Jurnal Energi Elektrik Volume II Nomor 1 Tahun 2013
Resistor Sebagai Pendeteksi Zero Cross Voltage Pada Sinkronisasi Pulsa Penyulut Said Aiyub Teknik Elektro - Politeknik Negeri Lhokseumawe
Abstrak - Zero cross voltage adalah suatu system penyulutan dengan pambatasan dari 0’ sampai dengan 180 ‘, untuk mendapatkan penyulutan yang sempurna disini menggunakan resistor pada system penyearah tiga phasa semi terkendali dengan menggunakan tiga buah diode dan tiga buah tyristor, dengan demikian hasil penyearah gelombang keluaran tiga phasa semi terkendali tersebut didapatkan sesuai dengan yang diharapkan dan tegangan yang diahasilkan sangat linier dan stabil, bila system zero cros voltage tidak stabil , maka yang terjadi pergerakan pulsa sulut tidak beraturan sehingga terjdai konduksi tyristor dan tegangan keluaran yang diatur akan terjadi lompatan Kanta Kunci: Tyristor, Semi Terkendali, Motor 1.
PENDAHULUAN
Sistem jaringan yang digunakan umumnya dalam mensuplai tegangan listrik ke beban ada beberapa jenis yaitu sistem jaringan T-T, jaringan T-N, dan jaringan I-T. Sistem Jaringan T-T yaitu sistem tegangan tiga phase menggunakan saluran 3 kawat tanpa netral. Kemudian sistem jaringan T-N yaitu sistem jaringan yang menggunakan saluran 4 kawat dengan kawat netral. Jika ada sebuah beban yang harus membutuhkan jaringan T-N, sementara sistem jaringan tegangan yang ada adalah jenis jaringan T-T, maka akan terjadi permasalahan terhadap beban tersebut. Dimana dalam hal ini terkait terhadap sebuah sistem pengaturan pendeteksian zero cross voltege yang harus menggunakan sistem jaringan T-N, tetapi sistem yang ada yaitu jenis jaringan TT, Sehingga sistem pengaturan yang akan dibuat tidak sempurna. Untuk tetap bisa sistem pengaturan ini digunakan, maka perlu dilakukan modifikasi alatnya yang dibuat harus menggunakan kawat netral, sementara sistem netral tegangan supplai tidak tersedia, sehingga terjadi kegagalan dalam melakukan penyulutan thyristor. Permasalahan ini merupakan awal ide dalam melakukan penelitian mengenai penyulutan thyristor pada sistem penyearah semi terkendali tiga phase dengan melakukan pendeteksian tegangan zero cross voltage tanpa menggunakan kawat netral. Jika sebuah sistem pendeteksi zero cross voltage awalnya harus menggunakan kawat netral, kemudian digunakan untuk sistem yang tidak menggunakan netral, maka yang akan terjadi adalah kegagalan dalam melakukan penyulutan sistem penyearah tiga phasa tersebut. Dalam hal ini
peneliti ingin membuat sistem pendeteksian zero cross voltage tersebut menggunakan tahanan. Peneliti ingin mencermati yang lebih mendalam, mengenai sistem pendeteksian zero cross voltage dengan menggunakan tahanan (resistor). Pendeteksian zero cross voltage yang tidak tepat maka akan terjadi pergeseran sudut sulut pulsa. Sementara yang diharapkan harus tepat pada 180 derajat listrik hingga 0 derajat listrik. Akibat yang ditimbulkan dari pergeseran sudut pulsa tersebut yaitu dimana pada awal penyulutan sudut 180o tegangan penyearah sudah ada sekitar 20 Volt. Sistem yang seperti ini adalah sistem yang tidak sempurna, sebab tegangan yang dihasilkan nantinya akan terjadi kedipan atau loncatan tegangan. Setiap sistem penyulutan komponen power elektronik atau komponen elektronika daya seperti Triac, Thyristor, dan lainnya sangat diperlukan untuk mengkonduksikan komponen tersebut. Dimana komponen yang disebutkan akan bekerja jika gerbang atau gete dari komponen tersebut diberi pulsa on. Sudut pulsa yang akan diberikan akan mempengaruhi lamanya komponen tersebut bekerja. Salah satu alat pengaman atau isolasi dalam memberikan sinyal pulsa kepada komponen daya tersebut yaitu dengan menggunakan trafo pulsa. Dimana trafo pulsa tersebut dikontruksi dengan ratio 1 (satu). Rangkaian penyulut dengan rangkaian elektronika daya merupakan rangkaian terpisah. Dimana salah satu pemisah rangkaian tersebut digunakan trafo pulsa atau jenis lain berupa opto copler. Dari uraian pendahuluan diatas, peneliti dapat merumuskan kembali bahwa yang menjadi
