Makalah Sejarah Fisika WATTMETER D I S U S U N OLEH : Sri Masvita Tarigan (061244210061) PENDIDIKAN FISIKA ‘B 06 FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN 2010 1. PENDAHULUAN Wattmeter Wattmeter adalah alat ukur listrik yang digunakan untuk mengukur secara langsung daya yangterpakai pada suatu rangkaian listrik. Watt meter pada umumnya berprinsif kerja elekrodinamis. Watt meter mempunyai dua buah kumparan medan magnet , satu medan magnet menguklur arus listrik dan yang lainnya mengukur tegangan listrik yang mengalir pada rangkaian listrik. Penemu dari watt meter adalah Ottó Titusz Bláthy (1860 - 1938) yang berasal dari Hungaria sekitar akhir abad ke-19. Ottó Titusz Bláthy lahir di Tata dan meninggal di Budapest. Apa manfaat mengetahui daya yang terdapat dalam sebuah komponen elektrik? Tentunya dengan megetahui daya pada suatu rangkaian elektrik adalah hubunganya dengan efisiensi dan hemat energi. bagaimana fungsi daya untuk urusan efisiensi? Dalam membuat sebuah alat konversi tegangan DC (DC to DC converter misalnya) maka harus benar-benar memperhitungkan efisiensi daya dari input ke output. bila tidak diperhatikan maka akan terjadi kerugian daya yang besar. Maka itulah pentingnya perlu mengetahui daya yang terjadi pada rangkaian elektrik. Secara sederhana karena rumus untuk mencari daya (power) adalah : P=VxI Dimana : P = Daya/Power (Watt) --> Wattmeter V = Tegangan (Volt) --> Voltmeter (Sensor Tegangan) I = Arus (Ampere) --> Ampere (Sensor Arus) Maka dapat di susun rangkaian wattmeter secara sederhan sebagai berikut : Dan pada LCD terdapat 3 tampilan yaitu Daya, Tegangan dan Arus. 2. FUNGSI WATTMETER Adapun fungsi wattmeter adalah untuk mengukur besarnya daya yang terpakai pada suatu rangkaian listrik 3. JENIS-JENIS WATTMETER Ada beberapa jenis wattmeter, antara lain a. Wattmeter elektrodinamik, b. Wattmeter induksi, c. Wattmeter elektrostatik dan sebagainya. Yang paling banyak digunakan adalah wattmeter elektrodinamik, karena sesuai dengan karakteristiknya. Wattmeter Elektrodinamik Kontruksinya adalah sama dengan ampermeter atau voltmeter elektrodinamik, bedanya hanya pada kumparan putarnya yang terhubung pararel dengan sumber atau beban. 1. Error pada Wattmeter 2. Error pada akibat hubungan berbeda 3. Error akibat induktansi kumparan tegangan 4. Error akibat kapasistansi pada rangkain kumparan tegangan 5. Error karenan medan liar 6. Error karena arus. 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 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. 4. PRINSIP KERJA WATTMETER Besarnya daya di dalam suatu rangkaian dapat ditentukan dengan mengalikan tegangan dan arus. Bila jenis meter elektrodinamometer dihubungkan dengan kumparan medannya secara seri dengan saluran, maka semua arus kebeban akan melewati kumparan medan dan menghasilkan suatu medan magnetik yang sebanding dengan arus. Jika kumparan gerak dan resistor dihubungkan sebagai voltmeter dan terpasang pada saluran, maka akan timbul medan magnetik di sekitar kumparan gerak yang sebanding dengan tergangan pada rangkaian di dalam satu meter terdapat efek arus dan tegangan. Bila arus diperbesar maka simpangan jarum penunjuk semakin besar. Dengan menaikkan tegangan pada saluran, maka arus yang mengalir melalui kumparan gerak semakin besar, mengakibatkan medan magnetik yang lebih kuat di sekitarnya, sehingga simpangan skala semakin besar. Menaikkan arus atau tegangan atau keduanya akan menaikkan daya di dalam rangkaian dan simpangan skala pada meter. Meter dapat dikalibrasikan dalam watt atau kilowatt. Meter ini dapat digunakan untuk ac atau dc frekuensi rendah. Wattmeter selalu menunjukkan daya nyata (true power) pada rangkaian AC. Jika tegangan dan arus saluran berlawanan fasa, maka kumparan medan pembawa arus dan kumparan tegangan secara otomtis membiarkannnya dan koreksi faktor daya tidak perlu. 5. WATTMETER DIGITAL Pada prinsip dasarnya, besarnya nilai daya didapat yaitu dari hasil perkalian. Antara nilai tegangan dengan nilai arus yang terhitung. Untuk menampilkan nilai daya yang didapat secara digital, maka dibuat aplikasi sederhana yaitu Wattmeter digital, dimana pada dasarnya menggunakan rumus dasar dari daya untuk menyusun programnya agar bisa ditampilkan di LCD. Untuk membuat aplikasi wattmeter ini, cukup dengan menggabungkan 2 aplikasi yang pernah dibuat, yaitu Voltmeter dan Ampermeter digital. Dari kedua aplikasi tersebut, akan didapatkan sebuah aplikasi Wattmeter. Mikrokontroler AVR Atmega8535 sudah dilengkapi dengan beberapa fitur ADC seperti resolusi 10/8 bit , 8 chanel input yang terletak di PORTA, dan 0-VCC input ADC, jadi input yang berupa tegangan 0 sampai 5 volt dapat langsung di hubungkan ke mikrokontroler ini melaui salah satu kanal ADC. Dalam menggunakan DST-37, harus menggunakan soket konverter untuk mengkonversi pin-pin 8515 ke 8535. Pada aplikasi ini, digunakan nilai tegangan dari power supply 3 volt dan arus yang didapatkan dari modul sensor arus DCS-01(Delta Current Sensing). Gambar dibawah ini, adalah blok diagram Wattmeter digital( gb.01 ) Input (tegangan) (0-5 volt) Input (arus)(01.7 Amp) AVR Atmega 8535 LCD 16 x 2 DCS - 01 Gambar 02 Blok diagram wattmeter digital Untuk aplikasi pengukuran beban dan tegangan pada sistem mikrokontroler ATmega8535 yaitu DST-37, tidak dibutuhkan lagi ADC karena sistem mikrokontroler ini telah memiliki internal ADC. Dalam sistem ini juga, digunakan 2 chanel output untuk ADC di PORTA, yaitu untuk nilai tegangan dan nilai arus yang akan ditampilkan. Sinyal input yang berupa tegangan tersebut kemudian di konversi menjadi data digital oleh mikrokontroler AVR Atmega8535. Dalam aplikasi ini mengunakan internal ADC dengan resolusi 8 bit jadi jika sinyal input berupa tegangan 0 volt maka data digital yang dihasilkan adalah 00 sedangkan jika sinyal input berupa tegangan 5 volt maka data digital yang dihasilkan adalah FF Hexa. Ketika menggunakan internal ADC dengan resolusi 8 bit maka internal ADC tersebut mempunyai ketelitian sebesar 0.02 volt atau 20 milivolt. Nilai ketelitian didapat dengan perhitungan pada gambar dibawah ini. (gb-03) Ketelitian = vref/jumlah bit Gambar 03 Dengan mendapatkan nilai ketelitian, maka akan dapat di ketahui berapa besar nilai tagangan dan arus yang di ukur. Untuk Nilai arus, harus dikalibrasikan agar mendapatkan nilai yang diinginkan. Tegangan = data ADC x ketelitian Gambar 04 Arus = (data ADC x ketelitian) – hasil kalibrasi Gambar 04 Setelah mendapatkan nilai tegangan dan arus, akan didapatkan nilai daya dari hasil perkalian tegangan dan arus. Daya = Tegangan x Arus P=VxI Gambar 05 Setelah didapatkan nilai dayanya, proses selanjutnya adalah menampilkan ke LCD. Tampilan dari LCD dapat diatur melalui program, apakah akan ditampilkan bersama nilai tegangan dan arus atau hanya tampilan dayanya saja. Data ADC ch.0 dan ch.1 0.00 watt Gambar 05 Tampilan nilai daya di LCD Gambar .1 Wattmeter Analog Gambar. 2 Wattmeter Digital
