Materi Wattmeter

WATTMETER

BAB I

PENDAHULUAN

1.      Latar Belakang

Perkembangan  teknologi di bidang elektronika saat  ini sudah sangat pesat. Berbagai barang elektronika yang dahulu menggunakan sistem analog kini hampir semua beralih ke sistem digital. Belakangan  ini  hanya Multimeter  saja  yang sudah banyak menggunakan sistem digital. Alat  ukur Wattmeter  yang  sering  digunakan  sekarang  masih menggunakan  sistem  analog yang  agak  rumit  dalam  hal  pembacaan  nilai  keluarannya,  itu  dikarenakan  penampilnya menggunakan  jarum  yang  menunjuk  pada  skala  tertentu. 

Contoh dari penerapan Wattmeter pada suatu sistem adalah pada dunia industri yaitu untuk memonitoring dan mengendalikan daya listrik dari jarak jauh atau di dalam ruangan khusus kontrol. dari  sisi  ekonomi  harga Wattmeter analog juga masih sangat mahal. Hal inilah yang mendorong penulis untuk mempelajari alat ukur Wattmeter agar mengerti lebih mendetail tentang alat ukur ini.

2.      Rumusan Masalah

1.      Apa pengertian Wattmeter?

2.      Apa saja jenis – jenis Wattmeter dan pengertiannya?

3.      Bagaimana prinsip kerja dan komponen Wattmeter?

4.      Bagaimana cara mengunakan Wattmeter?

3.      Tujuan

1.         Mengenal dan mengetahui penggunaan wattmeter serta fungsinya

2.         Memahami cara kerja wattmeter

3.         Memahami pengukuran daya menggunakan wattmeter

BAB II

PEMBAHASAN

2.1            A. Pengertian Wattmeter

Wattmeter adalah instrument atau alat pengukuran daya listrik khususnya daya listrik nyata yang pembacaannya diberikan dalam satuan Watt. Wattmeter berfungsi sebagai alat yang mengukur daya listrik pada beban - beban yang sedang beroperasi dalam suatu sistem kelistrikan dengan beberapa kondisi beban, seperti : beban DC, beban AC satu phase serta beban AC tiga phase. Wattmeter biasanya digunakan pada lab – lab fisika dimana alat ini digunakan sebagai alat peraga untuk mengetahui daya yang dipakai dalam suatu rangkaian beban.

B. Diagram rangkaian Wattmeter

Jika ditinjau dari fasanya, Wattmeter ada 2 yaitu : wattmeter satu fasa dan wattmeter tiga fasa.

                       

Gambar 1. Diagram RangkaianWattmeter satu fasa

Salah satu tipe wattmeter elektrodinamometer adalah tipe Portable Single Phase wattmeter. Alat ukur ini dapat dirancang untuk mengukur DC dan AC (25 ~ 1000 Hz) dengan akurasi tinggi .

L1

           

   L2

L3       

           

Gambar 2. Diagram Rangkaian Wattmeter 3 fasa

Gambar konfigurasi wattmeter diatas menunjukkan sambungan dua wattmeter untuk pengukuran konsumsi daya oleh sebuah beban tiga fasa yang setimbang yang dihubungkan secara delta. Daya total yang dipakai oleh beban setimbang tiga fasa sama dengan penjumlahan aljabar dari kedua pembacaan wattmeter.

2.2            Jenis – jenis Wattmeter

                        Wattmeterdapatdibedakanmenjadi 2, yaitu Wattmeter Analog danWattmeter Digital.Wattmeter Analog terdiri dari Wattmeter Elektrodinamika, dan Wattmeter induksi.

A.                 Wattmeter Elektrodinamika

Instrumen ini cukup familiar dalam desain dan konstruksi elektrodinamometer tipe ammeter dan voltmeter analog. Kedua koilnya dihubungkan dengan sirkuit yang berbeda dalam pengukuran power. Koil yang tetap atau field coil dihubungkan secara seri dengan rangkaian, koil bergerak dihubungkan paralel dengan tegangan dan membawa arus yang proporsional dengan tegangan. Sebuah tahanan non-induktif dihubungkan secara seri dengan koil bergerak supaya dapat membatasi arus menuju nilai yang kecil. Karena koil bergerak membawa arus proposional dengan tegangan maka disebut pressure coil atau voltage coil dari wattmeter.

