Rancang Bangun Alat Untuk Perbaikan faktor Daya Pada Beban

Rancang Bangun Alat Untuk Perbaikan faktor Daya Pada Beban
Dinamis 1 fase dan Monitoring Daya Dengan LCD Grafik.
Asrul Syafrianto1, Indhana Sudiharto ST.MT.2 Ir.Sutedjo, MT.3
Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Industri, PENS-IT, Surabaya ,Indonesia,
e-mail: [email protected]
2
Dosen Jurusan Teknik Elektro Industri, PENS-ITS,Surabaya ,Indonesia.
3
Dosen Jurusan Teknik Elektro Industri, PENS-ITS,Surabaya ,Indonesia.
Abstrak
Perbaikan faktor daya sangat dibutuhkan dalam rumah tangga. Perlunya perbaikan faktor daya
pada beban rumah tangga untuk meningkatkan efisiensi penggunaan daya aktif (Watt) sehingga bisa
maksimal.
Solusi dalam permasalahan
ini yakni membuat alat perbaikan faktor daya (cos phi)
menggunakan kapasitor bank. Kapasitor bank mampu meningkatkan cos phi hingga diatas 0.85.
Pengaktifan kapasitor bank menggunakan soft switch dengan menggunakan Triac tipe BTA12.
Penggunaan softswitch sebagai saklar dari pengaktifan kapasitor bank bertujuan untuk meredam arus
inrush yang timbul akibat perpindahan dari off ke on. Pembacaan nilai cos phi , daya aktif, arus dan
tegangan akan ditampilkan ke LCD grafik.
Mikrokontroller sangat penting dalam menerapkan metode soft switch sebagai kontrol trigger
Triac. Pada beban motor memiliki faktor daya yang buruk sehingga mengatasinya dengan menggunakan
kapasitor 10uf dapat memperbaiki faktor daya yang awalnya 0.66 lagging menjadi 0.91 lagging. pada
beban kulkas faktor daya awalnya 0.68 menjadi 0.94 lagging dengan capasitor 8 uf, sedangkan pada
beban kulkas dan motor pompa yang awal faktor dayanya 0.71 lagging menjadi 0.96 lagging dengan
capasitor 18 uf.
Keywords: faktor daya , soft switch, Triac, arus inrush, mikrokontroller, cos phi, lagging , leading.
yang bisa menjaga kualitas daya semakin baik yakni
dengan menggunakan softswitch SVC dan penggunaan
LCD grafik untuk menampilkan gelombang daya,
tegangan, arus serta menampilkan nilai cos phinya.
1. PENDAHULUAN
Kualitas daya yang baik akan memperbaiki drop
tegangan, faktor daya, rugi–rugi daya, kapasitas daya
dan efisiensi energi listrik. Perbandingan antara daya
aktif (kW) dan daya semu (kVA) akan menghasilkan
power faktor (Cos θ). Kualitas daya yang baik adalah
jika power faktor > 0,8 (Cos θ > 0,8) sehingga
meningkatkan efisiensi tenaga listrik. Beban-beban
dengan sifat induktif menyebabkan rendahnya power
faktor (Cos θ).
Untuk memperbaiki power faktor (Cos θ) pada
sistem tenaga listrik dengan beban induktif diperlukan
suatu kompensator daya reaktif dengan mikrokontroler
sebagai kontroller soft switch otomatis. Fungsi dari
kontroler soft switch otomatis adalah untuk mengatur
penggunaan kapasitor sesuai dengan nilai yang
diinginkan dari faktor daya yang akan diperbaiki.
Kompensator daya reaktif konvensional pada umumnya
terdiri dari capasitor bank yang dihubungkan paralel
dengan beban melalui switch kontaktor. Kompensator
daya reaktif dengan switch kontaktor menyebabkan
arus inrush yang sangat besar, dapat mencapai 5
sampai 7 kali arus nominal. Arus inrush terjadi hanya
pada saat awal arus pengisian capasitor bank. Pada
beban dinamis, maka power faktor selalu berfluktuasi
dan arus inrush akan terjadi berulang-ulang, sehingga
mengakibatkan kerusakan pada switch kontaktor dan
capasitor.
Pada proyek ini untuk mengatasi permasalahan
pada kualitas daya tersebut, dipasang suatu peralatan
2. DASAR TEORI
Teori
yang
digunakan
sebagai
pelaksanaan tugas akhir ini adalah:
2.1
dasar
Kualitas Daya
Daya dalam rangkaian DC sama dengan
perkalian antara arus dan tegangan. Daya dalam
rangkaian AC pada setiap saat sama dengan perkalian
dari harga daya rata – rata dalan satu periode sama
dengan perkalian antara arus dan tegangan efektif.
