AC PHASE CONTROL DIMMER

1. Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

Di era globalisasi ini Perkembangan teknologi semakin maju, semakin banyak

perusahaan-perusahaan, gedung-gedung bertingkat, semakin padatnya rumah

penduduk, hal ini menyebabkan kebutuhan enegi listrik yang semakin terus

bertambah seiring bertambahnya penduduk dan perkembangan IPTEK. Keadaan ini

menyebabkan PLN sebagai perusahaan listrik satu-satunya di Indonesia sangat

kualahan dalam membagi pasokan listrik ke daerah-daerah di seluruh Indonesia

khususnya di daerah terpencil, hal ini menuntut kita sebagai calon engineer elektro

untuk memikirkan bagaimana cara agar di Indonesia khususnya di daerah terpencil

tidak kekurangan pasokan listrik lagi. Keadaan diatas dapat diatasi dengan

penghematan pemakaian listrik. Pemakaian listrik dapat dihemat salah satunya dengan

cara menggunakan rangkaian dimmer pada penerangan di perusahaan-perusahaan,

gedung-gedung, dan rumah penduduk. Sehingga penerangan dapat diatur terang

redupnya pencahayaan sesuai dengan fungsi ruangan tersebut, agar tidak kelebihan

ataupun kekurangan pencahayaan yang menimbulkan ketidak nyamanan. Dalam

tulisan ini penulis akan mencoba memberikan rangkaian AC PHASE CONTROL

DIMMER yang akan disimulasikan dengan Circuit Wizard. Pada pembuatan alat ini

akan membutuhkan Triac, IC 555, IC OP-AMP LM339, dan resistor serta komponen-

komponen lain yang mendukung aplikasi dimmer ini. Konsep ini menggunakan

aplikasi dari dimmer yang digunakan untuk mengatur terang redupnya lampu pijar,

agar menghemat energi listrik.

1.2 Tujuan

Project akhir ini bertujuan agar kita dapat lebih memahami materi tentang dimmer,

dan agar dapat merancang atau mendesain rangkaian dimmer yang bisa mati

sempurna sampai terang sempurna. Sehingga nantinya rangkaian dimmer ini bisa

diterapkan di kehidupan nyata agar bisa menghemat energi listrik.

1.3 Permasalahan

Permasalahan yang dihadapi didalam melakukan project akhir ini diantaranya adalah

Bagaimana merancang rangkaian dimmer untuk mengatur terang redupnya

1

pencahayaan lampu pijar, sehingga lampu bisa mati secara sempurna sampai nyala

terang sempurna.

1.4 Batasan Masalah

Agar project mata kuliah elektronika daya ini bisa berjalan dengan lancar,

menghemat biaya yang dikeluarkan, dan tidak melebar dari judul yang telah dibuat,

perlu adanya batasan masalah. Batasan masalah yang dimaksudkan diantaranya:

1. Proyek dimmer ini digunakan untuk pengatur nyala lampu dengan tegangan

sumber 220V.

2. Nyala lampu diatur dari gelap (mati) sempurna, remang-remang hingga paling

terang sempurna.

3. Simulasi dilakukan di circuit wizard.

2. DASAR TEORI

2.1 Alat dan Bahan

Terminal block 3 buah

Kiprok 2Ampere 2 buah

Elektrolit kapasitor 1000µf 1 buah

Elektrolit kapasitor 2,2 µf 1 buah

Kapasitor millar 0,1 µf 3 buah

IC OP-AMP LM339 1 buah

IC LM555 1 buah

MOC 3021 1 buah

Resistor kapor 5W560Ω 1 buah

Resistor 2K20,5W 1 buah

Resistor 1/4W 6 buah

TIP41 1 buah

Triac BT136 1 buah

Lampu pijar 1 buah

Knop kecil 1 buah

Knop besar 1 buah

Kabel secukupnya

Trafo 1/2 Ampere 1 buah

PCB (Printed Circuit Board) secukupnya

Mur dan baut secukupnya

2

Acrilick secukupnya

Terminal secukupnya

Fitting lampu 1 buah

2.2 Dimmer

Dimmer merupakan control dari tingkat pencahayaan sebuah lampu yang

intensitas cahayanya dapat diatur menggunakan potensiometer atau lainnya.