Jurnal Energi Elektrik Volume II Nomor 1 Tahun 2013 permasalahan dalam penelitian ini adalah bagaimana untuk memenuhi atau mendapatkan sistem deteksi zero cross voltage yang tepat atau sempurna dengan rangkaian deteksi menggunakan resistor. Sehingga ring (batasan) penyulutan bergerak sangat tepat dari 180o sampai 0o pada sistem penyearah tiga phase semi terkendali dengan menggunakan 3 buah buah dioda dan 3 buah thyristor dengan beban motor DC penguatan terpisah. Dengan demikian hasil penyearah semi terkendali gelombang tiga phase tersebut sesuai yang diharapkan dan tegangan yang dihasil sangat linier serta stabil. Jika sistem deteksi zero cross voltage tidak tepat (tidak sempurna) maka yang terjadi adalah pergerakan pulsa sulut tidak beraturan sehingga konduksi thyristor tidak tepat dan akhirnya tegangan keluaran yang diatur akan terjadi lompatan ( tidak stabil). Resiko yang paling berbahaya adalah Tegangan yang dihasilkan tidak sesuai dengan sudut penyulutannya dan dapat mengakibatkan kerusakan pada komponen daya (thyristor), sehingga beban yang menggunakan tegangan tersebut mendapatkan goncangan (bergetar). 2.
RANGKAIAN DETEKTOR ZERO CROSS VOLTAGE
Rangkaian pendeteksi zero cross voltage dapat digunakan IC TL 072 atau TL 074, IC ini adalah jenis IC penjumlah. IC ini memiliki 14 kaki dengan 8 input, 4 output dan 2 kaki untuk power supply 15 volt DC yaitu pada kaki 4 dan 11. [6]
Dimana nilai A = 1 artinya tidak ada penguatan Gelombang yang akan di deteksi seperti gambar 2.2, dimana dalam mendeteksi gelombang tersebut ada dua metode yaitu : deteksi gelombang tegangan phase-netral dan gelombang phase-phase. 2.1. DETEKSI TEGANGAN PHASE-NETRAL Mendeteksi tegangan phase-netral nantinya harus digeser sudut gelombangnya sebesar 30o agar tepat pada zero cross voltagenya dengan menggunakan kapasitor, dan nilai kapasitor yang dipasang harus tepat. Jika nilai kapasitor tidak tepat maka titik nol zero cross voltage tidak akan tepat dan akan menimbulkan masalah nantinya. Sebagai input IC TL 072 yaitu tegangan phase pada input positif dan netralnya pada input negatif, sehingga bentuk gelombang tegangan masuk sama dengan tegangan output. 2.2. DETEKSI TEGANGAN PHASE-PHASE Mendeteksi tegangan phase-phase tidak perlu melakukan pergeseran sudut gelombang karena dari penjumlahan input dua phase sudah akan membentuk sudut zero cross tepat pada titik nolnya di 30o dari gelombang phasenya seperti terlihat pada gambar 1. Zero cross voltage Gelombang tiga phase [4]
Konfigurasi IC TL 074 atau TL 072 yaitu :
Gambar 2.2. Zero Cross Gelombang 3 Phase Gambar 2.1. IC TL 072 Dan Konfigurasinya Besar tegangan output dengan input 1 dan input 2 yaitu : Vo = A ( Input 1 + Input 2)….…... ….( 1)
2.3. DETEKTOR PENYILANG NOL (TIDAK MEMBALIK) Rangkaian Op-Amp yang terdapat pada Gambar 2. berfungsi sebagai pembanding. Masukan positifnya (+) tanpa membandingkan dengan nilai Ei dimana tegangan acuan 0 volt (Vref = 0 volt). Jika Ei
Jurnall Energi Elekktrik Volumee II Nomor 1 Tahun 20133 berada diatas d Vref, Vout V menyamaai (+Vsaturassi). Hal ini disebbabkan karenaa tegangan paada masukan positif lebih besar dari pada teegangan masuukan negatif. [7] [
Gambar 2.44. Detektor Pennyilang Nol (P Pembalik) 2.5. RANG GKAIAN PEM MBANGKIT T PULSA mbalik) Gambar 2.3. Detektor Penyilang Nool (Tidak Mem R 2.4. DETEKTOR (PEMBALIK K)
PENY YILANG
NOL
Masukan neggatif Op-Ampp yang terdapaat pada 3 membandinngkan nilai Eii dengan suatuu acuan Gambar 3, yang bessarnya 0 voltt (Vref= 0 voolt). Adapun bentuk gelombanng Vout terhaadap waktu daan Vout terhaadap Ei dapat diaanalisa melaluui persamaan sebagai s berikuut : 1. Jika Ei berada b diatass Vref, makaa Vout menyamai nillai negatif Vsaaturasi (-Vsatu urasi). 2. Jika Ei menyilang acuann menuju posiitif dari positif Vsatturasi (+Vsaaturasi) ke negatif Vsaturasi (-V Vsaturasi). Detektor penyilang nool yang terdappat dalam gam mbar 3 akan meengubah keluuaran dari seebuah keluaraan dari pembanggkit gelombanng sinus, misaalnya menjaddi suatu gelombanng persegi. Jika Ei merupakan suatu gelombanng sinus, segiitiga, atau benntuk gelombaang lain yang sim metris disekittar nol, makaa keluaran detektor d penyilangg nol akan meenjadi gelombang persegi.
