1

PROPOSAL KOLOKIUM

Mengetahui Pengaruh Variasi Kapasitansi terhadap Luminaire Efficacy, Tegangan dan Arus Output Electronic ballast pada Compact Fluorescent Lamp (CFL)

Diusulkan Oleh : Larashati NIM. 06302241005

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2009

2

BAB I PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG MASALAH Cahaya merupakan salah satu kebutuhan vital manusia dalam melakukan aktifitasnya. Cahaya dibutuhkan, terutama ketika berada di dalam gelap atau hari berganti malam. Sejarah perkembangan lampu listrik sudah bermula ketika kebutuhan manusia akan penerangan pada malam hari tersebut muncul. Dengan menggosok-gosokkan dua buah batu hingga mengeluarkan percikan api, manusia berupaya untuk menghasilkan cahaya dari api. Kemudian dari api dikembangkan dengan membakar benda-benda yang mudah menyala hingga membentuk sekumpulan cahaya dan seterusnya sampai ditemukan bahan bakar minyak dan gas yang dapat digunakan sebagai bahan penyalaan untuk lampu obor, lampu minyak maupun lampu gas. Seiring dengan perkembangan peradaban dan pemikiran manusia, teknologi juga turut berkembang. Pada 21 Oktober 1879, di laboratorium Edison-Menlo Part, Thomas Alpha Edison berhasil menemukan lampu pijar yang menjadi cikal bakal perkembangan lampu listrik hingga saat ini. Prinsip kerja dari lampu pijar temuan Thomas Alpha Edison ini adalah dengan cara menghubungsingkatkan listrik pada filamen carbon (C) sehingga terjadi arus hubung singkat yang mengakibatkan timbulnya panas. Panas yang terjadi dibuat mencapai suhu tertentu agar filamen carbon tersebut berpijar dan mengeluarkan cahaya. Besarnya arus cahaya yang dihasilkan pada saat itu baru mencapai 3 Lumen/Watt (Lumen = satuan arus cahaya). Lima puluh tahun kemudian, tepatnya tahun 1933, filamen carbon diganti dengan filamen tungsten atau Wolfram (=wo) yang dibuat membentuk lilitan kumparan sehingga dapat meningkatkan efficacy lampu menjadi 2

3

+20 Lumen/W. Sistem pembangkitan cahaya buatan ini disebut sistem pemijaran (incondescence). (Anang,2006: 1) Revolosi teknologi perlampuan terus terjadi. Pada 1910 pertama kali digunakan lampu luah (discharge) tegangan tinggi. Prinsip kerja lampu ini menggunakan sistem emisi-elektron yang bergerak dari katoda menuju anoda dalam tabung lampu. Pergerakan elektron ini akan menumbuk atom-atom dari media gas yang ada di dalam tabung tersebut. Akibat tumbukan itu terjadi pelepasan energi dalam bentuk cahaya. Sistem pembangkitan cahaya buatan ini disebut luminescence (berpendarnya energi cahaya ke luar tabung). Media gas yang digunakan pada lampu luah dapat berbagai ragam. Pada 1932 ditemukan lampu luah dengan gas sodium tekanan rendah sebagai medianya, tahun 1935 dikembangkan lampu luah dengan gas merkuri, dan kemudian 1939 berhasil dikembangkan lampu fluorescent, yang biasa dikenal dengan lampu neon. Pada 1959 dikembangkan lampu xenon. (Anang, 2006: 1) Pada prinsipnya, emisi elektron dapat meningkatkan efficacy lampu di atas 50 Lumen/W, jauh lebih tinggi dibanding dengan prinsip pemijaran pada lampu pijar. Hal ini disebabkan pada lampu luah terbuangnya energi listrik yang diubah menjadi energi cahaya melalui proses emisi elektron dapat lebih diminimalisir dibanding dengan cara pemijaran. Dalam pemijaran, energi listrik yang diubah menjadi energi cahaya banyak yang hilang terbuang menjadi energi panas (sebelum menjadi energi cahaya). Parktis pada lampu luah, energi listrik sebagian besar diubah menjadi cahaya tanpa dibarengi dengan panas yang berlebih. Energi listrik digunakan untuk mensuplai berbagai macam beban. Secara umum beban listik digolongkan menjadi tiga jenis, yaitu: beban resitif, induktif dan kapasitif. Beba resitif terdapat pada lampu bohlam, beban induktif terdapat pada

