SISTEM PENGENDALI MOTOR-MOTOR LISTRIK DENGAN SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER)

SISTEM PENGENDALI MOTOR-MOTOR LISTRIK DENGAN SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER) (Sapto Haryoko)

SISTEM PENGENDALI MOTOR-MOTOR LISTRIK DENGAN SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER) Sapto Haryoko Dosen Jurusan Pendidikan Teknik Elektronika

FT Universitas Negeri Makassar

Abstrak Perkembangan semikonduktor (solid state) yang sangat pesat akhir-akhir ini memungkinkan penggunaan dioda dan thyristor atau Silikon Controlled Rectifier (SCR) lebih luas dalam bidang tenaga listrik, khususnya dalam pengaturan motor listrik. Prinsipnya bahwa dengan pengaturan arus gate pada kaki Thyristor atau SCR, maka akan diperoleh arus yang mengalir pada kaki anoda- katoda yang besarnya berubah-ubah.

Kata Kunci : SCR, pengaturan motor listrik Thyristor atau SCR merupakan komponen

Hal tersebut memberikan peluang keandalan sistem

elektronika yang terdiri dari bahan semikonduktor

kendali yang lebih besar dan lebih praktis dalam

yang dapat mengalirkan arus positip baik dari sumber

pemakaiannya.

arus searah maupun dari sumber arus bolak balik.

Seiring dengan perkembangan peralatan

Penggunaan Thyristor atau SCR sangat luas karena

bantu dalam sistem pengendali-an motor-motor listrik

dapat mengendalikan arus listrik yang cukup besar

di

dan dipergunakan langsung untuk jaringan arus tukar

elektromekanik

(AC). Penggunaan pada saat sekarang ini adalah

penggunaan panel-panel secara elektromekanis dan

untuk switching daya listrik yang besar dan

panel-panel elektromagnetik. Peralatan bantu tersebut

mengendalikan pengaturan beban putaran motor

merupakan suatu pengendali terhadap kerja dari

listrik.

dengan

motor-motor listrik tersebut, sehingga hasil dan mutu

mempergunakan Thyristor atau SCR membawa

kerja memiliki tingkat ketelitian yang tinggi. Hal

beberapa keuntungan, seperti pengaturan yang halus

inilah

(kontinyu),

menggunakan sistem pengendali.

Pengendali

kerugian

motor

daya

listrik

yang

kecil,

dan

industri

yang

tidak dan

terlepas

peranan

elektromagnetik.

menyebabkan

dalam

peralatan Seperti

industri

Di Indonesia, pengendalian motor listrik

pemeliharaan yang lebih sederhana. Dengan semakin pesatnya perkembangan

sudah dikenal orang lebih dari setengah abad yang

teknologi bahan semi-konduktor, seperti dibidang

lalu. Pengendalian ini sebagian besar bertujuan

elektronika

daya

(power

mikro-

mengatur kecepatan motor sesuai dengan kebutuhan

elektronik

dan

komputer,

peralatan

beban, mengurangi arus penyusutan (starting) dan

pengendalian motor listrik cenderung beralih ke

mengatur pengereman. Cara-cara pengendalian ini

penggunaan untaian elektronika (elektronic circuit)

pada masa lalu masih banyak menggunakan peralatan

baik digital ataupun analog dan teknologi pembuatan

mekanis,

komponen sehingga

elektronika dapat

elektronics),

sudah

dihasilkan

maka

elektromekanis

atau

elektro-magnetik.

semakin

canggih

Peralatan tersebut sebagian masih banyak di jumpai di

peralatan

dengan

beberapa industri sekarang ini.

kemampuan yang besar dan bentuk yang lebih kecil.

61


Sistem pengendalian ini sangat penting

arus searah maupun dari sumber arus bolak balik.

digunakan dalam membantu proses kerja di industri,

Penggunaan Thyristor atau SCR sangat luas karena

karena dengan kendali yang baik akan dapat

dapat mengendalikan arus listrik yang cukup besar

mengendali-kan atau mengatur suatu besaran dalam

dan dipergunakan langsung untuk jaringan arus tukar

batas-batas tertentu operasinya. Di samping itu dapat

(AC). Penggunaan pada saat sekarang ini adalah

memperbaiki penampilan, kualitas atau ketelitian

untuk switching daya listrik yang besar dan

sistem atau proses. Sistem pengendali juga dapat

mengendalikan pengaturan beban putaran motor

dirancang untuk dapat melakukan tugas-tugasnya

listrik. Pengaturan alat pemanas listrik, pengaturan

dengan cepat, efisien, dan teliti dibandingkan dengan

lampu penerangan, relay dan alat-alat alarm yang

pengendalian oleh manusia (secara manual). Selain

sangat peka maupun telah difungsikan untuk lampu

itu, pengendali dapat dirancang untuk menjalankan

lalu lintas. Keuntungan yang didapatkan jauh lebih

proses-proses yang sulit dilakukan oleh manusia. Suatu sistem kendali dapat digambarkan

