Rangkaian pengendali kecepatan motor induksi 3-phase dirancang untuk mengoptimalkan proses produksi benang plastik dengan menjaga benang agar tidak putus. Rangkaian menggunakan triac sebagai komponen utama untuk mengontrol kecepatan motor sesuai dengan kebutuhan proses. Hal ini dimungkinkan karena triac mampu mengontrol arus AC dua arah dan mengatur besar kecilnya daya yang diberikan ke motor.

1. Pengendali Kecepatan Motor Induksi 3-Phase
pada Aplikasi Industri Plastik
Sri Hardiati Folin Oktafiani Joni Pristianto
Pusat Penelitian Pusat Penelitian Pusat Penelitian
Elektronika dan Elektronika dan Elektronika dan
Telekomunikasi - LIPI Telekomunikasi - LIPI Telekomunikasi - LIPI
ash_egt@yahoo.com
Teguh Praludi Yusuf Nur Wijayanto
Pusat Penelitian Elektronika dan Pusat Penelitian Elektronika dan
Telekomunikasi - LIPI Telekomunikasi - LIPI
Abstrak
Telah dilakukan perancangan dan pembuatan rangkaian pengendali kecepatan motor
induksi tiga phase. Rangkaian pengendali ini menggunakan triac sebagai komponen utamanya
dan didukung oleh diac, dioda, dan komponen elektronika pasif lainnya. Hasil yang diperoleh
berupa prototip rangkaian pengendali kecepatan motor induksi tiga phase. Rangkaian ini
diimplementasikan pada industri plastik (pemintalan benang plastik) agar benang plastik yang
sedang digulung tidak putus, sehingga dapat mengoptimalkan proses produksi dan
meningkatkan hasil produksi yang berkwalitas dan efesien.
Kata kunci: kendali, kecepatan , triac, motor induksi.
mesin untuk meningkatkan proses dan hasil
1. Pendahuluan produksi.
Dunia industri berkembang dengan pesat,
2. Teori dasar
hal ini diikuti dengan perkembangan mesin-
mesin industri serta sistem kendalinya. Sumber arus yang digunakan adalah
Sistem kendali diperlukan agar mesin dapat sumber arus AC tiga phase dengan motor
bekerja secara otomatis sehingga induksi sebagai bebannya. Untuk
meminimalkan kendali dari manusia. Pada mengendalikan motor induksi ini diperlukan
mesin industri komponen yang sangat komponen antara lain dioda, diac, triac dan
berperan antara lain motor listrik. Motor lain-lain.
listrik difungsikan sebagai penggerak alat- Dioda adalah sebuah komponen
alat berat, converyor, dan lain-lain. Dunia elektronika yang dapat bekerja sebagai
industri sering menggunakan sumber arus penyearah yang melewatkan sinyal listrik,
AC tiga phase maka untuk mengendalikan baik positif maupun negatif tergantung pada
motor listrik diperlukan rangkaian driver penempatannya. Dioda mempunyai dua
sebagai pengendalinya [3]. buah terminal, anoda sebagai kutup positif
Pada penulisan ini dibahas tentang dan katoda sebagai kutup negatif [2,4].
rangkaian driver motor induksi Diac merupakan sebuah komponen
menggunakan sumber arus AC tiga phase. elektronika yang mempunyai arus penahan
Rangkaian ini menggunakan triac sebagai dalam dua arah. Rangkaian ekivalen pada
komponen utamanya. Alat ini digunakan sebuah diac berupa sepasang dioda empat
pada alat penggulung benang plastik. lapis yang terpasang pararel seperti pada
Diharapkan industri yang menggunakan gambar 1a.
motor induksi dapat mengoptimalkan alat/ Tegangan V mempunyai polaritas seperti
pada gambar 1a, yang seperti penahan pada
INKOM, Vol. III, No. 1-2, Nop 2009 III-1

2. Α2
gambar 1b, maka dioda sebelah kiri akan
menghantarkan listrik bila tegangan V
mendekati tegangan knee dari dioda Q3
Q1
tersebut. Saat kondisi ini , penahan sebelah
kiri menutup seperti pada gambar 1c.
sebaliknya bila polaritas tegangan V G
berlawanan arah dari gambar 1a maka dioda Q2
Q4
sebelah kanan akan menutup saat V
mendekati tegangan knee dari dioda tersebut
Α1
[2,4].