4

trasnformator, motor-motor listrik dan ballast pada lampu fluorescent sedangkan beban kapasitif terdapat pada kapasitor. Pemasangan induktor digunakan untuk memperbaiki faktor daya. Jika faktor daya besar maka daya output yang dihasilkan lampu menjadi kecil. Hal ini berarti dapat digunakan untuk melakukan penghematan listrik selain itu dengan perbaikan induktor dengan lilitan kawat tembaga yang optimum maka dapat dicari nilai intensitas cahaya yang maksimal. Saat ini upaya penghematan energi listrik sangatlah diperlukan karena biaya listrik yang mahal dan dalam upaya penghematan energi dunia. Berdasarkan data dari International Energy Agency World Resource Institute, pencahayaan dari lampu memberikan kontribusi 19% dari penggunaan energi dunia. Karena itu, dengan menggunakan lampu-lampu hemat energi, akan didapatkan potensi penghematan yang luar biasa besar. Tentunya, hal ini sejalan dengan program pencegahan pemanasan global. Dengan demikian berarti penggunaan lampu hemat energi (LHE) & electronic ballast sangat tepat dalam hal penghematan energi yang dapat menguntungkan PLN maupun pelanggan. (dikutip dalam Lampu hemat energi yang saat ini banyak digunakan adalah lampu fluorescent misalnya Compact Fluorescent Lamp (CFL) dan Tanning Lamp (Tanning Lamp). Lampu fluorescent merupakan jenis lampu yang cukup efisien dalam mengubah energi listrik menjadi energi cahaya, terutama jika dibandingkan dengan lampu pijar. Lampu fluorescent telah digunakan secara luas baik di dalam industri maupun digunakan oleh rumah tangga. Lampu fluorenscent dengan electronic ballast bekerjanya tidak lagi menggunakan gulungan (kumparan) kawat pada suatu inti besi, tetapi telah diganti dengan sistem rangkaian elektronik sehingga besarnya energi yang hilang pada inti besi menjadi berkurang. Inilah yang paling menguntungkan dalam penghematan energi listrik yang diserapnya.

5

Oleh karena itu, pada percobaan ini akan menggunakan variabel bebas berupa jumlah lilitan induktor electronic ballast pada Compact Fluorescent Lamp (CFL) dengan mengubah jumlah lilitan pada induktor dapat mempengaruhi induktansi rangkaian ballast sehingga tegangan output ballast berubah. Berdasarkan percobaan ini diharapkan dapat mengetahui pengaruh jumlah induktor terhadap tegangan output Compact Fluorescent Lamp (CFL) dan dengan luminaire efficacy yang tinggi. Luminaire mengetahui berapa efficacy merupakan jumlah lilitan induktor yang dapat menghasilkan tegangan output yang optimal perbandingan antara intensitas cahaya output lampu pada jarak tertentu dibandingkan dengan daya input yang dibutuhkan lampu. B. IDENTIFIKASI MASALAH Berdasarkan latar belakang masalah di atas, dapat diindentifikasi masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. bagaimanakah perkembangan lampu saat ini,2. apakah perbedaan lampu Compact Fluorescent Lamp (CFL) dan lampu TL

konvensional,3. bagaimana prinsip kerja lampu Compact Fluorescent Lamp (CFL) dengan

electronic ballast,4. apakah keuntungan menggunakan electronic ballast pada Compact Fluorescent

Lamp (CFL),5. bagaimana intensitas cahaya yang dihasilkan Compact Fluorescent Lamp

(CFL),6. apakah yang mempengaruhi efficacy lampu pada Compact Fluorescent Lamp

(CFL),7. apakah jumlah lilitan pada induktor ballast electronic mempengaruhi intensitas

cahaya Compact Fluorescent Lamp (CFL),8. apakah jumlah lilitan pada induktor ballast electronic mempengaruhi luminaire

efficacy pada Compact Fluorescent Lamp (CFL),

6

9. apakah jumlah lilitan pada induktor ballast electronic mempengaruhi tegangan

output Compact Fluorescent Lamp (CFL),10. apakah jumlah lilitan pada induktor ballast electronic mempengaruhi arus

output Compact Fluorescent Lamp (CFL). C. BATASAN MASALAH Permasalahan pada penelitian ini dibatasi hanya dengan memvariasi jumlah lilitan pada induktor electronic ballast untuk menghasilkan nilai induktansi yang optimum sehingga dapat diketahui pengaruh perubahan jumlah lilitan induktor terhadap luminaire efficacy, arus dan tegangan output. Luminaire efficacy merupakan perbandingan antara intensitas cahaya output pada jarak tertentu dengan daya input yang dibutuhkan. Percobaan ini akan menggunakan sampel Compact Fluorescent Lamp (CFL) dengan kualitas baik yaitu merk OSRAM DULUX EL 21 watt. Analisis data berupa grafik hubungan antara jumlah lilitan induktor electronic ballast terhadap luminaire efficacy pada Compact Fluorescent Lamp (CFL), dan grafik hubungan jumlah lilitan induktor terhadap tegangan dan arus output Compact Fluorescent Lamp (CFL). D. RUMUSAN MASALAH Berdasarkan uraian latar belakang diatas, maka penulis merumuskan permasalahan sebagai berikut :1. bagaimana pengaruh variasi jumlah lilitan induktor (induktansi) Electronic

ballast terhadap luminaire efficacy pada Compact Fluorescent Lamp (CFL)?2. bagaimana pengaruh variasi jumlah lilitan induktor (induktansi) Electronic

ballast terhadap arus output pada Compact Fluorescent Lamp (CFL)?3. bagaimana pengaruh variasi jumlah lilitan induktor (induktansi) Electronic

ballast terhadap tegangan output pada Compact Fluorescent Lamp (CFL)?

7

E. TUJUAN PENELITIAN Tujuan dari diadakannya penelitian ini adalah :1. mengetahui pengaruh variasi jumlah lilitan induktor (induktansi) Electronic

ballast terhadap Luminaire Efficacy Compact Fluorescent Lamp (CFL),2. mengetahui pengaruh variasi jumlah lilitan induktor (induktansi) Electronic

ballast terhadap arus output pada Compact Fluorescent Lamp (CFL),3. mengetahui pengaruh variasi jumlah lilitan induktor (induktansi) Electronic

ballast terhadap tegangan output pada Compact Fluorescent Lamp (CFL). F. MANFAAT PENELITIAN Manfaat yang diharapkan dalam penelitian ini adalah :1. memberikan pengetahuan tentang sistem perlampuan yang saat ini sedang

berkembang,2. memberikan pengetahuan tentang penggunaan induktor untuk perbaikan daya

output dan perbaikan output cahaya lampu,3. Data dari penelitian ini dapat digunakan untuk referensi dalam perencanaan

penelitian lebih lanjut.

8

BAB I KAJIAN PUSTAKA

A. Compact Fluorescent Lamp (CFL)

(Sumber: Ignasius Elwinanto, 2007:20 ) Gambar 2. Compact Fluorenscent Lamp (CFL) Compact Fluorescent Lamp (CFL) terdiri dari dari tabung lampu fluorescent dan elektronic ballast. Tabung lampu fluorescent menggunakan bahan fluor untuk menghasilkan cahaya, energi listrik akan membangkitkan gas dalam tabung sehingga menghasilkan sinar ultra violet. Sinar ultra violet ini akan menghasilkan phosphors yang akan bercampur dengan material lain di dalam tabung sehingga akan menghasilkan cahaya. Phosphors didesain untuk menghasilkan warna putih sehingga sebagaian Compact Fluorescent Lamp (CFL) berwarna putih. Bagian lain dari Compact Fluorescent Lamp (CFL) adalah komponen electronic ballast. menggunakan Compact Fluorescent Lamp (CFL) dengan electronic ballast

tempat tidak seperti pada lampu TL standar sehingga dapat diperkecil menyamai tempat yang digunakan oleh sebuah lampu bolam. Selain itu dengan electronic ballast dapat mengatasi adanya flicker yang disebabkan karena turunnya frekuensi tegangan supply. Konsumsi daya input pada Compact Fluorescent Lamp (CFL) relatif lebih randah jika dibandingkan dengan lampu bolam, atau TL standar dengan menggunakan ballast konvensional tatapi luminous efficacy lampu

9

Compact Fluorescent Lamp (CFL) relatif lebih tinggi dibandingkan dengan lampu-lampu tersebut. Keuntungan menggunakan electronic ballast pada Compact Fluorescent Lamp (CFL) dari pada ballast elektromagnet (konvensional), antara lain; 1. Meningkatkan efisiensi dari rangkaian yang bertujuan untuk mengurangi loss yang ditimbulkan oleh ballast. 2. Mengurangi berat pada ballast sehingga meningkatkan nilai ekonomis dan lebih praktis. 3. Mengurangi noise suara pada ballast 4. Mengurangi timbulnya harmonisasi pada arus dan mempunyai faktor kerja yang lebih bagus dari pada ballast elektromagnetik. 5. Mempersingkat waktu yang dibutuhkan pada lampu untuk start dan restart pada lampu. 6. Mampu meningkatkan luninous efficacy atau perbandingan jumlah lumen yang dihasilkan dengan daya listrik yang diserap. 7. Menghilangkan fenomena lampu yang berkedip seperti pada saat menggunakan ballast elektromagnetik. 8. Mampu mengontrol arus dan tegangan yang dikehendaki lebih akurat. 9. Mengontrol keadaan start dan operasi yang lebih baik. ( Ignasius Elwinanto, 2007:8-9)

B. Electronic ballast

10

(Sumber: Ignasius Elwinanto, 2007:20 ) Gambar 3. Electronic ballast pada CFL Electronic ballast merupakan salah satu bagian dari Compact Fluorescent Lamp (CFL). Electronic ballast terdiri dari beberapa komponen elektrnik yang terpadu dalam sebuah PCB. Fungsi utama electronic ballast pada lampu fluorescent adalah untuk membangkitkan gas-gas yang ada di dalam lampu (discharge) dan untuk mencegah aliran arus listrik agar rangkaian lampu dapat bekerja sesuai dengan daya yang dibutuhkan. Ballast hendaknya harus efisien, sederhana dan tidak membawa dampak terhadap umur lampu serta mendukung start dan operasi pada lampu. Sistem kerja electronic ballast tidak menggunakan gulungan (kumparan) kawat pada suatu inti besi seperti pada ballast konvensional tetapi telah diganti dengan sistem rangkaian elektronik sehingga besarnya rugi-rugi pada inti besi pada kumparan menjadi berkurang. Sebagian besar energi yang diserap lampu fluorescent digunakan secara optimal untuk diubah menjadi energi cahaya. Inilah yang paling menguntungkan dalam penghematan energi listrik yang diserapnya. Keuntungan lain yang diperoleh adalah dapat mengatur konsumsi arus listriknya dengan tetap mempertahankann besar tegangan yang diinginkan, sehingga electronic ballast dapat digunakan untuk sistem pengaturan energi listrik sesuai yang dibutuhkan pada suatu ruangan. Sistem sirkuit elektronik pada ballast

11

menjadi lebih ringan dan lebih kecil dibandingkan dengan ballast konvensional (ballast elektromagnetik). Prinsip kerja rangkaian Compact Fluorescent Lamp (CFL) adalah sebagai berikut:

(Sumber: N. Aiello dan S. Messina, 2003: 3) Gambar 4. Skema electronic ballast dengan CFL Pada umumnya, rangkaian electronic ballast terdiri dari 4 bagian utama, yaitu :1. Rectifier atau penyearah gelombang atau tegangan AC menjadi DC. Pada

bagian ini terdiri dari komponen utama yaitu dioda bridge.2. Control berfungsi untuk mengontrol arus dan tegangan yang masuk ke

dalam rangkaian agar tidak melebihi daya yang diperlukan dan tidak menimbuhkn panas. Pada rangkaian ini menggunakan transistor, resistor dan capasitor.3. Half bridge converter adalah penyearah setengah gelombang dengan

menggunakan dioda penyearah. Setelah di converter frekuensi gelombang juga meningkat hingga 15-40 kHz. Untuk menaikkan frekuensi menggunakan komponen transformator, induktor dan kapasitor.4. Output network berupa jaringan ke output yaitu tabung lampu fluorescent.

Pada prinsipnya kontroller Compact Fluorescent Lamp (CFL) yaitu electronic ballast terdiri dari komponen yang memberikan arus dengan frekuensi tinggi di

12

atas 18KHz. Frekuensi yang biasa dipakai adalah frekuensi 20KHz sampai 60KHz. Aplikasi ini mempunyai beberapa keuntungan yaitu : 1. Meningkatkan rasio perbandingan konversi daya listrik ke cahaya yang dihasilkan. 2. Tidak terdeteksinya kedipan oleh mata karena kedipannya terjadi pada frekuensi yang sangat tinggi sehingga tidak dapat diikuti oleh kecepatan mata.3.

Electronic ballast lebih ringan jika dibandingkan dengan ballast konventional. Tetapi dari keuntungannya tersebut ditebus dengan kerumitan rangkaian jika

dibandingkan dengan ballast konvensional. Pada elektronik ballast terdapat 3 macam tipe yang sering digunakan yaitu : 1. Flyback inverter Tipe ini tidak terlalu populer karena adanya pendekatan transien tegangan tinggi sehingga berdampak langsung dengan penggunaan tegangan rangkaian tegangan tinggi begitu pula dengan penggunaan komponen-komponen transistor untuk tegangan tinggi. Selain itu rangkaian flyback akan menurunkan efisiensi transistor karena kerugian pada saat switching . Kerugian yang utama yaitu flyback inverter akan menghasilkan tegangan berbentuk kotak dan arus berbentuk segitiga. Tegangan dengan bentuk gelombang seperti ini tidak cukup baik untuk lampu fluorescent. Agar rangkaian ini dapat menghasilkan sinyal berbentuk sinus maka perlu ditambahkan komponen induktor dan kapasitor.

13

(Sumber: Susanto Wibisono K, 2007:1) Gambar 5. Blok Diagram Flyback Inverter2.

Current Source Resonant Circuit Pada rangkaian yang menggunakan teknik ini membutuhkan komponen tambahan induktor yang dinamakan feed choke. Komponen ini juga harus menggunakan transistor tegangan tinggi. Oleh karena itu rangkaian electronic ballast ini membutuhkan biaya yang lebih tinggi. Komponen transistor yang digunakan harus mempunyai karakteristik tegangan breakdown (VBR harus lebih besar dari 784 volt dan harus mampu mengalirkan arus kolektor sebesar 1 sampai 2A.

14

(Sumber: Susanto Wibisono K, 2007:1) Gambar 6. Blok Diagram Current Source Resonant Circuit3.

Voltage Source Resonant Circuit Rangkaian ini paling banyak dipakai oleh berbagai industri electronic ballastsaat ini. Tegangan AC sebagai tegangan supply disearahkan dengan mengggunakan bridge dioda dan akan mengisi kapasistor C1. C1 akan menjadi sumber tegangan DC untuk tabung lampu fluorescent. Kemudian sebuah input filter dibentuk untuk mencegah rangkaian dari tegangan transien dari tegangan supply PLN dan melemahkan berbagai sumber noise EMI (Electro Magnetic Interferrence) yang dihasilkan oleh frekuensi tinggi dari tabung lampu fluorescent. Filter input ini dibentuk dengan rangkaian induktor dan kapasitor. Input filter ini harus mempunyai spesifikasi yang baik karena harus dapat mencegah interferensi gelombang radio. Blok diagram rangkaian dapat dilihat pada gambar 8.

15

(Sumber: Susanto Wibisono K, 2007:1) Gambar 7. Blok Diagram Rangkaian Voltage Source Resonant Frekuensi resonansi yang dihasilkan dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan :

Pada saat rangkaian dihidupkan maka tabung fluorenscent akan mempunyai impedansi yang sangat besar sehingga C4 seakan-akan seri dengan L dan C3 sehingga didapatkan persamaan di atas. Resonansi yang dihasilkan ini mempunyai tegangan yang cukup besar agar dapat mengionisasi gas yang berada di dalam tabung lampu fluorenscent tersebut. Kondisi ini akan menyebabkan kondisi starting yang tiba-tiba sehingga dapat memperpendek umur dari filamen karena filamen belum mendapatkan pemanasan yang cukup untuk mengemisikan elektron. Kondisi ini ditentukan oleh keadaan osilatornyaPada saat starting up ini pula terdapat arus peak yang sangat besar, sebesar 4 kali arus steady state. Oleh karena itu harus dipilih transistor yang mempunyai karakterisktik arus kolektor sebesar 4 x arus steady yaitu sekitar 2.75A. Arus steady besarnya sekita 0.75A. Sehingga Q1 dan Q2 harus mampu melewatkan arus sebesar 2.75A. Ketika tabung fluorencent telah terionisasi

16

dengan penuh maka impedansinya akan turun menjadi ratusan ohm saja sehingga akan membuang muatan pada C4. Kondisi ini akan menggeser frekuensi resonansi ke nilai yang ditentukan oleh C3 dan L. Energi yang sedang digunakan tersebut sekarang lebih kecil begitu pula dengan tegangan di antara elektroda-elektrodanya menjadi kecil pula. Kondisi ini mengakhiri kondisi startup dari lampu fuorenscent ini.Berikut merupakan contoh skema rangkaian electronic ballast pada philips 22 watt.(Sumber: Samuel M. Goldwasser, 2009:1) Gambar 8. Skema electronic ballast Philips Ecotone Watt

Tabel 2.1. Spesifikasi komponen pada electronic ballast lampu OSRAM 21 Watt No. Komponen elektronik Lambang Spesifikasi

17

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.

Skring dioda bride dioda dioda resistor resistor resistor kapasitor kapasitor kapasitor kapasitor kapasitor kapasitor Induktor Induktor transistor transformator

F1 B1 D1, D2, D3 DIAC R1, R3 R2, R5 R4, R6 C1 C2 C3 C4 C5 C6 L1 L2 Q1, Q2 T1

IN 4007 A157 C810 1,5 K 22 470 K 1n5 100nF/63 V 6n8/ 630 V 10F/350 V 6n8/63 V 47nF/300 1,5 mH 150mH BUV46 C -

C. Kapasitor

18

a.

Prinsip Dasar Kapasitor Kapasitor (Kondensator) yang dalam rangkaian elektronika dilambangkan

dengan huruf "C" adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi/muatan listrik di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kapasitor ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867). Satuan kapasitor disebut Farad (F). Satu Farad = 9 x 1011 cm2 yang artinya luas permukaan kepingan tersebut. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, phenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatanmuatan positif dan negatif di awan.

(Sumber: Safriadi , 2009:36) Gambar 2.10. Prinsip dasar kapasitor b. Kapasitansi

19

Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x 1018 elektron. Kemudian Michael Faraday membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs. Dengan rumus dapat ditulis : Q = C V ............................................................................ (2.1) Q = muatan elektron dalam C (coulombs) C = nilai kapasitansi dalam F (farad) V = besar tegangan dalam V (volt) Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan mengetahui luas area plat metal (A), jarak (t) antara kedua plat metal (tebal dielektrik) dan konstanta (k) bahan dielektrik. Dengan rumus dapat di tulis sebagai berikut : C = (8.85 x 10) (k A/t) ......................................................... (2.2) Berikut adalah tabel contoh konstanta (k) dari beberapa bahan dielektrik yang disederhanakan. (Sumber: Safriadi , 2009:36) tabel 2.2 konstanta beberapa bahan dielektrik c. Jenis kapasitor

(Sumber: Safriadi , 2009:35) Gambar 2.9. Berbagai jenis kapasitor

20

Jenis-jenis kapasitor secara garis besar dibedakan menjadi 3 macam antara lain : 1) Kapasitor kertas Kapasitor kertas terdiri dari dua lembar kertas timah panjang yangberfungsi sebagai keping-keping konduktor. Kapasitor jenis ini mempunyai kapasitas sebesar 0,1 F.

(Sumber : Eny Yuliana, 2006:19) Gambar 2.11 Simbol Kapasitor Kertas 2) Kapasitor elektrolit Kapasitor elektrolit terdiri dari dua lembar kertas aluminium oksida yang diproses secara kimia sebagai bahan penyekat. Kapasitor jenis ini mempunyai kapasitas paling tinggi sampai dengan 100.000 pF.

(Sumber : Eny Yuliana, 2006:19) Gambar 2.12 Simbol Kapasitor Elektrolit 3) Kapasitor variabel Kapasitor variabel digunakan untuk memilih frekuensi gelombang pada radio penerima. Nilai maksimum kapasitasnya sampai dengan 0,00005 F (500pF).

21

(Sumber : Eny Yuliana, 2006:20) Gambar 2.13 Simbol Kapasitas Variabel Jenis kapasitor berdasarkan kebocoran dielektrik, kapasitansi yang tetap dan berubah, tegangan kerja, nilai kapasitansi dan frekuensinya dibagi menjadi : 1) Dielektrik hampa Jenis kapasitor ini tidak terdapat kebocoran, dibuat untuk kapasitor tetap atau variabel, digunakan pada tegangan 5000 Volt sampai 50.000 Volt, besar kapasitansinya antara 5 sampai 250 pF dan frekuensi kerja diatas 1000 MHz. 2) Dielektrik udara Terjadi kebocoran kecil kecuali yang melalui osilasi, biasanya dibuat untuk kapasitor jenis tetap, variable dan dapat diatur. 3) Dielektrik mika Terjadi kebocoran kecil kecuali yang melalui bahan yang menutupi pelat dan dielektrik. Dibuat untuk kapasitor jenis tetap dan dapat diatur. Tegangan kerja dari 350 sampai beberapa ribu volt. Besaran kapasitansi dari 1,5 pF sampai 0,1 F. 4) Dielektrik keramik Kebocoran kecil, dibuat untuk kapasitor jenis datar, bulat, atau berbentuk tabung dan jenis yang dapat diatur. Besarnya kapasitansi dari 1,5 pF sampai dengan 0,01 F untuk jenis tetap dan sampai 100pF untuk jenis yang dapat diatur. Tegangan kerja sekitar 500 Volt dan frekuensi kerja lebih dari 300 MHz. 5) Dielektrik kertas Biasa digunakan kertas yang dilumuri minyak, lilin, PCB dan ester. Besar kapasitansi 10 pF sampai 10F untuk jenis tetap. Digunakan pada

22

tegangan 150 volt sampai beberapa ribu volt. Frekuensi sampai dengan 1 atau 2 MHz. 6) Dielektrik plastik Besar kapasitansi sampai dengan 2 F dan tegangan kerja dari 200 sampai dengan 600 volt. 7) Elektrolit Bocor sebagian, hanya dibuat untuk kapasitor jenis tetap, mempunyai rentang dari beberapa F sampai dengan 50.000 F atau lebih. Tegangan kerja dari 6 sampai dengan 750 V D. Daya dan Energi Listrik. Energi listrik adalah energi yang dibawa oleh elektron yang bergerak. Kalau ada arus dalam rangkaian akan ada konversi energi listrik menjadi energi bentuk lain. Contoh, arus mengalir melalui filamen lampu merubah energi listrik menjadi terang dan energi panas. Daya listrik dapat didefinisikan sebagai ukuran (rate) pada saat energi listrik dikonversi. Watt adalah ukuran dasar dari daya listrik. 1. Daya aktif Daya aktif (P) adalah daya yang digunakan oleh beban untuk melakukan kerja real sesuai dengan kapasitasnya. (Geradino, 1992:p.35). daya aktif merupakan daya kerja seperti daya mekanik, panas, cahaya dan sebaginya. Untuk ragkaian AC daya yang bekerja tidak selalu sama. Oleh karena itu daya rata-rata merupakan daya yang diukur dengan menggunakan satuan watt. Daya ini membentuk energi aktif persatuan waktu yang dapat diukur dengan kWh meter. P = V . i. cos (watt) dengan P = daya aktif ( watt) V = tegangan (volt) i = arus listrik (Ampere)

23

cos = faktor daya 2. Daya reaktif (Q) Daya reaktif adalah daya yang digunakan oleh peralatan listrik yang bekerja dalam sistem elektromagnet. Daya raektif dinyatakan dengan Var. Rumusan daya reaktif (Geradino, 1992:p.35); Q = V . i. sin (watt) dengan Q = daya reaktif ( watt) V = tegangan (volt) i = arus listrik (Ampere) 3. Daya semu (S) Daya semu (S) adalah penjumlahan vektor dari daya aktif dan daya reaktif. Daya ini dikirim ke perusahaan energi ke pelanggan. (Geradino, 1992:p.35) S= S=V.i

E. Intensitas Penerangan Intensitas penerangan pada suatu bidang yang diterangi dinyatakan dalam satuan lux. Satu lux adalah intensitas penerangan pada suatu bidang seluas 1 m2 yang menerima fluks cahaya () sebesar 1 lumen dengan arah tegak lurus.

Keterangan : E = intensitas penerangan (lux) = Fluks cahaya (lumen) A = luas (m2)

24

Intensitas penerangan pada suatu titik sejauh r meter dari suatu sumber cahaya dapat dianggap sama dengan intensitas penerangan pada suatu titik di permukaan kulit bola yang berjari jari r meter, sedangkan sumber cahaya tersebut dianggap berada pada titik pusat bola. Kuat penerangan berkurang dengan bertambahnya kuadrat jarak sumber cahaya dan intensitas cahaya berkurang dengan cepat dari jarak sumber cahaya pada medium yang berbeda. F. Luminous efficacy dan Luminaire efficacy Luminous efficacy is the total luminous flux emitted by the light source divided by the lamp wattage; expressed in lumens per watt (lm/W).Luminaire efficacy is the total luminous flux emitted by the luminaire divided by the total power input to the luminaire, expressed in lm/W. (US Depatment of Energy, 2008:1) Dari pengertian yang dikutip dari sumber US Depatment of Enegy (dalam www.eere.energy.gov/ ) di atas ternyata ada dua istilah efficacy yaitu luminous efficacy dan luminaire efficacy. Luminous efficacy merupakan total flux cahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya dibagi dengan daya lampu. Sedangkan luminaire efficacy merupakan total flux cahaya yang dipancarkan dengan besarnya kuat penerangan dibagi dengan daya input yang dibutuhkan untuk memancarkan cahaya. Keduanya memiliki satuan lumen/watt. Luminaire efficacy = (lumen/watt)

Dibawah ini merupakan tabel yang menyatakan luminous efficacy beberapa jenis lampu. Typical Luminous Efficacy Range in lm/W (varies depending on wattage and lamp type) 10-18 15-20 35-60 50-100

Light Source Incandescent (no ballast) Halogen (no ballast) Compact fluorescent lamp (CFL) Linear fluorescent (incl. ballast)

25

Metal halide (incl. ballast) Cool white LED 5000K (incl. driver) Warm white LED 3300K (incl. driver)Tabel 2.3. Luminous Efficacy range in lm/W

50-90 47-64* 25-44*

26

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

A. Jenis Penelitian Jenis penelitian yang digunakan adalah penelitian eksperimen dengan mengubah jumlah lilitan induktor (induktansi) dalam rangkaian electronic ballast pada Compact Fluoresence Lamp. B. Subjek dan Objek Penelitian Subjek dalam penelitian ini adalah rangkaian electronic ballast pada Compact Fluoresence Lamp (CFL) dengan merk OSRAM DULUX EL 21 Watt. Objek dalam penelitian ini adalah induktor dalam electronic ballast dengan variasi jumlah lilitan toroida induktornya. C. Variabel Penelitian Dalam penelitian ini menggunakan tiga variabel percobaan, antara lain:a. variabel bebas b. variabel terikat c. variabel kontrol

: jumlah lilitan pada induktor, : intensitas cahaya output, tegangan dan arus output, : tegangan input Compact Fluorescent Lamp (CFL).

D. Alat percobaan Alat yang digunakan dalam percobaan ini antara lain:1. Compact Fluorescent Lamp (CFL) menggunakan merk OSRAM 21 watt, 2. komputer dengan software Power Quality Analizer Fluke View 43B, 3. multimeter digital, 4. luxmeter,

28

27

5. inti besi 10 buah, 6. kabel tembaga untuk lilitan induktor,7. kabel penghubung, 8. jepit buaya,

9. penggaris. E. Langkah kerja Langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut;1. Membuat induktor berbentuk toroida dengan variasi jumlah lilitan.

a. Menyiapkan inti besi dengan ukuran sama. b. Lilitkan kabel pada inti besi.2. Membuat rangkaian electronic ballast dengan variasi jumlah lilitan a. Bukalah bagian-bagian Compact Fluorescent Lamp (CFL) yang terdiri dari

tube lamp (tabung lampu) dan rangkaian electronic ballast.b. Lepaskan rangkaian electronic ballast dari Compact Fluorescent Lamp

(CFL) dan amati rangkaian induktor dalam rangkaian electronic ballast tersebut.c. Lepaskan induktor dari rangkaian electronic ballast dengan solder.

d. Pasanglah induktor yang telah dibuat dengan jumlah lilitan tertentu.e. Hubungkan 4 kabel output electronic ballast pada lampu fluorescent (tabung

Compact Fluorescent Lamp (CFL)f.Desain alat seperti di bawah ini.

28

3

1 Keterangan :1. tabung fluorescent 2. electronic ballast 3. lilitan induktor toroida

2 Gambar 11. Skema rangkaian electronic ballast dengan variasi jumlah lilitan induktor3. Mengukur daya input rangkaian Compact Fluorescent Lamp (CFL).

a. yang mengalir.

Mengukur

arus

listrik

1) Putuslah salah satu kabel input dari Compact Fluorescent Lamp (CFL) 2) Sambungkan input lampu Compact Fluorescent Lamp (CFL) dengan

tegangan listrik AC dari PLN. 3) Gunakan multimeter untuk mengukur arus listrik. Pastikan selektor multimeter terletak pada pengukur arus AC dengan batas ukur minimal 10 Ampere (agar tidak terjadi kerusakan pada multimeter misalnya arus lampu terlalu besar).4) Ukurlah besarnya arus yang mengalir dengan menghubungkan probe

multimeter secara seri terhadap kabel input. 5) Bacalah nilai yang tertera pada multimeter. 6) Catalah hasil pengkuran dalam tabel pengamatan. b. lampu 1) Matikan kembali lampu dari tegangan listrik PLN. 2) Sambung kabel input yang terputus. Mengukur tegangan input

29

3) Gunakan multimeter untuk mengukur tegangan input. Pastikan selektor pada multimeter menunjukkan pengukur tegangan AC. 4) Ukurlah tegangan input dengan menghubungkan kedua probe multimeter pada kedua kabel input. 5) Bacalah nilai yang tertera pada multimeter. 6) Catalah hasil pengkuran dalam tabel pengamatan. c. lampu Hitunglah daya input

A

220 VAC

V

keterangan gambar :A V

= multimeter untuk mengukur arus input listrik AC = multimeter untuk mengukur tegangan input listrik AC = sumber tegangan AC 220 V

Gambar 12. Skema mengukur tegangan dan arus input electronic ballast4. Mengukur daya output rangkaian Compact Fluorescent Lamp (CFL).

a. yang mengalir.

Mengukur

arus

listrik

30

1) Putuslah salah satu kabel output rangkaian electronic ballast. 2) Sambungkan input lampu Compact Fluorescent Lamp (CFL) dengan

tegangan listrik DC dari PLN. 3) Gunakan multimeter untuk mengukur arus listrik. Pastikan selektor multimeter terletak pada pengukur arus DC dengan batas ukur minimal 10 Ampere (agar tidak terjadi kerusakan pada multimeter misalnya arus lampu terlalu besar).4) Ukurlah besarnya arus yang mengalir pada output rangkaian electronic

ballast dengan menghubungkan probe multimeter secara seri terhadap kabel input. 5) Bacalah nilai yang tertera pada multimeter. 6) Catalah hasil pengkuran dalam tabel pengamatan. b. lampu 1) Matikan kembali lampu dari tegangan listrik PLN.2) Sambung kabel output rangkaian electronic ballast yang terputus.

Mengukur tegangan input

3) Gunakan multimeter untuk mengukur tegangan output. Pastikan selektor pada multimeter menunjukkan pengukur tegangan DC. 4) Ukurlah tegangan input dengan menghubungkan kedua probe multimeter pada kedua kabel input. 5) Bacalah nilai yang tertera pada multimeter. 6) Catalah hasil pengkuran dalam tabel pengamatan. c.A lampu berdasarkan nilai tegangan dan arus output.

Hitunglah

daya

output

31

V

Keterangan gambar :A V

= multimeter untuk mengukur arus output = multimeter untuk mengukur tegangan output = sumber tegangan AC 220 V

Gambar 13. Skema mengukur tegangan dan arus input electronic ballast

5. Mengukur intensitas cahaya lampu Compact Fluorescent Lamp (CFL) dengan

electronic ballasta. Rangkailah seperti disain lampu Compact Fluorescent Lamp (CFL) di atas. b. Letakkan luxmeter sejauh 10 cm terhadap tube lamp pada Compact

Fluorescent Lamp (CFL). c. Hidupkanlah lampu dengan menghubungkan rangkaian dengan tegangan AC dari PLN. d. Bacalah skala yang tertulis dalam luxmeter. e. Hitunglah intensitas cahaya pada posisi tersebut.

32

Electronic ballast Gambar 14. Skema mengukur intensitas cahaya lampu fluorenscent6. Hitunglah luminaire efficacy rangkaian Compact Fluorescent Lamp (CFL).

luminaire efficacy = (lumen/watt) F. DATA PENGAMATAN Merk lampu philips N JD D I Luminaire Efficacy on u a a .m y y t la a e an O h Is u n i lp t iu p a ltu s it( tl au n m e n )

33

(( ( v A v A )) ) 1 5 . 2 1 .0 3 1 .5 4 2 .0 5 2 .5 .d .s .t .

G. Analisis Data Grafik hubungan antara jumlah lilitan induktor dengan Luminaire efficacy Electronic ballast dan daya output berbagai merk. luminaire efficacy (lm/watt)

34

lilitan induktor (n) Vout(volt)

Lilitan induktor (n)

Iout(ampere)

Lilitan induktor (n)

35

Analisis data juga dilakukan dengan menggunakan gambar yang direkam dengan Power Quality Analizer Fluke View 43B yang berupa : 1. Gelombang tegangan pada electronic ballast 2. Gelombang arus pada electronic ballast 3. Gelombang daya pada electronic ballast

DAFTAR PUSTAKA

Anang. 2006. Perkembangan Lampu Listrik Sebagai Alat Penerangan .di akses dari http://www.proyeksi.com . Anonim. 2008. 19% Listrik Dunia Untuk Lampu Penerangan. Diakses dalam http://kapanlagi.com/h/0000214045.html pada tanggal 11 November 2009 Anonim.2009. Compact Fluorescent Lamp. diakses di http://en.wikipedia.org/wiki/ pada 30 Oktober 2009 Anonim . 2009. Electrical ballast .http://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_ballast Diakses di pada tanggal 30 Oktober 2009. US Department of Energy. 2008. Luminous Efficacy. diunduh pada http://www.eere.energy.gov/buildings/ssl/efficacy.html tanggal 30 Oktober 2009. Department 2009. Basrowi. Instalasi Penerangan. Yogyakarta: FPTK IKIP Yogyakarta; 1995. of Energy. 2008. Luminaire Efficacy diunduh pada

US

http://www.eere.energy.gov/buildings/ ssl/efficacy.html

tanggal 29 Oktober

36

E.Wenzel .2004. 22 W/120 Vac Compact Fluorescent Lamp Driver With VK)% Compact Fluorescent Lamp (CFL). Jurnal ilmiah. Diakses melalui www.st.com tanggal 3 November 2009 . Halaman 1-7. Fitri Yulianti, dkk.2008. Pemanfaatan Electronic Ballast dari Compact Fluorescent Lamp (CFL) Bekas Pada Tanning Lamp (TL) Standar Sebagai Alternatif Pembuatan Lampufluorescent Hemat Energi Dan Ekonomis. Jurnal PELITA UNY (Volume III, Nomor 2,Agustus 2008). Halaman 63-70. Ignasius Elwinanto, 2007. Perancangan untuk Desain Grafis untuk Sarana Promosi Lampu Ekonomat High Grade. Surabaya : Universitas Kristen Petra. Muljono,Prof.Dr dan Sunarto,M.Sc,Ir. 2003. Listrik Magnet. Yogyakarta : ANDI Yogyakarta. N. Aiello dan S. Messina .2003. VIPower: Electronic ballast For Removeble CFL. (jurnal Ilmiah). Diakses dalam www.st.com pada tanggal 3 November 2009 di Yogyakarta. Sears dan Zemansky. 2000. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh Jilid 2. Jakarta : Erlangga. Susanto Wibisono K. 2009. Penggunaan Electronic ballast untuk Lampu Fluorescent 2009. Tim PLN Pusat. Laporan Utama Penelitian & Pengadaan Pilot Proyek Penggunaan LHE & BE. Jakarta:Departemen Pertambangan & Energi;1993. William H.Hayt,Jr dan Jack E.Kemmerly 1985. Rangkaian Listrik Edisi Ketiga Jilid I. (diterjemahkan oleh Pantur Silaban,Ph.D). Jakarta : Erlangga. .Diakses dalam http://anekawarna.890m.com/BallastElectronics.htm pada tanggal 30 oktober

37