Elektrodinamometer dalam Pengukuran Daya A. Wattmeter Wattmeter digunakan untuk mengukur daya listrik searah (DC) maupun bolak-balik (AC). Ada 3 tipe Wattmeter yaitu Elektrodinamometer, Induksi dan Thermokopel. Jika ditinjau dari fasanya ada 2 yaitu wattmeter satu fasa dan wattmeter tiga fasa. a. Wattmeter satu fasa 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 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 4-3. 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 kumparan K = konstanta instrumen Ic = arus sesaat dalam kumparan arus Ip = Arus sesaat di dalam kumparan tegangan Dengan 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 fasa 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. 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 4-4 Konfigurasi Wattmeter Kumparan arus wattmeter 1 membawa arus antara IA A 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 IB B 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 = I Daya 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. Gambar 4-5. Diagram fasor tegangan tiga fasa VAC, VCB, c. Wattmeter tipe elektrodinamometer. Wattmeter tipe elektrodinamometer terdiri dari satu pasang kumparan yaitu kumparan yang tetap disebut kumparan arus dan kumparan yang berputar disebut dengan kumparan tegangan, sedangkan alat penunjuknya akan berputar melalui suatu sudut, yang berbanding lurus dengan hasil perkalian pada arus-arus yang melalui kumparan-kumparan tersebut (gambar 4-6).
Gambar 4-6. Konstruksi wattmeter elektrodinamometer Kumparan arus dari Wattmeter dihubungkan secara seri dengan rangkaian (beban), dan kumparan tegangan dihubungkan parallel dengan line. Jika arus line mengalir melewati kumparan arus dari wattmeter, maka akan membangkitkan medan disekitar kumparan. Kuat medan ini sebanding dengan besarnya arus line Kumparan tegangan dari wattmeter dipasang seri dengan resisitor yang mempunyai nilai resistansi sangat tinggi. Tujuannya adalah untuk membuat rangkaian kumparan tegangan dari meter mempunyai ketelitian tinggi. Jika tegangan dipasangkan ke kumparan tegangan, arus akan sebanding dengan tegangan line. d. Prinsip Kerja Wattmeter Elektrodinamometer Wattmeter pada dasarnya merupakan penggabungan dari dua alat ukur yaitu Amperemeter dan Voltmeter, untuk itu pada Wattmeter pasti terdiri dari kumparan arus (kumparan tetap) dan kumparan tegangan (kumparan putar), sehingga pemasangannyapun juga sama yaitu kumparan arus dipasang seri dengan beban dan kumparan tegangan dipasang paralel dengan sumber tegangan. Apabila alat ukur Wattmeter dihubungkan dengan sumber daya (gambar 4-10), arus yang melalui kumparan tetapnya adalah i1, serta arus yang melalui kumparan putarnya i2, dan dibuat supaya masing-masing berbanding lurus dengan arus beban i dan tegangan beban v, maka momen yang menggerakkan alat putar pada alat ukur ini adalah i1. i2 = Kvi untuk arus searah, dimaka K adalah adalah suatu
konstanta, dengan demikian besarnya momen berbanding lurus dengan daya pada beban VI. Untuk jaringan arus bolak balik maka : Gambar. 4-10. Rangkaian wattmeter jenis elektrodinamometer dan i2 adalah sefasa dengan V, maka penunjukan akan berbanding dengan VI cos f, yang sama dengan daya yang dipakai oleh beban. Jadi dengan demikian untuk arus searah maupun untuk arus bolak-balik dapat dikatakan bahwa penunjukan dari alat ukut Wattmeter tipe elektrodinamik akan berbanding lurus dengan daya beban.gambar 4-11. menunjukkan beberapa variasi penyambungan alat ukur wattmeter tergantung dengan sistem yang dipilih.