1
Rancang Bangun Alat Untuk Perbaikan faktor Daya Pada Beban
Dinamis 1 fase dan Monitoring Daya Dengan LCD Grafik.
Asrul Syafrianto
1, Indhana Sudiharto ST.MT.
2Ir.Sutedjo, MT.
3 Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Industri, PENS-IT, Surabaya ,Indonesia,e-mail: asrulsyafrianto@yahoo.com1
Dosen Jurusan Teknik Elektro Industri, PENS-ITS,Surabaya ,Indonesia. 2 Dosen Jurusan Teknik Elektro Industri, PENS-ITS,Surabaya ,Indonesia. 3
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
.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
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.
2. DASAR TEORI
Teori yang digunakan sebagai dasar pelaksanaan tugas akhir ini adalah:
2.1 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:
Faktor daya P dalam wattV x I 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.
Gambar 2. 1 Diagram phasor konsep kompensator
daya nyata ( VI cos θ ) θ
daya reaktif ( VI sin θ )
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.
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
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.
I V
Gambar 2. 3 Arus dan tegangan
V I
Gambar 2. 4 Arus tertinggal 30˚ dari Tegangan
I
V Gambar 2. 5 Arus mendahui 30˚ dari Tegangan 2.3 Penggunaan Segitiga Daya dan Tabel Cos θ
Untuk Analisa Perbaikan Faktor Daya
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) Q = daya reaktif (kVAR) Faktor daya:
daya aktif daya nyata
P S cos θ
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
3
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) (b) Gambar 2.7 (a) Rangkaian Detektor Phasa (b) Input dan output pada rangkaian phasa detector 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) θ1 : sudut sebelum diperbaiki θ2 : sudut setelah diperbaiki
3. KONFIGURASI SISTEM
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. Perencanaan capasitor bank dan pembuatan soft switch. 4. Perencanaan dan pembuatan mikrokontroller dan display.
3.1.
Perencanaan
dan
Pembuatan
rangkaian
positive clamper
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.
(a) (b)
Gambar 3.2. (a).rangkaian positif clamper (b).hasil simulasi rangkaian positif clamper3.2.1. 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
- 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
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.
Gambar 3.3. Zero Crossing Detector (Detektor Phasa)
3.2.4.
Soft switch dengan Thyristor
Gambar 3.4 Soft switch dengan thyristor triac BTA12
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 015% 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.
3.3. 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.
4.
PENGUJIAN DAN ANALISIS
Pada Bab IV dibahas tentang pengujian terhadap
system yang dibangun disertai dengan analisa.
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.
Gambar 4.1. Panel Box system
Gambar 4.2. Sistem yang terintegrasi
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.
4.1.1.
Sensor tegangan
Berikut ini adalah gambar dari sensor tegangan
yang telah dibuat :
10kΩ
10kΩ
10kΩ
10kΩ 3.9kΩ
5
Gambar 4.3. Sensor Tegangan
Sensor tegangan diuji dengan memberikan tegangan
variable dari variac AC 1 fase. Berikut adalah tebel
pengujian dari sensor tegangan.
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
Dari hasil pengujian telah didibuktikan bahwa sensor
tegangan dapat digunakan untuk masuk kedalam sensor
beda fasa .
Gambar 4.4. Keluaran dari sensor tegangan AC
Time/div = 5ms; volt/div =50 volt;
4.1.2.
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.
Gambar 4.6. Keluaran gelombang tegangan ZCT.
Time/div = 5ms; volt/div =50 volt;
Pengujian sensor arus ZCT menggunakan beban
resistor variable dan dengan variac 1 fase.berikut ini
adalah data dari pengujian sensor arus ZCT.
Tabel 4.2 Pengujian sensor arus ZCT
no ADC
Tegangan
keluaran
ZCT
(Volt)
Penguat
Non
inverting
25 kali
(volt)
Pembacaan
arus
Amperemeter
(Ampere)
Pembacaan
Arus di
LCD
(Ampere)
Error
Pembacaan
1
20.6
0.020
0.497
0.2
0.21
2
49.5
0.023
0.576
0.4
0.41
3
67
0.026
0.650
0.6
0.61
4
85.9
0.029
0.709
0.8
0.81
1.25%
5
105
0.032
0.776
1
1
6
147
0.038
0.933
1.2
1.2
7
189
0.044
1.080
1.4
1.4
8
232
0.050
1.230
1.6
1.6
9
277
0.057
1.396
1.8
1.82
10
319
0.063
1.544
2
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 4.7. Grafik pengujian sensor arus ZCT
Pada gambar 4.7 menununjukkan
grafik
perbandingan antara pembacaan arus pada amapere
meter analog dan pembacaan di LCD grafik.
Berikut adalah listing progam dari pembacaan
sensor arus dengan menggunakan bahasa visual C++:
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".
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.
Gambar 4.8 Zero Crossing Detector (Detektor Phasa)
Keterangan pada gambar 4.8 :
-
A = titik A (gelombang sinyal keluaran sensor
tegangan)
-
B = titik B (gelombang sinyal keluaran sensor
arus)
-
C = titik C (sinyal step tegangan)
-
D = titik D (sinyal step arus)
-
E = titik E ( sinyal beda fasa)
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.
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
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0
5
10
15
amapere
meter
analog
LCD grafik
A
B
C
D
E
Gelombang Sinyal tegangan Gelombang Sinyal arusSinyal step tegangan
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
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.
4.2.
Pengujian monitoring LCD grafik.
Pengujian LCD Grafik menggunakan program
yang telah dibuat. Program lcd grafik menggunakan
basaha C dengan software code vision.
(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)
{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];} //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
} ;
}
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 yang
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
faradnya sekitar
015%
dengan adanya toleransi itu maka
perancangan dimaksimalkan.
Gambar 4.13 Kapasitor bank
Pada tabel 4.5 Berikut adalah hasil dari pengujian yang
dilakukan.
Tabel 4.3 Pengujian sistem Tanpa Kapasitor
No
Nama
beban
V
(Volt)
I
(ampere)
Cos phi
P
(Watt)
S
(VA)
% error
Cos phi
1
Motor
pompa
224 (Fluke meter) 1 (Fluke meter) 0.66 lag (Fluke meter)150
(Fluke meter)220
224 (lcd ) 1 (lcd ) 0.64 lag (lcd ) 143.3 (lcd )2
kulkas
224 (Fluke meter) 0.77 (Fluke meter) 0.68 lag (Fluke meter)116
(Fluke meter)170
1.4%
224 (lcd ) 0.78 (lcd ) 0.67 lag (lcd ) 115.3 (lcd )4
Kulkas
dan
motor
pompa
224 (Fluke meter) 1.81 (Fluke meter) 0.71 lag (Fluke meter)280
(Fluke meter)410
1.4%
224 (lcd ) 1.82 (lcd ) 0.70 lag (lcd ) 285.3 (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 %.
Tabel 4.4 Hasil Pengujian sistem dengan Kapasitor
No
Nama
beban
Dengan
pemakaian
Kapasitor
(uF)
V
(Volt)
I
(ampere)
Cos phi
P
(Watt)
S
(VA)
1
Motor
pompa
10 uf
Dengan
toleransi
5%
0 1 224 (Fluke meter) 0.69 (Fluke meter) 0.91 lag (Fluke meter)139
159
224 (lcd ) 0.70 (lcd ) 0.89 lag (lcd )139m.5
2
kulkas
8 uf
Dengan
toleransi
5%
0 1 224 (Fluke meter) 0.56 (Fluke meter) 0.94 lag (Fluke meter)118
124
224 (lcd ) 0.58 (lcd ) 0.94 lag (lcd )122.1
3
Motor
pompa
dan
kulkas
18 uf
Dengan
toleransi
5%
0 1 224 (Fluke meter) 1.66 (Fluke meter) 0.96 lag (Fluke meter)356
368
224 (lcd ) 1.67 (lcd ) 0.96 lag (lcd )359.1
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.
Untuk persen error pada cos phi perancangan dengan
cos phi hasil pengujian.
9
Pada motor pompa :
% 2 3 cos 4 =
5364
789:;− 5364
<:=>5364
789:;?100%
% 2 3 5 cos 4 =
0.99 − 0.91
0.99
?100%
% 2 3 536 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 :
% 2 3 cos 4 =
5364
789:;− 5364
<:=>5364
789:;?100%
% 2 3 5 cos 4 =
0.99 − 0.94
0.99
?100%
% 2 3 536 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 :
% 2 3 cos 4 =
5364
789:;− 5364
<:=>5364
789:;?100%
% 2 3 5 cos 4 =
0.99 − 0.96
0.99
?100%
% 2 3 536 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 tidak
diberi denda dengan buruknya cos phi tetapi disini
bertujuan
untuk
meningkatkan
efisensi
pada
penggunaan beban rumah tangga, sehingga bisa
memaksimalkan pada pemakaian dayanya.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Achmad Fanani, ”Power faktor Regulator Mengunakan PLC(HARDWARE)”, Proyek Akhir PENS – ITS, 2001.[2]
Rety Silvana, Florentina, ”Perbaikan Kualitas Daya menggunakan Soft Switch Static Var Kompensator untuk beban dinamik pada industri”, PENS-ITS, Surabaya, 2006.[3]
Indhana Sudiharto, ST, MT, ”Desain Soft Switched Static Var Compensator Untuk Mengurangi Inrush Current Pada Capasitor Bank”, Tesis Teknologi Industri – ITS, 2006.[4]
Arif, Faisyal, ”Power Faktor Regulatormenggunakan PLC Zelio”, PENS-ITS, Surabaya, 2007.
[5]
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.[6]
Epcos,”Damping of Inrush Current in Low-Voltage PFC Equipment”, Aplication Note, 2001.[7]
Atmel,”8-bit AVR Microcontroller with 16K BytesIn-System Programmable Flash”, Atmega16 datasheet, 2002
