Faktor Daya

18 01 2010

Hitung Faktor Daya

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, secara grafis sudut dari segitiga daya menunjukkan rasio antara besar disipasi daya (daya yang dikonsumsi) dan besar daya yang diserap atau yang kembali. Hal ini juga terjadi pada sudut yang sama dari rangkaian impedansi dalam bentuk polar.

Ketika dinyatakan sebagai fraksi, rasio antara daya aktif dan daya semu disebut faktor daya untuk rangkaian ini. Karena daya aktif dan daya semu masing-masing mengapit sudut dan membentuk sisi miring segitiga siku-siku, rasio faktor daya juga sama dengan sudut phasa kosinus. Menggunakan nilai-nilai dari rangkaian contoh dari sebelumnya:

frml5
Perlu di catat bahwa faktor daya seperti pada semua rasio pengukuran lainnya adalah sebuah besaran tanpa dimensi satuan. Pada rangkaian resistif murni, faktor daya sempurna adalah satu, karena daya reaktif sama dengan nol maka segitiga daya akan tampak seperti garis horizontal karena panjang garis daya reaktif akan sama dengan nol. Untuk rangkaian induktif murni faktor daya adalah nol, karena daya aktif sama dengan nol maka segitiga daya akan tampak seperti garis vertikal, karena panjang garis daya aktif akan sama dengan nol.

Hal yang sama berlaku juga untuk rangkaian kapasitif murni. Jika tidak ada komponen disipasi (resistif) dalam rangkaian, maka daya aktif harus sama dengan nol, menjadikan semua daya semata-mata hanya rangkaian reaktif murni. Segitiga daya untuk rangkaian kapasitif murni ditandai oleh garis vertikal yang arahnya ke bawah dan bukan garis vertical yang arahnya keatas karena garis tersebut menunjukkan rangkaian induktif murni.

Faktor daya dapat menjadi aspek penting yang perlu dipertimbangkan dalam rangkaian arus bolak-balik, karena setiap faktor daya yang kurang dari satu menyebabkan jaringan sirkuit harus membawa arus listrik lebih besar dari pada apa yang diperlukan.

Jika rangkaian contoh terakhir adalah resistif murni, kita akan mampu memberikan 704,2 Watt penuh ke beban dengan arus sebesar 3,201 A, dari pada hanya sekedar 512,32 Watt dengan besar arus yang sama. Faktor daya yang buruk menyebabkan sebuah sistem penyaluran daya jadi tidak efisien.

Faktor daya yang buruk dapat diperbaiki, secara paradoks, dengan menambahkan beban lain yang berlawanan besar daya reaktifnya ke rangkaian seperti pada gambar impedansi campuran sebelumnya, untuk membatalkan efek dari beban reaktansi induktif itu. Reaktansi induktif hanya dapat dibatalkan oleh reaktansi kapasitif jadi kita harus menambahkan sebuah kapasitor secara paralel dengan rangkaian tersebut sebagai beban tambahan. Efek dari dua beban paralel yang bertentangan reaktansinya adalah untuk membuat total impedansi rangkaian sama dengan total resistensi murni atau untuk menyamakan sudut phasa impedansi atau setidaknya dapat lebih mendekati nol.

Karena kita telah tahu bahwa rangkaian daya reaktif induktif 483,046 VAR dari rangkaian sebelumnya, maka kita perlu menghitung ukuran kapasitor yang tepat sehingga menghasilkan besaran yang cocok untuk daya reaktif kapasitif. Karena kapasitor akan dipasang langsung secara paralel dengan sumber daya yang telah diketahui tegangannya, maka kita dapat menggunakan rumus daya yang dimulai dari tegangan dan reaktansi:

Kita gunakan nilai pembulatan pada nilai kapasitor yang didapat menjadi 31 μF dan perhatikan apa yang terjadi pada rangkaian tersebut:


sehingga perhitungan dalam aritmetika kompleks di dapat:

frml7

Catatan: Besaran tak pernah negative, tanda negatif mengindikasikan bahwa arah vector bertentangan dengan arah vector awal sebelum kapasitansi dengan kata lain menyatakan bahwa besaran daya reaktif induktif berlawanan arah dengan daya reaktif kapasitif.

