Silicon Controlled Rectifier (SCR) merupakan alat semikonduktor empat lapis (PNPN) yang menggunakan tiga kaki yaitu anoda (anode), katoda (cathode), dan gerbang (gate) – dalam operasinya. SCR adalah salah satu thyristor yang paling sering digunakan dan dapat melakukan penyaklaran untuk arus yang besar.

Gambar 1 Bentuk fisik SCR

SCR dapat dikategorikan menurut jumlah arus yang dapat beroperasi, yaitu SCR arus rendah dan SCR arus tinggi. SCR arus rendah dapat bekerja dengan arus anoda kurang dari 1 A sedangkan SCR arus tinggi dapat menangani arus beban sampai ribuan ampere.

Gambar 2 Konstruksi dan simbol SCR

Simbol skematis untuk SCR mirip dengan simbol penyearah dioda dan diperlihatkan pada Gambar 2. Pada kenyataannya, SCR mirip dengan dioda karena SCR menghantarkan hanya pada satu arah. SCR harus diberi bias maju dari anoda ke katoda untuk konduksi arus. Tidak seperti pada dioda, ujung gerbang yang digunakan berfungsi untuk menghidupkan alat.

Operasi SCR
Operasi SCR sama dengan operasi dioda standar kecuali bahwa SCR memerlukan tegangan positif pada gerbang untuk menghidupkan saklar. Gerbang SCR dihubungkan dengan basis transistor internal, dan untuk itu diperlukan setidaknya 0,7 V untuk memicu SCR. Tegangan ini disebut sebagai tegangan pemicu gerbang (gate trigger voltage). Biasanya pabrik pembuat SCR memberikan data arus masukan minimum yang dibutuhkan untuk menghidupkan SCR. Lembar data menyebutkan arus ini sebagai arus pemicu gerbang (gate trigger current). Sebagai contoh lembar data 2N4441 memberikan tegangan dan arus pemicu :
VGT = 0,75 V
IGT = 10 mA
Hal ini berarti sumber yang menggerakkan gerbang 2N4441 harus mencatu 10 mA pada tegangan 0,75 V untuk mengunci SCR.

Gambar 3 SCR yang dioperasikan dari sumber DC

Skema rangkaian penghubungan SCR yang dioperasikan dari sumber DC diperlihatkan pada Gambar 3. Anoda terhubung sehingga positif terhadap katoda (bias maju). Penutupan sebentar tombol tekan (push button) PB1 memberikan pengaruh positif tegangan terbatas pada gerbang SCR, yang men-switch ON rangkaian anoda-katoda, atau pada konduksi, kemudian menghidupkan lampu.Rangkaian anoda-katoda akan terhubung ON hanya satu arah. Hal ini terjadi hanya apabila anoda positif terhadap katoda dan tegangan positif diberikan kepada gerbang Ketika SCR ON, SCR akan tetap ON, bahkan sesudah tegangan gerbang dilepas. Satu-satunya cara mematikan SCR adalah penekanan tombol tekan PB2 sebentar, yang akan mengurangi arus anoda-katoda sampai nol atau dengan melepaskan tegangan sumber dari rangkaian anoda-katoda.

SCR dapat digunakan untuk penghubungan arus pada beban yang dihubungkan pada sumber AC. Karena SCR adalah penyearah, maka hanya dapat menghantarkan setengah dari gelombang input AC. Oleh karena itu, output maksimum yang diberikan adalah 50%; bentuknya adalah bentuk gelombang DC yang berdenyut setengah gelombang.

