MODUL II 3
MODUL II 3
ALAT UKUR INDUKSI (AUI)
I. Tujuan Percobaan
Mengetahui prinsip kerja alat ukur
Mengetahui tpe-tipe alat ukur induksi
Mengetahui prinsip kerja Wattmeter dan KWh meter
Membandingkan hasil pengukuran dari tipe alat ukur induksi
Mengenal pengukuran daya dengan menggunakan alat ukur induksi
Mengenal metode pengukuran daya dan membandingkanII. Teori Pendahuluan
Alat ukur induksi merupakan alat ukur ynag momen geraknya ditimbulkan oleh suatu fluks magnit dan arus bolak-blik. Alat lazim untuk mengukur energi (KWh meter) walaupun ada juga untuk arus maupun tegangan.
Arus energi mempunyai dua fluks magnet yang dihasilkan dari suatu arus mengalir pada kumparan. Kedua magnet fluks tersebut memotong piringan.
Piringna dipotong oleh 2 fluks magnet (1 dan (2 pada titik P1 dan P2. Fluks ke-1 (1 menyebabkan arus pusar 1 (I1). Arus pusar ini melalui titik P2. Interaksi yang terjadi antara I1 dan (1 menyebabkan momen gerak I (Mg1). Demikian juga (2 menyebabkan momen arus pusar 2 (I2) yang melalui P1 dan interaksi arus pusar 2 (I2) dan fluks 2 ((2) menyebabkan momen gerak 2 (Mg2).
Gambar 1. Prinsip AUI
Tegangan efektif yang terjadi : E1 = w . ( Bila impedansi lintasan arus pusar sebesar Z maka harga efektif arus pusar :
l1 = el / z = w / z . 1 ................................................................ (1) Arus pusar ini berbeda sudut fasanya terhadap tegangan induksi sebesar (. Demikian juga di (2 dimana tegangan E2 tertinggal 90( terhadap (2 dan I2 tertinggal ( terhadap E2 sudut fasanya antara I1 dan (2 adalah 90( - ( + (.
Mg1 = K. (1. (2 Cos (90( - ( + () . (2)
Beda sudut fasa antara I2 dan (2 adalah 90( +( + (.
Mg2 = K. (1. (2 Cos (90( + ( + () (3)
Resultan kedua momen tersebut menyebabkan berputarnya piringan :
Mg = Mg1 Mg2Mg = K. (1. (2 Sin ( Cos ( . (4)
Untuk mendapatkan momen gerak yang besar diusahakan :
1. Sin ( = 1 : maka beda fasa sudut antara (1 dan (2 adalah 90(.
2. Cos ( = 1 : maka ada beda sudut fasa antara I dan E.
Ada 2 macam yipe AUI, yaitu :
1. Tipe Feraris
Seperti dalam gambar terpasang 2 pasang kumparan. Pasangan kumparan pertama dihubungkan seri dengan induktor besar . Kedua pasang kumparan tersebut dihubungkan dengan tegangan yang sama. Arus yang mengalir pada kumparan pertama (IR) mempunyai beda sudut fasa sebesar ( terhadap arus kumparan kedua (IL), harga ( hampir mendekati 90(.
Fluksi yang timbul akan merupakan medan putar, medan putar ini akan menyebabkan arus pusar pada motor. Dan interaksi medan putar dengan arus pusar akan mengakibatkan, momen gerak yang memutar rotor-rotor tersebut akan berputar searah putaran medan putar seperti KWh meter. Tetapi bila rotor tersebut mendapat momen lawan berupa pegas maka rotor tersebut akan berhenti pada saat terjadi keseimbangan.
Dimana :
V : Tegangan sumber
I : Arus yang melalui I seri dengan R
IL : Arus yang melalui kumparan 2 seri dihasilkan L
(R : Fluksi magnetik yang menghasilkan IR(L : Fluksi magnetik yang menghasilkan ILER : Tegangan induksi karena (REL : Tegangan induksi karena (LIER : Arus pusar karena ERIEL : Arus pusar karena EL
Momen gerak yang ditimbulkan adalah :
Mg = K.(1. (2 Sin ( Cos (Mg = K. IR. IL Sin ( Cos ( ... (5)
Harga IR dan IL sebanding dengan arus I dan juga sebanding dengan tegangan V.
