TUGAS RANGKAIAN LISTRIK

Transkripsi

1 TUGAS RANGKAIAN LISTRIK Rangkaian Seri Paralel dan Metode Thevenin Disusun Oleh : M. Zaqi Alfharazy POLTEKES SITEBA PADANG JURUSAN TEKNIK ELEKTROMEDIK 2017/2018

2 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa berkat rahmat dan hidayah-nya sehingga kami dapat menyelesaikan makalah dengan judul Rangkaian Seri Paralel dan Metode Thevenin. Dalam penyusunannya, penulis memperoleh banyak bantuan dari berbagai pihak, karena itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada yang telah memberikan dukungan, kasih, dan kepercayaan yang begitu besar. Dari sanalah semua kesuksesan ini berawal, semoga semua ini bisa memberikan sedikit kebahagiaan dan menuntun pada langkah yang lebih baik lagi. Meskipun penulis berharap isi dari makalah ini bebas dari kekurangan dan kesalahan, namun selalu ada yang kurang. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun agar makalah ini dapat lebih baik lagi. Akhir kata penulis berharap agar makalah ini bermanfaat bagi semua pembaca. Padang, Penulis i

3 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... ii BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar belakang Tujuan... 2 BAB II PEMBAHASAN 1. Rangkaian Seri Rangkaian Resistor Seri dan Rumus Sifat sifat Rangkaian Seri Fungsi Rangkaian Seri Prinsip Rangkaian Seri Contoh Soal Rangkaian Seri Resistor Rangkaian Paralel Rangkaian Listrik Paralel Rangkaian Resistor Paralel Rumus Rangkaian Paralel Sifat-sifat Rankaian Paralel Fungsi Rangkai Paralel Prinsip Rangkaian Paralel Contoh Soal Rangkaian Paralel Resistor Metode Thevenin Teori Thevenin Rumus Thevenin Langkah-langkah penyelesaian dengan teorema Thevenin Contoh Soal BAB III PENUTUP 4. Kesimpulan DAFTAR PUSTAKA ii

4 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rangkaian Listrik adalah suatu hubungan sumber listrik dengan alat-alat listrik lainnya yang mempunyai fungsi tertentu. Berdasarkan susunan hubungan alat-alat listrik, maka rangkaian listrik tersusun dengan tiga cara, yaitu: rangkaian seri, rangkaian paralel, dan rangkaian campuran. Rangkaian seri adalah rangkaian alat-alat listrik yang disusun berurut tanpa cabang. Ciri-ciri rangkaian seri antara lain: Arus listrik mengalir tanpa melalui cabang. Arus listrik yang mengalir melalui lampu 1 melalui lampu 2, demikian pula yang melalui baterai 1 dan baterai 2, dan Jika salah satu alat listrik dilepas atau rusak maka arus listrik akan putus. Kelebihan dari rangkaian seri adalah: Lebih menghemat daya yang dikeluarkan pada baterai, Pengerjaan yang singkat dan Tidak memerlukan banyak penghubung pada penyambungan jalur sehingga hemat kabel dan saklar (hemat biaya) Kekurangan rangkaian seri adalah: Jika salah satu komponen dicabut atau rusak maka komponen yang lain tidak akan berfungsi sebagai mana mestinya. Misalnya saja tiga buah lampu disusun secara seri, maka apabila salah satu lampu dicabut atau rusak maka lampu yang lain akan ikut padam, Nyala lampu yang satu dengan yang lain tidak sama terangnya, dan Semakin jauh dari sumber listrik maka nyala lampu semakin redup. Hambatan aliran muatan listrik disebut juga resistor. Dalam rangkaian listrik, resistor dapat disambung dengan dua cara, yaitu seri dan paralel. Tapi bisa juga disambung dengan cara campuran yaitu paralel dan seri secara bersama-sama. 1

5 1.2 Tujuan 1. Untuk mengetahui Rangkaian tahanan yang dihubungkan secara seri 2. Untuk mengetahui Rangkaian tahanan yang dihubungkan secara paralel 3. Untuk mengetahui Teorema Thevanin 2

6 BAB II PEMBAHASAN 1. Rangkaian seri Rangkaian seri adalah rangkaian yang memiliki komponen dan beban (lampu, resistor atau lain - lain) saling terhubung satu sama lain dengan sejajar, maka dari itu rangkaian ini akan mengurutkan satu komponen ke komponen lain. Karena pemasangan dari rangkaian seri ini berjajar, maka pembagian tegangan dari sumber tegangan akan merata ke seluruh komponen Coba perhatikan gambar Gambar Rangkaian Seri diatas menunjukan bahwa ke -4 lampu yang disusun seri diatas akan saling berbagi tegangan karena memiliki sumber yang sama dalam satu jalur yang sama pula 1.1 Rangkaian Seri Resistor Beserta Rumus Bentuk rangkaian seri hambatan(resitor) adalah seperti berikut ini: Arus pada rangkaian hambatan seri memiliki nilai yang sama sehingga : Itot=I1=I2=I3 Sedangkan tegangan pada rangkain hambatan seri yaitu : Vtot=V1+V2+V3 Maka hambatan total pada rangkaian hambatan seri (hambatan pengganti ) yaitu : Vtot=V1+V2+V3 Itot Rtot=I1 R1+I2 R 2+I3 R3 Rtot =R1+R2+R3 3

7 1.3. Sifat-sifat Rangkaian Seri 1. Arus yang mengalir pada masing beban adalah sama. 2. Tegangan sumber akan dibagi dengan jumlah tahanan seri jika besar tahanan sama. Jumlah penurunan tegangan dalam rangkaian seri dari masing-masing tahanan seri adalah sama dengan tegangan total sumber tegangan. 3. Banyak beban listrik yang dihubungkan dalam rangkaian seri, tahanan total rangkaian menyebabkan naiknya penurunan arus yang mengalir dalam rangkaian. Arus yang mengalir tergantung pada jumlah besar tahanan beban dalam rangkaian. 4. Jika salah satu beban atau bagian dari rangkaian tidak terhubung atau putus, aliran arus terhenti 1.4. Fungsi rangkaian seri a. Rangkaian seri berfungsi untuk memperbesar hambatan total b. Rangkaian seri berfungsi sebagai pembagi tegangan c. Pada rangkaian seri memiliki arus yang sama pada masing-masing hambatan 1.5. Prinsip dalam Rangkaian Seri adalah sebagai berikut: 1. Hambatan total merupakan hasil penjumlahan tiap-tiap hambatan serinya. 2. Kuat arus dalam tiap-tiap hambatannya tetap dan besar kuat arus setiap hambatan sama dengan kuat arus totalnya, 3. Beda potensial/tegangan tiap-tiap hambatannya berbeda-beda dan hasil penjumlahan tegangan tiap-tiap hambatannya sama dengan tegangan totalnya. 4

8 1.6.Contoh Kasus untuk menghitung Rangkaian Seri Resistor Sebuah rangkaian resistor dipasang secara seri dengan hambatan masingmasing 20 ohm, 15 ohm, 30 ohm. Tegangan pada rangkaian tersebut adalah 12 volt. Berapa total resistansi dan arus yang mengalir pada rangkaian tersebut? Jawab : Total Resistor(R) : = 55 ohm Arus (I) = V/R = 12 /55 = 0,21 A. 2. Rangkaian Paralel paralel. secara Rangkaian Paralel adalah salah satu rangkaian listrik yang disusun (paralel). Lampu yang dipasang di rumah umumnya merupakan rangkaian 2.1 Rangakain listrik paralel Suatu rangkaian listrik, di mana semua input komponen berasal dari sumber yang sama. Semua komponen satu sama lain tersusun paralel. Hal inilah yang menyebabkan susunan paralel dalam rangkaian listrik menghabiskan biaya yang lebih banyak (kabel penghubung yang diperlukan lebih banyak). Selain kelemahan tersebut, susunan paralel memiliki kelebihan tertentu dibandingkan susunan seri. Adapun kelebihannya adalah jika salah satu komponen dicabut atau rusak, maka komponen yang lain tetap berfungsi sebagaimana mestinya Berikut contoh gambar rangkaian paralel : Contoh pengaplikasian rangkaian paralel pada 3 buah lampu : Pada umumnya hambatan(r) yang dirangkaia paralel akan menghasilkan hambatan tota(rt) yang semakin kecil. Untuk mengetahui hambatan total dari hambatan(rt) yang dipasang paralel dapat menggunakan perhitungan di bawah: Hubungan Antara Tegangan (V), Arus (I) Dan Hambatan (R) Dan Hukum Ohm Hukum Ohm adalah hukum yang mengatakan bahwa apabila arus listrik mengalir ke dalam sebuah penghantar, intensitas arusnya sama dengan tegangan yang mendorongnya dibagi dengan tahanan penghantar. Hukum Ohm digunakan untuk melihat besarnya arus (I), tegangan (V) dan hambatan (R). Rumus: V = I. R bunyi Hukum Ohm Besarnya kuat arus 5

