Selasa, 22 Mei 2012

MCB biar gk njeglek/ngetrip

mcb ngetrip ato njeglek

Kenapa sih MCB bisa nge-trip padahal saya kan cuma nyalain notebook atau PC yang dayanya kecil? Apakah ini disebabkan oleh grounding yg buruk?

Peralatan elektronika modern seperti notebook dan PC biasanya menggunakan power supply yang dilengkapi dengan Capacitor untuk men-stabilkan tegangan output. Makin besar nilai capacitornya, makin stabil output tegangannya, sehingga komputer tidak gampang restart/hang saat sedang menjalankan aplikasi berat.

Saat pertama kali dinyalakan, capacitor berusaha untuk mengisi dirinya secepat mungkin (dalam hitungan hanya beberapa milidetik!), dan resistansi rangkaian turun drastis sampai mendekati nol sehingga seolah-olah terjadi konslet/hubung-singkat. Menurut rumus fisika yang kita pelajari di SMP/SMA/SMK, besarnya arus yg mengalir adalah sama dengan tegangan jaringan listrik dibagi dengan resistansi rangkaian. Saat capacitor sedang mengisi muatan, resistansi yg tersisa hanyalah dari kabel jaringan. Seandainya kabel tersebut memiliki resistansi 1 ohm, maka arus yg mengalir bisa mencapai [220volt dibagi 1 ohm] = 220 Ampere! Lebih dari cukup untuk men-trigger mcb yg ada di rumah. Arus yg sangat besar ini disebut Inrush Current (atau Power Surge).

Selain kapasitor, komponen lain yg ikut-ikutan menjadi biang kerok adalah Transformer (trafo). Saat pertama kali dinyalakan, trafo akan menarik arus yg besar sampai flux magnet yg ada di dalamnya stabil. Itu sebabnya kadang-kadang kita melihat kalau cahaya lampu agak meredup sesaat ketika kita menyalakan TV/monitor CRT atau Power Amplifier berdaya besar.Inrush Current adalah lonjakan arus yg sangat tinggi saat pertama kali psu di hidupkan hal ini terjadi karena proses pengisian capasitor yg terdapat pd psu tsb. Lonjakan arus bervariasi tergantung pada aplikasi dan protection circuit. besarnya inrush current sekitar puluhan kali dari besar arus input dan durasi terjadinya inrush current maksimal sekitar 5ms (milli second)



beberapa daftar psu dengan inrush currentnya 



Berikut ini daftar peralatan listrik yg sering menimbulkan Inrush Current :

* Lampu tungsten
* Lampu TL 
* Trafo
* PSU (misalnya yg ada di PC atau TV atau Amli Hi-Fi)
* Electric motor (termasuk juga pompa air, AC, kulkas, kipas)
* CRT di monitor/TV tabung (terutama yg memakai degauss)


Apakah Inrush Current itu bisa merusak peralatan elektronik?
Bisa saja.

Contoh gampangnya adalah lampu/bohlam. Biasanya mereka lebih sering putus/mati/rusak saat kita baru saja menekan saklar untuk menyalakan lampu. Jarang kejadian ada lampu tiba-tiba putus saat sudah menyala beberapa menit (kecuali gara-gara ada lonjakan tegangan karena petir atau sebab lain). Saat baru dinyalakan, lampu memiliki resistansi yang rendah sehingga arus yang mengalir sangat besar - ini yang menyebabkan filamen sering putus. Setelah filamennya memanas dan resistansinya meningkat, barulah arusnya turun mendekati nilai nominal daya lampu tersebut.

Untuk peralatan lain, yang paling sering rusak pertama kali adalah Fuse/sekring, terutama yang ada di stabilizer/UPS yang terhubung dengan peralatan tersebut. Yang kedua adalah Bridge Rectifier (dioda penyearah) yang harus meng-handle arus yg melebihi batas toleransinya (terutama di power-Amp yang memiliki kapasitor waduk ukuran raksasa). Yang ketiga adalah kapasitornya sendiri, bila terlalu sering menarik arus yang melebihi batas ripple yang diperbolehkan oleh pabrik, maka lama-lama akan hamil (ehm... maksudnya rusak). Kumparan dalam pompa air atau motor listrik bisa terbakar bila arusnya terlalu besar. Walaupun jarang terjadi, trafo pun bisa mengalami kerusakan akibat inrush current (biasanya akan mulai berdengung bila chassis dan kumparannya tidak kuat menahan magnetic stress).