Untuk Amperemeter :
Mg = K. I2. Sin ( Cos ( . (6)
Momen lawan Me = S.(( = I2 Sin ( Cos ( . (7)
Untuk Voltmeter :
Mg = KV2 Sin ( Cos ( .. (8)( = V2 Sin ( Cos ( ... (9)
2. Tipe Shaded PolePada tipe ini memakai piringan dan satu kumparan yang menimbulkan fluks magnet. Agar sistem ini terdapat 2 fluks yang mempunyai beda fasa tertentu, maka fluks utama tersebut dibagi dua dengan membagi pada intinya.
Untuk membuat beda fasanya, di salah satu dari bagian inti yang terbagi dua tersebut ditambah cincin/ring tembaga. Keadaan ini disebut Shaded Pole.
(a)
Gambar 4. shaped P
Momen gerak yang ditimbulkan :
Mg = K (t (s Sin ( Cos ( .......... (10)
(t dan (s sebanding dengan I untuk Amperemeter dan juga sebanding dengan V untuk Voltmeter.
Untuk Amperemeter
Mg = K. I2. Sin ( Cos ( .. (11)
( = I2 Sin ( Cos ( .. (12)
Untuk Voltmeter
Mg = KV2 Sin ( Cos ( .. (13)
( = V2 Sin ( Cos ( .. (14)
Prinsip Wattmeter dan KWh meter induksi adalah sama, perbedaannya adalah letak ada tidaknya momen lawan. KWh meter tidak menggunakan pegas
sebagai momen lawan sehingga piringan akan terus berputar. Jumlah putaran tersebut akan menunjukkan energi yang diukur. Untuk lebih jelas lagi lihat gambar konstruksi dasar KWh meter 1 fasa induksi.
Sistem penggerak terdiri dari dua kumparan. Kumparan pertama dihubungkan dengan tegangan yang disebut dengn kumparan tegangan dan kumparan yang kedua dihubungkan dengan arus disebut kumparan arus.
Kumparan tegangan mempunyai jumlah lilitan yang banyak sehingga arus (Iv) yang dihasilkan akan mempunyai beda sudut hampir 90( terhadap tegangan. Untuk KWh meter momen pengereman yang besarnya sebanding dengan kecepatan putarnya.
N = K V I Cos ( . (15)Total Putaran = K. energi
Dengan :
Gambar 5. Diagram vektor
Dari persamaan (11) Wattmeter (1 = (v ; (2 dan ( = ( - ( (lihat diagram vector)
Mg = K (v (1 ( Sin ((-(). Cos (Karena (v sebanding dengan V dan (1 dan sebanding dengan I serta f, z dan (. Maka :
Mg = K V I Cos ( (16)
Momen lawan karena pegas Me = S (( = V I Cos (( = K V I Cos ( . (17)
Daya beban : P = V I Cos ( .. (!8)
Dimana :
V
: tegangan beban
I
: arus beban
(
: sudut fasa beban
(
: sudutnya fasa antara Iv dengan V
F
: frekuensi
Z
: impedansi arus pusar
(v: fluksi akibat arus Iv
(i: fluksi akibat arus Ii
Ev: tegangan induksi akibat (v Ei: tegangan induksi akibat (i
Ipv: arus pusar akibat (vIpi: arus pusar akibat (i(
: sudut fasa antara (v dan (iIII. Kesalahan
a. Pengaruh Frekuensi
Alat ukur induksi sangat dipengaruhi oleh frekuensi, mengingat alat ukur ini hanya untuk arus/tegangan bolak-balik saja. Dari persamaan 4 :
Mg = K. (1. (2 Sin ( Cos (Faktor terpengaruh oleh frekuensi sebagai berikut :
*Z =
EMBED Equation.3 X = 2(f.LDengan naiknya frekuensi, impedansi Z juga akan naik.
* Cos ( = , dengan naiknya f, Z naik dan Cos ( turun.
