ANALISIS PERBANDINGAN SISTEM KELISTRIKAN AC
DAN DC PADA JARINGAN TEGANGAN RENDAH
SKRIPSI
AINUL ROCHMAN 0806455061
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO DEPOK
ANALISIS PERBANDINGAN SISTEM KELISTRIKAN AC
DAN DC PADA JARINGAN TEGANGAN RENDAH
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana
AINUL ROCHMAN 0806455061
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO DEPOK
KATA PENGANTAR
Puji serta syukur penulis panjatkan kepada Allah Subhanahu wa Ta’ala, karena berkat rahmat dan karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. Penulis menyadari penulisan skripsi ini tidak terlepas dari adanya pihak-pihak yang telah membantu sehingga penulisan skripsi ini dapat terselesaikan. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Prof. Dr. Ir. Rudy Setiabudy, DEA dan Dr.-Ing. Eko Adhi Setiawan, S.T., M.T yang telah menyediakan waktu, tenaga, serta pikiran dalam membimbing dan mengarahkan penulis dalam skripsi ini;
2. Ir. Budiyanto, MT yang telah memberikan masukan-masukan dalam penulisan skripsi ini;
3. orang tua yang telah mendukung penulis baik moral maupun material; 4. para asisten Laboratorium Tegangan Tinggi dan Pengukuran Listrik
(TTPL) yang telah meminjamkan alat-alat ukur untuk penyusunan skrispsi ini;
5. Reno atas charger handphone-nya yang telah diberikan kepada penulis untuk pengukuran pada skripsi ini;
6. Leonardo dan Gilbert yang telah meminjamkan multimeternya;
7. Ramadhani, Heru, Beng Tito, Aditya yang telah membantu penulis pada saat pengukuran; dan
8. seluruh sivitas akademika Departemen Teknik Elektro UI yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
Penulis juga menyadari bahwa skripsi ini masih terdapat kekurangan sehingga penulis berharap adanya saran dan kritik yang membangun agar ke depannya menjadi lebih baik. Akhirnya, penulis berharap semoga buku skripsi ini dapat berguna bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Depok, 13 Juni 2012
Program Studi : Teknik Elektro
Judul : Analisis Perbandingan Sistem Kelistrikan AC dan DC pada Jaringan Tegangan Rendah
Sistem distribusi AC telah lama dipilih sebagai sistem distribusi yang handal karena mempunyai kelebihan dalam hal konversi tegangan. Namun demikian, penerapan sistem AC ini menyebabkan perlunya penggunaan konverter AC-DC pada setiap beban DC baik pada rumah tangga, fasilitas komersial, maupun perkantoran. Penggunaan konverter AC-DC ini menimbulkan adanya rugi-rugi konversi dimana rugi-rugi konversi ini dapat semakin meningkat seiring dengan meningkatnya penggunaan beban-beban DC. Skripsi ini membahas tentang perbandingan jatuh tegangan dan rugi daya pada sistem AC dan DC serta membahas tentang rugi-rugi konversi yang ada pada konverter AC-DC dari laptop dan ponsel. Selain itu, juga dipaparkan beberapa topologi sistem DC pada rumah tangga yang dapat menjadi alternatif untuk permasalahan rugi-rugi konversi yang ada pada sistem AC. Dari hasil pengukuran, pada AC Adapter laptop yang diuji, didapatkan bahwa konverter AC-DC ini memiliki rugi-rugi 1 W hingga 5 W dengan efisiensi rata-rata 94 %. Sedangkan pada AC Adapter ponsel yang diuji, rugi-rugi konversi rata-rata yang dihasilkan 0,6 W dengan efisiensi rata-rata 78 %.
Kata kunci:
ABSTRACT
Name : Ainul Rochman
Study Program : Electrical Engineering
Title : Comparison Analysis of AC and DC System in Low Voltage Grid
AC system has been chosen as a reliable distribution system due to advantages in terms of voltage conversion. However, the AC system application led to the need for the use of AC-DC converters on each DC load on the residential, commercial facilities, and offices. The use of AC-DC converters led to the conversion losses where it can be increased along with increased use of DC loads. This paper discusses comparison of voltage drop and power losses between AC and DC systems and also discusses conversion losses that exist in the AC-DC converters of DC loads, especially in AC Adapter of laptops and mobile phones. Moreover, some of DC system topologies for the household that may be alternative solutions due to the conversion losses problem in existing AC system are also discussed. From the measurement results, it was found that conversion losses of AC Adapter of laptop 1 W up to 5 W with an average efficiency of 94 %. While in AC Adapter of mobile phones tested 0,6 W with an average efficiency of 78%.
Keywords:
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
KATA PENGANTAR ... iv
HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ...v
ABSTRAK ... vi
ABSTRACT ... vii
DAFTAR ISI ... viii
DAFTAR GAMBAR ...x DAFTAR TABEL ... xi BAB 1 PENDAHULUAN ...1 1.1 Latar Belakang ...1 1.2 Tujuan ...2 1.3 Batasan Masalah ...2 1.4 Metodologi Penelitian ...2 1.5 Sistematika Penulisan ...2
BAB 2 LANDASAN TEORI ...4
2.1 Umum ...4
2.2 Sistem Distribusi Arus Searah ...4
2.3 Sistem Distribusi Arus Bolak-Balik ...6
2.4 Resistansi dan Reaktansi ...8
2.5 Jatuh Tegangan ... 10
2.5.1 Perhitungan Jatuh Tegangan ... 10
2.5.2 Batasan Jatuh Tegangan ... 12
2.6 Rugi Daya ... 12
2.7 Rugi-rugi Konversi... 13
2.8 Beban ... 14
2.9 Klasifikasi Tegangan DC ... 15
2.10 Skema Beban DC dengan Suplai AC ... 16
2.11 Penyearah Jembatan Gelombang Penuh... 17
2.11.1 Penyearah Jembatan Gelombang Penuh dengan Kapasitor ... 19
BAB 3 ANALISIS PERBANDINGAN SISTEM AC DENGAN SISTEM DC TEGANGAN RENDAH DAN ANALISIS RUGI-RUGI KONVERTER
AC-DC PADA ADAPTOR SWITCHING ... 22
3.1 Umum ... 22
3.2 Analisis Perbandingan Sistem AC dan DC ... 22
3.2.1 Deskripsi Studi Kasus ... 22
3.2.1.1 Konfigurasi Pengukuran ... 22
3.2.1.2 Spesifikasi Kabel dan Beban ... 23
3.2.1.3 Spesifikasi Penyearah ... 24
3.2.1.4 Level Tegangan yang Diterapkan ... 26
3.2.2 Analisis Perbandingan Sistem AC dengan DC pada Lampu Pijar ... 26
3.2.2.1 Hasil Analisis ... 27
3.2.3 Analisis Perbandingan Sistem AC dengan DC pada Lampu CFL ... 31
3.3 Analisis Rugi-rugi Konversi pada Konverter AC-DC ... 33
3.3.1 Deskripsi Studi Kasus ... 33
3.3.2 Analisis Rugi-rugi Konversi pada AC Adapter Laptop ... 35
3.3.2.1 Konfigurasi Pengukuran ... 35
3.3.2.2 Hasil Pengukuran dan Analisis ... 35
3.3.3 Analisis Rugi-rugi Konversi pada AC Adapter Ponsel ... 38
3.3.3.1 Konfigurasi Pengukuran ... 38
3.3.3.2 Hasil Pengukuran dan Analisis ... 38
3.3.3.3 Analisis Total Rugi-rugi Konversi AC Adapter Ponsel Berdasarkan Asumsi ... 42
BAB 4 DESAIN TOPOLOGI SISTEM DC PADA RUMAH TANGGA ... 44
4.1 Umum ... 44
4.2 Topologi yang Diajukan ... 45
4.2.1. Topologi A ... 46 4.2.2. Topologi B ... 49 4.2.3. Topologi C ... 52 BAB 5 KESIMPULAN ... 54 DAFTAR ACUAN ... 55 LAMPIRAN ... 59
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Segitiga Daya ...5
Gambar 2.2. Masalah Kualitas Daya yang Biasa terjadi pada Sistem AC ...8
Gambar 2.3. Sistem Distribusi DC ... 14
Gambar 2.4. Skema Sistem Distribusi AC yang menyuplai Beban Elektronika, Beban Sensitif dan Beban AC ... 16
Gambar 2.5. Penyearah Jembatan Gelombang Penuh ... 17
Gambar 2.6. Bentuk Gelombang Masukan AC ... 18
Gambar 2.7. Bentuk Gelombang Keluaran Penyearah Jembatan Gelombang Penuh ... 18
Gambar 2.8. Penyearah Jembatan Gelombang Penuh dengan Kapasitor ... 19
Gambar 2.9. Bentuk Gelombang Keluaran Penyearah Jembatan Gelombang Penuh dengan Kapasitor ... 19
