BAB III PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
3.1 Daya 3.1.1 Daya motor
Secara umum, daya adalah energi yang dikeluarkan untuk melakukan usaha. Dalam system tenaga listrik, daya merupakan jumlah energy listrik yang digunakan untuk melakukan usaha. Daya listrik biasanya dinyatakan dalam satuan Watt.
Secara umum, rumus daya :
P=V x I
(3.1)
dimana : P = Daya
(watt)
V = Tegangan
(volt)
I = Arus
(Ampere)
Rumus daya diatas, jika pada posisi 3 Phasa, maka dapat dikalikan dengan √ .
Tiga macam daya yaitu :
1. Daya aktif (P)
25
26
Daya aktif adalah daya yang terpakai untuk melakukan usaha atau energy sebenarnya. Satuan daya aktif adalah watt. = V I cos ᵩ
(3.2)
2. Daya reaktif (Q)
Daya reaktif (reactive power) adalah daya yang di suplai oleh komponen reaktif. Satuan daya reaktif adalah VAR. = V I sin ᵩ
(3.3)
3. Daya semu (S)
Daya semu adalah daya yang dihasilkan oleh perkalian antara tegangan rms dan arus rms dalam suatu jaringan atau daya yang merupakan hasil penjumlahan trigonometri antara daya aktif dan daya reaktif. Satuan daya nyata adalah VA.
3.1.2 Daya Pompa Daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan pompa disebut Brake Horse Power, BHP (daya poros). BHP adalah daya input ke pompa. Sedangkan daya output adalah daya yang diberikan ke air dan dapat dinyatakan dengan persamaan berikut: PW = 0,163 x V x Ht dimana Pw = daya air (out put), V = debit aliran air m3/min
(3.4)
27
Ht = head total pompa,
Sedangkan daya parts yang diperlukan untuk menggerakkan sebuah pompa adalah daya air dibagi dengan efisiensi pompa, dengan rumus : P = Pw /
(3.5)
dimana P = daya poros pompa, kw = efisiensi pompa
3.1.3 Daya kompresor Daya dihitung dengan persamaan : CHP =
(3.6)
dimana CHP
= Compresor Horse Power = efisiensi mekanik
3.2 Faktor Daya Faktor daya yang dinotasikan sebagai cos ᵩ didefinisikan sebagai perbandingan antara arus yang dapat menghasilkan kerja didalam suatu rangkaian terhadap arus total yang masuk kedalam rangkaian atau dapat dikatakan sebagai perbandingan daya aktif (kW) dan daya semu (kVA). Daya reaktif yang tinggi akan meningkatkan sudut ini dan sebagai hasilnya faktor daya akan menjadi lebih rendah. Factor daya selalu lebih kecil atau sama dengan satu.
Cos ᵩ =
(3.7)
28
dimana : P = daya aktif
(kW)
s = daya semu
(kVA)
a. Penyebab Faktor Daya Rendah Hal – hal yang menyebabkan faktor daya bernilai rendah, diantaranya penggunaan beban induktif yang memerlukan arus magnetis reaktif untuk geraknya, berupa : 1. Transformator 2. Motor induksi 3. Generator induksi 4. Lampu TL
Faktor daya yang buruk menyebabkan tegangan dan arus berlawanan fase sehingga perkaliannya tidak menghasilkan daya dalam watt, tetapi dalam voltampere.
b. Instalasi Peningkatan Faktor Daya Bilamana terdapat masalah koreksi faktor daya, peningkatan dipengaruhi oleh pemasangan kapasitor statik atau motor-motor sinkron. Kadang-kadang untuk tujuan ini alat untuk memajukan fase telah digunakan. Cara ini mungkin sangat mahal sehingga bila memungkinkan, sebaiknya peralatan yang dibeli adalah yang beroperasi pada faktor daya yang secara lahirah tinggi. Pitting-pitting fluoresensi tanpa kecuali mengandung kapasitor-kapaasitor untuk peningkatan faktor daya. Penempatan sebuah kapasitor antara terminal masing-masing motor induksi,
29
adalah pilihan yang tepat, tetapi mungkin hal ini tidak ekonomis bila motor-motor seperti ini banyak yang terlibat. Karena faktor daya dari sebuah motor tersendiri dapat berubah terhadap beban, dimana akan menjadi paling rendah pada beban rendah, kapasitor dapat menghasilkan koreksi berlebihan pada beban –beban tertentu dan juga menghasilkan suatu tegangan surja yang dapat memilki efek merusak bagi motor.
c. Alasan Faktor Daya Diperbaiki Beberapa alasan mengapa besarnya faktor daya harus diperbaiki, daintaranya : 1. Mengurangi biaya pengoperasian peralatan listrik 2. Meningkatkan kapasitas system dan mengurangi rugi – rugi pada system yang dioperasikan, dan 3. Mengurangi besarnya tegangan jatuh yang biasa disebabkan pada saat transmisi daya. d. Impedansi terhadap faktor daya Impedansi disebut juga dengan hambatan dalam, Z, adalah nilai resistansi yang terukur pada kutub kutub sinyal jack alat elektronik. Semakin besar hambatan / impedansi, makin besar tegangan yang dibutuhkan. Impedansi tidak dapat dikatakan sebagai hambatan secara spontan. Daya merupakan tegangan kuadrat dibagi impedansi. P= dimana P = daya (watt) V = tegangan (volt)
/Z
(3.8)
30
Z = impedansi (ohm)
Impedansi listrik menjelaskan ukuran penolakan terhadap arus bolak – balik sinusoidal. Impedansi listrik memperluas konsep resistansi listrik ke sirkuit AC, menjelaskan tidak hanya amplitudo relatif dari tegangan dan arus, tetapi juga fase relatif. Bila sebuah beban diberi tegangan, impedansi dari beban tersebut akan menentukan besar arus dan sudut fase yang mengalir pada beban tersebut. Faktor daya merupakan petunjuk yang menyatakan sifat suatu beban.
3.3 Motor
Ada dua jenis utama motor listrik. Ada motor arus searah (DC) dan motor bolak-balik (AC). Referensi dari DC atau AC mengacu pada bagaimana arus listrik ditransfer melalui dan dari motor. Kedua jenis motor memiliki fungsi yang berbeda. Arus searah (DC) motor listrik bekerja untuk situasi di mana kecepatan perlu dikontrol. Motor DC memiliki arus stabil dan berkesinambungan.
Alternating current atau AC motor listrik digunakan berbeda berdasarkan pada jenis motor AC itu. Single phase motor AC dikenal sebagai motor tujuan umum. Mereka bekerja dengan baik dalam berbagai situasi. Motor-motor AC bekerja besar untuk sistem yang sulit untuk memulai karena mereka membutuhkan banyak tenaga di depan. Tiga fase juga disebut polyphase motor AC biasanya ditemukan dalam pengaturan industri. Motor ini juga sudah tinggi mulai membangun kekuatan mengirimkan tingkat lebih rendah dari daya keseluruhan. Listrik AC mendapatkan namanya dari fakta bahwa itu bergantian
31
berkuasa. Jumlah daya yang dilepaskan oleh motor AC ditentukan oleh jumlah daya yang dibutuhkan untuk mengoperasikan sistem.
DC dan AC motor listrik ditemukan di mana-mana dari rumah ke mobil untuk tanaman industri. Motor penting bagi kehidupan sehari-hari. Dc motor diperkenalkan dan menyebabkan sebuah revolusi besar dalam cara banyak hal yang dilakukan. Ketika motor AC datang di pasar dengan cara motor yang melihat berubah karena potensi kekuatan luar biasa mereka mulai. Motor DC dan motor AC berbeda dalam banyak hal tetapi mereka masih keduanya usede kekuasaan dunia.
