentuk gelombang VRMS
dan IRMS)
Pengukuran ini dimaksudkan untuk
mengetahui bentuk gelombang VRMS dan
IRMS berbeban lampu pijar 400 watt, dan juga
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
11
untuk mengetahui besar tegangan dan arus
keluarannya.
Pengukuran
VRMS
dengan
menggunakan osiloskop pada posisi:
Volt/div = 5 Volt
Time/Div = 5 ms
X 10 ( Probe pengali )
Pengukuran IRMS dengan menggunakan
osiloskop pada posisi:
Volt/div = 5 Volt
Time/Div = 5 x 10-3 ms
X 1 ( Probe pengali )
Tabel 7.
Hasil pengukuran
gelombang VRMS dan IRMS berbeban
lampu pijar 400 watt
No Sudut α Vm
VRMS IRMS
1
0⁰ 260 183.85 1.41
2 45⁰ 260 175.298 1.36
3 90⁰ 260 129.99 0.78
4 135⁰ 260 55.73 0.15
5 180⁰ 260
0
0
bentuk
POUT
PF η (%)
259.99 1
100
238.21 0.953 91.51
101.19 0.707 50.04
8.34 0.303 9.2
0
0
0
(Volt)
200
180
160
140
120
Bentuk gelombang VRMS dan IRMS berbeban
lampu pijar 400 watt
100
80
60
40
20
0
(VRMS 0O)
(IRMS 0O)
O
(VRMS 45 )
(VRMS 90O)
(VRMS 135O)
O
(IRMS 45 )
(IRMS 90O)
(IRMS 135O)
0⁰
45⁰
90⁰
135⁰
180⁰
VS
183.8477
183.8477
183.8477
183.8477
183.8477
VRMS
183.8477
175.2987
129.9987
55.7242
0
Grafik 4. Karakteristik hubungan VS dan
VRMS berbeban lampu pijar 400 watt
terhadap sudut penyulutannya
Grafik 4 terlihat bahwa VS bernilai
konstan sebesar 183.8477 volt sedangkan
nilai VRMS akan terus berkurang nilainya
seiring
dengan
penambahan
sudut
penyulutannya, dari 183.8477 volt pada
sudut α = 00 hingga 0 volt saat sudut α =
1800. Sehingga dapat dikatakan bahwa nilai
dari VRMS tergantung dari sudut penyulutan
TRIAC pada desain rangkaian konverter
AC-AC satu fasa berbeban lampu pijar 400
watt.
(Ampere)
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
O
O
(VRMS 180 ) (IRMS 180 )
0⁰
45⁰
90⁰
135⁰
180⁰
IS
1.4142
1.4158
1.0999
0.4929
0
IRMS
1.4142
1.3589
0.7784
0.1497
0
Grafik 5. Karakteristik hubungan IS dan IRMS
berbeban lampu pijar 400 watt terhadap
sudut penyulutannya
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
12
Grafik 5 terlihat bahwa IS dan IRMS akan
terus bertambah nilainya seiring dengan
penambahan sudut penyulutan TRIAC.
Bentuk gelombang VS dan IS berbeban
lampu pijar 500 watt
(Cos φ)
1.2
1
0.8
(VS 0O)
(IS 0O)
(VS 45O)
(IS 45O)
(VS 90O)
(IS 90O)
(VS 135O)
(IS 135O)
(VS 180O)
(IS 180O)
0.6
0.4
0.2
0
PF
0⁰
45⁰
90⁰
135⁰
180⁰
1
0.9534
0.707
0.3031
0
Grafik 6. Karakteristik PF pada rangkaian
konverter AC-AC satu fasa berbeban lampu
pijar 400 watt terhadap sudut penyulutannya
Grafik 6 terlihat bahwa Faktor daya akan
terus berkurang nilainya seiring dengan
penambahan sudut penyulutan TRIAC.
4.3. Penelitian Konverter AC-AC Satu Fasa
Berbeban Resistif (Lampu Pijar 500 Watt)
(Pengukuran bentuk gelombang VS dan
I S)
Pengukuran ini dimaksudkan untuk
mengetahui bentuk gelombang VS dan IS
berbeban lampu pijar 500 watt, dan juga
untuk mengetahui besar tegangan dan arus
sumbernya.
Pengukuran VS dengan menggunakan
osiloskop pada posisi:
Volt/div = 5 Volt
Time/Div = 5 ms
X 10 ( Probe pengali )
Pengukuran IS dengan menggunakan
osiloskop pada posisi:
Volt/div = 5 Volt
Time/Div = 5 x 10-3 ms
X 1 ( Probe pengali )
Tabel 8.
