Elektronika Daya Dalam Keseharian Kita (Studi Kasus: Inverter)
Insan aviasi terlebih khusus yang berkecimpung dalam bidang teknis kelistrikan pasti tahu bahwa berbagai macam beban listrik memiliki karakteristik yang berbeda-beda. Salah satu pembeda yang paling signifikan adalah jenis tegangan yang digunakan: ada tegangan searah (DC), dan ada tegangan bolak-balik (AC). Untuk tegangan bolak-balik pun, ada yang berjenis satu fasa, dan ada yang berjenis tiga fasa. Kita tahu bahwa sumber tegangan yang disediakan dari pesawat secara umum terbagi dalam dua sistem yang berbeda: sistem AC dan sistem DC. Daya sistem AC utamanya diperoleh dari IDG, yang mengonversi putaran variabel engine menjadi tegangan AC 115 V frekuensi 400 Hz konstan. Adapun daya dari sistem DC, utamanya diperoleh dari baterai 24 V. Akan tetapi, kita tentu tahu bahwa kedua sistem ini dapat saling berhubungan: 115 VAC 400 Hz dapat menyuplai 28 VDC bus, dan baterai 24 V dapat menyuplai 115 VAC bus. Bagaimana ini bisa terjadi?
Perubahan daya dari satu bentuk ke bentuk yang lain ini dimungkinkan oleh komponen elektronika daya. Apa perbedaannya dengan komponen elektronika yang lain? Komponen elektronika pada umumnya, adalah komponen yang mengubah sinyal dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Kita umum menjumpai komponen elektronika ini pada hampir semua benda elektronik di sekitar kita, seperti TV, radio, handphone, dan komputer. Kata kuncinya adalah sinyal: sinyal radio yang ditangkap, kemudian dibersihkan dari derau (noise) yang mungkin ada, kemudian diubah menjadi sinyal suara yang dapat kita dengar dengan jernih. Dalam mengubah bentuk sinyal ini, aspek daya listrik menjadi tidak terlalu penting. Yang terpenting adalah, sinyal yang dikirimkan dapat diterima oleh user (dalam hal ini: manusia) dengan kualitas sinyal yang paling baik.
Adapun untuk komponen elektronika daya, justru kualitas dan integritas daya masukan dan daya keluaran yang menjadi perhatian utama. Efisiensi daya keluaran harus sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan, yaitu mendekati 100%. Mengapa harus 100%? Sebab kita tidak ingin ada daya yang terbuang: kita tidak ingin bahan bakar yang menggerakkan engine (kemudian mengkopel IDG) hanya mampu menghidupkan satu buah electric hydraulic pump saja, tetapi juga harus mampu menanggung beban fuel pump juga, dan beban-beban lainnya. Selain harus memastikan efisiensi, tentu saja komponen elektronika daya harus bisa mengubah bentuk daya masukan, menjadi daya keluaran dalam bentuk lain.
Komponen dasar elektronika daya adalah sebagai berikut:
1. Dioda
2. Thyristor (atau SCR – Silicon Controlled Rectifier)
3. BJT – Bipolar Junction Transistor
4. MOSFET – Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor
5. IGBT – Insulated-Gate Bipolar Transistor
Komponen-komponen elektronika daya ini, kemudian dirangkai Bersama komponen elektronik yang lain, menghasilkan alat konversi daya yang dapat kita sebut sebagai “Konverter Daya”. Konverter daya ada beberapa macam, tapi sebelumnya komponen-komponen elektronika daya tadi sering disebut sebagai “Saklar Daya”. Mengapa? Karena memang cara kerjanya persis seperti saklar yang kita kenal. Perhatikan gambar gelombang keluaran dari inverter berikut”
Figure 1: Contoh Tegangan Keluaran Inverter
Dapat kita lihat bahwa, tegangan DC ini seolah-olah dihidup dan dimatikan, sedemikian rupa sehingga keluaran tegangannya dapat dihampiri sebagai sebuah gelombang sinusoidal bolak-balik, seperti tegangan AC.
Melalui ilustrasi cara kerja saklar daya tadi, sekaligus kita mengenal salah satu jenis konverter daya, yakni inverter. Berikut adalah jenis-jenis konverter daya:
1. Inverter: mengubah tegangan DC menjadi tegangan AC
2. Rectifier: mengubah tengangan AC menjadi tegangan DC
3. DC-DC Converter: mengubah tegangan DC menjadi tegangan DC lainnya
4. AC-AC Converter: mengubah tegangan AC menjadi tegangan AC lainnya
Kita telah mengenal inverter pada penjelasan sebelumnya. Kata “Inverter” sendiri mungkin sudah tidak asing dalam keseharian kita: kulkas hemat daya dengan inverter, mesin cuci minim getaran dengan inverter, pendingin udara pun hemat daya dengan inverter. Pertanyaannya adalah, mengapa semua itu bisa terjadi? Dengan menjawab pertanyaan ini, kita akan memahami apa fungsi nyata dari konverter daya ini.