Gambar 2.10. Pendekatan Tegangan Ripple dengan Bentuk Segitiga ... 20
Gambar 3.1. Konfigurasi Pengukuran Jatuh Tegangan dan Rugi-rugi Daya Penghantar Sistem AC ... 23
Gambar 3.2. Konfigurasi Pengukuran Jatuh Tegangan dan Rugi-rugi Daya Penghantar Sistem DC ... 23
Gambar 3.3. Penyearah yang Digunakan pada Percobaan Sistem DC ... 24
Gambar 3.4. Rangkaian Penyearah tanpa Kapasitor 680 μF ... 25
Gambar 3.5. Rangkaian Penyearah dengan Kapasitor 680 μF ... 25
Gambar 3.6. Susunan Sistem untuk Pengukuran Jatuh Tegangan dan Rugi-rugi Daya Sistem AC... 26
Gambar 3.7. Susunan Sistem untuk Pengukuran Jatuh Tegangan dan Rugi-rugi Daya Sistem DC... 27
Gambar 3.8. Konfigurasi Pengukuran Rugi-rugi Konversi pada AC Adapter Laptop ... 35
Gambar 3.9. Konfigurasi Pengukuran Jatuh Tegangan dengan Beban Ponsel Ponsel A ... 40
Gambar 3.10. Grafik Frekuensi Pengisian Ponsel terhadap Total Rugi-rugi Energi Ponsel Per Tahun ... 43
Gambar 4.1. Sistem AC yang menyuplai Beban DC yang terhubung dengan Pembangkit Terbarukan ... 46
Gambar 4.2. Skema Topologi A ... 48
Gambar 4.3. Skema Topologi B ... 51
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Hasil Pengukuran Sistem AC dengan beban Lampu Pijar ... 27
Tabel 3.2. Hasil Pengukuran Sistem DC dengan beban Lampu Pijar ... 28
Tabel 3.3. Hasil Pengukuran Resistansi dan Induktansi Kabel ... 29
Tabel 3.4. Hasil Perhitungan Sistem AC dan DC dengan Beban Lampu Pijar ... 30
Tabel 3.5. Hasil Pengukuran Sistem AC dengan beban lampu CFL ... 31
Tabel 3.6. Hasil Pengukuran Sistem DC dengan beban lampu CFL ... 32
Tabel 3.7. Hasil Perhitungan Jatuh Tegangan dan Rugi Daya Sistem AC dan DC dengan Beban Lampu CFL ... 32
Tabel 3.8. Hasil Pengukuran AC Adapter original dengan Baterai Terpasang ... 36
Tabel 3.9. Hasil Pengukuran AC Adapter original dengan tanpa Baterai ... 36
Tabel 3.10. Hasil Pengukuran Replacement AC Adapter dengan baterai terpasang ... 37
Tabel 3.11. Hasil Pengukuran Replacement dengan laptop tanpa baterai ... 38
Tabel 3.12. Hasil Pengukuran Rugi-rugi Konversi pada Charger Ponsel A ... 39
Tabel 3.13. Hasil Pengukuran Jatuh Tegangan Charger Ponsel A ... 40
Tabel 3.14. Hasil Pengukuran Rugi-rugi Konversi pada Charger Esia ... 41
Tabel 3.15. Total Rugi-rugi Energi Ponsel dengan Frekuensi Pengisian yang Berbeda ... 43
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Efisiensi merupakan hal yang penting dalam suatu sistem distribusi listrik apalagi dengan terus berkurangnya cadangan energi fosil akibat pemakaian secara terus-menerus. Adanya pembangkitan terdistribusi sebagai salah satu alternatif untuk mengatasi penggunaan energi fosil juga tidak terlepas dari masalah efisiensi terkait dengan adanya rugi-rugi konversi. Salah satu yang mempengaruhi efisiensi dalam sistem distribusi adalah jenis sistem distribusi yang diterapkan. Hal ini terkait dengan adanya proses konversi tegangan
Masalah losses (rugi-rugi) karena konversi tegangan muncul ketika sistem AC yang telah diterapkan selama lebih dari 100 tahun hingga kini menyuplai beban berbasis DC seperti beban elektronika. Untuk beban seperti ini, diperlukan suatu penyearah untuk mengkonversi tegangan AC menjadi tegangan DC. Proses konversi pada beban elektronika ini menimbulkan adanya rugi-rugi konversi (conversion losses) [1]. Walaupun tidak terlalu besar, akan tetapi rugi-rugi konversi ini dapat terakumulasi dengan semakin meningkatnya penggunaan beban-beban elektronika baik di fasilitas komersial, perkantoran maupun di rumah tangga sehingga menyebabkan efisiensi sistem menjadi berkurang.
Berkaitan dengan pembangkit energi terbarukan, seperti pembangkitan terdistribusi, masalah efisiensi juga terdapat pada jenis sistem distribusi yang diterapkan. Dengan memanfaatkan sumber-sumber energi terbarukan seperti photovoltaic cell dan fuel cell dimana sumber-sumber tersebut menghasilkan keluaran DC, maka penggunaan sistem distribusi AC dapat menimbulkan lebih banyak losses akibat banyaknya proses konversi tegangan [2]. Penggunaan sistem distribusi DC pada pembangkitan terdistribusi melibatkan lebih sedikit konverter, sehingga sistem distribusinya menjadi lebih efektif dan berpotensi mempunyai efisiensi sistem yang lebih baik [2].
Sistem AC dan DC masing-masing mempunyai keunggulan sehingga dalam skrispi ini diteliti lebih lanjut tentang karakteristik dari masing-masing sistem khususnya jika menggunakan tegangan rendah. Hal ini berdasarkan bahwa
tegangan yang digunakan untuk menyuplai beban elektronika maupun beban penerangan di rumah tangga atau pun fasilitas komersial merupakan tegangan konsumen atau tegangan rendah.
1.2 Tujuan
Tujuan dari skripsi ini adalah:
1. Menganalisis dan membandingkan sistem AC dengan sistem DC pada sistem tegangan rendah menggunakan beban linear dan beban non linear. 2. Menganalisis rugi-rugi konverter AC-DC pada Adaptor berbasis switching 3. Mendesain topologi sistem DC sederhana untuk rumah tangga
1.3 Batasan Masalah
Skripsi ini hanya membahas perbandingan sistem AC dengan sistem DC berdasarkan jatuh tegangan dan rugi-rugi penghantar tanpa memperhitungkan sistem proteksi masing-masing sistem dan kalkulasi biaya. Kemudian, analisis rugi-rugi pada konverter AC-DC hanya pada Adaptor laptop dan ponsel. Lalu, desain topologi sistem DC rumah tangga hanya melihat dari sisi rugi-rugi konversinya.
1.4 Metodologi Penelitian
Skripsi ini menggunakan metode pengukuran untuk memperoleh besar jatuh tegangan maupun rugi-rugi penghantar dari masing-masing sistem. Selain itu, metode pengukuran juga dilakukan untuk memperoleh besar rugi-rugi dari konverter AC-DC Adaptor berbasis switching.
1.5 Sistematika Penulisan
Penulisan skripsi ini dibagi menjadi 5 bab. Bab 1 merupakan pendahuluan yang berisi tentang latar belakang, tujuan penelitian, batasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan skripsi. Kemudian bab 2 merupakan landasan teori yang berisi materi-materi yang berkaitan dengan pembahasan masalah. Lalu bab 3 berisi analisis perbandingan sistem AC dengan DC dan analisis rugi-rugi konversi dari konverter AC-DC pada Adaptor berbasis
switching. Bab 3 ini terdiri dari deskripsi studi kasus, analisis perbandingan sistem AC dengan DC tegangan rendah dan analisis rugi-rugi konverter AC-DC pada Adaptor berbasis switching. Selanjutnya bab 4 adalah desain topologi sistem DC untuk rumah tangga yang terdiri dari beberapa topologi yang diajukan. Lalu diakhiri dengan kesimpulan pada bab 5.
BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1 Umum
Sistem distribusi listrik merupakan penyaluran tenaga listrik yang dibangkitkan oleh pembangkit listrik ke pelanggan. Dalam penyalurannya dapat menggunakan tegangan arus searah atau tegangan arus bolak-balik.
2.2 Sistem Distribusi Arus Searah
Sistem distribusi arus searah merupakan penyaluran tenaga listrik dengan menggunakan tegangan dan arus searah atau direct current (DC). Sistem distribusi arus searah merupakan sistem distribusi listrik pertama yang digunakan untuk menyalurkan tenaga listrik. Sistem distribusi ini pertama kali dibangun pada tahun 1882 di Amerika Serikat oleh Thomas Alva Edison dan menggunakan tegangan rendah 120 V [3].
