Simulasi Pengendalian Faktor Kerja Dengan Pembebanan R, L, dan C Melalui Inti Magnet Permanen.

(1)

ABSTRAK

Kualitas energi listrik dituntut untuk mendekati atau sama dengan zero ripple,

tergantung pada desain peralatan listrik dan pengendalian sistem tenaga listrik

tersebut, diantaranya dapat dikendalikan lewat perubahan beban disetarakan dengan

kenaikan atau perubahan sumber pembangkit, sehingga konsumen dapat merasakan

kepuasan atas pemanfaatan tenaga listrik. Oleh karena itu dibutuhkan suatu alat yang

dapat mensimulasi pengendalian faktor kerja melalui inti magnet permanen.

Pembuatan simulasi ini menggunakan bahan inti magnet dari inti “E”

sebanyak 4 buah, dimana inti magnet tadi diberi celah sebanyak 6 buah, yaitu : inti

dengan celah udara bagian kanan sebanyak 2 buah, inti dengan celah udara bagian

tengah sebanyak 2 buah, dan inti dengan celah udara bagian kiri sebanyak 2 buah.

Dimana inti tersebut dipakai untuk mengontrol beban R, L, C yang dipilih. Simulasi

tersebut menggunakan bahasa pemograman Microsoft Visual Basic 6.0.

Pada pembuatan simulasi ini, dipilih bermacam-macam beban R, L, C dengan

satuan yang berbeda-beda. Kemudian disimulasikan agar mendapatkan nilai faktor

kerja ( Cos φ ) sama dengan 1.

(2)

ABSTRACT

Electricity energy quality is an obligatory to be equal or as same as Zero Ripple, it’s depends on electricity equipment design and electricity power system, neither one of them is able to be controlled by volume equalizer changer combine with inflation or electricity power beneficial. Therefore, we need tool for simulate the power factor control through permanent core magnet.

This simulation is using an “E” core magnet compound consist of four pieces where on the edge of every magnet, or small air gap of six pieces were put. Each two air gap is on the right, middle, and left of the “E” core magnet. The core magnet was build to control the R, L, and C weigh which used Microsoft Visual Basic 6.0 language program.

In the making of this simulation, variation of R, L, and C weigh were chosen by different point of each one. And then, the simulation will be run in order to get the phase edge score ( φ ) to be equal as one.

(3)

DAFTAR ISI

ABSTRAK……… i

ABSTRACT……… ii

KATA PENGANTAR……….. iii

DAFTAR ISI………. vi

DAFTAR GAMBAR……….ix

DAFTAR TABEL………. xi

DAFTAR LAMPIRAN……….xii

Bab I PENDAHULUAN……… 1

1.1 Latar Belakang………. 1

1.2 Perumusan Masalah………. 2

1.3 Tujuan……….. 2

1.4 Pembatasan Masalah……… 3

1.5 Cara Kerja...………... 3

1.6 Spesifikasi...3

1.7 Sistematika Laporan...3

Bab 2 TEORI PENUNJANG.………... 4

2.1 Pendahuluan...……… 4

2.2 Visual Basic...………..……….. 4

2.2.1 Pemograman Berorientasi Objek ( Object – Oriented Programming )... 5

2.2.2 Toolbox pada Visual Basic... 5

2.2.3 Project...……… 5

2.2.4 Form ...……….. 6

(4)

2.2.5 Kontrol pada Visual Basic...……… 6

2.3.5 Induktansi Bersama ( Mutual Inductance )... 11

2.3.6 Rugi dan Efisiensi...……….. 12

2.3.7 Celah Udara...………...….. 13

2.4 Beban R, L, C…....………... 13

2.5 Analisa Dalam Medan Magnet …………...……….14

2.5.1 Metoda Pendekatan Tradisional... 14

2.5.2 Langkah – langkah konversi... 15

2.5.3 Model Kapasitansi... 15

2.5.4 Kumparan Sebagai Gyrator ..………... 16

2.5.5 Gyrator ..………... 21

Bab 3 PERANCANGAN PROGRAM..……….. .. 23

3.1 Pendahuluan……...……….. 23

3.2 Perancangan Inti Trafo 6 Celah Udara ………..………. 23

3.2.1 Konversi DC – DC... 23

3.4 Beban yang di Ujicobakan .……….……… 36

(5)

3.4.1 Beban R Random ………...……….. 36

3.4.2 Beban L Random ………...……… 36

3.4.3 Beban L Random ………... 36

3.4.4 Beban L Random, dan Beban C Konstan ...…………...… 37

3.4.5 Beban C Random, dan Beban L Konstan ………..….. 37

3.4.6 Beban R, L, dan C Random ………...……….…… 37

3.5 Diagram Blok………...……….…...… 37

Bab 4 UJICOBA PROGRAM...……….. 39

4.1 Pengujian Program.………….….………39

4.2 Percobaan Program.………. 39

4.2.1 Beban R Random ………...……….. 39

4.2.2 Beban L Random ………...………….…41

4.2.3 Beban C Random ………... 43

4.2.4 Beban L Random, dan Beban C Konstan ...…………...… 45

4.2.5 Beban C Random, dan Beban L Konstan ………..….. 46

4.2.6 Beban R, L, dan C Random ………...……….…… 47

Bab 5 KESIMPULAN DAN SARAN…….……….. 49

5.1 Kesimpulan……….…...……….. 49

5.2 Saran………...…...……….. 50

DAFTAR PUSTAKA………...…... 51

LAMPIRAN A LISTING PROGRAM………...A-1

(6)

DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1 : Transformator ideal...………..…..……. 9

Gambar II.2 : Transformator linier dengan sumber pada jaringan primer dan beban pada jaringan sekunder.…………... 10

Gambar II.3 : Rangkaian listrik empat kutub ...………..……. 17

Gambar II.4 : Gyrator ………...…... 18

Gambar II.5 : Pemodelan belitan pada sisi primer transformator gyrator-karpasitor.…………... 19

Gambar II.6 : Pemodelan gyrator pada sisi sekunder transformator bercelah udara.………... 19

Gambar II.7 : Transformator bercelah udara...………..……….. 20

Gambar II.8 : Gyrator – Kapasitor …………...……….. 20

Gambar II.9a : Pemodelan Gyrator pada sisi primer…..………..……… 21

Gambar II.9b : Model gyrator pada Pspice sebagai VCCS………... 21

Gambar II.10a : Pemodelan Gyrator pada sisi sekunder ...………...…….. 21

Gambar II.10b : Model Gyrator pada Pspice sebagai CCVS..………...…...21

Gambar III.1 : Gyrator berbeban R ...……….……...…. 23

Gambar III.2 : Konverter dengan transformator bercelah udara...……...24

Gambar III.3 : Modifikasi gyrator kapasitor ...……….……... 25

Gambar III.4 : Inti transformator…...…….... 26

Gambar III.5 : Form Utama... 32

Gambar III.6 : Label Pertama untuk Data Masukan R ( Resistor )... 33

Gambar III.7 : Label Kedua untuk Masukan Data L ( Induktor )...34

Gambar III.8 : Label Ketiga untuk Masukan Data C ( Capasitor )... 35

Gambar III.9 : Tombol Hitung... 35

Gambar III.10 : Tombol Reset ...… 36

(7)

Gambar III.11 : Flowchart Pengendali Faktor Kerja... 38

Gambar IV.1 : Simulasi kerja Inti E dalam counter beban R... 40

Gambar IV.2 : Simulasi kerja Inti E dalam counter beban RL... 42

Gambar IV.3 : Simulasi kerja Inti E dalam counter beban RC... 44

Gambar IV.4 : Simulasi kerja Inti E dalam counter beban RLC... 48

(8)

DAFTAR TABEL

Tabel II.1 : Analogi Pendekatan...………..………… 15

Tabel II.2 : Alternatif Analogi...…….………..………….. 16

Tabel III.1 : Nilai Reluktansi dan Permeans dari Inti Transformator Bagian 1... 27

Tabel III.2 : Nilai Reluktansi dan Permeans dari Inti Transformator Bagian 2....27

Tabel III.5 : Nilai Reluktansi dan Permeans dari celah udara 1... 29

Table III.7 : Nilai Reluktansi dan Permeans dari celah udara 3... 30

Tabel IV.1 : Nilai Beban R Random... 41

Tabel IV.2 : Nilai Beban L Random... 43

Tabel IV.3 : Nilai Beban C Random...45

Tabel IV.4 : Nilai Beban L Random dan Beban C Konstant ...45

Tabel IV.5 : Nilai Beban C Random dan Beban L Konstant...46

Tabel IV.6 : Nilai Beban R, L, C Random...48

(9)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1: Listing Program………...A-1

(10)

Lampiran A Listing Program

Private Sub DISPLAY(STATUS As Boolean)

Me.txtC.Enabled = Not STATUS

Me.cmdHITUNG.Caption = "RESET" Else

(11)

Me.cmdHITUNG.Caption = "HITUNG" End If

End Sub

Private Sub DISPLAY1(STATUS As Boolean) Me.txtC.Enabled = Not STATUS

Me.cmdHITUNG.Caption = "RESET" Else

Me.cmdHITUNG.Caption = "HITUNG" End If

End Sub

Private Sub cmdHITUNG_Click() On Error Resume Next

(12)

Lampiran A Listing Program TAMPILKAN HASIL XL, XC, Z, DAN THETA

PENCARIAN RELUKTANS DAN PERMEANS YANG COCOK DARI INTI MAGNET TIPE E

(13)

If THETA2 = 1 Then ' JIKA THETA SUDAH BERNILAI 1 TAMPILKAN HASIL XL, XC, THETA1, THETA2 , RELUKTANS INTI MAGNET, PERMEANS INTI MAGNET , DAN Z

(14)

End If

End Sub

' FUNGSI UNTUK MENGHITUNG XL Private Function XL(L As Double) As Double XL = FormatNumber(2 * (22 / 7) * F * L, 6) End Function

'FUNGSI UNTUK MENGHITUNG XC Private Function XC(C As Double) As Double XC = FormatNumber(1 / (2 * (22 / 7) * F * C), 6) End Function

'FUNGSI UNTUK MENGHITUNG THETA

Private Function THETA(R As Double, ZZ As Double) As Double THETA = FormatNumber(Cos((Cos(R / ZZ)) / (Sin(R / ZZ))), 6) End Function

' FUNGSI UNTUK MENGHITUNG Z

Private Function Z(XL As Double, XC As Double, R As Double) As Double Dim ZZ As Double

ZZ = ((R ^ 4 + ((XL - XC) ^ 4)) ^ 0.5) ^ 0.5

If ZZ < 0 Then ' MUTLAKKAN Z ZZ = ZZ * -1

End If

Z = FormatNumber(ZZ, 6)

End Function

(15)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi listrik merupakan salah satu dari kebutuhan hidup yang sangat penting bagi rakyat Indonesia maupun penduduk dunia ini. Pertumbuhan penduduk tidak seimbang dengan penyediaan energi listrik yang dibangkitkan PLN, serta kondisi negara Indonesia yang sedang krisis segalanya. Sehingga PLN belum menambah pembangkit energi listrik sejak 1998, sedangkan permintaan energi listrik terus bertambah sehingga sampai saat ini tingkat kebutuhan energi listrik naik setiap tahun dengan skala 7%.

Sistem tenaga listrik didunia berkembang dengan pesat termasuk desain peralatan listrik dan pengendalian sistem tenaga listrik, diantaranya dapat dikendalikan lewat perubahan beban disetarakan dengan kenaikan atau perubahan sumber pembangkit, sehingga konsumen dapat merasakan kepuasan atas pemanfaatan tenaga listrik. Perkembangan yang terjadi di Indonesia sebelum era 70an keadaan sistem tenaga listrik masih banyak terisolasi, bahkan di Jawa pun masih terpisah masing-masing propinsi. Permintaan terhadap utilitas listrik adalah pasokan energi listrik ke konsumen dengan usaha pengeluaran biaya ekonomi yang sedikit mungkin dan usia peralatan menjadi lebih panjang. Biaya-biaya tersebut diantaranya biaya pembangkitan, biaya pemadaman, dan biaya kerusakan, biaya ganti rugi, resiko dan pengeluaran lainnya.

Seiring dengan meningkatnya kebutuhan tenaga listrik untuk industri yang diikuti dengan meningkatnya teknologi elektronika dalam bidang ketenagalistrikan, keadaan ini dapat menyebabkan memburuknya mutu penyediaan akan tegangan kualitas hasil produksinya yang pada akhirnya menuntut penyedia tenaga listrik untuk mengganti kerugian. Idealnya parameter dan nilai mutu listrik harus sudah disepakati oleh masyarakat

(16)

Bab I Pendahuluan 2

kelistrikan yaitu penyedia dan pengguna tenaga listrik serta pabrik pembuat peralatan listrik untuk menghindari adanya klaim kerugian.

Tenaga listrik telah menjadi kebutuhan pokok untuk masyarakat, terutama yang tinggal di kota besar seiring dengan kemajuan teknologi, penyedia listrik dituntut untuk mempunyai kualitas yang semakin baik. secara umum telah diketahui bahwa tegangan listrik yang jauh dari suatu, atau yang dekat dengan mesin las akan mempunyai mutu yang tidak baik, karena tegangan cenderung rendah/naik turun/berkedip. Tegangan berkedip dapat menimbulkan bermacam gangguan harmonik.

Dengan dasar ini, harus dipikirkan bagaimana cara mengoptimalkan daya yang seadanya, tetapi tetap berkualitas, karena tingkat kualitas energi listrik yang ada di Indonesia relatif kurang baik dikarenakan banyaknya permintaan, sedangkan penyediaan energi listrik kurang atau fakta lain yaitu sistem kontrolnya kurang optimal, maka penulis berusaha membuat simulasi pengendalian faktor kerja dengan pembebanan R, L, dan C mealalui inti magnet permanen dengan harapan bila beban berubah, faktor kerja beban masih tetap baik.

1.2 Identifikasi Masalah

• Berapa besar Cos φ saat pembebanan ? • Bagaimana kondisi beban ?

• Apakah Cos φ bekerja di daerah lagging/leading ?

• Berapa parameter yang dipilih agar diperoleh Cos φ = 1 ?

1.3 Tujuan

Tujuan dari tugas akhir ini adalah mengsimulasi pengendalian faktor kerja dengan pembebanan R, L, dan C melalui inti magnet permanent, agar didapatkan nilai Cos φ = 1.

(17)

Bab I Pendahuluan 3

1.4 Pembatasan Masalah

1. Vin = Vout = 220 V

2. Toleransi tegangan ± 10% 3. Cos φ = 1

4. Frekuensi 25 KHz

1.5 Cara Kerja

Terdapat data masukan dan perkiraan awal besaran tegangan dan hambatan untuk menghitung besarnya Cos φ. Apabila besar Cos φ 1, maka simulasi tersebut akan mengulang-ulang terus perhitungan sampai mendapatkan besar Cos

≠

φ = 1. Dari hasil perhitungan tersebut maka simulasi akan menggerakkan panel pada inti magnet permanen untuk mendapatkan besaran yang akan menghasilkan Cos φ = 1.

1.6 Spesifikasi

Spesifikasi dari program :

1. Program dikembangkan menggunakan Microsoft Visual Basic 6. 2. Pengguna dapat memasukkan beban berapapun juga tergantung

kondisi dari beban rumah yang akan dipasangi program cos φ ini.

1.7 Sistematika Laporan

Secara garis besar, laporan Tugas Akhir ini berisi sebagai berikut : 1. Bab I membahas tentang pendahuluan.

2. Bab II membahas teori pemograman menggunakan Visual Basic. 3. Bab III membahas tentang perancangan program.

4. Bab IV berisi tentang uji program yang dirancang. 5. Bab V berisi Kesimpulan dan Saran..

(18)

Bab V

Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan

1. Pada simulasi pengendalian faktor kerja dengan pembebanan R, L, C melalui

inti magnet permanen, didapatkan :

• Untuk pembebanan R dari 0 Ω – 5000 Ω, hasil Cos φ yang didapatkan berkisar antara 0.8 – 0.9, nilai tersebut cukup baik. Sesudah dipakai

simulasi ini, nilai Cos φ sesuai dengan yang diinginkan, yaitu

Cos φ = 1.

• Untuk pembebanan R = 1000 Ω dan L dari 0 H – 1000 H, hasil Cos φ yang didapatkan berkisar antara -0.4 – 0.9. Sesudah dipakai simulasi

ini, nilai Cos φ sesuai dengan yang diinginkan, yaitu Cos φ = 1.

• Untuk pembebanan R = 1000 Ω dan C dari 100 pF – 1000 pF, hasil Cos φ yang didapatkan 0.8. Sesudah dipakai simulasi ini, nilai Cos φ

sesuai dengan yang diinginkan, yaitu Cos φ = 1.

• Untuk pembebanan L = 0 H – 1000 H, dan C = 100 pF hasil Cos φ yang didapatkan 0. Sesudah dipakai simulasi ini, nilai Cos φ sesuai

dengan yang diinginkan, yaitu Cos φ = 1.

• Untuk pembebanan R = 100 Ω – 300 Ω, L = 100 H – 300 H, dan C = 100 pF – 300 pF, hasil Cos φ yang didapatkan -0.9 – 0.7. Sesudah

dipakai simulasi ini, nilai Cos φ sesuai dengan yang diinginkan, yaitu

Cos φ = 1.

2. Untuk menghasilkan nilai cos φ yang baik, simulasi ini dapat sangat

membantu pemakainya apalagi untuk beban seperti di pabrik-pabrik yang

(19)

Bab V Kesimpulan dan Saran 50

nilai kualitas cos φ - nya sangat jelek, dikarenakan beban di pabrik-pabrik

hampir bersifat induktif.

5.2 Saran

Program masih dapat terus dikembangkan menjadi program yang menyatu

dalam sistem, dan dapat diterapkan pada alat pengendali faktor kerja tersebut.

(20)

DAFTAR PUSTAKA

1. Adri, “Unjuk Kerja Kesesuaian Medan Elektromagnetik pada Inti Trafo“, Tugas Akhir STT Mandala, Bandung, 2006.

2. Clayton R.Paul, and Arthur E. Feather, “Computation of Transmision Line Inductance and Capacitance Matrices from the Generalized Capacitane Matrix” IEEE Transaction on Electromagnetic Compability, Vol. EMC18, no 4, November 1979.

3. Enrico Paulini, “Attention Measurement of MF, HF, and VHF ware over the ground Surface”, IEEE Transaction Electromagnetic Compability, Vol.EMC-10, no 3, September 1968.

4. J.Y.Shin and J.H.Oh, “The Microwave Absorbing Phenomena of Ferrite Microwave Absobers”, IEEE Transaction on Magnetic Vol 29, no 6, 1993. 5. M.Feliachi G.Develey, “Magneto Thermal Behavior Finite Element Analysis

for Ferromagnetic Material in Induction Device”, IEEE Transaction on ELectromagnetics, Vol.27, no 6, November 1991.

6. Penerbit Andi, “Pemograman Visual Basic 6.0”, 2005.

7. Safieddin Safavi – Naini and Raj Mitra, “High-Frequency Radiation from an Electromagnetic source Located on a Finite Cylinder-A SpectralDomain Approach”, IEEE Transaction on Antennas and Propagation, Vol-AP 28, no 6, November 1980.

8. Walter C Dolle, William E.Cory, “Measurements of the Attention of the Electric and Magnetic Field at points lotse to the Source”, IEEE Transaction on Antennas and Propagation, Vol-AP 36, no 8, Agustus 1988.