Tetapi jika ada reaktansi dalam rangkaian, arus dan
tegangan tidak sephase selama siklusnya
seperti
halnya arus bernilai negatif seraya tegangan bernilai
positif. Hal ini menghasilkan besarnya daya kurang dari
perkalian I dan V.
Perkalian arus dan tegangan efektif dalam
rangkaian AC dinyatakan dalam voltampere (VA) atau
kilovoltampere (KVA). Satu KVA sama dengan 1.000
VA. Daya yang berguna atau daya nyata diukur dalam
watt dan diperoleh jika voltampere dari rangkaian
dikalikan dengan faktor yang disebut dengan faktor
daya. Maka dalam rangkaian AC satu phase adalah:
P(dalam watt) = V x I x faktor daya
1
tegangan bervariasi dalam rangkaian yang
berbeda dari kondisi sephase sampai mendahului
atau tertinggal ¼ siklus atau 90˚.oleh karena itu
waktu dapat diukur dalam derajat listrik, beda
waktu atau beda phase dari arus dan tegangan
biasanya dinyatakan dalam derajat listrik dan
disebut sudut phase.
Pdalam watt
Faktor daya VxI
P = V × Iaktif
P = VI Cos θ
Oleh karena daya adalah EI dikalikan dengan
faktor daya, maka faktor daya suatu rangakaian AC
sama dengan kosinus dari sudut phase. Hubungan
antara daya dalam watt (P), voltampere (VA) dan
voltampere reaktif (VAR) dapat dinyatakan dengan
segitiga seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2.2.
sudut θ adalah sudut phase rangkaian. Alas segitiga
menyatakan daya nyata (VA), tingginya menyatakan
daya reaktif (VAR), dan hipotunosa menyatakan daya
aktif (W).
Harga faktor daya tergantung dari beda phase
antara arus dan tegangan. Capasitor daya AC sebagai
kompensator yang dihubungkan jaringan maka akan
mengakibatkan arus beban mendahului 90 derajat,
Ic=Im sin (wt+90°). Sehingga akan mengakibatkan arus
beban menjadi sephase dengan tegangan. Dimana arus
beban yang tertinggal 90 derajat akan terkompensasi
arus capasitor mendahului sebesar 90 derajat, Ib=Ib sin
(wt-90°+90°)=Ib sint. Hal tersebut ditunjukkan pada
Gambar 2. 2.
I
V
Gambar 2. 3 Arus dan tegangan
V
I
Gambar 2. 4 Arus tertinggal 30˚ dari Tegangan
I
V
Gambar 2. 1 Diagram phasor konsep kompensator
Gambar 2. 5 Arus mendahui 30˚ dari Tegangan
daya nyata ( VI cos θ )
θ
daya reaktif ( VI sin θ )
2.3 Penggunaan Segitiga Daya dan Tabel Cos θ
Untuk Analisa Perbaikan Faktor Daya
daya aktif (VI )
Gambar 2. 2 Hubungan antara daya, voltampere dan
voltampere reaktif
Oleh karena Voltampere sama dengan VI daya
nyatanya adalah VI Cos θ, dan voltampere reaktifnya VI
Sin θ. Juga terjadi hubungan sebagai berikut.
Gambar 2.6 Segitiga Daya
Penjumlahan dari daya aktif dan daya reaktif
menghasilkan daya nyata.
S P Q Dimana:
P = daya aktif (kW)
S = daya nyata (kVA)
2.2
Hubungan Phase
Ada tiga kemungkinan hubungan phase antara
arus dan tegangan dalam satuan rangkaian.
1.
Arus dan tegangan mungkin sephase seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 2.4.
2.
Tegangan dapat melalui harga nol dan naik ke
harga tertinggi pada waktu yang lebih dahulu dari
arus seperti dalam Gambar 2.5. Dalam hal ini arus
dikatakan tertinggal dari tegangan.
3.
Tegangan dapat melalui harga nol dan harga
tertingginya pada beberapa saat kemudian dari
pada arus seperti dalam gambar 2.6. Dalam hal ini
arus dikatakan mendahului tegangan. Lamanya
waktu dimana arus mendahului atau tertinggal dari
Q = daya reaktif (kVAR)
Faktor daya:
daya aktif P
cos θ
daya nyata S
2.4
Zero Crossing dan Phase Detector (Detektor
Phasa)
Rangkaian ini berfungsi untuk mendeteksi
perbedaan sudut phasa yang mengalir ke beban.