3.3.1 Prinsip Kerja Motor AC Motor arus bolak-balik (motor AC) ialah suatu mesin yang berfungsi mengubah tenaga listrik arus bolak-balik (listrik AC) menjadi tenaga gerak atau tenaga mekanik berupa putaran daripada rotor. Motor listrik arus bolak – balik dapat dibedakan atas beberapa jenis. Seper pada motor DC pada motor AC, arus dilewatkan melalui kumparan, menghasilkan torsi pada kumparan. Sejak saat itu bolak, motor akan berjalan lancar hanya pada frekuensi gelombang sinus. Hal ini disebut motor sinkron. Lebih umum adalah motor induksi, di mana arus listrik induksi dalam kumparan berputar daripada yang diberikan kepada mereka secara langsung. Salah satu kelemahan dari jenis motor AC adalah arus tinggi yang harus mengalir melalui kontak berputar. Memicu dan pemanasan pada kontak-kontak dapat menghabiskan energi dan memperpendek masapakai motor. Dalam motor
32
AC umum medan magnet yang dihasilkan oleh elektromagnet didukung oleh tegangan AC sa,a dengan kumparan motor. Kumparan yang menghasilkan medan magnet yang kadang-kadang disebut sebagai “stator”, sedangkan kumparan dan inti padat yang berputar disebut “dinamo”. Dalam motor AC medan magnet sinusoidal bervariasi, seperti arus dalam kumparan bervariasi.
3.3.2 Prinsip Kerja Motor DC Motor arus searah merupakan salah satu mesin listrik yang mengubah energi listrik searah menjadi energi gerak. Motor arus searah banyak sekali dipakai, motor-motor kecil untuk aplikasi elektronik menggunakan motor arus searah seperti : pemutar kaset, pemutar piringan magnetik di harddisk komputer, kipas pendingin komputer, dan tentu saja mainan legendaris lainnya menggunakan motor arus searah. Tentu saja untuk keperluan – keperluan yang berdaya besar, motor arus searah masih dipakai pada aplikasi tertentu. Gerak atau putaran yang dihasilkan oleh motor arus searah diperoleh dari interaksi dua buah medan yang dihasilkan oleh bagaian jangkar (armature) dan bagian medan (field) dari motor arus searah. Biasanya jika diilustrasikan, bagian medan berbentuk suatu kumparan yang terhubung ke sumber arus searah. Sedangkan bagian jangkar ditunjukkan sebagai magnet permanen (U-S), bagian jangkar ini tidak harus berbentuk magnet permanen, bisa juga berbentuk belitan yang akan menjadi elektro-magnet apabila mendapatkan dua sumber arus searah, satu untuk bagian jangkarnya, satu lagi untuk bagian medannya. Bagian lain yang tidak kalah penting pada motor arus searah adalah adanya komutator (comutator). Komutator merupakan suatu konverter mekanik yang membuat arus dari sumber
33
mengalir pada arah yang tetap walaupun belitan medan berputar. Komutator berpasangan dengan „cincin belah‟ (slip-rings).
3.4 Variable Speed Drive
Variable speed drive atau disebut dengan variable frequency drive atau singkatnya disebut dengan inverter adalah solusi aplikasi yang membutuhkan kemampuan pengaturan motor lebih lanjut, misal: pengaturan putaran motor sesuai bebannya atau sesuai nilai yang kita inginkan. Penggunaan VSD bisa untuk aplikasi motor AC maupun DC.
3.4.1 Prinsip kerja variable speed drive
Secara sederhana untuk drive AC, variable speed drive atau inverter akan mengubah AC ke DC yang kemudian diatur dengan suatu teknik penyaklaran „switching„ mengubah DC menjadi tegangan dan frekuensi keluaran AC yang bervariasi.