Penyaluran tenaga listrik dengan tegangan DC saat ini lebih jarang diterapkan daripada penyaluran tenaga listrik dengan tegangan AC. Namun demikian, penyaluran tenaga listrik dengan tegangan DC memiliki sejumlah keuntungan dibandingkan dengan tegangan AC. Keuntungan-keuntungan tersebut diantaranya:
1. dengan tegangan puncak dan rugi daya yang sama, kapasitas penyaluran dengan sistem DC lebih besar daripada dengan sistem AC [4]
2. isolasi sistem DC lebih sederhana daripada sistem AC [4]
3. efisiensi (daya yang terpakai) lebih besar karena faktor daya pada sistem DC = 1, sedangkan faktor daya pada sistem AC belum tentu 1, biasanya kurang dari 1 yang menyebabkaan tidak semua daya total menjadi daya aktif. Gambar 1 menjelaskan tentang faktor daya [4]
Gambar 2.1 Segitiga Daya
Nilai faktor daya seperti yang digambarkan oleh segitiga daya pada Gambar 2.1 adalah: S P cos
Pada sistem DC, karena tidak ada daya reaktif (Q), sudut faktor dayanya bernilai 0. Dengan demikian nilai faktor dayanya adalah:
1 0 cos o atau 1 S P
atau total daya yang dihasilkan (daya semu) menjadi daya aktif. Sedangkan pada sistem AC, cos φ dapat bernilai kurang dari 1 diakibatkan terdapatnya daya reaktif (Q) yang salah satunya dapat ditimbulkan oleh beban yang bersifat induktif (lagging). Misalnya sudut faktor daya 37o, maka :
S P o 8 , 0 37 cos Karena 1 S P
, maka tidak seluruh daya yang dihasilkan (daya semu) menjadi daya aktif. Terdapat daya reaktif yang dihasilkan yaitu sebesar:
S
S
sin37 0,6 Q
4. tidak ada persoalan frekuensi pada penyaluran jarak jauh menggunakan sistem DC [4]
5. penerapan sistem DC dapat mengurangi fluktuasi tegangan pada beban-beban pelanggan sehingga tegangan yang disuplai ke beban-beban pelanggan hampir dapat dijaga konstan [5]
6. dengan rugi korona yang sama dan tingkat gangguan radio (radio interference) tertentu, tegangan DC dapat dinaikkan lebih tinggi daripada tegangan AC [4]
7. lebih rendah biaya saluran udara (overhead line) atau biaya saluran kabel bawah tanah (underground) atau biaya kabel bawah laut (submarine) serta tidak memerlukan kapasitor seri atau shunt [4]
Karena adanya keuntungan-keuntungan pada penyaluran dengan tegangan DC, maka penggunaan sistem DC mulai diminati kembali pada tahun 1930-an [4]. Selain memiliki keuntungan, sistem distribusi DC juga memiliki kekurangan. Kekurangan tersebut diantaranya:
1. konversi tegangan dari satu level DC ke level DC lain lebih sulit daripada konversi AC-AC
2. untuk sistem DC tegangan sangat rendah, besar jatuh tegangan meningkat sehingga memberikan peningkatan rugi daya [6]
3. lebih sulit memutuskan (interruption) arus DC disebabkan tidak adanya pemotongan di titik nol (zero-crossing) pada gelombang DC [6]
4. karena tidak adanya tegangan induktansi diri, batasan arus hubung singkat pada rangkaian DC lebih sulit ditentukan daripada rangkaian AC [6]
2.3 Sistem Distribusi Arus Bolak-Balik
Sistem distribusi arus bolak-balik merupakan penyaluran tenaga listrik dengan tegangan dan arus bolak-balik atau AC (Alternating Current). Sistem ini pertama kali dikembangkan oleh George Westinghouse dengan sejumlah paten dari Nikola Tesla [3]. Sistem distribusi AC saat ini banyak digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi listrik dan telah diterapkan secara luas selama lebih dari 100 tahun [2]. Sistem ini mempunyai beberapa keunggulan, antara lain adalah:
1. mudahnya proses transformasi tegangan dari satu level ke level lainnya dengan menggunakan transformator
2. kestabilan tegangan AC dapat dikontrol dari daya aktif melalui pengaturan daya reaktif [2]
3. cocok dengan beban berupa motor arus bolak-balik (motor AC). Pada motor AC, misalnya motor sinkron, bagian statornya membutuhkan suplai tegangan tiga fasa untuk menghasilkan medan magnet putar stator yang kemudian medan magnet putar stator ini untuk memutarkan rotor [7] 4. sistem proteksi pada sistem distribusi AC lebih berkembang dibandingkan
dengan sistem proteksi pada sistem distribusi DC [2]. Hal ini dapat dimaklumi karena sistem distribusi AC telah lama diterapkan. Permasalahan-permasalahan di bidang proteksi sejak dulu sampai saat ini telah menghasilkan berbagai perkembangan di bidang proteksi pada sistem distribusi AC.
Selain memiliki kelebihan, sistem distribusi arus bolak-balik juga memiliki kekurangan. Kekurangan tersebut diantaranya:
1. karena adanya frekuensi, maka dapat terjadi ketidakstabilan frekuensi akibat faktor tertentu, seperti adanya fluktuasi beban yang membuat nilai frekuensi tidak konstan.
2. diperlukan adanya sinkronisasi generator untuk generator yang diparalelkan sehingga terdapat syarat yang perlu dipenuhi seperti tegangan sama, frekuensi kedua generator sama, urutan fasa sama dan sudut fasa sama.
3. dalam sistem AC terdapat suatu kondisi voltage sag dan voltage swell yang dapat mempengaruhi kualitas daya. Voltage sag merupakan kondisi dimana tegangan turun di bawah 90% nilai tegangan nominal, sedangkan voltage swell adalah kondisi dimana tegangan naik di atas 110% nilai tegangan nominal. Voltage sag dapat disebabkan adanya pembangkit yang lepas (trip) atau bisa juga adanya beban besar yang masuk ke dalam sistem secara bersamaan, sedangkan voltage swell dapat disebabkan karena adanya beban besar yang hilang secara bersamaan. Selain voltage sag dan voltage swell, terdapat pula kondisi lain pada sistem AC yang dapat mempengaruhi kualitas daya seperti interruption, noise, flicker seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.2.
4. pada sistem yang menggunakan tiga fasa, dapat terjadi ketidakseimbangan tiga fasa. Ketidakseimbangan tiga fasa ini dapat disebabkan oleh impedansi beban masing-masing fasa yang tidak identik
5. dapat timbul distorsi harmonik yang mempengaruhi kualitas daya listrik. Ini dapat disebabkan oleh peralatan-peralatan seperti adjustable speed drive atau beban-beban seperti arc furnace, arc welders, dan lain-lain [8]. Idealnya, gelombang tegangan/arus bolak-balik berbentuk sinusoidal. Akan tetapi, karena adanya frekuensi harmonik, terjadi penjumlahan antara gelombang frekuensi harmonik dengan gelombang frekuensi dasar yang kemudian menghasilkan distorsi harmonik dimana gelombang tidak lagi berbentuk sinusoidal seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2. 6. nilai faktor daya biasanya kurang dari 1, sehingga tidak seluruh daya total
(daya semu) yang dihasilkan pembangkit menjadi daya yang terpakai (daya aktif). Hal ini seperti yang dijelaskan melalui Gambar 2.1.
Gambar 2.2 [9]. Masalah kualitas daya yang biasa terjadi pada sistem AC
2.4 Resistansi dan Reaktansi
Diantara yang membedakan sistem DC dengan sistem AC adalah dalam hal impedansi. Impedansi pada sistem DC hanya bergantung pada resistansi penghantar dan beban yang terhubung, sedangkan pada sistem AC tidak hanya resistansi, tetapi juga bergantung pada reaktansi penghantar dan beban yang terhubung.
Pada suatu penghantar, nilai resistansi bergantung pada jenis, panjang, dan luas penampang penghantar tersebut. Hal ini sesuai dengan persamaan (2.1).
A R (2.1) dimana: R : resistansi penghantar (Ω) : resistivitas penghantar (Ω m) : panjang penghantar (m)
A : luas penampang penghantar (m2)
Selain itu, nilai resistansi penghantar juga dipengaruhi temperatur. Dengan temperatur t dan 1 t dalam 2 0C, hubungan antara resistansi dengan temperatur dapat direpresentasikan oleh persamaan (2.2) [8].
1 2 1 2 t M t M R Rt t (2.2) dimana: 2 t
R : resistansi pada temperatur t 2 1
t
R : resistansi pada temperatur t 1 M : koefisien temperatur dari material
Hubungan resistansi dengan temperatur dapat juga direpresentasikan secara lebih sederhana sebagaimana diekspresikan pada persamaan (2.3).
2 1
1 2 R 1 t t Rt t (2.3) dimana: : koefisien temperatur penghantar (3,9 x 10-3 untuk tembaga pada temperatur 200 C)
Berdasarkan persamaan (2.3), nilai resistansi suatu penghantar naik seiring dengan kenaikan temperatur. Untuk aluminium dan tembaga, pada kisaran temperatur yang besar, kenaikan resistansi hampir linear terhadap kenaikan temperatur.
Adapun reaktansi penghantar terkait dengan nilai induktansi maupun kapasitansi dari penghantar tersebut. Untuk reaktansi induktif, nilainya bergantung pada frekuensi dan induktansi, sedangkan reaktansi kapasitif
bergantung pada frekuensi dan kapasitansi. Nilai reaktansi induktif dan reaktansi kapasitif dapat diperoleh dari persamaan (2.4) dan (2.5).
fL XL 2 (2.4) fC XC 2 (2.5) dimana: L X : reaktansi induktif (Ω) C X : reaktansi kapasitif (Ω) f : frekuensi sistem (Hz)
C : kapasitansi penghantar (Farad)
L : induktansi penghantar (Henry)
2.5 Jatuh Tegangan
Jatuh tegangan merupakan selisih tegangan antara titik satu dengan titik lainnya pada suatu saluran.
2.5.1 Perhitungan Jatuh Tegangan
Perhitungan jatuh tegangan dapat diturunkan sebagai berikut:
I Z Vdrop
R jX
I cos jsin
Vdrop
sin cos sin
cos I X j I X I R
R I
Vdrop (2.6)
Untuk tegangan rendah, dapat menggunakan pendekatan: sin cos I X R I Vdrop (2.7) dimana: drop
V : jatuh tegangan sepanjang saluran (V)
R : resistansi kawat penghantar (Ω)
X : reaktansi kawat penghantar (Ω) I : magnitude arus penghatar (A) : sudut faktor daya
Untuk sistem DC, perhitungan jatuh tegangan dapat diturunkan dari persamaan (2.7). Karena tidak ada komponen reaktansi dalam sistem DC, maka
komponen impedansi yang berpengaruh hanya resistansi. Sedangkan untuk faktor daya pada DC nilainya 1. Sehingga perhitungan jatuh tegangan untuk sistem DC dapat diturunkan menjadi persamaan (2.8)
R I
Vdrop (2.8)
Untuk beban satu fasa dengan nilai konsumsi daya dan tegangan DC yang diterapkan diketahui, maka jatuh tegangan dapat diperoleh menggunakan persamaan (2.9) [10]. dc drop V P R V 2 (2.9) dimana :
P : konsumsi daya beban (W) dc
V : tegangan DC yang diterapkan (V)
Adapun pada sistem AC, untuk beban satu fasa dimana diketahui konsumsi daya beban, tegangan rms, dan sudut faktor daya, maka perhitungan jatuh tegangan diturunkan dari persamaan (2.7) sehingga menghasilkan persamaan (2.10) [10]. tg E P X E P R Vdrop 2 (2.10)
Sedangkan untuk beban tiga fasa, perhitungan jatuh tegangan dapat menggunakan persamaan (2.11) [10]. tg E P X E P R Vdrop 3 1 (2.11) dimana: X = reaktansi (Ω) = sudut faktor daya
Selain resistansi dan/atau reaktansi yang terdapat pada kawat penghantar, jenis beban juga berpengaruh terhadap besar jatuh tegangan [8].
