JURNAL SINERGI VOL. III NO.
12
JUNI
2OO7
SWITCH PERALATAN AC PHASE SATU DENGAN MENGGUNAKAN SOLID STATE RELAY Hamzah Hilal, Badaruddin, BudiYanto Husodo Teknik Elektro, Fakultas Teknologi lndustri Universitas Mercu Buana Jakarta
ABSTRAK Kelemahan yang sering terjadi pada relay adalah mudah aus pada kontak-kontaknya karena sering teriadi percikan bunga apiterutama bila digunakan untuk mengendalikan peralatan yang menggunakan daya tinggi.
Dalam pembahasan yang akan penulis susun mengenai suatu slsfem kontrol yang menggunakan komponen Solid State Relay (SSR) dimana fungsi utama dari dari komponen tersebut adalah sebagai pengganti relay, sehingga diharapkan dapat berumur lebih panjang dibandingkan dengan menggunakan relay biasa. Adapun sebagai pengontrotnya penutis menggunakan saklar sentuh (touch switch) dan saklar suara (sound switch), dimana sitem ini menggunakan rangkaian elektronik yang hanya memerlukan daya relatif kecil. Agar tegangan tinggi pada peralatan/mesin yang dikontrol terpisah dengan tegangan rendah pada pengontrolnya maka digunakan komponen opto coupler, dimana alat tersebut juga berguna untuk menjamin keamanan pada manusia.
LANDASAN TEORI
Pada saat output buffer 0 V (logika 0), maka
Opto Coupler Penggunaan komponen opto coupler dalam
(memancarkan
sistim yang dirancang adalah
untuk tegangan rendah pada rangkaian saklar sentuh dan saklar suara serta rangkaian buffer dengan ground rangkaian yang
memisahkan
jalur
jalur ground utama
pada
menggunakan daya yang besar yaitu pada
bagian SSR dan beban atau alat yang dikendalikan. Gambar di bawah menunjukkan gambar kemasan sebuah opto coupler.
LED tersebut tidak menghantar cahaya) sehingga
phototransistor juga tidak bekerja (mati). Pada saat phototransistor tidak bekerja, maka pada titik C akan terukur tegangan yang besarnya mendekati VCC. Titik C ini dihubungkan ke basis transistor 8C107. Karena transistor
8C107 ini merupakan transistor jenis NPN, maka bila pada basis diberikan tegangan positif, transistor ini akan bekerja sehingga titik C pada 8C107 akan terukur tegangan mendekati 0 volt. Titik C dari BC107 itu digunakbn untuk mengendalikan SSR, maka saat titik C tersebut memiliki tegangan 0 volt, SSR tidak bekerja.
Gambar Opto coupler Dalam gambar tersebut ditunjukkan bahwa dalam sebuah opto coupler terdiri dari sebuah LED dan sebuah phototransistor. Adapun cara kerja opto coupler pada gambar di bawah dapat dijelaskan sebagai berikut; Anoda dari LED pada opto coupler dikendalikan oleh output buffer (lC 7432).
