ALAT UKUR & PENGUKURAN LISTRIK 2 SKS/ 3 jam

BAB II PRINSIP KERJA ALAT UKUR LISTRIK2.1. Gerakan Elektro Mekanik (Moving System)

Alat ukur penunjukkan jarum, memerlukan 3 gaya/ torsi, yaitu :Torsi kerja / torsi penyimpang (Deflection torque)Torsi kontrol/ torsi lawan (Controlling torque)Torsi redam (Damping torque)

Torsi Kerja Torsi kerja adalah torsi/ gaya yang menyebabkan elemen putar (moving system) bekerja untuk menggerakkan jarum penunjuk dari posisi awal (saat alat ukur tidak digunakan/ jarum menunjuk posisi nol) ke posisi penunjukkan (simpangan).

Torsi kerja tersebut dihasilkan oleh gaya-gaya : elektro-magnetik, elektro-statik, elektrodinamik, induksi dan sebagainya.

Torsi Kontrol Torsi kontrol adalah torsi/ gaya yang arahnya berlawanan dengan torsi kerja (melawan torsi kerja), sehingga jarum penunjuk akan berhenti dan menunjuk pada besaran yang diukur. Disamping itu torsi lawan ini juga berfungsi untuk mengembalikan kedudukan jarum penunjuk ke posisi semula (nol).

Jenis-jenis torsi kontrol :

Kontrol gravitasi (Gravity control) Torsi kontrol diperoleh akibat adanya gravitasi dari suatu pemberat/ weighing yang dipasang pada moving system yang dapat diatur / disetel.

Kontrol pegas (spring control). Torsi kontrol diperoleh dari gaya pegas (pegas rambut) dari bahan Phosphor-Bronze atau Platinum-Iridium, yang dipasang pada sumbu (spindle) dari moving system.

Pegas harus mempunyai karakteristik : non-magnetic material, tidak mudah kendor (non-fatique), specific resistance dan koefisien temperatur rendah.

Torsi Redam Torsi redam adalah torsi/ gaya yang diperlukan untuk meredam osilasi dari moving system (jarum penunjuk) agar supaya jarum penunjuk segera menunjuk pada besaran yang diukur.

Jenis torsi redam :Redaman Udara (Air Friction Damped)Redaman Minyak (Fluid Friction Damped)Redaman Arus Eddy (Eddy Current Damped)

Yang perlu diperhatikan pada moving system : Bagian yang bergerak harus seringan mungkin. Rugi gesekan sekecil mungkin.

2.2. Alat Ukur Azas Besi Putar (Moving Iron)

Prinsip kerja : berdasarkan gaya elektromagnetik yang dihasilkan oleh kumparan (tetap), yang akan menarik atau menolak piringan logam, dan selanjutnya menghasilkan torsi kerja untuk menggerakkan jarum penunjuk.

Torsi Pada Alat Ukur Besi Putar

Misalkan pada kondisi awal alat ukur dialiri arus sebesar I,besarnya induktansi L dan sudut simpangan . Kemudianarus bertambah sebesar dI, induktansi bertambah dengan dLdan sudut simpangannya d, maka akan menghasilkanperubahan energi sebesar :

Dan kerja mekanik (M) :

Prinsip Konversi Energi :

Dalam kondisi seimbang

Karakteristik Alat Ukur Besi Putar :

Dapat digunakan untuk pengukuran besaran AC dan DCPembagian skala tidak uniformTahan terhadap muatan lebihPemakaian daya besarPegas tidak dialiri arus listrikPeka terhadap hysteresis

Tipe-tipe alat ukur besi putar :

Tipe Tarik-menarik (Attraction Type)

Tipe Tolak-menolak (Repulsion Type)

Tipe Gabungan

Tipe Tarik-menarik

Tipe Tolak-menolak

2.3. Alat Ukur Azas Kumparan Putar (PMMC = Permanent Magnet Moving Coil)

Alat ukur PMMC merupakan alat ukur yang paling teliti untuk besaran DC, yang dapat digunakan untuk pengukuran besaran AC dengan penyearah (Rectifier).

Prinsip kerjanya berdasarkan interaksi antara medan magnet yang dihasilkan oleh magnet permanen dengan arus yang diukur (arus yang melalui moving- coil)

Alat Ukur Dengan Menggunakan dArsonval Galvanometer

Torsi Pada Alat Ukur Kumparan Putar

Jika kumparan putar dialiri arus listrik, maka akanmenghasilkan gaya sebesar :

Sudut yang terbentuk antara medan magnet dengan arus yang diukur selalu 90, maka :

Torsi kerja ( ) adalah sama dengan gaya dikalikandengan jarak, atau :

Dalam kondisi seimbang :

Karakteristik Alat Ukur Kumparan Putar :

Pembagian skala uniformPemakaian daya rendahKetelitian tinggiTahan terhadap medan magnetUntuk pengukuran besaran AC diperlukan penyearah (rectifier)Pegas dialiri arus yang diukur.

2.4. Alat Ukur Azas Elektrodinamik (Dynamometer)

Alat ukur azas elektrodinamik ini disebut juga transfer instrument, karena mempunyai tingkat ketelitian yang sama baik untuk besaran AC maupun untuk besaran DC.

Prinsip kerjanya alat ukur elektrodinamik sama dengan alat ukur kumparan putar, yaitu berdasarkan interaksi antara medan magnet dengan arus yang diukur. Perbedaannya adalah medan magnetnya dihasilkan secara elektromagnetik oleh kumparan tetap (fixed coil)

Torsi Pada Alat Ukur Elektrodinamik

Fluks (B) yang dihasilkan oleh kumparan tetap (F) :

Misalkan arus yang mengalir pada kumparan putar (M) adalah , panjang vertikal kumparan , panjang horizontal kumparan , dan jumlah lilitannya , maka :

Jika kumparan tetap dan kumparan putar terhubung secara seri, maka ,

Dalam kondisi seimbang :

Untuk besaran AC :

Karakteristik dari alat ukur elektrodinamik :

Terjadi error akibat hysteresis dan arus Eddy Ketelitian sama untuk besaran AC dan besaran DC Pembagian skala tidak uniform Respon alat ukur lambat Peka terhadap medan magnet luar dan suhu Menggunakan redaman udara.

2.5. Alat Ukur Azas Induksi

Alat Ukur azas induksi hanya untuk pengukuran besaran AC, dan umumnya digunakan sebagai alat ukur energi listrik (kWH-meter).

Prinsip kerjanya berdasarkan interaksi antara fluks magnet yang dihasilkan oleh Current coil dan Potential coil dengan arus Eddy pada piringan aluminium.

Kutub dan kutub masing-masing akan membangkitkan fluks dan fluks , yang selanjutnya menghasilkan emf induksi pada piringan, sehingga pada piringan akan timbul arus Eddy dan . Interaksi antara fluks dan fluks dengan dan (lihat gambar ) akan menghasilkan gaya yang selanjutnya akan memutar piringan pada sumbunya.

Berdasarkan hukum Lenz :

Torsi kerja :

:

adalah sudut beda phasa antara

dengan

Agar dapat menghasilkan torsi kerja, maka dibuat tidak sama dengan nol

Ada 2 jenis alat ukur induksi :

Belah Phasa (Ferraris Type/ Split Phase) Beda phasa diperoleh dengan cara menambahkan tahanan shunt pada salah satu rangkaian kutubnya.

Shaded Pole Beda phasa diperoleh dengan cara memasang ring atau cincin pada salah satu kutubnya. Ring atau cincin ini berfungsi seperti lilitan sekunder

Belah Phasa (Ferraris Type/ Split Phase)

Shaded Pole

Alat ukur induksi menggunakan redaman arus Eddy, piringan aluminium berfungsi untuk menghasilkan torsi kerja dan sekaligus berfungsi untuk menghasilkan torsi redam.

Karakteristik alat ukur induksi :

Hanya untuk pengukuran besaran AC Redaman menggunakan arus Eddy Ketelitian relatif rendah Pemakaian daya besar Peka terhadap frekuensi dan suhu Pembagian skala tidak uniform