LAPORAN PRAKTIKUM INSTRUMENTASI DAN PENGUKURAN
WATTMETER SATU FASA
Dosen Pembimbing : AGOENG HARJATMO RAHARDJO, MT. Disusun Oleh : AVIFAH UMMU KALTSUM (121 724 007)
Kelas : 1 C – C –TPTL TPTL
JURUSAN TEKNIK KONVERSI ENERGI
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2013
I.
TUJUAN a.
Mengetahui prinsip kerja wattmeter elektrodinamometer
b.
Mampu menggunakan wattmeter dengan benar pada rangkaian sistem satu fasa atau pada sistem 3 fasa
c.
Bersama-sama dengan voltmeter & amperemeter dipergunakan untuk menentukan faktor daya.
II.
DASAR TEORI Wattmeter Satu Fasa
Wattmeter satu fasa dapat dibangun dengan komponen utama berupa elektrodinamometer. Elektrodinamometer 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 ini terdiri dari satu pasang kumparan yaitu tetap yang disebut kumparan arus dan kumparan berputar atau kumparan tegangan. Kumparan arus terdiri dari dua kumparan, masing-masing mempunyai jumlah lilitan yang sama. Salah satu kumparan menggunakan kawat besaran yang membawa arus beban ditambah arus untuk kumparan potensial. Gulungan laian menggunakan kawat kecil (tipis) dan hanya membawa arus kekumparan tegangan. Tetapi arus ini berlawanan dengan arus di dalam gulungan besar, menyebabkan fluks yang berlawanan dengan fluks utama. Berarti efek satu dihilangkan dan wattmeter menunjukkan daya yang sesuai.
±
Kumparan Arus Kumparan potensial
Ic
I B
A
(Line)
± Kumparan Arus
R
ZL beban
Diagram voltmeter elektrodinamometer, dihubungkan untuk mengatur daya beban satu phasa.
Kumparan arus terdiri dari dua kumparan, masing-masing memiliki jumlah lilitan yang sama. Salah satu kumparan menggunakan akwat 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.
III. PERALATAN PRAKTIKUM a.
Wattmeter elektrodinamometer
:
1 buah (akurasi dc 0.5% , ac 0.5%)
b.
Voltmeter PMMC
:
1 buah (akurasi dc 0.5% , ac 2.5%)
c.
Amperemeter PMMC
:
1 buah (akurasi dc 0.5% , ac 2.5%)
d.
Resistor bank
:
1 set
e.
Kapasitor bank
:
1 set
f.
Induktor bank
:
1 set
IV. PROSEDUR PRAKTIKUM 1.
Catat nomer/kode wattmeter, voltmeter, amperemeter, dan transformator arus (CT) yang digunakan pasa praktikum ini.
2.
Ukurlah tahanan dalam voltmeter dc 150V dan voltmeter ac 450V dengan menggunakan ohmmeter engan cara menghubungkan terminal-ohmmeter ke terminal + voltmeter, sedangkan terminal + ohmmeter dihubungkan dengan terminal – voltmeter.
3.
Ukurlah tahanan terminal tegangan pada wattmeter dengan menggunakan ohmmeter.
4.
Buatlah rangkaian gambar-1 dengan ketentuan sebagai berikut :
Catu daya dc 220V dalam keadaan “off”.
Voltmeter mode dc pada batas ukur 150V (perhatikan polaritasnya).
Amperemeter pada mode dc pada batas ukur 24A (perhatikan polaritasnya)
Beban berupa resistor pada posisi saklar-3 (R 3)
a) Pindahkan saklar catu daya ke posisi “on”. b) Perhatikan penunjukkan arus pada amperemeter. Gunakan batas ukur arus pada amperemeter yang menghasilkan ketelitian pengukuran paling baik. c) Catat batas ukur voltmeter-dc dan amperemeter-dc yang anda pergunakan pada percobaan ini d) Catat penunjukan voltmeter-dc dan amperemeter-dc. 5.
Buatlah rangkaian Gambar-6 dengan ketentuan sebagai berikut :
Catu daya dc 220V dalam keadaan “off”.