Gambar Opto coupler dalam rangkaian
SWITCH PEMLATAN AC PHASE SATU DENGAN MENGGUNAKAN SOLID STATE RELAY (Hamzah Hilal et al)
Sedangkan pada saat output buffer berlogika 1 (5 volt), maka LED akan memancarkan cahaya.Dengan demikian phototransistor juga bekerja karena mendapat saat
cahaya dari LED tersebut. Pada
phototransistor tersebut bekerja, maka titik C pada phototransistor akan mendekati 0 volt. Pada kondisi ini transistor BC 107 tidak bekerja karena basisnya mendapat sinyal 0 volt. Karena 8C107 tidak bekerja, maka tegangan di titik C pada 8C107 tersebut besarnya akan mendekati VCC, sehingga SSR akan aktif. Keuntungan besar dari opto coupler adalah adanya isolasi listrik (e/ecfrlcal isolation) antara rangkaian input dan output. Dinyatakan dengan cara lain bahwa common
untuk rangkaian input berbeda
dengan
common untuk rangkaian output. Oleh sebab itu tidak ada bagian yang konduktif antara dua rangkaian tersebut. Dengan demikian dapat
dilakulan ground pada salah satu dari rangkaian tersebut, sedangkan rangkaian yang lain dapat digunakan untuk keperluan
yang lain. Dalam kaitannya dengan sistem yang dirancang, maka rangkaian input pada opto
coupler digunakan sebagai rangkaian pengendali, yang menggunakan sumber
Karena sebuah relay menggunakan pelat-pelat yang berfungsi sebagai kontak-
kontak untuk menghubungkan/memutuskan suatu rangkaian terutama untuk daya-daya yang besar, maka seringkali terjadi percikan bunga api pada pelat-pelat tersebut sehingga lama-kelamaan pelat-pelat tersebut akan menjadi aus dan tentu saja tidak dapat berfungsi sebagaimana mestinya, hal tersebut
menunjukkan bahwa relay sudah dalam
kondisi rusak. Berbeda halnya
dengan
sebuah komponen yang disebut Solid State Relay. Komponen ini merupakan rangkaian diskrit yang biasanya sudah dikemas dalam bentuk satu kemasan. Secara blok SSn
tersebut dapat digambarkan
seperti
ditunjukkan pada gambar.
0utpul Daya Rendah
Gambar SSR
daya kecil (rgndah), sedangkan bagian output digunakan untuk hubungan dengan peralatan
lishik yang dikendalikan dimana
memiliki
sumber daya besar.
solrD STATE RELAY (SSR) Solid State Relay merupakan komponen utama yang digunakan dalam sistem. Komponen
Secara komersil (khususnya di
lndonesia), komponen seperti ini belum
ini berfungsi sebagai
interface
(perantara) terutama antara rangkaian yang menggunakan daya rendah dengan rangkaian peralatan yang menggunakan daya tinggi.
Pada prinsipnya komponen
banyak tersedia, kalaupun ada maka harganyapun masih relatif mahal. Mengingat hal tersehut di atas, maka penulis merancang suatu rangkaian elektronik yang bedungsi sebagai Solid Sfate Relay (SSR/. Rangkaian tersebut ditunjukkan pada gambar.
ini
mempunyai fungsi yang sama dengan relay. Perbedaan yang ada terutama dari segi fisik ataupun bahan yang digunakan. Sebuah relay terdiri dari sebuah komponen dengan sebuah
inti, yang bila dialiri arus listrik
menjadi
magnet dan menutup (kontak penutup) atau memutuskan (kontak pemutus) kontak-kontak
bila dialiri arus.
Penggunaan
relay
diantaranya untuk menghubungkan dayadaya yang besar dengan perantaraan daya-
daya yang kecil. Simbol relay ditunjukkan pada gambar.
?
*'-"
^\ E;-'f "*--.Gambar Relay
Gambar rangkaian SSR
dapat
Pada gambar tersebut ditunjukkan bahwa rangkaian SSR dibangun dari empat buah dioda D1, D2, D3, dan D4 yang dirangkaikan sebagai jembatan serta sebuah komponen Silicon Controlled Rectifier (SCR).
Untuk memperjelas mengenai
rangkaian
JURNAL
SIGRG| VOt_ ill No. 12 JUN| 2oo7
diatas, berikut penulis uraikan masing-masing jenis komponen yang digunakan.
Dioda
Dioda merupakan suatu
komponen
semikonduktor yang memiliki dua terminal dan disebut sebagai Anoda dan Katoda.
Simbol sebuah dioda ditunjukkan
pada
gambar
Ao-)-*K
Thyristor Thyristor biasa digunakan untuk pengaturan peralatan berfasa tunggal yang menggunakan daya yang besar. Thyristor atau SCR (Silicon
Controlled Rectifier) dapat diterjemahkan sebagai penyatu arah silikon yang terkontrol.
Gambar bagan penggantinya ditunjukkan pada gambar a dan simbol SCR ditunjukkan
pada gambar b.
