LAPORAN PRAKTIKUM PENGUKURAN DAYA SATU FASA

Telah dilakukan pecobaan tentang pengukuran daya satu fasa dengan tujuan untuk mempelajari cara pengukuran daya listrik satu fasa dengan cara tiga amperemeter dan dengan cara tiga voltmeter. Percobaan dilakukan dalam dua rangkaian. Pada percobaan pertama yaitupengukuran daya listrik satu fasa dengan cara tiga amperemeter dilakukan dengan mengubah tegangan sumbernya (5V, 10V, 15V, 20V, 25V, 30V) kemudian didapatkan data besar arus I₁, I₂, I₃yang kemudan dapat dihitung untuk nilai daya listrik satu fasanya dengan persamaan(2). Dengan hambatan penggantinya adalah disusun secara parallel yang nilainya 100.288Ω. Percobaan kedua yaitu pengukuran daya listrik satu fasa dengan cara tiga voltmeter dilakukan dengan mengubah tegangan sumbernya (5V, 10V, 15V, 20V, 25V, 30V) kemudian didapatkan data besar arus V₁, V₂, V₃ yang kemudan dapat dihitung untuk nilai daya listrik satu fasanya dengan persamaan (3). Dari hasil percobaan didapat daya satu fasa rata-rata yang didapatkan dengan metode tiga ampermeter yaitu 1,09778 Watt dan daya satu fasa rata-rata yang didapatkan dengan metode tiga voltmeter yaitu 0,1505 Watt.Dari kedua cara pengukuran daya yaitu dengan cara tiga ampermeter dan tiga voltmeter didapatkan hasil perhitungan daya listrik satu fasa antara menggunakan tiga amperemeter dan tiga voltmeter menunjukkan hasil yang berbeda.Hal ini dikarenakan factor keefektifan rangkaian yang digunakan. Pada percobaan ini rangkaian yang lebih efektif yaitu dengan metode tiga amperemeter.Daya listrik satu fasa yang dihasilkan dengan metode tiga amperemeter menunjukkan hasil yang lebih besar daripada dengan menggunakan metode tiga voltmeter.Dari keadaan ini terdapat jenis daya yang dipakai diantaranya daya semu, daya sesaat dan sebagainya yang memungkinkan pengukuran mempunyai hasil pengukuran yang kurang efektif.

Kata Kunci—Arus, Amperemeter, Daya Satu Fasa, Tegangan, voltmeter.

I. PENDAHULUAN

Daya listrik didefinisikan sebagai laju hantaran energi listrik dalam rangkaian listrik. Satuan SI daya listrik adalah watt. Arus listrik yang mengalir dalam rangkaian dengan hambatan listrik menimbulkan kerja. Peranti mengkonversi kerja ini ke dalam berbagai bentuk yang berguna, seperti panas (seperti pada pemanas listrik), cahaya (seperti pada bola lampu), energi kinetic (motor listrik), dan suara (loudspeaker). Listrik dapat diperoleh dari pembangkit listrik atau penyimpan energi seperti baterai^[2].

Daya listrik, seperti daya mekanik, dilambangkan oleh huruf P dalam persamaan listrik. Pada rangkaian arus DC, daya listrik sesaat dihitung menggunakan Hukum Joule, sesuai nama fisikawan Britania James Joule, yang pertama kali menunjukkan bahwa energi listrik dapat berubah menjadi energy mekanik, dan sebaliknya.

....................................................................................................................................................................................................(1)

Dimana P adalah daya (watt atau W), I adalah arus (ampere atau A),V adalah perbedaan potensial (volt atau V)^[3].

Gambar 1 Segitiga Daya

Impedansi Z dalam hal ini dapat terdiri dari berbagai jenis beban resistif, induktif, kapasitif ataupun kombinasi dari ketiga jenis beban sehingga sebuah impedansi Z yang memiliki karakteristik gabungan dari karakteristik berbagai jenis beban yang menyusunnya. Yang dimaksud dengan karakteristik beban adalah jenis daya yang diserapnya, sifat arus dan tegangannya yang bila digabungkan dengan jenis beban yang berbeda dapat terbentuk karakteristik yang lebih baik maupun lebih buruk (jika dilihat dari sudut pandang yang berbeda-beda). Pada pengukuran daya, ada juga yang dikenal dengan faktor daya, yaitu perbandingan antara daya aktif (Watt) dengan daya semu (VA), atau cosinus sudut antara daya aktif dan daya semu. cosφ=P/S^[2].