Rangkaian lampu dimmer ini menggunakan komponen utama TRIAC dan DIAC. Dan

dapat digunakan pada jaringan listrik PLN 220v 1 phase atau pada jaringan listrik volt

phase, tergantung dari bola lampu yang digunakan. Tegangan AC satu phasa apabila

dilihat dalam sebuah oscilloscope berdasarkan grafik pada kawasan waktu (t) terhadap

tegangan (v) dapat diilustrasikan seperti pada Gambar.

Dimana:

V (t)=Vmax.sin(2.π. f .t) (1)

sedangkan Vrms untuk sinyal sinus ideal.

Vrms merupakan Voltage Root Mean Square, dimana secara sederhana dapat

diartikan sebagai tegangan rata-rata berdadarkan kawasan waktu (t) yang

menghasilkan daya ekuivalen dengan tegangan dc pada level tersebut. Dalam

penggunaan secara umum, tegangan AC di indonesia bernilai 220 V, nilai 220 V

tersebut merupakan nilai tegangan Vrms. Artinya daya yang dihasilkan dari tegangan

tersebut sebanding dengan daya yang dihasilkan dari tegangan 220 Vdc.

2.3 Triac BT136

SCR adalah thyristor yang uni-directional, karena ketika ON hanya bisa

melewatkan arus satu arah saja yaitu dari anoda menuju katoda. Struktur TRIAC

sebenarnya adalah sama dengan dua buah SCR yang arahnya bolak-balik dan kedua

gate-nya disatukan. Simbol TRIAC ditunjukkan pada gambar-1. TRIAC biasa juga

disebut thyristor bi-directional.

3

Gambar-1: Simbol TRIAC

TRIAC bekerja mirip seperti SCR yang paralel bolak-balik, sehingga dapat

melewatkan arus dua arah. Kurva karakteristik dari TRIAC adalah seperti pada

gambar-2 berikut ini.

Gambar-2 : Karakteristik TRIAC

Pada datasheet akan lebih detail diberikan besar parameter-parameter seperti  Vbo dan

-Vbo, lalu IGT dan -IGT, Ih serta -Ih dan sebagainya. Umumnya besar parameter ini

simetris antara yang plus dan yang minus. Dalam perhitungan desain, bisa dianggap

parameter ini simetris sehingga lebih mudah di hitung.

4

BT136

Gambar. simbol triac BT136

Gambar pin configurasi BT136

Keterangan :pin 1 = main terminal 1

Pin 2 = main terminal 2

Pin 3 = gate

Pin tab = main terminal 2

2.4 IC 555

A. Fungsi masing-masing pin IC 555 :

5

1. Pin 1(Ground). Pin ini merupakan titik referensi untuk seluruh sinyal dan

tegangan pada rangkaian 555, baik rangkaian intenal maupun rangkaian

eksternalnya.

2. Pin 2(Trigger). Berfungsi untuk membuat output high, ini terjadi pada saat level

tegangan pin trigger dari High menuju < 1/3 Vcc

3. Pin 3(Output). Output mempunyai 2 keadaan, High dan Low

4. Pin 4(Reset). Pada saat low, pin 4 akan reset. Pada saat reset, output akan Low.

Supaya bisa bekerja, pin 4 harus diberi High.

5. Pin 5(Voltage Control). Jika pin 5 diberi tegangan, maka level tegangan threshold

akan berubah dari 2/3 Vcc menjadi V5. Level tegangan trigger akan berubah dari

2/3 Vcc menjadi V5

6. Pin 6(Threshold). Untuk membuat output Low, terjadi pada saat tegangan pin 6

dari Low menuju > 1/3 Vcc

7. Pin 7(Discharge). Output Low, pin 7 akan Low Impedance. Output High, pin 8

akan High Impedance.

8. Pin 8 (Vcc). Pin ini untuk menerima supply DC voltage yang diberikan. Biasanya

akan bekerja jika diberi tegangan 5 –12V(maksimum 18 V).

B. CARA KERJA IC 555

Apabila supply diberikan, Vcc=0 Volt. Kaki 2 memberi trigger dari tegangan yang

tinggi (Vcc) menuju 1/3 Vcc(<1/3 Vcc), kaki 3(output) akan high dan pada saat

tersebut kaki 7 mempunyai nilai hambatan yang besar terhadap Ground atau kaki 7

6

akan High Impedance. C1 diisi melalui Vcc R1 R2 C1, Setelah 0,7 (R1+R2)

C1 detik, maka tegangan C1=2/3 Vcc. Sehingga kaki 3(ouput) akan Low, pada saat

tersebut, kaki 7 akan mempunyai nilai hambatan yang rendah sekali terhadap Ground

atau pin 7 akan Low Impedance. C1 membuang muatan, setelah 0,7(R2) C1 detik,

maka Teg C1=1/3 Vcc. Trigger terjadi lagi sehingga output akan High. Pin 7 akan

high Impedance dan C1 diisi kembali.