A
Gambar Simbol Dioda
Sebagaimana ditunjukkan
I
+ pada
gambar, maka simbol dioda mirip dengan mata anak panah yang arahnya dari anoda menuju katoda. Sesuai dengan arah simbol tersebut maka pada sebuah dioda hanya akan menghantarkan arus listrik pada satu arah yaitu dari anoda menuju katoda. Jadi bila
pada anoda diberikan sumber tegangan positif dan katoda dihubungkan dengan
sumber tegangan negatif, maka dioda akan menghantar. Hal seperti ini disebut bahwa dioda diberi bias maju (fonrvard).
Gambar Bias maju pada dioda
Gambar menunjukkan pemberian bias maju pada dioda. Bila sumber tegangan yang
K
a.
Gambar SCR
Prinsip kerja dari thyristor dapat dijelaskan melalui gambar rangkalan pengaturan daya dengan thyristor yaitu
seperti ditunjukkan oleh gambar a dah b. Pada gamba a terlihat bahwa antara Gate (G) dan Katoda (K) bekerla sebuah rangkaian kemudi. Tegangan{egangan dan arusarusnya digambarkan pada gambar b. Bila selama pertengahan perioda positif dari tegangan sumber Ui disalurkan pulsa arus lG kepada Gate, maka thyristor menyulut atau menghantar.Jadi thyristor itu berperilaku
sebagai hubungan terusan
setelah
penyaluran pulsa Gate. Maka sisa dari pertengahan perioda positif itu berada
sepanjang RC.
digunakan adalah tegangan AC-, maki
gelombang positif saja yang akan dilalukan
dari anoda menuju katoda. Gambar
menunjukkan rangkaian penyearah setengah gelombang, dan gambar menunjukkan bentuk gelombang pada titik A dan K. pada gambar b jelas terlihat bahwa gelombang yang dilalukan oleh dioda hanya setengah gelombang saja, yaitu pada perioda positifnya sehingga rangkaian tersebut dinamakan penyearah setengah gelombang. Untuk mendapatkan penyearahan gelombang penuh, maka dapat digunakan dua buah dioda.
(Ji
To
IC
I
1sL1\ uL^I r
ll r'r
;ar . i
r-.-
+t
_
Gambar_ Rangkaian pengaturan
Daya
dengan Thyristor
Setelah thyristor menghantar, tidak mempunyai
tegangan Gate-nya
SWITCH PERALATAN AC PHASE SATU DENGAN MENGGUNAKAN SOLID STATE RELAY (HAMZAh H|IAIEt
pengaruh lagi. Jadi thyristor yang menghantar
tidak dapat kita buka dengan
bantuan
AI)
maka SCR tidak akan menghantar dan motorpun akan berhenti berputar.
tegangan Gate. Thyristor itu berperilaku lagi sebagai suatu pemutusan, dengan mengatur
tegangan anodanya menjadi
nol
dan
kemudian negatif. Pengaturan arus pada Gate
dilakukan dengan menggeser-geser pulsa pada rangkaian kemudi. Bila pulsa-pulsa itu menggeser ke kanan, maka turunlah daya pada RL. Jadi thyristor itu dapat kita anggap sebagai dioda lapis empat yang kita sulut dengan menyalurkan pulsa arus pada elektroda
kemudinya.
Pada
waktu
pertengahan perioda negatif, thyristor
itu
berperilaku sebagai dioda-Si normal dan tidak dapat menghantar.
Dengan memahami prinsiP kerja thyristor tersebut, maka komponen ini digunakan sebagai rangkaian SSR seperti ditunjukkan pada gambar Pada gambar ditunjukkan bahwa gate SCR dikemudikan oleh opto coupler, sedangkan beban
Gambar Arah arus pada setengah perioda positif
(peralatan) listrik AC yang dikontrol dipasang antara titik D2, D3 dengan line AC. Sebagai
contoh, maka beban yang dipasang adalah sebuah motor listrik AC seperti ditunjukkan pada gambar
Gambar. Rangkaian SSR
untuk
Gambar Arah arus pada setengah
mengontrol Motor AC
perioda negatif
Prinsip keria rangkaian tersebut dapat diielaskan sebagai berikut: Pada saat opto coupier memberikan sinyal
Untuk pengontrolan beban atau peralatan dengan daya yang besar, maka pemasangan SCR dan dioda-dioda yang digunakan harus disesuaikan dengan daya beban yang dikontrol. Sebagai contoh, bila beban yang dikontrol memerlukan arus sebesar 10 Amper, maka kemampuan yang harus dimiliki oleh SCR dan dioda harus diatas 10 Amper.
