Simulasi Pengukuran Daya Listrik Sistem 1 Fasa menggunakan LabVIEW

Simulasi Pengukuran Daya Listrik Sistem 1 Fasa menggunakan LabVIEW Eti Karuniawati dan Rudy Setiabudy Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok, Indonesia ABSTRAK

Program yang dirancang untuk sistem 1 fasa, dapat dipergunakan untuk simulasi pengukuran nilai daya aktif, daya nyata, daya reaktif, phasor diagram, melalui Arus dan tegangan listrik AC yang dinyatakan dengan amplitudo, frekuensi, dan sudut fasa. Prosentase kesalahan hasil simulasi daya terhadap hasil perhitungan menggunakan teori daya listrik arus bolak-balik untuk setiap jenis pengukuran daya lebih kecil dari 5.10-5 %. Setiap perubahan perbedaan fasa arus dan tegangan dapat direspon secara dinamis dengan benar melalui grafik diagram phasor yang ditampilkan di panel monitor. Grafik spectrum sinyal arus untuk mengamati amplitude dan frekuensi sinyal fundamental dan sinyal harmonisa dapat merespon setiap perubahan yang terjadi dengan benar. ABSTRACT

The program is designed for 1-phase systems, simulation can be used to measure the value of active power, apparent power, reactive power, phasor diagrams, voltage and current through the AC power represented by amplitude, frequency, and phase angle. The percentage of fault simulation results of the results calculations using the theory of alternating current electricity power every type of measurement is smaller than 5.10-5 %. Any change in the phase difference of current and voltage can be dynamically respond correctly via graphs phasor diagram shown in panel monitor. Spectrum signal flow graphs for observing the signal amplitude and frequency of the fundamental and harmonic signals can respond to any changes that occur to the right. Key words : Active power; Apparent power; LABVIEW; Phasor diagram; Reactive power

1. Latar Belakang Tujuan dari skripsi ini adalah merancang simulasi dari suatu alat ukur daya listrik arus bolak-balik sistem 1 fasa sampai dapat dilakukan perekaman data menggunakan labVIEW 2009. Besarnya data yang dapat disimpan tergantung dengan kemampuan dari memori komputer yang dipakai. Hasil pengukuran daya listrik disimpan dalam bentuk datalog. Daya dalam sistem arus bolak-balik dikenal ada tiga macam, yaitu daya aktif (P) dengan satuan Watt, daya reaktif (Q) dengan satuan VAR dan daya semu (S) dengan satuan VA. Konsep pemrograman labVIEW untuk simulasi pengukuran daya menggunakan arus dan tegangan listrik AC yang dinyatakan dengan amplitudo, frekuensi, dan sudut fasa. Dalam rangkaian listrik arus bolak-balik beda fase antara tegangan dan arus memberikan informasi tentang sifat beban dan penyerapan daya atau energi listrik. Dengan mengetahui beda fase antara tegangan dan arus dapat diketaui sifat beban apakah resistif, induktif atau kapasitif. 1 Universitas Indonesia

Simulasi Pengukuran ..., Eti Karuniawati, FT UI, 2013

Analisa pembebanan yang digunakan dalam simulasi ini adalah tinjauan beban di sisi sumber, dimana untuk analisa beban non linear menggunakan sumber tegangan sinusoid namun harus memberikan arus yang non-sinusoid. Pada pembebanan nonlinier arus yang mengalir ke beban merupakan arus periodik nonsinus, walaupun sumber memberikan tegangan sinus. Pengertian daya nyata dan daya reaktif pada sinyal sinus berlaku pula pada sinyal nonsinus. Daya nyata memberikan transfer energi netto, sedangkan daya reaktif tidak memberikan transfer energi netto. Untuk mengetahui akurasi dan respon program maka dilakukan pengujian terhadap program. Pengujian untuk mengetahui tingkat akurasi program dilakukan dengan pemberian sinyal input ideal yaitu sinyal input murni (tanpa sinyal harmonisa). Sedangkan pengujian untuk mengetahui respon program terhadap adanya gangguan (sinyal harmonisa) maka pada input diberikan sinyal harmonisa. 2. Tinjauan Teoritis Arus dan tegangan sesaat dari suatu bentuk sinusoid dalam suatu periode waktu dapat dinyatakan dengan persamaan: ! ! = !! Sin !" ! ! = !! !"#(!" + !) Harga efektif dari sebuah tegangan periodik dimana ! ! = !! Sin !" adalah: 1 !

!!"# =

=

=

1 ! 1 !

= !!

!

!(!)! !" ! ! !

!!! !"#! !" !"

! !

1 − cos 2!" !" 2

!!!

! 2!

!!

!

!

1 1 − cos 2!" !" 2 2

Karena harga rata dari fungsi sinusoid yang berubah terhadap waktu sama dengan nol dalam satu periode, maka: !!"# = !!

! 2!

!! !

!1

2

!" 2 Universitas Indonesia


= !!

! 1 2! 2! 2 !