Beban resistif
Pada faktor daya tinggi, jatuh tegangan sangat bergantung pada resistansi konduktor. Misalnya pada faktor daya (cos φ ) 0,95, maka sin φ nya adalah 0,31. Sehingga walaupun pada umumnya resistansi lebih kecil daripada reaktansi, dalam hal ini resistansi berperan utama terhadap jatuh tegangan sesuai dengan
persamaan (2.10) dan (2.11) dimana tg sama dengan pembagian sin φ dengan cos φ.
Beban reaktif
Pada faktor daya sedang sampai faktor daya rendah, jatuh tegangan sangat bergantung pada reaktansi konduktor. Misalnya pada faktor daya 0,8, maka sin φ nya adalah 0,6. Karena reaktansi biasanya lebih besar daripada resistansi, maka dalam hal ini beban reaktif merupakan penyebab utama terhadap jatuh tegangan . Hal ini juga sesuai dengan persamaan (2.10) dan (2.11)
Faktor daya merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi besar jatuh tegangan . Pengaruh faktor daya terhadap jatuh tegangan cukup signifikan sehingga faktor daya yang buruk dapat meningkatkan jatuh tegangan secara signifikan.
Jatuh tegangan dapat lebih tinggi jika menggunakan tegangan yang semakin rendah pada sistem distribusi, faktor daya yang buruk, rangkaian satu fasa, dan rangkaian yang tidak seimbang. Jatuh tegangan dapat dikurangi dengan beberapa cara diantaranya:
1. Meningkatkan faktor daya, salah satunya dengan menambah kapasitor 2. Memperbesar ukuran konduktor
3. Menyeimbangkan rangkaian
2.5.2 Batasan Jatuh Tegangan
Jatuh tegangan memiliki batas nilai berdasarkan standar tertentu. Berdasarkan National Electrical Code (NEC), batas jatuh tegangan maksimum yang direkomendasikan adalah sebesar 5 % dari tegangan nominal [11].
2.6 Rugi Daya
Dalam suatu sistem distribusi listrik, terdapat sejumlah daya yang disuplai dari sumber sampai ke beban. Besar daya yang disuplai dari sumber dapat tidak sebesar yang diterima oleh beban. Hal ini disebabkan adanya rugi daya (power loss). Untuk beban yang disuplai dengan sistem DC, perhitungan power loss diasumsikan hanya daya aktif dari beban yang disuplai dari sistem AC.
Perhitungan rugi daya untuk beban yang disuplai sistem DC dapat menggunakan persamaan 2.12 [10]. 2 2 2 dc loss V P R P (2.12) dimana:
P : resistansi kawat penghantar (Ω)
R : reaktansi kawat penghantar (Ω)
dc
V : magnitude arus penghatar (A)
Pada sistem AC, adanya daya reaktif turut meningkatkan rugi daya dari sistem tersebut. Hal ini disebabkan adanya induktansi pada saluran yang mempengaruhi faktor daya. Induktansi yang semakin besar pada saluran dapat membuat faktor daya semakin rendah. Faktor daya yang rendah ini menyebabkan meningkatnya arus untuk memenuhi jumlah daya yang sama. Dengan meningkatnya arus, maka semakin meningkat pula rugi daya pada saluran.
Pada beban yang disuplai dengan sistem AC, untuk beban satu fasa, perhitungan rugi daya sebagai berikut [10]:
2 2 2 cos 2 E P R Ploss (2.13)
Sedangkan jika beban yang disuplai merupakan beban tiga fasa, perhitungan rugi daya menggunakan persamaan 2.14 [10].
2 2 2 cos 3 E P R Ploss (2.14) dimana: loss
P : rugi daya (Watt)
R : reaktansi kawat penghantar (Ω)
cos : faktor daya
P : konsumsi daya oleh beban (Watt)
E : tegangan rms (fasa ke ground)
2.7 Rugi-rugi Konversi
Selain karena faktor daya dan arus, rugi-rugi juga dapat ditimbulkan dari proses konversi. Rugi-rugi konversi timbul karena efisiensi konverter kurang dari
100%. Diantara yang dapat menimbulkan rugi-rugi konversi yaitu penyearah dalam beban-beban DC yang disuplai dengan AC.
Gambar 2.3. Sistem Distribusi DC [10]
Untuk mengurangi rugi-rugi konversi, dapat menerapkan sistem distribusi DC [10]. Dengan menerapkan sistem ini, beban-beban DC dapat disuplai secara lebih efektif karena menggunakan lebih sedikit konverter. Selain itu, sumber-sumber energi alternatif seperti photovoltaic cell dan fuel cell yang menghasilkan keluaran DC juga dapat terhubung ke bus DC secara lebih efektif pula. Konfigurasi sistem ini ditunjukkan pada Gambar 2.3.
2.8 Beban
Terdapat beberapa jenis beban terkait dengan penggunaannya antara lain beban rumah tangga, beban industri, dan beban perkantoran. Dari beban-beban tersebut, terdapat beban yang dapat beroperasi dengan AC maupun DC. Beban tersebut antara lain:
Bus DC Beban AC Suplai AC Beban elektronika Beban elektronika Elektronika digital Elektronika digital DC AC DC DC DC DC AC DC Beban sensitif Fuel Cell Blok Baterai PV DC AC Mikro Turbin M
1. Beban resistif yang meliputi lampu pijar, kompor listrik, oven listrik, dan sebagainya. Beban-beban resistif ini merupakan beban yang dimodelkan sebagai resistansi
2. Beban elektronika yang meliputi komputer, TV layar datar, battery charger [12]. Beban ini secara internal menggunakan DC dimana terdapat penyearah jembatan (bridge rectifier) yang mengkonversi dari AC menjadi DC. Selain itu, saat ini terdapat lampu fluorescent atau compact fluorescent lamp (CFL) yang dapat beroperasi dengan DC, yaitu yang menggunakan ballast elektronika. Pada CFL sendiri terdapat dua teknik umum agar lampu ini dapat menyala, yaitu [13]:
Ballast magnetik. Ballast magnetik merupakan teknik awal pada sistem lampu fluorescent. Meskipun inti besi dari ballast sederhana, tetapi ballast ini ukurannya besar dan mempunyai rugi-rugi yang tinggi.
Ballast elektronika. Ballast elektronika merupakan teknologi terbaru yang membawa kepada efisiensi yang lebih baik pada sistem lampu fluorescent. Ballast elektronika memanfaatkan elektronika daya untuk membangkitkan tegangan frekuensi tinggi pada lampu.
3. Beban berputar yang digerakkan dengan universal machine atau frequency controlled machine. Beban seperti pengering rambut (hair dryers), vacuum cleaner, pengaduk makanan (food mixers) biasanya menggunakan motor universal. Motor universal ini sebagian besar merupakan motor DC yang dapat beroperasi baik dengan tegangan AC maupun DC [14].
Selain itu, terdapat beban yang hanya dapat beroperasi dengan menggunakan suplai AC yaitu beban yang mengandung bagian induktif. Hal ini disebabkan suplai DC menghasilkan arus konstan yang melalui bagian induktif dari beban tersebut. Beban dengan breaker mekanis yang didesain untuk tegangan AC juga tidak bisa disuplai dengan DC [12].
2.9 Klasifikasi Tegangan DC
Terdapat berbagai level tegangan dalam sistem DC yang diklasifikasikan. Level tegangan DC diklasifikasikan sebagai berikut [5]:
1. tegangan tinggi DC dengan kisaran 30 kV < Vdc1500 kV,
2. tegangan menengah DC dengan kisaran 1500 V < Vdc30 kV dan 3. tegangan rendah DC dengan Vdc1500 V
2.10 Skema Beban DC dengan Suplai AC
Saat ini, sistem yang banyak digunakan untuk menyuplai energi listrik adalah sistem AC. Namun demikian, sebagian besar beban yang meliputi beban rumah tangga maupun beban perkantoran seperti personal computer (PC), telepon, radio, televisi, printer, dan sebagainya secara internal beroperasi dengan DC. Ditambah lagi dengan meningkatnya penggunaan perangkat-perangkat portable secara signifikan seperti telepon seluler, notebook, yang tidak lepas dari penggunaan cadangan energi (energy storage) berupa baterai yang juga memerlukan suplai DC. Karena sistem AC telah lama diterapkan, maka beban-beban rumah tangga, perkantoran maupun perangkat-perangkat portable yang secara internal menggunakan DC memerlukan konverter AC-DC atau penyearah. Untuk perangkat portable seperti laptop, konverter AC-DC ini berupa AC Adapter.
Gambar 2.4. Skema Sistem distribusi AC yang menyuplai Beban Elektronika, Beban Sensitif dan Beban AC
Bus AC Beban elektronika
Elektronika digital UPS Baterai Beban Sensitif (komputer) Beban AC lain DC AC DC DC DC AC AC DC
Sistem AC yang menyuplai beban-beban DC melibatkan banyak proses konversi seperti ditunjukkan pada Gambar 2.4. Proses konversi ini dapat menimbulkan rugi-rugi yang disebut rugi-rugi konversi. Meskipun rugi-rugi konversi yang ditimbulkan tidak terlalu besar, akan tetapi peningkatan penggunaan beban-beban DC pada rumah tangga, perkantoran, dan tempat lainnya dapat menimbulkan akumulasi rugi-rugi konversi dari penyearah yang digunakan, sehingga dampaknya dapat menjadi signifikan terhadap efisiensi sistem.