listrik sebesar V volt, maka SCR akan menghantar. Pada setengah perioda
gelombang sinus yang berasal dari sumber listrik, maka arah arus yang mengalir adalah
melalui D1, SCR, D3, dan motor seperti
ditunjukkan pada gambar Sedangkan pada setengah perioda berikutnya, maka arus listrik
mengalir melalui motor, D2, SCR, dan D4 seperti ditunjukkan oleh gambar 2.24. Karena
3. SWITCH PERALATAN AG PHASE SATU DENGAN MENGGUNAKAN SSR
beban yang dalam hal ini sebagai contoh
digunakan sebuah motor listrik AC mendapat sumber daya AC maka motor tersebut akan
jalan (berputar). Pada saat opto
coupler
memberikan tegangan 0 volt pada Gate SCR,
Blok Diagram Blok diagram dari sistem yang dirancang ditunjukkan pada gambar 3.1. Dalam blok diagram tersebut digambarkan beberapa
JURNALSII{ERGIVOL III NO. 12 JUNI
buah blok dari sistem yang masing-masing memiliki fungsi yang berbeda-beda. Adapun
nama-nama blok beserta penjelasannya adalah sebagai berikut : 1. Touch Switch (saklar sentuh). touch switch merupakan rangkaian elektronik yang berfungsi sebagai saklar elektronik yang dihasilkan berdasarkan sentuhan pada bagian masukannya. Kondisi persaklaran yang terjadi adalah kondisi hidup atau mati pada tiap kali pena bagian masukkanya disentuh oleh tangan, dimana kondisi pada bagian outputnya akan berbalik dari kondisi sebelumnya, yaitu bila kondisi sebelumnya pada kondisi hidup, maka setelah disentuh akan berbalik menjadi mati begitu
Blok
pula sebalikny?. Untuk mengetahui kondisi_ kondisi tersebut maka dipasangkan sebuah LED in9ikator pada bagian outfut rangkaian
ini LED tersebut akan menyala
untuk
menunjukkan bahwa rangkaian saklar tersebut pada kondisi hidup dan LED akan
padam pada saat kondisi saklar adalah hidup. Sound Switch (saklar suara). Bagian blok sound switch (saklar suara) terdirl dari rangkaian elektronik yang berfungsi sebagai saklar yang dihasilkan oleh :yara (getaran) melalui transduser yang dipasangkan pada bagian masukanya. Prinsip kerja rangkaian saklar suara ini seperti prinsip kerja dari saklar sentuh, perbedaannya yaitu pada saklar sentuh maka kondisi persaklaran diakibatkan oleh sentuhan, sedangkan pada rangkaian saklar suara maka kondisi persaklaran diakibatkan ole.h suara yaitu kondisi persaklaran yang
2.
terjadi adalah kondisi hidup atau mati
tiap kali mikrofon bagian
iadi
masukkannya mendapatkan suara, dan kondisi outputnya akan berbalik dari kondisi sebelumnya, yaitu bila kondisi sebelumnya hidup maka seielah mendapatkan suara akan berbalik menjadi
mati begitu pula
sebaliknya.
Untut<
mengetahui kondisi output pada rangkaian saklar suara dipasangkan sebuah LED
2OO7
indikator. LED tersebut akan menyala saat saklar berada pada kondisi hidup, dan akan padam saat saklar berada pada kondisi mati.
3.
Buffer
Blok buffer terdiri dari rangkaian gerbang logika yang berfungsi untuk mengendalikan sinyal-sinyal masukan yang -dan
berasal dari rangkaian saklar sentuh saklar suara. Bagian keluaran pada rangkaian ini akan menghasilkan tegangan logika 1
15V1
saat salah satu atau kedua rangkaian saklar berada pada kondisi hidup. Sedingkan pada saat kedua rangkaian berada pada kondisi mati maka bagian keluarannya menghasilkan tegangan logika 0 (0V).
