Wattmeter Satu Fasa Tujuan :
Mengetahui prinsip kerja wattmeter elektrodinamometer.
Mampu menggunakan wattmeter dengan benar pada rangkaian sistem satu fasa atau pada sistem 3 fasa.
Bersama – Bersama – sama sama dengan voltmeter dan amperemeter dipergunakan untuk menentukan faktor daya.
Pendahuluan :
Dalam rangkaian listrik, daya merupakan suatu besaran yang penting. Ukuran komponen dan pengelompokan komponen dalam peralatan elektronika terusatama ditentukan karena kebutuhan untuk menghilangkan tenaga listrik yang berubah menjadi panas. Hal serupa berlaku pula pada motor listrik, mekanisme pengendalinya, transformator, saklar, dan penghantar yang dipergunakan dalam bidang konversi tenaga listrik. Daya dalam pengukuran daya listrik dinyatakan dalam satuan dasar watt, merupakan perkalian antara beda potensial dalam satuan volt dengan arus listrik dalam satuan ampere. Daya (p) = (beda potensial).(arus listrik) = v.i Pada rangkaian arus searah (dc) dengan beban resistor (R), daya dapat dinyatakandalam tiga bentuk persamaan yang berbeda dengan menerapkan hokum Ohm. P=V.I 2 P = I .R 2 P = V /R Pada umumnya pengukuran daya pada rangkaian dc dilakukan dengan menggunakan alat – – alat ukur dc (voltmeter dc dan amperemeter dc) karena hasilnya biasanya lebih akurat dibandingkan dengan menggunakan wattmeter. Rangkaian dasar pengukuran daya dc dengan menggunakan voltmeter dc dan amperemeter dc diperlihatkan pada Gambar-1.
Apabila nilai tahanan dalam voltmeter (R v) diketahui, maka dapat dilakukan koreksi untuk menghitung nilai sebenarnya dari arus beban (I L) dan daya (P). IL P
= =
I – V – VL / RV VL.IL
= =
A – V – V / RV 2 VA – VA – V V / RV
Ukuran daya yang sangat penting, terutama untuk arus dan tegangan berulang, adalah daya rata – rata. – rata. Daya rata – rata – rata ini sama dengan kecepatan rata – rata – rata rata energi yang diserap oleh suatu beban, tidak tergantung pada waktu. Pada pengukuran tegangan beban V rms dan arus beban I rms dengan menggunakan meter ac, hasil perkalian V rms dengan Irms biasanya bukan merupakan cara yang tepat untuk menyatakan daya ac. Untuk sinyal ac sinusoida dengan beda fasa antara VL dan IL sebesar θ, akan dihasilkan daya rata – rata – rata rata sebesar:
P
=
∫
=
= ∫
Vrms Irms cos θ
Persamaan tersebut menunjukkan bahwa hasil perkalian V rms dan Irms tidak selalu sama dengan P, karena hasil perklaian tersebut tidak melibatkan factor beda fasa. Faktor beda fasa ini (cos θ) dikenal dengan nama factor daya (power factor, pf). Pf = cos θ Pada beban resistif murni, V L dan IL memiliki fasa yang sama (θ = 0), sehingga pf = 1. Dengan demikian suatu resistor ideal akan menyerap seluruh energy yang diterimanya. Daya rata – rata yang diserap oleh unsur resistif disebut daya aktif atau juga disebut daya nyata y ang ditulis dengan lambang P dan satuannya menurut SI (Standar Internasional) adalah watt. Suatu instrument yang dirancang untuk mengindera pengaruh beda fasa dan menghasilkan nilai yang benar mengenai daya rata – rata disebut wattmeter. Daya rata – rata :
P = Vrms Irms cos θ
Jika unsur resistif (R) dari beban diketahui, maka daya rata-rata juga dapat dihitung dengan rumusan: Daya rata – rata :
P
= Vrms Irms cos θ = (Irms|Z|) Irms cos θ 2 = Irms (|Z| cos θ) 2 = Irms R
Pada beban kapasitif murni atau induktif murni, V L dan IL memiliki beda fasa ± 90˚ sehingga pf = 0. Hal ini berarti daya rata – rata pada kedua unsur reaktif ini sama dengan nol. Dengan demikian kapasitor dan induktor ideal tidak menyerap energy, tetapi hanya menyimpan dan melepaskan energy yang diterimanya. Nilai maksimum daya sesaat pada beban kapasitif murni dan induktif murni dapat dinyatakan dalam persamaan : PXC max = PXL max =