Gambar 2: Rangkaian ekivalen Triac
Triac dan SCR merupakan keluarga dari
V
thyristor yang memiiki prinsip kerja yang
sama, yang membedakan keduanya adalah
efesiensi pemakaian. SCR merupakan
pengontrol setengah gelombang atau kontrol
a b c d satu arah. Hal ini dapat diartikan bahwa SCR
hanya mampu mengontrol tegangan AC
Gambar 1: pada periode positif saja sedangkan pada
a) Susunan ekivalen diac dengan dioda; periode negative tidak dikontrol. Bahkan
pada beberapa pemakaian, SCR digunakan
b) Rangkaian ekivalen diac; sebagai pengendali pulsa, baik pengendali
c) Penahan yang sebelah kiri tertutup; phase 900 maupun phase 1800. Sedangkan
triac merupakan kontrol dua arah atau
d) Lambang skematik diac.
gelombang penuh. ini sangat efektif untuk
keperluan kontrol beban AC [4].
Bila diac sedang menutup maka untuk Prinsip kerja triac terlihat dari simbol dan
membukanya dengan cara memperkecil arus strukturnya. Selain mempunyai terminal satu
sampai dibawah arus penahan khas dari (T1) dan terminal dua (T2), juga mempunyai
komponen tersebut. Fungsi diac adalah satu teminal gerbang atau gate. Gerbang
membangkitkan pulsa trigger pada gate triac. inilah yang mengijinkan pengendalian atas
Triac merupakan komponen aksi penyearah dua arah (T1 dan T2). Piranti
semikonduktor yang berperan sebagai ini dapat dipicu agar memiliki kondisi
penghubung daya yang berkecepatan tinggi. hantaran maju dan resistansi rendah dengan
Pada umumnya triac dioperasikan pada memberikan pulsa singkat yang memiliki
tegangan lebih dari 100V dan dapat daya relatif kecil pada teminal gerbang.
membawa arus lebih dari 100A. sehingga Secara umum prinsip kerja triac adalah pada
triac sering digunakan dalam sistem kontrol periode positif dan terminal dua (T2) lebih
daya AC, seperti dimmer lamp (peredup positif dari terminal satu (T1), maka
lampu), kontrol pemanas, kontrol kecepatan transistor Q3 dan Q4 akan konduksi. Pada
motor, dan lainnya. Prinsip kerja triac dapat keadaan ini T2 sebagai anoda dan T1
diketahui dari struktur semikonduktor dan sebagai katoda. Pada kondisi terminal
rangkaian ekivalennya (gambar 2) [1,2].. gerbang G juga lebih positif dari T1. Dan
Dari rangkaian ekivalen triac terlihat transistor Q3 dan Q4 tidak konduksi, dengan
bahwa triac merupakan gabungan dari dua pengertian bahwa kedua transistor Q3 dan
buah SCR yang dihubungkan pararel Q4 mendapat bias mundur, sehingga hanya
terbalik dengan terminal gerbang sekutu arus bocor kecil yang mengalir. Pada
(digabung menjadi satu). periode negative dan terminal satu (T1) lebih
INKOM, Vol. III, No. 1-2, Nop 2009 III-2

3. positif dari terminal dua (T2), maka menurunkan tegangan anoda-katoda ke titik
transistor Q3 dan Q4 akan konduksi, nol.
sedangkan terminal gerbang G lebih positif Dengan prinsip kerja yang demikian, triac
dari T2. Triac akan tetap menghantarkan dapat sebagai kontrol sumber tegangan AC
arus dan tegangan jika pada gerbang dipicu yang diberikan ke terminal satu (T1) dan
dengan tegangan bias maju DC. terminal dua (T2). Sehingga pada saat
periode positif dikontrol oleh Q3 dan Q4,
I
B
sedangkan saat periode negatif dikontrol
transistor Q1 dan Q2.
Dari kontruksi kedua pasangan transistor
itu, masing-masing pasangan terhubung
IH A
-VBO VA2A1 sebagai pasangan umpan balik positif maka
+VBO diantara gerbang Q1 dan Q2 atau Q3 dan Q4
IH
C terdapat penguatan arus yang besar.
Diperlukan tegangan 1V untuk memicu
gerbang G agar triac on. Dengan demikian
D dapat diketahui bahwa besarnya daya yang
dibutuhkan gerbang untuk mengaktifkan
triac relative kecil (dalam orde mW). Grafik
Gambar 3: Karakteristik Triac
karakteristik triac terlihat pada gambar 3
[1,4].
Keterangan : Dengan pencatuan tegangan dan
A dan C adalah arus holding minimum pembebanan maka terlihat suatu gelombang
A-B adalah daerah Triac on. keluaran dari triac seperti pada gambar 4,
C-D adalah daerah Triac on dengan menghubungkan A1 dan A2 ke
osiloskop.