Saklar tegangan wattmeter pada posisi 260V, saklar arus wattmeter pada posisi “off”.
Voltmeter mode dc pada batas ukur 150V (perhatikan polaritasnya).
Amperemeter pada mode dc pada batas ukur 24A (perhatikan polaritasnya)
Beban berupa resistor pada posisi saklar-3 (R 3)
a) Pindahkan saklar catu daya ke posisi “on”. b) Perhatikan penunjukkan arus pada amperemeter. Gunakan batas ukur arus pada amperemeter yang menghasilkan ketelitian pengukuran paling baik. c) Pindahkan saklar arus wattmeter ke batas ukur yang paling sesuai dengan penunjukan amperemeter. d) Catat batas ukur voltmeter-dc, amperemeter-dc dan wattmeter yang anda pergunakan pada percobaan ini e) Catat penunjukan voltmeter-dc, amperemeter-dc, dan wattmeter. 6.
Buatlah rangkaian Gambar-6 dengan ketentuan sebagai berikut :
Catu daya dc 220V dalam keadaan “off”.
Saklar tegangan wattmeter pada posisi 260V, saklar arus wattmeter pada posisi “off”.
Voltmeter mode ac pada batas ukur 450V (perhatikan polaritasnya).
Amperemeter pada mode ac pada batas ukur 12A (perhatikan polaritasnya)
Beban berupa resistor pada posisi saklar-3 (R 3), gunakan resistor yang sama dengan percobaan-4.
a) Pindahkan saklar catu daya ke posisi “on”.
b) Perhatikan penunjukkan arus pada amperemeter. Gunakan batas ukur arus pada amperemeter yang menghasilkan ketelitian pengukuran paling baik. c) Pindahkan saklar arus wattmeter ke batas ukur yang paling sesuai dengan penunjukan amperemeter. d) Catat batas ukur voltmeter-ac, amperemeter-ac dan wattmeter yang anda pergunakan pada percobaan ini e) Catat penunjukan voltmeter-ac, amperemeter-ac, dan wattmeter. 7.
Ulangi prosedur-6 dengan mengunakan beban berupa resistor (R 3) yang dihubungkan seri dengan kapasitor (C 3).
8.
Ulangi prosedur-6 dengan menggunakan beban berupa resistor (R3) yang dihubungkan seri dengan induktor (L 3).
9.
Buatlah rangkaian Gambar-10 dengan ketentuan sebagai berikut :
Catu daya ac 220V dalam keadaan “off”.
Transformator arus (CT) dengan Nc = 3.
Saklar tegangan wattmeter pada posisi 260V, aklar arus wattmeter pada posisi “off”.
Voltmeter mode ac pada batas ukur 450V.
Amperemeter pada mode ac pada batas ukur 24A.
Beban berupa resistor pada posisi saklar-6 (R 6).
a) Pindahkan saklar catu daya ke posisi “on”. b) Perhatikan penunjukan arus pada amperemeter. Gunakan batas ukur arus pada amperemeter yang menghasilkan ketelitian pengukuran paling baik. c) Pindahkan saklar arus wattmeter ke batas ukur yang paling sesuai dengan penunjukan amperemeter. d) Catat batas ukur voltmeter-ac, amperemeter-ac, dan wattmeter yang ada pergunakan pada percobaan ini. e) Catat penunjukan voltmeter-ac, amperemeter-ac, dan wattmeter.
V.
TABEL DATA PRAKTIKUM a.
b.
Tabel percobaan 1, 2, dan 3 NAMA INSTRUMEN
NOMOR/KODE INSTRUMEN
Wattmeter (W)
Kel. 02/12
Voltmeter (V)
40/28
Amperemeter (A)
40/11A
Transformator arus (CT)
06/10
KETERANGAN Rp = 54 kΩ Rv = Nc = 3
Tabel percobaan 4 s/d 9 W-meter (W) Per cob.
V-meter (V)
Catu Daya
A-meter (A)
B.U.
beban B.U.
H.U.
B.U.
H.U.