Gambar pulsa output :

2.5 IC OP-AMP LM339

Pengat Operasional (Op-Amp) merupakan rangkaian terpadu yang dikemas dalam

satu IC. Pada umumnya kaki-kaki IC tersebut terdiri atas input membalik atau

inverting input (-), input tak membalik atau non inverting input (+), output, offset, dan

catu daya. Secara ideal, Op-Amp memiliki beberapa karakteristik, diantaranya :

a. Penguat tegangan tak berhingga (AV0 = ∼)

b. Impedansi input tak berhingga (rin = ∼)

c. Impedansi output nol (ro = 0)

d. Bandwidth tak berhingga (BW = ∼)

e. Tegangan offset nol pada tegangan input (Eo = 0 untuk Ein = 0)

Gambar 2.2 Konfigurasi IC LM339

7

2.6 Kiprok

Kiprok berfungsi untuk regulator tegangan yang biasa digunkan pada

kendaraan bermotor. Maka jika arus 12 volt maka arus akan tetap stabil menjadi

12 volt meskipun arus naik. Namun memiliki ampere yang berbeda-beda.

sebenarnya tidak ada bedanya dengan Rectifier namun kiprok adalah gabungan

komponen tambahan sebagai penyetabil tegangan. Sehingga bila tunggangan tak

dilengkapi aki, bohlam lampu pada sepeda motor tidak cepat putus.

2.7 Resistor

Resistor adalah komponen elektronik dua saluran yang didesain untuk

menahan arus listrik dengan memproduksi penurunan tegangan diantara kedua

salurannya sesuai dengan arus yang mengalirinya, berdasarkan hukum Ohm:

Resistor digunakan sebagai bagian dari jejaring elektronik dan sirkuit elektronik,

dan merupakan salah satu komponen yang paling sering digunakan. Resistor dapat

dibuat dari bermacam-macam kompon dan film, bahkan kawat resistansi (kawat

yang dibuat dari paduan resistivitas tinggi seperti nikel-kromium). Karakteristik

utama dari resistor adalah resistansinya dan daya listrik yang dapat diboroskan.

Karakteristik lain termasuk koefisien suhu, desah listrik, dan induktansi. Resistor

dapat diintegrasikan kedalam sirkuit hibrida dan papan sirkuit cetak, bahkan sirkuit

terpadu. Ukuran dan letak kaki bergantung pada desain sirkuit, resistor harus cukup

besar secara fisik agar tidak menjadi terlalu panas saat memboroskan daya.

8

SUMBER/PLN

ZCD

DELAY

BUFFER TRIAC

BEBAN

3. Perancangan Dimmer

3.1 Blok diagram

3.2 Skema Rangkaian

9

3.3 Prosedur perancangan

1. Simulasi

- Membuat rangkaian di circuit wizard

- Setelah rangkaian dirangkai secara benar rangkaian bisa dijalankan

2. Pembuatan alat

- Rangkaian simulasi di sircuit wizard di aplikasikan di express pcb.

- Rangkaian di express pcb di print, kemudian hasilnya di sablon di pcb

dengan cara di setrika di pcb.

- Setelah gambar tersablon sempurna di pcb, pcb bisa di cuci dengan cairan

feryclorid.

- Setelah jalur tergambar di pcb, pcb siap di bor sesuai skema

- Kemudian komponen siap di pasang di pcb

- Pemasangan komponen pada rangkaian di cek ulang agar tidak terjadi

masalah pada rangkaian.

- setelah semua komponen terpasang dengan benar maka rangkaian bisa diuji

cobakan.

- Setelah semua terhubung rangkaian bisa di hubungkan dengan sumber

tegangan PLN.

- Jika lampu sudah bisa diatur terang dan redupnya, maka percobaan telah

berhasil.

