Dec 15

Komutasi Thyristor

Komutasi

Komutasi adalah proses untuk membuat thyristor off yang biasanya dicapai dengan mengalirkan arus ke bagian lain dari rangkaian. Rangkian komutasi biasanya memerlukan tambahan komponen untuk dapat menghasilkan  turn-off.

Thyristor biasanya di-on-kan dengan memberikan sinyal gerbang pulsa positif. Ketika berada dalam mode konduksi, tegangan jatuhnya cukup kecil, sekitar 0,5 sampai dengan 2 Volt dan akan diabaikan pada penelitian ini. Begitu thyristor di-on-kan dan kebutuhan output terpenuhi, thyristor biasanya di-off-kan. Di-off-kan berarti bahwa thyristor tidak lagi dalam keadaan taersambung dan tegangan anoda positif tidak akan menghasilkan aliran arus anode tanpa adanya sinyal gerbang.

Rangkaian Komutasi Thyristor

Thyristor tetap memainkan peran yang sangat penting pada aplikasi tegangan dan arus tinggi, umumnya diatas 500 ampere dan 1 kilovolt. Teknik komutasinya menggunakan resonansi LC ( rangkaian RLC tak teredam ) untuk memaksa arus dan/ atau tegangan dari thyristor ke nol, sehingga membuat devais menjadi off. Salah satu contoh rangkaian komutasi thyristor adalah sebagai berikut :

Elektronika daya menggunakan devais semikonduktor sebagai saklar untuk menyambung dan memutuskan beban dari sumber dayanya. Situasi yang mirip rangkaian komutasi biasanya sering terjadi pada banyak elektronika daya. Studi teknik komutasi memperlihatkan bentuk tegangan dan arus transien dari rangkaian LC di bawah banyak kondisi. Hal ini membantu untuk memahami fenomena transien dc dalam kondisi switching.

 

Dec 15

DIAC

Struktur dan Simbol DIAC

Kalau dilihat strukturnya seperti gambar a di bawah, DIAC bukanlah termasuk keluarga thyristor, namun prisip kerjanya membuat ia digolongkan sebagai thyristor. DIAC dibuat dengan struktur PNP mirip seperti transistor. Lapisan N pada transistor dibuat sangat tipis sehingga elektron dengan mudah dapat menyeberang menembus lapisan ini. Sedangkan pada DIAC, lapisan N di buat cukup tebal sehingga elektron cukup sukar untuk menembusnya. Struktur DIAC yang demikian dapat juga dipandang sebagai dua buah dioda PN dan NP, sehingga dalam beberapa literatur DIAC digolongkan sebagai dioda.

Sukar dilewati oleh arus dua arah, DIAC memang dimaksudkan untuk tujuan ini. Hanya dengan tegangan breakdown tertentu barulah DIAC dapat menghantarkan arus. Arus yang dihantarkan tentu saja bisa bolak-balik dari anoda menuju katoda dan sebaliknya. Kurva karakteristik DIAC sama seperti TRIAC, tetapi yang hanya perlu diketahui adalah berapa tegangan breakdown-nya.

Rangkaian Dimmer

Simbol dari DIAC adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar b di atas. DIAC umumnya dipakai sebagai pemicu TRIAC agar ON pada tegangan input tertentu yang relatif tinggi. Contohnya adalah aplikasi dimmer lampu yang berikut pada gambar berikut.

Jika diketahui IGT dari TRIAC pada rangkaian di atas 10 mA dan VGT = 0.7 volt. Lalu diketahui juga yang digunakan adalah sebuah DIAC dengan Vbo = 20 V, maka dapat dihitung TRIAC akan ON pada tegangan :

V = IGT(R)+Vbo+VGT = 120.7 V

Pada rangkaian dimmer, resistor R biasanya diganti dengan rangkaian seri resistor dan potensiometer. Di sini kapasitor C bersama rangkaian R digunakan untuk menggeser phasa tegangan VAC. Lampu dapat diatur menyala redup dan terang, tergantung pada saat kapan TRIAC di picu.

Dec 15

TRIAC

Simbol TRIAC

Boleh dikatakan 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 berikut. TRIAC biasa juga disebut thyristor bi-directional.

Cara Kerja TRIAC

TRIAC bekerja mirip seperti SCR yang paralel bolak-balik, sehingga dapat melewatkan arus dua arah. 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.