Faktor daya atau faktor kerja adalah perbandingan antara daya aktif (watt) dengan daya semu/daya total (VA), atau cosinus sudut antara daya aktif dan daya semu/daya total (lihat gambar 1). Daya reaktif yang tinggi akan meningkatkan sudut ini dan sebagai hasilnya faktor daya akan menjadi lebih rendah. Faktor daya selalu lebih kecil atau sama dengan satu. Secara teoritis, jika seluruh beban daya yang dipasok oleh perusahaan listrik memiliki faktor daya satu, maka daya maksimum yang ditransfer setara dengan kapasitas sistim pendistribusian. Sehingga, dengan beban yang terinduksi dan jika faktor daya berkisar dari 0,2 hingga 0,5, maka kapasitas jaringan distribusi listrik menjadi tertekan. Jadi, daya reaktif (VAR) harus serendah mungkin untuk keluaran kW yang sama dalam rangka meminimalkan kebutuhan daya total (VA). Faktor Daya / Faktor kerja menggambarkan sudut phasa antara daya aktif dan daya semu. Faktor daya yang rendah merugikan karena mengakibatkan arus beban tinggi. Perbaikan faktor daya ini menggunakan kapasitor^[1].

II. METODE

Dalam percobaan pengukuran daya satu fasa dilakukan dengan dua rangkaian percobaan. Untuk percobaan pertama yaitu dengan metode tiga amperemeter. Kedua, yaitu dengan metode tiga voltmeter. Untuk percobaan ini digunakan alat seperti Vari AC, Voltmeter, Amperemeter, Induktor, Resistor dua buah, Kabel Buaya.

Percobaan pertama yaitu mengukur daya listrik satu fasa dengan metode tiga amperemeter.Langkah awal yang dilakukan yaitu resistor, beban(R+L), ampermeter dan Vari AC disusun sehingga membentuk suatu rangkaian percobaan seperti pada gambar 1. Setelah rangkaian tersusun,, Vari AC dinyalakan dan diatur tegangan sumbernya ( 5V ,10V ,15V ,20V ,25V ,30V ). Selanjutnya diukur nilai arus A1, A2, A3 pada ampermeter. Percobaan diulangi dengan tegangan sumber yang berbeda ( 5V ,10V ,15V ,20V ,25V ,30V ). Pada percobaan yang pertama didapatkan nilai arus I₁, I₂, I₃untuk masing-masing tegangan yang berbeda.

Gambar (1) Rangkaian percobaan dengan metode tiga amperemeter

Dari tujuan percobaan yaitu mempelajari cara mengukur daya listrik satu fasa dengan cara tiga amperemeter, maka untuk dapat menentukaan nilai daya listrik tersebut dapat digunakan persamaan sebagai berikut :

....................................................................................................................................................................................................(2)

dimana, P adalah daya yang dicari nilainya, R adalah hambatan pengganti rangkaian, dan I adalah arus listrik yang telah didapat dari percobaan.

Pada percobaan yang kedua yaitu mengukur daya listrik satu fasa dengan metode tiga voltmeter. Dalam percobaan ini langkah awal yang dilakukan adalah resistor, beban(R+L), voltmeter dan Vari AC disusun sehingga membentuk suatu rangkaian percobaan seperti pada gambar 2 .Setelah rangkaian tersusun,, Vari AC dinyalakan dan diatur tegangan sumbernya atau V1 ( 5V ,10V ,15V ,20V ,25V ,30V ). Selanjutnya diukur nilai tegangan V2 dan V3 pada voltmeter. Percobaan diulangi dengan tegangan sumber yang berbeda ( 5V ,10V ,15V ,20V ,25V ,30V ). Pada percobaan yang kedua ini didapatkan nilai tegangan V2 dan V3 untuk masing-masing tegangan sumber atau V1 yang berbeda.

Gambar (2) Rangkaian percobaan dengan metode tiga Voltmeter

Dari tujuan percobaan yaitu mempelajari cara mengukur daya listrik satu fasa dengan cara tiga voltmeter, maka untuk dapat menentukaan nilai daya listrik tersebut dapat digunakan persamaan sebagai berikut :

....................................................................................................................................................................................................(3)

dimana, P adalah daya yang dicari nilainya, R adalah hambatan pengganti rangkaian, dan V adalah tegangan yang telah didapat dari percobaan.

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

Dengan Metode Tiga Amperemeter

Percobaan yang pertama bertujuan untuk mempelajari cara mengukur daya satu fasa dengan metode tiga amperemeter. Sehingga untuk mendapatkan daya listrik satu fasa dapat dilakukan dengan perhitungan menggunakan persamaan(2) . Sumber tegangan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu sumber tegangan AC dengan variasi tegangan sumber sebesar 5V ,10V ,15V ,20V ,25V ,30V. Resistor (R) yang digunakan bernilai 330 Ω dan beban (Z) yang digunakan adalah Induktor 330 mH dan Resistor 100Ω sehingga nilai beban Z adalah 144,07169 . Untuk R pengganti yang digunakan yaitu dihitung secara paralel (gambar 2). Dari percobaan diperoleh data arus I₁, I₂, I₃ .Sehingga dapat dihitung nilai daya listrik satu fasanya. Dibawah ini adalah hasil dari percobaan dan perhitungan daya listrik satu fasa yang dihasilkan dalam percobaan ini.

Tabel 1Data nilai I₁, I₂, I₃ dan Perhitungan Daya Listrik Satu Fasa

No.	V(Volt)	I1(A)	I2(A)	I3 (A)	R (Ω)	P(W)
1	5.166	0.064	0.048	0.015	100.288	0.079
2	10	0.124	0.094	0.029	100.288	0.286
3	15.09	0.19	0.142	0.045	100.288	0.698
4	20.07	0.25	0.19	0.059	100.288	1.149
5	25.09	0.313	0.237	0.074	100.288	1.821
6	30.07	0.371	0.281	0.088	100.288	2.554

Pada tabel hasil percobaan diatas dapat dianalisis bahwasemakin besar teganagan yang diberikan maka arusnya juga semakin membesar. Dapat dianalisa bahwa data diatas menunjukkanarus yang masuk pada rangkaiansama dengan total arus yang keluar rangkaian. Hasil dari percobaan ini sesuai dengan Hukum Arus Kirchoff yang menyatakan bahwa besarnya arus yang masuk pada rangkaian sama dengan besar arus yang keluar rangkaian .

Selain itu juga dapat dilihat bahwa daya listrik satu fasa yang dihasilkan semakin bertambah seiring bertambahnya tegangan sumber yang diberikan dan arus yang mengalir pada rangkaian. Dalam percobaan ini daya rata-rata yang diperoleh adalah 1,09778 Watt.

Dengan Metode Tiga Voltmeter

Percobaan yang keduabertujuan untuk mempelajari cara mengukur daya satu fasa dengan metode tiga voltmeter. Sehingga untuk mendapatkan daya listrik satu fasa dapat dilakukan dengan perhitungan menggunakan persamaan(3) . Sumber tegangan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu sumber tegangan AC dengan variasi tegangan sumber sebesar 5V ,10V ,15V ,20V ,25V ,30V. Resistor (R) yang digunakan bernilai 330 Ω dan beban (Z) yang digunakan adalah Induktor 330 mH dan Resistor 100Ω sehingga nilai beban Z adalah 144,07169 . Untuk R pengganti yang digunakan yaitu dihitung secara seri (gambar 3).Dalam percobaan ini diperoleh data teganganV₁, V₂, V₃ .Sehingga dapat dihitung nilai daya listrik satu fasanya. Dibawah ini adalah hasil dari percobaan dan perhitungan daya listrik satu fasa yang dihasilkan dalam percobaan kedua.

Tabel 2Data nilai V₁, V₂, V₃ dan Perhitungan Daya Listrik Satu Fasa

No.	V (Volt)	V1 (Volt)	V2 (Volt)	V3 (Volt)	R(Ω)	P(W)
1	5.07	5.07	3.93	1.16	474.072	0.0094
2	10.06	10.06	7.64	2.3	474.072	0.0396
3	15	15	11.42	3.44	474.072	0.08728
4	20.08	20.08	15.2	4.6	474.072	0.15927
5	25.09	25.09	18.98	5.59	474.072	0.25104
6	30.01	30.01	22.7	6.87	474.072	0.35661

Pada tabel hasil percobaan diatas dapat dianalisis bahwa nilai V₁ hampir mendekati nilai penjumlahan dari V₂ dan V₃. Hal ini sesuai dengan Hukum Tegangan Kirchoff yang menyatakan bahwa jumlah tegangan tiap komponen pada sebuah loop sama dengan nol.

Selain itu juga dapat dianalisis bahwa daya listrik satu fasa yang dihasilkan semakin bertambah seiring bertambahnya tegangan sumber yang diberikan.Dalam percobaan ini daya rata-rata yang diperoleh adalah 0,1505 Watt.

Dari kedua metode yang telah dilakukan dengan menggunakan metode tiga amperemeter dan tiga voltmeter daya yang diperoleh akan semakin besar jika tegangan sumber yang diberikan juga semakin besar.Percobaan ini menunjukkan kesesuaian dengan teori yang menyatakan bahwa daya itu sebanding dengan tegangan. Dari kedua cara pengukuran daya yaitu dengan cara tiga ampermeter dan tiga voltmeterdidapatkan data hasil percobaan yang berbeda. Hasil perhitungan daya listrik satu fasa antara menggunakan tiga amperemeter dan tiga voltmeter juga menunjukkan hasil yang berbeda. Daya yang didapatkan dengan metode tiga ampermeter yaitu 0.078576W; 0.28577W; 0.697552W; 1.149249W; 1.821429W; 2.554132W. Sedangkan daya yang didapatkan dengan metode tiga ampermeter yaitu 0.0094W; 0.0396W; 0.08728W; 0.15927W; 0.25104W; 0.35661W.Dapat dianalisa bahwa daya satu fasa yang dihasilkan dengan metode tiga amperemeter menunjukkan hasil yang lebih besar daripada dengan menggunakan metode tiga voltmeter.Hal ini mungkin karena factor keefektifan suatu rangkaian dimana dalam hal ini rangkaian dengan metode tiga amperemeter lebih efektif dimana pada rangkaian tiga amperemeter, hambatan disusun secara parallel sedangkan pada rangkaian 3 voltmeter hambatan yang digunakan disusun secara seri sehingga hal tersebut mempengaruhi nilai hambatan pengganti dimana nilai hambatan yang disusun parallel lebih kecil daripada hambatan yang disusun seri , sehingga daya yang dihasilkan juga lebih besar pada percobaan dengan metode tiga amperemeter daripada dengan metode tiga voltmeter.Dari keadaan ini terdapat jenis daya yang dipakai diantaranya daya semu, daya sesaat dan sebagainya yang memungkinkan pengukuran mempunyai hasil pengukuran yang kurang efektif.

IV. KESIMPULAN

Dari hasil percobaan dapat ditarik kesimpulan bahwa daya satu fasa rata-rata yang didapatkan dengan metode tiga ampermeter yaitu1,09778 Watt. Sedangkan dayasatu fasa rata-rata yang didapatkan dengan metode tiga voltmeter yaitu 0,1505 Watt.Dari kedua cara pengukuran daya yaitu dengan cara tiga ampermeter dan tiga voltmeter didapatkan hasil perhitungan daya listrik satu fasa antara menggunakan tiga amperemeter dan tiga voltmeter menunjukkan hasil yang berbeda.Hal ini dikarenakan factor keefektifan rangkaian yang digunakan. Pada percobaan ini rangkaian yang lebih efektif yaitu dengan metode tiga amperemeter.Daya listrik satu fasa yang dihasilkan dengan metode tiga amperemeter menunjukkan hasil yang lebih besar daripada dengan menggunakan metode tiga voltmeter.Dari keadaan ini terdapat jenis daya yang dipakai diantaranya daya semu, daya sesaat dan sebagainya yang memungkinkan pengukuran mempunyai hasil pengukuran yang kurang efektif.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Dosen Teknik Elektro UI.Modul Praktikum Pengukuran Besaran Listrik. Jakarta:UI-Press,2006

[2]Douglas Giancoli, C. Fisika Jilid 1. Jakarta: Erlangga, 2001

[3]Serway&Jewett . Physics for Scientist and Engineer. California:Thomson books,2004.