Wattmeter (Pengukur Daya Listrik)

Wattmeter ini merupakan alat untuk mengukur daya listrik (atau tingkat pasokan energi

listrik ) dalam satuan watt dari setiap beban yang diasumsi pada suatau sirkuit

rangkaian. Wattmeter adalah instrumen pengukur daya listrik yang pembacaannya

dalam satuan watt di mana 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.

Pengukuran daya listrik secara langsung adalah dengan menggunakan wattmeter, ada

beberapa jenis wattmeter, antara lain wattmeter elektrodinamik, wattmeter induksi,

wattmeter elektrostatik dan sebagainya. Yang paling banyak digunakan adalah

wattmeter elektrodinamik, karena sesuai dengan karakteristiknya.

Gambar 1. Rangkaian Wattmeter

Wattmeter Eletrodinamik atau Elektrodinamometer Wattmeter

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

Pengukuran Besaran ListrikDicky Arinanda Arifin ST,MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar

Universitas Mercu Buana

‘121

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 2. Koenktivitas Wattmeter

Error pada Wattmeter :

1. 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.

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 Besaran ListrikDicky Arinanda Arifin ST,MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar

Universitas Mercu Buana

‘122

Pengukuran daya arus searah dapat dilakukan dengan alat ukur wattmeter. Di dalam

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

W = VA atau P = VI

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 = VI cos φ

Dimana:

V = tegangan kerja (Volt)

I = arus yang mengalir ke beban (Ampere)

cos φ = faktor daya

Pada sistem tiga phase dirumuskan sebagai:

P = VI 1,73 cos φ

Dimana :

V = tegangan phase netral (Volt)

I = arus yang mengalir ke beban (Ampere)

cos φ = faktor daya

Pengukuran Besaran ListrikDicky Arinanda Arifin ST,MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar

Universitas Mercu Buana

‘123

Pengukuran Daya Satu Fasa dengan Menggunakan Wattmeter

Elektrodinamometer dipakai secara luas dalam pengukuran daya, dia 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

dimana:

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 :

Defleksi Rata-rata = K I e/RP = K 1 / T eI

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

Pengukuran Besaran ListrikDicky Arinanda Arifin ST,MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar

Universitas Mercu Buana

‘124

Daya Rata-rata = eI

Jika φ dan I adalah besaran sinus dengan bentuk e = Em sin wt dan I = Im sin (wt + φ)

maka persamaan berubah menjadi :

Defleksi 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.

Wattmeter elektrodinamometer membutuhkan sejumlah daya untuk mempertahankan

medan magnetnya, tetapi ini biasanya begitu kecil dibandingkan daya beban sehingga

dapat diabaikan, Jika diperlukan pembacaan daya yang tepat, kumparan arus harus

persis membawa arus beban, dan kumparan potensial harus dihubungkan diantara

terminal beban.

Dengan menghubungkan kumparan potensial ke titik A, tegangan beban terukur dengan

tepat. Tetapi arus yang melalui kumparan-kumparan medan lebih besar sebanyak IP.

Berarti wattneter membaca lebih tinggi sebesar kehilangan daya daya tambahan

didalam rangkaian potensial. Tetapi, jika rangkaian potensial dihubungkan ke titik B,

kumparan medan mencatat arus yang tepat, tetapi tegangan pada kumparan potensial

akan lebih besar sebanyak penurunan tegangan pada kumparan-kumparan medan.

Juga wattmeter akan mencatat lebih tinggi, tetapi dengan kehilangan sebesar I.R di

dalam kumparan medan.

Cara penyambungan yang tepat tergantung pada situasi. Umumnya, sambungan

kumparan potensial pada titik A lebih diinginkan untuk beban-beban arus tinggi,

tegangan rendah, sedang sambungan kumparan potensial pada titik B lebih diinginkan

untuk beban-beban arus rendah, dan tegangan tinggi.

Kesulitan dalam menempatkan sambungan kumparan potensi diatasi dengan wattmeter

yang terkompensasi. 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.

Pengukuran Besaran ListrikDicky Arinanda Arifin ST,MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar

Universitas Mercu Buana

‘125

Gulungan lain menggunakan kawat kecil (tipis) dan hanya membawa arus ke kumparan

tegangan. Tetapi arus ini berlawanan dengan arus didalam gulungan besar,

menyebabkan fluks yang berlawanan dengan fluks utama. Berarti efek I dihilangkan dan

wattmeter menunjukkan daya yang sesuai..

Pengukuran Daya Reaktif

Daya reaktif yang disuplai ke sebuah rangkaian arus bolak – balik yang dinyatakan

sebagai satuan yang disebut VAR ( Volt-Ampere-Reaktif ), karena itu memberikan

perbedaan antara daya nyata dan daya oleh komponan reaktif.Daya nyata adalah

perkalian komponen – komponen sefasa dari tegangan dan arus ( EI Cos θ ), sedang

daya reaktif sedang daya reaktif adalahperkalian komponen – komponen reaktif yaitu EI

Sin θ atau EI Cos ( θ- 90o ). Jika tegangan bergeser sebesar 90o dari nilai sebenarnya,

komponen tegangan sefasa yang tergeser akan menjadi E Cos ( θ- 90o ) sehingga

perkalian komponen – komponen sefasa akan menjadi EI Cos ( θ- 90o ), yang mana

adalah daya reaktif.