2.11 Penyearah Jembatan Gelombang Penuh
Untuk menghasilkan keluaran DC dengan masukan AC, salah satunya dapat menggunakan penyearah jembatan gelombang penuh (full wave bridge rectifier). Penyearah jembatan gelombang penuh menggunakan empat buah dioda yang disusun dengan konfigurasi bridge seperti ditunjukkan pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5. Penyearah Jembatan Gelombang Penuh
Bentuk gelombang masukan AC ditunjukkan pada Gambar 2.6. Pada siklus positif, arus mengalir melalui dioda D2 dan D4 lalu pada siklus negatif, arus mengalir melalui dioda D3 dan D1. Proses ini kemudian menghasilkan keluaran DC seperti ditunjukkan pada gambar 2.7.
D1 D2 D3 D4 Vdc +
-
Gambar 2.6. Bentuk Gelombang Masukan AC
Gambar 2.7. Bentuk Gelombang Keluaran Penyearah Jembatan Gelombang Penuh
Besar tegangan rata-rata keluaran DC dapat diperoleh melalui pendekatan yang direpresentasikan oleh persamaan (2.15) [15].
m
dc V
V 0,636 (2.15)
dimana: dc
V : tegangan DC rata-rata hasil keluaran penyearah (V) m
V : tegangan maksimum/puncak dari masukan AC (V)
Untuk penyearah yang menggunakan dioda tidak ideal, pada kondisi dimana T
m V
V 2 , secara lebih akurat besar tegangan rata-rata DC keluaran penyearah ini dapat diperoleh menggunakan persamaan (2.16).
m T
dc V V
V 0,636 2 (2.16)
dimana: T
V = tegangan threshold dioda (0.7 V untuk dioda silikon)
2.11.1 Penyearah Jembatan Gelombang Penuh dengan Kapasitor
Penambahan kapasitor pada penyearah jembatan gelombang penuh bertujuan untuk menghasilkan gelombang keluaran DC yang lebih halus. Karakteristik kapasitor yang dapat melakukan pengisian dan pengosongan muatan dapat mengurangi tegangan ripple pada gelombang keluaran penyearah ini. Kapasitor yang ditambahkan pada penyearah terhubung secara paralel dengan beban seperti ditunjukkan pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8. Penyearah Jembatan Gelombang Penuh dengan Kapasitor
Gambar 2.9. Bentuk Gelombang Keluaran Penyearah Jembatan Gelombang Penuh dengan Kapasitor
Hasil keluaran penyearah jembatan gelombang penuh dengan penambahan kapasitor ditunjukkan pada Gambar 2.9. Pada Gambar 2.9 terdapat tegangan keluaran (Vdc) dimana nilainya dapat diperoleh menggunakan persamaan (2.17) [15].
-
D1 D2 D3 D4 Vdc +2 ) (p p r m dc V V V (2.17)
Dengan menggunakan pendekatan bahwa tegangan ripple pada gelombang keluaran berbentuk segitiga seperti ditunjukkan pada Gambar 2.10, maka tegangan ripple rms (Vr rms) dapat direpresentasikan oleh persamaan (2.18).
3 2 ) ( ) ( p p r rms r V V (2.18) atau 3 2 ( ) ) ( rms r p p r V V (2.19)
Gambar 2.10. Pendekatan Tegangan Ripple dengan Bentuk Segitiga
Sedangkan perhitungan nilai Vr rms dapat menggunakan persamaan (2.20).
fC I V dc rms r 3 4 ) ( (2.20) dimana: dc
I : arus yang melalui beban (mA) f : frekuensi sistem (Hz)
C : nilai kapasitansi dari kapasitor (μF)
Sehingga, dengan mengkombinasikan persamaan (2.17) dengan persamaan (2.20), maka : 3 3 4 2 ) ( fC I Vr p p dc
fC I Vr p p dc 4 2 ) (
Dengan demikian, persamaan (2.17) dapat ditulis kembali menjadi:
fC I V V dc m dc 4 (2.21)
2.12 Rugi-rugi Penyearah (Rectifier Losses)
Dalam mengkonversi dari AC menjadi DC, pada penyearah terdapat rectifier losses atau rugi-rugi konversi dari AC menjadi DC. Hal ini menyebabkan daya keluaran dari penyearah lebih kecil daripada daya masukannya. Rugi-rugi penyearah ini bergantung pada nilai forward voltage drop atau VF dan resistansi
dari dioda yang digunakan, serta arus beban. Nilai VF bergantung pada jenis dioda
yang digunakan. Untuk dioda 1N4007, VF nya berkisar antara 0,8 V sampai
dengan 1,1 V. Nilai VF ini berpengaruh terhadap besar rugi-rugi pada dioda.
Hubungan antara VF dengan losses pada dioda direpresentasikan oleh persamaan
(2.22) [16]. rms F diodeloss V I P (2.22) dimana: diodeloss
P : rugi-rugi pada dioda (W) F
V : forward voltage drop dari dioda (V)
Banyaknya dioda pada penyearah mempengaruhi besar rectifier losses pada penyearah tersebut sehingga jenis penyearah juga mempengaruhi besar rectifier losses. Pada penyearah gelombang penuh, besar rectifier losses ditunjukkan oleh persamaan (2.23). rms F ss rectiferlo V I P 2 (2.23)
BAB 3
ANALISIS PERBANDINGAN SISTEM AC DENGAN SISTEM DC TEGANGAN RENDAH DAN ANALISIS RUGI-RUGI KONVERTER
AC-DC PADA ADAPTOR SWITCHING
3.1 Umum
Pada bab ini, ingin diketahui karakteristik sistem AC dan DC tegangan rendah dengan menganalisis jatuh tegangan dan rugi-rugi daya penghantar pada beban linear dan non linear. Jatuh tegangan dan rugi-rugi daya pada sistem DC kemudian dapat dibandingkan dengan sistem AC sehingga dapat dilihat juga peluang penerapan sistem DC tegangan rendah secara lebih luas. Di samping itu, pada bab ini juga akan dianalisis mengenai rugi-rugi konversi pada AC-DC konverter dari beban berbasis switching. Dengan analisis tersebut kemudian juga dapat dianalisis total rugi-rugi konversi dari konverter AC-DC dengan menggunakan asumsi tertentu. Analisis rugi-rugi konversi ini untuk mengetahui besar rugi-rugi yang ditimbulkan akibat konversi AC-DC pada sebagian beban DC. Rugi-rugi ini yang mungkin bisa diminimalisasi apabila menggunakan sistem DC.
3.2 Analisis Perbandingan Sistem AC dan DC 3.2.1 Deskripsi Studi Kasus
Studi kasus ini berkaitan dengan konfigurasi pengukuran, spesifikasi perangkat-perangkat yang digunakan seperti kabel maupun beban yang digunakan dalam pengukuran jatuh tegangan dan rugi daya penghantar pada sistem AC maupun sistem DC. Selain itu, studi kasus ini juga berkaitan dengan level-level tegangan yang diterapkan.
3.2.1.1 Konfigurasi Pengukuran
Untuk dapat memperoleh data dan menganalisis jatuh tegangan maupun rugi-rugi daya penghantar pada sistem AC, konfigurasi sistem yang digunakan ditunjukkan pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1. Konfigurasi Pengukuran Jatuh Tegangan dan Rugi-rugi Daya Penghantar Sistem AC
Gambar 3.2. Konfigurasi Pengukuran Jatuh Tegangan dan Rugi-rugi Daya Penghantar Sistem DC
Pada Gambar 3.1 dan 3.2, suplai AC berasal dari PLN yang mempunyai tegangan rms sekitar 220 V dan frekuensi 50 Hz. Untuk mengatur tegangan yang disuplai ke beban menggunakan pengatur tegangan AC atau AC Voltage Regulator. Tegangan keluaran dari AC Voltage Regulator ini berkisar antara 0 V hingga 240 V.
3.2.1.2 Spesifikasi Kabel dan Beban
Untuk menyuplai beban dari AC Voltage Regulator ke beban menggunakan kabel jenis NYA merek Federal Kabel dengan luas penampang 1,5 mm2. Berdasarkan [10], diasumsikan besar arus maksimum dari kabel 1,5 mm2 tersebut adalah 14 A. Sedangkan panjang kabel untuk menyuplai beban terdiri dari beberapa ukuran yaitu 5 m, 10 m, 15 m, dan 20 m. Penambahan panjang kabel secara bertahap ini bertujuan untuk melihat karakteristik jatuh tegangan dan rugi-rugi daya penghantar pada sistem AC.
Sedangkan beban yang digunakan terdiri dari beban terdiri dari :
5 m 10 m 15 m 20 m Suplai PLN 0 – 240 V Penyearah AC Voltage Regulator AC Voltage Regulator 5 m 10 m 15 m 20 m Suplai PLN 0 – 240 V
1. Lampu pijar 100 W berjumlah 5 buah. Lampu ini mempunyai tegangan kerja 100 V hingga 240 V. Kelima lampu ini mempunyai faktor daya sebesar 0,9984 yang diperoleh dari pengukuran menggunakan Power Quality Analyzer dengan merek Hioki 3169-20. Lampu pijar dimodelkan sebagai beban resistif atau beban non switching sehingga perlu diketahui karakteristik jatuh tegangan dan rugi-rugi daya penghantarnya. Beban ini juga termasuk beban yang mengkonsumsi daya yang besar sehingga karakteristik jatuh tegangan dapat lebih terlihat saat pengukuran.