V
A
4
220V dc
R3
150
70 ± 1.5
2.4
1.36 ± 0.024
-
-
-
5
220V dc
R3
150
75 ± 1.5
2.4
1.46 ± 0.024
130
2.5
5.6 ± 0.65
6
220V ac
R3
450
216 ± 11.25
6
4.25 ± 0.15
260
5
182 ± 1.3
7
220V ac
R3& C3
450
93 ± 11.25
2.4
1.86 ± 0.024
260
5
36 ± 1.3
8
220V ac
R3& L3
450
168 ± 11.25
6
2.4 ± 0.15
260
5
118 ± 1.3
9
220V ac
R6
450
222 ± 11.25
6
3.05 ± 0.15
260
5
69 ±
Keterangan : B.U. = Batas Ukur H.U. = Hasil Ukur
VI. PENGOLAHAN DATA Tahanan dalam voltmeter DC : 750 kΩ Tahanan dalam voltmeter AC : 2300 kΩ Tahanan dalam wattmeter AC : 54 kΩ Tahanan dalam wattmeter AC : 27 kΩ
Tugas laporan praktikum : 1.
H.U.
Hitung P pada percobaan empat untuk setiap kondisi berikut : a. Dengan mengabaikan efek pembebanan dan ketelitian alat ukur. b. Dengan memperhitungkan efek pembebanan alat ukur saja.
c. Dengan memperhitungkan ketelitian alat ukur. d. Dengan memperhatikan efek pembebanan dan ketelitian alat ukur. 2.
Hitung P, S, Q, dan pf pada percobaan 5, 6, 7, dan 8 untuk setiap kondisi berikut : a. Dengan mengabaikan efek pembebanan dan ketelitian alat ukur. b. Dengan memperhitungkan efek pembebanan alat ukur saja. c. Dengan memperhitungkan ketelitian alat ukur. d. Dengan memperhatikan efek pembebanan dan ketelitian alat ukur.
3.
Hitung P, S, Q, dan pf pada percobaan sembilan dengan memperhatikan efek pembebanan alat ukur.
Jawab : 1.
a. Mengabaikan efek pembebanan dan ketelitian alat ukur
P = V.I = 70 V . 1,36 A = 95,2 V.A = 95,2 Watt b. Memperhitungkan efek pembebanan alat ukur saja
P = V L . IL =
3
= (95,2 - 6,53 x 10 ) Watt = 95,193 Watt
c. Memperhatikan ketelitian alat ukur saja
P = V.I = 70 V ± 1,5 . 1,36 A ± 0,024 = 95,2 V.A ± 1,524 = 95,2 Watt ± 1,524 d. Memperhatikan efek pembebanan dan ketelitian alat ukur
P = V L . IL =
3
= (95,2 ± 1,524 - 6,53 x 10 ) Watt = 95,193 Watt ± 1,524
2.