Gambar 3. Konstruksi wattmeter elektrodinamika

B.         Wattmeter Induksi

Prinsip kerja wattmeter induksi sama dengan prinsip kerja amperemeter dan voltmeter induksi. Perbedaan dengan wattmeter jenis dinamometer adalah wattmeter induksi hanya dapat dipakai dengan suplai listrik bolak balik sedangkan wattmeter jenis dinamometer dapat dipakai baik dengan suplai listrik bolak balik atau searah.

Kelebihan dan keterbatasan wattmeter induksi yaitu wattmeter induksi mempunyai skala lebar, bebas pengaruh medan liar, serta mempunyai peredaman bagus. Selain itu, alat ukur ini juga bebas dari error akibat frekuensi. Kelemahannya adalah timbulnya error yang kadang-kadang serius yang diakibatkan oleh pengaruh suhu sebab suhu ini berpengaruh pada tahanan lintasan arus eddy.

Pengukuran daya arus searah dapat dilakukan dengan alat ukur wattmeter. Didalam instrumen ini terdapat dua macam kumparan yaitu kumparan arus dan kumparan tegangan. Kopel yang dikalikan oleh kedua macam kumparan tersebut berbanding lurus dari hasil perkalian arus dan tegangan.

Daya listrik dalam pengertiannya dapat dikelompokkan dalam dua kelompok sesuai dengan catu tenaga listriknya, yaitu daya listrik DC dan daya listrik AC.

Daya listrik DC dirumuskan sebagai:

P = V.I

Dimana :

P          = daya (Watt)

V          = tegangan (Volt)

I           = arus (Ampere)

Daya listrik AC ada dua macam yaitu daya untuk satu phase dan daya untuk tiga phase.

Pada sistem satu phase dirumuskan sebagai berikut

P = V.I. cos f

Dimana:

V          =  tegangan kerja (Volt)

I           = arus yang mengalir ke beban (Ampere)

cos f     = faktor daya

Pada sistem tiga phase dirumuskan sebagai

P = 3 V.I cos f

V          = tegangan phase netral (Volt)

I           = arus yang mengalir ke beban (Ampere)

cos f     = faktor daya

Gambar 4. Wattmeter Induksi

C.      Wattmeter Digital     

Wattmeter elektronik digital modern/energy meter menghasilkan sampel tegangan dan arus ribuan kali dalam sedetik. Nilai rata-rata tegangan instan yang dikalikan dengan arus adalah true power (daya murni). Daya murni yang dibagi oleh volt-ampere (VA) nyata adalah power factor. Rangkaian komputer menggunakan nilai sampel untuk menghitung tegangan RMS, arus RMS, VA, power (watt), power factor, dan kilowatt-hours (kwh). Model yang sederhana menampilkan informasi tersebut pada layar display LCD. Model yang lebih canggih menyimpan informasi tersebut dalam beberapa waktu lamanya, serta dapat mengirimkannya ke peralatan lapangan atau lokasi pusat.

Gambar 5. Wattmeter Digital

2.3.1     Prinsip kerja Wattmeter        

Prinsip kerja wattmeter induksi sama dengan prinsip kerja amperemeter dan voltmeter induksi. Pengukuran daya arus searah dapat dilakukan dengan alat ukur wattmeter. Didalam instrumen ini terdapat dua macam kumparan yaitu kumparan arus dan kumparan tegangan. Kopel yang dikalikan oleh kedua macam kumparan tersebut berbanding lurus dari hasil perkalian arus dan tegangan. Daya listrik dalam pengertiannya dapat dikelompokkan dalam dua kelompok sesuai dengan catu tenaga listriknya, yaitu : daya listrik DC dan daya listrik AC.

 Perbedaan dengan wattmeter jenis dinamometer adalah wattmeter induksi hanya dapat dipakai dengan suplai listrik bolak balik sedangkan wattmeter jenis dinamometer dapat dipakai baik dengan suplai listrik bolak balik atau searah.

2.3.2         Komponen Wattmeter

Gambar 6. Konstruksi Wattmeter

Keterangan :

I*    = arus masuk.

I      = arus keluar.

L1   = phase R (beban resistor)

L2   = phase S (power supply)

L3   = phase T

3~   = penggunaan wattmeter untuk sistem 3 phase.

1~   = penggunaan wattmeter untuk sistem 1 phase

A    = skala arus.

V    = skala tegangan

Wattmeter analog yang paling sederhana adalah wattmeter jenis elektrodinamis, dimana terdiri dari sepasang kumparan tetap yang disebut kumparan arus dan kumparan bergerak yang disebut kumparan potensial.  

2.4            Penggunaan Wattmeter

                                    Dalam pengukuran daya,ada 2 metode yaitu:

1.       Metode Pengukuran Daya Secara Tidak Langsung

Ada dua jenis pengukuran daya menggunakan metode pengukuran tak langsung,  ditinjau dari letak kedua alat ukur, yaitu ampermeter dan voltmeter :

                                    Voltmeter dipasang sebelum ampermeter

                                    Voltmeter dipasang setelah Ampermeter

2.      Metode Pengukuran Daya Secara Langsung

      Pengukuran daya listrik secara langsung adalah dengan menggunakan wattmeter. Namun disini,akan dibahas mengenai penggunaan WattmeterWattmeter adalah instrumen pengukur daya listrik yang pembacaannya dalam satuan watt dimana merupakan kombinasi voltmeter dan amperemeter. Dalam pengoperasiannya harus memperhatikan petunjuk yang ada pada manual book  atau tabel yang tertera pada wattmeter. Demikian juga dalam hal pembacaannya harus mengacu pada manual book yang ada

3.      Pengukuran daya satu fasa dengan menggunakan Wattmeter

Elektrodinamometer dipakai secara luas dalam pengukuran daya. dapat dipakai untuk menunjukkan daya searah (DC) maupun daya bolak-balik (AC) untuk setiap bentuk gelombang tegangan dan arus dan tidak terbatas pada gelombang sinus saja. Elektrodinamometer yang digunakan sebagai voltmeter atau kumparan-kumparan yang diam dihubungkan seri dengan tahanan pembatas arus dan membawa arus kecil (IP). Arus sesaat didalam kumparan yang berputar adalah IP = e/RP dimana e adalah tegangan sesaat pada jala-jala dan RP adalah tahanan total, kumparan berputar beserta tahanan serinya.

Defleksi kumparan putar sebanding dengan perkalian IC dan IP dan untuk defleksi rata-rata selama satu perioda dapat dituliskan :

                                   

rata-rata = K.IC IP dt

rata-rata    =  defleksi sudut rata-rata kumparan

K              =  konstanta instrumen

IC             =  arus seasaat dalam kumparan medan

IP              = arus sesaat di dalam kumparan-kumparan potensial

Dengan menganggap sementara IC sama dengan arus beban I (secara aktual IC = IP + I) dan menggunakan nilai IP = e/RP kita bisa dapatkan :

rata-rata = K.I.e/RP dt = K.1/T.eI dt (*)

Menurut definisi, daya rata-rata didalam suatu rangkaian adalah :

Prata-rata = eI dt

Jika φ dan I adalah besaran sinus dengan bentuk e = Em sin wt dan I = Im sin (wt + φ) maka persamaan (*) berubah menjadi :

rata-rata = K. EI cos φ

dimana E dan I menyatakan nilai-nilai rms tegangan dan arus φ menyatakan sudut fasa antara tegangan dan arus            .

4.      Pengukuran daya tiga fasa dengan menggunakan wattmeter

Pengukuran daya dalam suatu sistem fasa banyak memerlukan pemakaian dua atau  lebih wattmeter. Kemudian daya nyata total diperoleh dengan menjumlahkan pembacaan masing-masing wattmeter secara aljabar. Teorema Blondel menyatakan bahwa daya nyata dapat diukur dengan mengurangi satu elemen wattmeter dan sejumlah kawat - kawat dalam setiap fasa banyak, dengan persyaratan bahwa satu kawat dapat dibuat common terhadap semua rangkaian potensial. Sambungan dua wattmeter untuk pengukuran konsumsi daya oleh sebuah beban tiga fasa yang setimbang dapat dihubungkan secara delta.

L1

L2

L3

Gambar 7. Sambungan secara delta

Kumparan arus wattmeter I dihubungkan dalam jaringan A, dan kumparan tegangan dihubungkan antara (jala-jala line) A dan C. Kumparan arus wattmeter 2 dihubungkan dalam antaran B , dan kumparan tegangannya antara antaran B dan C. Daya total yang dipakai oleh beban setimbang tiga fasa sama dengan penjumlahan aljabar dari kedua pembacaan wattmeter.

Diagram fasor menunjukkan tegangan tiga fasa VAC, VCB,VBA dan arus tiga fasa IAC, ICB dan IBA. Beban yang dihubungkan secara delta dan dihubungkan secara induktif dan arus fasa ketinggalan dari tegangan fasa sebesar sudut θ

Gambar 8. Diagram fasor tegangan 3 fasa

Kumparan arus wattmeter I membawa arus antara IAA yang merupakan penjumlahan vector dan arus-arus fasa IAC dan IAB. Kumparan potensial wattmeter 1 dihubungkan ke tegangan antara VAC. Dengan cara sama kumparan arus wattmeter 2 membawa arus antara IB’B yang merupakan penjumlahan vector dari arus-arus fasa IBA dan IBC, sedang tegangan pada kumparan potensialnya adalah tegangan antara VBC. Karena beban adalah setimbang, tegangan fasa dan arus-arus fasa sama besarnya dan dituliskan :

VAC  = VBC = V dan IAC = ICB =IBA = I

Daya dinyatakan oleh arus dan tegangan masing-masing wattmeter adalah:

W1 = VAC.IA’A Cos (30°-θ) = V.I Cos (30°- θ)

W2 = VBC.IB’B Cos (30°+θ) = V.I Cos (30°+θ)

W1+W2               =  V.I Cos (30°-θ) + VI Cos (30°+θ)

= V.I Cos (30°Cos +Sin0° Sinθ + Cos30° Cosθ. Sin30° sinθ)

                                                            = 3 V.I Cosθ

Persamaan di atas merupakan pernyataan daya total dalam sebuah rangkaian tiga fasa, dan karena itu kedua wattmeter pada gambar secara tepat mengukur daya total tersebut. Dapat ditunjukkan bahwa penjumlahan aljabar dari pembacaan kedua wattmeter akan memberikan nilai daya yang benar untuk setiap kondisi yang tidak setimbang, factor daya atau bentuk gelombang. Jika kawat netral dari system tiga fasa juga tersedia seperti halnya pada beban yang tersambung dalam hubungan bintang 4 kawat, sesuai dengan teorema Blondel, diperlukan tiga wattmeter untuk melakukan daya nyata total.

Daya reaktif yang disuplai ke sebuah rangkaian arus bolak-balik sebagai satuan yang disebut VAR (Volt-Ampere-Reaktif), karena itu memberikan perbedaan antara daya nyata dan daya oleh komponen reaktif. Merupakan dua fasor E dan I yang menyatakan tegangan dan arus pada sudut fasa θ. Daya nyata adalah perkalian komponen-komponen sefasa dari tegangan dan arus (E.I cos θ), sedang daya reaktif adalah perkalian komponen-komponen reaktif yaitu E.I sin θ atau EI cos (θ-90°). Jika tegangan bergeser sebesar 90° dari nilai sebenarnya, komponen sefasa yang bergeser akan menjadi E cos (θ-90°) sehingga perkalian komponen-komponen sefasa menjadi E.I cos (θ-90°), yang mana adalah daya reaktif.

Setiap wattmeter biasa bersama-dama dengan sebuah jaringan penggeser fasa yang sesuai dapat digunakan untuk mengukur daya reaktif. Dalam sebuah rangkaian satu fasa, pergeseran fasa 90° dapat dihasilkan oleh komponen R, L dan C yang berimbang. Namun pemakaian umum dari pengukuran VAR ditemukan dalam sistem tiga fasa dimana pergeseran fasa yang diinginkan dilakukan dengan menggunakan dua autotransformator yang dihubungkan dalam konfigurasi delta terbuka. Seperti biasanya kumparan-kumparan arus dari wattmeter dihubungkan seri dengan jala-jala. Kumparan-kumparan potensial dihubungkan ke kedua autotransformator dalam cara yangditunjukkan pada gambar.

Antara fasa B dihubungkan ke terminal bersama kedua common kedua transformator dan fasa antara fasa A dan C dihubungkan ke percabangan (tap) 100% kedua transformator tersebut. Kedua transformator akan menghasilkan 115,4% tegangan antara pada gulungan total. Kumparan potensial wattmeter 1 dihubungkan dari percabangan (tap) 57,7% transformator 1 ke pencabangan 115,4% transformator 2 menghasilkan tegangan yang sama dengan teegangan antara tetapi bergeser sebesar 90° ini ditunukan dalam diagram fasor kumparan tegangan wattmeter 2 dihubungkan dengan cara yang serupa. Karena sekarang kedua kumparan tegangan menerima gaya gerak listrik (ggl) yang sama dengan tegangan antaran tetapi bergeser sejauh 90°. Kedua wattmeter akan membaca daya reaktif yang dipakai oleh beban penjumlahan aljabar dan pembacaan kedua wattmeter menyatakan daya reaktif total yang disalurkan ke beban. Dalam sebuah paket instrumen tunggal, gabungan wttmeter dan transfomator penggeser fasa disebut VAR meter.

BAB III

KESIMPULAN DAN SARAN

A.  Kesimpulan

1.                  Wattmeter adalah instrumen pengukur daya listrik yang pembacaannya dalam satuan watt dimana merupakan kombinasi voltmeter dan amperemeter.

2.                  Wattmeter ada beberapa jenis antara lain wattmeter elektrodinamik, wattmeter induksi, dan wattmeter elektrostatik.

3.                  Kesalahan pengukuran (error) pada wattmeter disebabkan oleh adanya asumsi bahwa cos φ sama dengan 1. Selain itu kesalahan pembacaan yang terdapat pada CT dan PT.

4.                  Kelebihan dan kekurangan Wattmeter Analog:

A.    Kelebihan / keuntungan wattmeter analog, yaitu:

Ø  Skalanya cukup panjang ( lebih dari 3000 )

Ø  Tidak dipengaruhi oleh medan pengganggu dari luar

Ø  Tidak dipengaruhi oleh error frekuensi karena dampingnya yang besar

B.     Kekurangan / kerugian wattmeter analog, yaitu:

Ø  Tingkat ketelitian rendah

Ø  Hanya untuk besaran AC

Ø  Kadang-kadang mengalami error suhu, yang diakibatkan oleh aliran eddy-current pada tahanan yang efeknya sangat besar terhadap suhu tahanan.

Ø  Pemakaian dayanya sangat besar, relatif tinggi dan mahal

Ø  Selain hal - hal diatas, ada juga daerah kerja alat ukur induksi, yaitu:

A.                Untuk arus mulai dari 10-1 sampai dengan 10-2 Ampere

B.                Untuk tegangan mulai dari 1 sampai dengan 103 Volt

5.                  Kelebihan dan kekurangan wattmeter digital:

A.    Kelebihan / keuntungan wattmeter digital:          

Ø  Dapat mengurangi error pengukuran karena kesalahan pembacaan (skala, paralaks, kondisi mata ).

Ø  mudah dioperasikan, praktis.

B.     Kekurangan / kerugian wattmeter digital:

Ø  perlu sumber eksternal yakni baterei untuk catu daya bagi komponen-komponen di dalam rangkaian digitalnya.

Ø  pembacaannya kurang spesifik karena menggunakan angka biner.

B.   Saran

Wattmeter merupakan alat ukur listrik yang sering digunakan untuk mengukur daya listrik maka dari itu kami menyarankan agar alat itu dirawat sebaik-baiknya, jangan menggunakan alat itu dengan sembarangan, gunakanlah dengan benar dan sesuai dengan fungsinya.