Realisaasi dari jeenis rangkaiian penyulutt beermacm-macam m namun yanng paling sedeerhana dengann meenggunakan dioda d sampai ddengan yang komplek k yaituu deengan mengguunakan IC TCA A 785. [5] Keelebihan IC TCA 785 bbila dibandinngkan dengann peenyulut yang lain yaitu : 1. Penetaapan titik nol yyang lebih tetaap. 2. Pengaaturan sudut penylutan mulai m dari 0°° sampaii dengan 180°°. 3. Daerahh pemakaian yyang lebih bessar. 4. Ratingg dari arus keerja relatif keccil, mulai darii 250mA A sampai denggan 500mA. 5. Teganggan kerja 15 V Volt. 6. Dapat digunakan unntuk pengontrrol tiga phasaa (3Φ) IC C TCA 785 inii sangat lengkkap dan dapat bertahan b lamaa diggunakan untuuk sistem peenyulutan. Assal saja padaa peenggunaannyaa tidak melebihi kemampuann sppesifikasinya. Sinyal sinkronisasii dari teganngan sumberr dihhubungkan pada kaki (no 5) atau (U sync) melaluii ressistor yang mempunyai hambatan tinggi. Zeroo deetektor (perabba nol) akan menentukan titik nol dann dissimpan kedaalam memorri sinkron. Detektor inii keemudian akann mengendalikan gigi geergaji dengann freekwensi yanng sesuai dengan teganngan sumber.
Jurnal Energi Elektrik Volume II Nomor 1 Tahun 2013 Kapasitor (C10) dan Resistor (R9) akan menentukan nilai kemiringan dari gelombang gigi gergaji yang dihasilkan. Gelombang gigi gergaji tersebut kemudian dibandingkan dengan tegangan referensi (U11) oleh rangkaian komparator (pembanding). Sinyal output dari rangkaian komparator ini kemudian diteruskan ke rangkaian logic. Bila tegangan referensi yang terdapat pada kaki (no 11) pada posisi minimal, hal ini menunjukkan titik inisial dari sudut penyulutan sama dengan nol (α = 0). Untuk melakukan sudut penyulutan mulai dari 0° sampai dengan 180° dapat dilakukan melalui pengaturan pada tegangan referensinya. Pada kaki-kaki output Q1 dan Q2 akan diperoleh pulsa positif (dengan panjang pulsa sekitar 30 μs) untuk setiap setengah dari cyclenya dari tegangan sumber. Untuk mendapatkan panjang pulsa yang bervariasi dapat kita peroleh dengan mengatur atau merubah-rubah nilai kapasitor (C12), sedangkan untuk memperoleh pulsa maksimum (180o) dapat dilakukan dengan menghubungkan kaki (no 12) terhadap ground. Pada kaki (no 4) dan kaki (no 2) akan diperoleh hasil outputan pulsa yang bernilai negatif.
