TEKNIK PEMANFAATAN TENAGA LISTRIK JILID 2

4.1.4.1 Pengendali Proporsional dimana: (P) P = keluaran (%) KP = penguatan proporsional Pengendali proporsional (P) merupakan E = error (%) pengembangan dari pengendali dua posisi (On-Off). Pada pengendali dua- Tanggapan step posisi, keluaran pengendali adalah 100 % atau 0% tergantung pada sinyal error atau sinyal yang masuk ke pengendali. Jika sinyal error lebih besar dari daerah netral ma-ka keluaran pengendali ada- lah 100%, sebaliknya bila sinyal error lebih kecil dari daerah netral maka keluaran pengendali 0%. Pengendali P mempunyai keluaran yang Gambar 4.6 Tanggapan step pengendali P bersifat kontinyu, dimana antara masuk- an dan keluaran mempunyai hubungan Diagram kotak satu-satu. Ini berarti bahwa perubahan yang terjadi pada keluarannya akan Diagram kotak pengendali proporsional mengikuti perubahan sinyal errornya. digambarkan sebagai: Sudah tentu, perubahan keluaran pengendali, dalam prakteknya selalu dibatasi oleh kondisi saturasi minimum dan maksimum yang telah ditetapkan dari perangkat keras yang digunakan. Fungsi Alih Hubungan antara input dan output dari EP suatu pengendali disebut fungsi-alih KP (transfer function). Fungsi alih dari pe- ngendali ada bermacam-macam, mi- a) salnya ada yang menggunakan fungsi atau waktu (t), fungsi Laplace (s), dan dalam EP bentuk persentase (%). Oleh karena itu, bila dijumpai adanya perbedaan simbol b) dan notasi dalam penggambarannya ti- dak ada masalah. Dalam buku ini fungsi alih yang digu- Gambar 4.7 Diagram kotak pengendali P nakan adalah bentuk persentase. Di mana hubungan input-output dapat di- Bila, untuk keperluan tertentu, pada saat tulis: E 0 dikehendaki adanya keluaran P KPE sebesar P(0) persamaan (3) menjadi: Sistem Pengendalian 293

U KP E  P(0) offset itu merupakan perbedaan nilai variabel yang dikontrol terhadap setpoint Hubungan keluaran dan masukan ketika sistem berada keadaan tunak pengendali dapat digambarkan sebagai (steady state). Offset tidak meng- berikut: untungkan sistem karena kondisi tunak suatu sistem, idealnya, tidak ada offset. Untuk melihat bagaimana offset timbul, perhatikan sebuah sistem ketika beban nominal pengendali pada 50% dan error 0 seperti ditunjukkan pada Gambar 4.9. Gambar 4.8 Hubungan keluaran dan masukan pengendali Proporsional Proporsional Band Gambar 4.9 Offset pengendali P Pada aplikasi pengendali proporsional, Jika terjadi perubahan error, sistem penguatan proporsional sering di- merespon dengan mengubah keluaran nyatakan dengan proporsional band pengendali untuk mengembalikan error (PB). Proportional Band (PB) adalah ba- ke 0. Akan tetapi, hal ini tidaklah mung- tas-batas harga sinyal masukan (error) kin terjadi, karena pada pengen-dali P, (dalam %) yang menyebabkan keluaran hubungan antara input-output adalah pengendali 0 - 100 %. Sebagai contoh, satu-satu. pengendali P akan memberikan sinyal keluaran U= 0–100 %, diperlukan Untuk memperkecil offset dapat dila- sinyal E = 0-50%. Pengendali ini mem- kukan dengan memperbesar pengu- punyai PB=100/50=2. Untuk U = 0- atan KP sebagaimana diperlihatkan pa- 100%, diperlukan sinyal E=0-25%, maka da Gambar 4.9 Perbesaran KP ini tidak PB=100/25=4. dapat dilakukan sembarang karena akan menyebabkan terganggunya ke- Offset stabilan sistem. Maka dari itu pema- kaian pengendali jenis ini terbatas pada Karakteristik penting dari pengendali ini sistem yang dalam operasinya tidak adalah timbulnya kesalahan sisa terjadi perubahan besar pada variabel (residual error) yang tetap pada titik yang dikendalikan. operasinya apabila terjadi perubahan beban. Kesalahan ini disebut offset. Jadi 294 Sistem Pengendalian

4.1.4.2 Pengendali integral (I) dimana : Pada sistem kendali dengan meng- dP perubahan output gunakan pengendali proporsional (P), telah diketahui bahwa untuk mempe- = tingkat roleh suatu keluaran pada suatu har-ga tertentu (selain harga awal P(0)) di- dt perlukan sinyal error. Akibatnya, akan menimbulkan kesalahan statis atau off- pengendali (%/s) set, yaitu perbedan antara harga yang diinginkan (setpoint) dengan harga KI = penguatan integral (persentase keluaran sistem yang dikontrol pada output pengendali / second / kondisi tunak. Atas dasar alasan inilah membuat alat pengendali proporsional persen error) hanya cocok untuk sistem yang varia- belnya tidak memerlukan perubahan P(t) = sinyal kontrol besar atau relatif tetap. P(0) = keluaran pengendali pada t=0 Koefisien integral dari pengendali ini, dalam hal tertentu dinyatakan dengan waktu integral, TI dalam satuan detik (second) yang merupakan invers dari KI atau TI=1/KI Pengendali integral (I) merupakan EP P pengembangan dari pengendali P dan P pengendali multi-posisi. Dibandingkan ³ pengendali P, pengendali ini mampu menghilangkan kesalahan statis. Diban- a) dingkan pengendali multi-posisi, pe- atau ngendali ini mempunyai sifat dimana EP antara keluaran dan masukan mempu- nyai hubungan kontinyu. Pengendali ini b) juga tidak mempunyai histerisis atau zona netral seperti pada pengendali Gambar 4.10 Diagram kotak pengendali I multi-posisi. Pada pengendali yang menggunakan aksi integral, laju perubahan keluaran pengendali berbanding lurus dengan sinyal error atau keluaran pengendali berbanding lurus terhadap integrasi sinyal error. Secara matematis pengen- dali ini dinyatakan sebagai: dP KI EP atau dt t P(t) KI ³ EP (t) dt  P(0) 0 Sistem Pengendalian 295

Karakteristik pengendali I Gambar 4.12 menjelaskan bagaimana alat ini meniadakan kesalahan statis Gambar 4.11 Tanggapan pengendali I (offset). Laju perubahan keluaran dP/dt terhadap error step tetap tergantung pada sinyal error E dan penguatan KI. Untuk E yang sama, laju perubahan keluaran akan semakin tinggi bila penguatan KI semakin tinggi. Untuk KI yang sama, dP/dt akan semakin tinggi bila E semakin besar. Laju perubahan akan positif bila errornya positif dan se- baliknya. Keadaan istimewa adalah ketika E=0, dimana dP/dt sama dengan nol. Ini berarti bahwa P dalam keadaan kons- tan. Sifat inilah yang membedakan de- ngan pengendali P. Dibalik keuntungan yang dimiliki, pengendali I mempunyai kekurangan, yakni kelambatannya dalam merespon error. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.11, bahwa untuk mencapai harga keluaran seperti yang diinginkan diperlukan waktu yang relatif lama. Fak- tor ini yang menimbulkan peristiwa transient dalam sistem kendali. 4.1.4.3 Pengendali diferensial (D) Gambar 4.12 Laju perubahan keluaran Keluaran pengendali diferensial (deriva- terhadap error tif) tergantung pada \"kecepatan\" peruba- han error. Pengendali ini tidak bisa digu- Gambar 4.11 menunjukkan bahwa ke- nakan sendiri karena bila error sama tika sinyal error positif dan konstan, dengan nol atau tetap maka keluaran keluaran pengendali akan naik terus. pengendali akan nol Kenaikan ini akan terus berlangsung sampai batas maksimum yang P KD dE  P(0) ditetapkan. dt Laju kenaikan keluaran pengendali, dimana disamping ditentukan oleh error, juga oleh penguatan integrasinya. Semakin K D : penguatan derivatif atau tinggi penguatan integrasi semakin TD : waktu derivatif tinggi pula laju kenaikan sinyal keluaran dE : kecepatan perubahan error (%/s) pengendali atau kecuraman kenaikan dt keluaran akan semakin tajam bila P(0) : keluaran tanpa perubahan error penguatan integrasinya semakin besar. 296 Sistem Pengendalian

4.1.5.1 Pengendali PI Sesuai dengan namanya pengendali ini merupakan gabungan antara pengendali proporsional (P) dan integral (I). Hu- bungan antara keluaran dan masukan pengendali dapat dituliskan sebagai: Gambar 4.13 Keluaran pengendali fungsi P K P EP  K P K I ³ EP dt  P(0) KI bisa perubahan error dinyatakan dengan waktu integral TI, di mana TI=1/KI. Keuntungan pengendali ini adalah ada- nya pengendali P yang mampu meres- pon dengan cepat mengkompensasi kelambatan pengendali I, dan pengen- dali I yang dapat menghilangkan kesa- lahan inheren pada P sehingga dengan kombinasi ini akan memberikan tang- gapan kontrol yang lebih baik dibanding- kan kontrol individunya. Atau dengan lain perkataan, pada pengendali ini offset pengendali P dapat dihilangkan oleh pengendali I dan kelambatan pengendali I dapat dikompensasi oleh kecepatan pengendali P sehingga kondisi optimal bisa dicapai. EP P Perlu diingat bahwa penguatan propor- sional juga mengubah penguatan sistem Gambar 4.14 Diagram kotak pengendali D secara keseluruhan, namun penguatan integral dapat diatur secara terpisah. 4.1.5 Pengendali Campuran Ingat bahwa offset terjadi pada P, pada pengendali PI, fungsi integral akan memberikan keluaran pengendali yang baru walaupun errornya nol setelah per- ubahan beban. Kebutuhan sistem biasanya tidak bisa dipenuhi oleh salah satu pengendali secara individu. Untuk itu, pada umum- nya dilakukan dengan menggabungkan dua atau tiga pengendali, seperti PI, PD, dan PID. Penggabungan pengendali ini diharapkan dapat saling melengkapi, kelemahan yang satu bisa ditutupi oleh kelebihan yang lain. Sistem Pengendalian 297

Tanggapan step Konfigurasi pengendali ini dapat ditulis- kan: t dEP dt KP EP  KP KI EPdt KP KD 0 ³P atau ³P KP t dEP KPEP  TI dt EPdt KPTD 0 Gambar 4.15 Tanggapan step pengendali PI Diagram kotak P EP Gambar 4.16 Diagram kotak pengendali PI 4.1.5.2 Pengendali Proporsional- Integral-derivatif (PID) Pengendali PID merupakan pengendali yang terhandal dibanding dengan alat- pengendali yang telah dibahas sebelum- nya namun lebih kompleks. Pengendali ini dapat diaplikasikan pada hampir \"semua\" plant. Pengendali PID merupakan hasil Gambar 4.17 Tanggapan step dan diagram penggabungan dari pengendali P, I, dan kotak pengendali PID D. Aksi pengendali adalah hasil penjum- lahan ketiga aksi pengendali individu Dengan pengendali ini kita dapat tersebut. Dengan penggabungan ini mengeliminasi offset dan sensitif diharapkan mampu mengoptimalkan terhadap adanya perubahan error. per-formansi sistem kendali, yaitu dengan mengkompensasi kelemahan dan meningkatkan kinerjanya. Banyak jenis konfigurasi pengendali PID. Berikut ini adalah salah satu kon- figurasi dasar namun mempunyai kinerja yang cukup handal. 298 Sistem Pengendalian

4.1.6 Pengendali Elektronik Di sini sinyal input pengendali dianggap Rangkaian-rangkaian berikut mengilus- sebagai tegangan dengan VH sebagai trasikan metoda implementasi aksi On, dan VL sebagai Off dan output nya pengendali dengan menggunakan adalah output komparator atau Vout. rangkaian op-amp. Output komparator berubah keadaan bila 4.1.6.1 Pengendali dua-posisi tegangan VE sama dengan harga setpoint VSP. Rangkaian ini akan On bila : Pengendali dua-posisi dapat diimplemen- tasi secara elektronik dengan banyak VH R1 VSP dan Off bila tegangan sama variasi. Banyak sistem pengkondisian R3 udara (AC) dan pemanas ruangan meng- gunakan pengendali dua-posisi yang dengan VL R1 ª  ¨©¨§ R3 ¹·¸¸Vout º dibuat dari bilah bimetal. Implementasi R3 «VSP R2 » pengendali dua-posisi atau on-off dengan ¬ ¼ menggunakan op-amp dengan zona ne- tral yang dapat diatur-atur ditunjukkan Lebar zona netral antara VL dan VH dapat pada Gambar 4.18. diatur dengan mengatur R2. Lokasi rela- tifnya dari zona ini dibuat dengan menva- riasikan tegangan setpoint VSP. Zona netral dihitung berdasarkan perbedaan antara VH dan VL. Gambar 4.18 Realisasi pengendali dua-posisi Sistem Pengendalian 299