Bagaimana cara menahan Inrush Current ini? Saya dengar kita bisa memakai peralatan yang disebut Softstarter/Inverator untuk keperluan ini, apa benar?

Benar sekali.

Ada beberapa cara untuk mengimplementasikan soft-starting :
1. Menggunakan Triac untuk mengontrol duty-cycle (mirip dengan cara kerja dimmer)
2. Menggunakan beban yang dipasang secara seri dengan peralatan elektronik tersebut.
3. Menggunakan komponen pembatas arus seperti resistor/thermistor

Cara 1 dan 2 biasanya dipakai untuk elektro-motor. Untuk komputer, kita biasanya memakai cara yang ketiga. Cara pertama tidak bisa dipakai di komputer karena TRIAC akan merusak bentuk gelombang sinus dari tegangan listrik yang masuk ke komputer, sehingga menimbulkan noise. Cara kedua juga tidak bisa dipakai karena banyak PSU yang menolak untuk bekerja bila tegangannya tidak mencukupi.

Di pasaran, kita bisa menemukan inverator/sofstarter abal-abal yang hanya berisi sepasang resistor 22 ohm 10 watt dalam formasi parallel. Secara teori, inverator model ini cuma bisa digunakan untuk peralatan elektronik yang pemakaian dayanya 300 watt kebawah (misalnya TV, pompa air dan laptop). Disipasi daya pada resistornya hanya berkisar 10-20 watt, masih dalam batas toleransi.

Softstarter abal-abal,


another softstarter,

Beli softstarter dapet batu bata? 


Masalah muncul bila kita mencoba menggunakan sofstarter abal-abal ini pada komputer kelas enthusiast yang konsumsi dayanya sangat tinggi, katakanlah di atas 600 watt. Resistor akan mendisipasikan daya terlalu besar (100 watt atau lebih), sehingga dalam beberapa detik akan tercium bau hangus yang biasanya diikuti dengan terputusnya arus listrik ke PSU.


Kalau begitu rig saya yang memakai PSU 750 watt gak bisa pake inverator abal-abal dong. Apakah ada rangkaian softstarter yang bisa dipakai untuk rig saya?

Ada.

Di internet tersedia beragam rangkaian softstarter, mulai dari yang sederhana (dengan hanya menggunakan 1 thermistor dan tak ada komponen tambahan) sampai yang agak rumit (dengan trafo dan relai)WARNING:

Artikel ini membahas tentang rangkaian yang terhubung langsung dengan jaringan listrik, dan kontak fisik dengan rangkaian dapat berakibat kematian atau cedera serius. Kesalahan desain dan kecerobohan dalam proses perakitan juga dapat menyebabkan kebakaran atau kerusakan pada peralatan elektronik. Dengan membaca artikel ini, berarti Anda bersedia menanggung sendiri segala resiko yg mungkin timbul dari penggunaan artikel ini, dan melepaskan Thread Starter dan Forum KASKUS dari segala tuntutan hukum.

1. Assumption, Requirement & Limitation

Softstarter yang kita buat dalam proyek ini dirancang untuk bekerja pada tegangan jala-jala 220 volt 50 Hz, untuk jaringan listrik residensial/bisnis yang menggunakan Mini Circuit Breaker tipe C. Softstarter ini dirancang untuk digunakan pada peralatan elektronik yang menggunakan PSU (misalnya komputer, televisi, amplifier, stereo-set, dll), dan tidak dirancang untuk beban induktif (misalnya AC, pompa listrik, mesin bor, dll).

Softstarter dirancang untuk menahan arus listrik selama 1 - 3 detik, dengan arus puncak sebesar 500% dari arus nominal yang tertera di MCB. Setelah itu, resistor pembatas arus akan di-bypass oleh relai sehingga tidak akan terjadi pemborosan daya berlebih pada resistor. Softstarter hanya boleh digunakan sesuai dengan ratingnya, misal :
- Softstarter 2200VA tidak boleh digunakan pada jaringan yg menggunakan mcb 450VA.
- Softstarter 450VA tidak boleh digunakan untuk PSU 700 watt.