Detektor Phasa dibuat menggunakan komparator dan
gerbang logika XOR. Komparator digunakan untuk
mendapatkan informasi saat nilai tegangan dan nilai
arus tepat melewati titik nol. Gerbang logika XOR
digunakan untuk mengetahui nilai beda sudut phasa.
Nilai perbedaan sudut phasa didapat dengan
menghitung selang waktu antara tegangan naik dan
tegangan turun pada keluaran gerbang logika XOR.
Rangkaian detektor phasa ini ditunjukkan pada Gambar
2.13, serta sinyal input dan output pada rangkaian zero
crossing detector dapat dilihat pada Gambar 2.14.
(a)
3. Perencanaan capasitor bank dan pembuatan soft switch.
4. Perencanaan dan pembuatan mikrokontroller dan display.
3.1. Perencanaan dan
positive clamper
Pembuatan
rangkaian
Rangkaian klamper pada tugas akhir ini dirancang
dan dibuat untuk menaikan tegangan AC dengan nilai
referensi tegangan minimum peak to peaknya diatas 0.
Tujuan dari pembuatan rangkaian klamping ini untuk
mendapatkan nilai tegangan AC yang dapat dibaca oleh
ADC pada mikrokontroller. Karena ADC tidak dapat
membaca nilai yang dibawah 0. Nilai tegangan AC
keluaran rangkaian klamping yang dibaca ADC akan
diproses pada mikrokontroller dan akan ditampilkan
pada LCD grafik yang berbentuk gelombang sinus.
(b)
Gambar 2.7 (a) Rangkaian Detektor Phasa
(b) Input dan output pada rangkaian phasa detector
(b)
(a)
Gambar 3.2. (a).rangkaian positif clamper
(b).hasil simulasi rangkaian positif clamper
2.5
Kapasitansi Kapasitor Bank
Perhitungan nilai capasitor digunakan untuk
setiap beban yang terpasang pada sistem, sehingga
dapat memperbaiki power faktor dengan maksimal.
Dalam menentukan kapasitansi capasitor bank
dilakukan terlebih dahulu perhitungan daya reaktif
kompensator. Daya reaktif konpensator dibagi dengan
banyaknya step VAR kompensator. Daya reaktif
kompensator tiap step VAR kompensator digunakan
untuk perhitungan kapasitansi capasitor bank tiap step
VAR kompensator. Dengan demikian akan didapatkan
kapasitansi capasitor untuk tiap step VAR kompensator
yang digunakan.
Daya reaktif konpensator:
Q()* = P × (tan θ, − tan θ )
Keterangan:
P
: Daya Aktif (watt)
Qcap
: Daya Reaktif Konpensator(VAR)
: sudut sebelum diperbaiki
θ1
: sudut setelah diperbaiki
θ2
3.2.1. Sensor tegangan
Sensor tegangan yang digunakan dalam tugas
akhir ini yaitu pembagi tegangan (Voltage Devider).
Voltage devider ini digunakan untuk mendeteksi
tegangan keluaran sistem yang digunakan pembanding
antara arus dan tegangan untuk mengetahui beda
fasanya. Sensor tegangan dirancang dengan tegangan
output 4.25 volt AC yang mewakili 220 volt AC. Nilai
tegangan referensi yang diharapkan yaitu 220 volt AC.
Sensor
pembagi
tegangan
yang
digunakan
menggunakan resistor yang disusun secara seri dengan
perhitungan menurut hukum KVL (Kirchof Voltage
Low).
3.2.2. sensor arus
-
3. KONFIGURASI SISTEM
Sensor arus dengan ZCT
Sensor arus jenis ZCT (Zero Current
Transformer) cara pengoperasiannya dengan cara
melilitkan kabel dari 1 fasa yang menuju kebaban pada
lingkaran fisik dari ZCT. ZCT akan membaca arus yang
mengalir kebeban dengan cara mengeluarkan tegangan
AC dari 2 buah kabel keluaran pada ZCT. Pada
keluaran ZCT yang berupa tegangan AC ini akan
dimasukan ke dalam rangkaian sensor beda fase.
Sensor arus dengan ACS
Sensor arus yang digunakan adalah sensor arus
jenis IC ACS 712. IC ACS 712 ini memiliki kelebihan
dibandingkan sensor arus ZCT yakni pada arus yang
disensornya. Pada IC ACS 712 dapat menyensor arus
AC dan arus DC sedangkan pada ZCT hanya dapat
menyensor arus AC saja. Keluaran dari sensor arus
jenis IC ACS ini berupa teggangan DC. Pada tegangan
keluaran nya apabila tidak dialiri arus minimal 2,5 volt
dan maksimal dengan range pembacaan sebesar 30 A
yakni tegangan keluarannya sebesar 5 volt DC.