a. Mengabaikan efek pembebanan dan ketelitian alat ukur
=VxA = 75 V x 1,46 A
= 109,5 VA = W = 56 Watt
beban resistif murni, Jadi bernilai 0. Pf = 1
= 216 V x 4,25 A
bernilai 0. Pf = 1
= 172,98 VA = W = 36 Watt
Pada percobaan 8
= 918 VA
beban resistif murni, Jadi
= 93 V x 1,86 A
bernilai 0. Pf = 1
=VxA
= W = 182 Watt
=VxA
beban resistif murni,
Pada percobaan 6
Pada percobaan 5
=VxA = 168 V x 2,4 A = 403,2 VA = W = 118 Watt 2
2
Q = S – P
=
√
= 385,5 VAR
Pada percobaan 7
b. Memperhitungkan efek pembebanan alat ukur saja
Percobaan 5 2
-1
-1
PL = W – V (Rv + Rp ) -1
-1
= 56 Watt – 5625 (750000 + 27000 ) -5
= 56 Watt – 5625 (3,83 x 10 ) = 56 Watt – 0,21 = 55,78 Watt SL = V. IL = V
( ) ( )
( )
= 75
= 75 (
√
)
= 109,57 VA
Q = 0, beban resistif murni, VL dan IL memiliki fasa sama (θ = 0) Pf = cos θ = P/S = P L/SL = 0,50
Percobaan 6 2
-1
-1
PL = W – V (Rv + Rp ) 2
-1
-1
= 182 Watt – 216 (2300000 + 54000 ) -5
= 182 Watt – 46656 (1,89 x 10 ) = 182 Watt – 0,88 = 181,11 Watt SL = V. IL
( ) ( )
= V(
( ) ( )
= 21
6
√
= 216
= 917,72 VA
Q = 0, beban resistif murni, VL dan IL memiliki fasa sama (θ = 0) Pf = cos θ = P/S = P L/SL = 0,2
Percobaan 7 2
-1
-1
PL = W – V (Rv + Rp ) 2
-1
-1
= 36 Watt – 93 (2300000 + 54000 ) -5
= 36 Watt – 8649 (1,89 x 10 ) = 36 Watt – 0,16 = 35,84 Watt SL = V. IL
( ) ( )
= V(
. ( ) ( )/
= 93
√
= 93
= 172,96 VA 2
2
2
Q L = SL – PL (bukan beban resistif murni) =
–
Pf = cos θ = P/S = P L/SL = 0,20
= 168,94 VAR
Percobaan 8 2
-1
-1
PL = W – V (Rv + Rp ) 2
-1
-1
= 118 Watt – 168 (2300000 + 54000 ) -5
= 118 Watt – 28224 (1,89 x 10 ) = 118 Watt – 0,53 = 117,47 Watt SL = V. IL
( ) ( )
= V(
. ( ) ( )/
= 168
√
= 168
= 403, 152 VA 2
2
2
Q L = SL – PL (bukan beban resistif murni) Q L
=
–
= 385,65 VAR
Pf = cos θ = P/S = P L/SL = 0,30 c. Memperhatikan ketelitian alat ukur saja
Pada percobaan 5
=VxA = 75±1,5 V x 1,46 ± 0,024 A = (75
2 %) x (1,46
= 109,5 ± 3,64% VA
1,64 %)
= W = 56 ± 1,625 Watt
Pf =
beban resistif, Jadi
bernilai 0. VL dan IL memiliki fasa sama ( θ = 0)
Pada percobaan 6
=VxA = 216 ± 11,25 V x 4,25 ± 0,15 A = (216 ± 5,2%) x (4,25 ± 3,53%) = (918 ± 8,73%) = 918 ± 80,14 VA
= W = 182 ± 6,5 Watt
Pf =
beban resistif, Jadi
bernilai 0. VL dan IL memiliki fasa sama ( θ = 0)
Pada percobaan 7
=VxA = 93 ± 11,25 V x 1,86 ± 0,024 A = (93 ± 12,1%) x (1,86 ± 1,29%) = (172,98 ± 13,39%) = 172,98 ± 23,16 VA
= W = 36 ± 6,5 Watt
=
(beban bukan resistif murni)
– – –
=
= =
= 169,19 Pf =
11,85 VAR
0,063
Pada percobaan 8
=VxA = 168 ± 11,25 V x 2,4 ± 0,15 A = (168 ± 6,7%) x (2,4 ± 6,25%) = (403,2 ± 12,95%) = 403,2 ± 52,2 VA
= W = 118 ± 6,5 Watt
– –
Pf =
=
= =
( karena beban bukan resistif murni)
=
–
= 385,55
15,42 VAR
d. Memperhitungkan pembebanan dan ketelitian alat ukur (BELUM DIHITUNG)
Percobaan 5 2
-1
-1
PL = W – V (Rv + Rp ) -1
-1
= 56 ± 0,65 Watt – 5625 ± (1,5 x 2) (750000 + 27000 ) -5
= 56 ± 0,65 Watt – 5625 ± (1,5 x 2) (3,83 x 10 ) = 56 ± 0,65 Watt – 0,21 ± (1,5 x 2) = 55,78 ± 3,65 Watt SL = V. IL =