Gambar 4 SCR yang dioperasikan dari sumber AC

Skema penghubungan rangkaian SCR yang dioperasikan dari sumber AC diperlihatkan oleh Gambar 4. Rangkaian anoda-katoda hanya dapat di switch ON selama setengah siklus dan jika anoda adalah positif (diberi bias maju). Dengan tombol tekan PB1 terbuka, arus gerbang tidak mengalir sehingga rangkaian anoda-katoda bertahan OFF. Dengan menekan tombol tekan PB1 dan terus-menerus tertutup, menyebabkan rangkaian gerbang-katoda dan anoda-katoda diberi bias maju pada waktu yang sama. Prosedur arus searah berdenyut setengah gelombang melewati depan lampu. Ketika tombol tekan PB1 dilepaskan, arus anoda-katoda secara otomatis menutup OFF ketika tegangan AC turun ke nol pada gelombang sinus.

Gambar 5 Aplikasi SCR sebagai kontrol output suplai daya pada motor DC

Ketika SCR dihubungkan pada sumber tegangan AC, SCR dapat juga digunakan untuk merubah atau mengatur jumlah daya yang diberikan pada beban. Pada dasarnya SCR melakukan fungsi yang sama seperti rheostat, tetapi SCR jauh lebih efisien. Gambar 5 menggambarkan penggunaan SCR untuk mengatur dan menyearahkan suplai daya pada motor DC dari sumber AC.

Gambar 6 Aplikasi SCR untuk start lunak motor AC induksi 3 fase

Rangkaian SCR dari Gambar 6 dapat digunakan untuk “start lunak” dari motor induksi 3 fase. Dua SCR dihubungkan secara terbalik paralel untuk memperoleh kontrol gelombang penuh. Dalam tema hubungan ini, SCR pertama mengontrol tegangan apabila tegangan positif dengan bentuk gelombang sinus dan SCR yang lain mengontrol tegangan apabila tegangan negatif. Kontrol arus dan percepatan dicapai dengan pemberian trigger dan penyelaan SCR pada waktu yang berbeda selama setengah siklus. Jika pulsa gerbang diberikan awal pada setengah siklus, maka outputnya tinggi. Jika pulsa gerbang diberikan terlambat pada setengah siklus, hanya sebagian kecil dari bentuk gelombang dilewatkan dan mengakibatkan outputnya rendah.

Aplikasi SCR
Pada aplikasinya, SCR tepat digunakan sebagai saklar solid-state, namun tidak dapat memperkuat sinyal seperti halnya transistor. SCR juga banyak digunakan untuk mengatur dan menyearahkan suplai daya pada motor DC dari sumber AC, pemanas, AC, melindungi beban yang mahal (diproteksi) terhadap kelebihan tegangan yang berasal dari catu daya, digunakan untuk “start lunak” dari motor induksi 3 fase dan pemanas induksi. Sebagian besar SCR mempunyai perlengkapan untuk penyerapan berbagai jenis panas untuk mendisipasi panas internal dalam pengoperasiannya.

  • Aplikasi SCR pada saklar solid state

Solid state relay berfungsi sama seperti halnya relay mekanik, dengan solid state relay kita dapat mengendalikan beban AC maupun DC daya besar dengan sinyal logika TTL. Rangkaian solid state relay terdiri dari 2 jenis, yaitu solid state relay DC dan solid state relay AC. Pada gambar rangkaian dibawah merupakan skema dari rangkaian solid state relay yang digunakan untuk jaringan AC 220V dengan daya maksimum 500 watt. Rangkaian solid state relay ini dibangun menggunakan TRIAC BT136 sebagai saklar beban dan optocopler MOC3021 sebagai isolator. Solid state relay pada gambar rangkaian dibawah dapat digunakan untuk mengendalikan beban AC dengan konsumsi daya maksimal 500 watt.

Daya maksimum rangkaian solid state relay ini ditentukan oleh kapasitas menglirkan arus oleh TRIAC Q1 BT136. Untuk membuat rangkaian solid state relay dapat dilihat gambar rangkaian dan komponen yang digunakan sebagai berikut.

Rangkaian Solid State Relay 220VAC 500W,Solid state relay,Rangkaian solid state relay,solid state relay AC,solid state relay DC,Daya maksimum rangkaian solid state relay,Gambar Rangkaian Solid State Relay 220VAC 500W,arus solid state relay,harga solid state relay,jual solid state relay,cara pasang solid state relay,mengoperasikan solid state relay,cara menggunakan solid state relay,membuat solid state relay,solid state relay rakitan,kit solid state relay,modul solid state relay

Gambar 6. Rangkaian Solid State Relay 220VAC 500W

Rangkaian solid state relay pada gambar diatas dapat digunakan untuk mengendalikan beban dengan tegangan kerja AC dari 24 volt hingga 220 volt. Rangkaian solid state relay ini dikendalikan dengan sinyal logika tinggi TTL 2 – 5 volt DC yang diberikan ke jalur input solid state relay. Untuk meningkatkan daya atau kemampuan arus solid state relay ini dapat dilkukan dengan mengganti TRIAC Q1 BT136 dengan TRIAC yang memiliki kapasitas arus yang lebih besar. TRIAC Q1 BT136 pada rangkaian  solid state relay diatas harus dilengkapi dengan pendingin (heatsink) untuk meredam panas yang dihasilkan TRIAC pada saat mengalirkan arus ke beban.

APLIKASI THYRISTOR UNTUK PENGATUR TEGANGAN AC/DC

Berkembangnya teknologi elektronika daya, khususnya dengan adanya penemuan Thyristor, maka pemanfaatan konverter dan inverter merupakan sebuah solusi pemutakhiran pengendali kelistrikan, misalnya dalam pengaturan tegangan ac / dc yang mudah, luwes, praktis, dan ekonomis.

Thyristor khususnya SCR (silicon controlled rectifier) memiliki 3 buah elektroda: anoda (A), katoda (K), dan gate (G) merupakan piranti elektronik yang banyak diterapkan pada rangkaian elektronika daya. Di dalam konverter arus bolak-balik thyristor merupakan komponen utama, melalui pengendalian sinyal picu (trigger), maka  besarnya sudut konduk (conduction angle) dan sudut picu (firing delay angle) dapat diatur.

Rangkaian dasar: SCR, beban (RL), dan sumber tegangan (Us) diperlihatkan pada gambar 1.a), sedangkan gambar 1.b) memperlihatkan bahwa pada sudut konduk SCR = 1200 maka sudut picu = 600 (interval 180adalah sudut konduk+ sudut picu)

                          Gambar 1a

Gambar 1b

Gambar 1.  Rangkaian Dasar: SCR, Sudut Picu, dan Sudut Konduksi

 

2.         Semi-konverter Thyristor

Semi-konverter thyristor merupakan sistem penyearah 1 fasa gelombang penuh atau konverter 1 fasa terkendali gelombang penuh (Half Controlled Single-phase Bridge Rectifier), yaitu penyearah jembatan (bridge rectifier) yang menggunakan 2 buah thyristor (SCR) dan 2 buah dioda yang diatur/dikendalikan kondukfitasnya melalui pemicu.

Gambar 2. dan gambar 3. berikut ini menunjukkan prinsip kerja semi-konverter thyristor 1 fasa tersebut.

 Rangkaian Fullwave

 Gambar 2. Rangkaian Fullwave Semi Konverter

 

Pada interval ½ gelombang positive tegangan sumber (A+ dan B-), arus akan mengalir melalui rangkaian seri : dari titik A -> dioda D1 ->Load -> thyristor T1 -> titik B, selanjutnya dengan adanya sinyal picu (trigger) maka thyristor T1 konduksi pada wt = sudut picu. Dalam interval ini dioda D2 dan thyristor T2 kondisi reverse bias.

Pada interval ½ gelombang negative berikutnya (A- dan B+), arus akan mengalir melalui rangkaian seri : dari titik B -> dioda D2 -> Load -> thyristor T2 -> titik A, selanjutnya dengan adanya sinyal picu (trigger) maka thyristor T2 konduksi pada phi + wt = sudut picu. Dalam interval ini dioda D1 dan thyristor T1 kondisi reverse bias.