4.1.6.2 Pengendali P 4.1.6.3 Pengendali Integral Implementasi pengendali ini memerlukan Pengendali integral mempunyai karak- rangkaian yang mempunyai tanggapan teristik dengan bentuk persamaan: yang diberikan oleh: P(t) K I ³ EP (t)dt P KPEP Fungsi ini diiplementasikan dalam bentuk Jika kita perhatikan sinyal kontrol dan op-amp seperti pada gambar berikut. error dalam bentuk tegangan, rangkaian Hubungan antara input-output dapat op-amp pada Gambar 4.19. menun- dituliskan sebagai: jukkan pengendali proporsional. Dalam hal ini analogi dari respons pengandali Vout K I ³VE dt; adalah: K I RC Vout R2 VE R1 Nilai dari RC dapat diatur untuk menda- patkan waktu integrasi yang diinginkan. Tegangan masukan VE dan keluaran Vout Konstanta waktu integrasi menentukan dapat diskala dengan mudah sehingga laju kenaikan keluaran pengendali jika error adalah tetap. Jika KI dibuat terlalu keluaran penguat 0-Vmaks untuk sinyal tinggi, keluaran akan meningkat sangat keluaran 0-100%. cepat yang bisa mengakibatkan overs- hoots dan osilasi. Gambar 4.19. Realisasi pengendali P Gambar 4.20 Realisasi pengendali I Begitu juga dengan sinyal error bisa diset P(t) K I ³ EP (t)dt dan disesuaikan dengan sinyal error Vout K I ³VE dt; secara penuh. Penguatan proporsional diatur melalui R2/R1. K I RC Vout R2 VE ; dimana Vout = sinyal kontrol 4.1.6.4 Pengendali Diferensial R1 Pengendali diferensial tidak pernah digu- KP = R2/R1 nakan sendirian karena tidak bisa mem- berikan keluaran ketika tidak ada error. VE = sinyal error Walaupun begitu, di sini ditunjukkan im- 300 Sistem Pengendalian

plementasinya dengan menggunakan op- Rangkaian-rangkaian implementasi yang amp untuk dapat digunakan dalam ben- telah dijelaskan adalah implementasi dari tuk kombinasinya dengan pengendali pengendali-pengendali individu. Namun yang lain. moda individu seperti ini jarang diguna- kan dan sistem kendali mengingat Persamaan kontrol pengendali ini dapat banyaknya kelebihan bentuk konfigura- dituliskan sebagai: sinya. Berikut ini menjelaskan bagaimana bentuk-bentuk konfigurasi pengendali- P KD dE P , di mana: pengendali kombinasi dari pengendali- dt pengendali individu ini. P = keluaran pengendali (%) 4.1.6.5 Pengendali PI KD = konstanta waktu derivatif EP = error (%). Implementasi pengendali PI ditunjukkan pada Gambar 4.22 (termasuk inverter). Implementasi fungsi ini dengan op-amp Dalam implementasi ini didefinisikan ditunjukkan pada Gambar 4.21. bahwa pengendali PI meliputi penguatan proporsional dalam integralnya. sehingga Di sini resistansi R1 ditambahkan untuk hubungan input-output dapat dituliskan: kestabilan rangkaian menghandapi perubahan sinyal yang berubah sangat ³VoutR2VE  R2 1 VE dt cepat. Tanggapan dari rangkaian ini R1 R1 R2C terhadap perubahan input yang lambat adalah: Pengesetan proporsional band dilakukan melalui KP=R2/R1 dan waktu integrasi Vout KD dVE melalui KI=1/R2C dt di mana: Vout = tegangan keluaran KD = R2C=waktu derivatif (detik) VE = teganggan error Nilai R1 dipilih sehingga rangkaian akan Gambar 4.22 Realisasi pengendali PI tetap stabil pada frekuensi tinggi dengan 4.1.6.6 Pengendali PD mengeset 2ʌfR1<< 1, di mana f adalah frekuensi dalam Hz. Moda kombinasi pengendali PD meru- pakan kombinasi yang hebat. Kombinasi ini diimplementasikan dengan rangkaian seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.23 (rangkaian ini perlu ditambahkan inverter). Gambar 2.21 Realisasi pengendali Diferensial Sistem Pengendalian 301

Hubungan input-outputnya adalah: Vout R1 R3C dVout R1  R3 dt R2 Vin  R2 R3C dVin R1  R3 R1  R3 dt di mana: = R2/(R1+R3), KP = R3C KD Sudah tentu pengendali ini mempunyai offset dari pengendali proporsional ka- rena pengendali diferensialnya tidak bisa menghilangkan aksi reset. Gambar 4.23 Realisasi pengendali PD 4.1.6.7 Pengendali PID Pengendali yang paling sempurna dari yang telah dibicarakan sebelumnya ada- lah pengendali ini dimana tanggapan pro- porsional, integral dan diferensial diguna- kan secara bersama dalam merespon masukan. Hubungan input-output pengendali ini adalah: P K P EP  KPKI ³ EP dt  KPKD dE P dt Keadaan error nol tidak menjadi masalah karena pengendali integral akan menga- komodasi secara otomatik untuk offset 302 Sistem Pengendalian

x Waktu diferensial TD=0,5 menit=30 s, maka RDCD = 30 s. Jika kita gunakan CD = 50 —F, maka RD = 0,6 Mȍ x Kemudian dipilih R3 untuk kestabilan R3  TD 30s 2SC D 2S 506 F 95k: Jadi, R3 harus dipilih jauh lebih rendah dari 95 kȍ. Implementasi dari pengendali-pengendali ini dapat direalisasi dengan mengguna- kan rangkaian op-amp standard. Sudah tentu disini perlu menentukan skala te- gangan pada daeran operasi dipilih untuk rangkaian. Demikian juga dengan kelu- arannya, yang ada di sini dalam bentuk tegangan. Sinyal ini bisa dikonversikan menjadi sinyal-sinyal standar yang dibutuhkan oleh sistem. Gambar 4.24 Implementasi pengendali PID 303 Sistem Pengendalian

4.2 Sistem Pengendali Elektronika daya menggabungkan daya, Elektronika Daya elektronika dan kontrol. Daya terkait de- ngan peralatan-peralatan daya baik 4.2.1 Pendahuluan yang tidak bergerak maupun yang berputar untuk pembangkitan, transmisi Elektronika daya merupakan salah satu dan distribusi daya listrik. Elektronika bagian bidang ilmu teknik listrik yang terkait dengan piranti-piranti dan rangka- berhubungan dengan penggunaan kom- ian solid-state untuk pemrosesan sinyal ponen-komponen elektronika untuk listrik guna mendapatkan tujuan pengendalian daya yang besar. Era pengendalian yang dikehendaki. Kontrol elektronika daya dimulai dengan tekno- menyangkut sistem kontrol operasi logi tabung daya tinggi seperti thyratron, peralatan dan sistem agar dapat bero- ignitron dan penyearah merkuri. Dengan perasi sesuai yang diharapkan. ditemukannya kom-ponen-komponen Jadi, Elektronika daya merupakan apli- semikonduktor seperti SCR, triac, dan kasi dari elektronika solid-state untuk lain-lain membuat elektronika daya kontrol dan konversi tenaga listrik. menjadi bagian yang sangat penting Berikut ini adalah gambaran tentang dalam pengendalian daya listrik yang ruang lingkup elektronika daya yang besar dan sangat luas penggunaannya. meliputi: penyearah, inverter, DC chop- per, dan regulator AC. Gambar 4.25 Ruang lingkup elektronika daya 304 Sistem Pengendalian

4.2.1.1 Penyearah Aplikasi inverter, antara lain adalah: x Pembangkitan tegangan AC tetap Penyearah adalah suatu alat yang digu- nakan untuk mengubah arus AC men- frekuensi 50 Hz dari sumber DC yang jadi DC. Pada umumnya, dari sumber diperoleh dari baterai, pembangkit tegangan AC dan frekuensi yang tetap listrik tenaga angin, sel surya. menjadi tegangan DC baik tetap mau- x Kontrol kecepatan motor induksi fasa- pun berubah. Penyearah yang mempu- tiga dan motor sinkron nyai tegangan keluaran tetap, atau x Uninterrupted Power Sistems (UPS) penyearah tak terkontrol, digunakan x Catu daya standby, dan lain-lain untuk mencatu daya DC pada peralatan- peralatan yang tidak memerlukan peng- 4.2.1.4 Dc-Chopper aturan daya masukan dalam opera- sinya. Dc-chopper digunakan untuk mengubah tegangan DC tetap menjadi tegangan Sedangkan penyearah yang mempunyai DC variabel. Dc-chopper digunakan un- tegangan keluaran dapat diubah-ubah, tuk mengendalikan kecepatan motor DC atau penyearah terkontrol, terutama dengan sumber dari baterai atau catu untuk peralatan-peralatan listrik yang daya DC. dalam operasinya memerlukan penga- turan daya, misalnya untuk kontrol 4.2.2 Komponen kecepatan pada motor DC. Semikonduktor Daya 4.2.1.2 Regulator AC 4.2.2.1 Dioda Daya Regulator AC digunakan untuk menda- Dioda daya merupakan salah satu patkan tegangan keluaran AC yang da- komponen semikonduktor yang banyak pat diubah-ubah dari sumber tegangan digunakan dalam rangkaian elektronika AC yang tetap. Alat ini banyak diguna- daya seperti pada rangkaian penyearah, kan untuk mengatur pencahayaan freewheeling (bypass) pada regulator- lampu, pemanas, dan motor-motor AC. regulator penyakelaran, rangkaian pemi- Ada dua macam regulator AC, yaitu sah, rangkaian umpan balik dari beban kontrol On-Off dan kontrol sudut fasa. ke sumber, dan lain-lain. Dalam penera- pannya, seringkali, dioda daya dianggap 4.2.1.3 Inverter sebagai saklar ideal walaupun dalam prakteknya ada perbedaan. Inverter adalah alat yang digunakan untuk mengubah tegangan DC menjadi x Konstruksi dioda tegangan AC. Jenis-jenis tegangan DC yang dikonversikan ke AC antara lain Konstruksi dioda daya sama dengan adalah: dioda-dioda sinyal sambungan pn. x Tegangan DC baterai diubah menjadi Bedanya adalah dioda daya mempunyai kapasitas daya (arus, tegangan) yang tegangan AC dengan frekuensi tetap lebih tinggi dari dioda-dioda sinyal biasa, atau berubah, fasa-satu atau fasa-tiga namun kecepatan penyaklarannya lebih x Tegangan sumber AC disearahkan, rendah. Dioda daya merupakan kompo- kemudian diubah menjadi AC kembali nen semikonduktor sambungan PN dengan frekuensi tetap maupun berubah, fasa-satu atau fasa-tiga Sistem Pengendalian 305

yang mempunyai dua terminal, yaitu ter- minal anoda (A) dan katoda (K). Gam- bar 4.26 menunjukkan simbol dan kons- truksi dioda. Gambar 4.26 Simbol dan konstruksi dioda Gambar 4.27 Karakteristik dioda a) Bias-maju, b) Bias-mundur, c) Karakteristik V-I x Karakteristik Dioda Jika kedua terminal dioda disambung- kan ke sumber tegangan dimana te- Karakteristik dasar dioda dikenal de- gangan anoda lebih positif dibandingkan ngan karakteristik V-I. Karakterisik ini dengan katoda, dioda dikatakan dalam penting untuk dipahami agar tidak terjadi keadaan bias-maju (forward biased). kesalahan dalam aplikasi dioda. Dalam Sebaliknya, bila tegangan anoda lebih karakteristik ini dapat diketahui kea- negatif dari katoda, dioda dikatakan daan-keadaan yang terjadi pada dioda dalam keadaan bias-mundur (reverse ketika mendapat tegangan bias-maju biased). (forward biased) dan tegangan bias- mundur (reverse biased) seperti ditun- x Karakteristik bias-maju jukkan pada Gambar 4.27. Bila dioda dihubung dalam keadaan bias-maju, di mana potensial Anoda lebih tinggi dibandingkan Katoda atau VAK > 0 dan bila tegangan VAK lebih be- sar dari tegangan cut-in atau tegangan threshold atau tegangan turn-onnya, Vct (0,7 V untuk silikon, 0,4 V germanium), maka dioda akan konduksi (mengalirkan arus) atau ON. Besar arus yang meng- alir ditentukan oleh tegangan sumber dan beban yang terpasang. Dalam kea- daan konduksi ini ada satu hal yang sangat penting untuk diketahui adalah terjadinya tegangan jatuh maju yang besarnya tergantung pada proses pro- duksi dan temperatur sambungan-nya. Namun bila VAK < Vct, dioda masih 306 Sistem Pengendalian