Tegangan keluaran pada sensor arus ini akan masuk
kedalam port ADC mikrokontroller untuk diproses yang
kemudian akan ditampilkan nilai arusnya kedalam LCD
grafik
Pada perencanaan dan pembuatan perangkat
keras rancang bangun alat untuk perbaikan faktor daya
pada beban dinamis 1 fase dan monitoring daya
dengan lcd grafik mengacu pada blok diagram yang
ditunjukkan pada Gambar 3.1 dibawah.
Gambar 3.1. Blok diagram rancang bangun alat untuk
perbaikan faktor daya pada beban dinamis 1 fase dan
monitoring daya dengan lcd grafik
Berdasarkan Gambar 3.1 perencanaan dan pembuatan
perangkat keras pada Tugas Akhir ini meliputi:
1. Perencanaan dan Pembuatan rangkaian klamper
2. Perencanaan dan pembuatan sensor.
3
3.2.3.
Zero Crossing Detector (Detektor Phasa)
Menggunakan IC Op-Amp Lm 324 untuk
mengubah sinyal tegangan sinusoidal dari sensor
tegangan dan sensor arus menjadi sinyal step. Sinyal
step dari sensor tegangan dan sensor arus kemudian
dimasukkan gerbang logika XOR untuk menghasilkan
sinyal step yang menunjukkan nilai beda phasa. Beda
fasa atau Cos θ sangat penting dalam perancangan alat
tugas akhir ini karena mempengaruhi berapa kapasitor
yang aktif untuk mengkompensasi VAR yang
dibutuhkan beban agar cos θ nya lebih dari 0,8.
Pengujian system menyangkut beberapa hal sebagai
berikut:
1. Pengujian sensor.
2. Pengujian monitoring LCD grafik.
3. Pengujian sistem tanpa kapasitor bank dan dengan
kapasitor bank
Berikut ini adalah gambar panel box system dan
gambar rangkaian system yang telah terintegrasi.
10kΩ
10kΩ
3.9kΩ
10kΩ
10kΩ
3.9kΩ
Gambar 3.3. Zero Crossing Detector (Detektor Phasa)
3.2.4. Soft switch dengan Thyristor
Gambar 3.4 Soft switch dengan thyristor triac BTA12
Gambar 4.1. Panel Box system
Pada gambar diatas dapat dilihat bahwa pin 2
pada optocoupler diberi inputan aktif high dari
mikrokontroller sebagai trigger agar gate terbuka,
sehingga tegangan dari pin 6 dapat melewati pin 4.
Tegangan tersebut digunakan untuk mentrigger gate
pada thyristor agar kapasitor bank yang dipasang
secara parallel dapat bekerja atau mengkompensasi
daya reaktif untuk memperbaiki cos θ pada beban.
3.2.5. Perencanaan capacitor bank
Target yang diinginkan dalam perancangan
kapasitor bank yakni dengan cos phi 0,99. Menentukna
target dengan cos phi 0,99 dikarenakan pada kapasitor
yang ada dipasaran memiliki toleransi sebesar 1
05%
dan nilai toleransi kapasitor tertera pada body
kapasitornya.
Sehingga
dalam
perancangan
memaksimalkan dengan cos phi 0,99. Pada pembuatan
alat ini memiliki target cos phi > 0,9.
Perencanaan dan pembuatan mikrokontroller
dan display.
Perencanaan dan pembuatan mikrokontroller
sangatlah
penting
dikarenakan
fun
gsi
dari
mikrokontoler pada proyek ini yakni sebangai pengatur
pengaktifan dari capasitor bank , dan juga menampilkan
informasi pada LCD. IC mikrokontroller yang digunakan
pada proyek akhir ini adalah ATMEGA 128 dan LCD
yang digunakan yakni jenis LCD grafik 128x64 sebagai
alat monitoringnya. Berikut ini adalah perencanan dan
pembuatan dari mikrokontroller dan display.
Gambar 4.2. Sistem yang terintegrasi
3.3.
4.1. Pengujian rangkaian sensor
Pengujian sensor meliputi pengujian sensor
tegangan, sensor arus dan pengujian sensor phasa
detektor. Pengujian sensor tegangan dan sensor arus
dilakukan secara bergantian. Pengujian sensor beda
fase merupakan integrasi sensor arus, sensor tegangan
dan masuk ke rangkaian phasa detektor, sehingga
didapat nilai cos phinya.