Demikian seterusnya sehingga diperoleh output tegangan DC gelombang penuh yang dapat diatur (UDC variabel), melalui pengendalian thyristor T1 dan T2.

 Bentuk gelombang

 Gambar 3.  Bentuk Gelombang ÐaÐj, dan IG

           Semi-konverter Thyristor

 

Dioda Dm           disebut freewheeling dioda bersifat optional dalam rangkaian, Dm sangat diperlukan khususnya jika beban bersifat induktif. Apabila Um adalah tegangan maksimum dari UAC, maka tegangan keluaran rata-rata UDC  adalah  :

Formula 00

UDC dapat diatur dari 0 volt sampai dengan  vot melalui pengendalian a;

(nilai a adalah 0 < a < p). Dari persamaam tersebut maka tegangan keluaran adalah nol apabila a = 1800 dan akan menjadi maksimum apabila a = 00.

 

3.         Rangkaian Pemicu (Trigger) pada Frekuensi AC-50 Hz

Pemanfaatan UJT secara konvensional sebagai pemicu SCR melalui rangkaian relaxation osilator merupakan pilihan yang tepat, rangkaian relaxation oscillator uni junction transistor (RO-UJT) dirancang agar sinyal/pulsa yang dihasilkan senantiasa sinkron terhadap interval tegangan sumber AC (power supply), serta mampu menghasilkan daerah pengaturan sudut penyalaan (a) atau sudut (j) konduksi antara 00 sampai dengan 1800, rangkaiannya sebagaimana pada gambar 4 berikut:

 Rangkaian RO-UJT

Gambar 4.  Rangkaian RO-UJT Pemicu SCR

Data teknis yang merupakan persyaratan / pertimbangan dalam perancangan rangkaian RO-UJT adalah: tegangan AC 220 volt / 50 Hz, UJT (misal 2N2646), tegangan bias RO-UJT (misal 12 volt dc)

Untuk menghasilkan sinyal picu yang tetap sinkron terhadap perioda tegangan sumber AC (Us), maka tegangan pencatu rangkaian RO-UJT adalah tegangan dc rata yang secara periodik “off” dan sinkron terhadap Us tersebut. Hal ini dapat dipenuhi melalui rangkaian seri tahanan (Rz) dan zener dioda (Dz) yang dihubungkan pada sumber dc gelombang penuh hasil penyearahan Us melalui dioda jembatan DB, selanjutnya tegangan output Dz (= Uz) digunakan sebagai pencatu RO-UJT yaitu titik C-D..

Berikut ini rancangan / perhitungan / pendekatan untuk menentukan komponen rangkaian pemicu

  1.          Penyearah gelombang penuh menggunakan dioda bridge (DB).

DB menyearahkan tegangan sumber AC 220 volt dan dibebani rangkaian RO-UJT yang memerlukan arus maksimum 50 mA, maka tegangan kerja DB > (1,41 x 220 V) dan arus kerja > 50 mA; à DB = 400 V / 500mA.

2.          Zener dioda (Dz) dan tahanan depan zener (Rz),

Tegangan bias RO-UJT = 12 V,  maka R dan Dsebagai berikut :

  • Zener dioda (Dz) = 12 V / 0,5 W; yaitu 1N4742 atau sejenis.
  • Tahanan depan zener (Rz),

Tahanan Zener

PRz = Iz2 x Rz = (0,04)2 x 7475 = 11,96 watt

Rz yang digunakan pada rangkaian adalah 10 kW / 10 W.