= !!

1 2

!!"# =

!! 2

Harga efektif arus sesaat !(!) = !! !"# (!" + !) adalah : !!"# =

1 !

=

1 ! 1 !

=

= !!

!

!(!)! !" ! ! !

! !"#! !" + ! !" !!

! !

1 − cos 2(!" + !) !" 2

! !!

! 2!

!!

1 1 − cos 2(!" + !) !" 2 2

!

!

Karena harga rata dari fungsi sinusoid yang berubah terhadap waktu sama dengan nol dalam satu periode, maka: !!"# = !!

! 2!

!!

!1

!

2

= !!

! 1 2! 2! 2 !

= !!

1 2

!!"# =

!"

!!

2

Berikut ini gambar segitiga daya untuk mempresentasikan hubungan anatara daya aktif, daya reaktif dan daya nyata:

3 Universitas Indonesia


Daya nyata (S)

Daya reaktif (Q)

ϕ Daya Aktif (P)

Gambar 1. Segitiga Daya Antara Daya nyata (VA) dan daya aktif (Watt)

dipisahkan oleh sudut φ, yang

merupakan beda sudut antara tegangan dan arus. Menggunakan konsep trigonometri diperoleh: ! = !!"# !!"# cos ! ! = !!"# !!"# Dengan mengetahui besarnya daya aktif (Watt) dan daya nyata (VA) maka persamaan menghitung daya reaktif (VAR) menggunakan konsep segitiga daya pada gambar 1 adalah: != !"#$%& !"#" =

! ! − !!

! !!"# !!"# !"# ! = = !"# ! ! !!"# !!"#

Sedangkan untuk sinyal non sinusoidal digunakan persamaan yang berbeda. Daya aktif P merupakan tingkat dimana energi yang dikeluarkan, hilang, atau dikonsumsi oleh beban, sehingga daya aktif (P) ini tidak terpengaruh oleh adanya distorsi harmonisa. Nilai rms arus total (!!"# ) dari bentuk gelombang harmonik dihitung sebagai akar kuadrat dari penjumlahan kuadrat rms dari semua komponen individual. ! !"#$

!!"# = !!!

1 2

!! =

1 2

! !!! + !!! + !!! + !!! + ⋯ + !!"#

%$Dengan berubahnya konsep daya listrik pada sistem non sinusoidal atau sistem yang terdistorsi, maka konsep faktor daya juga berubah. Pada sinyal nonsinusoidal dikenal istilah distortion factor (DF), ini merupakan perbandingan antara nilai rms dari arus frekuensi fundamental dan nilai total rms. !" =

!!!"# !!"#

Untuk mendapatkan nilai power factor digunakan persamaan: !"#$% !"#$%& (!") = cos ! ! !" 4 Universitas Indonesia


Total Harmonic Distortion, disingkat THD, digunakan sebagai ukuran untuk melihat berapa besar pengaruh keseluruhan adanya harmonisa terhadap sinyal sinus. !"# =

1 2

∞ ! !!! !!

!!!"#

!100%

Dimana I1rms sama dengan Irmsfundamental Kesalahan rata-rata pengukuran (% kesalahan rata-rata) di hitung dengan persamaan : % kesalahan rata − rata =

%!"#$%$!!" !"#$ !"#$%&%'(# !"#$"%#$" !"#$%&%'(#

Daya yang digunakan selama periode waktu tertentu diukur dalam Watt-jam (Wh) atau Kilowatt-jam (kWh). Pengujian untuk mengukur pemakaian daya menggunakan program simulasi ini diukur dalam watt-detik, sehingga persamaan yang digunakan untuk menghitung pemakaian daya perdetik adalah: !"#$% !"#$% =

!"#$%&'! !"#$% !"#$%&%'(# ! !"#" !"#$% 3600

3. Konsep dasar simulasi pengukuran daya Listrik sistem 1 fasa menggunakan Labview Berikut ini diagram alur konsep pemrograman yang digunakan:

Gambar 2. Alur Konsep Pemrograman 4. Analisis Pengujian dengan menggunakan sinyal input murni maupun sinyal input terdistorsi sinyal harmonisa bertujuan untuk mengetahui tingkat akurasi dan respon program. Pengujian ini meliputi: 5 Universitas Indonesia


a) pengujian dengan amplitudo tegangan, sudut fasa dan frekuensi yang konstan (tetap) tetapi amplitudo arus bervariasi b) pengujian dengan amplitudo arus, sudut fasa dan frekuensi yang konstan (tetap) tetapi amplitudo tegangan bervariasi c) pengujian dengan amplitudo tegangan, amplitudo arus dan frekuensi yang konstan (tetap) tetapi sudut fasa bervariasi Prosentase kesalahan hasil simulasi daya terhadap hasil perhitungan menggunakan teori daya listrik arus bolak-balik untuk setiap jenis pengukuran daya lebih kecil dari 5.10-5 %. Grafik diagram phasor yang ditampilkan di panel monitor dapat merespon perubahan perbedaan fasa arus dan tegangan. Gambar 3. (a),(b),(c) berikut ini beberapa contoh tampilan grafiknya:

I

Tegangan (V) V

Arus (I)

Gambar 3. (a). Arus Mendahului Tegangan dengan Beda Sudut Fasa 30° Tegangan (V) I

Arus (I)

V

Gambar 3. (b). Arus Tertinggal Dari Tegangan dengan Beda Sudut Fasa -60° 6 Universitas Indonesia


I

V

Tegangan (V)

Arus (I)

Gambar 3. (c) Arus dan Tegangan Sefasa dengan Beda Sudut Fasa 0° Daya aktif hanya dipengaruhi oleh besarnya tegangan dan arus efektif pada frekuensi fundamental serta beda fasa antara arus dan tegangan. Daya aktif tidak terpengaruh oleh adanya distorsi sinyal karena daya aktif merupakan tingkat dimana energi yang dikeluarkan, hilang, atau dikonsumsi oleh beban. Dengan memberikan nilai amplitudo maksimum arus harmonisa yang bervariasi maka bentuk keluaran sinyal arus juga berubah-ubah tergantung nilai amplitudo maksimum yang diberikan. Gambar 4 (a), dan (b) menggambarkan bagaimana sinyal harmonisa mempengaruhi bentuk gelombang sinyal arus.

1

4 3 2

(a) 7 Universitas Indonesia


1

4 3 2

(b) Keterangan gambar (a) dan (b) : 1

Gambar bentuk gelombang arus terdistorsi

2

Nilai total power

3

Amplitudo maksimum sinyal harmonisa (komponen harmonisa)

4

Nilai %THD Arus

Gambar 4. Pengaruh Sinyal Harmonisa Terhadap Daya Aktif (P), Daya nyata (S) dan Bentuk Gelombang Arus Gambar 5. (a),(b),(c), dan (d) berikut ini menggambarkan bentuk gelombang terdistorsi Akibat adanya sinyal harmonisa



Gambar 5. Bentuk gelombang terdistorsi Akibat adanya sinyal harmonisa 5. Kesimpulan Berdasarkan data hasil pengujian program yang dilakukan dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Program yang dirancang untuk sistem 1 fasa, dapat dipergunakan untuk simulasi pengukuran nilai daya aktif, daya semu, daya reaktif, phasor diagram, melalui Arus dan tegangan listrik AC yang dinyatakan dengan amplitudo, frekuensi, dan sudut fasa. 2. Prosentase kesalahan hasil simulasi terhadap hasil perhitungan teori untuk setiap jenis pengukuran daya lebih kecil dari 5.10-5 %. 3. Setiap perubahan perbedaan fasa arus dan tegangan dapat direspon secara dinamis dengan benar melalui grafik diagram phasor yang ditampilkan di panel monitor. 4. Grafik spectrum sinyal arus untuk mengamati amplitude dan frekuensi sinyal fundamental dan sinyal harmonisa dapat merespon setiap perubahan yang terjadi dengan benar. Distorsi bentuk gelombang akibat sinyal harmonisa direspon dan di tampilkan melalui grafik gelombang pada panel monitor. 6. Referensi [1]. Chi Kong Tse, Analisis Rangkaian Linear, Penerbit Erlangga. [2]. Daniel W. Hart, Power Electronics (International Edition), McGraw-Hill [3]. Dian Arttanto, Interaksi ARDUINO dan LabVIEW, PT Elex Media Komputindo, Kompas Gramedia 9 Universitas Indonesia


[4]. Nigel P.Cook, Introductory DC/AC Electronics, second edition, Prentice Hall.Inc [5]. Setiabudy, Rudy, Pengukuran Besaran Listrik, Lembaga Penerbit FEUI (LP-FEUI), Jakarta 2007 [6]. Sudhirham, Sudaryatno, Analisis Rangkaian Listrik jilid 1, Bandung, ITB April, 2012. [7]. Sudhirham, Sudaryatno, Analisis HARMONISA, Bandung, ITB, April, 2012. [8]. William H Hayt, Jack E Kemenerly, Steven M. Durbin, Rangkaian Listrik Jilid II (Pantur Silaban, Penerjemah), Edisi keenam, Erlangga, Jakarta, 1982. [9]. ZUHAL, 1988. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Penerbit PT Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. [10]. http://www.docstoc.com/docs/88073968/LabVIEW-Basic-I-Indonesiana [11]. http://www.ni.com/white-paper/3059/en [12]. http://www.ni.com/white-paper/4714/en [13]. http://www.metersandinstruments.com/images/power_meas.pdf [14]. http://www.ni.com/pdf/manuals/373427g.pdf [15]. http://my.safaribooksonline.com/book/instrumentation/0130618861/basicdefinitionsand-dc-circuits/ch02lev1sec1



Simulasi Pengukuran Daya Listrik Sistem 1 Fasa menggunakan LabVIEW

Recommend Documents