Q1
Q2
sebagai membatasi tegangan selama proses turn-off transient dan arus pada saat proses turn-on transient. Pada sudut penyalaan sebesar α, SCR mendapat tegangan penyulutan yang menyebabkan konduksi untuk mendistribusi arus yang berbeda. Pada proses turn-on tersebut terjadi kenaikan arus yang besar menuju kondisi yang stabil ( proses transient ). Kapasitor snubber membatasi kenaikan arus yang terjadi melalui proses pembuangan muatan kapasitor, sedangkan Resistor snubber berfungsi untuk membatasi nilai arus yang mengalir pada SCR. Dalam menentukan nilai Cs dan Rs, faktor tegangan supplai dan arus beban sangatlah berpengaruh. Penentuan nilai Cs dan Rs seperti persamaan berikut : [7] Jurnal converter.pdf Rs = 20 ( Vs / I1 )........................................... (2) Cs = 0,6 ( Il / Vs ).......................................... ( 3) Dimana : Vs = Tegangan jala-jala Il = Arus yang mengalir ke beban Perumusan Tegangan DC yang dihasilkan untuk sistem penyearah semi terkendali secara rumus didapat dihitung yaitu : √ .
2.6. RANGKAIAN SNUBBER Untuk menjaga kondisi SCR tetap dalam keadaan on, diperlukan arus anoda minimum. Karena jika arus anoda turun, maka SCR kembali kekeadaan blocking. Agar SCR melai mendapat konduksi, maka diperlukan arus yang lebih besar dari arus holding. Dalam pengoperasian rangkaian snubber, SCR pada semi converter dapat dipresentasikan sebagai switch elektronik. Untuk mengurangi tekanan elektris pada level yang berada dibawah kemampuan maksimal semiconverter, maka diperlukan suatu rangkaian pengaman. Rangkaian pengaman tersebut berupa rangkaian snubber, yang tersusun atas komponen Resistor dan Kapasitor yang terhubung secara seri serta paralel terhadap SCR. Rangkaian snubber berfungsi
………………… . (4 )
tegangan DC yang dihasilkan untuk sistem penyearah terkendali penuh secara rumus dapat dihitung yaitu : √ .
Gambar 2.5. Rangkaian Pembangkit Pulsa [5]
(1 + Cos
( Cos
……………………(5 )
3. RANGKAIAN PENGUJIAN Penguji sistem penyulutan yang lebih baik yaitu dengan menguji rangkaian deteksi zero voltage menggunakan sebuah tahanan (resistor). Ada beberapa tahapan yang harus dilakukan yaitu : A. Tahap pertama yaitu melakukan perakitan komponen rangkaian penyulutan system tiga phase dengan menggunakan 3 buah IC TCA 785 diantaranya: • Perakitan stabilizer tegangan supplay ± 10 volt DC, • Preakitan system sinkronisasi, • Perakitan rangkaian pengatur amplitude gelombang segi tiga, • Perakitan rangkaian pengatur lebar pulsa,
Jurnal Energi Elektrik Volume II Nomor 1 Tahun 2013 • Perakitan rangkaian penguat pulsa dengan menggunakan transistor D560, • Perakitan rangkaian pengaman trafo pulsa • dengan 300 lilitan ratio 1. B. Tahap kedua yaitu membuat rangkaian deteksi tegangan menggunakan resistor
Tabel 2. Ketepatan Sudut Penyulutan Deteksi zero cross voltage menggunakan
Sudut penyulutan Derajat Listrik
Tegangan (volt) keluaran
0
166,13 154,99 124,6 83,1 41,54 11,13 0
30 60 90 120 150 180
Tahanan hubungan Bintang
Dari perhitungan diambil contoh untuk sudut triger 30 derajat dari persamaan 4 sebagai berikut :
Gambar 3.1 .Rangkaian Deteksi Tegangan Menggunakan Resistor 3.1. HASIL PENGUJIAN DAN PERHITUNGAN
Bintang
. ,
.
Sudut penyulutan
Teg (volt)
0 30 60 90 120 150 180
166 155 126 85 43 12 0
1
30
, . , . ,
,
Sudut penyulutan yang diberikan terhadap tegangan keluaran DC yang diukur menghasilkan data
Tahanan hubungan
. ,
,
Dari pengukuran yang dilakukan untuk tegangan antara phasa yang diberikan sebagai tegangan sumber tegangan R-S 120 V0lt, Tegangan S-T 123 Volt, Tegangan T-R 124 Volt sedangkan untuk tegangan Phasa Netral R-N, S-N, T-N = 71
Tabel 1. Pengujian Deteksi zero cross voltage menggunakan
√ .