Pertama, mari kita lihat pada mesin cuci. Klaim yang ditawarkan adalah, penggunaan inverter pada mesin cuci mampu meredam getaran. Selain itu, penggunaan inverter diklaim dapat mengehemat daya listrik, dengan pencucian yang lebih cerdas, dan banyak mode pencucian. Mari kita bongkar prinsip kerja mesin cuci konvensional terlebih dahulu, terutama mesin cuci modern satu tabung (baik bukaan depan maupun bukaan atas). Tabung mesin cuci ini diputar oleh sabuk yang terkopel dengan motor listrik.
Pada mesin cuci konvensional, gerak motor mesin cuci dari awal siklus pencucian hingga akhir, dibuat relatif sama: tidak mengamati karakteristik cucian. Sementara pada mesin cuci dengan inverter, putaran motor akan dikendalikan oleh tegangan inverter, sehingga bisa lebih menyesuaikan siklus pencucian dengan beban kerja motor. Lebih lanjut lagi, inverter + motor ini dapat dijadikan satu devais, dan langsung mengkopel tabung mesin cuci tanpa perlu disambungkan dengan sabuk: lebih lanjut menghemat daya dengan meminimalisir rugi-rugi mekanik. Selain itu, karena tidak ada perbedaan poros putar antara mesin dengan tabung, getaran pun dapat diminamlisir.
Figure 2: Perbandingan Konsumsi Daya Pada Mesin Cuci Konvensional (Kiri) vs. Berteknologi Inverter (Kanan)
Figure 3: Perbandingan Konfigurasi Mesin Cuci Konvensional (Kiri) vs. Berteknologi Direct Drive™ Inverter - Oleh LG (Kanan)
Bagaimana dengan kulkas, atau pendingin udara berteknologi inverter? Keduanya berpinsip sama, dan keunggulan inverter sebagai pengatur tegangan listrik ,menjadi lebih bisa dilihat. Mari kita lihat pada kulkas terlebih dahulu. Apabila anda memiliki kulkas yang keluaran awal 2000-an kebawah, anda pasti sering mengamati bahwa sebenarnya pada saat tertentu, bunyi bising motor kompressor akan berhenti berbunyi. Beberapa saat kemudian, anda akan mendengar bunyi hentakan “klak”, lalu motor akan kembali berputar. Mesin pendingin konvensional bekerja seperti ini: thermostat sebagai sensor panas (prinsip mekanikal) bekerja untuk menghidupkan dan mematikan motor compressor. Karena prinsip mekanikal ini, thermostat tidak bisa memiliki rentang pengaturan suhu yang sempit.
Sebaliknya, menggunakan inverter, biasanya dilengkapi pula dengan sensor suhu berjenis digital. Sensor ini bekerja lebih akurat, dan memiliki rentang pengaturan suhu yang lebih singkat. Apabila suhu pendinginan terendah sudah dicapai, maka sensor akan mengurangi daya motor kompressor sehingga suhunya naik sedikit. Tetapi persis pada suhu pendinginan tertinggi, maka daya motor kompressor akan dinaikkan kembali. Tidak ada menghidupkan atau mematikan motor: cukup dengan mengatur tegangan dan arus saja. Selain suhu pendinginan yang lebih stabil, beban kerja motor juga dapat diminimaisir sehingga mesin pendingin (kulkas ataupun AC) menjadi lebih awet. Lebih lanjut, karena motor tidak pernah dibiarkan mati (sebab untuk menghidupkan motor dari keadaan motor butuh daya yang tidak sedikit), daya listrik pun menjadi lebih optimal dan hemat.