Gambar 3 merupakan karakteristik triac V+
yang terdiri dari dua buah SCR. Pada
gambar tersebut tertera tegangan breakover 2π
π
+ Vbo, dimana jika tegangan forward
mencapai titik ini, maka SCR / triac akan π/2 ωt
ON. Dan pada gambar juga ditunjukkan arus V-
Ih yaitu arus holding yang mempertahankan
SCR tetap ON. Jadi agar komponen tetap Gambar 4: Gelombang keluaran Triac
ON maka arus forward dari anoda menuju
katoda harus berada di sepanjang parameter Motor yang digunakan umumnya dapat
yang tersebut di dalam gambar .(pada dikelompokan dua jenis yaitu motor DC dan
kondisi A–B, C-D). Sejauh ini yang AC. Dalam pembahasan ini motor yang
dikemukakan adalah bagaimana membuat digunakan termasuk motor AC, sedangkan
triac menjadi ON. Pada kenyataanya , motor AC sendiri dibagi menjadi motor
apabila sekali SCR / triac mencapai keadaan induksi asinkron (tak serempak) dan motor
ON maka selamanya akan ON, walaupun sinkron (serempak).
tegangan gate dilepas atau di short ke Motor induksi pada dasarnya mempunyai
katoda. Satu-satunya cara untuk membuat dua bagian penting, yaitu rotor dan stator.
SCR OFF adalah dengan membuat arus Rotor mempunyai bagian yang berputar dan
anoda-katoda turun dibawah arus Ih(holding mempunyai belitan atau batang rotor. Stator
current). Cara membuat SCR menjadi OFF merupakan bagian yang diam dan
tersebut adalah sama saja dengan mempunyai lilitan stator [1]. Untuk motor
induksi tiga phase tidak memerlukan alat
Hardiati, et. al.: Pengendali Kecepatan Motor Induksi 3-Phase pada Aplikasi
Industri Plastik III-3

4. bantu karena motor ini memiliki medan Gambar 5: Konstruksi motor induksi tiga
stator. Medan stator ini dihasilkan oleh phase
bagian stator dari motor. Motor induksi tiga
phase ini diaplikasikan pada penggulung
Pm = Tg .2π .N (2)
benang plastik.
Prinsip kerja dari motor induksi tiga Dengan:
phase adalah saat sumber tegangan tiga Pm : daya motor induksi
phase diberikan pada belitan stator maka N : kecepatan putaran motor
akan timbul medan putar dengan kecepatan Tg : torsi bruto
(Ns), seperti persamaan 1 [3].
Selama motor ini berputar timbul adanya
(1) daya motor dan torsi. Torsi terjadi karena
120 f
Ns = adanya rugi gesekan angin pada poros,
p sehingga secara tidak langsung
Dengan: mempengaruhi daya motor induksi. Daya ini
Ns : Kecepatan medan putar merupakan output dari rotor dan kemudian
f : frekuensi sumber /supply output ini dikonversi dalam energi mekanik.
p : jumlah katup Antara input dan output rotor terjadi
perbedaan akan besarnya daya karena
Pada motor induksi tiga phase yang adanya rugi tembaga yang besarnya, seperti
dipakai memiliki spesifikasi antara lain pada persamaan 3.
tegangan 220VAC, frekuensi 50Hz, putaran
750RPM dan torka 8 dengan data tersebut Pm = Tg .2π .( Ns − N ) (3)
dapat diperoleh jumlah katup dari motor Keterangan :
sesuai dengan persamaan 1 [3]. N : Kecepatan putaran motor
Medan putar yang dihasilkan oleh stator Ns: Kecepatan medan putar.
akan memotong belitan atau batang rotor
sehingga pada belitan akan timbul gaya Dalam persamaan 3 menunjukkan, pada
gerak listrik induksi. Belitan rotor saat daya besar maka putaran motor akan
merupakan rangkaian tertutup sehingga akan besar, dimana triac akan mengatur besar
timbul arus induksi yang besarnya kecilnya daya yang diberikan ke motor,
tergantung dari besar dan jumlah lilitan. tergantung dari harga resistansi reostat yang
Arus induksi didalam belitan kawat tersebut dipasang pada rangkaian kontrol.
akan terpotong oleh medan putar stator
sehingga pada rotor akan timbul gaya gerak 3. Perancangan Rangkaian
(gaya Lorentz). Agar gerak rotor tetap ada,
maka harus ada perbedaan putaran rotor Pada proses produksi di bagian winder
terhadap medan stator. Dengan demikian terdapat motor induksi tiga phase yang
terjadi perpotangan fluksi. Secara umum kecepatannya dikontrol oleh suatu rangkaian
konstruksi motor induksi tiga phase seperti dengan kontrol triac. Motor induksi tiga
pada gambar 5. Besar daya motor induksi phase yang dipakai memiliki spesifikasi
dapat diperoleh dengan persamaan 2 [3]. tegangan sumber 220V, 50Hz; Arus 0,6A;
RPM 750RPM; dan torka 8. Jumlah katup
dari motor diperoleh sebesar 8, nilai ini
R S T
diperoleh menggunakan persamaan 1.