Ada tiga jenis inverter, yaitu:
a. Variable Voltage Inverter (VVI)
Jenis inverter ini menggunakan konverter jembatan SCR untuk mengubah tegangan input AC ke DC. SCR adalah komponen elektronika daya yang memiliki kemampuan untuk mengatur nilai tegangan DC mulai dari 0 hingga mendekati
34
600 VDC. Induktor L1 sebagai choke dengan kapasitor C1 membentuk bagian dengan istilah DC-link yang membantu memperhalus kualitas tegangan DC hasil konversi. Bagian inverter sendiri terdiri dari kumpulan divais penyaklaran seperti: thyristor,
transistor
bipolar,
MOSFET,
atau
IGBT.
Gambaran
berikut
menunjukkan inverter yang menggunakan transistor bipolar. Pengatur logika, biasanya dalam bentuk kartu elektronik, yang memiliki komponen utama sebuah mikroprosesor akan mengatur kapan waktu transistor-transistor inverter hidup atau mati untuk menghasilkan tegangan dan frekuensi yang bervariasi untuk dilanjutkan ke motor sesuai bebannya.
Gambar 3.1 Variable Voltage Inverter Circuit
Tipe inverter ini menggunakan enam langkah untuk menyelesaikan satu putaran 360°(6 langkah masing-masing 60°). Oleh karena hanya enam langkah, inverter
jenis
ini
memiliki
kekurangan
yaitu
torsi
yang
pulsatif
(peningkatan/penurunan nilai yang mendadak) setiap penyaklaran terjadi. Dan ini dapat ditemui pada operasi kecepatan rendah seiring variasi putaran motor. Istilah teknis dari putaran yang bervariasi ini adalah cogging. Selain itu, bentuk gelombang sinyal keluaran yang tidak sinusoidal sempurna mengakibatkan
35
pemanasan berlebih di motor yang mengakibatkan motor mesti dijalankan di bawah nilai rating-nya.
b. Current Source Inverter (CSI)
Jenis inverter satu ini menggunakan SCR untuk menghasilkan tegangan DC-link yang bervariasi untuk suplai ke bagian inverter yang juga terdiri dari SCR untuk menyaklarkan keluaran ke motor. Beda dengan VVI yang mengontrol tegangan, CSI justru mengontrol arus yang akan disuplai ke motor. Karena inilah pemilihan motor haruslah hati-hati agar cocok dengan drive. Berikut gambaran sederhana inverter sumber arus.
Gambar 3.2 Skematik Current Source Inverter
Percikan arus akibat proses penyaklaran dapat dilihat pada keluaran jika kita mengukurnya menggunakan osciloscope. Pada kecepatan rendah sifat arus yang pulsatif dapat mengakibatkan motor tersendat „cog„.
36
Gambar 3.3 Waveform of current source inverter output
c. Pulse Width Modulation
Teknik penyaklaran satu ini memberikan output yang lebih sinusoidal dibandingkan dua jenis inverter sebelumnya. Drive yang menggunakan PWM terbukti lebih efisien dan memberikan tingkat performa yang lebih tinggi. Sama seperti VVI, sebuah PWM juga terdiri atas rangkaian konverter, DC link, control logic, dan sebuah inverter. Biasanya konverter yang digunakan adalah tipe tidak terkontrol (dioda biasa) namun juga ada yang menggunakan setengah terkontrol atau kontrol penuh. Perhatikan gambar sebuah PWM berikut ini.
Gambar 3.4 PWM drive basic schematic
3.5 Tagihan Listrik Setiap penggunaan listrik dihitung dengan satuan KWh (Kilo Watt Hour),atau daya yang digunakan per jamnya. Acuan tarif dasar listrik PLN
37
berdasarkan kapasitas pelanggan dalam satuan VA. Prinsip dasar tarif PLN adalah makin besar langganan listriknya, maka tarifnya makin mahal.
Rumus menghitung KWH : KWH Pemakaian Listrik = daya x lama pemakaian dalam satuan jam
(3.13)
Rumus menghitung Biaya Listrik : Biaya Listrik = pemakaian (KWH) x Tarif dasar listrik
(3.14)