4. PENGUJIAN DAN ANALISIS
4.1.1.
Sensor tegangan
Pada Bab IV dibahas tentang pengujian terhadap
system yang
dibangun disertai dengan analisa.
Berikut ini adalah gambar dari sensor tegangan
yang telah dibuat :
Gambar 4.3. Sensor Tegangan
Gambar 4.6. Keluaran gelombang tegangan ZCT.
Time/div = 5ms; volt/div =50 volt;
Sensor tegangan diuji dengan memberikan tegangan
variable dari variac AC 1 fase. Berikut adalah tebel
pengujian dari sensor tegangan.
Pengujian sensor arus ZCT menggunakan beban
resistor variable dan dengan variac 1 fase.berikut ini
adalah data dari pengujian sensor arus ZCT.
Tabel 4.1. pengujian sensor tegangan keluaran AC
No.
Vin ( volt ) AC
Vout (Volt) AC
1
50.3
1.020
2
100.6
2.054
3
150.2
3.025
4
200.7
4.11
Tabel 4.2 Pengujian sensor arus ZCT
Dari hasil pengujian telah didibuktikan bahwa sensor
tegangan dapat digunakan untuk masuk kedalam sensor
beda fasa .
-
ADC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
20.6
49.5
67
85.9
105
147
189
232
277
319
0.020
0.023
0.026
0.029
0.032
0.038
0.044
0.050
0.057
0.063
Penguat
Non
inverting
25 kali
(volt)
0.497
0.576
0.650
0.709
0.776
0.933
1.080
1.230
1.396
1.544
Pembacaan
arus
Amperemeter
(Ampere)
Pembacaan
Arus di
LCD
(Ampere)
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0.21
0.41
0.61
0.81
1
1.2
1.4
1.6
1.82
2.02
Dari tabel 4.2 dapat disimpulkan bahwa pada
sensor arus ZCT memiliki keluaran tegangan yang
sangat kecil. Tegangan keluaran pada ZCT dengan
pengujian tanpa lilitan pada body ZCT tegangan yang
terbaca dengan arus yang mengalir 0,2 Ampere sebesar
0,02 volt. Dengan penguat 25 kali maka tegangannya
menjadi 0,497 volt untuk pembacaan ADCnya yakni
20,6 kemudian penampilan pembacaan arus pada LCD
grafik yakni 0,21 ampere. Persen error dari pembacaan
arus 0,2 amprere yakni sebesar 5%. Dari pengujian
sensor arus ini pada range pembacaan 1 ampere samapi
dengan 1,6 ampere memeiliki persentase error pada
pembacaan ampere meter analog dibandingkan dengan
pembacaan di LCD grafik yakni sebesar 0%. kemudian
pembacaan pada arus 1,8 ampere dan 2 ampere
memilikin persen error 1,1% dan 1 %. Kesimpulan dari
hasil pengujian sensor arus ZCT ini yeng memiliki
persen error yang tinggi pada pembacaan arus 0,2
ampere dengan error sebesar 5%.
Gambar 4.4. Keluaran dari sensor tegangan AC
Time/div = 5ms; volt/div =50 volt;
4.1.2.
no
Tegangan
keluaran
ZCT
(Volt)
Sensor arus
Pengujian sensor arus ZCT
Sensor arus yang digunakan pada proyek akhir
ini yakni jenis sensor ZCT dan ACS. Tegangan
keluaran pada ZCT dari hasil pembacaan arus yang
mengalir kebeban berupa tegangan AC.. Berikut ini
adalah gambar dari sensor arus yang telah dibuat :
Gambar 4.5. Bentuk model sensor arus ZCT.
5
E
Pem
1
A
2.5
C
2
amapere
B
meter
analog
1.5
D
1
E
LCD grafik
Gambar 4.8 Zero Crossing Detector (Detektor Phasa)
0.5
Keterangan pada gambar 4.8 :
0
-
A = titik A (gelombang sinyal keluaran sensor
tegangan)
Gambar 4.7. Grafik pengujian sensor arus ZCT
-
Pada gambar 4.7 menununjukkan grafik
perbandingan antara pembacaan arus pada amapere
meter analog dan pembacaan di LCD grafik.