2. Lampu Compact Fluorescent Lamp (CFL) 20 W berjumlah 5 buah dengan tegangan kerja 100 V – 240 V. Kelima lampu ini mempunyai faktor daya sebesar 0,8422 yang diperoleh dari pengukuran menggunakan Power Quality Analyzer dengan merek Hioki 3169-20. Lampu CFL atau lampu hemat energi merupakan lampu yang menggunakan ballast elektronika. Ballast elektronika ini merupakan beban berbasis switching sehingga karakteristiknya perlu dilihat jika disuplai AC maupun DC.
3.2.1.3 Spesifikasi Penyearah
Pada percobaan sistem DC, penyearah yang digunakan adalah penyearah jembatan gelombang penuh (Full Wave Bridge Rectifier). Penyearah ini ditunjukkan pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3. Penyearah yang Digunakan pada Percobaan Sistem DC Dioda Bridge KBPC1010W Masukan AC Keluaran DC tanpa Kapasitor Keluaran DC dengan Kapasitor Kapasitor 680 μF
Penyearah ini terdiri dari beberapa komponen, yaitu sebagai berikut:
a. Dioda Bridge KBPC1010W dengan tegangan panjar maju (forward voltage) sebesar 1,2 V tiap kakinya.
b. Kapasitor Elko 680 μF dengan tegangan maksimum 400 V.
Penyearah ini dapat menggunakan kapasitor atau tanpa menggunakan kapasitor. Rangkaian penyearah tanpa kapasitor dan dengan kapasitor masing-masing dapat dilihat pada Gambar 3.4 dan 3.5.
Gambar 3.4. Rangkaian Penyearah tanpa Kapasitor 680 μF
Gambar 3.5 Rangkaian Penyearah dengan Kapasitor 680 μF Beban
-
680 μF Dioda Bridge D1 D2 D3 D4 Vdc + Beban Dioda Bridge D1 D2 D3 D4 Vdc +-
3.2.1.4 Level Tegangan yang Diterapkan
Tegangan keluaran dari AC Voltage Regulator berkisar antara 0 V hingga 240 V. Dalam kisaran tersebut, level yang digunakan pada percobaan baik untuk sistem AC maupun sistem DC yaitu:
a. 120 V : penggunaan tegangan ini merupakan sedikit di atas batas bawah dari tegangan yang dapat diterapkan pada beban lampu CFL maupun Pijar b. 210 V : penggunaan tegangan ini masih dalam batas kisaran tegangan
kerja dari lampu pijar maupun lampu CFL
c. 220 V : tegangan ini merupakan tegangan rms dari penyuplai (PLN). Penggunaaan level tegangan ini dapat mendukung operasi beban lampu pijar maupun CFL secara optimal. Pada sistem DC, juga diterapkan level tegangan ini (220 Vdc) untuk dibandingkan.
3.2.2 Analisis Perbandingan Sistem AC dengan DC dengan Beban Lampu Pijar
Untuk melakukan pengukuran jatuh tegangan dan rugi-rugi daya pada sistem AC, menggunakan susunan sistem yang ditunjukkan pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6. Susunan Sistem untuk Pengukuran Jatuh Tegangan dan Rugi-rugi Daya Sistem AC
Sedangkan konfigurasi yang digunakan untuk pengukuran sistem DC ditunjukkan pada Gambar 3.7.
AC Voltage Regulator
A
V1
L
Suplai PLN 5m, 10m, 15m, 20mV2
Gambar 3.7. Susunan Sistem untuk Pengukuran Jatuh Tegangan dan Rugi-rugi Daya Sistem DC
3.2.2.1 Hasil dan Analisis
Berdasarkan susunan sistem pada Gambar 3.6, beban lampu pijar 100 W yang berjumlah 5 buah terpasang pada posisi L. Beban ini disuplai oleh tegangan AC yang nilainya diatur menggunakan AC Voltage Regulator. Dengan beban berupa lampu pijar, diperoleh hasil pengukuran yang tertera pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1. Hasil Pengukuran Sistem AC dengan beban Lampu Pijar Panjang Kabel (m) V1 (V) A (A) V2 (V) Vdrop (V) % Vdrop P loss (W) % P loss 5 120 1,52 119 1 0,8 1,52 0,8 210 2,06 209 1 0,5 2,06 0,5 220 2,11 219 1 0,5 2,11 0,5 10 120 1,52 119 1 0,8 1,52 0,8 210 2,06 209 1 0,5 2,06 0,5 220 2,12 219 1 0,5 2,12 0,5 15 120 1,52 118 2 1,7 3,04 1,7 210 2,06 209 1 0,5 2,06 0,5 220 2,11 218 2 0,9 4,22 0,9 20 120 1,52 119 1 0,8 1,52 0,8 210 2,06 209 1 0,5 2,06 0,5 220 2,11 218 2 0,9 4,22 0,9
Dari Tabel 3.1, terlihat bahwa jatuh tegangan sekitar 1 V hingga 2 V dengan persentase jatuh tegangan 0,5 hingga 1,7 %. Secara umum, persentase jatuh tegangan di bawah 1 % untuk panjang 5 m hingga 20 m pada level-level
V2 V1 Full Wave Bridge Rectifier
L
Suplai PLN A2
5m, 10m, 15m, 20m AC Voltage Regulatortegangan yang diberikan. Nilai ini masih di bawah nilai persentase jatuh tegangan maksimum yang diberikan oleh NEC (National Electric Code), yaitu sebesar 5 %. Selain itu, pengukuran juga menunjukkan bahwa pertambahan panjang kabel dari 5 m hingga 20 m secara umum terjadi kenaikan jatuh tegangan sehingga kenaikan panjang kabel dengan nilai jatuh tegangan bisa dikatakan sebanding.
Sedangkan hasil pengukuran sistem DC dengan penyearah menggunakan kapasitor menunjukkan bahwa pada panjang kabel 5 m hingga 20 m, persentase jatuh tegangan dan rugi daya juga di bawah 1 % seperti ditunjukkan pada Tabel 3.2. Sistem DC dengan penyearah tanpa kapasitor juga menunjukkan hal yang tidak jatuh berbeda. Hal ini menunjukkan bahwa untuk panjang kabel hingga 20 m, jatuh tegangan dan rugi daya tidak terlalu berpengaruh pada operasi beban baik pada sistem AC maupun sistem DC.
Tabel 3.2. Hasil Pengukuran Sistem DC dengan Beban Lampu Pijar Panjang Kabel (m) V1 (V) A (A) V2 (V) V drop (V) % Vdrop P loss (W) % Ploss 5 120 1,51 119 1 0,8 1,51 0,8 210 2,05 209 1 0,5 2,05 0,5 220 2,1 219 1 0,5 2,1 0,5 10 120 1,51 119 1 0,8 1,51 0,8 210 2,05 208 2 0,95 4,1 0,95 220 2,1 218 2 0,9 4,2 0,9 15 120 1,51 119 1 0,8 1,51 0,8 210 2,05 208 2 0,9 4,1 0,9 220 2,1 218 2 0,9 4,2 0,9 20 120 1,51 119 1 0,8 1,51 0,8 210 2,05 208 2 0,9 4,1 0,9 220 2,1 218 2 0,9 4,2 0,9
Adapun secara perhitungan, jatuh tegangan dan rugi daya pada sistem AC maupun DC di bawah 1 %. Perhitungan jatuh tegangan dan rugi daya ini menggunakan persamaan 2.10 dan 2.13 untuk sistem AC, lalu menggunakan persamaan 2.9 dan 2.12 untuk sistem DC dengan nilai resistansi dan induktansi yang tertera pada Tabel 3.3.
Tabel 3.3. Hasil Pengukuran Resistansi dan Induktansi Kabel Panjang Kabel (m) R (Ω) L (μH) 5 0,117 9,7 10 0,231 16,8 15 0,343 25,4 20 0,453 33,2
Sedangkan nilai tg lampu pijar dapat diperoleh dari nilai cos lampu pijar dimana cos lampu pijar berdasarkan pengukuran yaitu 0,9984.
o 9984 , 0 cos , maka : o 24 , 3 cos1 , sehingga : 06 , 0 3,24o tg tg
Perhitungan jatuh tegangan sistem AC untuk panjang 20 m dan tegangan suplai 220 V adalah sebagai berikut:
V V tg E P X E P R Vdrop 1 96 , 0 06 , 0 220 1 , 2 220 10 2 , 33 50 2 220 1 , 2 220 453 , 0 2 6
Kemudian dapat diperoleh persentase jatuh tegangan sebesar:
% 4 , 0 % 100 220 1 % 100 1 2 1 % V V V Vdrop
Sedangkan perhitungan jatuh tegangan sistem DC untuk panjang 20 m dan tegangan yang diterapkan (V2) 220 V adalah sebagai berikut:
V V V P R V dc drop 1 0,95 220 1 , 2 220 0,453 2
% 4 , 0 % 100 220 1 % 100 1 2 1 % V V V Vdrop
Sehingga, hasil perhitungan keseluruhan jatuh tegangan sistem AC maupun DC dengan beban lampu pijar ditunjukkan pada Tabel 3.4.
Tabel 3.4 Hasil Perhitungan Sistem AC dan DC dengan Beban Lampu Pijar Panjang Kabel (m) V suplai (V) Sistem AC Sistem DC Vdrop (V) % Vdrop P loss (W) % P loss V drop (V) % Vdrop P loss (W) % Ploss 5 120 0,2 0,1 0,3 0,1 0,2 0,1 0,3 0,1 210 0,2 0,1 0,5 0,1 0,2 0,1 0,5 0,1 220 0,2 0,1 0,5 0,1 0,2 0,1 0,5 0,1 10 120 0,3 0,3 0,5 0,3 0,3 0,3 0,5 0,3 210 0,5 0,2 1 0,2 0,5 0,2 1 0,2 220 0,5 0,2 1 0,2 0,5 0,2 1 0,2 15 120 0,5 0,4 0,8 0,4 0,5 0,4 0,8 0,4 210 0,7 0.3 1,5 0,3 0,7 0,3 1,4 0,3 220 0,7 0,3 1,5 0,3 0,7 0,3 1,5 0,3 20 120 0,7 0,6 1 0,6 0,7 0,6 1 0,6 210 0,9 0,4 2 0,4 0,9 0,4 2 0,4 220 1 0,4 2 0,4 1 0,4 2 0,4
Hasil perhitungan juga menunjukkan bahwa persentase jatuh tegangan dan rugi daya sistem AC maupun sistem DC di bawah 1 % hingga panjang 20 m pada seluruh level tegangan yang diberikan. Hal ini juga tidak berbeda dengan ketika penyearah pada sistem DC tanpa kapasitor (Lampiran). Dengan demikian, untuk panjang 5 m hingga 20 m nilai jatuh tegangan sangat kecil sehingga dianggap tidak ada jatuh tegangan maupun rugi daya baik pada sistem AC maupun DC. Adanya jatuh tegangan yang sangat kecil pada sistem AC maupun DC disebabkan adanya resistansi yang kecil pada kabel. Pada sistem AC, reaktansi tidak berpengaruh karena faktor daya beban yang tinggi.
3.2.3 Analisis Perbandingan Sistem AC dan DC dengan Lampu CFL
Berdasarkan pengukuran menggunakan susunan pada Gambar 3.6 dengan beban berupa 5 buah lampu CFL 20 W, diperoleh hasil pengukuran sistem AC yang ditunjukkan pada Tabel 3.5.
Tabel 3.5. Hasil Pengukuran Sistem AC dengan beban lampu CFL Panjang Kabel (m) V1 (V) A (A) V2 (V)
5 120 0,17 120 210 0,17 210 220 0,17 220 10 120 0,17 120 210 0,17 210 220 0,17 220 15 120 0,17 120 210 0,17 210 220 0,17 220 20 120 0,17 120 210 0,17 210 220 0,17 220
Hasil pengukuran menunjukkan bahwa tidak ada jatuh tegangan pada sistem AC dengan panjang kabel 5 m hingga 20 m. Hal ini salah satunya disebabkan konsumsi daya lampu CFL yang kecil sehingga jatuh tegangan dan rugi dayanya sangat kecil (diabaikan).
Kemudian hasil pengukuran sistem DC juga memperlihatkan hal yang sama dimana tidak ada jatuh tegangan hingga panjang 20 m pada level-level tegangan yang diberikan seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3.6. Sehingga, pengukuran menunjukkan baik pada sistem AC maupun DC, tidak ada jatuh tegangan maupun rugi daya pada panjang 5 m hingga 20 m dengan beban 5 buah lampu CFL atau kalaupun ada, nilai tersebut sangat kecil sehingga diabaikan.
Jatuh tegangan dan rugi daya yang sangat kecil juga ditunjukkan secara perhitungan. Dengan cara yang sama pada perhitungan dengan beban lampu pijar dimana nilai faktor daya dari kelima lampu CFL yang digunakan adalah 0,8422 atau tg = 0,64, hasil perhitungan jatuh tegangan dan rugi daya sistem AC dan DC tertera pada Tabel 3.7.
Tabel 3.6. Hasil Pengukuran Sistem DC dengan beban lampu CFL Panjang Kabel (m) V1 (V) A (A) V2 (V)
5 120 0,14 120 210 0,14 210 220 0,14 220 10 120 0,14 120 210 0,14 210 220 0,14 220 15 120 0,14 120 210 0,14 210 220 0,14 220 20 120 0,14 120 210 0,14 210 220 0,14 220
Tabel 3.7. Hasil Perhitungan Jatuh Tegangan dan Rugi Daya Sistem AC dan DC dengan Beban Lampu CFL
Panjang Kabel (m)
V suplai (V)
Sistem AC Sistem DC
V drop (V) P loss (W) V drop (V) P loss (W) 5 120 0,02 0,005 0,02 0,002 210 0,02 0,005 0,02 0,002 220 0,02 0,005 0,02 0,002 10 120 0,04 0,009 0,03 0,005 210 0,04 0,009 0,03 0,005 220 0,04 0,009 0,03 0,005 15 120 0,06 0,01 0,05 0,007 210 0,06 0,01 0,05 0,007 220 0,06 0,01 0,05 0,007 20 120 0,08 0,02 0,06 0,009 210 0,08 0,02 0,06 0,009 220 0,08 0,02 0,06 0,009
Hasil perhitungan menunjukkan jatuh tegangan dan rugi daya pada sistem AC maupun DC mendekati nol sehingga nilai ini dianggap tidak berarti. Karena nilainya yang sangat kecil, hasil ini menunjukkan tidak ada jatuh tegangan dan rugi daya pada sistem AC maupun DC untuk panjang 5 m hingga 20 m khususnya dengan beban 5 lampu CFL 20 W.
3.3 Analisis Rugi-rugi Konversi pada Konverter AC-DC
Penggunaan beban-beban DC saat ini banyak terdapat pada rumah tangga, perkantoran, maupun fasilitas-fasilitas komersial. Beban DC yang banyak digunakan salah satunya berupa beban elektronika seperti personal computer (PC), laptop, ponsel, printer, televisi, dan masih banyak yang lainnya. Penggunaan beban-beban ini pada sistem AC menyebabkan perlunya konverter AC-DC untuk mengkonversi tegangan AC dari penyuplai menjadi tegangan DC yang sesuai dengan spesifikasi beban. Kemudian, masalah timbul apabila konverter AC-DC yang digunakan pada setiap beban DC menimbulkan adanya daya-daya yang hilang pada saat proses konversi. Dampaknya, semakin banyak beban DC yang disuplai AC, daya-daya yang hilang akibat proses konversi AC-DC semakin berlipat ganda.
3.3.1 Deskripsi Studi Kasus
Pada pengukuran rugi-rugi konverter AC-DC, jenis beban yang digunakan adalah jenis beban tanpa kabel (portable) atau mobile device yang saat ini penggunaannya kian meningkat. Sifat beban portabel ini memanfaatkan baterai yang dapat diisi ulang (rechargable baterry) sebagai sumber energi, sehingga dalam proses pengisian baterai membutuhkan suplai DC yang diperoleh dari keluaran konverter AC-DC (AC Adapter). Pada beban portabel seperti laptop, AC Adapter yang digunakan dapat menyuplai beban secara langsung dengan tanpa baterai. Hal ini menunjukkan bahwa selain sesuai dengan spesifikasi baterai, keluaran dari AC Adapter laptop juga sesuai dengan spesifikasi di dalam beban laptop itu sendiri.
Untuk mengetahui besar rugi-rugi konversi dari konverter AC-DC, beban yang digunakan terdiri dari :
1. Laptop dengan spesifikasi AC Adapter original yang tertulis pada nameplate sebagai berikut :
Masukan = 100 – 240 Vac, 50 – 60 Hz, 1,7 A Keluaran = 19,5 V dc, 3,34 A
Sedangkan faktor daya dari AC Adapter ini berdasarkan pengukuran menggunakan Hioki 3169-20 yaitu 0,9939.
Selain itu, pengukuran rugi-rugi konversi juga menggunakan Replacement AC Adapter atau AC Adapter pengganti yang beredar di pasaran dengan spesifikasi yang tertulis pada nameplate sebagai berikut :
Masukan : 100-240 V, 50 - 60 Hz, 1,5 A Keluaran : 19,5 Vdc, 3,34 A
Replacement AC Adapter mempunyai nilai faktor daya 0,9777 yang diperoleh dari pengukuran.
Laptop atau notebook merupakan salah satu beban yang saat ini banyak digunakan baik di perkantoran, universitas, rumah tangga, maupun fasilitas komersial. Penggunaan laptop bisa melebihi penggunaan komputer desktop di masa mendatang karena konsumsi daya yang rendah dan kemudahannya untuk dibawa (portability) [17]. Beban portabel ini membutuhkan AC adapter untuk mengkonversi tegangan dari suplai menjadi tegangan yang dibutuhkan oleh beban. AC adapter yang digunakan pada proses konversi ini dapat menimbulkan rugi-rugi konversi. Jika penggunaan laptop semakin meningkat, maka akumulasi rugi-rugi konversi dari AC adapter tersebut menjadi semakin besar sehingga dapat mengakibatkan kehilangan daya yang cukup signifikan. 2. Ponsel A dengan spesifikasi charger yang tertulis pada nameplate sebagai
berikut:
Masukan : 100 – 240 Vac, 50-60 Hz, 125 mA Keluaran : 5 Vdc, 890 mA
Sedangkan faktor daya dari charger ini berdasarkan pengukuran adalah 0,9976.
Ponsel atau handphone saat ini merupakan alat komunikasi yang sudah tidak asing lagi terutama bagi masyarakat kota sehingga penggunaan beban ini sangat banyak. Beban ini dapat mewakili beban portabel lain seperti tablet dan sebagainya yang juga menggunakan charger. Beban ini secara internal beroperasi dengan DC sehingga memerlukan konverter AC-DC atau charger untuk mengisi baterai sebagai sumber energi. Jika pada proses konversi AC-DC pada charger menimbulkan adanya daya yang hilang, maka sekian banyak charger ponsel yang digunakan saat ini juga turut berkontribusi terhadap kehilangan daya tersebut.