Dec 15

SCR

Struktur SCR

Telah dibahas, bahwa untuk membuat thyristor menjadi ON adalah dengan memberi arus trigger lapisan P yang dekat dengan katoda. Yaitu dengan membuat kaki gate pada thyristor PNPN seperti pada gambar a di bawah ini. Karena letaknya yang dekat dengan katoda, bisa juga pin gate ini disebut pin gate katoda (cathode gate). Beginilah SCR dibuat dan simbol SCR digambarkan seperti gambar b di bawah. SCR dalam banyak literatur disebut Thyristor saja.

Karakteristik kurva I-V SCR

Melalui kaki (pin) gate tersebut memungkinkan komponen ini di trigger menjadi ON, yaitu dengan memberi arus gate.  Ternyata dengan memberi arus gate Igyang semakin besar dapat menurunkan tegangan breakover (Vbo) sebuah SCR. Dimana tegangan ini adalah tegangan minimum yang diperlukan SCR untuk menjadi ON. Sampai pada suatu besar arus gate tertentu, ternyata akan sangat mudah membuat SCR menjadi ON. Bahkan dengan tegangan forward yang kecil sekalipun. Misalnya 1 volt saja atau lebih kecil lagi. Kurva tegangan dan arus dari sebuah SCR adalah seperti yang ada pada gambar yang berikut ini.

Pada gambar tertera tegangan breakover Vbo, yang jika tegangan forward SCR mencapai titik ini, maka SCR akan ON. Lebih penting lagi adalah arus Ig yang dapat menyebabkan tegangan Vbo turun menjadi lebih kecil. Pada gambar ditunjukkan beberapa arus Ig dan korelasinya terhadap tegangan breakover. Pada datasheet SCR, arus trigger gate ini sering ditulis dengan notasi IGT (gate trigger current). Pada gambar ada ditunjukkan juga arus Ih yaitu arus holding yang mempertahankan SCR tetap ON. Jadi agar SCR tetap ON maka arus forward dari anoda menuju katoda harus berada di atas parameter ini.

Sejauh ini yang dikemukakan adalah bagaimana membuat SCR menjadi ON. Pada kenyataannya, sekali SCR mencapai keadaan ON maka selamanya akan ON, walaupun tegangan gate dilepas atau di short ke katoda. Satu-satunya cara untuk membuat SCR menjadi OFF adalah dengan membuat arus anoda-katoda turun dibawah arus Ih (holding current). Pada gambar di atas kurva I-V SCR, jika arus forward berada dibawah titik Ih, maka SCR kembali pada keadaan OFF. Berapa besar arus holding ini, umumnya ada di dalam datasheet SCR.

Cara membuat SCR menjadi OFF tersebut adalah sama saja dengan menurunkan tegangan anoda-katoda ke titik nol. Karena inilah SCR atau thyristor pada umumnya tidak cocok digunakan untuk aplikasi DC. Komponen ini lebih banyak digunakan untuk aplikasi-aplikasi tegangan AC, dimana SCR bisa OFF pada saat gelombang tegangan AC berada di titik nol.

Ada satu parameter penting lain dari SCR, yaitu VGT. Parameter ini adalah tegangan trigger pada gate yang menyebabkab SCR ON. Kalau dilihat dari model thyristor pada gambar di bawah ini, tegangan ini adalah tegangan Vbe pada transistor Q2.

Rangkaian SCR

VGT seperti halnya Vbe, besarnya kira-kira 0.7 volt. Seperti contoh rangkaian gambar berikut ini sebuah SCR diketahui memiliki IGT = 10 mA dan VGT = 0.7 volt. Maka dapat dihitung tegangan Vin yang diperlukan agar SCR ini ON adalah sebesar :

Vin = Vr + VGT
Vin = IGT(R) + VGT = 4.9 volt

Dec 15

Thyristor

Thyristor

Thyristor berakar kata dari bahasa Yunani yang berarti ‘pintu’. Dinamakan demikian barangkali karena sifat dari komponen ini yang mirip dengan pintu yang dapat dibuka dan ditutup untuk melewatkan arus listrik. Ada beberapa komponen yang termasuk thyristor antara lain PUT (programmable uni-junction transistor), UJT (uni-junction transistor ), GTO (gate turn off switch), photo SCR dan sebagainya. Namun pada kesempatan ini, yang akan kemukakan adalah  komponen-komponen thyristor yang dikenal dengan sebutan SCR (silicon controlled rectifier), TRIAC dan DIAC. Pembaca dapat menyimak lebih jelas bagaimana prinsip kerja serta aplikasinya.