1 sofstarter hanya boleh dipakai untuk 1 peralatan listrik (atau 1 group peralatan listrik yg dinyalakan berbarengan). Penggunaan softstarter untuk satu group peralatan listrik yang tidak dinyalakan berbarengan (selisih waktu lebih dari 1 detik) akan mengakibatkan kegagalan kerja softstarter (MCB akan nge-trip). Pada saat Anda menyalakan/mematikan komputer, sebaiknya pencet saklar di softstarter saja, jangan pencet saklar yang ada di stabilizer ataupun casing CPU.


2. Schematic

Di internet tersedia beragam rangkaian softstarter, masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan :

1. Simple softstarter with Power Resistor : murah tapi cuma untuk daya kecil
2. Simple softstarter with Thermistor/NTC resistor : compact tapi panasss
3. Softstarter with Triac : compact tapi menimbulkan noise pada gelombang listrik.
4. Softstarter with Relay (without trafo) : ringan dan bisa menangani arus besar, tapi tidak cocok untuk yg baru belajar nyolder (resiko kesetrum cukup besar)
5. Softstarter with Relay (with trafo) : berat tapi bisa menangani arus besar.

Di sini kita akan menggunakan rangkaian softstarter standard yg menggunakan resistor daya, relai dan trafo sebagai sumber arusnya.

Spoiler for schematic




CARA KERJA RANGKAIAN :

Spoiler for moduls_explanation


Softstarter ini dibangun dari beberapa modul dasar, yaitu :

1. Power supply

Terdiri dari sebuah Trafo stepdown 220 to 12 volt (yg kita ambil tap 9voltnya), dioda penyearah, dan kapasitor filter. Bila tidak punya trafo 300mA, boleh diganti dengan rating arus yang lebih tinggi (misalnya 500 mA). Trafo digunakan untuk menurunkan tegangan jala-jala (PLN) dari 220volt AC ke 9volt AC. Tegangan 9volt AC ini kemudian diubah jadi tegangan DC oleh dioda penyearah. Bila menggunakan trafo non-CT (gambar nomor 1), penyearahan full-wave dilakukan oleh 4 buah dioda yg dikonfigurasikan dalam bentuk bridge (atau bisa juga beli bridge yg sudah jadi). Sedangkan bila menggunakan trafo CT/Center-Tap (gambar nomor 2), kita cukup pasang 2 dioda saja untuk penyearahan full wave ini. Dengan penyearahan full-wave, tegangan 9volt dari trafo akan dinaikkan menjadi 1,4 kalinya hingga mendekati 12,7 volt. Tegangan ini kemudian diratakan oleh Elco1 yang berkapasitas 470 mikroFarad. Untuk Elco ini boleh saja menggunakan rating 25 volt, tapi saya menyarankan untuk menggunakan Elco dengan rating 50 volt agar tidak cepat kepanasan akibat arus ripple yg cukup besar. Output dari bagian power supply ini (lingkaran warna merah dan warna hitam) dihubungkan ke bagian selanjutnya, yaitu timer. Kapasitas Elconya sendiri boleh diganti dengan yang sedikit lebih besar (misalnya 680uF), tapi JANGAN diganti dengan yang kapasitasnya terlalu besar (misalnya 4700 uF atau 10000 uF) karena ini akan menyebabkan relai tidak bisa off dengan cepat saat terjadi pemutusan arus listrik dari jaringan (misalnya ada pemadaman singkat yang cuma berlangsung 2 detik). Bila Relai masih dalam kondisi on saat listrik padam sesaat, softstarter akan gagal menahan inrush current pada saat listriknya hidup kembali karena seluruh arus listrik tidak lagi melewati resistor pembatas arus (R4).

2. Timer

Terdiri dari sebuah Resistor 100K 0.5 watt, Trimpot 1M, dan Elco 220 mikroFarad. Saat softstarter dihidupkan, trafo akan mengisi muatan Elco1 terlebih dahulu (Elco2 yang terhalang oleh resistor R1 dan R2 tidak mendapatkan cukup arus untuk mengisi muatan dengan normal). Setelah Elco1 penuh, barulah Elco2 mengisi muatan melalui R1 dan R2 sampai mencapai tegangan yang cukup untuk men-trigger SCR. Dengan nilai komponen yg diberikan, waktu tunda bisa diatur dalam kisaran 1-3 detik. Waktu tunda tidak begitu akurat karena umumnya kapasitor elektrolit memiliki nilai toleransi yg terlalu besar (sekitar 20%) dari kapasitasnya, jadi dalam prakteknya kita masih harus men-tuning trimpotnya untuk mendapatkan waktu tunda yang diinginkan. Waktu tunda bisa diperbesar dengan menambah kapasitas Elco; misalnya dari 220 uF menjadi 470 uF maka waktu tunda akan menjadi dua kali lipatnya. Bila resistor 100K atau Trimpot 1M tidak ditemukan di toko, boleh diganti dengan resistor/trimpot lain yang nilainya cukup mendekati (misalnya resistor 120K dan trimpot 750K). Untuk elco2 di bagian timer ini tidak perlu rating tegangan yang tinggi, cukup pakai Elco 16 volt saja. Silakan bereksperimen untuk mendapatkan waktu tunda yang ideal.


3. Driver

Terdiri dari sebuah resistor pelindung gate dan sebuah SCR/Thyristor untuk menggerakkan relai. SCR di sini berfungsi sebagai switch/saklar, yg sekali dinyalakan akan terus menyala sampai listriknya diputus total. Sebenarnya bisa saja kita mengganti SCR dengan transistor/mosfet, namun jadi tidak efisien karena base dari transistor harus selalu diberi arus listrik untuk membuatnya saturated (SCR cukup di-trigger sekali dan setelah itu SCR akan tetap ON walaupun arusnya diputus dari gate). Selain itu SCR juga bisa dianggap memiliki resistansi mendekati nol sehingga tidak perlu memasang heatsink/pendingin untuk arus yg kecil (typical relai hanya makan arus sekitar 60 mA). Bila SCR tipe TIC106D atau C106 tidak ditemukan, kita bisa menggantinya dengan SCR tipe apa saja (karena SCR sifatnya lebih universal, berbeda dengan transistor yg mesti ditentukan tipenya NPN atau PNP). Contoh alternatif SCR misalnya BRX 48, BRX 49, BT 151. Untuk resistor pelindung gate boleh diganti dengan yang nilainya agak mirip, misalnya 4k7 atau 6k8. Nilai resistor ini juga sebaiknya disesuaikan dengan arus minimum untuk men-trigger SCR (bisa dilihat di datasheet masing-masing SCR). Satu hal yang perlu diperhatikan mengenai SCR adalah komponen ini sangat sensitif terhadap listrik statis, jadi saat Anda membeli SCR ini sebaiknya langsung masukkan ke dalam kantong plastik anti static (seperti yg dipakai untuk membungkus motherboard dan harddisk). Saat Anda hendak memegangnya, buang dahulu listrik statis di tubuh Anda dengan cara menyentuhkan kulit kaki Anda ke lantai (jangan ke permadani/karpet!), atau dengan memegang metal part yang terhubung dengan ground di rumah Anda. SCR memiliki 3 kaki, yaitu gate, Anoda dan Katoda. Kaki anoda dihubungkan ke relai, sedangkan katodanya disambungkan ke ground (lihat lingkaran kecil berwarna hijau dan hitam).

4. Relay

Terdiri dari relai DC dengan coil 12 volt dan dioda pelindung yang dipasang parallel (tapi berlawanan arah) dengan coil tersebut untuk melindungi komponen lain dari induksi tegangan yg muncul saat catu tegangan dilepaskan dari coil. Kumparan relai dihubungkan ke catu tegangan positif 12 volt (lingkaran merah) dan Anoda dari SCR. Saat diaktifkan, relai akan menghubung-singkatkan (bypass) antara catu jaringan dengan peralatan listrik yg dilindungi oleh softstarter ini. Tak ada istilah "switching lag" dalam rangkaian ini, karena peralatan selalu terhubung ke jaringan listrik melalui limiter resistor (R4).