  1.          Spesifikasi komponen rangkaian RO-UJT.
  •  UJT adalah type 2N2646, dengan data sebagai berikut :

h      = 0,56 — 0,75              IE rms = 50 mA

Ip     = 5 mA                           IV         = 4 mA

UBB = 35 V                             UV        = 2 V

rB1   = 5,8 kW                        rB2        = 3,4 kW

  • Untuk perancangan range frekuensi dan stabilitas RO-UJT, ditetapkan CE = 0,1 mF, dan R2 = 560 W.
  • Penentuan nilai tahanan RE dan potensiometer R.

Telah dibahas dalam bab sebelumnya bahwa harga UP dapat dihitung, dan agar RO-UJT dapat berosilasi REmin < RE < REmax.

Formula RO-UJT

 

Frekuensi ac yang dikendalikan (fAC) = 50 Hz, maka TAC = 20 ms

Daerah kerja RO-UJT  00 ~1800 = ½ TAC = 10 ms, artinya TRO-UJT= 0 ~ 10 ms,

, untuk h = 0,63  ®

10 ms = RP x 0,1 mF  ® RP = 10.10-3 / 0,1.10-6 = 100 kW

RE pada rangkaian merupakan RE.min ³ 2500 W   à RE =  2700 W / ½ W.

RP pada rangkaian (» RE + RP) = RE.max £ 888 kW à RP = 100 kW / ½ W.

  1.         Trafo pulsa pemicu thyristor

Pulsa tajam positip yang dihasilkan pada basis 1 (B1) dimanfaatkan untuk pemicu thyristor, karena RO-UJT merupakan rangkaian elektronik yang bekerja pada tegangan rendah (=12 V) sedangkan thyristor beroperasi pada tegangan tinggi (>>220 V), maka perlu melindungi rangkaian RO-UJT dari bahaya / kebocoran arus dari thyristor. Selanjutnya dipasang trafo pulsa yang berfungsi sebagai kopel / penghubung sinyal picu sekaligus mengisolasi antara rangkaian RO-UJT dengan thyristor.

Ä  Trafo pulsa yang digunakan adalah 1:1:1 impedansi dc ± 100W.

Hal yang mungkin terjadi adalah pulsa yang diperlukan untuk pemicu semi-konverter mungkin lebih tinggi, karena karakteristik thyristor yang digunakan berbeda, untuk mengatasinya antara lain dengan menaikkan tegangan bias RO-UJT, yaitu dengan mengganti zener dioda (Dz) yang memiliki Uz lebih tinggi, misalnya : 18 volt atau 20 volt.

 

4.    Pengontrolan Beban dc / ac                                                               

Perhatikan rangkaian pada gambar 5.a dan 5.b, pada dasarnya merupakan pengontrol dc gelombang penuh, disebut pengontrol dc/ac karena dapat digunakan untuk mengendalikan beban ac maupun beban dc, yang selanjutnya biasa dinamakan “Uni-bi directional full wave controll ”.

 Pengontrolan Beban

     Gambar 5. Pengontrolan Beban ac/dc.

Untuk pemakaian beban ac sebagaimana gambar 5.a., bridge tidak dibebani (dihubung singkat), beban dipasang di luar bridge. Selanjutnya untuk  beban dc sebagaimana gambar 5.b, beban dipasang di dalambridge sedangkan di luar bridge sambungan rangkaian langsung ke sumber (tidak dibebani).

 

Sumber:

http://andihasad.wordpress.com/2011/12/04/silicon-controlled-rectifier-scr/ 16 April 2014 21:00

Hasad Andi, 2011. Materi Kuliah Elektronika Industri, Teknik Elektro, UNISMA Bekasi
Malvino A.P., 2003. Prinsip-prinsip Elektronika, Salemba Teknika, Jakarta
Petruzella F.D., 2001. Elektronik Industri, Andi Yogyakarta

http://skemarangkaianpcb.com/rangkaian-solid-state-relay-220vac-500w/ 16 April 2014 21:30

http://www.tedcbandung.com/tedc2011/index.php?page=50&idb=217 17 april 2014 21:00