2
Irms Xc 2 Irms XL
Nilai maksimum daya keluar-masuk dalam unsur reaktif tersebut dikenal dengan daya reaktif yang didefinisikan sebagai Q: 2
Q = Irms X Daya reaktif ini tidak diserap oleh beban. Daya tersebut juga disebut dengan daya tanpa-watt dan dinyatakan dengan unit satuan volt-ampere-reaktif (var). Besaran tersebut banyak dipergunakan dalam pembangkitan, distribusi dan penggunaan daya listrik. Daya reaktif juga dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut: Daya Reaktif:
Q
= = =
2
Irms X (Irms|Z|) Irms (X /|Z|) Vrms Irms sin θ
Kombinasi P dan Q pada beban disebut daya semu S. Daya semu juga disebut daya tampak dan dinyatakn dengan unit satuan volt-ampere (VA). Atau kilo-volt-ampere (kVA). Daya semu tersebut diukur tanpa memandang sifat impedansi beban. Daya semu:
S
= =
√ , atau Vrms Irms
Dengan demikian hasil perkalian antara tegangan beban yang ditunjukkan oleh voltmeter-ac dan arus beban yang ditunjukkan oleh amperemeter-ac menunjukkan daya semua (S), bukan daya rata – rata (P) ataupun daya reaktif (Q).
Hasil bagi antara P dengan S disebut factor daya (power factor). Pf
=
P/S
=
(Vrms Irms cos θ) / (Vrms Irms)
=
cos θ
Apabila arus beban tertinggal dari tegangan beban (beban induktif), maka dikatakan beban tersebut memiliki factor daya tertinggal (lagging pf); sedangkan apabila arus beban mendahului tegangan beban (beban kapasitif), maka dikatakan beban tersebut memiliki factor daya mendahului (leading pf). Pada Gambar-2 diperlihatkan segitiga daya yang mempresentasikan P, Q, dan S.
Wattmeter : Elektrodinamometer dipakai secara luas dalam pengukuran daya, baik untuk pengukuran daya searah (dc) maupun bolak – balik (ac) untuk setiap bentuk gelombang tegangan dan arus. Dan t idak terbatas pada gelombang sinus saja. Sebuah elektrodinamometer memiliki dua jenis kumparan, yaitu kumparan – kumparan yang diam (disebut kumparan – kumparan medan atau kumparan – kumparan arus) dan kumparan yang berputar disebut kumparan potensial. Prinsip kerja wattmeter satu fasa untuk beban arus kuat-tegangan rendah dapat dijelaskan sebagai berikut.
Wattmeter satu fasa memiliki empat buah terminal, terdiri dari dua buah terminal arus dan dua buah terminal tegangan. Kumparan-kumparan arus merupakan dua elemen yang terpisah yang dihubungkan secara seri dan membawa arus jala – jala total (Ic). Kumparan potensial ditempatkan di dalam medan magnet kumparan – kumparan arus, dihubungkan seri dengan tahanan pembatas arus dan membawa arus kecil (I p). Arus sesaat di dalam kumparan potensial adalah I p = V L / RP, dalam hal ini V L adalah tegangan sesaat pada beban (load), dan R P adalah tahanan total kumparan potensial beserta tahanan serinya (R). Arus yang melalui kumparan – kumparan arus tersebut (Ic) akan menimbulkan medan magnet dengan kerapatan fluksi (B) yang berbanding lurus dengan Ic. Berdasarkan hokum dasar elektromagnetik, torsi yang menyimpangkan kumparan potensial dapat dinyatakan dengan rumus: T
=
BxAxIxN
: : : : :
torsi yang dibangkitkan (Nm) 2 kerapatan fluksi di dalam senjang udara (Wb/m ), berbanding lurus terhadap I c 2 luas efektif kumparan putar (m , nilainya konstan.) arus di dalam kumparan putar (A), sama dengan Ip. jumlah lilitan kumparan putar, nilainya konstan.
Dalam hal ini: T B A I N