3. Prinsip Kerja Alat

1. Tegangan ac masuk ke travo. Output travo sebesar 220V.

10

2. Tegangan masuk ke dioda bridge. Dioda bridge dengan kapasitor 1000µF

16V. Menggunakan C 1000µF karena semakin besar nilai faradnya maka

gelombang Dc semakin halus. Untuk ukuran tegangan kapasitor yang

dipakai, memakai 16V karena tegangan output dari trafo sebesar 12V, jadi

nilai tegangan kapasitor harus lebih besar dari tegangan output untuk

mengantisipasi Rangkaian ini juga untuk menyuplai rangkaian counter

pembangkit pulsa dengan IC 555 + MOC . agar tegangan DC yang keluar

tetap konstan

3. Dioda Bridge tanpa C (langsung ke rangkaian) atau langsung ke LM339.

LM339 sebagai pembanding dan bekerja sebagai pengaman tegangan sinus

4. Keluaran output kaki 3 pada IC 555 mengandung pulsa terlalu tinggi dan

dikecilkan dengan resistor 1K agar keluaran pulsa menjadi rendah. Lalu

dikuatkan dengan transistor TIP41C dan dimasukkan ke kaki emitor.

5. Semakin besar pulsa maka resistansi pada triac semakin kecil

3.4 Teknik uji coba dimmer

setelah rangkaian dibuat atau dirancang di PCB, komponen yang terpasang di

PCB di cek apakah rangkaian tersebut nyambung atau tidak. Setelah semua di

pastikan sesuai dengan keinginan lampu pijar di pasang dan di hubungkan dengan

rangkaian kemudian rangkaian di hubungkan ke trafo setelah semua terhubung

raangkaian di hubungkan ke sumber tegangan PLN. Apabila ketika di hubungkan

dengan sumber, listrik jeglek (mati) berarti rangkaian kita ada yang konslet

nyabung dengan komponen lain. Dan apabila setelah di hubungka sumber, lampu

nyala tetapi tidak bisa di atur terang-redupnya mungkin itu karena optotriak tidak

berfungsi, ada komponen yang seharusnya nyambung dengan komponen lain

tetapi komponen tersebut tidak nyampung dengan komponen lain.

4. Hasil dan Analisis

4.1 Hasil rangkaian di PCB

11

4.2 Hasil Uji coba alat

Mulai dari lampu mati hingga lampu nyala terang

Gambar kondisi awal 0%

Gambar kondisi lampu menyala 5%

Gambar kondisi lampu menyala 15%

12

Gambar lampu kondisi menyala 25%

Gambar lampu kondisi menyala 35%

Gambar kondisi lampu menyala 50%

Gambar kondisi lampu menyala 65%

13

Gambar kondisi lampu menyala 85%

Gambar kondisi lampu menyala 100%

Gambar sinyal PWM pada oscioloscope

14

4.3 hasil uji simulasi

4.3.1 Rangkaian di Circuit Wizard

15

4.3.2 Rangkaian di Express PCB

4.4 Analisis

Pada saat rangkaian di hubungkan ke sumber PLN, listrik langsung konsleting

(mati) mungkin terjadi konslet pada rangkaian.

Pada saat rangkaian di hubungkan ke sumber PLN, listrik tidak langsung

konsleting (mati) namun lampu tidak nyala mungkin itu diakibatkan oleh

rangkaian yang salah.

Apabila rangkaian kita konslet saat di sambungkan ke gate pada TRIAC akan

meledak atau keluar asapnya sehinnga TRIAC rusak dan harus diganti.

16

Pada saat ujicoba dan lampu hanya menyala tanpa bisa diredupkan atau di

terangkan kemungkinannya yaitu kita memasang diodanya terbalik.

5. Kesimpulan

Dimmer adalah rangkaian pengatur nyala lampu. Dengan rangkaian dimmer,

nyala lampu bisa diatur dari yang paling gelap (mati), remang-remang sampai

yang paling terang.

Pada saat pertama kali rangkain dimmer di hubungkan ke sumber PLN lampu

menyala sebentar setelah itu mati kemudian setelah potensio di putar lampu

akan nyala berangsur-angsur dari redup, remang-remang, hingga paling

terang.

Komponen yang sangat berpengaruh di rangkaian dimmer adalah triac yang

berfungsi mengatur tegangan AC yang masuk ke lampu.

Rangkain dimmer tidak baik digunakan pada lampu neon atau lampu hemat

energi, karena bisa menyebabkan rangkaian (komponen) pada lampu rusak.

Apabila di paksa di pasang di lampu neon, nyala lampu akan kedip-kedip tidak

bisa nyala sempurna.

17