BAB IIWATTMETER AC

1. PengertianWattmeter adalah instrumen pengukur daya listrik yang pembacaannya dalam satuan watt di mana merupakan kombinasi voltmeter dan amperemeter. Alat ukur ini digunakan untuk pengukuran daya pada arus searah maupun bolak balik secara langsung. Daya yang dipakai pada beban pada saat tgangan beban dan arus beban dinyatakan sebagai P= V. I dengn V adalah beban dan I adalah arus.

2. Macam-Macam WattmeterJika dilihat dari jenisnya maka wattmeter dibagi menjadi tiga, yaitu: wattmeter elektrodinamik atau analog, wattmeter induksi, dan wattmeter digital.

A. Wattmeter Elektrodinamik / AnalogWattmeter elektrodinamik atau elektrodinamometer, instrumen ini cukup familiar dalam desain dan konstruksi elektrodinamometertipe ampermeter dan voltmeter analog. Kedua koilnya dihubungkan dengan sirkuit yangberbeda dalam pengukuran power. Koil yang tetap ataufield coildihubungkan secara seri dengan rangkaian, koil bergerak dihubungkan paralel dengan tegangan dan membawa arus yang proporsional dengan tegangan. Sebuah tahanan non-induktifdihubungkan 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 coildari wattmeter. Wattmeter elektrodinamik membutuhkan sejumlah daya untuk mempertahankan medan magnetnya, tetapi ini biasanya begitu kecil dibandingkan daya beban sehingga dapat diabaikan.Error pada wattmeter1. Error pada akibat hubungan berbeda.2. Error akibat induktansi kumparan tegangan.3. Error akibat kapasistansi pada rangkain kumparan tegangan.4. Error karena medan liar.5. Error karena arus Eddy

Gambar 2.1 Wattmeter AnalogB. Wattmeter InduksiPrinsip kerja wattmeter induksi sama dengan prinsip kerja amperemeter dan voltmeter induksi. Perbedaan antara wattmeter jenis induksi dan wattmeter dinamometer/ Wattmeter elektrodinamik 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 sebagaiP = 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 berikutP = V.I. cos f

Dimana:V = tegangan kerja (Volt)I = arus yang mengalir ke beban (Ampere)cos f = faktor dayaPada sistem tiga phase dirumuskan sebagai P = 3 V.I cos f

Dimana :V = tegangan phase netral (Volt)I= arus yang mengalir ke beban (Ampere)cos f= faktor daya

Gambar 2.2 Wattmeter Induksi

C. Wattmeter DigitalWattmeter 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 2.3 Wattmeter Digital

Jika dilihat dari jenis fasanya maka wattmeter terbagi menjadi 2 yaitu wattmeter satu fasa dan wattmeter tiga fasa.A. Wattmeter satu fasaElektrodinamometer dipakai secara luas dalam pengukuran daya, wattmeter tipe Elektrodinamometer dapat dipakai untuk mengukur daya searah (DC) maupun daya bolak-balik (AC) untuk setiap bentuk gelombang tegangan dan arus dan tidak terbatas pada gelombang sinus saja. Wattmeter tipe elektrodinamometer terdiri dari satu pasang kumparan yaitu kumparan tetap yang disebut kumparan arus dan kumparan berputar yang disebut dengan kumparan tegangan, sedangkan alat penunjuknya akan berputar melalui suatu sudut, yang berbanding lurus dengan hasil perkalian dari arus-arus yang melalui kumparan-kumparan tersebut. Gambar 4-3 menunjukkan susunan wattmeter satu fasa.