B = titik B (gelombang sinyal keluaran sensor
arus)
-
C = titik C (sinyal step tegangan)
-
D = titik D (sinyal step arus)
Berikut adalah listing progam dari pembacaan
sensor arus dengan menggunakan bahasa visual C++:
-
E = titik E ( sinyal beda fasa)
0
5
10
15
temp0=0;
for(j=0;j<1000;j++)temp0=temp0+read_adc(0);
temp0=(temp0/1000);
if(temp0<105)
{
arus=(temp0/105);
}
else
{
temp=(temp0-105);
temp1=(temp/209);
arus=temp1+1;
}
4.1.3. Rangkaian Zero Crossing Dan Phasa
Detector (Sensor cos phi)
Rangkaian zero crossing dan phasa detector
merupakan kelanjutan sensor arus dan sensor tegangan,
Kemudian diolah oleh IC-XOR dan menghasilkan
sinyal step yang menginformasikan data beda fasa
antara tegangan dan arus. IC-XOR digunakan sebagai
pembanding dari 2 sinyal input yaitu sinyal arus dan
tegangan yang merupakan keluaran dari zero crossing
yang mempunyai beda phasa, seperti yang telah
diketahui bahwa IC-XOR memiliki cara kerja sebagai
berikut:
1. Jika kedua input berlogika sama maka output akan
bernilai logika "0".
Gelombang
Sinyal tegangan
Gelombang
Sinyal arus
Gambar 4.9 Masukan pada rangakain zero crossing
detector
Time/div = 5ms; volt/div =0,2volt;
Pada gambar 4.9 menunjukkan gambar dari
sinyal tegangan keluaran dari sensor tegangan yang
diambil dari titik A pada gambar 4.8 dan sinyal arus
keluaran dari sensor arus yang diambil dari titik B pada
gambar 4.8. Untuk gelombang sinyal tegangan yang
memiliki amplitudo yang besar dan untuk gelombang
sinyal arus memuiliki amplitudo yang kecil.
Pengambilan data ini melakukan pengujian dengan
beban motor pompa dengan cos phi motor pompa yakni
0,66 lagging.
Sinyal step tegan
2. Jika kedua input berlogika tidak sama maka output
akan bernilai logika "1".
Sinyal gelombang kotak yang keluar dari zero
crossing arus dan tegangan masuk ke rangkaian
komparator untuk dibandingkan dengan menggunakan
IC TTL XOR 74LS86 sehingga diketahui perbedaan
sudut phase antara tegangan dan arus mengalir pada
beban.
Sinyal step arus
Gambar 4.10 Keluaran pada ragkaian zero crossing
detector
Time/div = 5ms; volt/div =10volt;
Pada gambar 4.10 yakni gelombang sinyal
tegangan dan arus yang telah dirubah bentuk sinyal
step. Sinyal step pada tegangan diambil dari titik C
pada gambar 4.8 dan sinyal step arus diambil dari titik
D pada gambar 4.8. Pada gambar 4.10 terlihat jelas
perbedaan sudut fasa antara sinyal tegangan dan arus.
Kedua buah sinyal ini akan masuk ke rangkaian fase
detector untuk diambil diketahui berapa derajat
perbedaan antara fase tegangan dan fase arusnya
4.2. Pengujian monitoring LCD grafik.
Pengujian LCD Grafik menggunakan program
yang telah dibuat. Program lcd grafik menggunakan
basaha C dengan software code vision.
Sinyal beda fasa
Gambar 4.11 Keluaran dari rangkaian fese detector
Time/div = 5ms; volt/div =10 volt;
Pada gambar 4.11 yakni bentuk gelombang
sinyal beda fase hasil dari perbandingan sinyal arus dan
tegangan. Sinyal step diambil dari titik E pada gambar
4.8. Sinyal beda fase masuk ke port f bit 2 pada
mikrokontroller AT Mega 128 yang kemudian dibaca
nilai lebar pulsa yang berlogika 1 atau high dari sinyal
beda fase tersebut kemudian nilai itu dikonversi
kedalam nilai derajat setelah itu dikonversi kedalam
nilai cos phi. Berikut adalah listing program dari
pembacaan cos phi :
void baca_CP(void)
{
unsigned char counter=0;
while(PINF.2==1);
while(PINF.2==0);
while(1)
{
counter++;
delay_ms(1);
if (!PINF.2) break;
}
while(PINF.2==0);
while(1)
{
counter++;
delay_ms(1);
if (!PINF.2) break;
}
cos_phi=(counter/20.0)*360; //phi=phi/20ms * 360
cos_phi=cos(cos_phi);
cos_phi=fabs(cos_phi);
}
Dari pengertian program cos phi ini yakni
membaca pulsa dengan menggunakan counter yang
membaca apabila pulsa berlogika 1. Pembacaan
tersebut dilakukan setiap waktu 1 ms. Apabila sinyal
kotak berlogika low atau 0 maka counter akan berhenti
berjalan kemudian hasil pembacaan counter akan
diteruskan untuk konversi kedalam nilai cos phi. Dan
kemudian akan ditampilkan pada LCD grafik.