5. Limiter

Terdiri dari beberapa resistor daya tinggi (minimal 20 watt) yang dipasang secara parallel. Nilai total dari R4 harus disesuaikan sedemikian rupa agar arus puncak yang melewati resistor ini sesuai dengan tipe dan rating MCB yang Anda pakai di rumah. Bila Anda tidak bisa menemukan resistor dengan nilai tertentu, coba cari resistor dengan nilai yang sedikit lebih besar, kemudian pasang secara parallel agar mendapatkan nilai total yang sesuai. Misalnya : Untuk rumah dengan daya 450 VA yang memakai MCB tipe C (maximum peak current 500%) dengan rating 2A, maka arus puncaknya adalah : 5 x 2A = 10 Ampere. Nilai total resistor R4 = 220volt dibagi 10 Ampere = 22 ohm. Anda bisa memasang 1 buah resistor 22 ohm dengan rating 50 watt (kalau bisa menemukannya), atau bisa juga memasang 2 buah resistor 44 ohm dengan rating 20 watt yg dipasang secara parallel. Bila resistor 44 ohm juga tidak ditemukan, bisa pakai resistor yang nilainya mendekati, misalnya 40 ohm atau 47 ohm. Bisa juga dengan memasang parallel 3 resistor bernilai 67 ohm.

ASSEMBLING & TESTING


daftar komponen

Kali ini kita akan membuat softstarter untuk daya 900 VA (soalnya daya terpasang di rumah saya adalah 900 VA dengan MCB tipe C rating 4A). Untuk rating daya yg lainnya akan menyusul kemudian. Berikut ini daftar komponen yg diperlukan :

* 1 unit Trafo step-down 220 to 12volt (boleh pilih yg CT atau yg non-CT) --> harga kisaran antara Rp 15 rb sampai Rp 45 rb tergantung merk dan rating arusnya (300mA, 500mA, dst)




----- Trafo biasa (atas) VS trafo CT (bawah) bersama dioda & elco -----


* 1 unit dioda Bridge (untuk trafo non CT), atau dua unit power dioda (misal 1N4004, 1N5404) --> harga kisaran untuk dioda bridge antara Rp2000 sampai Rp7000 tergantung kualitas produk dan rating arusnya (1 Ampere, 2 Ampere, dst).
* 1 unit Elco 470 mikroFarad 50 volt (bila tidak ada yg 50v boleh ambil yg 35v) --> harga kisaran antara Rp1000 sampai Rp2500
* 1 unit Elco 220 mikroFarad 16 volt (bisa diganti dengan 270 uF sampai 470 uF) --> harga maksimal Rp 1000
* 1 unit Resistor 100 Kilo ohm 0.5 watt ---> Harga maksimal Rp 500 (seharusnya sih Rp 100 sebiji, tergantung lokasi toko dan kedekatan Anda dengan pemilik toko).
* 1 unit Trimpot 1 Mega ohm (bisa diganti dengan 750 Kilo ohm) --> Harga bervariasi antara Rp 1500 sampai Rp 7000 tergantung kualitas produknya.
* 1 unit Resistor 5600 ohm (5k6) 0.5 watt --> harga maksimal Rp 500
* 1 unit Dioda 1N4148 atau 1N4150 --> harga maksimal Rp 500
* 1 unit SCR/Thyristor tipe TIC106D atau C106 --> harga maksimal Rp 5000 (tipe lain bisa lebih murah atau lebih mahal tergantung rating arusnya)
* 1 unit Relai coil DC 12 volt --> harga Rp 5rb - Rp 165rb tergantung merk dan rating arusnya. Untuk percobaan kali ini saya ambil yang kelas bawah yaitu relai 5 pin 10 Ampere made-in China (merk abal2) seharga Rp 7000 (tapi melihat konstruksinya yg "ala kadarnya" saya jadi meragukan rating arus yang tertera di relai ini). Kalau mau yang benar2 berkualitas, bisa pilih merk Omron versi 5 Ampere seharga Rp25rb made in malaysia atau relay omron 10 Ampere made in japan (tapi harganya relatif mahal).


contoh relay standar


relay OMRON

* 2 unit Resistor 22 ohm 20 watt ---> harga satuannya sekitar Rp 3000 (bisa lebih murah atau lebih mahal tergantung toko tempat Anda membeli). Kalau gak dapet, bisa diganti dengan 4 unit resistor 40 ohm yang dipasang secara parallel. Bisa juga Anda ganti dengan 3 unit resistor 33 ohm 20 watt.



