Chapter II

5/14/2018 Chapter II - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/chapter-ii-55a8235f4ca89 1/9

3

3

BAB II

KWH-METER ELEKTRONIK

2.1. UMUM

Energi ialah besar daya terpakai oleh beban dikalikan dengan lamanya

pemakaian daya tersebut atau daya yang dikeluarkan oleh pembangkit energi

listrik dikalikan dengan lamanya pembangkit beroperasi mencatu daya tersebut.

Satuan besaran energi adalah wattjam atau kilo-wattjam. Energi listrik dinyatakan

dalam rumus :

W = V.I . cos Ø. t ..........................................................(2.1)

Di mana : W : Energi listrik (kWh )

V : Tegangan listrik (Volt)

I : Arus listrik (Ampere)

Cos Ø : Faktor daya

t : Waktu (jam)

Alat untuk mengukur besarnya energi dinamakan watt-jam-meter atau

kilowatt-jam-meter, namun lazim disebut Wh-meter atau kWh-meter (h dari kata

hour = jam). Alat ukur ini membutuhkan besaran tegangan, besaran arus dan

waktu.

KWh-meter elektronik termasuk dalam kWh-meter statik yang

menggunakan komponen elektronik sebagai pemroses utama. Komponen

elektronik mendeteksi tegangan dan arus sesaat dan diproses untuk menghasilkan

pulsa yang mempunyai frekuensi sebanding dengan energi yang diukur (kWh).

KWh-meter elektronik ini mempunyai empat bagian utama yaitu :

3Universitas Sumatera Utara



4

4

1. Bagian sensor tegangan dan arus

2. Bagian pengali

3. Bagian pemroses

4. Bagian tampilan / display

2.2. PRINSIP KERJA

Cara kerja kWh-meter elektronik secara umum terdiri dari 3 tahap, yaitu :

1. Mendeteksi tegangan dan arus sesaat.

2. Mengalikan kedua besaran tersebut (tegangan dan arus) untuk

memperoleh daya sesaat.3. Mengintegrasikan/mengakumulasi hasil perkalian tegangan dan arus

pada butir 2 di atas.

Gambar 2.1 dapat menjelaskan secara umum prinsif kerja kWh-meter

elektronik. Komponen catu daya adalah rangkaian internal alat ukur kWh, yang

berfungsi sebagai sumber tegangan pada kWh-meter tersebut. Komponen V

adalah rangkaian internal alat ukur kWh, yang terdiri dari sensor tegangan.

Komponen I adalah rangkaian internal alat ukur kWh, yang terdiri dari sensor

arus.

Gambar 2.1. Diagram Blok KWh-meter Elektronik

Load

Supply AC

Memory

Indikator operasiCatuDaya

DisplayV

I

Pengali ADCMikro

prosesor

Universitas Sumatera Utara



5

5

Komponen pengali adalah bagian alat ukur yang mengintegrasikan besaran

tegangan dan besaran arus. Komponen ADC adalah bagian alat ukur yang

merubah sinyal analog menjadi sinyal digital. Komponen mikroprosesor adalah

suatu piranti pengolahan data. Komponen memori adalah suatu piranti yang

menyimpan informasi digital berupa bilangan-bilangan biner. Indikator operasi

adalah suatu piranti yang memberikan sinyal kasat mata, yang menunjukan bahwa

alat ukur sedang beroperasi. Sedangkan komponen display adalah piranti yang

menampilkan energi aktif yang terukur.

2.3. KOMPONEN CATU DAYA

Tegangan yang di butuhkan oleh peralatan elektronik adalah tegangan

rendah yaitu kurang atau sama dengan 24 volt DC. Sehingga diperlukan sebuah

alat yang dapat menurunkan tegangan dan disearahkan sehingga menghasilkan

tegangan DC sebesar 24 volt. Pada Gambar 2.2 ditunjukkan rangkaian penurun

tegangan dan penghasil tegangan DC. Penurun tegangan ini berupa autotrafo dan

penghasil tegangan DC berupa penyearah jembatan.

220 V AC

24 V DC

Gambar 2.2 Rangkaian Penurun Tegangan dan Penghasil Tegangan DC




6

6

2.4. KOMPONEN TEGANGAN

Komponen tegangan adalah sensor tegangan yang berfungsi untuk

menentukan tegangan jala-jala listrik setiap saat. Hal ini diperlukan untuk

mengukur tegangan setiap saat.

Sensor tegangan ini berupa pembagi tegangan dan sebuah op-amp seperti

ditujukkan pada Gambar 2.3. Tegangan yang dihasilkan masih berupa sinyal

sinusoidal. Tegangan ini akan diteruskan ke input rangkaian pengali.

+

-2k

10k

220 K

5 K

Gambar 2.3 Rangkaian Sensor Tegangan

2.5. KOMPONEN ARUS

Sensor arus berupa suatu CT (Current Transfomer) yang kontruksinya

seperti ditunjukkan pada Gambar 2.4. Primer CT berupa sebatang kawat. Arus

beban dilewatkan melalui kawat ini. Inti CT berupa cincin solenoida sedangkan

kumparan sekunder berupa kawat email digulung pada cincin solenoida. Jikaprimer dialiri arus maka pada kumparan sekunder diinduksikan arus yang

sebanding dengan arus primer. Arus yang mengalir ke kumparan sekunder akan

diteruskan ke input rangkaian pengali. Arus keluar dari sensor arus masih berupa

sinyal sinusoidal.

Sensor arus berfungsi untuk mendeteksi dan menghitung arus yag dipakai

oleh konsumen. Mendeteksi arus diperlukan untuk menghitung daya rata-rata

yang digunakan oleh konsumen.




7

7

vcc

Arus

keluaran

47k

47k

28k

10k

+

-

20k2k

10k

Gambar 2.4 Rangkaian Sensor Arus

2.6. KOMPONEN PENGALI ( MULTIPLIER)

Rangkaian Multiplier terdiri dari dua input yaitu output dari sensor

tegangan dan output dari sensor arus dan menghasilkan satu output. Rangkaian

pengali dapat dilihat pada Gambar 2.5. Rangkaian ini berfungsi sebagai pengali

output dari sensor tegangan dan output dari sensor arus. Level tegangan keluaran

dari rangkaian pengali berkisar antara 0 – 5 V.

MC 1495

Rx Ry2k1

5k

10k 10k

5k

5k

RLRL

10

0.01µF-12 V

+12 V

8

5611

3 13 12

7

4 14

92

1

Ke ADC

Sensor

tegangan

Sensorarus

Gambar 2.5 Rangkaian Pengali ( Multiplier )




8

8

Keluaran dari rangkaian pengali diteruskan ke rangkaian penyearah seperti

yang ditunjukan pada Gambar 2.6. Sinyal output dari rangkaian pengali

disearahkan agar bagian negatif dari sinyal tersebut menjadi positif. Kemudian

diteruskan ke rangkaian Analog to Digital Converter (ADC).

Gambar 2.6 Rangkaian Penyearah

2.7. ADC ( ANALOG TO DIGITAL CONVERTER)

Sebuah Analog to Digital Converter (biasanya disingkat ADC, A/D atau A

to D) adalah sebuah rangkaian elektronik yang berfungsi mengubah sinyal kontinu

(analog) menjadi keluaran diskrit/digital. Umumnya, sebuah ADC adalah sebuah

piranti elektronik yang mengubah sebuah tegangan menjadi sebuah bilangan

digital biner.

Gambar 2.7 Rangkaian ADC

+

-

V+

D1

R

V-

R

D2Vi

Vo

DB0

DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1

CS

RD

WR

INTR

CLK IN

V

CLK R

VCC

Vin (+)

Vin (-)

A GND

V Ref/2

D GND

VCC = 5 V

10 K

10 K

10 µF

150 pF

1112131415161718

5

3

2

1 20

19

4

67

8

9

10Output 8 bit ke

Mikroprosesor




9

9

Pada Gambar 2.7. memperlihatkan rangkaian ADC. ADC ini memerlukan

dua input analog yaitu Vin (+) dan Vin (-). Input analog ini merupakan output dari

rangkaian penyearah yang berkisar antara 0 – 5 V.

Input dari rangkaian penyearah akan diubah kedalam bentuk bilangan

biner sebanyak 8 bit. Output 8 bit ini akan diteruskan ke mikroprosesor.

2.8. MIKROPROSESOR

Mikroprosesor, dikenal dengan sebutan Central Processing Unit (CPU)

artinya unit pengolahan pusat. Mikroprosesor adalah pusat dari proses perhitungan

dan pengolahan data yang terbuat dari sebuah lempengan yang disebut “chip”.

Chip sering disebut juga dengan “ Integrated Circuit (IC)”, bentuknya kecil,

terbuat dari lempengan silikon dan bisa terdiri dari 10 juta transistor.

Mikroprosesor berfungsi sebagai tempat untuk melakukan pelbagai

pengolahan data. Pekerjaan pengolahan data diantaranya: mencatat, melihat,

membaca, membandingkan, menghitung, mengingat, mengurutkan maupun

membandingkan.

Dalam bekerja, fungsi dari Mikroprosesor terbagi menjadi :

• Internal Memory, berfungsi untuk menyimpan data dan program.

• ALU ( Arithmatic Logical Unit ), untuk melaksanakan perbagai macam

perhitungan.

• Control Unit , bertugas untuk mengatur seluruh operasi.

Mikroprosesor juga memiliki unit antarmuka masukan/keluaran yang

menghubungkan sistem mikroprosesor ke piranti eksternal. piranti itu adalah I/O

yang bersifat dua arah. Artinya menyediakan sambungan ke dan dari sistem

mikroprosesor dengan piranti-piranti lain.

Gambar 2.8 menunjukkan kaki atau pin pada mikroprosesor. Pin D0-D7

digunakan untuk mentransfer data dari dan ke memori dan peralatan peripheral.




10

10

Gambar 2.8 Konfigurasi Pin Pada Mikroprosesor

Dari peralatan peripheral tersebut akan di teruskan ke sebuah piranti.

Piranti itu adalah driver display yang digunakan pada bagian tampilan kWh-meter

elektronik.

2.9. TAMPILAN ( DISPLAY)

Hasil akhir dari seluruh proses Kwh-meter elektronik adalah display atau

tampilan. Tampilan inilah yang menunjukkan hasil pengukuran. KWh-meter

elektronik mempunyai dua jenis tampilan yaitu tampilan anaolg dan tampilan

digital atau liquid crytal display.

(a) (b)

Gambar 2.9 Jenis Tampilan KWh-meter Elektronik

1

2

3

4

5

67

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20 21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

3435

36

37

38

39

40Vss

HALT

MR

IRQ

VMA

NMI

BA

Vcc

A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

A8

A9

A10

A11

A12

A13

Vss

A14

A15

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

R/W

Vcc Standby

RE

E

XTAL

EXTAL

RESET




11

11

Tampilan analog seperti Gambar 2.9.a menggunakan motor stepper untuk

mengerakkan single rate drum-register . Pada Gambar 2.9.b adalah tampilan kWh-

meter elektronik yang menggunakan LCD.


Chapter II

Documents

Transcript of Chapter II