dalam keadaan OFF, walaupun ada 4.2.2.2 Jenis-jenis dioda arus yang mengalir namun sangatlah kecil. Arus disebut arus bocor arah Berdasarkan karakteristik dan batasan- maju. batasan dalam penerapannya, dioda diklasifikasikan ke dalam tiga kelompok, x Karakteristik bias-mundur dan yaitu dioda standard (dioda untuk tegangan dadal keperluan umum), dioda kecepatan tinggi, dan dioda Schottky. Jika VAK < 0 atau anoda lebih negatif da- ri katoda dikatakan dioda dalam kea- x Dioda standard daan bias-mundur. Dalam keadaan ini dioda dalam keadaan tidak konduksi Dioda standar ini merupakan jenis dioda atau OFF. Dalam keadaan ini ada arus yang digunakan untuk keperluan umum. yang yang mengalir dari arah katoda ke Dioda ini digunakan dalam aplikasi- anoda yang sangat kecil, dalam orde aplikasi kecepatan rendah, seperti pe- mikro atau miliamper. Arus ini disebut nyearah dan konverter dengan frekuensi arus bocor. masukan sampai 1 kHz. Dioda ini mem- punyai rating arus dari 1 sampai ribuan Jika tegangan mundur (VKA) melebihi ampere dan tegangan dari 50 V sampai suatu tegangan yang telah ditentukan, 5 kV. yang dikenal dengan tegangan dadal (breakdown voltage), VBR, maka arus x Dioda kecepatan tinggi arah mundur akan meningkat tajam dengan sedikit perubahan pada tegang- Dioda jenis ini mempunyai kemampuan an Vbr. Keadaan ini tidak selalu penyaklaran dengan dengan kecepatan merusak dioda bila masih terjaga pada yang lebih tinggi dari dioda standard. level aman seperti yang ditentukan Oleh karena itu, dalam penggunaannya dalam data sheetnya. Bila tidak, maka biasa diaplikasikan pada rangkaian DC- dioda akan rusak. chopper (DC-DC) dan inverter (DC-AC) di mana aspek kecepatan merupakan x Rating dioda faktor yang sangat penting. Diode jenis ini mempunyai rating arus lebih kecil Ada dua rating dioda daya yang paling dari 1 A sampai ratusan ampere, penting untuk diketahui, yaitu tegangan dengan dari 50 V sampai 3 kV. dadal arah-mundur (reverse breakdown voltage), dan arus arah-maju maksi- x Dioda Schottky mumnya (forward current). Harga dioda meningkat dengan semakin tinggi kedua Dioda Schottky dibangun dengan mere- rating ini. Oleh karena itu, dalam aplika- kayasa pada sambungan PN sehingga sinya, dioda dioprasikan mendekati sangat cocok untuk aplikasi-aplikasi tegangan puncak-mundur maksimum catu daya DC dengan arus tinggi dan dan rating arus majunya. tegangan rendah. Rating tegangan dibatasi sampai 100 V dengan arus dari Jadi, dioda akan konduksi bila VAK > Vcut- 1 – 300 A. Walaupun begitu, diode ini in. Dioda akan Off bila VAK < Vcut-in atau juga cocok digunakan untuk catu daya VAK < 0. arus rendah untuk meningkatkan efisiensinya. Sistem Pengendalian 307

4.2.2.3 Thyristor Jika tegangan anoda-katoda, VAK dinaikkan terus sampai suatu harga Thyristor atau SCR (Silicon-Controlled tertentu sehingga mampu menjebol J2, Rectifier) adalah piranti semikonduktor thyristor dikatakan dalam keadaan yang sangat penting dalam aplikasi breakdown bias maju. Tegangan yang elektronika daya. Hal ini tidak lepas dari menyebabkan breakdown ini disebut kemampuan yang dimiliki, yakni VBO. Karena J1 dan J3 dalam keadaan kemampuan penyakelarannya yang bias maju maka akan mengalir arus cepat, kapasitas arus dan tegangan yang sangat besar dari anoda ke katoda yang tinggi serta ukurannya yang kecil. dan thyristor dikatakan dalam keadaan Komponen ini dioperasikan sebagai konduksi atau On. Jatuh tegangan maju saklar dari keadaan tidak konduksi (Off) merupakan jatuh tegangan akibat menjadi konduksi (On). resistansi dari keempat-lapisan, yang besarnya, tipikal 1 V. Dalam keadaan x Konstruksi dan Karakteristik SCR On ini arus anoda dibatasi oleh beban luar. Arus anoda harus lebih besar dari Thyristor merupakan piranti semikon- arus latchingnya, IL agar piranti ini tetap duktor empat lapis pnpn, yang mem- dalam keadaan On. IL merupakan arus punyai tiga terminal, yaitu Anoda, anoda minimum yang diperlukan agar Katoda dan Gate seperti ditunjukkan thyristor tetap dalam keadaan On, bila pada Gambar 4.28. tidak, piranti ini akan kembali pada keadaan Off bila tegangan anoda ke katodanya diturunkan. Karakteristik v-i tipikal thyristor ditunjukkan pada Gambar 4.29. Gambar 4.28 Simbol dan konstruksi thyristor Jika tegangan anoda dibuat positif Gambar 4.29 Karakteristik thyristor terhadap katoda maka sambungan J1 dan J3 mendapat bias maju sebaliknya Sekali thyristor konduksi maka sifatnya J2 mendapat bias mundur sehingga ada sama seperti dioda dalam keadaan kon- arus bocor kecil yang mengalir dari duksi dan tidak dapat dikontrol. Namun, katoda ke anoda. Dalam keadaan apabila arus diturunkan sampai dengan seperti ini, thyristor dalam keadaan off arus holdingnya, IH thyristor akan kem- (terhalang) dan arus bocor keadaan off. 308 Sistem Pengendalian

bali pada keadaan off. Arus holding ini 1. pemilihan rangkaian yang cocok dalam ukuran miliampere dan lebih guna mencatu sinyal penyalaan rendah dari arus latchingnya. Jadi arus holding IH adalah arus anoda minimum 2. penentuan tegangan dan arus yang menjaga agar thyristor dalam trigger maksimum agar rating keadaan on. gatenya tidak dilampaui Apabila tegangan katoda lebih tinggi 3. penentuan tegangan dan arus gate terhadap anoda, sambungan J2 meng- minimum untuk memastikan bahwa alami bias maju sementara J1 dan J3 bila sinyal penyalaan diberikan mengalami bias mundur. Thyristor akan thyristor akan konduksi (on). menjadi dalam keadaan off dan akan ada arus kecil yang mengalir yang Banyak model rangkaian yang bisa disebut arus bocor bias mundur, IR. dipilih sebagai rangkaian trigger untuk Namun bila tegangan katoda-anoda menyalakan thyristor. Sebelum rang- dinaikkan terus sampai mencapai kaian dirancang untuk mentrigger suatu tegangan dadalnya, maka akan ada thyristor, spesifikasi gate harus diper- arus yang tinggi mengalir dari arah hatikan. Spesifikasi gate untuk dapat katoda ke anoda yang mengakibatkan dilihat dari data sheet pabrik pembuat- rusaknya thyristor. nya. x Proteksi thyristor Dalam operasi normalnya, tegangan VAK Setiap thyristor akan mengalami pema- selalu ada di bawah VBO, dan VKA selalu nasan akibat arus yang mengalir di di bawah VBD. Dengan VAK yang lebih dalamnya. Pemanasan ini harus dibatasi rendah dari VBO, untuk membuat thyris- untuk mencegah dari panas lebih yang tor menjadi on dilakukan dengan mem- bisa mengakibatkan rusaknya kompo- berikan tegangan positif pada terminal nen. Untuk menghindari dari pemanas- gate-nya terhadap katoda. Dengan an lebih, setiap thyristor atau satu ke- memberikan tegangan positif pada gate lompok thyristor selalu dipasang dengan sama halnya dengan memberikan arus alat pendinginnya sesuai dengan kapa- gate, IG membuat thyristor dari off sitasnya. menjadi on. Semakin besar IG maka Selain itu komponen ini juga harus tegangan arah maju untuk membuat diamankan dari: (a) arus beban lebih, thyristor konduksi semakin rendah (b) di/dt dan c) dv/dt). seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.29, karakteristik forward. Sekali arus x Proteksi dari arus beban lebih trigger diberikan akan membuat thyristor on dan selama arus anodanya tidak Untuk mengatasi dari arus beban lebih, kurang dari arus holdingnya maka thyristor diamankan dengan sekering thyristor akan tetap on walaupun arus (pengaman lebur). Pemasang-an peng- triggernya dihilangkan. aman ini bisa dilakukan melalui peng- amanan fasa atau pengamanan cabang x Rangkaian trigger seperti ditunjukkan pada Gambar 4.30. Ada tiga hal yang penting dalam kaitan- nya dengan rangkaian penyalaan (trigger) suatu thyristor, yaitu: Sistem Pengendalian 309

Gambar 4.30 Proteksi dari arus beban lebih: Gambar 4.31 Proteksi terhadap tegangan proteksi fasa dan proteksi cabang lebih x Proteksi di/dt Setiap thyristor mempunyai spesifikasi dv/dt maksimumnya. Ketika thyristor di/dt adalah tingkat perubahan arus berubah dari keadaan off ke on, maka yang mengalir melalui thyristor ketika akan terjadi tingkat perubahan tegangan terjadi perubahan kondisi dari off ke on. yang sangat cepat yang disebut dengan Ketika terjadi perubahan keadaan dari dv/dt. Tingkat perubahan tegangan ini off ke on, maka akan terjadi tingkat tidak boleh melebihi dv/dt maksimum- perubahan arus di/dt ini. Tingkat peru- nya. Bila ini terjadi, maka thyristor akan bahan arus ini harus dibatasi untuk on dengan sendirinya sehingga tidak menghindari pemanasan lebih pada bisa dikendalikan lagi. Hal ini harus di- daerah sambungan (junction) yang bisa cegah, yaitu dengan memasang RC ini mengakibatkan rusaknya komponen. paralel dengan thyristor. Rangkaian RC Oleh karena itu, di/dt harus di bawah ini dikenal dengan rangkaian Snubber. spesifikasi di/dt maksimum komponen. Secara pendekatan dv/dt dapat dihitung Hal ini dapat dilakukan dengan mema- dengan menggunakan persamaan: sang induktor L secara seri dengan komponen. Secara pendekatan, di/dt dv V dan R L maksimum dapat dihitung melalui dt LC C persamaan: Jadi, dengan pemilihan L, C, dan R di/dtmaks = Vm/L [A/s], pada rangkaian, dv/dt pada thyristor dapat dibatasi pada harga yang aman. Tipikal, C = 0,1—F, R=100 ȍ – 1 k ȍ. di mana Vm adalah tegangan masukan Dari uraian yang telah dijelaskan di atas maksimum (V) dan L adalah induktansi dapat disimpulkan hal-hal sebagai (L) induktor yang dipasang seri. berikut: x Proteksi dv/dt x Thyristor akan On pada dua kondisi: (1) VAK = VBO; (2) 0 < VAK < BO dan IG Proteksi terhadap tegangan lebih > 0; dan dv/dt melebihi spesifikasi dilakukan dengan memasang rangkaian dv/dt (data sheet) komponen. RC secara paralel dengan thyristor seperti yang ditunjukkan pada Gambar x Thyristor dalam keadaan Off pada 4.31. kondisi: (1) VAK < VBO dan IG = 0; (2) VAK > 0, IG > 0; (3) VAK<0 dengan IG > 0 atau IG <0 310 Sistem Pengendalian

x Diac dan Triac thyristor (P2, N2, P1, N1). Untuk arah Piranti semikonduktor empat-lapis ha- terbalik lapisan P1, N2, P2, N3 akan nya dapat mengalirkan arus pada satu breakover pada arah tegangan yang arah saja. Agar dapat mengalirkan arus berlawanan. dua arah dapat diperoleh dengan meng- hubungkan dua piranti empat-lapis Piranti lima-lapis tanpa gate dapat diran- secara berlawanan sehingga mem- cang untuk bermacam-macam tegangan bentuk struktur lima-lapis seperti yang dan arus break over. Bangunan piranti ditunjukkan pada Gambar 4.32. ini ditunjukkan pada gambar 4.33 (a). Piranti ini akan break over pada kuad- Gambar 4.32 Dua komponen 4-lapis rant 1 dan kuadrant 3 sebagaimana dihubungkan secara berlawanan ditunjukkan pada Gambar 2.34, dengan rating tegangan dan arus ditentukan se– suai dengan tipenya. Piranti ini disebut Diac. Jadi, diac merupakan piranti semi- konduktor lima-lapis tanpa gate yang bekerjanya pada tegangan break over- nya baik pada arah-maju maupun mun- dur. Karena karakteristik inilah diac digunakan dalam rangkaian trigger guna mentrigger (mengaktifkan) piranti semi- konduktor daya lain. Piranti dengan struktur lima-lapis ini dapat dibentuk secara tunggal seperti ditunjukkan pada Gambar 4.33. Gambar 4.34 Simbol dan karakteristik diac Gambar 4.33 Gambar 4.35 Contoh diac Komponen semikonduktor lima-lapis: Piranti semikonduktor lima-lapis dengan a) tanpa gate, b) dengan gate gate disebut Triac, yang konstruksinya ditunjukkan pada Gambar 4.33 (b). Apabila terminal A1 positif terhadap A2 sebesar suatu tegangan yang besarnya melampaui tegangan breakovernya, piranti ini akan break over sebagaimana Sistem Pengendalian 311