Struktur Thyristor

Ciri-ciri utama dari sebuah thyristor adalah komponen yang terbuat dari bahan semiconductor silicon. Walaupun bahannya sama, tetapi struktur P-N junction yang dimilikinya lebih kompleks dibanding transistor bipolar atau MOS. Komponen thyristor lebih digunakan sebagai saklar (switch) ketimbang sebagai penguat arus atau tegangan seperti halnya transistor.

Struktur dasar thyristor adalah struktur 4 layer PNPN seperti yang ditunjukkan pada gambar a. Jika dipilah, struktur ini dapat dilihat sebagai dua buah struktur junction PNP dan NPN yang tersambung di tengah seperti pada gambar b. Ini tidak lain adalah dua buah transistor PNP dan NPN yang tersambung pada masing-masing kolektor dan base. Jika divisualisasikan sebagai transistor Q1 dan Q2, maka struktur thyristor ini dapat diperlihatkan seperti pada gambar yang berikut ini.

Terlihat di sini kolektor transistor Q1 tersambung pada base transistor Q2 dan sebaliknya kolektor transistor Q2 tersambung pada base transistor Q1.  Rangkaian transistor yang demikian menunjukkan adanya loop penguatan arus di bagian tengah. Dimana diketahui bahwa Ic = b Ib, yaitu arus kolektor adalah penguatan dari arus base.

Jika misalnya ada arus sebesar Ib yang mengalir pada base transistor Q2, maka akan ada arus Ic yang mengalir pada kolektor Q2. Arus kolektor ini merupakan arus base Ib pada transistor Q1, sehingga akan muncul penguatan pada pada arus kolektor transistor Q1. Arus kolektor transistor Q1 tdak lain adalah arus base bagi transistor Q2. Demikian seterusnya sehingga makin lama sambungan PN dari thyristor ini di bagian tengah akan mengecil dan hilang. Tertinggal hanyalah lapisan P dan N dibagian luar.

Jika keadaan ini tercapai, maka struktur yang demikian todak lain adalah struktur dioda PN (anoda-katoda) yang sudah dikenal. Pada saat yang demikian, disebut bahwa thyristor dalam keadaan ON dan dapat mengalirkan arus dari anoda menuju katoda seperti layaknya sebuah dioda.

Bagaimana kalau pada thyristor ini kita beri beban lampu dc dan diberi suplai tegangan dari nol sampai tegangan tertentu seperti pada gambar di atas. Apa yang terjadi pada lampu ketika tegangan dinaikkan dari nol. Ya betul, tentu saja lampu akan tetap padam karena lapisan N-P yang ada ditengah akan mendapatkan reverse-bias (teori dioda). Pada saat ini disebut thyristor dalam keadaan OFF karena tidak ada arus yang bisa mengalir atau sangat kecil sekali. Arus tidak dapat mengalir sampai pada suatu tegangan reverse-bias tertentu yang menyebabkan sambungan NP ini jenuh dan hilang. Tegangan ini disebut tegangan breakdown dan pada saat itu arus mulai dapat mengalir melewati thyristor sebagaimana dioda umumnya. Pada thyristor tegangan ini disebut tegangan breakover Vbo.

Dec 14

Metode Klasifikasi Fuzzy RFM

Analisa RFM

Analisa RFM terdiri dari tiga dimensi, yaitu (Tsiptsis dan Chorianopoulos, 2009) :

  1. Recency, yaitu rentang waktu (dalam satuan hari, bulan, tahun) dari transaksi terakhir yang dilakukan oleh konsumen sampai saat ini.
  2. Frequency, yaitu jumlah total transaksi atau jumlah rata-rata transaksi dalam satu periode.
  3. Monetary, yaitu jumlah rata-rata nilai pembelian konsumen dalam suatu satuan waktu.

