unit 5 daya ac

Politeknik Negeri Malang

Unit 5 Daya pada Rangkaian Arus Bolak-balik

Tujuan

Setelah selesai mempelajari bagian ini, mahasiswa diharapkan akan mampu :

Menjelaskan daya nyata, daya semu dan daya reaktif.

Menggambarkan segitiga daya.

Menghitung peningkatan faktor daya.

5.1 Daya Nyata, Daya Semu dan Daya Reaktif

Daya Nyata (P)

Daya nyata adalah daya sebenarnya di mana energi listrik ditransformasikan atau digunakan dalam bagian resistif rangkaian. Daya sebenarnya diukur dalam watt.

Watt adalah bacaan yang diperoleh dari wattmeter atau hasil dari V x I x cos .

Daya Semu (S).

Daya semu adalah hasil kali tegangan dan arus pencatu yang digunakan

Daya semu diukur dalam volt-ampere (VA).

Daya Reaktif (Q).

Daya reaktif adalah hasil kali tegangan saluran dan arus saluran yang tidak mengkonsumsi daya.

Daya reaktif diukur dalam volt-ampere-reactive, disingkat 'VAR'.

06. TeoriListrik Terapan Abdul Manaf 4/13/2023

50

S = V I

Q = V I sin


5.2 Segitiga Daya Daya nyata (P), daya semu (S) dan daya reaktif (Q) dapat diwakili oleh segitiga daya (lihat Gambar 5.1).

Gambar 5.1. Segitiga daya

5.3 Faktor Daya Dalam rangkaian yang berisi resistansi dan reaktansi, energi listrik yang dikonversikan menjadi panas hanya dalam bagian resistansi. Reaktansi tidak menghasilkan perubahan permanen dalam transformasi energi.Pada rangkaian demikian hasil perkalian tegangan dan arus tidak menunjukkan daya sebenarnya. Oleh karena itu dalam rangkaian seperti ini harus harus kita perhatikan apa yang disebut "Faktor Daya" (Power Factor).

Definisi Faktor Daya

Yaitu faktor yang harus di kalikan dengan "Daya Semu" (VI) untuk memperoleh "Daya Nyata" (W), dengan kata lain faktor daya adalah perbandingan antara daya nyata dengan daya semu.

Contoh 1Motor satu fase mengambil arus 2 ampere pada tegangan 200 Volt. Berapakah faktor daya jika bacaan wattmeter adalah 300 Watt.Pemecahan:


51

Daya nyata (P)

Daya reaktif

(Q)D

aya

se

mu

(S

)


Segitiga Daya

Gambar 5.2. Segitiga daya (Bersifat Industrip) Segitiga Daya (Bersifat capasitip)di mana: P = Daya nyata

PX = Daya reaktifPA = Daya semu

Contoh 3

Suatu kumparan memiliki hambatan 6 ohm dan induktansi 0,03 H dihubungkan pada sumber tegangan 50 volt, 60 Hz hitunglah:

a). Arus yang mengalir pad akumparan

b). Beda phasa antara arus dan tegangan

c). Faktor daya

d). Daya nya

Pemecahan:

Reaktansi induktip = 2 f L =2.314.60.0.03

= 11,31


52

VI

VI Sin

VI Cos


impedansinya = Z = = 12.8

a). Phasa arusnya = = = 3,91 A

b). Beda phasa antara arus dan tegangan:

misalnya arus sejajar dengan R maka tegangannya harus sejajar dengan 2 sehingga beda phasanya adalah

phasa = tan-1 = = 62o 31

c). faktor dayanya = cos = cos 62o31 = 0,469 (tertinggal)

d). Daya nya = I2 R = 3,412.6=91,72 watt

Untuk pekerjaan kelistrikan dengan bentuk gelombang sinusoida:

Harga faktor daya tergantung pada perbedaan fasa antara tegangan yang digunakan dan arus saluran.

Jika V dan I sefasa, faktor daya adalah satu, maka P = V x I x 1.

Jika V dan I berbeda fasa 90 derajat, faktor daya adalah nol; yaitu , P = V x I x 0 = 0 W.

Hubungan antara daya nyata dan daya semu dapat digunakan untuk menghitung harga faktor daya.

Pengaruh Faktor Daya yang Rendah

Secara umum, semakin rendah faktor daya, semakin besar arus yang harus disuplai untuk memperoleh daya nyata yang sama.

Faktor daya yang rendah tidak diharapkan karena:

meningkatkan kerugian daya.

memerlukan alternator dan transformer yang lebih besar untuk mensuplai rangkaian.

memerlukan konduktor suplai yang lebih besar.

memerlukan kontrol dan peralatan proteksi dengan kapasitas yang lebih tinggi.