banyak bila dibandingkan menggunakan sistem

secara garis besar dan umum dengan diagram blok

pengontrolan secara manual, tingkat akurasinya tinggi

dimana proses adalah suatu sistem dinamik yang

dan daya produksi bertambah setiap putaran/detiknya.

dikendalikan dan sifat-sifat fisis dan matematisnya

Untuk

yang penting telah diketahui. Pengendalian harus

penggunaan SCR dalam mengendalikan putaran

mempunyai kemampuan dasar untuk (1) mengukur,

motor, daya dan torsi sehingga dapat digunakan

mengolah, dan mengumpan balikan output proses, (2)

sebagi rujukan awal dalam penggunaannya.

mengevaluasi

untuk

menentukan

dan

(3)

melakukan

ditelaah

tentang

pentingnya

Sistem Pengendali

tindakan

perbaikan.

Sejak Perang Dunia ke II, teknologi sistem Perkembangan di bidang komputer baik

perangkat

perlu

adanya

penyimpangan dan pengambilan keputusan untuk memperbaikinya,

itu

lunak

kerasnya

sangat berperan di dalam memacu perkembangan

memberikan kemungkinan yang lebih luas dalam

ilmu pengetahuan dan teknologi. Sistem kendali di

mempelajari cara pengendalian motor listrik secara

rancang

simulatif. Dengan simulasi, tujuan pengendalian

sehingga karakteristik kerja sistem ini sesuai dengan

motor listrikpun berkembang, tidak sekedar mengatur

persyaratan yang telah ditentukan. Prinsip dasar

kecepatan motor tetapi termasuk juga peningkatan

sistem pengendali adalah mengendalikan sistem

efisiensi, penghematan energi, dan perbaikan faktor

kendali (yang dikendalikan), sehingga karakteristik

daya (power factor). Algoritma pengendaliannyapun

kerja sistem pengendali sesuai dengan persyaratan

juga

yang ditentukan. Sistem

mengalami

maupun

banyak

perangkat

pengendali (Automatic Control system Engineering)

perkembangan

karena

untuk

mengendalikan

sistem

pengendali

dinamik,

melibatkan

banyaknya variasi untaian elektronika yang mungkin

berbagai bidang keahlian, antara lain matematika,

dapat dibuat. Stabilitas sistem yang dikontrol dapat

fisika, teknik elektro, teknik elektronika, teknik mesin

dipelajari dengan mudah sebelum diterapkan dalam

dan teknik kimia. Hal ini karena sistem pengendali ini

praktek.

dapat bersifat sistem mekanik, elektrik, elektronik, Thyristor atau SCR merupakan komponen

kimia, thermik, fluidik, sosial ekonomi dan lain-lain.

elektronika yang terdiri dari bahan semikonduktor

Perkembangan sistem pengendali sangat pesat, seiring

yang dapat mengalirkan arus positip baik dari sumber

dengan

62

perkembangan

ilmu

pengetahuan

dan


teknologi. terutama

Sistem

pengendali

perkembangan

ini

metoda

berkembang analisis

dan

pengontrolan. Adapun faktor-faktor tersebut, adalah: Permulaan

berputar

(starting);

Pemberhentian

perancangan, metoda sintesis dan realisasi, metoda

(stoping); Membalikan arah putaran (reversing); Pada

komputasi, teknik pengolahan sinyal, komponen

saat berjalan (running); Pengontrolan kecepatan

elektronika dan komputer.

(speed control); Pemeliharaan starting. Motor dapat

Proses adalah suatu sistem dinamik yang

juga dikontrol dengan tangan (manual control),

dikendalikan dan sifat-sifat fisis dan matematisnya

dengan menggunakan alat pengontrolan jarak jauh

yang sangat penting telah diketahui. Menurut Widodo

dan otomatis. Sistem

(1992) pengendali harus mempunyai kemampuan

pengendali

motor-motor

listrik

(a)

mengukur,

mengolah

dan

dengan menggunakan komponen elektronika sangat

balikan

output

(feedback),

(b)

praktis, di samping alatnya yang kecil dan biayanya

adanya

lebih mudah namun memiliki tingkat ketelitian dan

penyimpanan dan pengambilan keputusan untuk

kualitas yang sangat besar. Sumber tegangan dari

memperbaikinya (error detector), dan (c) melakukan

sistem pengendali menggunakan tegangan dari PLN

tindakan perbaikan (actuator). Selanjutnya dikatakan

secara langsung atau tegangan arus searah. sedang

bahwa ada tiga kelompok sitem pengendali yaitu: (1)

arus yang mengalir pada setiap rangkaian listrik

sistem alamiah, termasuk sistem pengendali bilogis,

berbeda-beda mengikuti besar kecilnya beban listrik

(2) sistem buatan manusia, sistem pengendali fisis,

dari rangkaian tersebut. Besarnya arus yang mengalir

misalnya rangkaian elektris, mekanis dan lain-lain,

pada beban listrik dapat diubah nilainya dengan

dan (3) sistem alamiah dan buatan manusia.

mengatur tegangan keluaran transformator atau

dasar

untuk:

mengumpan mengevaluasi

untuk

menentukan

dengan menem-patkan sebuah resistor variabel pada Sistem Pengendali Motor-Motor Listrik dengan SCR

rangkaian keluaran. Sistem pengendali motor listrik dengan

yang

menggunakan thyristor atau SCR sebagai pengendali

menggunakan motor listrik untuk menggerakkan

kecepatan putar listrik searah maupun motor listrik

peralatan produksi, baik motor listrik arus searah

arus bolak balik. Dalam rangkaian tersebut tegangan

(DC) maupun motor listrik arus bolak balik (AC)

AC digunakan sebagai tegangan anodakatoda pada

demi kelancaran proses produksi. Jenis motor listrik

Thyristor atau SCR. Sedang sumber tegangan searah

DC yang digunakan meliputi: motor DC seri, motor

DC dan beban resistor variabel di pasang seri dengan

DC penguatan terpisah dan motor DC penguatan

kaki gate SCR yang dalam hal ini sebagai terminal

sendiri, yang masih dapat dibedakan lagi sesuai

pengendali yang berfungsi untuk mengatur arus gate

dengan cara menghubungkan kumparan medannya.

Thyristor atau SCR. Apabila tegangan dan arus

Demikian juga untuk motor AC mulai dari jenis

pengendali pada kaki gate melebihi tegangan dadal

motor induksinya, phasa dan jenis lainnya.

pembangkit (Trigger Breakdown Voltage) Vb, maka

Pada

industri

banyak

peralatan

Pengontrolan motor-motor listrik adalah istilah

arus akan mengalir lewat gate Thyristor atau SCR

yang luas. Fungsi dasar dari semua pengontrolan

dalam keadaan hidup (on). Dengan terhubungnya kaki

adalah mengendalikan atau mengontrol kerja dari

anoda-katoda tersebut, maka beban listrik akan dialiri

sebuah motor listrik. Oleh sebab itu alat-alat

arus listrik sehingga motor berputar. Jumlah putaran

pengontrol dipilih dan dipasang. Banyak faktor yang

motor

harus diperhatikan untuk menjamin fungsi dari

penurunan arus gate Thyristor atau SCR.

dapat

sebanding

dengan

kenaikan

dan

63


SCR dapat digunakan untuk mengontrol kecepatan putar, torsi dan daya dengan mengatur arus yang mengalir pada gatenya. Arus yang mengalir melalui tahanan murni selama SCR menghantar dapat dihitung dengan persamaan:

IL =

Gambar 1. Rangkaian Pengendali dengan SCR

Vm Sin wt - VH RL

Dengan Vm = Harga maksimun dari tegangan VH = Penurunan Tegangan

Secara

umum

Thyristor

atau

RL = Tahanan motor atau beban motor

SCR

mempunyai ciri-ciri atau sifat: 1.

2.

3.

4.

Bentuk arus beban terlihat pada Gambar 2.

Thyristor atau SCR tidak akan bekerja, bila getarnya tidak disulut atau diberi arus positip

Arus kelihatannya naik dengan cepat pada saat

dari sumber tegangan.

bersesuai dengan sudut, kemudian mengikuti

Kerja Thyristor atau SCR dengan mengatur sudut

perubahan dalam bentuk sinus, sampai tegangan Vi

penyelikannya atau arus gatenya.

berada dibawah VH pada fasa 0. Arus akan tetap nol

Thyristor atau SCR dapat bekerja sebagai saklar

sampai fasa dicapai lagi dalam siklus yang berikutnya.

atau penyearah.