4.
Opto-Coupter
Bagian opto-coupler terdiri dari rangkain LED yang dikopet dengan . phototransistor dan dikemas dalam satu
kemasan. Bagian ini berfungsi untuk memisahkan jalur ground antara rangkaian
yang. memiliki daya rendah dengan bagian rangkaian yang memiliki daya tinggi.
5.
B/ok SSR
Blok SSR (Sotid State Retay) merupakan rangkaian elektronik yang berfungsi sebagai perantara antara sinyat
tegang.an rendah yang berasal dari rangkaian
kendali (rangkaian saklar) dengan linyat tegangan tinggi pada peralatan yang dikontrol.
Rangkaian SSR ini terdiri dari empat
buah dioda yang dirangkaikan
secara
t^e1pa!1 (bridge) dan sebuah komponen SCR (Silicon Controiled Rectifier). Dengan SCR inilah suatu sinyal tegangan renlah dapat {iumpankan melalui gate-nya guna mengendalikan suatu peralatan AC dengan daya yang cukup tinggi.
Blok diagram pengontrol peralatan AC phase
satu dengan menggunakan SSR
SWITCH PEMLATAN AC PHASE SATU DENGAN MENGGUNAKAN SOLID STATE RELAY (Hamzah Hilal et al)
Rangkaian Switch Peralatan AC Phase Satu Dengan Menggunakan SSR 4. ANALISA HASIL PENGUJIAN Setelah dilakukan pengujian pada alat yang dibuat, dalam hal sebagai beban digunakan sebuah motor kipas angin dan sebuah lampu, maka beban-beban tersebut ketika diaktifkan dapat bekerja dengan normal sehingga alat berfungsi dengan baik. Dalam sistem yang dibuat ini, maka dijalankan dengan mengaktifkan salah satu sistem persaklaran atau kedua-duanya. Penggunaan suara mempunyai kelemahan, yaitu apabila saklar suara menerima masukan suara secara berturut turut maka secara otomatis beban yang terpasang akan berada pada kondisi hidup/mati secara berturut-turut pula. Untuk mengatasinya dilakukan pengaturan sensitifitas suara, yaitu dengan
ini
. .
beban dapat
saklar
mengatur variable resistor yang terdapat pada rangkaian saklar suara.
. mengendalikan peralatan dengan daya besar. Penggunaan relay dapat digantikan dengan menggunakan sistem elektronik yang disebut SSR (Solid State Relay). SSR dapat dibangun dengan menggunakan sebuah komponen SCR dan empat buah dioda yang
dirangkaikan menjadi jembatan (bridge) atau sebuah kemasan
o
dioda bridge.
Dengan menggunakan sistem SSR
akan memungkinkan umur
.
dari komponen lebih panjang. Pengendalian suatu peralatan listrik (mesin listrik) dapat dilakukan dengan bermacam-macam cara,
diantaranya . menggunakan saklar sentuh dan atau saklar suara. 6. DAFTAR PUSTAKA
5. KESIMPULAN
o Pada prinsipnya,
sistem
pengoperasian saklar dalam teknik
kelistrikanielektronik
berfungsi memutus/menghubungkan antara rangkaian/peralatan dengan sumber daya dengan rangkaian lain. Kelemahan yang sering terjadi pada relay adalah mudah aus pada kontak-kontaknya karena sering terjadi percikan bunga api terutama bila digunakan untuk
untuk
atau
o
1. ...., "Data BookTTL' 2. Malvino, A.P, "Prinsip-Prinsip Elektronika", Jilid 2, Erlangga, Jakarta,199'1. 3. Mohammad, N, Wibisono, B.J,"llmu Elektronika 3", Depdikbud, 1979. 4. Raras, A, "Komponen dan Rangkaian Elektronika", Karya Utama, 1989. 5. Ruslam, dkk, "Elektronika 2", Angkasa, Bandung, 1986 6. Sutrisno, "Elektronika Teori dan Penerapannya", lTB, Bandung, 1986.
