3.16 Menerapkan rangkaian pengatur intensitas cahaya (Dymmer)

A. Memahami Pengatur Intensitas Cahaya (Dimmer)

Dimmer merupakan suatu sistem kontrol dari tingkatan pencahayaan sebuah lampu (brightness control). Dengan mengatur tegangan V (Voltage root mean square) maka intensitas cahaya dapat diatur menggunakan potensiometer atau variabel resistor lainnya. Rangkaian Dimmer merupakan rangkaian pengatur intensitas cahaya dari nyala lampu. Dengan rangkaian dimmer, nyala lampu dapat diatur dari yang paling gelap (mati), remang-remang, sampai nyala lampu yang paling terang. Dengan demikian, dimmer merupakan sebuah alat yang digunakan untuk memvariasikan kecerahan cahaya.

Komponen utama rangkaian dimmer adalah TRIAC, DIAC dan variabel resistor. TRIAC sebagai komponen utama berfungsi mengatur tegangan AC yang masuk ke lampu. Sementara itu, DIAC dan VR berfungsi mengatur bias TRIAC yang menentukan titik kerja on dan off dari TRIAC. Semua tipe TRIAC dapat digunakan dengan kapasitas daya (Watt) yang sesuai dengan beban lampu seperti tipe AC03F dan AC05F. DIAC dapat diganti dengan lampu neon kecil (indikator pada setrika). Hal-hal yang perlu diperhatikan adalah tegangan kerja kapasitor yang minimal adalah 250 V. Untuk semua resistor harus menggunakan jenis resistor dengan daya minimal 0,5 watt.

Rangkaian dimmer hanya dapat dipakai pada jenis lampu pijar/lampu konvensional. Rangkaian dimmer tidak dapat dipakai pada lampu neon/lampu hemat energi (nyala putih) karena akan menyebabkan kerusakan pada rangkaian di dalam lampu. Pengaturan iluminasi cahaya lampu pijar pada sumber tegangan searah atau DC cukup sederhana untuk diimplementasikan, yaitu hanya dengan pengaturan tegangan menggunakan variabel resistor. Berbeda dengan implementasi pada rangkaian dengan sumber arus bolak-balik atau AC yang memerlukan sebuah rangkaian dimmer untuk pengaturan iluminasi lampu pijar.

Prinsip dari sebuah rangkaian dimmer adalah dengan pengaturan fasa penyalaan tegangan AC yang melintasi beban. Pada sebuah gedung, pencahayaan memberi kontribusi sebesar 20-60% dari total konsumsi pemakaian daya listrik. Oleh karena itu, penghematan pada pemakaian pencahayaan memegang peranan yang cukup signifikan. Penghematan tersebut dapat dilakukan dengan berbagai cara seperti dengan mengendalikan jumlah pemakaian lampu berdasarkan keberadaan pengguna dalam ruangan dan mengendalikan iluminasi pencahayaan pada sebuah ruangan.

Dengan demikian, ruangan mendapat pencahayaan yang cukup, tidak berlebihan ataupun kekurangan yang dapat menimbulkan ketidaknyamanan. Pengaturan iluminasi pada sebuah lampu dengan tegangan AC dipengaruhi oleh impedansi lampu tersebut. Pengaturan impedansi akan memengaruhi arus, tegangan, dan frekuensi tegangan yang melintasi lampu. Dengan pengaturan impedansi maka pengaturan iluminasi lampu dapat dilakukan.

Pengendalian pencahayaan memiliki pengaruh yang signifikan terhadap penggunaan energi cahaya dan waktu operasi sebuah lampu bahkan pada bangunan nonoffice penerapan pengendalian pencahayaan dapat menghemat energi mencapai 37%. Berikut beberapa jenis lampu yang dapat diatur menggunakan dimmer.

1. Lampu Pijar (Incandescent Lamp)

Semua lampu jenis ini dapat diatur oleh dimmer dengan syarat beban lampu sesuai dengan kapasitas dimmer. 

2. Halogen Lamp (Ballast Electronic/Ballast Konvensional)

Baik ballast electronic maupun ballast konvensiional dapat diatur menggunakan dimmer. Perlu diingat beban lampu perlu ditambah 30% untuk ballast konvensional dan 5% untuk ballast electronic. Beban yang di tambahkan sebab terdapat daya semu yang dipakai oleh ballast tersebut, tetapi tidak digunakan oleh lampu. 

3. Flourecent Lamp (Lampu Neon/TL/PL)

Lampu jenis ini yang dapat diatur menggunakan dimmer hanya lampu yang menggunakan electronic dimmable ballast atau ECG (Electronic Control Gear) dan EVG (Electronic Voltage Gear). Ballast ini dikontrol melalui analog output berupa tegangan 0-10 V.

B. Penerapan Pengatur Intensitas Cahaya (Dimmer)

Berikut akan dijelaskan mengenai penerapan pengatur intensitas cahaya atau dimmer berdasarkan rangkaian jenis lampu yang digunakan. 

1.Rangkaian Dimmer Lampu Pijar

Rangkaian dimmer lampu pijar berfungsi mengatur tingkat intensitas cahaya penerangan pada lampu pijar. Rangkaian dimmer jenis lampu ini cukup sederhana dan menggunakan komponen utama berupa TRIAC dan DIAC. Daya output rangkaian dimmer ini dapat digunakan untuk mengendalikan intensitas cahaya lampu pijar. Berikut skema rangkaian dimmer lampu pijar.

Rangkaian dimmer lampu pijar pada gambar 2.1 dapat digunakan untuk jaringan listrik PLN 220 V AC. Untuk mengatur terang redupnya pancaran cahaya atau intensitas cahaya lampu pijar dapat dilakukan dengan mengatur tuas potensiometer P1 100 KQ pada rangkaian dimmer lampu pijar seperti yang dicontohkan oleh skema rangkaian gambar 2.1.

Pada prinsipnya, rangakaian dimmer ini mengatur tegangan yang diberikan untuk menyalakan lampu pijar menggunakan TRIAC sebagai komponen utamanya. Semakin besar tegangan gate TRIAC, semakin kuat juga intensitas cahaya yang dihasilkan. Secara rinci pengaturan tegangan bias TRIAC dikendalikan oleh potensiometer P1 100 K, kemudian diberikan ke DIAC Di1 tipe DB3 untuk memberikan tegangan bias pada pin gate TRIAC. Rangkaian dimmer lampu pijar jenis ini cukup sederhana dan dapat dibuat pada PCB yang kecil ataupun dirakit secara langsung tanpa PCB. TRIAC perlu dilengkapi dengan pendingin (heat sink) agar menyerap panas yang dihasilkan pada saat rangkaian dimmer lampu pijar ini bekerja.

2. Rangkaian Dimmer Berbasis Penyulut

Internal (Internally Triggered) TRIAC Internally triggerred TRIAC merupakan komponen elektronika terintegrasi yang terdiri dari DIAC dan TRIAC. Di dalam sebuah TRIAC, pemicu tegangan maju terdapat pada terminal T yang dilewatkan terlebih dahulu melalui DIAC sehingga tegangan AC yang terhubung di MT1 dan MT2 dapat diatur sudut fasa penyalaan sinusoidalnya. Apablia tegangan di titik T, dapat diberikan tegangan AC dengan frekuensi yang sama dengan tegangan AC yang melintasi MT1 dan MT2. Dengan demikian TRIAC akan merespon sudut fasa penyalaan sinusoidal sesuai dengan breakdown voltage yang dilakukan pemicu pada DIAC. Internally triggered TRIAC yang umumnya digunakan. adalah pabrikan Quadrac dengan tipe Q4004LT. Berikut skema rangkaian dimmer berbasis penyulut internal.

Piranti tersebut diproduksi dengan tujuan utama untuk sakelar AC dan untuk aplikasi pengontrolan fasa seperti kontrol kecepatan motor AC, kontrol modulasi temperatur, kontrol pencahayaan yang diperlukan dalam pengaturan iluminasi. Analisis rangkaian dimmer yang dapat dibuat ditunjukkan seperti pada gambar berikut.

Berdasarkan rangkaian dimmer yang ditunjukkan dapat dianalisis bahwa pada tegangan AC sumber sebesar 220 V dengan frekuensi 50 Hz akan melewati resistor variabel untuk pengaturan amplitudo dari sinusoidal yang akan menjadi pemicu prategangan IT TRIAC. Sementara itu, kapasitor C pada rangkaian tersebut akan menyebabkan pergeseran fasa antara prategangan pada terminal T dengan tegangan sumber Vi. Pergeseran fasa tersebut terjadi karena terdapat delay waktu pengisian dan pengosongan kapasitor.

Waktu pengisian dan penosongan kapasitor dipengaruhi oleh nilai VR sebab VR memengaruhi besar arus yang masuk ke dalam kapasitor. Dengan demikian, resistor variabel VR memiliki dua peranan, yaitu untuk mengatur pergeseran fasa sekaligus amplitudo gelombang sinusoidal untuk prategangan ITTRIAC. Gelombang sinusoidal dengan perubahan amplitudo dan fasa tersebut akan melewati DIAC di dalam IT TRIAC dan ketika melewati level tegangan breakdown akan dilewatkan sinusoidal yang akan memicu TRIAC seperti diilustrasikan pada tegangan prategangan pemicu.

3. Rangkaian Dimmer Flourecent Lamp (Lampu

Neon/TL/PL) Rangkaian lampu neon atau lampu emergency dapat menjadi alternatif sumber pencahayaan ruangan ketika aliran listrik dari PLN putus. Rangkaian dimmer flourecent lamp (lampu neon/TL/PL) ini hanya membutuhkan beberapa komponen sederhana yang mudah ditemukan di pasaran. Hanya dibutuhkan trafo step-up sebagai komponen utama yang dapat menghasilkan tegangan hingga 350V dengan input hanya 12 V DC. Komponen utama tersebut ditambah dengan beberapa komponen dasar seperti resistor, transistor jenis MOSFET dan kapasitor. Rangkaian tersebut sudah dapat membentuk sebuah rangkaian lampu emergency.

 Berikut ini daftar komponen lengkap yang dibutuhkan untuk membuat sebuah rangkaian lampu neon atau lampu emergency.

C1  : 100 uf 25V electrolytic capacitor 

C2-C3: 0.01 uf 25V ceramic disc capacitor 

C4: 0.01 uf 1KV ceramic disc capacitor

R1: 1K W resistor 

R2: 2.7 K 4 W resistor 

Q1: IRF510 MOSFET 

U1: TLC555 timer IC

T1:6 V 300 mA transformer

Lampu :4 W fluorescent lamp (neon) 

Komponen tambahan berupa papan PCB, jumper dan pendingin (heat sink) untuk transistor Q1. Catatan U1 T1

Pendingin (heatsink) harus terpasang pada komponen transistor untuk menghindari panas yang berlebihan. Perlu diperhatikan dengan hati-hati kejutan listrik yang dapat ditimbulkan oleh rangkaian lampu neon ini.

Tugas Kelompok

Diskusikan soal-soal berikut daam kelompok dan tuliskan hasil diskusi pada lembar kertas folio bergaris. Perhatikan gambar skema rangkaian pengatur intensitas cahaya (dimmer) berikut.

1. Sebutkan komponen-komponen yang membangun rangkaian pengatur intensitas cahaya (dimmer). 

2. Jelaskan fungsi komponen-komponen berikut. 

a. Potensiometer 100 

b. DIAC

c.TRIAC

3. Jelaskan prinsip kerja rangkaian pengatur intensitas cahaya (dimmer) tersebut. 

4. Jelaskan akibat jika potensiometer 100 KO rusak/putus (open). 

5. Jelaskan akibat jika potensiometer 100 K rusak hubung singkat (short).

Rangkuman

Dimmer merupakan kontrol tingkatan pencahayaan sebuah lampu. Rangkaian dimmer hanya dapat dipakai pada jenis lampu pijar atau lampu konvensional. Prinsip dari sebuah rangkaian dimmer adalah dengan pengaturan fasa penyalaan tegangan AC yang melintasi beban. Jenis-jenis lampu yang dapat diatur dimmer adalah lampu pijar, lampu halogen, dan lampu neon yang menggunakan electronic dimmable ballast.

Rangkaian dimmer lampu pijar berfungsi mengatur tingkat intensitas cahaya penerangan lampu pijar. Rangkaian dimmer cukup sederhana dan menggunakan komponen utama berupa TRIAC dan DIAC. Daya output rangkaian dimmer dapat digunakan untuk mengendalikan intensitas cahaya lampu pijar.

Rangkaian dimmer flourecent lamp atau lampu pijar dapat dibangun dengan beberapa komponen sederhana yang mudah ditemukan di pasaran. Komponen utama berupa trafo step-up yang dapat menghasilkan tegangan hingga 350 V dengan input hanya 12 V DC. Komponen ini ditambah dengan beberapa komponen dasar seperti resistor, transistor jenis MOSFET dan kapasitor.