(a)
(b)
Gambar 4.12. (a) Pengujian LCD grafik untuk
measurement
(b) Pengujian LCD grafik untuk nilai ADC dan
bentuk grafik
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui
kelayakan dari LCD grafik dalam menampilkan suatu
perintah dari mikrokontroller untuk menampilkan
tampilan yang telah diprogram.
Program untuk menampilkan measurement sebagai
berikut
void measurement(void)
{
initlcd();
bersih();
sTeks(0,5,tNAME,15);
sTeks(2,0,tvolt,10);
sTeks(3,0,tampere,12);
sTeks(4,0,twatt,11);
sTeks(5,0,tcosphi,8);
while(1)
{
baca_sensor();
ftoa(tegangan,3,mystr);
sTeks(2,15,mystr,3);
ftoa(arus,4,mystr);
sTeks(3,15,mystr,4);
baca_CP();
ftoa(cos_phi,4,mystr);
sTeks(5,65,mystr,4);
ftoa(daya,5,mystr);
sTeks(4,15,mystr,5);
if (cos_phi <0.5)
Tabel 4.3 Pengujian sistem Tanpa Kapasitor
{sTeks(6,0,tled,7); }
if (cos_phi >0.5)
{sTeks(6,0,tlag,7); }
};
Program untuk menampilkan grafik sebagai berikut :
void grafik(void)
{
initlcd();
bersih();
sTeks(0,0,twatt,11);
while(1)
{
baca_sensor();
baca_CP();
ftoa(daya,5,mystr);
sTeks(0,15,mystr,5);
fp=daya/10;
ip2=floor(fp);
// integer pembulatan
kebawah
for (i=0;i<127;i++)
{data[i]=data[i+1];}
No
1
2
4
Nama
beban
Motor
pompa
kulkas
Kulkas
dan
motor
pompa
V
(Volt)
I
(ampere)
224
(Fluke
meter)
1
(Fluke meter)
1
224
(lcd )
224
(Fluke
meter)
224
(lcd )
224
(Fluke
meter)
224
(lcd )
(lcd )
0.77
(Fluke meter)
0.78
(lcd )
1.81
(Fluke meter)
1.82
(lcd )
Cos phi
0.66 lag
(Fluke
meter)
0.64 lag
(lcd )
0.68 lag
(Fluke
meter)
0.67 lag
(lcd )
0.71 lag
(Fluke
meter)
0.70 lag
(lcd )
P
(Watt)
150
(Fluke
meter)
S
(VA)
%
C
220
143.3
(lcd )
116
(Fluke
meter)
115.3
170
1
(lcd )
280
(Fluke
meter)
285.3
410
1
Cos phi
P
(Watt)
S
(V
0.91 lag
(Fluke
meter)
139
0.89 lag
(lcd )
139m.5
0.94 lag
(Fluke
meter)
118
0.94 lag
(lcd )
122.1
0.96 lag
(Fluke
meter)
356
0.96 lag
(lcd )
359.1
(lcd )
pada tabel 4.5 dari pengujian sistem tanpa
kapasitor dapat dilihat bahwa untuk pembacaan cos phi
pada lcd grafik dibandingkan dengan pembacaan
cosphi pada fluk meter memiliki % error yang tinggi
pada pembacaan cos phi dengan % error sebesar 3%.
Sedangkan pada pembacaan cos phi pada dengan
persen error yang rendah mencapai 1,4 %.
//A.geser 1 titik ke
kiri
data[127]=ip2; //A.dapatkan titik baru di ujung
kanan
bersihbawah(3);
for (i=0; i<127;i++) // A & B
{titik(i,data[i]); } //A & B tampilkan titik
Tabel 4.4 Hasil Pengujian sistem dengan Kapasitor
};
Nama
beban
Dengan
pemakaian
Kapasitor
(uF)
Motor
pompa
10 uf
Dengan
toleransi
1
05%
}
No
4.3. Pengujian system tanpa kapasitor bank dan
dengan kapasitor bank
Dalam pengujian ini dilakukan untuk mengetahui
nilai daya, arus, tegangan, dan cos phi pada beban yang1
dpakai. Beban yang digunakan berupa kulkas , AC dan
motor pompa. Pada tugas akhir ini target diatas 0.9.
