Apa itu Faktor Daya: Peningkatan Formula dan Definisi
Apa itu Faktor Daya?
Dalam teknik listrik, faktor daya (PF) dari sistem tenaga listrik AC didefinisikan sebagai rasio daya kerja (dihitung dalam kilowatt, kW) yang diserap oleh beban terhadap daya tampak (dihitung dalam kilovolt amper, kVA) yang mengalir melalui rangkaian. Faktor daya adalah angka tanpa dimensi dalam interval tertutup -1 hingga 1.
Faktor daya "ideal" adalah satu (juga disebut "kesatuan"). Ini terjadi ketika tidak ada daya reaktif yang melewati rangkaian, dan oleh karena itu daya tampak (kVA) sama dengan daya nyata (kW). Beban dengan faktor daya 1 adalah pemuatan paling efisien dari sumber.
Namun, hal ini tidak realistis, dan faktor daya akan pada praktiknya kurang dari 1. Berbagai metode perbaikan faktor daya digunakan untuk membantu meningkatkan faktor daya ke keadaan ideal tersebut.
Untuk membantu menjelaskan ini lebih baik, mari kita mundur sejenak dan bicarakan tentang apa itu daya.
Daya adalah kapasitas untuk melakukan pekerjaan. Dalam domain listrik, daya listrik adalah jumlah energi listrik yang dapat ditransfer ke bentuk lain (panas, cahaya, dll) per unit waktu.
Secara matematis, faktor daya adalah hasil kali penurunan tegangan di elemen dan arus yang mengalir melaluinya.
Pertama, pertimbangkan rangkaian DC, yang hanya memiliki sumber tegangan DC, induktor dan kapasitor bertindak seperti rangkaian pendek dan terbuka masing-masing dalam keadaan tunak.
Oleh karena itu, seluruh rangkaian berperilaku seperti rangkaian resistif dan seluruh daya listrik dipancarkan dalam bentuk panas. Di sini, tegangan dan arus berada dalam fase yang sama dan daya listrik total diberikan oleh:
Sekarang, beralih ke rangkaian AC, di sini induktor dan kapasitor menawarkan impedansi tertentu yang diberikan oleh:
Induktor menyimpan energi listrik dalam bentuk energi magnetik dan kapasitor menyimpan energi listrik dalam bentuk energi elektrostatik. Tidak satupun dari mereka memancarkannya. Selain itu, ada pergeseran fase antara tegangan dan arus.
Jadi, ketika kita mempertimbangkan seluruh rangkaian yang terdiri dari resistor, induktor, dan kapasitor, ada perbedaan fase tertentu antara tegangan sumber dan arus.
Kosinus dari perbedaan fase ini disebut faktor daya listrik. Faktor ini (-1 < cosφ < 1 ) mewakili fraksi dari daya total yang digunakan untuk melakukan pekerjaan yang berguna.
Fraksi lain dari daya listrik disimpan dalam bentuk energi magnetik atau energi elektrostatik di induktor dan kapasitor masing-masing.
Daya total dalam kasus ini adalah:
Ini disebut daya tampak dan satuannya adalah VA (Volt-Amp) dan dinotasikan dengan 'S'. Fraksi dari daya listrik total yang melakukan pekerjaan yang berguna disebut daya aktif. Kita notasikan sebagai 'P'.
P = Daya aktif = Daya listrik total.cosφ dan satuannya adalah watt.
Fraksi daya lainnya disebut daya reaktif. Daya reaktif tidak melakukan pekerjaan yang berguna, tetapi diperlukan untuk pekerjaan aktif dilakukan. Kita notasikan dengan 'Q' dan secara matematis diberikan oleh:
Q = Daya reaktif = Daya listrik total.sinφ dan satuannya adalah VAR (Volt-Amp Reaktif). Daya reaktif ini bergerak bolak-balik antara sumber dan beban. Untuk membantu memahami ini lebih baik, semua daya ini direpresentasikan dalam bentuk segitiga.
Secara matematis, S2 = P2 + Q2, dan faktor daya listrik adalah daya aktif / daya tampak.
Peningkatan Faktor Daya
Istilah faktor daya muncul hanya dalam rangkaian AC. Secara matematis, ini adalah kosinus dari perbedaan fase antara tegangan sumber dan arus. Ini merujuk pada fraksi dari daya total (daya tampak) yang digunakan untuk melakukan pekerjaan yang berguna, yang disebut daya aktif.
Kebutuhan Peningkatan Faktor Daya
Daya nyata diberikan oleh P = VIcosφ. Arus listrik berbanding terbalik dengan cosφ untuk mentransfer jumlah daya tertentu pada tegangan tertentu. Oleh karena itu, semakin tinggi faktor daya, semakin rendah arus yang mengalir. Aliran arus yang kecil membutuhkan luas penampang konduktor yang lebih kecil, dan dengan demikian menghemat konduktor dan uang.
Dari hubungan di atas, kita melihat bahwa memiliki faktor daya yang buruk meningkatkan arus yang mengalir dalam konduktor, dan dengan demikian kerugian tembaga meningkat. Penurunan tegangan yang besar terjadi di generator, transformator listrik, dan garis transmisi dan distribusi - yang memberikan regulasi tegangan yang sangat buruk.
Rating KVA mesin juga dikurangi dengan memiliki faktor daya yang lebih tinggi, sesuai dengan rumus:
Oleh karena itu, ukuran dan biaya mesin juga dikurangi.
Itulah mengapa faktor daya listrik harus dipertahankan dekat dengan kesatuan - jauh lebih murah.
Metode Peningkatan Faktor Daya
Ada tiga cara utama untuk meningkatkan faktor daya:
Bank Kapasitor
Kondenser Sinkron
Penyempurna Fase
Bank Kapasitor
Meningkatkan faktor daya berarti mengurangi perbedaan fase antara tegangan dan arus. Karena sebagian besar beban bersifat induktif, mereka memerlukan beberapa jumlah daya reaktif untuk berfungsi.
Kapasitor atau bank kapasitor yang dipasang paralel dengan beban menyediakan daya reaktif ini. Mereka berfungsi sebagai sumber daya reaktif lokal, sehingga daya reaktif yang mengalir melalui garis menjadi lebih sedikit.
Bank kapasitor mengurangi perbedaan fase antara tegangan dan arus.
Kondenser Sinkron
Kondenser sinkron adalah motor sinkron 3 fasa tanpa beban yang terpasang di porosnya.
Motor sinkron memiliki karakteristik operasi di bawah faktor daya manapun, baik leading, lagging, atau kesatuan, tergantung pada eksitasi. Untuk beban induktif, kondenser sinkron terhubung ke sisi beban dan dia overexcited.
Kondenser sinkron membuatnya berperilaku seperti kapasitor. Ia menarik arus lagging dari sumber atau menyediakan daya reaktif.