Figure 4: Kanan Atas: Perbandingan Suhu Pendinginan Kulkas Konvensional (Atas) vs. Inverter Linear Compressor LG (Bawah)
Dari dua ilustrasi ini, jelaslah mengapa sekedar “mengatur tegangan” bermakna signifikan bagi beban-beban elektrik. Dapat diibaratkan, penggunaan konverter daya adalah ibarat kita mengatur kecepatan mobil dengan memainkan pedal gas. Tanpa penggunaan konverter daya, kita bisa anggap bahwa pedal gas mobil kita disetel di posisi “satu atau nol”: hidup atau mati. Untuk mengatur kecepatan, kita hanya bisa menggunakan rem. Secara umum, manfaat kita mengubah daya listrik dari satu bentuk ke bentuk lain, adalah untuk mencapai efisiensi daya listrik yang lebih baik lagi. Apabila sumber yang tersedia hanyalah daya AC tetapi beban kita beban DC, kita tidak perlu mengubah desain generator kita menjadi generator DC: cukup gunakan rectifier. Apabila kita ingin beban AC menggunakan daya listrik dengan efisien, maka sumber yang ada bisa disearahkan dulu, kemudian daya DC ini bisa dikendalikan dengan inverter (yang terhubung ke sensor-sensor tertentu, misal sensor kecepatan / suhu).
Perubahan daya dari satu bentuk ke bentuk yang lain ini dimungkinkan oleh komponen elektronika daya. Apa perbedaannya dengan komponen elektronika yang lain? Komponen elektronika pada umumnya, adalah komponen yang mengubah sinyal dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Kita umum menjumpai komponen elektronika ini pada hampir semua benda elektronik di sekitar kita, seperti TV, radio, handphone, dan komputer. Kata kuncinya adalah sinyal: sinyal radio yang ditangkap, kemudian dibersihkan dari derau (noise) yang mungkin ada, kemudian diubah menjadi sinyal suara yang dapat kita dengar dengan jernih. Dalam mengubah bentuk sinyal ini, aspek daya listrik menjadi tidak terlalu penting. Yang terpenting adalah, sinyal yang dikirimkan dapat diterima oleh user (dalam hal ini: manusia) dengan kualitas sinyal yang paling baik.
Adapun untuk komponen elektronika daya, justru kualitas dan integritas daya masukan dan daya keluaran yang menjadi perhatian utama. Efisiensi daya keluaran harus sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan, yaitu mendekati 100%. Mengapa harus 100%? Sebab kita tidak ingin ada daya yang terbuang: kita tidak ingin bahan bakar yang menggerakkan engine (kemudian mengkopel IDG) hanya mampu menghidupkan satu buah electric hydraulic pump saja, tetapi juga harus mampu menanggung beban fuel pump juga, dan beban-beban lainnya. Selain harus memastikan efisiensi, tentu saja komponen elektronika daya harus bisa mengubah bentuk daya masukan, menjadi daya keluaran dalam bentuk lain.
Komponen dasar elektronika daya adalah sebagai berikut:
1. Dioda
2. Thyristor (atau SCR – Silicon Controlled Rectifier)
3. BJT – Bipolar Junction Transistor
4. MOSFET – Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor
5. IGBT – Insulated-Gate Bipolar Transistor
Komponen-komponen elektronika daya ini, kemudian dirangkai Bersama komponen elektronik yang lain, menghasilkan alat konversi daya yang dapat kita sebut sebagai “Konverter Daya”. Konverter daya ada beberapa macam, tapi sebelumnya komponen-komponen elektronika daya tadi sering disebut sebagai “Saklar Daya”. Mengapa? Karena memang cara kerjanya persis seperti saklar yang kita kenal. Perhatikan gambar gelombang keluaran dari inverter berikut”
Dapat kita lihat bahwa, tegangan DC ini seolah-olah dihidup dan dimatikan, sedemikian rupa sehingga keluaran tegangannya dapat dihampiri sebagai sebuah gelombang sinusoidal bolak-balik, seperti tegangan AC.
Melalui ilustrasi cara kerja saklar daya tadi, sekaligus kita mengenal salah satu jenis konverter daya, yakni inverter. Berikut adalah jenis-jenis konverter daya:
1. Inverter: mengubah tegangan DC menjadi tegangan AC
2. Rectifier: mengubah tengangan AC menjadi tegangan DC
3. DC-DC Converter: mengubah tegangan DC menjadi tegangan DC lainnya
4. AC-AC Converter: mengubah tegangan AC menjadi tegangan AC lainnya
Kita telah mengenal inverter pada penjelasan sebelumnya. Kata “Inverter” sendiri mungkin sudah tidak asing dalam keseharian kita: kulkas hemat daya dengan inverter, mesin cuci minim getaran dengan inverter, pendingin udara pun hemat daya dengan inverter. Pertanyaannya adalah, mengapa semua itu bisa terjadi? Dengan menjawab pertanyaan ini, kita akan memahami apa fungsi nyata dari konverter daya ini.
