14
LABORATORIUM RANGKAIAN LISTRIK FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Jln. 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

Jurnal RANGKAIAN LISTRIK

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Jurnal RANGKAIAN LISTRIK

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

Page 2: Jurnal RANGKAIAN LISTRIK

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

Page 3: Jurnal RANGKAIAN LISTRIK

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)

Page 4: Jurnal RANGKAIAN LISTRIK

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

Page 5: Jurnal RANGKAIAN LISTRIK

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

Page 6: Jurnal RANGKAIAN LISTRIK

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

Page 7: Jurnal RANGKAIAN LISTRIK

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

Page 8: Jurnal RANGKAIAN LISTRIK

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

Page 9: Jurnal RANGKAIAN LISTRIK

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

Page 10: Jurnal RANGKAIAN LISTRIK

LABORATORIUM RANGKAIAN LISTRIKFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARAJln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155

7.2. Gambar pada induktor