Arus rata-rata yang terbaca pada ampere meter arus

Thyristor atau SCR akan mati bila tegangan

searah adalah:

anoda-katoda dilepas. Adapun prinsip kerja Thyristor atau SCR tampak pada Gambar 1. Dalam rangkaian tersebut

1 Idc = 2p

x -a

ò a

Vm ILda = 2pRL

x -a

æ

VH ö

ò çèSin a - Vm÷ø da a

tegangan AC digunakan sebagai tegangan anodakatoda pada Thyristor atau SCR. Sedang sumber

Setelah diintegralkan diperoleh sebagai berikut:

tegangan searah DC dan beban resistor variabel di pasang seri dengan kaki gate SCR yang dalam hal ini sebagai terminal pengendali yang berfungsi untuk mengatur arus gate Thyristor atau SCR. Apabila

Idc =

Vm æ VH (p - jq- j)ö÷ ç Cosj + Cosjq 2pRLè Vm ø

tegangan dan arus pengendali pada kaki gate melebihi tegangan dadal pembangkit (Trigger Breakdown Voltage) Vb, maka arus akan mengalir lewat gate

Dengan t dan 0 adalah sudut yang terkecil yang didefenisikan oleh hubungan:

Thyristor atau SCR dalam keadaan hidup (on).

VH = Vm Sin j 0

Dengan terhubungnya kaki anoda-katoda tersebut, maka beban listrik akan dialiri arus listrik sehingga motor

berputar.

Jumlah

putaran

motor

dapat

Apabila perbandingan VH dan VM sangat

sebanding dengan kenaikan dan penurunan arus gate

kecil maka j 0 dapat diambil sama dengan nol dan

Thyristor atau SCR. Dengan demikian Thyristor atau

Idc menjadi:

64


Idc =

Vm (1 + Cos j) 2pRL

Vdc =

(

)

(

VH Vm p - m -m Cos m + Cos m 0 0 2p 2p

)

Apabila Vm jauh lebih besar dari VH, maka:

Vdc = -

Vm ( 1 + Cos m 2p

)

Adanya tanda negatif berarti katoda lebih positip dari anoda, untuk sebagian besar waktu dalam Gambar 2. Bentuk Gelombang Arus Beban IL

satu periode. Perlu diperhatikan bahwa tegangan arus searah (DC) pada beban adalah negatif dari tegangan

Analisa ini menunjukkan bahwa rata-rata

Thyristor atau SCR. Hal ini diakibatkan dari sifat

arus searah dapat dikendalikan dengan mengubah

bahwa

posisi saat tegangan pengendali gate Thyristor atau

rangkaian sama dengan nol.

SCR melebihi

tegangan

VB.

jumlah

tegangan

DC

mengikuti

suatu

Arus maksimun

diperoleh jika Thyristor atau SCR dinyalakan dari permulaan setiap siklus dan minimun terjadi, bila tidak terjadi penghantar atau dengan menambah dan menurunkan tegangan gate Thyristor atau SCR. Tegangan lintas Thyristor atau SCR

seperti pada

Gambar 3, yaitu tegangan yang ditetapkan Vi lintas Thyristor atau SCR sampai mulai menghantar, etelah tegangan dadal menurunkan SCR tetap sama dengan VH. Apabila tegangan dipasang turun dan berada dibawah VH, maka tegangan Thyristor atau SCR akan sama dengan tegangan yang digunakan. Tegangan searah (Vdc) pada Thyristor atau SCR besarnya Gambar 3. Bentuk gelombang arus dan tegangan

sebagai berikut:

anoda SCR.

1 Idc = 2p

2p

ò v da 0

Setelah diintegralkan menghasilkan Gambar

4.

Blok Diagram Pengendali Thyristor atau SCR

dengan

65


Sistem yang dikendalikan dalam Gambar 4

Besarnya torsi motor adalah berbanding

adalah putaran, daya dan torsi listrik sebagai suatu

yerbalik antara daya motor dengan putaran motor.

sistem yang dikendalikan oleh Thyristor atau SCR.

Atas dasar hal tersebut, untuk beban yang sama jika

Proses yang digunakan untuk melihat arus Thyristor

arus gatenya naik, maka semakin besar arus gate akan

atau SCR terhadap rangkaian motor listrik. Teknik

semakin rendah torsi motor. Dengan demikian adanya

Pengendali

sistem pengendali ini akan memberikan keluaran

ini

menggunakan

pendekatan

proporsional, dengan alasan pendekatan ini dapat

sesuai dengan yang diinginkan.

mengatur besarnya arus pengendali, sinyal penggerak (keluaran alat penggerak) yang dimodifikasi untuk

KESIMPULAN

menghasilkan tanggapan sistem yang dibutuhkan. Sistem

Pendekatan ini merupakan bagian dari proses. Dengan

2.

3.

pada

motor-motor

listrik dapat dilakukan secara manual, semi manual,

menggunakan pendekatan ini diharapkan dapat: 1.

pengendalian

pada

maupun elektrik. Cara-cara yang digunakan ini akan

frekuensi yang sangat rendah (kondisi mantap)

memudahkan seseorang dalam mengamati hasil dari

untuk mengurangi error sistem

proses kerja.

Memperoleh

Memperoleh

penguatan

penguatan

yang

yang

tinggi

tinggi

Sistem pengendali merupakan hubungan

pada

frekuensi yang tinggi (dapat mengikuti perubahan

timbal

balik

antar

masukan ketika laju perubahan pada keadaan

berbentuk konfigurasi sistem yang memberikan suatu

transient amat tinggi/cepat menyakinkan)

hasil

Pada frekuensi tengah (selama bagian terakhir

mempertahankan

tanggapan transient dan sebelum kondisi mantap

sebelumnya antara perubah yang satu dengan yang

tercapai) penguatan sebaiknya cukup rendah

lainnya.

untuk menyakinkan bahwa tanggapan tidak

mempergunakan

overshoot berlebihan dan tiap kecenderungan

elektronika,

untuk berisolasi dapat diredam dengan cepat.

komponen Thyristor atau SCR.

yang

dikehendaki.

pengendali

motor-motor

listrik

ini

yang

berbagai

macam dengan

motor Thyristor

akan

dapat komponen

menggunakan

listrik atau

yang

dilakukan

pengendaliannya

diantaranya

mempergunakan

Sistem

hubungan

Dalam

Pengendali Sistem

komponen-komponen

SCR

dengan akan

dengan menggunakan Thyristor atau SCR ini akan

mempergunakan daya, putaran dan torsi yang

tampak

sangat

berubah-ubah sesuai dengan respon yang diberikan.

mempengaruhi besarnya putaran, daya dan tersi

Semakin besar arus gate, maka semakin tinggi pula

motor. Secara teoritis dapat dikatakan bahwa semakin

arus putaran motor, semakin besar arus gate, maka

besar arus gate, semakin besar pula gaya yang

semakin besar pula daya motor, dan semakin besar

dihasilkan untuk memutar motor. Demikian pula

arus gate, maka semakin rendah torsi motor.

pengaruh arus gate terhadap daya motor, semakin

Pengendali motor listrik dengan mempergunakan

besar arus gate, maka semakin besar pula arus yang

Thyristor atau SCR membawa beberapa keuntungan,

mengalir pada kaki anoda katoda. Karena arus

seperti pengaturan yang halus (kontinyu), kerugian

semakin besar, sesuai dengan P = VI – Cos q dan

daya yang kecil, dan pemeliharaan yang lebih

bebannya tetap, berarti faktor dayanya juga tetap,

sederhana.

bahwa

perubahan

arus

gate

maka semakin besar arus gate semakin besar pula dayanya.

66


DAFTAR PUSTAKA

Hadi, Pramono. 1992. Sistem kendali dalam teknik ketenagaan listrik. Makalah Seminar Sehari: Peranan sistem kendali dalam era industrialisasi di Jurusan Teknik Elektro UGM, 29 Januari 1992. Jacom Milman.1986. Elektronika terpadu: Rangkaian dan sistem analog digital. Jakarta: Erlangga. Leksono,

Edi. 1982. Teknik kontrol otomatik (Sistem pengaturan: Alih bahasa) jilid 1. Jakarta: Airlangga.

___________. 1989. Teknik kontrol otomatik (Sistem pengaturan: Alih bahasa) jilid 2. Jakarta: Airlangga. Richard. 1983. Sistem pengaturan. Jakarta: Erlangga. Schaum'S. 1967. Feedback and control system. New York: MCGrow-Hill Book Company. Wolfgang.1989. Cara kerja thiristor (terjemahan Anwir dan Arie). Jakarta: Desa Putera. Zbar, Paul. 1992. Basic electronic a text lab manual New York: MC. Grow-Hill Book Company Zuhal. 1980. Dasar Tenaga Listrik: Bandung, Penerbit ITB.

67

SISTEM PENGENDALI MOTOR-MOTOR LISTRIK DENGAN SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER)

Recommend Documents