Sharp RFM

Metode sharp RFM mendeskripsikan atribut recency, frequency, dan monetary dengan variabel linguistik (Zumstein, 2007). Sebagai contoh, atribut recency dideskripsikan dengan bahasa natural  long ago (lama) dan very recent (baru saja). Atribut frequency dideskripsikan dengan bahasa natural rare (jarang)dan frequent (sering). Sedangkan atribut monetary dideskripsikan dengan bahasa natural low value (rendah)dan high value (tinggi). Konteks dari masing-masing atribut didefinisikan sebagai berikut :

  1. Domain atribut recency didefinisikan dalam rentang [0, 730] hari. Rentang nilai ini dibagi menjadi dua kelas yang ekuivalen, yaitu [0, 365] hari untuk variable linguistik very recent dan [366, 730] hari untuk long ago.
  2. Domain atribut frequency didefinisikan dalam rentang [0, 100]. Rentang nilai ini dibagi menjadi dua kelas yang ekuivalen, yaitu [0, 9] untuk variable linguistik rare dan [10, 100] untuk frequent.
  3.  Domain atribut monetary didefinisikan dalam rentang [0, 200] euro. Rentang nilai ini dibagi menjadi dua kelas yang ekuivalen, yaitu [0, 99] euro untuk variable linguistik low value dan [100, 200] euro untuk high value.

Pada Tabel 1, delapan kelas (C1 sampai C8) didefinisikan menggunakan atribut RFM dan variabel linguisik. Untuk setiap kelas ditentukan nilai (score) yang bergantung dari besarnya nilai recency, frequency, dan monetary. Semakin tinggi nilai recency, frequency, dan monetary dari konsumen, semakin tinggi juga nilai (score) yang diperoleh.

Class

RFM attributes, (equivalence classes) and terms

Scores

Recency

Frequency

Monetary value

Days last purchases

Term

Number of purchases

Term

Ø turnover

Term

C1

[0, 365]

Very recent

[10, 100]

Frequent

[0, 99]

Low value

70 p

C2

[0,365]

Very recent

[0, 9]

Rare

[0, 99]

Low value

40 p

C3

[366, 730]

Long ago

[10, 100]

Frequent

[0, 99]

Low value

30 p

C4

[366, 730]

Long ago

[0, 9]

Rare

[0, 99]

Low value

0 p

C5

[0, 365]

Very recent

[10, 100]

Frequent

[100.200]

High value

100 p

C6

[0,365]

Very recent

[0, 9]

Rare

[100.200]

High value

60 p

C7

[366, 730]

Long ago

[10, 100]

Frequent

[100.200]

High value

50 p

C8

[366, 730]

Long ago

[0, 9]

Rare

[100.200]

High value

20 p

 

 

Pada Tabel 2 dibawah ini diberikan contoh nilai recency, frequency, dan monetary dari empat konsumen. Nilai yang diperoleh oleh masing-masing konsumen diberikan berdasarkan ketentuan pada Tabel 1 di atas.

Customer

Class

RFM attributes, (equivalence classes) and terms

Scores

Recency

Frequency

Monetary value

Days last purchases

Term

Number of purchases

Term

Ø turnover

Term

Smith

C3

378

Long ago

11

Frequent

92

Low value

30 p

Ford

C4

723

Long ago

7

Rare

12

Low value

0 p

Brown

C5

342

Very recent

13

Frequent

117

High value

100 p

Miller

C5

14

Very recent

38

Frequent

193

High value

100 p

Dari hasil Tabel 2 di atas terlihat bahwa meskipun Smith dan Brown memiliki nilai monetary yang tidak jauh berbeda, keduanya diklasifikasikan ke dalam kelas yang berbeda. Di lain pihak, Miller diklasifikasikan ke dalam kelas yang sama dengan Brown meskipun unjuk kerja Brown lebih baik daripada Miller. Kekurangan metode sharp RFM disempurnakan dalam fuzzy RFM menggunakan konsep himpunan fuzzy dan fungsi keanggotaan (Zumstein, 2007). Dengan klasifikasi menggunakan metode fuzzy RFM, nilai (score) dari masing-masing konsumen dapat diperhitungkan dengan lebih akurat dan lebih baik (Tabel 3).