Gambar 2.4 Wattmeter satu fasa

Arus sesaat didalam kumparan yang berputar (kumparan tegangan) adalah Ip, besarnya Ip=e/Rp dimana e adalah tegangan sesaat pada jala jala dan Rp adalah tahanan total kumparan tegangan beserta tahanan serinya. Defleksi kumparan putar sebanding dengan perkalian Ic dan Ip , defleksi ratarata selama satu perioda dapat dituliskan :rata rata K I c I p dt dimana: rata-rata = defleksi sudut rata-rata kumparanK = konstanta instrumenIc = arus sesaat dalam kumparan arusIp = Arus sesaat di dalam kumparan teganganDengan menganggap sementara Ic sama dengan arus beban I (secara aktual Ic = Ip + I) dan menggunakan nilai Ip = e/Rp didapatkan :

Menurut definisi, daya rata-rata didalam suatu rangkaian adalah :Elektrodinamometer yang dihubungkan dalam konfigurasi gambar 4-3 mempunyai defleksi yang sebanding dengan daya ratarata. Jika f dan I adalah besaran sinus dengan bentuk e = Em sin wt dan I = Im sin (wt + f ) maka persamaan di atas berubah menjadi :

dimana E dan I menyatakan nilai - nilai rms tegangan dan arus menyatakan sudut fasa antara tegangan dan arus. Wattmeter elektrodinamometer membutuhkan sejumlah daya untuk mempertahankan medan magnetnya, tetapi ini biasanya sangat kecil dibandingkan daya beban sehingga dapat diabaikan, Jika diperlukan pembacaan daya yang tepat, arus kumparan harus sama dengan arus beban, dan kumparan potensial harus dihubungkan diantara terminal beban. Kesulitan dalam menempatkan sambungan kumparan tegangan diatasi dengan wattmeter yang terkompensasi. Kumparan arus terdiri dari dua kumparan, masingmasing mempunyai jumlah lilitan yang sama. Salah satu kumparan menggunakan kawat lebih besar yang membawa arus beban ditambah arus untuk kumparan tegangan. Kumparan lain menggunakan kawat kecil (tipis) dan hanya membawa arus ke kumparan tegangan. Tetapi arus ini berlawanan dengan arus didalam kumparan besar, menyebabkan fluks yang berlawanan dengan fluks utama. Berarti efek I dihilangkan dan wattmeter menunjukkan daya yang sesuai.

B. Wattmeter tiga fasaPengukuran 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. Gambar 4-4 menunjukkan sambungan dua wattmeter untuk pengukuran konsumsi daya oleh sebuah beban tiga fasa yang setimbang yang dihubungkan secara delta. Kumparan arus wattmeter 1 dihubungkan dalam jaringan A, dan kumparan tegangan dihubungkan antara (jala-jala, line) A dan C. Kumparan arus wattmeter 2 dihubungkan dalam jaringan B , dan kumparan tegangannya antara jaringan B dan C. Daya total yang dipakai oleh beban setimbang tiga fasa sama dengan penjumlahan aljabar dari kedua pembacaan wattmeter. Diagram fasor gambar 4-5 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 .

Gambar 2.5 Konfigurasi wattmeter tiga fasaKumparan arus wattmeter 1 membawa arus antara IAA yang merupakan penjumlahan vektor 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 IBB yang merupakan penjumlahan vektor dari arus-arus fasa IBA dan IAC, sedang tegangan pada kumparan tegangannya 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 = IDaya dinyatakan oleh arus dan tegangan masing-masing wattmeter adalah:

Persamaan diatas merupakan besarnya 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. 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.

3. Cara Penggunaan dan PemasanganCara menggunakan wattmeter pertama-tama telitilah kedudukan jarum penunjuknya, jika kedudukannya sudah tepat pada angka 0 berarti wattmeter dalam kondisi sudah terkalibrasi, artinya wattmeter sudah siap untuk digunakan. Apabila kedudukan jarum penunjuk belum tepat pada angka 0, maka harus wattmeter harus dikalibrasi terlebih dahulu dengan cara memutar sekrup pengatur kedudukan jarum.Dalam mengukur daya pada satu fasa dan tiga fasa pemasangannya akan berbeda. Untuk pemasangan wattmeter satu fasa dapat dilihat pada gambar 2. dibawah ini.

Gambar 2.6 Cara pemasangan wattmeter satu fasa

Pemasangan wattmeter untuk tiga fasa seperti gambar 2. berikut.

Gambar 2.7 Cara pemasangan wattmeter tiga fasa