=
=
=
= = =
= =
, ( ) ( ) ) ( ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) } { √ √
VA
VA
Q = 0 , beban resistif murni, V L dan iL memiliki fasa sama (θ = 0)
0,51
6,69% = 0,51 0,034
Percobaan 6 2
-1
-1
PL = W – V (Rv + Rp ) 2
-1
-1
= 182 Watt – 216 (2300000 + 54000 ) -5
= 182 Watt – 46656 (1,89 x 10 ) = 182 Watt – 0,88 = 181,11 Watt
S
=
=
=
=
, ( ) ( )-
) ( ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
= = =
} { √ √
=(918 =
VA
Q = 0 , beban resistif murni, V L dan iL memiliki fasa sama (θ = 0)
0,2
11,5 % = 0,2
0,022
Percobaan 7 2
-1
-1
PL = W – V (Rv + Rp ) 2
-1
-1
= 36 Watt – 93 (2300000 + 54000 ) -5
= 36 Watt – 8649 (1,89 x 10 ) = 36 Watt – 0,16 = 35,84 Watt SL = V. IL S =
=
=
=
, ( ) ( )-
) ( ( ) ) ( ( ) ) ( ( )
= = =
} { √ √
=(172,98 =
VA
( karena beban bukan resistif murni)
=
– – – √ √ = = = =
=
= 169,26
0,2
9,14 VAR
23,85 % = 0,21
0,05
Percobaan 8 S=
=
=
=
, ( ) ( )-
) ( ( ) ) ( ( ) ) ( ( ) } {
= = =
√ √
=(403,2 =
VA
= = = =
= =
= 116,95
W
– –
( karena beban bukan resistif murni)
=
= =
– – √ √ = = =
=
= 385,86
18,52 VAR
0,3
15,9 % = 0,3
0,05
3. Hitung P, S, Q, dan pf pada percobaan-9 dengan memperhatikan efek pembebanan alat ukur : Percobaan 9.
= 3 x = 2.031,3 VA
[ ] * +
=
=
[ ]
=
=
= 207 W
Kerena beban hanya terdiri dari resistif, maka V L dan iL memiliki fasa yang sama
(
sehingga
bernilai 0.
VII. PEMBAHASAN Pada rangkaian yang diujicobakan, alat ukur masing-masing memiliki nilai tahanan dalam dan ketelitian alat ukur yang berbeda. Tahanan dalam voltmeter DC 150 V 750 Ω dan voltmeter AC 450 V 2300 kΩ. Tahanan dalam wattmeter DC 130 V adalah 27 KΩ dan pada AC 260 V adalah 54 KΩ. Pada perhitungan percobaan (5) dan (6) nilai Q L adalah 0 hal tersebut dikarenakan beban masih bersifat resitif murni karena hanya terdiri atas tahanan ohm saja sehingga faktor daya yang didapat adalah 1, sedangkan pada percobaan (7) (8) nilai Q L dapat diketahui dengan memasukan rumus pengukuran P dan S secara serempak.
VIII. KESIMPULAN Dari percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa pF yang didapat dari percobaan nilainya ≤ 1 padahal berdasarkan teori watt meter satu fasa dengan menggunakan baik arus AC maupun DC disertai induktor dan kapasitor seharusnya didapat nilai power factor 1 atau mendekati satu. Namun, pada percobaan tanpa menggunakan kapasitor dan induktor didapat power factor satu (1) dikarenakan beban yang diketahui pada percobaan merupakan beban resistif murni. Nilai percobaan dengan memperhitungkan tahanan dalam serta tidak memperhitungkan tahanan dalam memiliki perbedaan. Besar kecilnya perbedaan tersebut tergantung dari nilai yang didapat, alat yang digunakan dan batas ukur dari alat ukur tersebut.
IX. DAFTAR PUSTAKA From http://elektronika-dasar.web.id/instrument/wattmeter-1-satu-fasa/ diunduh 6 Juni 2013 From http://bilt4blog.files.wordpress.com/2008/09/laporan-percobaan-9.pdf diunduh 6 Juni 2013