Ditinjau dari factor tersebut terlihat bahwa dengan naiknya frekuensi harga momen akan mengecil.
b. Faktor Temperatur
Dengan naiknya temperatur, baik karena temperature luar maupun arus pusar akan membesar impedansi Z seperti pada (a) dimana Z ini sangat berpengaruh pada momen gerak dari alat ukur ini. Sebenarnya yang mempengaruhi kenaikkan harga Z tersebut adalah tahanan R-nya. Kompensasi dapat dilakukan dengan tahanan shunt yang mempunyai koefisien tahanan yang positif dan benar.
B. Pengukuran Daya
Dalam pengukuran daya dengan menggunakan alat ukur induksi sumber arus/tegangan harus bolak-balik.
P = V I Cos ( Ada beberapa cara pengukuran daya dengan menggunakan alat ukur induksinya diantaranya :
1. Pengukuran Daya Satu Fasa
Dengan menggunakan Wattmeter
Suatu Wattmeter satu fasa dapat langsung mengukur daya yang diserap beban, karena semua besaran arus dan Cos ( sydah tercakup di dalamnya. Rangkaian pengkuran dengan Wattmeter satu fasa dapat dilihat pada gambar dengan daya yang diukur adalah :
P = E I Cos (
Gambar 7. Rangkaian pengukuran daya bolak-balik satu fasa dengan watt meter.
Kesalahan pada Wattmeter satu fasa antara lain adalah disebabkan oleh sifat induktif kumparan tegangan. Hal ini menyebabkan arus yang mengalir pada kumparan tegangan tidak sefasa dengan tegangan yang diukur.
Metoda 3 Voltmeter dan 3 Amperemeter
Pengukuran satu fasa dapat dilakukan memakai 3 Voltmeter (lihat gambar 8) dari diagram vector didapat :
V1 = V2 + V3 + 2V2 + V3 Cos (Karena itu daya pada beban dapat dihitung dengan rumus :
PL =
Gambar 8. Pengukuran daya 1 fasa dengan 3 voltmeter dan diagram vektor metoda 3 amperemeter.
Pengukuran daya satu fasa dapat juga dilakukan dengan menggunakan 3 Amperemeter.
Gambar 9. Pengukuran daya 1 fasa dengan 3 amperemeter dan diagram vektor.
Dari diagram vector didapat : I1 = I2 +I3 + 2 I2 + I3 Cos (Dan daya yang dapat dihitung dengan rumus :
PL =
2. Pengukuran Daya Tiga Fasa
Metoda ini lazim disebut metoda Aron, dimana tegangan diambil kedua Wattmeter adalah tegangan-tegangan fasa-fasa dengan menggunakan 2 Wattmeter dapat diukur daya tiga fasa pengukuran dari beban balik hubungan delta (() maupun hubungan bintang (Y). Pengukuran daya tiga fasa tersebut dengan menjumlahkan dua buah pengukuran yang ditunjukkan oleh Wattmeter P1 dan P2, maka
Gambar 10. pengukuran metoda aron hubung bintang
Gambar 11. pengukuran metoda aron hubung delta.
IV. Prosedur Percobaan
A. Alat Ukur Induksi
1. KWh meter
Percobaan 1
1. Rangkaikan alat ukur tersebut sesuai gambar!
2. Tegangan supply hanya boleh dipasang bila sudah disetujui oleh asisten.
3. Hubungkan rangkaian dengan tegangan supply sebesar 220 V!
4. Catat tegangan, arus, dan daya yang terukur oleh alat ukur tersebut!
5. Hitunglah waktu yang ditempuh untuk setiap perputaran piringan pada KWh meter dengan jumlah putaran yang telah ditentukan oleh asisten!
6. Ulangi langkah 4 dan 5 untuk setiap beban yang berbeda!
7. Catat hasil pengamatan pada table 1!B. Wattmeter
Percobaan 21. Rangkaikan alat ukur tersebut sesuai gambar!
2. Tegangan supply hanya boleh dipasang bila sudah disetujui oleh asisten.3. Hubungkan rangkaian dengan tegangan supply sebesar 220 V!
4. Catat tegangan, arus, dan daya yang terukur oleh alat ukur tersebut!
5. Ulangi langkah 4 untuk setiap beban yang berbeda!
6. Catat hasil pengamatan pada table 2!
Alat-Alat yang Digunakan
1. KWh meter 1 Buah
2. Wattmeter ... 1 Buah
3. Cos ( meter .. 1 Buah
4. Amperemeter .. 1 Buah
5 Power Supply 0-30 Volt .. 1 Buah
6. Voltmeter .. 1 Buah
7. Stopwatch .. 1 Buah
8. Kawat Penghubung .. 1 Buah
V. Data Pengamatan.
Percobaan 1
Tabel untuk beban pararel Beban
V
(volt)I
(ampere)Cos PT
ADAD
1 lampu200V202.7V0A0.06A0,8542 s
2 lampu200V204.5V0A0.11A0,8521.47s
3 lampu200V205.5V1A0.20A0,8514.47s
4 lampu200V203.3V1A0.26A0,8511.08s
Tabel untuk beban seri
Beban
V
(volt)I
(ampere)Cos PT
ADAD
2 lampu200V285.8V0A0.04A0,8560s
3 lampu200V206.8V0A0.03A0,8576s
4 lampu200V206.3V0A0.03A0,8587s
PENGOLAHAN DATA
UNTUK TABEL I
a.Untuk paralel
- Dengan Kwh Meter
i.# Untuk beban 1 lampu
# Untuk beban 2 lampu
# Untuk beban 3 lampu
# Untuk beban 4 lampu
ii. * Untuk beban 1 lampu
# Untuk beban 2 lampu
* Untuk beban 3 lampu
* Untuk beban 4 lampu
iii.
* Untuk beban 1 lampu P = V.I cos
= 220.0.5.0,85
= 93,5 Watt # Untuk beban 2 lampuP = V.I cos
= 220.1.0,85
= 187 Watt*) Untuk beban 3 lampuP = V.I cos
= 220.1,4.0,85
= 261,8 Watt
*) Untuk beban 4 lampu P = V.I cos
= 220.1,9.0,85
= 355,3 Watt
Iv * Untuk Beban 1 lampu
* Untuk Beban 2 lampu
* Untuk Beban 3 lampu
* Untuk Beban 4 lampu
B. Untuk seri
- Dengan Kwh Meter
i.
* Untuk beban 1 lampu
* Untuk beban 2 lampu
* Untuk beban 3 lampu
* Untuk beban 4 lampu
ii.* Untuk beban 1 lampu
* Untuk beban 2 lampu
* Untuk beban 3 lampu
* Untuk beban 4 lampu
iii
* Untuk beban 1 lampuP = V.I cos
= 220.0.5.0,85
= 93,5 Watt
*) Untuk beban 2 lampuP = V.I cos
= 220.0,4.0,85
= 74.8 Watt
*) Untuk beban 3 lampu P = V.I cos
= 220.0,3.0,85
= 56,1 Watt*) Untuk beban 4 lampu P = V.I cos
= 220.0,2.0,85
= 37,4 Wattiv
* Untuk Beban 1 lampu
* Untuk Beban 2 lampu
* Untuk Beban 3 lampu
* Untuk Beban 4 lampu
VII. Tugas Akhir dan Pertanyaan
1. Jelaskan prinsip kerja KWhmeter secara jelas dan singkat?
Jawab:
Mengukur energi dengan cara setiap kali arus melewati piringan didalam KWHMeter akan membuat piringan didalam KWHMeter bergerak dan mennjukkan energi pemakaian.Hampir sama dengan KWHMeter, hanya pada Wattmeter yang diukur adalah daya yang dipakai.2. Sebutkan perbedaan KWhmeter dan Wattmeter (minimal 3 buah)?
Jawab :
Kwhmeter : - mengukur energi
- tidak ada momen lawan
- tidak memakai pegas Wattmeter : - mengukur daya
- ada momen lawan- memakai pegas3. Suatu ampermeter induksi tipe shaded pole mempunyai defleksi penuh 400 pada arus I = 10 ampere. Beda fasa antara fluks shaded dan tidak Shaded = 50.
a. berapa sudut defleksi untuk I = 5 ampere
b. bila antara sudut defleksi shaded dan tidak shaded = 40,berapa sudut defleksi untuk = 10 ampere?