Stator Kecepatan motor tiga phase ini dikontrol
Belitan Rotor oleh rangkaian triac Rangkaian kontrol ini
Rotor merupakan kendali beban AC penuh. ini
ditunjukkan dengan digunakannya salah satu
komponen dari keluarga thyristor (triac).
INKOM, Vol. III, No. 1-2, Nop 2009 III-4

5. Tegangan
220V (AC)
R S T
D1 D2 C1
R4
D3 Diac
Triac
D4 R3
M R1 R2 VR1 C2
Gambar 7: Gambar rangkaian kontrol kecepatan motor
Rangkaian control kecepatan motor menggunakan triac dan diac sebagai
induksi tiga phase dengan komponen aktif komponen utamanya. Tegangan yang
triac yang ditunjukkan pada gambar 7 terdiri dihasilkan rangkaian merupakan tegangan
dari 4 empat bagian utama yaitu penyearah sinusoidal yang terpatah-patah dengan
(D1-D4), bagian pemicu gerbang (VR, R3, frekuensi yang tinggi. Tegangan yang
C1) dan Triac. Prinsip kerja rangkaian terpatah-patah ini digunakan sebagai sistem
secara garis besar berfungsi seperti kendalinya. Sistem ini diimplementasikan
mengurangi tegangan 220V yang akan pada sumber tegangan tiga phase.
masuk ke motor, dengan demikian bila
tegangan yang masuk ke motor berkurang V+
maka otomatis besarnya putaran motor juga
akan berkurang. Terjadinya putaran motor
tersendat-sendat seiring dengan sudut π 2π ωt
pemicuan dalam triac, karena frekuensinya V-
sangat cepat maka hal itu tidak
V+
terlihat/dirasakan.
4. Hasil dan Analisa π 2π ωt
Hasil pengukuran rangkaian pengendali V-
kecepatan motor induksi tiga phase terlihat
seperti pada gambar 8, merupakan bentuk Gambar 8: Bentuk tegangan input dan output
gelombang tegangan input dan tegangan rangkaian
output dari rangkaian. Dari gambar terlihat Kecepatan yang diinginkan dari
bentuk tegangan input yang berbentuk pengendali kecepatan motor induksi 3 phase
sinusoidal murni dengan sudut penyalaan ini , tidak ditentukan dengan suatu nilai
diac tertentu akan menghasilkan tegangan kecepatan tertentu, karena pengendalian ini
yang dikendalikan triac akan menjadi cacat bersifat adaptive, jadi kalau gulungan masih
(patah-patah), sehingga tegangan yang berada di awal , maka diameter kecil ,
masuk ke dalam motor akan berkurang dan sehingga putaran akan cepat. Putaran
selanjutnya akan berpengaruh terhadap kemudian akan melambat dengan fungsi
besarnya putaran motor. waktu, karena gulungan akan semakin tebal,
Rangkaian yang ditunjukkan pada sehingga diameter menjadi besar.
gambar 7 bekerja sebagai pengendali
kecepatan motor induksi dengan
Hardiati, et. al.: Pengendali Kecepatan Motor Induksi 3-Phase pada Aplikasi
Industri Plastik III-5

6. 5. Kesimpulan 7. Daftar pustaka
Dari hasil analisa, dapat diambil beberapa [1] Malcolm P, Stuart J, ”Pengantar Ilmu
kesimpulan antara lain triac cukup efektif Teknik Intrumentasi”, PT. Media Elex
sebagai kendali beban motor induksi tiga Komputindo, Jakarta, 1983.
phase, karena hanya membutuhkan tegangan [2] Hayt W.H, Jr dan Neudeck G.W,
picu gerbang yang kecil untuk membuat “Electronic Circuit Analysis and
triac aktif dan menyalurkan tegangan dan Design”, Houghton Mifflin Company
arus besar yang dibutuhkan ke beban. Boston, 1976.
Pengoperasian rangkaian pengendali motor [3] Loveday G, ”Inti Sari Elektronika”, PT.
induksi ini, dikontrol dengan sebuah diac Elex Media Komputindo.
untuk memberikan tegangan trigger pada [4] Malvino A,“Prinsip-prinsip
triac sehingga triac akan bekerja. Kerusakan Elektronika”, Penerbit Erlangga, 1985.
komponen yang sering terjadi yaitu pada
komponen pemicu berupa diac sehingga
berpengaruh pada sudut picu triac untuk
aktif.
6. Ucapan terima kasih
Penulis mengucapkan terima kasih
kepada Pusat Penelitian Elektronika dan
Telekomunikasi LIPI yang telah
memberikan fasilitas untuk pengukuran dan
P.T. Gharpha Sakti Mandiri yang telah
memberikan kesempatan untuk
implementasi alat serta semua pihak yang
telah membantu dalam implementasi dan
penulisan ini.
INKOM, Vol. III, No. 1-2, Nop 2009 III-6