Sehingga dari perhitungan diatas kita dapat menghitung besar daya setelah komponen kapasitif terpasang, yaitu sebesar:

frml8

Faktor daya rangkaian secara keseluruhan dan substansial telah diperbaiki. Arus utama telah mengalami penurunan dari 3,201 A ke 2,329 A, sementara disipasi daya yang dihamburkan oleh beban resistif tetap tidak berubah nilainya yakni 512,320 Watt, faktor daya kini lebih mendekati angka 1 (satu):

frml9

Ketika sudut impedansi masih merupakan bilangan positif ini menunjukkan bahwa rangkaian secara keseluruhan masih bersifat lebih induktif dari pada kapasitif dan demikian juga sebaliknya. Jika koreksi faktor daya di upayakan agar lebih mendekati sempurna, maka akan tiba di sudut impedansi hampir nol atau hampir resistif murni dan jika kita terlalu besar menambahkan nilai kapasitor secara paralel maka pasti akan berakhir pada sebuah impedansi sudut negative yang menunjukkan bahwa rangkaian lebih kapasitif dari pada induktif.

Sebuah simulasi rangkaian Gbr.1 di atas menunjukkan total tegangan dan arus total hampir se-phasa plot dari berbagai arus yang berhubungan dengan Vtotal tegangan ditunjukkan pada gambar di bawah ini(Gbr.2). Referensi adalah Vtotal, untuk semua pengukuran lain dibandingkan. Hal ini karena tegangan yang diberikan Vtotal, muncul di cabang-cabang paralel rangkaian. Tidak ada satupun arus bersama untuk semua komponen. Kita dapat membandingkan arus tersebut terhadap Vtotal.

gbr12
Perhatikan bahwa arus total (Itotal) ada pada phasa yang sama dengan tegangan (Vtotal), ini menunjukkan sudut phasa mendekati nol. Ini bukan kebetulan. Perhatikan bahwa arus ketinggalan, IL dari induktor akan menyebabkankan arus total memiliki phasa tertinggal di suatu tempat antara (Itotal) dan IL. Namun, arus kapasitor mendahului, IC mengkompensasi arus induktor yang tertinggal. Hasilnya adalah sudut phasa arus total berada diantara arus induktor dan kapasitor. Selain itu, arus total (Itotal) terpaksakan harus se-phasa dengan tegangan total (Vtotal), dengan perhitungan nilai kapasitor yang tepat.

Karena total tegangan dan arus berada dalam phasa yang sama, hasil dari kedua bentuk gelombang daya akan selalu positif di seluruh siklus 50 Hz daya aktif seperti pada gambar terdahulu (dibahas dibagian Daya resistif dan reaktif dalam rangkaian arus bolak balik). Apakah sudut phasa belum dikoreksi ke nol (PF=1), hasil akan menjadi negatif di mana bagian-bagian positif dari salah satu bagian negative gelombang saling tumpang tindih. Daya negatif di umpan balikkan ke generator, daya itu tak dapat dimanfaatkan, meskipun itu daya sisa di resistansi line listrik antara beban dan generator. Kapasitor parallel dapat memperbaiki masalah ini.

Perhatikan bahwa reduksi pada rugi-rugi line berlaku untuk line dari generator ke titik di mana kapasitor koreksi faktor daya diterapkan. Dengan kata lain, masih ada arus yang beredar antara kapasitor dan beban induktif. Hal ini biasanya tidak masalah karena koreksi faktor daya yang diterapkan menyinggung dekat dengan beban, seperti motor induksi.

Perlu dicatat bahwa terlalu banyak kapasitansi dalam rangkaian arus bolak balik akan menghasilkan faktor daya yang rendah sebagaimana bila terlalu banyak induktansi. Anda harus berhati-hati jangan sampai berlebihan dalam koreksi ketika menambahkan kapasitansi pada rangkaian arus bolak balik. Anda juga harus sangat berhati-hati untuk menggunakan kapasitor yang tepat untuk pekerjaan, perhatiankan nilai cukup untuk tegangan sistem tenaga listrik dan kadang-kadang tegangan spike dari petir, dampak dari melayani arus bolak balik yang terus-menerus dan kemampuan menangani level arus yang diharapkan.

Jika rangkaian didominasi induktif, kita mengatakan bahwa faktor daya tertinggal (sebab gelombang arus dari rangkaian tertinggal dari gelombang tegangan yang diberikan). Sebaliknya, jika suatu rangkaian didominasi kapasitif, kita mengatakan bahwa faktor daya mendahului.

Kesimpulan:

Faktor daya yang buruk di sirkuit arus bolak balik mungkin “dikoreksi” atau dikembalikan ke suatu nilai yang mendekati 1(satu) dengan menambahkan reaktansi paralel berlawanan efek ke beban reaktansi itu. Jika reaktansi beban itu bersifat induktif (yang hampir selalu akan terjadi), kapasitansi paralel adalah sesuatu yang dibutuhkan untuk memperbaiki faktor daya yang buruk tersebut.


Actions

Information

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s




%d bloggers like this: