SISTEM PENGENDALI MOTOR-MOTOR LISTRIK DENGAN SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER ) (Sapto Haryoko)
SISTEM PENGENDALI PENGENDALI MOTOR-MOTOR LISTRIK LISTRIK DENGAN SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER)
Sapto Haryoko Dosen Jurusan Pendidikan Teknik Elektronika 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 semi- konduktor
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
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
membawa
kerja memiliki tingkat ketelitian yang tinggi. Hal
switching
daya
Pengendali
mempergunakan
listrik
yang
motor
Thyristor
besar
listrik
atau
SCR
industri
dan
terlepas
inilah
(kontinyu),
menggunakan sistem pengendali.
daya
yang
kecil,
dan
pemeliharaan yang lebih sederhana.
peranan
elektromagnetik.
beberapa keuntungan, seperti pengaturan yang halus kerugian
yang
tidak
menyebabkan
dalam
peralatan Seperti
industri
Di Indonesia, pengendalian motor listrik
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
Peralatan tersebut sebagian masih banyak di jumpai di
sehingga
elektronika dapat
elektronics),
sudah
dihasilkan
maka
semakin
canggih
peralatan
dengan
elektromekanis
atau
elektro-magnetik.
beberapa industri sekarang ini.
kemampuan yang besar dan bentuk yang lebih kecil.
61
SISTEM PENGENDALI MOTOR-MOTOR LISTRIK DENGAN SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER ) (Sapto Haryoko)
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
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
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.
dengan
kendali
yang
baik
akan
switching
proses-proses yang sulit dilakukan oleh manusia. Suatu sistem kendali dapat digambarkan
daya
listrik
yang
besar
dan
Keuntungan yang didapatkan jauh lebih 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.
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
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
Dengan
mengalami
maupun
perangkat
pengendali ( Automatic Control system Engineering)
simulasi,
banyak
tujuan
perkembangan
karena
untuk
mengendalikan
pengendali
adalah
sistem
dinamik,
mengendalikan
pengendali
sistem
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
SISTEM PENGENDALI MOTOR-MOTOR LISTRIK DENGAN SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER ) (Sapto Haryoko)
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
elektronika dan komputer.
(speed control); Pemeliharaan starting. Motor dapat
berjalan
(running);
Pengontrolan
kecepatan
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.
(1992) pengendali harus mempunyai kemampuan
Sistem
pengendali
motor-motor
listrik
mengolah
dan
dengan menggunakan komponen elektronika sangat
( 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
dasar
untuk:
mengumpan mengevaluasi
(a)
mengukur,
balikan untuk
output
menentukan
tegangan
keluaran
transformator
atau
dengan menem-patkan sebuah resistor variabel pada Sistem Pengendali Motor-Motor Listrik dengan SCR
Pada
industri
banyak
peralatan
yang
rangkaian keluaran. Sistem pengendali motor listrik dengan 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.
pem- bangkit (Trigger Breakdown Voltage) Vb, maka
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
SISTEM PENGENDALI MOTOR-MOTOR LISTRIK DENGAN SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER ) (Sapto Haryoko)
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
Idc =
1 2p
x -a
ò a
ILda =
Vm
x -a
2pRL
ò a
VH ö æ çSin a ÷ da Vm è ø
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 =
VH æ ( p - jq - j) ö÷ çCosj + Cosjq 2pRLè Vm ø Vm
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
Dengan terhubungnya kaki anoda-katoda tersebut,
j0
maka beban listrik akan dialiri arus listrik sehingga motor
berputar.
Jumlah
putaran
motor
dapat
Apabila perbandingan VH dan VM sangat
j 0 dapat diambil sama dengan nol dan
sebanding dengan kenaikan dan penurunan arus gate
kecil maka
Thyristor atau SCR. Dengan demikian Thyristor atau
Idc menjadi:
64
SISTEM PENGENDALI MOTOR-MOTOR LISTRIK DENGAN SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER ) (Sapto Haryoko)
Idc =
Vm 2pRL
(1 + Cos j )
Vdc =
Vm p - m - m) ( (Cos m + Cos m ) 2p 2p
VH
0
0
Apabila Vm jauh lebih besar dari VH, maka:
Vdc =
-
Vm 2p
( 1 + Cos m )
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 arus searah dapat dikendalikan dengan mengubah posisi saat tegangan pengendali gate Thyristor atau SCR
melebihi
diperoleh
tegangan
VB.
Arus
Thyristor atau SCR. Hal ini diakibatkan dari sifat bahwa
jumlah
tegangan
DC
mengikuti
suatu
rangkaian sama dengan nol.
maksimun
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.
Idc
=
1 2p
2p
ò v da 0
Setelah diintegralkan menghasilkan Gambar
4.
Blok Diagram Pengendali Thyristor atau SCR
dengan
65
SISTEM PENGENDALI MOTOR-MOTOR LISTRIK DENGAN SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER ) (Sapto Haryoko)
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
pada
hubungan
timbal
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
mempergunakan
bahwa
tanggapan
tidak
antar
merupakan
frekuensi yang tinggi (dapat mengikuti perubahan
menyakinkan
balik
pengendali
yang
komponen-komponen
dikehendaki.
Sistem
hubungan
Dalam
ini
yang
diantaranya
macam
overshoot berlebihan dan tiap kecenderungan
elektronika,
untuk berisolasi dapat diredam dengan cepat.
komponen Thyristor atau SCR. Pengendali
dengan
motor
dapat komponen
menggunakan
listrik
mempergunakan
dengan menggunakan Thyristor atau SCR ini akan
mempergunakan
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
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
bahwa
pengendali
perubahan
motor-motor
arus
gate
semakin besar, sesuai dengan P = VI – Cos
q
dan
bebannya tetap, berarti faktor dayanya juga tetap, maka semakin besar arus gate semakin besar pula dayanya.
66
gate,
maka
daya,
atau
dengan
listrik
Sistem
Thyristor
akan
dilakukan
pengendaliannya
berbagai
yang
putaran
semakin
dan
rendah
SCR torsi
torsi
akan yang
motor.
daya yang kecil, dan pemeliharaan yang lebih sederhana.
SISTEM PENGENDALI MOTOR-MOTOR LISTRIK DENGAN SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER ) (Sapto Haryoko)
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.
Teknik kontrol otomatik ___________. 1989. (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 Penerbit ITB.
Listrik :
Bandung,
67
