Unit 5- Daya Ac.doc

Politeknik Negeri Malang

Unit 5

50

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 S=VI 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'. Q = V I sin 

06. TeoriListrik Terapan

Abdul Manaf

3/26/2019

Politeknik Negeri Malang

51

5.2 Segitiga Daya

Daya semu (S)

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

Daya reaktif (Q)

Daya nyata (P)

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

06. TeoriListrik Terapan

Abdul Manaf

3/26/2019

Politeknik Negeri Malang

52

Daya nyata Daya semu Watt  VI 300  2  200 300  400  0,75 atau 75%

Faktor daya =

Segitiga Daya

VI

VI Sin 

 VI Cos  Gambar 5.2. Segitiga daya (Bersifat Industrip) di mana: P = Daya nyata PX = Daya reaktif PA = Daya semu

Segitiga Daya (Bersifat capasitip)

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

06. TeoriListrik Terapan

Abdul Manaf

3/26/2019

V

Politeknik Negeri Malang

53 Z

impedansinya = Z =

6

2

 11,31

a). Phasa arusnya =

2

XL

= 12.8 

V 50 = = 3,91 A 2 12.8



I R

b). Beda phasa antara arus dan tegangan: misalnya arus sejajar dengan R maka tegangannya harus sejajar dengan 2 sehingga beda phasanya adalah  X 11 .31 o 1 phasa  = tan R = 6 = 62 3 -1

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: Faktor Daya () = cos  =

R Z

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. Faktor daya ( )  cos 

daya nyata P  daya semu S

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

06. TeoriListrik Terapan

Abdul Manaf

3/26/2019

Politeknik Negeri Malang

54

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.

P = V.I. I=

P V .

(a) Pada faktor daya sama dengan satu 06. TeoriListrik Terapan

Abdul Manaf

3/26/2019

Politeknik Negeri Malang I1=

55

1000 4A 250 x1

(b) Pada faktor daya sama dengan 0,8 1000

I2 = 250 x 0.8  5 A (c) Pada faktor daya sama dengan 0.4 1000

I3 = 250 x 0.4  10 A

5.4 Peningkatan Faktor Daya Sebagian 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 : 06. TeoriListrik Terapan

Abdul Manaf

3/26/2019

Politeknik Negeri Malang

56

5

P1 = 5 KW, cos  = 0,6 sehingga S1  0,6  8,33 kVA Q1 = S1 sin  = 8,33 x 0,8 = 6,67 kVAR 106 106   31,8  2fC 2 x 50 x 100

XC 

IC 

V 240   7,56 A XC 31,8

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 Stotal 

2 2 Ptotal  Qtotal



52  4,856 2



48,58

= 6,97 kVA cos  

Ptotal 5   0,72 Stotal 6,97

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:

06. TeoriListrik Terapan

Abdul Manaf

3/26/2019

Politeknik Negeri Malang

57

11,9047 = 13,227 kVA 0,9

daya reaktifnya =

13,227 2  11,9047 2

=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 =

6374 = 15,95 A 400

Xc =

400 V = 15,95 = 25 ohm Ic

C=

1 = 127 mF 2 50.25

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 masingmasing 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.

06. TeoriListrik Terapan

Abdul Manaf

3/26/2019