Menyebabkan meningkatnya jatuh tegangan

meningkatkan biaya keseluruhan


53

XL

V

I

R

Z

Faktor Daya () = cos =


Penyebab Rendahnya Faktor Daya

Rendahnya faktor daya disebabkan oleh:

lampu fluorescent karena memiliki ballast

Motor yang diberi beban ringan

Transformer yang diberi beban ringan

efek kapasitif saluran transmisi yang sangat panjang.

Contoh 1

Jika beban 1 kW dihubungkan dengan sebuah catu arus bolak-balik bertegangan 250 V, tentukan arus yang mengalir:

(a) Faktor daya satu

(b) Faktor daya = 0.8

(c) Faktor daya = 0.4 ( = 66)

Gambar 5.3 menunjukkan diagram fasor untuk Contoh 1.

(a) Pada faktor daya sama dengan satu


54

P = V.I.

I =


(b) Pada faktor daya sama dengan 0,8

(c) Pada faktor daya sama dengan 0.4

5.4 Peningkatan Faktor DayaSebagian besar masalah faktor daya disebabkan oleh beban induktif, seperti motor dan transformer induksi. Salah satu metode yang digunakan untuk meningkatkan faktor daya dari rangkaian jenis ini adalah dengan menghubungkan kapasitor secara paralel dengan beban (lihat Gambar 5.4).

Gambar 5.4. Menghubungkan kapasitor untuk meningkatkan faktor daya.

Dengan cara ini IL tetap sama dan setiap beban bekerja pada faktor dayanya sendiri, tetapi faktor daya keseluruhan pada rangkaian yang dikombinasikan akan meningkat. Kapasitor murni merupakan beban yang bekerja pada faktor daya yang mendahului dan ketika dihubungkan ke beban induktif, cenderung melawan efek ketertinggalan induktansi tetapi tanpa menghabiskan daya apa pun.

Contoh 3

Motor induksi 5 kW dengan cos = 0,6 dihubungkan dengan sumber 240 V, 50 Hz. Bila ditambahkan kapasitor sebesar 100 F berapakah faktor dayanya sekarang.

Jawab :


55

I1 = A41x250

1000

I2 =

I3 =


P1 = 5 KW, cos = 0,6 sehingga

Q1 = S1 sin = 8,33 x 0,8 = 6,67 kVAR

Rangkaian kapasitif maka IC mendahului V sebesar 90o

PC = VI cos 90 o = 240 x 7,56 x 0 = 0, daya nyata diserap kapasitor selalu nol.

QC = –VI sin 90o = – (240 x 7,56 x 1) = –1814,4 VAR, tanda (–) karena leading.

Ptotal = P1 + PC = 5 kW + 0 = 5 kW

Qtotal = Q1 + QC = 6,67– 1,814 = 4,856 kVAR

= 6,97 kVA

Contoh-contoh perhitungan pada perbaikan faktor daya

1. Berapa besarnya kapasitor yang dibutuhkan yang dipasang secara paralel (pada contoh soal sebelumnya) untuk meningkatkan faktor daya menjadi 0,9 tertinggal.

Jawaban:

Jika tanpa capasitor didapatkan data daya semu = 17 kVA

Daya nyata = 11,9047 kW

Cos = 0,7

= 45,57o

setelah diberi kapasitor cos meningkat menjadi 0, 9 maka = 25.84o

Input (kVA) yang baru:


56


= 13,227 kVA

daya reaktifnya = =5,765 kVAR

daya reaktif yang diberikan oleh kapasitor

kVAR capasitor = 12,14 KVAR- 5,965 KVAR= 6,375 KVAR.

kVAR capasitor = V.Ic Ic = = 15,95 A

Xc = = = 25 ohm

C = = 127 mF

Soal Latihan

1. Suatu motor listrik satu phasa mengambil arus 8,3 A dengan faktor daya 0,866 tertinggal ketika dihubungkan dengan tegangan 230 volt 50 Hz dua capasitor yang sama dihubungkan secara paralel dan dipasang secara aparalel juga dengan motor untuk meningkatkan faktor dayanya menjadi 1 hitunglah kapasitansi masing-masing kapasitor.

2. Suatu motor satu phasa membangkitkan daya mekanis sebesar 5 kw dengan faktor daya 0,6 tertingal, kemudian arus ditingkatkan menjadi 0,95 tertinggal hitunglah rating kVA dari kapasitor.


57

unit 5 daya ac

Education