Dengan adanya gate pada triac me- triac akan beroperasi pada kuadrant mungkinkan untuk mengubah karakte- 3 juga. ristik V-I dengan memasukkan atau mengeluarkan arus ke/dari piranti ini Catatan: Kondisi 3 biasanya tidak digu- sehingga dapat break over pada tegang- nakan dalam praktek karena kondisi an yang lebih rendah dari tegangan triac kurang sensitif. break over normalnya (tanpa arus gate). Gambar 4.37 Contoh spesifikasi triac 4.2.3 Penyearah Gambar 4.36 Simbol dan karakteristik Triac Penyearah adalah alat yang digunakan untuk mengubah arus AC menjadi DC. Bila thyristor hanya beroperasi pada Secara umum, penyearah dibagi men- daerah forward, triac bekerja pada jadi dua, yaitu penyearah tidak terken- kedua bias-nya, arah maju dan mundur dali dan penyearah terkendali. Dari (Gambar 4.36). Sinyal trigger diaplika- masing-masing kelompok kemudian sikan antara gate dan A1. dibagi berdasarkan sumber tegangan masukannya, yaitu fasa-satu atau fasa- Dalam pengoperasian triac, diperlukan tiga. Penyearah fasa-tiga dimaksudkan pentriggeran sebagai berikut: untuk daya yang lebih besar. Berikut ini adalah ikhtisar penyearah. 1. Apabila A2 positif terhadap A1, begitu juga gatenya, maka triac akan beroperasi pada kuadrant 1; 2. Apabila A2 positif terhadap A1, sedangkan gate negatif terhadap A1 maka triac juga akan beroperasi pada kuadrant 1; 3. Apabila A2 negatif terhadap A1, dan gatenya positif terhadap A1, maka triac akan beroperasi pada kuadrant 3; 4. Apabila A2 negatif terhadap A1, dan gatenya negatif terhadap A1, maka 312 Sistem Pengendalian

x Penyearah fasa-satu satu pulsa E1U Gambar 4.38 Ikhtisar penyearah dan simbol- Penyearah fasa-tunggal setengah ge- simbolnya lombang merupakan jenis penyearah yang paling sederhana, dan tidak biasa digunakan dalam aplikasi industri. Walaupun begitu, konsep yang dimiliki sangat membantu dalam memahami prinsip operasi penyearah. Penyearah fasa-tunggal setengah gelombang atau sering disebut penyearah satu pulsa dengan beban R ditunjukkan pada Gambar 4.39. 4.2.3.1 Penyearah Tidak Terkontrol Dioda digunakan dalam elektronika Gambar 4.39 Penyearah E1U daya terutama untuk mengubah daya AC menjadi DC. Pengubah daya AC Selama setengah gelombang pertama menjadi DC disebut penyearah tegangan masukan, dioda D1 mendapat (rectifier). Penyearah yang menggu- tegangan bias maju dan menjadi kon- nakan dioda adalah penyearah yang duksi sehingga arus mengalir ke beban tegangan keluarannya tetap. dan tegangan masukan muncul pada Untuk memberikan gambaran yang beban yang disebut tegangan keluaran mendasar tentang aplikasi dioda dalam DC, Vd. Kemudian setengah gelombang elektronika daya, pada bagian ini akan berikutnya, D1 mendapat bias mundur dibahas tentang rangkaian-rangkaian membuat dioda dalam keadaan terha- dioda yang melibatkan jenis-jenis beban lang (blocking state) sehingga tegangan dan penyearah tidak terkendali. pada beban atau tegangan keluaran, Rangkaian dioda dengan bermacam- Vd, adalah nol sebagaimana ditunjukkan macam beban dimaksudkan untuk memberikan landasan dasar tentang dampak beban dalam rangkaian. Sedangkan jenis-jenis rangkaian penye- arah dimaksudkan untuk memberikan pemahaman tentang perilaku penyearah yang tidak hanya penting untuk aplikasi dioda saja namun sangat diperlukan bagi pengembangan konsep untuk aplikasi-aplikasi elektronika daya selan- jutnya. Untuk mempermudah pemaham- an, pada bahasan ini dioda ditinjau dari sisi idealnya, di mana faktor kecepatan dan jatuh tegangan maju diabaikan. Sistem Pengendalian 313

secara leng-kap pada Gambar 4.39. x Harga efektif komponen AC adalah: Karena gelombang tegangan yang Vac = ¥(V2rms – V2DC) muncul pada beban hanya satu gelombang atau setengah gelombang x Faktor bentuk (form factor) yang penuh, maka penyearah ini sering merupakan ukuran dari bentuk disebut penyearah satu pulsa atau tegangan keluaran adalah: setengah gelombang. FF = Vrms/VDC 4.2.3.1.1 Parameter-parameter x Faktor ripel (ripple factor) yang unjuk kerja penyearah merupakan ukuran dari muatan ripel, didefinisikan sebagai: Unjuk kerja suatu penyearah penting RF = Vac/VDC untuk diketahui sebagai antisipasi terha- dap dampak negatif yang ditimbul- x Faktor ripel juga dapat dinyatakan kannya baik yang terkait dengan hasil dalam bentuk: penyearahan maupun terhadap kualitas RF = ¥ ((Vrms/VDC)2-1) =¥(FF2-1) daya pada sisi sumber. Sebagai contoh, terlihat nyata bahwa hasil penyearahan Contoh: merupakan bentuk gelombang pulsa Sebuah penyearah seperti pada yang mengandung harmonisa. Gambar 4.39 mempunyai beban resistif murni R. Tentukan (a) efisiensi, (b) Harmonisa ini, disamping mempenga- faktor bentuk, (c) faktor ripel, dan (d) ruhi kualitas hasil penyearahan juga faktor pemanfaatan trafo. sumber dayanya. Jawaban: Banyak jenis penyearah, namun pada Tegangan keluaran DC: umumnya, unjuk kerja dievaluasi melalui parameter-parameter seperti yang akan VDC = Vm/ʌ = 0,318 Vm, dijelaskan berikut ini. IDC = VDC/R = 0,318 Vm/R. Tegangan keluaran efektif (rms): x Tegangan keluaran rata-rata, arus Vrms = Vm/2 = 0,5 Vm keluaran rata-rata, IDC, Irms = Vrms/R = 0,5 Vm/R Daya keluaran DC: x Daya keluaran DC: PDC=VDC IDC = (0,318 Vm)2/R PDC = VDC IDC Daya keluaran AC: Pac = Vrms Irms = (0,5 Vm)2/R x Tegangan keluaran efektif (rms), Efisiensi Vrms Ș =PDC/Pac=VDC. VDC/R =(0,318 Vm)2/(0,5 Vm) x Arus keluaran efektif, Irms = 40,5 % x Daya keluaran AC: Faktor bentuk FF=Vrms/VDC Pac = Vrms Irms =0,5 Vm/0,318 Vm x Efisiensi penyearah merupakan hasil = 1,57 atau 157 % Faktor ripel RF = ¥ (FF2-1) = 1,21 bagi antara daya keluaran DC dan atau 121 % daya keluaran AC atau: 4.2.3.1.2 Penyearah dua-pulsa, Ș = PDC/Pac rangkaian jembatan B2U x Tegangan keluaran dari suatu Penyearah dua-pulsa atau fasa-satu penyearah terdiri atas dua gelombang penuh dapat dibentuk komponen, yaitu komponen DC dan komponen AC atau ripel (denyut). 314 Sistem Pengendalian

dengan menggunakan rangkaian trafo Gambar 4.41 Jenis tampilan rangkaian center-tap atau rangkaian jembatan. jembatan Penyearah center-tap hanya meng- gunakan trafo center-tap dan dua dioda. Pada setengah perioda pertama dari v1, Sedangkan penyearah rangkaian jem- dioda D1 dan D4 sama-sama dalam batan menggunakan empat dioda. keadaan bias-maju sehingga kedua Rangkaian ini merupakan rangkaian dioda menjadi On (konduksi), sebaliknya penyearah fasa-tunggal gelombang D3 dan D2 mendapat bias-mundur se- penuh yang paling umum digunakan. hingga kedua dioda menjadi Off. Dalam Rangkaian selengkapnya ditunjukkan keadaan D1 dan D4 On, maka arus IZ1 pada Gambar 4.40. akan mengalir dari polaritas tinggi sum- ber (trafo) melalui D1 ke beban kemu- 4.2.3.1.3 Prinsip kerja rangkaian dian ke D4 dan kembali ke polaritas ren- dah sumber sehingga tegangan muncul Diketahui bahwa tegangan masukan v1 pada sisi keluaran, yang disebut tegang- adalah sinusoidal dan arus listrik an keluaran DC, Vd dan arus arus beban mengalir dari polaritas tinggi ke polaritas Id sama dengan IZ1. rendah pada sumbernya (dalam hal ini sumber diperoleh dari sekunder tranformator). Pada setengah perioda berikutnya, pola- ritas sumber berubah yang tadinya ren- dah menjadi tinggi. Dalam keadaan ini D3 dan D2 mendapat bias-maju sehingga kedua dioda tersebut menjadi On, dan sebaliknya D1 dan D4 mendapat bias-mundur sehingga kedua dioda dalam keadaan Off. Arus mengalir dari sumber IZ2 melalui D3 ke beban dan kemudian ke D1 dan kembali ke sumber sehingga tegangan Vd muncul pada sisi keluaran. Untuk rangkaian ini berlaku rumus- rumus sebagai berikut: Gambar 4.40 Penyearah B2U x Tegangan dan arus keluaran DC: a) Rangkaian; b) tegangan masukan; c) Vdc 2 ³ Vm sin Zt dt 2Vm 0,6336 Vm tegangan keluaran T S I dc Vdc 0,6366 Vm R R Sistem Pengendalian 315

x Tegangan dan arus keluaran rms ª2 ³T / 2 º1/ 2 Vm «¬T »¼ 2 Vrms 0 (Vm sin Zt)2 0,0707Vm I rms Vrms 0,707Vm R R Walaupun sama fungsinya, di pasaran ada beberapa gambar dengan bentuk tampilan yang berbeda seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.41. 4.2.3.1.4 Penyearah fasa-tiga, tiga-pulsa, tidak terkendali M3U Gambar 4.42 Rangkaian penyearah M3U Penyearah penyearah fasa-tiga, tiga pulsa, tidak terkendali fasa-tiga, disebut juga penyearah fasa-tiga hubungan bintang tidak terkendali. Tegangan masukan dari penyearah ini adalah tegangan fasa-tiga, yaitu L1, L2, dan L3. Pada masing-masing saluran dipasang satu dioda. Rangkaian dan hubungan antara gelombang tegangan masukan dan keluaran ditunjukkan pada Gambar 4.42. Pada gambar ini memperlihatkan dua Gambar 4.43 Bentuk tegangan keluaran rangkaian yang berbeda. Gambar 4.42 penyearah M3U a) memperlihatkan bahwa ketiga saluran masukan, masing-masing dihubung ke 4.2.3.1.5 Prinsip kerja rangkaian anoda masing-masing dioda, sedangkan katoda dari ketiga dioda dihubung Apabila rangkaian dihubungkan dengan menjadi satu (dihubung bintang). sumber fasa-tiga sebagaimana yang Karena ujung-ujung katoda yang ditunjukkan oleh Gambar 4.43, maka disatukan, rangkaian ini disebut akan mengalir arus IZ1 melalui D1 mulai rangkaian M3UK. Sebaliknya Gambar sudut fasa 30° selama 120°, sementara 4.42 b) anoda dari ketiga dioda yang D2 dan D3 dalam keadaan off. dihubung menjadi satu, oleh karena itu, Kemudian setelah D1 mengalirkan arus rangkaian tersebut disebut M3UA. selama 120°, D1 kemudian kembali off dan D2 mulai konduksi dan menghantarkan arus IZ2, sementara D3 dan D1 masih dalam keadaan off. Baru setelah D2 menghantarkan arus selama 120°, baru D3 dalam keadaan konduksi dan menghantarkan arus IZ3, D2 kembali 316 Sistem Pengendalian

off dan D1 masih dalam keadaan off. Penyearah ini mempunyai tegangan Demikian, proses ini terjadi berulang. keluaran 6-pulsa. Dioda-dioda diberi penomoran sesuai dengan urutan 4.2.3.1.6 Penyearah fasa-tiga, konduksinya dan masing-masing dioda enam-pulsa, rangkaian konduksi selama 120°. Urutan konduksi jembatan, tidak dioda adalah 12, 23, 34, 45, 56, dan 61. terkendali B6U Pasang-dioda yang terhubung dengan dua tegangan saluran yang mempunyai Penyearah fasa-tiga jembatan seperti tegangan tertinggi akan konduksi. yang ditunjukkan pada Gambar 3.44, Tegangan antar saluran adalah ¥3 kali sangat umum digunakan dalam aplikasi tegangan fasa dari sistem fasa-tiga daya-tinggi. Penyearah ini merupakan hubungan bintang. penyearah fasa-tiga gelombang penuh. Gambar 4.45 Bentuk gelombang tegangan dan dioda-dioda yang konduksi Gambar 4.44 Penyearah B6U Sistem Pengendalian 317

