Effisiensi, Power Factor, Watt, Voltampere, dan Arus Bolak-balik

Pada arus bolak balik dikenal dua satuan daya, yaitu: watt dan voltampere (va). Kadang hal ini membingungkan karena watt adalah sama dengan tegangan (volt) dikalikan arus (ampere). Demikian juga effisiensi dan power factor,  di mana power factor hanya berlaku pada arus bolak-balik.

Effisiensi adalah perbandingan antara daya input dengan daya output

h = output power / input power

Nilai effisiensi berkisar dari 0 sampai 1, biasanya nilai effisiensi berkisar dari 0,6 sampai 0,8, semakin besar semakin baik. Effisiensi berlaku pada arus searah (direct current, dc), juga berlaku pada arus bolak-balik (alternating current, ac). Daya yang berkurang pada output power biasanya berubah menjadi panas, terjadi pada koil, resistor, kondensor, transformator, transistor, IC, dan lain-lain. Daya juga bisa hilang karena gesekan, biasanya terjadi pada motor listrik, generator, alternator, pompa, kompresor, air conditioner (ac), dan lain-lain.

Khusus pada arus bolak-balik, ada hal lain yang mempengaruhi daya output sehingga lebih kecil dari daya input, yaitu power factor (pf):

pf = real power / apparent power = watt / volt.ampere

Pada arus searah, satuan daya watt selalu sama dengan satuan daya voltampere (va). Karena pada arus searah power factor selalu mendekati atau sama dengan 1 (satu).

Pada arus bolak-balik, beban resistif yang dihasilkan oleh komponen resistor, mempunyai power factor mendekati 1, karena gelombang tegangan dan arus selalu sinkron. Sehingga pada peralatan yang hanya mengandung resistor seperti pemanas,  solder, lampu pijar, dan lain-lain, daya dalam satuan watt dapat dianggap sama dengan daya dalam satuan voltampere.

Jika arus bolak-balik mendapat beban induktif, maka gelombang arus tidak sinkron dengan gelombang tegangan, arus tertinggal phasenya di belakang tegangan. Sehingga voltage dikalikan ampere tidak sama dengan watt. Maka berlaku power factor yang lebih kecil dari 1 (satu).

Demikian juga jika arus bolak-balik mendapat beban kapasitif, tegangan tertinggal phasenya di belakang arus. Maka berlaku power factor yang lebih kecil dari 1 (satu).

Power factor juga dapat dihitung dari selisih phase dari voltage dan ampere:

pf = cos q

Pada gambar di bawah tampak grafik voltage, ampere, dan daya, dengan selisih phase 30 derajat atau power factor = cost q = cos 30 = 0,87, ini adalah nilai power factor yang sangat baik.

Pada gambar di bawah tampak grafik voltage, ampere, dan power, dengan selisih phase 90 derajat atau power factor = cos q = cos 90 = 0, sangat rendah. Kita bisa melihat kurva daya turun di bawah nol garis atau negatif, dan bagian positif dari grafik daya hampir sama dengan bagian negatif dari grafik daya, sehingga daya efektif atau daya dalam satuan watt mendekati nol.

Lembar Excel ini mempunyai grafik untuk memberi gambaran tentang tegangan, arus, dan daya untuk power factor tertentu.

Salah satu cara meningkatkan power factor adalah dengan memasang kapasitor parallel dengan beban dan sedekat mungkin dengan beban induktif (koil, motor, transformator / trafo, dan lain-lain). Semakin besar beban maka semakin besar kapasitornya, sehingga perlu mempertimbang faktor biaya. Adanya kehilangan daya menjadi panas dan kebocoran arus pada kapasitor akan memperkecil effisiensi. Untuk motor listrik, selalu gunakan dengan beban mendekati tarif bebannya, di mana motor tersebut dirancang untuk bekerja paling effisien. Cegah peralatan beroperasi diatas tarif tegangannya.