1
Vdc = 154,99 Volt Untuk perhitungan pada sudut triger yang lain dapat dilihat pada tabel data hasil perhitungan . Bentuk gelombang yang dihasilkan dengan tampilan osiloscop pada sudut triger 0o dapat dilihat seperti gambar berikut :
keluaran
Untuk membandingkan antara data pengukuran dengan data perhitungan dapat dilihat pada tabel berikut : ini dimaksudkan untuk memastikan tingkat ketepatan sudut penyulutan yang dilakukan terhadap tegangan DC yang dihasilkan.
Gambar 3.2. Respon gelombang pada Sudut triger 0o Sistem deteksi zero cross voltage sangat baik, dan ini dapat dilihat dari pergerakan pulsa sulut beraturan sehingga konduksi tyristor tepat dan akhirnya tegangan keluaran yang diatur tidak terjadi lompatan. Dan nilai pengukuran dengan perhitungan hampir mendekati nilai yang sama. Terjadi perbedaan sedikit antara pengukuran dan perhitungan ini disebabkan oleh ketidak tepatan dalam menentukan atau melihat posisi sudut triger pada osiloscop.
Jurnall Energi Elekktrik Volumee II Nomor 1 Tahun 20133 1..
2..
Gambar 3.3. Bentuk gelombang g pad da Sudut trigg ger 30o
3..
Zero crosss voltage dapaat menghasilk kan catu dayaa DC yang stabil, s sehinggga dapat diperrgunakan padaa sistem keendali motor DC, diman na komponen n elektronikaa dalam peeralatan kendali tersebutt seperti trriac, thyristoor dan lain-lain dapatt beroperasi dengan bbaik dan teerhindar darii kerusakan..
4..
Zero cross voltage dapatt digunakan pada p suatu peralatan listrik yang tiddak memiliki titik t netral pply daya mennggunakan sisstem 3 phasa dengan sup
Gambaar 3.4. Detekssi singkronisassi yang tidak tepat t Deteksi tegan ngan zero voltage yang tidak k tepat, ini diseb babkan oleh tegangan t antaara fasa yang g tidak sama. Jika ini yang terjadi makaa sudut trigeer yang n tepat. Jarak k setiap pulsaa tidak dihasilkaan tidak akan sama prio odik.
Nilai pengukuran dan peerhitungan meendekati samaa di perbedaan nnilai yang keccil disebabkan n , bila terjad sulitnya ak kuasisi dari peembacaan peraalatan yang digunakan (Osiloskop) ddalam membaaca sudut triger Deteksi teegangan zero ccross voltage yang y tepat ini disebabkan n oleh tegangaan antar phasaa yang sama dan sensorr zero cross vooltage akan tep pat, dengan demikian akan a didapatk kan sudut trigg ger yang baik dan jarak setiap s priodik pulsanya sam ma
RE EFERENSI [1] Albert Pau ul Malvino. Tahun 2003. Terjemahan T Ir. Alb. Jok ko Santosoo, MT. Prinsip-prinsip P p elektronikaa, Penerbit Saalemba Tekniika. Jakarta [2] Fitzgerald,,. 1997, Mesin-Mesin Listrrik , Erlanggaa jakarta [3] Rasyid, M.H H. , 1999. Eleektronika Daya a, Edisi bahasa Ind donesia, PT. P Prenhallindo, Jakarta. J [4]
Gambar 3.5. 3 . Deteksi Singkronisasii Yang Tepat Deteksi tegangan zzero voltagee yang tepaat, ini disebabk kan oleh tegan ngan antara fasa f yang sam ma dan sensor zeero voltage yyang tepat. Jiika ini yang terjadi maka su udut triger yaang dihasilkan n akan tepat. Jarak setiap pu ulsa sama priod diknya. 4.
Kesimpulan n
Berdasarrkan hasil perhitungan dan n pengukuran n yang terlihat pada table yang g tertera diataas ,
Mohan,dk kk, Power Electronics Converterss Applicatioons and Designn, john wiley & sons, inc.
[5] Malvino, Barmawi, B 19966. Prinsip- Prrinsip Elektronikka, Edisi Ketigga, Erlangga, Jakarta. J [6] TCA 785, Siemen www w.datsheetcatallog.com, Dataa Components. Sheet For Electronics C [7] Adam A A, A 201, Rangkkaian Penyea arah Setengahh Terkendali Tiga Fasaa Untuk Pengendaliann Karakterisstik Motor A Arus Searah Shunt, Jurnall Ilmiah Fo oristek Vol.1, No.2, UN NTAD Palu, Indonesia