Sebagai tambahan, kita juga perlu komponen2 berikut :

* Switch/saklar rocker dengan built-in indicator lamp --> harga Rp2500 - Rp 7000 tergantung kualitas produknya
* Veroboard (PCB berlubang) --> harga Rp3500 sampai Rp 6000
* Terminal kabel ukuran sedang --> harga Rp 8000
* Mur-baut dan spacer untuk memasang trafo dan komponen (bisa juga pakai hot glue)
* Kabel dan colokan listrik ---> harga bervariasi tergantung ukuran dan panjang kabel. Colokan yang ada Aarde-nya sekitar Rp5000.
* Fuse Plug (soket sekring) model ulir --> harga Rp 2500 - Rp 7000 tergantung kualitas produk
* Fuse 4 Ampere tipe slow --> harga maksimal Rp 1000
* Soket listrik (untuk nyolokin power plug dari PC) ---> harga bervariasi tergantung modelnya. Yang colokannya ada dua harganya sekitar Rp 9rb - Rp 13rb.
* Kotak Adaptor --> bisa pakai bekas stabilizer, atau beli box khusus adaptor di toko elektronik (harganya bervariasi tergantung bahan dan ukurannya, mulai dari Rp 6rb sampai Rp 50rb). Di sini saya pakai box bekas softstarter abal-abal.




Sedangkan untuk pengerjaannya, peralatan berikut ini harus ada :

* Bor dan mata bor untuk membuat lubang sekrup
* Solder 30-40 watt dan timah secukupnya
* Multimeter (untuk mengetes komponen dan rangkaian)
* Gunting kuku dan cutter (untuk memotong kaki komponen)
* Kabel serabut kecil (seperti yg dipakai untuk kipas casing) 
pemasangan komponen

Pemasangan SCR C106D

pemasangan SCR terasa agak sulit bagi yg pemula dalam merangkai rangkaian elektronik, berikut sedikit petunjuk pin-pin yg harus diketahui dan pastikan terkonek sesuai pada rangkaian diatas.



Pemasangan Trimpot 1M

pemasangan trimpot juga sangat penting diperhatikan, pengalaman saat ane bikin softstarter ini padahal dah cek beberpa kali posisi komponen lainnya dari mulai dioda scr dah dibolak balik beberapa kali, koq rangkain gak bekeja2 , eh ternyata pin 3 yg terdapat pada trimpot tsb gak ane konekin sama sekali, dan setelah terkoneksi ke salah satu pin yaitu pin 1 atau 2 .akhirnya work juga 




Hasil akhir punya ane 

biar tambah semangat untuk bikin sendiri yg jauh lebih baik dari pada beli langsung ditoko





inilah model rangkain dead bug style,  jangan dituru ya gan, mending minimal pake pcb yg berlobang or mo lebih rapih ya pake pcb polos yg dilengkapi dengan bor pcb dalam pembuatannya



ni barang yg dah pernah ane bikin langsung dari trit ini dan work 100% ane dah uji pagi, siang, malem, sore Alhamdulillah gak ada lagi masalah jeprat jepret. 
daya yg ane pake di rumah 900VA dengan setting timer 1,97 second, 
beban yg ane pake buat nahan inrush current..

Setting Timer

Mengenai setting timernya, silakan disesuaikan dengan persentase konsumsi daya rangkaian Anda terhadap daya terpasang di rumah, diatur sedemikian rupa sehingga memberi kesempatan bagi MCB untuk "bernapas" dan melepas stressnya. Contohnya :
A. Komputer Anda konsumsi dayanya 220 VA - berarti makan arus 1 ampere, sedangkan MCB ratingnya 4 Ampere, maka MCB tidak terlalu stress (hanya 25% dari kapasitasnya) --> timing bisa dipercepat jadi 1 atau 1,5 detik.
B. Komputer Anda konsumsi dayanya 850 VA - berarti makan arus hampir 4 ampere, sedangkan MCB ratingnya 4 Ampere, maka MCB akan stress berat (hampir 100% dari kapasitasnya) --> timing bisa diperlambat jadi 3 atau 3,5 detik.

Tidak ada komentar: