BAB IPENDAHULUANA. Latar Belakang
Proses pengukuran dalam system tenaga listrik merupakan salah satu prosedur standar yang harus dilakukan. Karena melalui pengukuran akan diperoleh besaran-besaran yang diperlukan, baik untuk pengambilan keputusan dan instrumen kontrol maupun hasil yang diinginkan oleh seorang user.Kepentingan alat-alat ukur dalam kehidupan kita tidak dapat disangkal lagi. Hampir semua alat ukur berdasarkan energi elektrik, karena setiap kuantitas fisis mudah dapat diubah kedalam kuantitas elektrik, seperti tegangan, arus, frekuensi, perputaran dan lain-lainnya. Misalnya : temperatur yang dulu diukur dengan sebuah termometer air raksa sekarang dapat diukur dengan thermocople.Hal tersebut merupakan salah satu contoh dari kemajuan teknologi dibidang pengukuran. Pengukuran listrik sangatlah penting untuk kita ketahui, terkhusus untuk mahasiswa elektro. Karena tanpa pengukuran listrik maka kita akan sangat sulit untuk mengetahui besaran besaran listrik yang sangat kita perlukan dalam membuat suatu perencanaan, pemasangan atau pembuatan barang barang elektronika dan listrik.Mengingat begitu pentingnya pengukuran listrik, maka dalam makalah ini akan dibahas mengenai instrument alat ukur arus searah arus bolak balik.
B. Tujuan 1. Menjelaskan hasil pengukuran dan pengujian listrik.2. Menjelaskan dasar-dasar pengukuran
C. Sistematika Penulisan Laporan Sistematika penulisan yang diterapkan untuk menyajikan gambaran singkat mengenai permasalahan yang akan dibahas dalam penulisan ini, sehingga akan memperoleh gambaran yang jelas tentang isi dari penulisan initerdiri dariempat bab diantaranya :
BAB I PENDAHULUANPada bab ini menguraikan beberapa pokok persoalan yang terdiri dari Latar Belakang Masalah, Tujuan Penulisan, Sistematika Penulisan.
BAB II LANDASAN TEORIPada bab ini akan dibahas teori-teori yang berhubungan dengan alat ukur.
BAB IIIPEMBAHASAN MASALAHPada bab ini akan diuraikan dengan jelas mengenai hasil pengukuran dan pengujian listrik yang telah dilakukan.
BAB IV PENUTUPPada bab ini akan di jelaskan mengenai kesimpulan dan saran.
BAB IILANDASAN TEORIUntuk mengetahui besaran listrik DC maupun AC seperti tegangan, arus, resistansi, daya, faktor kerja, frekuensi kita menggunakan alat ukur listrik. Awalnya dipakai alat-alat ukur analog dengan penunjukan menggunakan jarum dan membaca dari skala. Kini banyak dipakai alat ukur listrik digital yang praktis dan hasilnya tinggal membaca pada layardisplay gambar-1.1 Bahkan dalam satu alat ukur listrik dapat digunakan untuk mengukur beberapa besaran, misalnya tegangan AC dan DC, arus listrik DC dan AC, resistansi kita menyebutnya Multimeter. Untuk kebutuhan praktis tetap dipakai alat ukur tunggal, misalnya untuk mengukur tegangan saja, atau daya listrik saja. Kedepan alat ukur analog masih tetap digunakan karena handal, ekonomis dan praktis gambar-1.2. Namun alat ukur digital makin luas dipakai, karena harganya makin terjangkau, praktis dalam pemakaian, penunjukannya makin akurat dan presisi.
Gambar 1.1 : Tampilan meter DigitalGambar 1.2: Meter listrik Analog
Ada beberapa istilah dan definisi pengukuran listrik yang harus dipahami, diantaranya alat ukur, akurasi, presisi, kepekaan, resolusi dan kesalahan.a. Alat ukur, adalah perangkat untuk menentu kan nilai atau besaran dari kuantitas atau variabel.b. Akurasi, kedekatan alat ukur membaca pada nilai yang sebenarnya dari variabel yang diukur.c. Presisi, hasil pengukuran yang dihasilkan dari proses pengukuran, atau derajat untuk membedakan satu pengukuran dengan lainnya.d. Kepekaan, ratio dari sinyal output atau tanggapan alat ukur perubahan input atau variabel yang diukure. Resolusi, perubahan terkecil dari nilai pengukuran yang mampu ditanggapi oleh alat ukur.f. Kesalahan, angka penyimpangan dari nilai sebenarnya variabel yang diukur.
2.1. KUMPARAN PUTAR2.1.1. PengertianYang dimaksud dengan alat ukur kumparan putar ialah alat pengukur yang berkerja atas dasar prinsip dari adanya suatu kumparan listrik, yang ditempatkan pada medan magnit, yang berasal dari suatu magnet permanen. Arus yang dialirkan melalui kumparan akan menyebabkan kumparan tersebut berputar. Alat ukur kumparan putar adalah alat ukur penting yang dipakai untuk bermacam arus. Tidak hanya untuk arus searah tapi dengan pertolongan alat-alat lainnya dapat digunakan untuk mengukur arus bolak-balik.Didalam elektronika ada jenis piranti yang sering dipakai yaitu piranti kumparan putar. Piranti ini terdiri dari komponen-komponen utama. Adapun komponen utamanya sebagai berikut:
2.1.2 Prinsip KerjaSuatu alat pengukur yang bekerja atas dasar prinsip dari adanya suatu kumparan listrik, yang ditempatkan pada medan magnit yang berasal dari suatu magnit yang parmanen. Arus yang dialirkan melalui kumparan akan menyebabkan kumparan tersebut berputar.
2.2. PEMAKAIAN ALAT UKUR VOLT METER DAN AMPERE METER2.2.1. Kesalahan PengukuranSaat melakukan pengukuranbesaran listrik tidak ada yang menghasilkan ketelitian dengan sempurna. Perlu diketahui ketelitian yang sebenarnya dansebab terjadinya kesalahan pengukuran. Kesalahan - kesalahan dalam pengukuran dapat digolongkan menjadi tiga jenis, yaitu :
1.Kesalahan kesalahan umumKesalahan ini kebanyakan disebabkan oleh kesalahan manusia. Diantaranya adalah kesalahan pembacaan alat ukur, penyetelan yang tidak tepat dan pemakaian instrumen yang tidak sesuai dan kesalahan penaksiran. Kesalahan ini tidak dapatdihindari, tetapi harus dicegah dan perlu perbaikkan. Ini terjadi karena keteledoran atau kebiasaan - kebiasaan yang buruk, seperti : pembacaan yang tidak teliti, pencatatan yang berbeda dari pembacaannya, penyetelaninstrumen yang tidak tepat. Agar mendapatkan hasil yang optimal,maka diperlukan pembacaan lebih dari satu kali. Bisa dilakukan tiga kali, kemudian dirata-rata. Jika mungkin dengan pengamat yang berbeda.
2.Kesalahan kesalahan sistematisKesalahan ini disebabkan oleh kekurangan-kekurangan pada instrumen sendiri. Seperti kerusakan atau adanya bagian bagian yang aus dan pengaruh lingkungan terhadap peralatan atau pemakai. Kesalahan ini merupakan kesalahan yang tidak dapat dihindari dari instrumen, karena struktur mekanisnya. Contoh : gesekan beberapa komponen yang bergerakterhadap bantalan dapat menimbulkan pembacaan yang tidak tepat. Tarikan pegas (hairspring) yang tidak teratur, perpendekan pegas, berkurangnya tarikan karena penanganan yang tidak tepat ataupembebanan instrumen yang berlebihan. Ini semua akan mengakibatkan kesalahan - kesalahan. Selain dari beberapa hal yang sudah disinggung di atas masih ada lagi yaitu kesalahan kalibrasi yang bisa mengakibatkan pembacaan instrumen terlalu tinggi atau terlalu rendah dari yang seharusnya. Cara yang paling tepat untuk mengetahui instrumen tersebut mempunyai kesalahan atau tidak yaitu dengan membandingkan dengan instrumen lain yang memiliki karakteristik yang sama atau terhadap instrumen lain yang akurasinya lebih tinggi.Untuk menghindari kesalahan kesalahatersebut dengan cara :a) Memilih instrumen yang tepat untukpemakaian tertentu;b) Menggunakan faktor-faktor koreksi setelah mengetahui banyaknya kesalahan;c) Mengkalibrasi instrumen tersebut terhadapinstrumen standar.
Pada kesalahan-kesalahan yang disebabkan lingkungan, seperti : efek perubahan temperatur,kelembaban, tahanan udara luar, medan-medan maknetik, dansebagainya dapat dihindari dengan membuat pengkondisianudara (AC), penyegelan komponen-komponen instrumentertentu dengan rapat, pemakaian pelindung maknetik dansebagainya.
3.Kesalahan acak yang tidak disengajaKesalahan ini diakibatkan oleh penyebab yang tidak dapat langsung diketahui. Antara lain sebab perubahan-perubahan parameter atau system pengukuran terjadi secara acak. Pada pengukuran yang sudah direncanakan kesalahan - kesalahan ini biasanya hanya kecil. Tetapi untuk pekerjaan - pekerjaan yang memerlukan ketelitian tinggi akan berpengaruh. Contoh suatu tegangan diukur dengan voltmeter dibaca setiap jam, walaupun instrument yang digunakan sudah dikalibrasi dan kondisi lingkungan sudah diset sedemikian rupa, tetapi hasil pembacaan akan terjadi perbedaan selama periodepengamatan. Untuk mengatasi kesalahan ini dengan menambah jumlah pembacaan dan menggunakan cara-cara statistic untuk mendapatkan hasil yang akurat.Alat ukur listrik sebelum digunakan untuk mengukur perlu diperhatikan penempatannya / peletakannya. Ini penting karena posisi pada bagian yang bergerak yang menunjukkan besarannya akan dipengaruhi oleh titik berat bagian yang bergerak dari suatu alat ukur tersebut.
2.2.3. Sebab-sebab Kesalahan Dari Alat Ukur.
Alat ukur tipe kumparan putar dipergunakan alat ukur amper atau alat ukur volt, yang terdapat di pasaran dengan batas-batas kesalahan yang di perkenankan sesuai dengan kelasnya.
Dalam pemakaian banyak hal yang perlu diperhatikan adalah:1. Medan magnet luar: Alat ukur akan terganggu bilamana di sekitar terdapat hantaran yang bermuatan atau berarus tinggi, terdapat medan magnet yang lebih besar.2. Temperatur keliling: Alat ukur akan terjadi kesalahan bilamana keadaaan temperatur sekelilingnya alat ukur lebih besar dari 20o C.3. Pemanasan sendiri:Penunjuk alat ukur akan stabil apabila pemanasan komponen dalam alat ukurnya sendiri telah konstan.4. Pergeseran dari titik nolPosisi daripada alat penunjuk tanpa kebesaran listrik, disebut titik nol. Akan tetapi, bilamana alat ukur dipergunakan beberapa lama, kemungkinan setelah selesai terpakai ternyata kedudukan atau posisi jarum penunjuk bergeser atau berubah, hal ini disebabkan oleh posisi pegas dalam alat ukur. Hal ini dapat disetel kembali dengan jalan mengubah secara mekanik atau setelan secara mekanik pada alat ukurnya sendiri.5. Gesekan-gesekanPada alat ukur yang dibuat konstruksi sumbu dan bantalan, maka penunjukan jarum penunjuk akan mengalami perubahan yang diakibatkan pemakaian alat ukur yang secara berulang-ulang yang mengakibatkan pergeseran pada sumbu dan bantalan.6. Umur alat ukurSetelah dalam jangka waktu dari mulai alat ukur dibuat, maka berbagai komponen alat ukur akan mengalami perubahan kemampuannya, hal ini akan mempengaruhi kepekaan penunjukan. Agar alat ukur tetap stabil maka perlu dilakukan kalibrasi secara berkala, dalam interval waktu setengah tahun sampai satu tahun.7. Letak dari alat ukurAgar memperoleh hasil penunjukan yang teliti, maka cara peletakan dan penyimpanan perlui diperhatikan letaknya.
2.3. Alat Pengukur Ampermeter dan Voltmeter Untuk Arus Bolak BalikAlat ukur kumparan putar tidak dapat dipergunakan untuk pengukuran arus bolak balik. Akan tetapi karena kepekaannya yang baik dan pula pemakaian sendirinya yang kecil, maka berbagai peralatan pembantu telah ditemukan untuk memungkinkan penggunaan alat alat ukur kumparan putar dipergunakan sebagai alat pengukur arus maupun tegangan pada arus bolak balik. Alat pembantu tersebut bisa beraneka macam ragamnya dan beberapa yang sering dipergunakan adalah pengarah arus, dengan bantuan thermoelektris dan tabung tabung elektronika. Disamping itu, beberapa type dari alat pengukur arus maupun alat pengukur tegangan untuk arus bolak balik, terdapat pula yang bekerja atas prinsip yang lain. Misalkan alat pengukur besi putar, elektrodinamis, induksi dan elektrostatis, adalah contoh dari pada alat alat ukur yang dimaksudkan. 2.3.1 kebesaran kebesaran daru arus dan tegangan pada arus bolak balik1. Harga Maksimum, adalah harga maksimum dari amplitudoo arus bolak balik. Ini adalah kebesaran yang paling mudah dan diperlihatkan. Kekuatan isolasi misalkan dari suatu material yang tertentu bila dipakai pada tegangan bolak balik harus diperhitungkan pada harga puncak tegangan bolak balik yang dipergunakan. 2. Harga rata rata, adalah harga rata rata daru vesar arus yang diambil melalui suatu jangka waktu selama setengah periode dari arus bolak balik tersebut, karena bentuk dari arus bolak balik setengah periode adalah simetris, yaitu bentuk gelombangnya pada waktu arus tersebut positif dan negatif adalah sama, maka pengambilan harga rata rata melalui satu periode akan tidak mempunyai arti, karena harga rata ratanya adlah nol. 3. Harga efektif, bila daya yang diipakai kalau arus bolak balik I mengalir melalui suatu tahanan R, dan diambil harga rata rata melalui satu periode, adalah sama dengan daya yang dipakai pada arus searah dengan arus I yang mengalir ke dalam tahanan yang sama, maka harga efektif dari arus bolak balik tersebut didefinisikan sebagai I.
2.4. Alat Ukur Besi Putar
Alat ukur besi putar memiliki anatomi yang berbeda dengan kumparan putar. Sebuah belitan kawat dengan rongga tabung untuk menghasilkan medan elektromagnetik. gambar-8.15. Didalam rongga tabung dipasang sirip besi yang dihubungkan dengan poros dan jarum penunjuk skala meter. Jika arus melalui belitan kawat, timbul elektromagnetik dan sirip besi akan bergerak mengikuti hukum tarik menarik medan magnet. Besarnya simpangan jarum sebanding dengan kuadrat arus yang melewati belitan. skala meter bukan linear tetapi jaraknya angka non-linier. Alat ukur besi putar sederhana bentuknya dan cukup handal.8.10. Alat
Gambar 8.15 : Prinsip alat ukur besi putar
2.5. Alat Ukur Elektrodinamis Pada alat ukur yang bekerja berdasarkan prinsip elektrodinamis, maka magnet permanen seperti pada alat ukur kumparan putar diganti dengan kumparan yang tetap dan arus dimungkinkan dapat dialirkan melalui kumparan tetap dan kumparan putar. Monen gerak yang dihasilkan dari system tersebut merupakan interaksi antara medan magnet yang dibuat oleh kumparan tetap dan medan magnet yang dibuat oleh kumparan putar. Alat ukur elektrodinamis ini dapat digunakan untuk mengukur besaran listrik pada arus searah maupun arus bolak balik.
Prinsip KerjaKumparan putar (M) dari alat ukur elektrodinamis ini ditempatkan di antara kumparan tetap (F1 dan F2). Ketika terdapat arus (i1) yang melalui kumparan tetap dan juga terdapat arus (i2) yang melalui kumparan putar, maka akan dihasilkan gaya elektromagnetis yang dikenakan pada kumparan putar. Apabila kumparan telah mengalami perputaran dengan sudut tertentu yaitu sebesar dari posisi nolnya, maka momen gerak yang dihasilkan adalahk1 i1 i2 cos( - ) dengan k1 adalah tetapan. Pegas yang terpasang pada alat ukur akan memberikan momen kontrol dan terjadi keseimbangan antara momen gaya simpangan dan momen gaya kontrol yang memenuhi persamaan = k1 i1 i2 cos(- ) Dengan k 1 adalah tetapan pegas. Hasil pengukuran akan ditunjukkan oleh jarumpenunjuk yang tergantung pada hasil kali dua arus yang berbeda yaitu i1 dan i2.
Gambar 5. Prinsip kerja Alat ukur elektrodinamis
2.6. WattmeterAlat ukur ini digunakan untuk mengukur daya listrik secara langsung. Wattmeter dapat digunakan untuk pengukuran pada arus searah maupun arus bolak balik. Untuk arus searah, maka daya yang dipakai dalam beban tahanan R dinyatakan sebagai
Dengan V adalah tegangan beban dan I adalah arus beban Pada arus bolak balik, daya yang dipakai pada beban pada saat tegangan beban v dan arus beban i dinyatakan sebagai p = v i dengan v dan i adalah tegangan dan arus sebagai fungsi waktu yang memenuhi persamaan sinusoida. Terdapat beberapa jenis Wattmeter yaitu diantaranya wattmeter elektrodinamis wattmeter Induksi, wattmeter elektrostatis, wattmeter digital dan sebagainya. Paling banyak digunakan adalah Wattmeter elekrodinamis.
BAB 3MATERI PEMBAHASAN
3.1 Job 2 : Mengukur Tegangan dan Arus Searah (DC)Tujuan: Mengukur tegangan dan arus searah (DC) yang dihubungkan ke beban. Alat Alat: Pencatu daya DC, Voltmeter DC, Ampermeter DC, Beban, dan Sakelar Perintah Kerja: 1. Siapkan alat alat ukur dan aparat aparatnya 2. Hubungkan 3. Ukur 4. Susun dan catat hasilnya dan diskusikan 5. Bila terdapat sesuatu yang kurang masuk akal dalam hasil pengukuran, lakukan pengukuran kembali
Gambar Rangkaian :
NoPerhitunganPengukuran
R9,6 140
I2,5 A0,09 A
I12499,925 mA
I20,075 mA
V24 v24 v
V124 v24 v
V224 v24 v
I = I1 + I2 =>I = = .... A A = ... A / mA Buktikan rumus diatas : I1 ...? I2....? Perhitungan :Dik : Es : 24 Rb : 9,6P : 60 wRd : 0,005 V : 24 vI = = = 2,5 A I = = = 2,5 A V = I. Rb Rb = = = 9,6 I2 = = 0,000075 = 0,075 mA I1 = 2,5 0,075 = 2500 0,075 = 2499,925 mA
Kesimpulan : Hasil Perhitungan dengan hasil pengukuran berbeda karena ada faktor yang mempengaruhi yaitu faktor alat ukur, manusia, dan lain lain.