3. Ponsel B dengan spesifikasi charger yang tertulis pada nameplate sebagai berikut:
Masukan : 100 – 240 Vac, 50/60 Hz, 0,15 A Keluaran : 5,3 Vdc, 650 mA
Lalu, berdasarkan pengukuran, faktor daya dari charger Ponsel B ini adalah 0,9968.
3.3.2 Analisis Rugi-rugi Konversi pada AC Adapter Laptop 3.3.2.1 Konfigurasi Pengukuran
Untuk melakukan pengukuran rugi-rugi-rugi konversi yang ada pada konverter AC-DC (AC Adapter) pada laptop, konfigurasi yang digunakan ditunjukkan pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8. Konfigurasi Pengukuran Rugi-rugi Konversi pada AC Adapter Laptop
3.3.2.2 Hasil Pengukuran dan Analisis
Pengukuran ini menggunakan dua AC Adapter yang berbeda yaitu AC Adapter original dan Replacement AC Adapter yang beredar di pasaran. Hal ini untuk mengetahui besar rugi-rugi konversi dari masing-masing AC Adapter. Kemudian, pengukuran ini dilakukan dengan baterai terpasang pada laptop dan tanpa baterai. Hal ini untuk mengetahui efisiensi AC Adapter pada kondisi yang berbeda.
a. AC Adapter original
Hasil pengukuran terhadap AC Adapter dengan baterai terpasang ditunjukkan oleh Tabel 3.8.
V2 Laptop Suplai PLN A1 A2
2
AC Voltage Regulator AC Adapter Laptop V1Tabel 3.8. Hasil Pengukuran AC Adapter original dengan Baterai Terpasang Input AC Adapter Output AC Adapter CPU Usage Pin (W) Pout (W) η (%) Conv Loss (W) V1 (V) A1 (A) V2 (V) A2 (A) 220 0,18 19,05 1,82 1% 39,4 34,7 88,1 4,7 220 0,17 19,07 1,82 1% 37,2 34,7 93,4 2,5 220 0,21 18,88 2,37 32% 45,9 44,7 97,4 1,2 220 0,21 18,88 2,39 32% 45,9 45 98,3 0,8 220 0,28 18,45 3,18 99% 61,2 58,7 95,8 2,6 220 0,29 18,48 3,17 99% 63,4 58,6 92,4 4,8
Dari hasil pengukuran menunjukkan bahwa efisiensi AC Adapter bervariasi dari 88,1 % hingga 98,3 % dengan efisiensi rata-rata keseluruhan sebesar 94 %. Nilai efisiensi bervariasi terhadap CPU Usage, akan tetapi tidak menunjukkan hubungan yang linear. Hal ini menunjukkan bahwa meningkatnya kerja laptop tidak diiringi dengan meningkatnya efisiensi AC Adapter.
Di lain hal, rugi-rugi konversi yang ditimbulkan dari proses konversi pada AC Adapter ini besarnya 0,8 W hingga 4,8 W dengan rugi-rugi konversi rata-ratanya 2,7 W dimana dalam hal ini rugi kabel diabaikan. Sedangkan rugi-rugi konversi paling besar dari AC Adapter ini yaitu pada saat kerja laptop maksimum karena pada saat tersebut konsumsi daya laptop juga maksimum. Daya-daya yang hilang pada saat proses konversi pada AC Adapter ini salah satunya disebabkan oleh rugi-rugi penyearah yang ada di dalam AC Adapter.
Pada pengukuran lainnya, yaitu dengan laptop tanpa baterai, menunjukkan hasil yang tertera pada Tabel 3.9.
Tabel 3.9. Hasil Pengukuran Adapter original dengan Laptop tanpa Baterai
Input AC Adapter Output AC Adapter CPU Usage P in (W) P out (W) η (%) Conv loss (W) V1(V) A1(A) V2(V) A2(A) 220 0,07 19,3 0,76 1% 15,3 14,7 95,8 0,6 220 0,11 19,1 1,18 30% 24,05 22,5 93,7 1,5 Hasil pengukuran ini tidak jauh berbeda dengan ketika baterai terpasang pada laptop. Hanya saja konsumsi daya ketika laptop tanpa baterai lebih kecil
daripada ketika baterai terpasang. Sebagai akibatnya, rugi-rugi konversi AC Adapter pada pengukuran laptop tanpa baterai juga lebih kecil yaitu berkisar antara 0,6 W hingga 1,5 W. Dari sini dapat diketahui bahwa adanya baterai pada laptop menambah konsumsi daya laptop yang menyebabkan rugi-rugi konversi dari AC Adapter juga makin besar. Dalam laptop terdapat switch internal yang mengatur aliran daya ke rangkaian internal. Switch ini mengizinkan sumber utama (keluaran AC Adapter) menyuplai daya ke rangkaian internal laptop atau baterai yang menyuplai daya ke rangkaian internal laptop tersebut [17]. Sehingga, pada saat baterai tidak terpasang, swicth ini mengizinkan sumber utama untuk menyuplai laptop saja tanpa menyuplai baterai (arus lebih kecil).
Sedangkan efisiensi AC Adapter dari pengukuran ini tidak berbeda jauh dengan ketika baterai terpasang, yaitu 93,7 % hingga 95,8 %. Hal ini juga menunjukkan bahwa efisiensi AC Adapter tidak terlalu dipengaruhi oleh ada atau tidaknya baterai. Ada atau tidaknya baterai hanya berpengaruh pada konsumsi daya beban dan rugi-rugi konversinya.
b. Replacement AC Adapter
Hasil pengukuran Replacement AC Adapter dengan baterai terpasang ditunjukkan oleh Tabel 3.10. Hasil pengukuran pada Replacement AC Adapter menunjukkan bahwa efisiensi dari AC Adapter ini berkisar antara 96,7 % hingga 97,9 % dengan efisiensi rata-rata keseluruhan pengukuran yaitu 97 %. Sedangkan rugi-rugi konversi dari AC Adapter ini yaitu sebesar 1,4 W hingga 1,7 W. Rugi-rugi ini salah satunya juga disebabkan oleh penyearah.
Tabel 3.10. Hasil Pengukuran Replacement AC Adapter dengan Baterai Terpasang
V1(V) A1(A) V2(V) A2(A) CPU Usage Pin (W) Pout (W) η (%) Conv. loss (W) 220 0,24 19,81 2,52 27% 51,6 49,9 96,7 1,7 220 0,3 19,68 3,21 99% 64,5 63,2 97,9 1,4 220 0,19 19,87 1,97 1% 40,9 39 95,8 1,7 220 0,19 19,87 1,97 1% 40,9 39 95,8 1,7
Pada pengukuran lainnya, yaitu dengan laptop tanpa baterai, hasil pengukuran tertera pada Tabel 3.11. Hasil pengukuran ini menunjukkan nilai efisiensi rata-rata dari AC Adapter ini yaitu 93 %. Nilai ini tidak jauh berbeda dengan ketika baterai terpasang, yaitu masih di atas 90 %. Sedangkan rugi-rugi konversi dari AC Adapter ini 0,2 hingga 2 W. Secara umum, rugi-rugi konversi ini lebih kecil dibandingkan dengan rugi-rugi konversi ketika baterai terpasang pada laptop. Hal ini juga disebabkan ketika laptop tanpa baterai disuplai secara langsung oleh keluaran AC Adapter, arus keluaran AC Adapter hanya menyuplai laptop sehingga nilainya lebih kecil yang menyebabkan konsumsi daya pada laptop tanpa baterai lebih kecil dibandingkan dengan baterai terpasang. Dengan konsumsi daya yang lebih kecil, maka rugi-rugi konversinya juga lebih kecil.
Tabel 3.11. Hasil Pengukuran Replacement AC Adapter dengan Laptop tanpa Baterai
V1 (V) A1(A) V2 (V) A2 (A) CPU
Usage Pin (W) Pout (W) η (%)
Conv loss (W) 220 0,08 19,97 0,76 1% 17,2 15,2 88,2 2 220 0,07 19,97 0,72 1% 15,06 14,4 95,5 0,7 220 0,1 19,94 1,01 27% 21,5 20 93,6 1,4 220 0,1 19,93 1,07 27% 21,5 21,3 99 0,2 220 0,18 19,86 1,88 99% 38,7 37,3 96,4 1,4 220 0,18 19,86 1,9 99% 38,7 37,7 97,5 0,98
3.3.3 Analisis Rugi-rugi Konversi pada AC Adapter Ponsel 3.3.3.1 Konfigurasi Pengukuran
Konfigurasi pengukuran rugi-rugi konversi AC Adapter atau charger ponsel sama dengan konfigurasi pengukuran pada AC Adapter laptop yang ditunjukkan pada Gambar 3.13. Hanya saja AC Adapter laptop diganti dengan AC Adapter ponsel atau charger ponsel dan beban laptop diganti dengan ponsel.
3.3.3.2 Hasil Pengukuran dan Analisis
a. Hasil Pengukuran dan Analisis Charger Ponsel A
Dengan beban berupa Ponsel A, hasil pengukuran rugi-rugi konversi pada charger ponsel tersebut tertera pada Tabel 3.12.
![Gambar 2.2 [9]. Masalah kualitas daya yang biasa terjadi pada sistem AC](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/2684251.3638927/20.893.180.788.363.916/gambar-masalah-kualitas-daya-terjadi-sistem-ac.webp)
![Gambar 2.3. Sistem Distribusi DC [10]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/2684251.3638927/26.893.188.756.223.908/gambar-sistem-distribusi-dc.webp)