Tabel 4.1 Ikhtisar penyearah Jenis Penyearah Penyearah Dua- Penyearah Penyearah Enam- Rangkaian Satu-Pulsa Pulsa Jembatan Tiga-Pulsa, Titik Pulsa Jembatan Kode E1U B2U Bintang B6U Rangkaian M3U Tegangan tanpa beban Vdi 0,45 0,9 0,68 1,35 V1 Faktor 1,21 0,48 0,18 0,04 ripel PT 3,1 1,23 1,5 1,1 Pd IZ Id I d Id Id 23 3 Vdi: tegangan DC-tanpa beban, V1: tegangan AC, PT: daya trafo, Pd: daya DC, Vd: tegangan DC- berbeban, Id: arus DC, IZ: arus yang mengalir melalui satu dioda 318 Sistem Pengendalian

4.2.3.2 Penyearah Terkendali sehingga penyalaan thyristor dapat dilakukan setiap saat dalam ranah Seperti yang telah dijelaskan sebelum- (range)nya. nya bahwa, penyearah tak terkendali menghasilkan tegangan keluaran DC Gambar 4.46 menunjukkan prinsip kerja yang tetap. Bila dikehendaki tegangan dari penyearah satu-pulsa terkendali keluaran yang bisa diubah-ubah, digu- E1C. Jika thyristor dirangkai seperti nakan thyristor sebagai pengganti dioda. gambar ini, tegangan masukan berupa Tegangan keluaran penyearah thyristor tegangan sinusoidal dan beban R, maka dapat diubah-ubah atau dikendalikan pada setengah gelombang pertama dengan mengendalikan delay atau sudut thyristor mendapat bias-maju. penyalaan, Į, dari thyristor. Penyalaan ini dilakukan dengan memberikan pulsa Bila thyristor disulut pada sudut Į, thyris- trigger pada gate thyristor. Pulsa trigger tor Q1 akan konduksi maka tegangan dibangkitkan secara khusus oleh keluaran v1 akan muncul pada beban. rangkaian trigger. Keadaan konduksi ini berlangsung hing- ga tegangan kembali ke nol dan mulai negatif (komutasi alamiah). Ketika te- gangan negatif, maka Q1 dalam kea- daan bias-mundur. Waktu dari tegangan mulai beranjak ke arah positif sampai dengan thyristor mulai konduksi disebut sudut penyalaan atau sudut penyulutan Į. Dengan demikian, tegangan keluaran penyearah dapat diatur-atur dengan mengatur sudut penyalaan pulsa gatenya, dalam hal ini, dari 0 - 180°. Bila sudut penyalaan Į kecil, berarti thyristor konduksi secara dini sehingga tegangan (vd) dan daya keluaran akan besar. Sebaliknya, bila sudut Į besar, tegangan dan daya keluarannya akan kecil. 4.2.3.2.1 Hubungan tegangan dan arus keluaran pada beban R dan beban L Gambar 4.46 Penyearah E1C Dalam kenyataannya sifat beban mem- pengaruhi perilaku suatu penyearah. Rangkaian trigger dirancang untuk memberikan pulsa dengan ketinggian dan kelebaran tertentu disesuaikan dengan thyristor yang digunakan. Pulsa ini juga dapat digeser-geser sudutnya Sistem Pengendalian 319

tegangan kembali ke nol, induktor melepaskan arus pada arah yang sama sehingga tegangan berubah menjadi negatif. Kejadian ini tidak dikehendaki dalam aplikasi penyearahan. Untuk meng- hilangkan pengaruh induktansi tersebut dipasang dioda free-wheeling seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.48. Dioda ini berfungsi menyalurkan arus balik ke beban lagi (tidak ke sumber) se- hingga peristiwa tegangan negatif bisa dihilangkan. Gambar 4.47 Bentuk gelombang arus dan Gambar 4.48 Dioda free-wheeling tegangan keluaran pada E1C Jika Vd0 adalah tegangan keluaran Bila penyearah pada Gambar 4.46 diberi ketika Į = 0, dan VdĮ adalah tegangan beban resistif R, maka arus keluaran i pada sudut Į, maka karakteristik peng- dan tegangan keluaran vd mempunyai aturan Vd0/VdĮ untuk beban resistif R polaritas yang sama sehingga mempu- dan beban induktif L ditunjukkan pada nyai kesamaan dalam bentuk gelom- Gambar 4.49. bang seperti ditunjukkan pada Gambar 4.47 untuk beban Resistif. Ketika vd nol maka i juga nol, ketika tegangan vd maksimum maka arus i juga maksimum. Perilaku rangkaian menjadi berbeda Gambar 4.49 Karakteristik pengaturan E1C ketika dibebani dengan L. Seperti yang terlihat pada Gambar 4.48 untuk beban induktif L, ketika thyristor disulut pada sudut Į, ketika tegangan vd nol arus i juga nol. Namun ketika tegangan vd maksimum, arus i tidak mengikuti tegangan seperti pada beban R, namun mengikuti proses penyimpanan energi pada induktor. Oleh karena itu, ketika 320 Sistem Pengendalian

Dari gambar ini jelas terlihat prubahan tegangan keluaran vdĮ pada sudut penyalaan untuk beban R dan beban L. Di sini terlihat jelas bahwa sudut penga- turan pada beban R dapat dilakukan pada daerah 0-180°, sedangkan pada beban L terbatas dari 0-90° saja. 4.2.3.2.2 Penyearah dua-pulsa terkendali B2C Penyearah dua-pulsa rangkaian jem- Gambar 4.50 Penyearah B2C batan terkendali, B2C, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.50 merupa- Gambar 4.50 juga menunjukkan bentuk kan salah satu tipe penyearah yang gelombang tegangan dan arus keluaran, banyak diaplikasikan karena keandalan- VdĮ dan IdĮ, di mana keduanya nya. mempunyai polaritas yang sama. Prinsip kerja dari penyearah ini, secara Kelebihan penyearah ini adalah kemam- prinsip hampir sama dengan penyearah puannya dalam mengumpanbalikkan B2U. Bedanya, di sini dibutuhkan unit energi beban ke sumber. Dengan beban trigger sebagai sumber pulsa trigger. yang induktansinya tinggi, aliran arus akan kontinyu tidak seperti penyearah- Rangkaian ini membutuhkan 2 pasang penyearah terkendali fasa-satu lainnya. pulsa trigger, yaitu 1 pasang bekerja di daerah setengah gelombang positif dan 4.2.3.2.3 Penyearah fasa-tiga 1 pasang yang lain pada setengah ge- terkendali lombang negatif. Bila penyearah dihu- bung dengan sumber tegangan seperti Penyearah fasa-tiga memberikan yang terlihat pada gambar, pada tegangan keluaran rata-rata yang lebih setengah gelombang positif thyristor Q1 tinggi, dan faktor ripelnya lebih rendah dan Q4 mendapat bias-maju. Dalam dari penyearah fasa-satu sehingga keadaan ini, bila kedua thyristor tersebut masalah filteringnya juga semakin disulut pada sudut Į yang sama maka simpel. Karena itulah, penyearah fasa- tegangan masukan akan dikirim ke tiga terkendali sangat banyak digunakan beban sejak awal sudut penyulutan dalam pengendalian kecepatan motor sampai kedua thyristor mengalami berdaya tinggi. komutasi (tegangan nol). Kemudian pada setengah peiode berikutnya, Salah satu bentuk aplikasi penyearah thyristor Q3 dan Q2 mendapat bias fasa-tiga terkendali adalah penyearah maju. Sama halnya dengan keadaan M3C, penyearah fasa-tiga, tiga-pulsa, pada setengah perioda pertama, bila terkendali (Gambar 4.51). Tiga thyristor, kedua thyristor ini disulut pada sudut Į yang sama, pada daerah negatif terse- but maka tegangan negatif masukan akan ditransfer ke beban sehingga tegangan keluaran VdĮ terlihat seperti yang ditunjukkan oleh Gambar tersebut. Sistem Pengendalian 321

masing-masing disambungkan pada 4.52). Penyearah ini sangat ekstensif masing-masing saluran, dan setiap digunakan untuk aplikasi-aplikasi daya thyristor mendapat pulsa trigger sesuai tinggi sampai ratusan kW, di mana dengan daerah operasi masing dibutuhkan operasi dua-kuadrant. sehingga keluarannya terdiri dari 3 pulsa Penyearah ini sangat cocok untuk yang dapat diatur sesuai sudut beban-beban yang tingkat induktansinya penyulutan. sangat tinggi. Thyristor-thyristor disulut pada interval ʌ/3. Frekuensi tegangan keluaran adalah 6 kali frekuensi sumber sehingga masalah penapisan (filtering)nya lebih rendah dari M3C. Urutan penyulutan thyristornya sesuai dengan indeks angkanya adalah sebagai berikut: 12, 23, 34, 45, 56, dan 61. Gambar 4.51 Penyearah M3C Gambar 4.52 menunjukkan gelombang tegangan keluaran ketika rangkaian Tipe penyearah terkendali dan sangat beroperasi secara penuh dan ketika handal adalah penyerah fasa-tiga, beroperasi pada sudut penyulutan yang enam-pulsa sistem jembatan (Gambar berbeda. Gambar 4.52 Penyearah B6C 322 Sistem Pengendalian

4.2.4 Pengendali Tegangan maka pada setengah gelombang AC pertama thyristor Q1 mendapat bias maju, dan Q2 dalam keadaan Teknik pengontrolan fasa memberikan sebaliknya. Kemudian pada setengah kemudahan dalam sistem pengendalian gelombang berikutnya, Q2 mendapat AC. Pengendali tegangan saluran AC bias maju, sedangkan Q1 bias mundur. digunakan untuk mengubah-ubah harga Agar rangkaian dapat bekerja, ketika rms tegangan AC yang dicatukan ke pada setengah gelombang pertama Q1 beban dengan menggunakan thyristor harus diberi sinyal penyalaan pada sebagai saklar. gatenya dengan sudut penyalaan, misalnya Į. Seketika itu Q1 akan Penggunaan alat ini, antara lain, konduksi. Q1 akan tetap konduksi meliputi: sampai terjadi perubahan arah (komutasi), yaitu tegangan menuju nol - Kontrol penerangan dan negatif. Setelah itu, pada setengah - Kontrol alat-alat pemanas perioda berikutnya, Q2 diberi trigger - Kontrol kecepatan motor induksi dengan sudut yang sama, proses yang Bentuk dasar rangkaian pengendalian terjadi sama persis dengan yang tegangan AC ditunjukkan pada gambar pertama. Dengan demikian bentuk Gambar 4.53. Rangkaian pengendalian gelombang keluaran pada seperti yang dapat dilakukan dengan menggunakan ditunjukkan pada gambar. dua-thyristor yang dirangkai anti-paralel (Gambar 4.53 a) atau menggunakan triac (4.53 b). Penggunaan dua thyristor anti paralel a) memberikan pendalian tegangan AC secara simetris pada kedua setengah b) gelombang pertama dan setengah gelombang berikutnya. Penggunaan Gambar 4.53 triac merupakan cara yang paling Bentuk dasar pengendali tegangan AC simpel, efisien dan handal. Triac merupakan komponen dua-arah 4.2.4.2 Pengendalian sehingga untuk mengendalikan menggunakan triac tegangan AC pada kedua setengah gelombang cukup dengan satu pulsa Seperti yang telah disinggung sebe- trigger. Barangkali inilah yang membuat lumnya, bahwa dua thyristor anti-paralel rangkaian pengendalian jenis ini sangat dapat digantikan dengan sebuah triac. populer di masyarakat. Keterbatasannya Bedanya di sini hanya pada gatenya, terletak pada kapasitasnya yang masih terbatas dibandingkan bila mengguna- kan thyristor. 4.2.4.1 Pengendalian meng- gunakan dua thyristor Jika tegangan sinusoidal dimasukkan pada rangkaian seperti pada gambar, Sistem Pengendalian 323

yang hanya ada satu gate saja. Namun N = 120 f/P kebutuhan sinyal trigger sama, yaitu sekali pada waktu setengah perioda di mana: pertama dan sekali pada waktu sete- N = kecepatan putaran rotor, ngah perioda berikutnya. Sehingga hasil f = frekuensi tegangan sumber, pengendalian tidak berbeda dari yang P = jumlah kutub motor (ditentukan menggunakan thyristor anti-paralel. oleh belitan stator). Pengendalian yang bisa dilakukan de- Jadi, berdasarkan formula di atas dapat ngan menggunakan metoda ini hanya dikatakan bahwa kecepatan putaran terbatas pada beban fasa-satu saja. motor induksi dapat dilakukan dengan Untuk beban yang lebih besar, metode dua cara, yaitu pengubahan jumlah ku- pengendalian, kemudian dikembangkan tub dan pengubahan frekuensi tegangan lagi menggunakan sistem fasa-tiga, baik masukan ke stator motor. Karena jumlah yang setengah gelombang maupun kutub ditentukan oleh belitan statornya, gelombang penuh (rangkaian jembatan) maka pengubahan kutub ini hanya bisa dilakukan melalui desain belitan stator 4.2.5 Kontrol Kecepatan dan motor, sedangkan untuk pengaturan fre- Daya Motor Induksi kuensi dan tegangan masukan memer- Fasa Tiga lukan pengubah frekuensi tengangan masukkan stator. Unit pengatur ini Motor induksi fasa tiga, khususnya mo- umum juga disebut sebagai inverter. tor induksi rotor sangkar tupai merupa- kan salah satu jenis motor yang paling Pengaturan kutub banyak digunakan pa- banyak digunakan di industri. Kelebihan da beban-beban yang dalam operasinya dari motor ini, di antaranya adalah kons- memerlukan beberapa kecepatan yang truksinya yang sederhana dan kuat ser- berbeda, misalnya kecepatan rendah ta memerlukan sangat sedikit pemeliha- dan kecepatan tinggi. Sedangkan peng- raan sebagaimana pada motor DC. aturan frekuensi pada motor induksi ba- nyak diterapkan untuk beban-beban Berbeda dengan motor DC yang kece- yang memerlukan pengaturan kecepat- patannya dapat dikendalikan dengan an dari nol sampai dengan maksimal mudah (yaitu melalui pengaturan te- seperti yang diterapkan di bidang trans- gangan armatur dan pengaturan arus portasi seperti kereta listrik. eksitasinya), pengaturan kecepatan motor induksi fasa tiga memerlukan 4.2.5.1 Macam-Macam Skema penanganan yang jauh lebih kompleks Kontrol Kecepatan Motor dan ini merupakan salah satu kelemah- Induksi an dari motor induksi. Motor DC mem- punyai dua sumber, yaitu tegangan Kecepatan motor induksi dapat diken- armatur dan arus eksitasi, sedangkan dalikan dari sumber AC maupun DC. motor induksi hanya mempunyai satu Berikut ini adalah beberapa macam sumber, yaitu sumber tegangan stator. skema pengendalian kecepatan motor Kecepatan motor induksi ditentukan induksi yang memberikan masukan oleh frekuensi tegangan masukan dan frekuensi dan tegangan variabel ke jumlah kutub motor seperti yang dijelas- stator motor. kan dengan rumus: 324 Sistem Pengendalian

Gambar 4.54 merupakan skema kontrol Catu daya DC tegangan tetap diubah kecepatan motor induksi dengan catu langsung menjadi tegangan ac frekuensi daya dc tegangan tetap. Proses dan tegangan variabel. Hasil pengubah- pengubahan ini dilakukan sebagai an ini kemudian digunakan sebagai catu berikut. Catu daya DC tegangan tetap daya motor induksi. diubah menjadi tegangan dc tegangan variabel melalui DC-Chopper. Tegangan Untuk kendali kecepatan dengan catu DC variabel ini setelah melalui filter daya AC tegangan dan frekuensi tetap dialirkan ke inverter sehingga ditunjukkan pada gambar 4.56 dan 4.57. menghasilkan keluaran ac dengan Gambar 4.56 menunjukkan skema frekuensi dan tegangan variabel. kontrol dengan menggunakan inverter Keluaran frekuensi dan tegangan frekuensi variabel sedangkan Gambar variabel menjadi masukan motor induksi 4.57 menggunakan inverter PWM. Pada sehingga kecepatan motor dapat diatur skema kontrol dengan inverter frekuensi dengan leluasa. variabel kita memerlukan unit penyearah terkontrol sedangkan yang mengguna- Gambar 4.55 menunjukkan skema kan PWM cukup dengan penyearah kontrol kecepatan motor induksi dengan biasa. Keluaran dari kedua skema yang menggunakan catu daya DC dan terakhir sama dengan keluaran pada inverter pulse-width modulation (PWM). dua skema kontrol terdahulu. Catu DC Tegangan Inverter ke Daya Chopper DC Fasa Motor Induksi DC Tiga Variabel Filter Gambar 4.54 Skema kontrol kecepatan motor induksi dengan catu daya DC tegangan tetap DC Inverter Variable Voltage ke Pulse Width Variable Frequency Motor Induksi Modulated (PWM) Gambar 4.55 Skema kontrol kecepatan motor induksi dengan catu daya DC dan inverter PWM AC 1 Fasa Tegangan Inverter ke DC frekuensi Motor Induksi atau 3 Fasa variabel Transformer Penyearah Variabel Filter Terkendali Gambar 4.56 Skema kontrol kecepatan motor induksi dengan catu daya AC dan inverter frekuensi variabel Sistem Pengendalian 325

AC 1 Fasa Penyearah Pulse Width ke Modulated Motor Induksi atau 3 Fasa Transformer Filter (PWM) Gambar 4.57 Skema kontrol kecepatan motor induksi dengan catu daya AC dan inverter PWM 4.2.5.2 Diagram Kotak Kontrol Kecepatan Motor Induksi Fasa Tiga Diagram kotak kontrol kecepatan motor induksi fasa tiga yang menggunakan sum- ber daya masukan fasa tiga ditunjukkan pada Gambar 4.58. Tegangan Input Ac DC Frekuensi Fasa Tiga Penyearah Variabel Inverter Variabel Terkendali Filter Fasa Tiga Motor Beban Induksi Tegangan Variabel Transduser Kecepatan Elemen Kontrol dan Rangk. Trigger Gambar 4.58 Diagram kotak sistem kontrol kecepatan motor induksi fasa tiga Coba perhatikan baik-baik Gambar 4.58. 2. Untuk mengurangi faktor denyut Dalam skema kontrol ini kecepatan mo- keluaran penyearah diberi filter tor merupakan subyek dari pengontrol- sehingga keluaran dc mempunyai an. Proses pengontrolan dilakukan kualitas yang lebih baik. sebagai berikut: 3. Keluaran dc ini kemudian diubah 1. Sumber daya masukan AC fasa tiga menjadi tegangan ac fasa tiga tegangan dan frekuensi tetap diubah melalui sebuah inverter fasa tiga. menjadi tegangan DC dengan Pengubahan keluaran dc menjadi ac tegangan yang bisa diatur-atur ini dilakukan melalui proses melalui penyearah terkendali. penyulutan yang dikendalikan oleh Pengaturan pada penyearah ini rangkaian trigger. Keluaran ac yang dilakukan melalui pengaturan sudut paling handal untuk pengendalian penyulutan, sebagaimana telah kecepatan motor induksi fasa tiga dibahas pada bagian penyearah adalah frekuensi dan tegangan B6U, diatur melalui rangkaian variabel, di mana ketika frekuensi trigger. dinaikkan atau diturunkan, tegangan akan mengikuti perubahan ini. 326 Sistem Pengendalian

Keluaran ini dikatakan paling handal 4.2.6 Persiapan, Pengopera- karena motor dapat diatur pada sian dan Pemeriksaan daerah kecepatan yang sangat lebar Pengendali Elektronika dan dengan efisiensi tetap tinggi. Daya 4. Ketika motor induksi mendapat masukan tegangan dari inverter, Seperti yang telah dibahas pada bagian maka sesuai dengan sifat-sifatnya, sebelumnya bahwa pengendali elektro- motor beroperasi pada kecepatan nika daya memungkinkan dilakukannya dan daya tertentu sesuai dengan pengaturan daya listrik dalam berma- jenis beban motor. Pout = T Ȧ, di cam-macam cara guna memenuhi kebu- mana T = torsi poros (Nm), Ȧ adalah tuhan. Peralatan ini tergolong modern kecepatan putar sudut (rad/detik) dan mahal. Oleh karena itu, dalam (Ȧ= 2 ʌ N/60; N dalam putaran pemakaiannya membutuhkan pengeta- permenit). Jadi, pengaturan huan dan keterampilan yang sangat kecepatan yang dilakukan disini memadai. Pengetahuan tentang konsep sama artinya dengan pengaturan dan prinsip seperti yang telah diuraikan daya keluaran motor induksi. di atas, baik yang terkait dengan kom- 5. Kecepatan putaran motor dideteksi ponen-komponen, seperti dioda, thyris- dan diukur dengan menggunakan tor, diac dan triac, maupun unit seperti transduser kecepatan. Transduser penyearah tak terkendali, penyearah ini mengubah variabel putaran terkendali dan juga pengatur listrik ac. menjadi sinyal analog atau digital Tanpa pengetahuan dasar dan konsep yang proporsional terhadap yang memadai adalah mustahil untuk kecepatan putaran motor. dapat menggunakan pengendali 6. Hasil pengukuran oleh transduser ini elektronika daya dengan baik. diinformasikan kepada elemen ken- dali. Di samping konsep-konsep dasar, ada 7. Elemen kendali membandingkan tiga kemampuan penting yang harus antara sinyal hasil pengukuran Anda miliki untuk dapat menggunakan (analog atau digital) dengan nilai peralatan ini dengan baik, yaitu: persia- putaran yang dikehendaki (setpoint). pan, pengoperasian dan pemeriksaan. Bila antara keduanya ada Langkah persiapan perlu dilakukan un- perbedaan maka elemen kontrol tuk menyakinkan bahwa komponen dan akan mengirimkan sinyal kontrol ke rangkaian berada dalam keadaan baik rangkaian trigger. dan aman. Kemampuan pengoperasian 8. Rangkaian trigger ini akan memberi- merupakan kemampuan yang harus kan sudut penyulutan sesuai dengan dimiliki oleh setiap teknisi di lapangan perintah elemen kontrol kepada sedangkan kemampuan pemeriksaan penyearah dan inverter sehingga sebagai dasar seseorang untuk meng- keluaran inverter berubah. evaluasi performa suatu sistem dan juga mencari kesalahan (trouble-shooting) Proses ini terus berlanjut sampai terca- yang terjadi pada sistem. pai putaran motor sama dengan yang di- kehendaki (setpoint). Sistem Pengendalian 327

4.2.6.1 Persiapan Pengendali saan fungsi alat. Pemeriksaan fungsi Elektronika Daya ini dilakukan dengan melakukan pengukuran pada tegangan keluaran- Dalam mempersiapkan pengendali elek- nya setelah alat dihubungkan ke tronika daya, ada beberapa hal yang ha- sumbernya. Sebagai contoh seperti rus Anda lakukan, di antaranya mema- untuk alat penyearah. Setelah hami spesifikasi alat, dan mengetahui dihubungkan ke sumber tegangan, kondisi alat. tegangan keluaran bisa diukur x Spesifikasi alat dengan voltmeter. Bila tegangan keluarannya 400 V dc maka alat Setiap alat pasti dilengkapi dengan dapat dikatakan berfungsi dengan spesifikasi kerja alat yang memberita- baik. hukan kepada para pengguna alat tentang kondisi-kondisi kerjanya 4.2.6.2 Pengoperasian pengendali sehingga dapat digunakan sebagai elektronika daya dasar pertimbangan penggunaan alat dan kondisi kerjanya. Spesifikasi Setelah dilakukan persiapan seperti kerja yang sangat penting dari yang telah dijelaskan di atas, kita pengendali elektronika daya, minimal sampai pada tahap pengoperasian. harus meliputi: jenis (penyearah, tak Agar dapat mengoperasikan alat, kita terkendali, terkendali, regulator ac, harus telah memiliki pemahaman dan lain-lain), tegangan masukan, tentang prinsip kerja alat yang akan tegangan dan daya keluaran alat. dioperasikan dan memahami petunjuk Sebagai contoh: penyearah fasa tiga operasi alat. tidak terkendali mempunyai tegangan x Pemahaman prinsip kerja alat masukan fasa tiga 380 V ac, tegangan keluaran 400 V dan daya Pemahaman terhadap prinsip kerja keluaran 5 kW. Ini memberitahu kita alat yang akan dioperasikan merupa- bahwa alat ini bila diberi sumber fasa- kan modal utama dalam pengope- tiga 380 V, akan memberikan rasiannya. Dengan mengetahui tegangan keluaran 400 V dc dan prinsip kerja alat, kita telah daya nominal 5 kW. mempunyai bayangan tentang apa yang akan terjadi di dalam alat bila Contoh lain misalnya, alat pengatur kita mengoperasikannya. Ini juga ac (ac regulator) fasa tunggal mem- akan sangat membantu dalam punyai spesifikasi sebagai berikut: pengoperasian alat secara aman dan tegangan masukan 220 V, 50 Hz, optimal. tegangan keluaran 0-220 V ac dan x Pemahaman petunjuk operasi alat daya nominal 1 kW. Ini menunjukkan Setiap alat selalu memiliki petunjuk kepada kita bahwa alat tersebut kalau operasi yang dibuat oleh pabrik diberi tegangan masukan 220 V akan pembuatnya. Walaupun kita sudah memberikan tegangan keluaran yang mempunyai pengetahuan yang bisa diatur mulai dari nol (0) sampai memadai tentang alat tersebut, kita dengan 220 V ac dengan daya tetap harus mempelajari pentunjuk sampai dengan 1 kW. operasi alat tersebut. Petunjuk operasi ini disusun oleh pabrik x Pengecekan fungsi alat pembuat alat berdasarkan pengeta- Setelah diketahui spesifikasi alat, huan dan pengalaman yang dimili- langkah berikutnya adalah pemerik- kinya, baik yang terkait aspek kea- 328 Sistem Pengendalian