Pertama, mari kita lihat pada mesin cuci. Klaim yang ditawarkan adalah, penggunaan inverter pada mesin cuci mampu meredam getaran. Selain itu, penggunaan inverter diklaim dapat mengehemat daya listrik, dengan pencucian yang lebih cerdas, dan banyak mode pencucian. Mari kita bongkar prinsip kerja mesin cuci konvensional terlebih dahulu, terutama mesin cuci modern satu tabung (baik bukaan depan maupun bukaan atas). Tabung mesin cuci ini diputar oleh sabuk yang terkopel dengan motor listrik.
Pada mesin cuci konvensional, gerak motor mesin cuci dari awal siklus pencucian hingga akhir, dibuat relatif sama: tidak mengamati karakteristik cucian. Sementara pada mesin cuci dengan inverter, putaran motor akan dikendalikan oleh tegangan inverter, sehingga bisa lebih menyesuaikan siklus pencucian dengan beban kerja motor. Lebih lanjut lagi, inverter + motor ini dapat dijadikan satu devais, dan langsung mengkopel tabung mesin cuci tanpa perlu disambungkan dengan sabuk: lebih lanjut menghemat daya dengan meminimalisir rugi-rugi mekanik. Selain itu, karena tidak ada perbedaan poros putar antara mesin dengan tabung, getaran pun dapat diminamlisir.
Bagaimana dengan kulkas, atau pendingin udara berteknologi inverter? Keduanya berpinsip sama, dan keunggulan inverter sebagai pengatur tegangan listrik ,menjadi lebih bisa dilihat. Mari kita lihat pada kulkas terlebih dahulu. Apabila anda memiliki kulkas yang keluaran awal 2000-an kebawah, anda pasti sering mengamati bahwa sebenarnya pada saat tertentu, bunyi bising motor kompressor akan berhenti berbunyi. Beberapa saat kemudian, anda akan mendengar bunyi hentakan “klak”, lalu motor akan kembali berputar. Mesin pendingin konvensional bekerja seperti ini: thermostat sebagai sensor panas (prinsip mekanikal) bekerja untuk menghidupkan dan mematikan motor compressor. Karena prinsip mekanikal ini, thermostat tidak bisa memiliki rentang pengaturan suhu yang sempit.
Sebaliknya, menggunakan inverter, biasanya dilengkapi pula dengan sensor suhu berjenis digital. Sensor ini bekerja lebih akurat, dan memiliki rentang pengaturan suhu yang lebih singkat. Apabila suhu pendinginan terendah sudah dicapai, maka sensor akan mengurangi daya motor kompressor sehingga suhunya naik sedikit. Tetapi persis pada suhu pendinginan tertinggi, maka daya motor kompressor akan dinaikkan kembali. Tidak ada menghidupkan atau mematikan motor: cukup dengan mengatur tegangan dan arus saja. Selain suhu pendinginan yang lebih stabil, beban kerja motor juga dapat diminimaisir sehingga mesin pendingin (kulkas ataupun AC) menjadi lebih awet. Lebih lanjut, karena motor tidak pernah dibiarkan mati (sebab untuk menghidupkan motor dari keadaan motor butuh daya yang tidak sedikit), daya listrik pun menjadi lebih optimal dan hemat.
Figure 4: Kanan Atas: Perbandingan Suhu Pendinginan Kulkas Konvensional (Atas) vs. Inverter Linear Compressor LG (Bawah)
Dari dua ilustrasi ini, jelaslah mengapa sekedar “mengatur tegangan” bermakna signifikan bagi beban-beban elektrik. Dapat diibaratkan, penggunaan konverter daya adalah ibarat kita mengatur kecepatan mobil dengan memainkan pedal gas. Tanpa penggunaan konverter daya, kita bisa anggap bahwa pedal gas mobil kita disetel di posisi “satu atau nol”: hidup atau mati. Untuk mengatur kecepatan, kita hanya bisa menggunakan rem. Secara umum, manfaat kita mengubah daya listrik dari satu bentuk ke bentuk lain, adalah untuk mencapai efisiensi daya listrik yang lebih baik lagi. Apabila sumber yang tersedia hanyalah daya AC tetapi beban kita beban DC, kita tidak perlu mengubah desain generator kita menjadi generator DC: cukup gunakan rectifier. Apabila kita ingin beban AC menggunakan daya listrik dengan efisien, maka sumber yang ada bisa disearahkan dulu, kemudian daya DC ini bisa dikendalikan dengan inverter (yang terhubung ke sensor-sensor tertentu, misal sensor kecepatan / suhu).
Comments
Post a Comment