Apa Itu Meter Energi dan Apa Prinsip Kerja Konstruksinya
Definisi: Meter energi adalah perangkat yang digunakan untuk mengukur energi listrik yang dikonsumsi oleh beban listrik. Energi listrik merujuk pada total daya yang dikonsumsi dan digunakan oleh beban dalam periode waktu tertentu. Meter energi digunakan dalam sirkuit AC domestik dan industri untuk mengukur konsumsi daya. Mereka relatif murah dan akurat.
Konstruksi Meter Energi
Konstruksi meter energi fase tunggal ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Meter energi terdiri dari empat komponen utama, yaitu:
Penjelasan rinci tentang setiap komponen diberikan di bawah ini.
Sistem Penggerak
Elektromagnet berfungsi sebagai komponen inti dari sistem penggerak. Fungsi elektromagnet ini sebagai magnet sementara, diaktifkan oleh arus listrik yang melewati gulungannya. Inti dari elektromagnet ini dibuat dari laminasi baja silikon.
Dalam sistem penggerak, terdapat dua elektromagnet. Yang atas disebut elektromagnet shunt, sedangkan yang bawah disebut elektromagnet seri.
Limb pusat magnet dilengkapi dengan pita tembaga yang dapat disesuaikan. Peran utama pita tembaga ini adalah untuk menyelaraskan fluks magnet yang dihasilkan oleh magnet shunt agar menjadi sempurna tegak lurus dengan tegangan yang diberikan.
Sistem Bergerak
Sistem bergerak memiliki cakram aluminium yang dipasang pada poros paduan. Cakram ini ditempatkan di celah udara antara kedua elektromagnet. Ketika medan magnet berubah, arus eddy diinduksi pada cakram. Arus eddy ini berinteraksi dengan fluks magnet, menghasilkan torsi defleksi.
Ketika perangkat listrik menarik daya, cakram aluminium mulai berputar. Setelah sejumlah putaran tertentu, cakram menunjukkan jumlah energi listrik yang dikonsumsi oleh beban. Jumlah putaran dihitung dalam interval waktu tertentu, dan cakram mengukur konsumsi daya dalam kilowatt-jam.
Sistem Pengereman
Magnet permanen digunakan untuk memperlambat rotasi cakram aluminium. Saat cakram berputar, ia menginduksi arus eddy. Arus eddy ini berinteraksi dengan fluks magnet dari magnet permanen, menciptakan torsi pengereman.
Torsi pengereman ini menentang gerakan cakram, mengurangi kecepatan rotasinya. Magnet permanen dapat disesuaikan; dengan menggeser posisinya secara radial, torsi pengereman dapat dimodifikasi.
Pencatatan (Mekanisme Penghitungan)
Fungsi utama dari pencatatan, atau mekanisme penghitungan, adalah untuk merekam jumlah putaran cakram aluminium. Rotasi cakram secara langsung proporsional dengan energi listrik yang dikonsumsi oleh beban, diukur dalam kilowatt-jam.
Rotasi cakram ditransmisikan ke penunjuk berbagai dial untuk merekam pembacaan yang berbeda. Konsumsi energi dalam kilowatt-jam dihitung dengan mengalikan jumlah putaran cakram dengan konstanta meter. Konfigurasi dial ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Prinsip Kerja Meter Energi
Meter energi memiliki cakram aluminium, rotasinya digunakan untuk menentukan konsumsi daya beban. Cakram ini ditempatkan di celah udara antara elektromagnet seri dan elektromagnet shunt. Magnet shunt dilengkapi dengan gulungan tekanan, sementara magnet seri memiliki gulungan arus.
Gulungan tekanan menghasilkan medan magnet karena tegangan sumber, dan gulungan arus menghasilkan medan magnet sebagai hasil dari arus beban yang melewatinya.
Medan magnet yang diinduksi oleh gulungan tegangan (tekanan) tertinggal 90° dari medan magnet gulungan arus. Perbedaan fase ini menginduksi arus eddy pada cakram aluminium. Interaksi antara arus eddy ini dan medan magnet gabungan menghasilkan torsi, yang memberikan gaya rotasi pada cakram. Akibatnya, cakram mulai berputar.
Gaya rotasi yang bekerja pada cakram proporsional dengan arus melalui gulungan arus dan tegangan di seberang gulungan tekanan. Magnet permanen dalam sistem pengereman mengatur rotasi cakram. Ia menentang gerakan cakram, memastikan kecepatan rotasi sesuai dengan konsumsi daya aktual. Sebuah siklometer (mekanisme pencatatan) kemudian menghitung jumlah putaran cakram untuk mengkuantifikasi penggunaan energi.
Teori Meter Energi
Gulungan tekanan memiliki jumlah lilitan yang relatif besar, menjadikannya sangat induktif. Sirkuit magnet gulungan tekanan memiliki jalur reluctance yang sangat rendah, berkat panjang celah udara yang kecil dalam struktur magnetnya. Arus Ip yang mengalir melalui gulungan tekanan, didorong oleh tegangan sumber, tertinggal sekitar 90° dari tegangan sumber karena induktansi tinggi gulungan tersebut.
Arus Ip menghasilkan dua fluks magnet, Φp, yang lebih lanjut dibagi menjadi Φp1 dan Φp2. Sebagian besar fluks Φp1 melewati celah samping karena rendahnya reluctance. Fluks Φp2 melewati cakram dan menginduksi torsi penggerak yang menyebabkan cakram aluminium berputar.
Fluks Φp proporsional dengan tegangan yang diterapkan dan tertinggal 90° dari tegangan. Karena fluks ini bersifat bolak-balik, ia menginduksi arus eddy Iep pada cakram.
Arus beban yang mengalir melalui gulungan arus menginduksi fluks Φs. Fluks ini menghasilkan arus eddy Ies pada cakram. Arus eddy Ies berinteraksi dengan fluks Φp, dan arus eddy Iep berinteraksi dengan Φs, menghasilkan torsi lainnya. Dua torsi ini bekerja dalam arah yang berlawanan, dan torsi bersih adalah selisih antara keduanya.
Diagram fasor dari meter energi ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Misalkan
V – tegangan yang diterapkan
I – arus beban
∅ – sudut fase arus beban
Ip – sudut fase beban
Δ – sudut fase antara tegangan sumber dan fluks gulungan tekanan
f – frekuensi
Z – impedansi arus eddy
∝ – sudut fase jalur arus eddy
Eep – arus eddy yang diinduksi oleh fluks
Iep – arus eddy karena fluks
Eev – arus eddy karena fluks
Ies – arus eddy karena fluks
Torsi penggerak bersih dari cakram dinyatakan sebagai
di mana K1 – konstan
Φ1 dan Φ2 adalah sudut fase antara fluks. Untuk meter energi, kita ambil Φp dan Φs.
β – sudut fase antara fluks Φp dan Φp = (Δ – Φ), oleh karena itu
Pada keadaan stabil, kecepatan torsi penggerak sama dengan torsi pengereman.
Kecepatan rotasi secara langsung proporsional dengan daya.
Meter energi tiga fasa digunakan untuk mengukur konsumsi daya yang besar.