manan alat dan keselamatan manu- lanjut pada rangkaian dan sia. Indikator kompetensi seseorang komponen-komponennya. dalam mengoperasikan alat adalah x Pemeriksaan lebih akurat dapat berdasarkan petunjuk operasi alat. dilakukan dengan menggunakan Petunjuk operasi dari pabrik bisa osiloskop pada tegangan keluaran dimodifikasi atau disederhanakan (perhatikan cara pemakaian sesuai dengan kebutuhan. osiloskop). Jika tegangan keluaran x Pemahaman terhadap operasi alat tidak sesuai dengan yang yang dikendalikan seharusnya (biasanya lebih rendah), Sebagai contoh, suatu pengatur listrik perlu dilakukan pada rangkaian. ac fasa satu aka digunakan untuk Atau bila dilakukan dengan mengoperasikan motor induksi fasa osiloskop maka akan dapat diketahui satu. Sebagaimana yang telah bentuk gelombang tegangan diketahui bahwa arus asut motor keluaran. Atas dasar bentuk (starting current) beberapa kali lipat gelombang keluaran ini dapat arus nominalnya. Oleh karena itu, diketahui bagian mana yang tidak dalam pengendalian motor ini kita bekerja dengan baik. Untuk dapat tidak boleh memulai dengan menganalisis secara cermat tegangan nominalnya, namun perlu terhadap permasalahan ini perlu dilakukan pengaturan tegangan pemahaman terhadap konsep secara bertahap melalui knob pengendali elektronika daya. pengatur yang ada pada pengendali x Bila sudah diketahui permasalahan elektronika daya, yang dalam hal ini baru diidentifikasi permasalahan- adalah dengan mengatur sudut permasalahan yang ada pada penyalaan thyristor atau triac, rangkaian. Permasalahan- misalnya. Jadi, di samping operasi permasalahan yang sering terjadi alat kendalinya, pemahaman terha- adalah sebagai berikut: dap beban yang akan dikendalikan 1. Jumlah pulsa atau gelombang juga penting untuk menghindari keluaran tidak lengkap. Bila kita kondisi yang membahayakan baik menjumpai hal seperti ini, maka bagi alat pengendalinya maupun alat perlu diperiksa: sumber yang dikendalikannya. tegangan masukan, sekering pengaman rangkaian/komponen, 4.2.6.3 Pemeriksaan pengendali kabel-kabel dan koneksinya, elektronika daya komponen elektronika daya seperti dioda thyristor, atau Untuk mengetahui kebenaran kerja dari lainnya, dan pengendali yang penyearah ini perlu dilakukan pemerik- memiliki rangkaian penyulut saan sebagai berikut: (rangkaian trigger) perlu x Periksalah tegangan keluaran diperiksa rangkaian triggernya. dengan menggunakan voltmeter Pemeriksaan rangkaian trigger dc/ac. Bila tegangan keluaran sesuai memerlukan pengetahuan dengan tegangan yang dikehendaki tentang rangkaian trigger dan berarti rangkaian bekerja dengan sistem pembangkitan pulsa baik seperti yang telah dijelaskan triggernya. Bila salah satu pada tahap persiapan pada bagian komponen ini tidak dalam pengecekan fungsi alat. Namun bila keadaan baik, sudah dapat tidak maka perlu pemeriksaan lebih Sistem Pengendalian 329

dipastikan bahwa rangkaian 3. Thyristor tidak dapat tidak akan bekerja dengan baik. dikendalikan. Bila menjumpai 2. Panas pada bagian-bagian unit pengendali elektronika rangkaian. Suhu panas yang daya, ketika dihidupkan, te- berlebihan identik dengan gangan keluarannya lang- ketidaknormalan kerja rangkaian. sung tinggi, maka perlu Panas ini bisa akibat dari diperiksa pulsa trigger dan longgarnya sambungan, arus rangkaian snubbernya. lebih, atau sistem Pengaturan pulsa trigger pendinginannya yang tidak langsung pada sudut penya- memadai. Longgarnya laan nol akan menyebabkan sambungan menimbulkan efek tegangan keluaran angsung pengelasan pada terminal- tinggi. Permasalahan ini bisa terminal sambungannya terjadi akibat kegagalan pada sehingga menimbulkan efek rangkaian triggernya (lihat panas yang berlebih. Bila ini Gambar 4.48). Rangkaian berjalan dalam waktu lama bisa snubber (Gambar 4.31) membahayakan komponen- digunakan untuk membatasi komponen semikonduktornya agar tingkat kenaikan dan bahkan bisa menimbulkan tegangan awal dv/dt bahaya kebakaran. Panas akibat rangkaian tidak melampaui arus beban lebih ini bisa dv/dt thyristor. Jika dv/dt diakibatkan oleh permasalahan komponen terlampaui maka pada beban dan bisa juga akibat thyristor akan langsung “on” dari kapasitas daya alat yang dan tidak bisa dikendalikan lebih rendah dari yang diserap lagi. Rusaknya rangkaian oleh beban. Namun bila alat snubber biasanya adalah pengamannya sesuai dengan karena umur. Biasanya kemampuan alat seharusnya hal ditandai dengan pecahnya ini sudah dapat diatasi melalui kapasitornya. pemutusan alat pengaman. Demikianlah persiapan yang perlu Sistem pendinginan sangat dilakukan sebelum, pengoperasian berperan pada performa kerja pengendali elektronika daya. alat. Sistem pendinginan bisa Pengoperasian perlu mengikuti berupa heatsink dan atau fan. petunjuk operasi alat dan bila terjadi Heatsink biasanya dipilih ketidaknormalan kerja alat bisa berdasarkan kapasitas dilakukan pemeriksaan terhadap komponen semikonduktor yang fungsi komponen-komponen digunakan. Oleh karena itu rangkaian pengendali elektronika permasalahan terbesarnya daya. adalah pada faktor rekatannya dengan komponen semikonduktornya. Untuk pendinginan yang menggunakan fan dapat dengan mudah diketahui bekerja tidaknya. 330 Sistem Pengendalian

4.3 Sistem Pengendalian Motor Tahapan mengoperasikan motor pada dasarnya dibagi menjadi 3 tahap, yaitu : - Mulai Jalan (starting) Untuk motor yang dayanya kurang dari 4 KW, pengoperasian motor dapat disambung secara langsung (direct on line). Sedangkan untuk daya yang besar pengasutannya dengan pengendali awal motor (motor starter) yang bertujuan untuk meredam arus awal yang besarnya 5 sampai 7 kali arus nominal. - Berputar (running) Beberapa saat setelah motor mulai jalan, arus yang mengalir secara bertahap segera menurun ke posisi arus nominal. Selanjutnya motor dapat dikendalikan sesuai kebutuhan, misalnya dengan pengaturan kecepatan, pembalikan arah perputaran, dan sebagainya. - Berhenti (stopping) Tahap ini merupakan tahap akhir dari pengoperasian motor dengan cara memutuskan aliran arus listrik dari sumber tenaga listrik, yang prosesnya bisa dikendalikan sedemikian rupa (misalnya dengan pengereman / break), sehingga motor dapat berhenti sesuai dengan kebutuhan. Jenis kendali motor ada 3 macam, yaitu : x Kendali Manual Instalasi listrik tenaga pada awalnya menggunakan kendali motor konvensional secara manual. Untuk menghubungkan atau memutuskan aliran arus listrik digunakan saklar manual mekanis, diantaranya adalah saklar togel (Toggle Switch). Saklar ini merupakan tipe saklar yang sangat sederhana yang banyak digunakan pada motor-motor berdaya kecil. Operator yang mengoperasikannya harus mengeluarkan tenaga otot yang kuat. Gambar 4.59 Kendali motor manual Sistem Pengendalian 331

x Kendali Semi Otomatis Pada kendali semi otomatis, kerja operator sedikit ringan (tidak mengeluarkan tenaga besar), cukup dengan jari menekan tombol tekan start saat awal menggerakkan motor dan menekan tombol stop saat menghentikan putaran motor. Untuk menghubungkan atau memutuskan aliran arus listrik menggunakan konduktor magnit, yang bisa dilengkapi rele pengaman arus lebih (Thermal Overload Relay) sebagai pengaman motor. Gambar 4.60 Kendali motor Semi otomatis x Kendali Otomatis Dengan kendali otomatis, kerja operator semakin ringan, yaitu cukup memonitor kerja dari sistem, sehingga dapat menghemat energi fisiknya. Deskripsi kerja dari sistem kendali otomatis dibuat dengan suatu program dalam bentuk rangkaian konduktor magnit yang dikendalikan oleh sensor- sensor, sehingga motor dapat bekerja maupun berhenti secara otomatis. Gambar 4.61 Kendali motor otomatis 332 Sistem Pengendalian

4.3.1 Kontaktor Magnit Kontaktor merupakan saklar daya yang bekerja berdasarkan kemagnitan. Bila koil (kumparan magnit) dialiri arus listrik, maka inti magnit menjadi jangkar, sekaligus menarik kontak-kontak yang bergerak, sehingga kontak NO (normally open) menjadi sambung, dan kontak NC (normally close) menjadi lepas. Gambar di samping adalah kontaktor magnit arus bolak- balik, pada inti magnit dipa- sang cincin hubung singkat dengan tujuan agar jangkar saat ditarik inti magnit tidak bergetar yang menimbulkan bunyi dengung (karena pada arus bolak-balik frekuensi 50 Hz, berarti dalam 1 detik inti magnit menarik dan mele-pas jangkar sebanyak 50 periode, sehingga menimbulkan getar- an). Gambar 4.62 Kontaktor magnit Gambar 4.63 Simbol Simbol koil konduktor magnit seperti pada gambar di kontaktor magnit samping dengan terminal kumparan A1 dan A2 yang disambungkan pada rangkaian kontrol. Sedangkan pada bagian sebelah kanan adalah kontak-kontak sebagai saklar daya yang berfungsi untuk mengalirkan arus beban yang relatif besar. Terminal 1, 3, dan 5 disambungkan ke sumber jaringan 3 fasa dan terminal 2, 4, dan 6 disambungkan ke beban (motor). Sistem Pengendalian 333

4.3.2 Kontak Utama dan Kontak Bantu Berdasarkan fungsinya, kontak-kontak pada kontaktor magnit ada 2 macam, yaitu kontak utama dan kontak bantu. Gambar 4.64 Kontak Kontak Utama : Utama dan TOR Konstruksi kontak-kontaknya dimensinya lebih luas dan tebal, sehingga mampu dialiri arus listrik yang relatif besar (arus beban). Terminal keluarnya yang ke beban (2, 4, dan 6) bisa disambungkan ke rele pengaman arus lebih (Thermal Overload Relay). Kontak Bantu : Gambar 4.65 Kontak-kontak Bantu Konstruksi kontak-kontaknya berdimensi lebih sempit dan tipis, karena arus yang melaluinya relatif kecil (arus untuk rangkaian kontrol). Penulisan terminal kontak- kontak bantu pada kontaktor magnit ditulis dengan angka dan digit, yaitu untuk kontak-kontak NC, digit kedua dari terminal-terminalnya dengan angka 1 dan 2 un- tuk kontak-kontak NO, digit kedua dari terminal-terminalnya dengan angka 3 dan 4. Sedangkan kontak-kontak bantu untuk fungsi tertentu (misal dengan timer), kontak- kontak NC, digit kedua dengan angka 5 – 6. dan untuk kontak-kontak NC nya, digit kedua dengan angka 7 – 8. Penulisan kontak bantu NC maupun NO sebagai berikut : - Untuk kontak bantu biasa NC .1 - .2 NO .3 - .4 - Untuk kontak bantu dengan fungsi tertentu NC .5 - .6 NO .7 - .8 334 Sistem Pengendalian

4.3.3 Kontaktor Magnit dengan Timer Untuk memenuhi diskripsi kerja dari suatu rangkaian terprogram (misal untuk mengendalikan beberapa motor dengan waktu kerja yang berbeda / berurutan), maka diperlukan alat penunda waktu kerja kontak (timer) yang bekerja sama dengan kontaktor magnit. Dari gambar di samping dari atas ke bawah berturut-turut adalah : Gambar 4.66 Kontaktor Magnit dan Timer 1. kontaktor magnit dengan waktu tunda hidup (on delay) 2. kontaktor magnit dengan waktu tunda mati (off delay) 3. kontaktor magnit dengan waktu tunda kombinasi hidup-mati 4. kontaktor magnit dengan waktu tunda hidup-mati kontinyu 4.3.3.1 Kontaktor Magnit dengan Waktu Tunda Hidup (On Delay) Dari gambar di samping, timer on delay diset pada tva, sehingga bila kontaktor magnit aktif, kontak bantu NO-nya akan merespon (berge- rak ke kanan / terminal 7 – 8 akan sambung) Gambar 4.67 Timer on Delay setelah waktu tva, dan akan lepas bila kontak- tor magnit tidak bekerja. Untuk mudah mengingat, perhatikan pada tanda ” ( ” seperti payung. Bila tuas bergerak ke kanan, payung akan menahan / menunda gerakan tersebut. 4.3.3.2 Kontaktor Magnit dengan Waktu Tunda Mati (Off Delay) Gambar 4.68 Timer Off Delay Timer off delay diset pada tvr. Bila kontaktor magnit aktif, maka kontak bantu NO lang- sung aktif juga (terminal 7 – 8 sambung). Selanjutnya bila kontaktor magnit tidak aktif, kontak bantu NO tetap aktif sampai waktu tvr (waktu tvr adalah waktu tunda dari kontaktor magnit tidak aktif sampai dengan kontak bantu NO lepas). Perhatikan dalam gambar saat tuas bergerak ke kiri terlihat adanya payung ” ) ”. Sistem Pengendalian 335

4.3.3.3 Kontaktor Magnit dengan Waktu Tunda Kombinasi Hidup-Mati Gambar 4.69 Kontaktor magnit Bila timer on delay diset pada tva dan timer off dengan waktu tunda kombinasi delay diset pada tvr, maka kontak bantu NO akan aktif setelah waktu tva dari mulainya hidup-mati kontaktor magnit aktif. Dan akan lepas setelah waktu tvr dari tidak aktifnya kontaktor magnit. Perhatikan pada gambar, gerakan tuas ke kanan maupun ke kiri akan tertahan dengan adanya tanda payung ” ( ” dan ” ) ”. 4.3.3.4 Kontaktor Magnit dengan Waktu Tunda Hidup-Mati Kontinyu Gambar 4.70 Kontaktor magnit Pada timer ini dapat diatur di frekuensi dengan waktu tunda hidup-mati tertentu, misalnya 1 Hz. Bila kontaktor magnit aktif, maka kontak bantu NO akan langsung kontinyu aktif sambung-lepas / hidup-mati secara periodik / kontinyu sampai dengan kontaktor magnit tidak aktif. 4.3.4 Rele Pengaman Arus Lebih (Thermal Overload Relay) Gambar 4.71 Konstruksi TOR Rele pengaman arus lebih merupakan Gambar 4.72 Permukaan TOR pengamanan motor akibat adanya arus lebih/ beban lebih. Beberapa penyebab terjadinya beban lebih antara lain : - Arus start yang terlalu besar - Beban mekanik motor terlalu besar - Motor berhenti secara mendadak - Terbukanya salah satu fasa dari saluran motor 3 fasa - Terjadinya hubung singkat TOR dipasang secara seri dengan kontak utama kontaktor magnit. Pada gambar bimetal dialiri arus utama. Jika terjadi arus lebih, maka bimetal akan membengkok dan secara mekanis akan mendorong kontak bantu NC 95- 96. Oleh karena dalam prakteknya kontak bantu NC 95-96 disambung seri pada rangkaian koil kontaktor magnit, maka jika NC lepas, koil kontaktor tidak ada arus, kontaktor magnit tidak aktif dan memutuskan kontak utama. 336 Sistem Pengendalian

Nilai pengaman arus lebih ini bisa diset dengan mengatur jarak pendorong kontak. Dalam prakteknya pada permukaan rele pengaman arus lebih terdapat bidang kecil yang berbentuk lingkaran, yang tengahnya bisa diputar dengan obeng minus. Juga terdapat tombol tekan untuk mereset. 4.3.5 Mengoperasikan dan Memelihara Sistem Pengendali Eletromagnetik Dalam sistem pengendali elektromagnetik ada dua diagram gambar yang sering digunakan, yaitu diagram kontrol dan diagram daya. Yang termasuk diagram kontrol antara lain : - Pengaman arus kontaktor magnit : sekering / MCB (kecil). - Tombol tekan stop. - Tombol tekan start : tombol kunci start, dll. - Koil konduktor magnit. - Kontak-kontak bantu kontaktor magnit NO, NC. - Kontak-kontak bantu timer NO, NC. - Kontak-kontak bantu TOR. - Lampu tanda. Arus yang mengalir pada rangkaian ini relatif kecil, karena beban listrik pada rangkaian ini adalah koil kontaktor magnit saja. Sedangkan yang termasuk diagram daya antara lain : - Pengaman arus beban : sekering / MCB. - Kontak-kontak utama kontaktor magnit. - Kontak-kontak pengaman arus lebih (TOR). - Terminal-terminal transformator. - Terminal-terminal resistor. - Terminal-terminal induktor. - Terminal-terminal kapasitor kompensasi. - Terminal-terminal belitan motor / beban lainnya. Selanjutnya secara berturut-turut diuraikan pengoperasian sistem pengendali elektromagnetik dengan diagram kontrol dan diagram daya pada kendali motor masing-masing sebagai berikut : 1. Diagram kontrol dan diagram daya Pengendali motor langsung (Direct on line) 2. Diagram kontrol dan diagram daya Pengendali motor langsung dengan TOR 3. Diagram kontrol dan diagram daya Pengendali motor putar kanan-kiri 4. Diagram kontrol dan diagram daya pengendali starter motor dengan pengasutan Y – ¨ 5. Diagram kontrol dan diagram daya Pengendali starter motor dengan pengasutan autotrafo 6. Diagram kontrol dan diagram daya Pengendali starter motor rotor lilit dengan pengasutan resistor Sistem Pengendalian 337

7. Diagram kontrol dan diagram daya pengendali motor dua kecepatan 8. Diagram kontrol dan diagram daya Pengendali motor Dahlander 4.3.5.1 Pengendali motor langsung (Direct on line) Pengendali DOL digunakan untuk motor-motor berkapasitas kecil (dibawah 4 kVA). Untuk mengoperasikan motor, cukup sederhana, yaitu dengan memutar saklar putar S1 ke posisi “on”, sehingga ada arus listrik pada “coil” K1 dan kontaktor menghu- bungkan jaringan dengan motor. Motor berputar disertai kontak K1 menyambung, sehingga lampu tanda H1 menya- la. Bila pada rangkaian motor terjadi hubung singkat, maka sekering F7 akan putus, sehingga motor berhenti. Sedangkan dalam kondisi normal, untuk menghentikan motor dengan memutar saklar S1 ke posisi “off”. Untuk memelihara pengendali motor ini, rangkaian pengendalinya dikelilingi panel, sehinggga bebas dari debu ataupun percikan air. Secara berkala yang perlu dila- kukan untuk pemeliharaan antara lain semua sambungan pada terminal jangan sampai ada yang kendor, dan juga permukaan kontaktor dijaga tetap bersih dengan menyemprotkan “contact cleaner”. Gambar 4.73 Diagram kontrol dan diagram daya Pengendali motor langsung (Direct on line) 338 Sistem Pengendalian

4.3.5.2 Pengendali Motor Langsung Dengan TOR Pengendali motor ini hampir sama dengan Pengendali Motor Langsung (DOL), hanya yang membedakan adalah adanya tambahan pengaman arus lebih TOR (Thermal Overload Relay). Jadi pengaman arusnya ada dua yaitu pengaman arus lebih oleh TOR dan pengaman arus hubung singkat oleh F7. Rangkaian TOR disambungkan secara seri pada saklar magnit. Bila ada arus lebih, maka bimetal TOR menjadi panas dan melengkung, sehingga kontak NC F1 dan aliran arus listrik coil magnit terputus. Dengan demikian kontak saklar magnit lepas dan motor berhenti. Gambar 4.74 Diagram kontrol dan diagram daya Pengendali motor langsung dengan TOR 4.3.5.3 Pengendali Motor Putar Kanan-Kiri Bila saklar S1 ditekan, maka coil k1 aktif karena adanya aliran arus ke coil. Saklar magnit bekerja dan putaran motor kearah kanan. Untuk menghentikan motor ada dua, yaitu kemungkinan pertama adanya gangguan / arus lebih sehingga F1 lepas dan k1 trip, atau memang sengaja dihentikan dengan menekan tombol SO. Arah putaran motor berbalik menjadi kearah kiri jika tombol S2 ditekan. Pembalik arah putaran ini dikendalikan oleh 2 saklar magnit. Saklar magnit K1 menghubungkan L1 – U ; L2 – V ; L3 – W, sehingga motor berputar ke kanan. Sedangkan saklar magnit K2 menghubungkan L1 – W ; L2 – V ; L3 – U, sehingga motor bergerak ke kiri. Untuk mengantisipasi kejadian hubung singkat pada rangkaian pengendali, maka saat S1 ditekan (sambung), maka rangkaian yang ke K2 terputus akibat kontak NC dari S1 yang dihubung seri kondisi lepas. Demikian juga sebaliknya, saat S2 Sistem Pengendalian 339

ditekan, kontak NC yang disambung seri pada K1 akan lepas. Pengendali motor ini diproteksi pengaman arus hubung singkat F9 dan pengaman arus lebih TOR F1. Gambar 4.75 Diagram kontrol dan diagram daya Pengendali motor putar kanan-kiri 4.3.5.4 Pengendali Starter Motor Dengan Pengasutan Y – ¨ Pada motor-motor yang berdaya besar (khususnya lebih besar dari 4kVA), untuk mengurangi kejutan pada saat start, salah satu peredamnya dengan menggunakan kendali Y – ǻ. Saklar magnit k1M berfungsi untuk menghubungkan L1 – V ; L2 – V ; L3 – W, (dengan kondisi putaran motor ke kanan jika k2M / k3M bekerja) atau menghubungkan L1 – V1 ; L2 – V1 ; L3 – W3 (dengan kondisi putar motor ke kiri jika k2M / k3M bekerja). K1M dikopel dengan timer K1T yang bias diset satuan waktu (missal 7 detik). Saklar magnit k2M berfungsi untuk hubung bintang / Y yaitu menghubungkan U2 – V2 – V3 sebagai titik bintang. Sedangkan k2M berfungsi untuk menghubungkan U2 – W1 ; V2 – U1 ; dan W2 – V1. Saat S1 ditekan, maka yang bekerja k1M dan k3M (hubung Y) dan lampu tanda H1 menyala. Setelah 7 detik k1T bekerja sehingga k2M bekerja (hubung ǻ) dan k3M lepas karena kontak NC k1T setelah 7 detik lepas dan memutus rangkaian k3M. Untuk mengantisipasi agar k2M dan k3M tidak bekerja bersamaan, maka di kontak NC k3M dirangkaikan seri k2M dan kontak NC k2M dirangkaikan seri dengan k3M. 340 Sistem Pengendalian

Gambar 4.76 Diagram kontrol dan diagram daya pengendali starter motor dengan pengasutan Y – ¨ 4.3.5.5 Pengendali Starter Motor Rotor Lilit Dengan Pengasutan Resistor Untuk mengendalikannya diperlukan 4 buah saklar magnit. Saklar magnit K1M berfungsi untuk menghubungkan jaringan ke belitan stator yaitu L1 – U ; L2 – V ; L3 – W. Dalam gambar ini resistor yang digunakan ada 4 tahap. Saklar magnit k2M/k3M/k4M masing-masing berfungsi untuk mengatur arus rotor dari k1M secara bertahap. Pengaturan kontaknya masing-masing dengan timer yaitu kerja k4M diatur oleh timer k1T, saklar magnit k3M oleh oleh k4T dan saklar magnit k2M diatur oleh k3T. jika masing-masing timer diatur bekerja dengan tanda waktu 7 detik, maka setelah S1 ditekan (posisi on) motor langsung bekerja dengan putaran lambat dan ada arus minimum pada rotor (k1M). Setelah 7 detik, saklar magnit k4M bekerja karena kontak NO k1T sambung. Demikian seterusnya setelah 7 detik, k3M bekerja setelah kontak NO k4T sambung, k2M bekerja setelah kontak NO k3T sambung. Saat yang terakhir ini kondisi arus rotor dalam keadaan hubung singkat dan motor bekerja normal. Motor ini dapat berhenti secara otomatis bila terjadi arus lebih akibat kerja dari TOR atau terjadi hubung singkat, sehingga sekering F7 putus. Untuk menghentikan secara manual dengan menekan tombol SO. Sistem Pengendalian 341

Gambar 4.77 Diagram kontrol dan diagram daya Pengendali starter motor rotor lilit dengan pengasutan resistor 342 Sistem Pengendalian