tetapi perancangan kapasitor dengan target 0,99
dikarenakan pada kapasitor yang ada memiliki toleransi
2
faradnya sekitar 1
05% dengan adanya toleransi itu maka
perancangan dimaksimalkan.
kulkas
Motor
pompa
dan
kulkas
3
8 uf
Dengan
toleransi
1
05%
18 uf
Dengan
toleransi
1
05%
V
(Volt)
I
(ampere)
224
(Fluke
meter)
224
(lcd )
0.69
(Fluke meter)
224
(Fluke
meter)
224
(lcd )
224
(Fluke
meter)
224
(lcd )
0.70
(lcd )
0.56
(Fluke meter)
0.58
(lcd )
1.66
(Fluke meter)
1.67
(lcd )
Dari tabel 4.6 hasil pengujian sistem dengan
menggunakan kapasitor dapat disimpulkan bahwa
dengan perencanaan kapasitor bank untuk target cos phi
0,99 namun untuk data yang didapatkan dari pengujian
yakni pada beban motor pompa menjadi cos phi 0,91
lag. hal ini membukitkan bahwa untuk nilai farad yang
terkandung dalam kapasitor tidak sebenarnya yang
tertera pada label dari bodi kapasitor tersebut dan
memiliki toleransinya.
Gambar 4.13 Kapasitor bank
Pada tabel 4.5 Berikut adalah hasil dari pengujian yang
dilakukan.
Untuk persen error pada cos phi perancangan dengan
cos phi hasil pengujian.
8
15
12
36
[6] Epcos,”Damping of Inrush Current in Low-
Pada motor pompa :
5364789:; − 5364<:=>
% 23 cos 4 =
?100%
5364789:;
Voltage PFC Equipment”, Aplication Note, 2001.
[7] Atmel,”8-bit AVR Microcontroller with 16K Bytes
In-System Programmable Flash”, Atmega16
datasheet, 2002
[8] www.electroniclab.com/index.php?option=com_c
ontent&view=article&id=12:thyristor&catid=6:elka
dasar&Itemid=7
0.99 − 0.91
?100%
% 23 5 cos 4 =
0.99
% 23 536 4 = 8.08 %
Untuk konsumsi arusnya berkurang dari 1 ampere
menjadi 0,69 ampere sehingga pada daya semu juga
berkurang dari 220 VA menjadi 159 VA.
Pada motor kulkas :
5364789:; − 5364<:=>
% 23 cos 4 =
?100%
5364789:;
% 23 5 cos 4 =
0.99 − 0.94
?100%
0.99
% 23 536 4 = 5.05 %
Untuk konsumsi arusnya berkurang dari 0.78 ampere
menjadi 0,56 ampere sehingga pada daya semu juga
berkurang dari 170 VA menjadi 124 VA.
Pada motor pompa dan kulkas :
% 23 cos 4 =
5364789:; − 5364<:=>
?100%
5364789:;
% 23 5 cos 4 =
0.99 − 0.96
?100%
0.99
% 23 536 4 = 3.03 %
Untuk konsumsi arusnya berkurang dari 0.78 ampere
menjadi 0,56 ampere sehingga pada daya semu juga
berkurang dari 410 VA menjadi 355 VA.
Pada beban rumah tangga meskipun
diberi denda dengan buruknya cos phi tetapi
bertujuan untuk meningkatkan efisensi
penggunaan beban rumah tangga, sehingga
memaksimalkan pada pemakaian dayanya.
tidak
disini
pada
bisa
DAFTAR PUSTAKA
[1] Achmad
[2]
[3]
[4]
[5]
Fanani, ”Power faktor Regulator
Mengunakan PLC(HARDWARE)”, Proyek Akhir
PENS – ITS, 2001.
Rety Silvana, Florentina, ”Perbaikan Kualitas
Daya menggunakan Soft Switch Static Var
Kompensator untuk beban dinamik pada
industri”, PENS-ITS, Surabaya, 2006.
Indhana Sudiharto, ST, MT, ”Desain Soft
Switched Static Var Compensator Untuk
Mengurangi Inrush Current Pada Capasitor
Bank”, Tesis Teknologi Industri – ITS, 2006.
Arif,
Faisyal,
”Power
Faktor
Regulator
menggunakan PLC Zelio”, PENS-ITS, Surabaya,
2007.
Allegro MicroSystems,”Fully Interated, Hall
Effect-Base Linear Current Sensor IC with 2.1
kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current
Conduktor”, ACS712, 2006-2009.
9