Class

Corresponding membership functions

to each class

Mnorm (Oi | Ck)

Fuzzy Calculated RFM Score

Ford

Smith

Brown

Miller

Ford

Smith

Brown

Miller

C1

μvery recent

μfrequent

μlow value

70

0

0

0.14902

0.12810

0

10.43

8.97

0

C2

μvery recent

μrare

μlow value

40

0

0

0.13051

0.09641

0

5.22

3.86

0

C3

μlong ago

μfrequent

μlow value

30

0.42857

0.42857

0.17340

0.11167

12.86

5.20

3.35

0

C4

μlong ago

μrare

μlow value

0

0.57143

0.57143

0.15235

0.08296

0

0

0

0

C5

μvery recent

μfrequent

μhigh value

100

0

0

0.09708

0.17521

0

9.71

17.52

100

C6

μvery recent

μrare

μhigh value

60

0

0

0.8360

0.13427

0

5.02

8.06

0

C7

μlong ago

μfrequent

μhigh value

50

0

0

0.11456

0.15395

0

5.73

7.70

0

C8

μlong ago

μrare

μhigh value

20

0

0

0.09948

0.11732

0

1.99

2.35

0

Total

1

1

1

1

12.86

43.3

51.81

100

Dari hasil Tabel 3 di atas, terlihat bahwa penilaian menggunakan metode fuzzy RFM memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan metode sharp RFM. Dalam metode fuzzy RFM, indikator yang penting dalam menentukan klasifikasi adalah derajat keanggotaan dari kelas-kelas yang berbeda dan nilai total dari metode fuzzy RFM. Perbandingan antara metode sharp RFM dengan fuzzy RFM ditunjukkan melalui Gambar berikut ini

(a) Sharp RFM dan (b) Fuzzy RFM

Dec 14

Ukuran Validitas Cluster

Sejak konsep himpunan fuzzy diperkenalkan oleh Zadeh pada tahun 1965, konsep fuzzy clustering banyak dikembangkan dan diterapkan. Dalam konsep fuzzy clustering, suatu data dapat menjadi anggota dari beberapa cluster sekaligus menurut derajat keanggotaannya (Wu dan Yang, 2005). Proses clustering dalam algoritma fuzzy clustering selalu mencari solusi terbaik untuk parameter yang telah didefinisikan. Namun solusi terbaik ini belum tentu dapat menentukan deskripsi terbaik dari struktur data. Dalam hal ini jumlah cluster yang ditentukan atau bentuk cluster mungkin tidak sesuai dengan data. Untuk menentukan jumlah cluster yang paling optimal dan dapat memvalidasi apakah partisi fuzzy yang diterapkan dalam proses clustering sesuai dengan data, digunakan indeks pengukuran validitas cluster (Balasko, ____).

Berikut ini adalah beberapa metode pengukuran validitas cluster yang umumnya digunakan untuk algoritma fuzzy clustering(Wu dan Yang, 2005) :

Partition Coefficient

Partition Coefficient (PC)merupakan metode yang mengukur jumlah cluster yang mengalami overlap. Indeks PC mengukur validitas cluster dengan rumus sebagai berikut :

Dimana :
c          = jumlah cluster
N         = jumlah data
μij        = derajat keanggotaan data ke-j pada cluster ke-i
PC(c)   = nilai indeks PC pada cluster ke-c

Nilai PC berada dalam batas  .

Pada umumnya jumlah cluster yang paling optimal ditentukan dari nilai PC yang paling besar

Modified Partition Coefficient

Partition  Coefficient cenderung mengalami perubahan yang monoton terhadap beragam nilai c (jumlah cluster). Modifikasi dari indeks PC (Modified Partition Coefficient/MPC) dapat mengurangi perubahan yang monoton tersebut. dan didefinisikan dengan rumus berikut:

Dimana :
c                      = jumlah cluster
MPC(c)           = nilai indeks MPC pada cluster ke-c

Nilai MPC berada dalam batas 0 ≤ PC(c) ≤ 1. Pada umumnya jumlah cluster yang optimal ditentukan dari nilai MPC yang paling besar

Classification Entropy

Classification Entropy (CE)merupakan metode yang mengukur tingkat kekaburan (fuzzyness) dari partisi cluster. Indeks CE mengukur validitas cluster dengan rumus sebagai berikut :

Dimana :
c          = jumlah cluster
N         = jumlah data
μij        = derajat keanggotaan data ke-j pada cluster ke-i
CE(c)   = nilai indeks CE pada cluster ke-c

Nilai CE berada dalam batas 0 ≤ CE(c) ≤ log2c. Pada umumnya jumlah cluster yang optimal ditentukan dari nilai PE yang paling kecil