Hasil pengukuran bentuk
gelombang VS dan IS berbeban lampu pijar
500 watt
No Sudut α
1
0⁰
2
45⁰
3
90⁰
4 135⁰
5 180⁰
Vm
250
250
250
250
250
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
VS
176.77
176.77
176.77
176.77
176.77
Im
IS
PIN
2.5 1.767 312.4879
2.6 1.752 309.8717
2.7 1.349 238.6307
2.8 0.6 106.0659
0
0
0
R
100
100
131
295
0
13
(Pengukuran bentuk gelombang VRMS dan
IRMS)
Pengukuran ini dimaksudkan untuk
mengetahui bentuk gelombang VRMS dan
IRMS berbeban lampu pijar 500 watt, dan juga
untuk mengetahui besar tegangan dan arus
keluarannya.
dengan
Pengukuran
VRMS
menggunakan osiloskop pada posisi:
Volt/div = 5 Volt
Time/Div = 5 ms
X 10 ( Probe pengali )
Pengukuran IRMS dengan menggunakan
osiloskop pada posisi:
Volt/div = 5 Volt
Time/Div = 5 x 10-3 ms
X 1 ( Probe pengali)
Bentuk gelombang VRMS dan IRMS berbeban
lampu pijar 500 watt
(VRMS 0O)
(IRMS 0O)
(VRMS 180O)
(IRMS 180O)
Tabel 9.
Hasil pengukuran bentuk
gelombang VRMS dan IRMS berbeban lampu
pijar 500 watt
No Sudut α Vm VRMS
IRMS
POUT
PF η (%)
0⁰ 250 176.77 1.76 312.48
1
1
100
2
45⁰ 250 168.55 1.68 284.10 0.953 91.68
3
90⁰ 250 124.99 0.95 119.26 0.707 49.97
135⁰ 250 53.5809 0.18
4
9.73 0.303 9.17
180⁰ 250
5
0
0
0
0
0
(Volt)
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0⁰
45⁰
90⁰
135⁰
180⁰
VS
176.7766
176.7766
176.7766
176.7766
176.7766
VRMS
176.7766
168.5564
124.9987
53.5809
0
Grafik 7. Karakteristik hubungan VS dan
VRMS berbeban lampu pijar 500 watt
terhadap sudut penyulutannya
(VRMS 45O)
(IRMS 45O)
(VRMS 90O)
(IRMS 90O)
(VRMS 135O)
(IRMS 135O)
Grafik 7, terlihat bahwa VS bernilai
konstan sebesar 176.7766 volt sedangkan
nilai VRMS akan terus berkurang nilainya
seiring
dengan
penambahan
sudut
penyulutannya, dari 176.7766 volt pada
sudut α = 00 hingga 0 volt saat sudut α =
1800. Sehingga dapat dikatakan bahwa nilai
dari VRMS tergantung dari sudut penyulutan
TRIAC pada desain rangkaian konverter
AC-AC satu fasa berbeban lampu pijar 500
watt.
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
14
4.4 Analisis Tegangan Keluaran Terhadap
Perubahan Beban Resistif
(Ampere)
2
(Volt)
1.8
250
1.6
1.4
200
1.2
1
150
0.8
0.6
100
0.4
0.2
50
0
0⁰
45⁰
90⁰
135⁰
180⁰
IS
1.7677
1.7529
IRMS
1.7677
1.6855
1.3499
0.6
0
0.9541
0.1816
0
Grafik 8 Karakteristik hubungan IS dan IRMS
berbeban lampu pijar 500 watt terhadap
sudut penyulutannya
Grafik 5.8 mengambil data dari tabel 5.5
dan 5.6, pada grafik tersebut terlihat bahwa
IS dan IRMS akan terus bertambah nilainya
seiring
dengan
penambahan
sudut
penyulutan TRIAC pada desain rangkaian
konverter AC-AC satu fasa berbeban lampu
pijar 500 watt.
(Cos φ)
1.2
1
0
0⁰
45⁰
90⁰
135⁰
180⁰
VRMS Beban lampu
pijar 300 Watt
190.9188
182.041
134.9986
57.8674
0
VRMS Beban lampu
pijar 400 Watt
183.8477
175.2987
129.9987
55.7242
0
VRMS Beban lampu
pijar 500 Watt
176.7766
168.5564
124.9987
53.5809
0
Grafik 10 Karakteristik tegangan keluaran
terhadap perubahan beban resistif
Dari grafik di atas dapat terlihat bahwa
tegangan keluaran berkurang nilainya
sebesar 7.0711 volt pada sudut α = 00 saat
beban resistif bertambah dayanya 100 watt.
Saat sudut α = 450 nilainya berkurang
sebesar 6.7423 volt, saat sudut α = 900
nilainya berkurang sebesar 4.9999 volt dan
sudut α = 1350 nilainya berkurang sebesar
2.1432 volt.
0.8
4.5. Analisis
Arus
Keluaran
Perubahan Beban Resistif
0.6
0.4
(Ampere)
0.2
2
0
0⁰
PF
Terhadap
1
45⁰
0.9534
90⁰
0.707
135⁰
0.3031
180⁰
1.8
1.6
0
1.4
1.2
1
Grafik 9. Karakteristik PF pada rangkaian
konverter AC-AC satu fasa berbeban lampu
pijar 500 watt terhadap sudut penyulutannya
Grafik 9 terlihat bahwa Faktor daya
akan terus berkurang nilainya seiring
dengan penambahan sudut penyulutan
TRIAC.
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0⁰
45⁰
90⁰
135⁰
180⁰
IRMS Beban lampu
pijar 300 Watt
1.0606
1.0284
0.5999
0.1161
0
IRMS Beban lampu
pijar 400 Watt
1.4142
1.3589
0.7784
0.1497
0
IRMS Beban lampu
pijar 500 Watt
1.7677
1.6855
0.9541
0.1816
0
Grafik 11. Karakteristik arus keluaran
terhadap perubahan beban resistif
Dari grafik di atas dapat terlihat bahwa
arus keluaran bertambah nilainya sebesar
0.3535 ampere pada sudut α = 00 saat
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
15
beban resistif bertambah dayanya 100 watt,
pada sudut α = 450 nilai arus keluaran
bertambah sebesar 0.3305 ampere, sudut α
= 900 nilainya bertambah sebesar 0.1785
ampere, sudut α = 1350 nilainya bertambah
sebesar 0.0336 ampere.
5.2. Saran
Sebaiknya penyulutan dilakukan pada
sudut sudut α = 00 karena memiliki nilai PF =
1 lagging.
V. Simpulan dan Saran
5.1. Simpulan
Berdasarkan pada beberapa hasil
pengukuran, pengujian dan analisa pada
penelitian ini dapat ditarik kesimpulan:
1. Pada penelitian ini terjadi penurunan
tegangan keluaran VRMS saat beban
resistif
bertambah pada sudut
penyulutan tetap. Pada saat penyulutan
TRIAC α = 00 penurunan tegangannya
sebesar 7.0711 volt setiap penambahan
beban berdaya 100 watt, pada sudut α =
450 nilainya berkurang sebesar 6.7423
volt, pada sudut α = 900 nilainya
berkurang sebesar 4.9999 volt dan sudut
α = 1350 nilainya berkurang sebesar
2.1432 volt.
2. Terjadi kenaikan arus keluaran saat
beban resistif bertambah pada sudut
penyulutan tetap. Pada saat penyulutan
TRIAC α = 00 nilainya bertambah
sebesar
0.3535
ampere
setiap
penambahan beban berdaya 100 watt,
pada sudut α = 450 nilainya bertambah
sebesar 0.3305 ampere, sudut α = 900
nilainya bertambah sebesar 0.1785
ampere, sudut α = 1350 nilainya
bertambah sebesar 0.0336 ampere.
Nilai PF akan terus berkurang saat
penambahan sudut penyulutan. Pada sudut
α = 00 memiliki nilai PF = 1 lagging, sudut α
= 450 memiliki nilai PF = 0.9534 lagging,
sudut α = 900 memiliki nilai PF = 0.707
lagging, sudut α = 1350 memiliki nilai PF =
0.3031 lagging, dan sudut α = 1800 memiliki
nilai PF = 0 lagging. Nilai faktor daya
tersebut akan sama walaupun adanya
perubahan beban resistif.
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
16
DAFTAR PUSTAKA
Arikunto, S., 2010. Prosedur Penelitan
Suatu Pendekatan Praktik. Jakarta: Rineka
Cipta.
Dewan, S., Slemon, G. & Straughen, A.,
1984.
Power
Semiconductor
Drives.
Canada: John Wiley & Sons, Inc.
Dwi Surjono, P. & Herman, 2007.
Elektronika Teori dan Penerapan. Surabaya:
Penerbit Cerdas Ulet Kreatif.
Gunasekaran, S. et al., 2012. A Single
Phase AC-AC Converter Using Switch
Reduction
Technique.
www.datasheetcatalog.com, Volume 1, p. 98
– 102.
Horn, D. T., 1989. Teknik Merancang
Rangkaian dengan IC. Jakarta: PT Elex
Media Komputindo.
Petruzella, F. D., 2001.
Industri. Yogyakarta: Andi.
Elektronik
Rasyid, M. H., 1999. Elektronika Daya.
Jakarta: PT Prenhallindo.
Rasyid, M. H., 2001. Power Electronics
Handbook. Sandiago, California, USA:
Academic Press.
Sapiie, D., Soedjana, Nishino, D. &
Osamu, 1994. Pengukuran Dan Alat-Alat
Ukur Listrik. Jakarta: PT Pradnya Paramita.
Riwayat Penulis
Anung, ST., MT. adalah Dosen STT
Mandala jurusan Teknik Elektro
Asep Komarudin, ST. adalah alumni
Teknik Tlektro STT Mandala.
.
ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819
17