jurnal rangkaian listrik
TRANSCRIPT
LABORATORIUM RANGKAIAN LISTRIKFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARAJln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155
DAYA DAN FAKTOR DAYA
I. TUJUAN
1. Memahami sifat-sifat suatu daya pada beban RLC
2. Memahami perhitungan faktor daya suatu beban
3. Mengetahui definisi daya dan jenis-jenis daya
4. Memahami cara menggunakan alat ukur daya
II. . TEORI DASAR
II.1. Daya
Daya adalah energi yang dikeluarkan untuk melakukan usaha. Dalam sistem tenaga listrik,
daya merupakan jumlah energi yang digunakan untuk melakukan kerja atau usaha. Daya
listrik biasanya dinyatakan dalam satuan Watt atau Horsepower (HP), Horsepower
merupakan satuan daya listrik dimana 1 HP setara 746 Watt atau lbft/second. Sedangkan
Watt merupakan unit daya listrik dimana 1 Watt memiliki daya setara dengan daya yang
dihasilkan oleh perkalian arus 1 Ampere dan tegangan 1 Volt. Daya dinyatakan dalam P,
Tegangan dinyatakan dalam V dan Arus dinyatakan dalam I, sehingga besarnya daya
dinyatakan :
P = V x I
P = Volt x Ampere x Cos φ
P = Watt
Gambar 1 Arah aliran arus listrik
Ada 3 jenis daya yaitu: Daya aktif, Daya reaktif, dan Daya nyata
LABORATORIUM RANGKAIAN LISTRIKFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARAJln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155
II.2. Daya Aktif
Daya aktif (Active Power) adalah daya yang terpakai untuk melakukan energi sebenarnya.
Satuan daya aktif adalah Watt. Misalnya energi panas, cahaya, mekanik dan lain – lain.
P = V. I . Cos φ
P = √3 . VL. IL . Cos φ
Daya ini digunakan secara umum oleh konsumen dan dikonversikan dalam bentuk kerja.
II.3. Daya Reaktif
Daya reaktif adalah jumlah daya yang diperlukan untuk pembentukan medan magnet. Dari
pembentukan medan magnet maka akan terbentuk fluks medan magnet. Contoh daya yang
menimbulkan daya reaktif adalah transformator, motor, lampu pijar dan lain – lain. Satuan
daya reaktif adalah Var.
Q = V.I.Sin φ
Q = √3 . VL. IL. Sin φ
II.4. Daya Nyata
Daya nyata (Apparent Power) adalah daya yang dihasilkan oleh perkalian antara tegangan
rms dan arus rms dalam suatu jaringan atau daya yang merupakan hasil penjumlahan
trigonometri daya aktif dan daya reaktif. Satuan daya nyata adalah VA.
Gambar 2 Penjumlahan trigonometri daya aktif, reaktif dan semu
S = P + jQ, mempunyai nilai/ besar dan sudut
S = S φ
S = √P2 + √Q2 φ
LABORATORIUM RANGKAIAN LISTRIKFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARAJln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155
Untuk mendapatkan daya satu phasa, maka dapat diturunkan persamaannya seperti di bawah
ini :
S = P + jQ
Dari gambar 2 terlihat bahwa
P = V.I Cos φ
Q = V. I Sin φ
maka :
S1φ = V. I. Cos φ + j V. I Sin φ
S1φ = V. I. (Cos φ + j Sin φ)
S1φ = V. I. ej φ
S1 φ = V. I φ
S1 φ = V. I *
Sedangkan untuk rangkaian tiga phasa mempunyai 2 bentuk hubungan yaitu :
Hubungan Wye (Y)
Gambar 3 Hubungan bintang
dimana :
VRS = VRT = VST = VL ; Tegangan antar phasa
VRN = VSN =VTN = VP ; Tegangan phasa
IR = IS = IT = IL (IP) ; Arus phasa /Arus saluran
Bila IL adalah arus saluran dan IP adalah arus phasa, maka akan berlaku hubungan :
IL = IP
VL = 3 VP
Hubungan Delta (Δ)
LABORATORIUM RANGKAIAN LISTRIKFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARAJln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155
Gambar 4 Hubungan delta
Di mana :
IRS = IST = ITR = IP ; Arus phasa
IR = IS =IT = IL ; Arus saluran
VRS = VST = VTR = VL (VP) ; Tegangan antar phasa
Bila VL adalah tegangan antar phasa dan VP adalah tegangan phasa maka
berlaku hubungan :
VL = VP
IL = 3 . IP
Dari kedua macam rangkaian di atas, untuk mendapatkan daya tiga phasanya maka dapat
digunakan rumus :
S = √3 . VL. IL
II.5. Segitiga Daya
Segitiga daya merupakan segitiga yang menggambarkan hubungan matematika antara
tipetipe
daya yang berbeda (Apparent Power, Active Power dan Reactive Power) berdasarkan
prinsip trigonometri.
Gambar 4 Diagram faktor daya
dimana berlaku hubungan :
S = √P2 + √Q2 φ
LABORATORIUM RANGKAIAN LISTRIKFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARAJln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155
P = S / Cos φ
Q = S / Sin φ
http://staff.ui.ac.id/internal/040603019/material/activereactiveandapparentpowerpaper.pdf
II.6. Perancangan Peralatan Daya
Perancangan peralatan elektronika daya dapat di bagi menjadi empat bagian :
1. Perancangan rangkaian daya
2. Proteksi devais daya
3. Penentuan strategi control
4. Perancangan rangkaian logika dan rating
Pada analisis ini devais daya di asumsikan sebagai saklar ideal kecuali di nyatakan
sebelumnya, dan efek induktansi rangkaian, resistansi rangkaian, dan induktansi sumber di
abaikan. Akan tetapi, pada tahap awal perancangan, analisis rangkaian yang di sederhanakan
akan sangat berguna untuk memahami cara beroperasinya rangkaian dan untuk
menghasilkan strategi control dan karakteristiknya.
(Muhammad H.Rashid, 1999)
II.7. Faktor Daya
Faktor daya (Cos ) dapat didefinisikan sebagai rasio perbandingan antara daya aktif (Watt)
dan daya nyata (VA) yang digunakan dalam sirkuit AC atau beda sudut fasa antara V dan I
yang biasanya dinyatakan dalam cos φ .
Faktor Daya = Daya Aktif (P) / Daya Nyata (S)
= kW / kVA
= V.I Cos φ / V.I
= Cos φ
Faktor daya mempunyai nilai range antara 0 – 1 dan dapat juga dinyatakan dalam persen.
Faktor daya yang bagus apabila bernilai mendekati satu.
Tan φ = Daya Reaktif (Q) / Daya Aktif (P)
= kVAR / kW
Dalam rangkaian pada umumnya mengandung unsure resistansi dan reaktansi atau
impedansi kompleks, pada kurva variasi daya pada gambar 6-8. Jika tegangan dan arusnya
LABORATORIUM RANGKAIAN LISTRIKFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARAJln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155
berbeda fase sebesar Ɵ, maka dalam bentuk diagram fasor, besarnya tegangan adalah V= ZI
= (Z <Ɵ) I atau dalam bentuk efektif tegangan tersebut sebesar V=ZI.
P = vi= V cos (ɷt+Ɵ) . I cos ωt
II.8. Pengukuran Daya dan Faktor Daya
Untuk mengukur daya dan faktor daya, metode yang lazim adalah memasang sebuah
ampermeter, voltmeter, dan wattmeter di dalam rangkaian, di mana faktor- daya cos φ =
P/VI dapat dihitung. P adalah daya yang dibaca oleh wattmeter.
Metode ini dapat juga dipakai untuk suatu beban seimbang sinusoida 3-fase asalkan tersedia
titik hubungan bintang. Kumparan arus wattmeter dipasang seri dengan satu saluran fase dan
kumparan tegangan dihubungkan antara salah satu saluran fase dan titik hubungan bintang.
Daya total adalah tiga kali daya yang dibaca oleh wattmeter satu fase. Bilamana titik
hubungan bintang tidak mudah diperoleh, metode dua wattmeter memberikan suatu cara
yang cukup untuk mendapatkan daya dan faktor daya.
(Michael Neidle, 1982)
III. PERALATAN DAN KOMPONEN
III.1. PERALATAN
1. Power Suplay Adaptor (PSA)
Fungsi : sebagai sumber tegangan DC
2. Ammeter
Fungsi : Mengukur arus listrik
3. Voltmeter Digital
Fungsi : mengukur tegangan listrik.
4. Protoboard
Fungsi : sebagai tempat untuk merangkai rangkaian komponen sementara.
5. Kabel-kabel
Fungsi : sebangai penghantar listrik
6. Jumper
Fungsi : sebagai penghubung komponen yang satu dengan komponen yang lainnya.
III.2. KOMPONEN
1. Induktor 2,5 mHenry
Fungsi : Sebagai penyimpan energi listrik dalam bentuk medan magnet
LABORATORIUM RANGKAIAN LISTRIKFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARAJln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155
2. Resistor 100 Ω
Fungsi : sebagai penghambat arus
3. Resistor 120 Ω
Fungsi : sebagai penghambat arus
4. Resistor 220 Ω
Fungsi : sebagai penghambat arus
5. Resistor 330 Ω
Fungsi : sebagai penghambat arus
6. Resistor 5,6 kΩ
Fungsi : sebagai penghambat arus
IV. PROSEDUR
IV.1. Mengukur Daya Tahanan Murni.
1. Dirangkai komponen dan peralatan seperti pada gambar dibawah ini:
2. Dihidupkan Power Supply Adaptor (PSA) dan diatur tegangannya
3. Diamati dan dicatat besar nilai arus yang ditunjukkan pada miliammeter.
4. Diulangi prsedur dengan menggunakan variasi nilai resistor.
PSAAmmeter
Voltmeter
LABORATORIUM RANGKAIAN LISTRIKFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARAJln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155
4.2. Mengukur Daya pada Induktor
1. Dirangkai komponen dan peralatan seperti pada gambar dibawah ini :
2. Dihidupkan PSA dan diatur tegangannya sebesar 1 – 7 V, dengan interval 1 V.
3. Diamati dan dicatat arus yang ditampilkan pada miliammeter.
4. Diulangi prosedur dengan menggunakan variasi nilai resistor.
Voltmeter
PSAAmmeter
R
LABORATORIUM RANGKAIAN LISTRIKFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARAJln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155
VII. Gambar Percobaan
7.1. Gambar pada resistor
LABORATORIUM RANGKAIAN LISTRIKFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARAJln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155
7.2. Gambar pada induktor