Jawab:
a. Dik : I1 = 10 A
1 = 400
I2 = 5 A
Jawab:
1 / 2 = K.I1.(f/z).cos.sin / K.I2.(f/z).cos.sin
1 / 2 = I1 / I2
2 = (I1/I2). 1
= (5 / 10) . 400
= (25 / 100).400
= 100
b. Dik :1 = 50
2 = 40
Jawab :
1 / 2 = K.I1.(f/z).cos .sin / K.I2.(f/z).cos .sin
400 / 2 = sin 50 / sin 40
2 = (400.0,64) / 0,76
= 256 / 0,76
= 336,84
4. Gambarkan rangkaian pengukuran 1 fasa pada hubungan bintang dan
Hubungan delta ?serta buktikan Ptotal = P1 + P2 + P3
VIII. Analisa
- Pada percobaan jika rangkaiannya diserikan maka lampunya akan lebih redup dibanding jika rangkaian diparalelkan.Hal ini disebabkan karena pada hubung seri tegangan terbagi sehingga tegangan pada setiap lampu lebih kecil.- Pada hubung seri jika diberi beban maka daya yang dibutuhkan akan lebih sedikit dan putaran piringan akan semakin lambat, sehingga energi yang dibutukan lebih sedikit. Berbeda dengan hubung paralel jika beban ditambah daya yang dibutuhkan akan semakin besar dan perputaran akan semakin cepat sehingga energi yang dibutuhkan semakin besar. Kesimpulannya untuk memperkecil pengeluaran energi hubung seri lebih tepat untuk dipakai.
- Pada percobaan 1 (dengan KWHMeter) dengan percobaan 2 (dengan Wattmeter) hasil pengukuran daya tidak berbeda jauh hanya pada KWHMeter kita dapat mengetahui penggunaan Energi dengan melihat perioda piringan.
- Kesalahan pengukuran dan perhitungan cukup besar hal ini disebabkan adanya pengaruh frekuensi dan adanya temperatur luar yang dapat mempengaruhi impedansinya.
IX.Kesimpulan- Prinsip kerja alat ukur induksi adalah memanfaatkan momen gerak untuk memutar piringan yang ditimbulkan oleh suatu fluks magnit dan arus bolak-balik.
- Alat ukur induksi dibagi 2 yaitu tipe feraris dan shaded pole. Secara fisik tipe feraris memiliki 2 pasang kumparan dan tipe shaded pole memakai piringan dab satu kumparan yang memiliki fluks magnit.
- Prinsip kerja Wattmeter dan KWHMeter induksi sama, perbedaannya adalah letak ada atau tidaknya momen lawan. KWHMeter tidak menggunakan pegas sebagai momen lawan sehingga piringan akan terus berputar. Jumlah putaran tersebut akan menunukkan energi yang diukur.
- Ada beberapa cara pengukuran daya dengan menggunakan alat ukur induksi yaitu:
1. Untuk pengukuran daya dapat menggunakan wattmeter atau metoda 3 Voltmeter dan 3 Amperemeter.
2. Untuk Pengukuran daya tiga fasa dapat menggunakan metoda Aron Hubung bintang dan metoda Aron Hubung Delta.
X. Daftar Pustaka
Modul praktikum II-A, Laboratorium Teknik Energi Elektrik, Jurusan Teknik Elektro, ITENAS, 2007.
LAPORAN
MODUL II - 3
ALAT UKUR INDUKSI
(AUI)
KELOMPOK
: 10
NAMA/NRP
: 1. FEBRIANTO D.A. (11-2005-040)
2. ARIEF P (11-2005-042)
3. RAYNALDI (11-2005-046)
TGL. PERCOBAAN: 17 APRIL 2007
ASISTEN
: AGUS HENDRA
LABORATORIUM DASAR TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL
BANDUN
2007PAGE 23
_1239219103.unknown
_1445880643.unknown
_1445880775.unknown
_1445880923.unknown
_1445880695.unknown
_1239221169.unknown
_1239221704.unknown
_1239222127.unknown
_1239222240.unknown
_1239222273.unknown
_1239222043.unknown
_1239221471.unknown
_1239221672.unknown
_1239221251.unknown
_1239220149.unknown
_1239221160.unknown
_1239219321.unknown
_1239219374.unknown
_1237910616.unknown
_1239218617.unknown
_1239218724.unknown
_1238127129.unknown
_1238127328.unknown
_1237910632.unknown
_1237661097.unknown
_1237737497.unknown
_1237661803.unknown
_1237660803.unknown
_1236113363.unknown