Watt Hour Meter (Pengukur Daya Listrik per Jam)

Alat ukur wattjam (watthourmeter) tidak banyak digunakan dalam laboratorium tetapi

banyak digunakan dalam pengukuran energi listrik komersil. Kenyataannya adalah jelas

bahwa disemua tempat dimanapun, perusahaan listrik menyalurkan energi listrik ke

industri dan pemakaian rumah tangga setempat memerlukan alat ukur kWh. Alat ini

bekerja berdasarkan prinsip kerja Induksi.

Prinsip Kerja KWH meter

6

12

3

4

5

V

LOA

D

Gambar 3. Diagram KWH meter

Pengukuran Besaran ListrikDicky Arinanda Arifin ST,MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar

Universitas Mercu Buana

‘126

Prinsip kerja dari KWH meter dapat dijelaskan seperti gambah dibawah ini. Struktur alat

ukur terdiri dari 3 bagian utama yaitu ; 2 kumparan tetap dan bagian yang berputar

berupa piring. Gambar dibawah menunjukkan 2 buah kumparan tetap (1) dan (2), yang

mana disebut kumparan tegangan dan kumparan arus. Bagian yang ketiga adalah piring

yang berputar (3), umumnya terbuat dari alumunium dengan sumbu poros disatukan

dengan mekanisme gigi putar (4) untuk konversi putaran ke sistem nomor angka

desimal (6) sebagai angka petunjuk jumlah energi yang dipakai.

Bila KWH meter dihubungkan dengan sumber tegangan AC maka mengalir arus pada

kumparan arus dan tegangan mengalir pada kumparan tegangan sehingga akan timbul

momen putar yang memutar piring. Momen putar yang memutar sebanding dengan

daya pada beban.

Untuk menghasilkan momen lawan digunakan magnet permanen (5). Magnet permanen

juga menghasilkan fluksi, dimana fluksi ini memotong piring alumunium, maka pada

piring akan diinduksikan tegangan yang sebanding dengan kecepatan putar piring. Bila

kecepatan piring mencapai kecepatan konstan, maka kedua momen putar dan momen

lawan akan sama besar.

Pada piring alumunium biasanya ada tanda yaitu garis vertikal warna hitam / merah.

Garis ini berfungsi sebagai indikator putaran piringan. Untuk satu KWH biasanya setara

dengan 900 putaran (ada yg 450 putaran / KWH). Saat beban banyak memakai daya

listrik maka putaran KWH ini semakin cepat, hal ini tampak dari kecepatan gerakan garis

vertikal kerah horisontal berputar.

Kumparan arus dihubungkan seri dengan antaran dan kumparan tegangan dihubungkan

secara paralel. Kedua kumparan yang dililitkan pada sebuah kerangka logam dengan

desain khusus melengkapi dua rangkaian magnit. Sebuah piringan aluminium ringan

digantung dalam senjang udara medan kumparan arus yang menyebabkan arus pusar

mengalir didalam piringan. Reaksi arus pusar dan medan kumparan tegangan

membangkitkan sebuah torsi (aksi motor) terhadap piringan dan menyebabkannya

berputar.

Pengukuran Besaran ListrikDicky Arinanda Arifin ST,MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar

Universitas Mercu Buana

‘127

Torsi yang dibangkitkan sebanding dengan kuat medan kumparan putaran tegangan

dan arus pusar di dalam piringan yang berturut-turut adalah fungsi kuat medan

kumparan arus. Berarti jumlah putaran piringan sebanding dengan energi yang telah

dipakai oleh beban dalam selang waktu tertentu, dan diukur dalam kilowatt-jam (kWh,

kiloWatt hour). Poros yang menopang piringan aluminium dihubungkan melalui susunan

roda gigi ke mekanisme jam dipanel alat ukur, melengkapi suatu kWh terkalibrasi secara

desimal. Redaman piringan diberikan dua magnet permanen kecil yang ditempatkan

saling berhadapan pada sisi piringan.

Bila piringan berputar magnet-magnet permanen menginduksi arus pusar didalamnya.

Arus-arus pusar ini bereaksi dengan medang magnet dari magnet-magnet permanen

kecil dan meredam gerakan piringan. Kalibrasi alat ukur wattjam dilakukan pada kondisi

beban penuh yang diijinkan dan pada kondisi 10% dari beban yang diijinkan.

Pada beban penuh, kalibrasi terdiri dari pengaturan posisi magnet-magnet permanen

kecil agar alat ukur membaca dengan tepat. Pada beban-beban yang sangat ringan,

komponen tegangan dari medan menghasilkan suatu torsi yang tidak sebanding

langsung dengan beban. Komponen kesalahan diperoleh dengan menyisipkan sebuah

kumparan pelindung atau pelat diatas sebagian kumparan tegagnan dengan membuat

alat ukur bekerja pada 10% beban yang diijinkan. Kalibrasi alat ukur pada kedua posisi

ini biasanya menghasilkan pembacaan yang memuaskan untuk beban-beban lainnya.

Pengukuran Besaran ListrikDicky Arinanda Arifin ST,MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar

Universitas Mercu Buana

‘128