3.2. Job 3 : Mengukur Tegangan dan Arus Bolak Balik Satu Phase (Pararel)
Tujuan: Mengukur tegangan dan arus bolak balik satu phase yang dihubungkan dengan beban. Alat Alat: Voltmeter AC, Ampermeter AC, Beban, dan Sakelar Perintah Kerja: 1. Siapkan alat alat ukur dan aparat aparatnya 2. Hubungkan 3. Ukur 4. Susun dan catat hasilnya dan diskusikan 5. Bila terdapat sesuatu yang kurang masuk akal dalam hasil pengukuran, lakukan pengukuran kembali
Gambar Rangkaian :
Rangkaian Pararel : Beban : L1 = 40 watt R1 = 85 L2 = 25 watt R2 = 150 V = 220 volt
3
Perhitungan V = I1 x R1 I1 = = = 0.38 A
V = I2 x R2 I2 = = = 0,68 A
ITotal = I1 + I2 = 0,38 + 0,68 = 1,06 A
Pengukuran ITotal = 2,4 A
I1 == = 0,86 A
I2= = = 1,53 A
Kesimpulan : Tegangan pada rangkaian pararel adalah sama yaitu 220 volt, sedangkan nilai arus pada rangkaian pararel ini berbeda, yaitu pada perhitungan I1 = 0,38A; I2 = 0,68A, sedangkan pada saat pengukuran I1 = 0,86A; I2 = 1,53A.
Rangkaian Seri :Beban : - Lampu 60 watt =>R1 : 67 - Lampu 100 watt => R2 : 38 - V : 220 Volt
Hasil Perhitungan : RTotal = R1 + R2= 67 + 38 = 105
V = I x RTotal 220 = I x 105 I= = 2,09 A
VR1 == = VR1 = 140, 38 V
VR2== = VR2 = 79,62 V
Hasil Pengukuran : I = 2,1 AVR1= 160 VVR2= 60 V
Kesimpulan :Lampu VR1 menyala lebih terang dibandingkan dengan lampu VR2, karena tegangan yang dibutuhkan hampir terpenuhi daripada tengangan pada lampu VR2
3.3 Job 4 : Mengukur Tegangan dan Arus Bolak Balik Tiga Phase
Tujuan: Mengukur tegangan dan arus bolak balik tiga phase yang dihubungkan dengan beban. Alat Alat: Regulator induksi, Voltmeter, Ampermeter, Sakelar, dan Beban Perintah Kerja: 1. Siapkan alat alat ukur dan aparat aparatnya 2. Hubungkan 3. Ukur 4. Susun dan catat hasilnya dan diskusikan 5. Bila terdapat sesuatu yang kurang masuk akal dalam hasil pengukuran, lakukan pengukuran kembali
Gambar Rangkaian :
Perhitungan : VS = 380 volt VFasa = ....?VFasa = = = 220 VMotor 2 HP = 2 x 746 watt= 1492 watt I = = = 6,8 A
V = = = 380 V
100 V = = 1,73 A 150 V = = 1,15 A 220 V = = 0,78 A
Pengukuran : 100 V = Tidak terbaca 150 V = Tidak terbaca 220 V = Tidak terbaca
Kesimpulan : Dalam perhitungan sebelum melakukan pengukuran dengan tegangan yang telah ditentukan mendapatkan hasil masing masing yang berbeda, tetapi pada saat pengukuran hasil pembacaan amperemeter tidak dapat terbaca karena arus induksi yang terlalu kecil..
3.4 Job 5 : Mengukur Daya Arus Searah (DC)Tujuan: Mengukur daya arus searah dari beban dengan sebuah Ampermeter dan Voltmeter. Alat Alat: Power supply, Voltmeter DC, Ampermeter DC, Beban, dan SakelarPerintah Kerja: 1. Siapkan alat alat ukur dan aparat aparatnya 2. Hubungkan 3. Ukur 4. Susun dan catat hasilnya dan diskusikan 5. Bila terdapat sesuatu yang kurang masuk akal dalam hasil pengukuran, lakukan pengukuran kembali
Gambar Rangkaian :
Gambar. 1
Gambar. 2
Penyelesaian Gambar 1: Beban: Lampu 100 wattP = V x I I = = 4,166 A = 5,76 Pa = VL ( IL +) = 24 ( 0,18 + ) = 24 ( 0,1800857 ) = 4322 watt P = VL x IL = 24 x 0,18 = 4,32 watt
Ea =x 100 = x 100 = 0,046 V Rb = = = 24,25
Penyelesaian Gambar 2 :