9 (I) yang melalui konduktor antara dua titik berbanding lurus dengan beda potensial atau tegangan (V) di dua titik tersebut, dan berbanding terbalik dengan hambatan atau resistansi (R) di antara mereka. Arus adalah elektron yang mengalir dari satu atom ke atom lainnya melalui penghantar dan diukur dalam ampere. Satu ampere adalah aliran arus listrik dari 6,28 x 10 pangkat 28 elektron / detik pada sebuah penghantar. Jadi, arus adalah jangkauan aliran listrik yang diukur dalam ampere atau elektron / detik. Arus dapat digolongkan atas dua macam, yaitu arus searah (DC) dan arus bolak-balik (AC). a. Arus Searah (DC) Arus searah (DC) yaitu arus yang mengalir ke satu arah saja dengan harga konstanta. Salah satu sumber arus searah adalah batere. Di samping itu arus searah dapat diperoleh dengan menggunakan komponen elektronik yang disebut Dioda pada pembangkit listrik arus bolak-balik (AC). b. Arus Bolak-balik (AC) Arus bolak-balik (AC) adalah arus yang mengalir dengan arah bolak-balik. Arus ini bisa juga disebut arus tukar sebab polaritasnya selalu bertukar-tukar. Juga dapat disebut dengan arus AC sebagai istilah singkatan asing (Inggris) yaitu Alternating Current. Sumber arus listrik bolak-balik adalah pembangkit tegangan tinggi seperti PLN (Perusahaan Listrik Negara) dan generator. Tegangan adalah suatu tekanan yang menyebabkan terjadinya aliran arus listrik pada sebuah penghantar. Biasanya tegangan tergantung pada ujungujung kawat penghantar. Apabila ujung-ujung penghantar tersebut dihubungkan dengan batere atau generator, maka akan terjadi tegangan. Jadi, tegangan adalah daya potensial yang tetap ada walaupun tidak ada 6

10 arus. Walaupun tidak ada hubungan terhadap peralatan lain tegangan tetap ada. Tegangan tetap ada walaupun tanpa arus, tetapi arus tidak akan ada tanpa ada tekanan dari tegangan-tegangan 2.2 Rangkaian Paralel Resistor Adalah sebuah rangkaian yang terdiri dari 2 buah atau lebih Resistor yang disusun secara berderet atau berbentuk Paralel. Sama seperti dengan Rangkaian Seri, Rangkaian Paralel juga dapat digunakan untuk mendapatkan nilai hambatan pengganti. Perhitungan Rangkaian Paralel sedikit lebih rumit dari Rangkaian Seri Rumus dari Rangkaian Seri Resistor adalah : 1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R /Rn Dimana : Rtotal = Total Nilai Resistor R1 = Resistor ke-1 R2 = Resistor ke-2 R3 = Resistor ke-3 Rn = Resistor ke-n Berikut ini adalah gambar bentuk Rangkaian Paralel : V total = V1 = V2 = V3 =.. Vn I total = I1 + I2 +.. In 1/R total = 1/R1 + 1/R2 + 1/R n 7

11 2.3. Sifat-sifat Rangkaian Paralel 1. Tegangan pada masing-masing beban listrik sama dengan tegangan sumber. 2. Masing-masing cabang dalam rangkaian parallel adalah rangkaian individu. Arus masing-masing cabang adalah tergantung besar tahanan cabang. 3. Sebagaian besar tahanan dirangkai dalam rangkaian parallel, tahanan total rangkaian mengecil, oleh karena itu arus total lebih besar. (Tahanan total dari rangkaian parallel adalah lebih kecil dari tahanan yang terkecil dalam rangkaian.) 4. Jika terjadi salah satu cabang tahanan parallel terputus, arus akan terputus hanya pada rangkaian tahanan tersebut. Rangkaian cabang yang lain tetap bekerja tanpa terganggu oleh rangkaian cabang yang terputus tersebut. 2.4 Fungsi rangkaian paralel a. Rangkaian paralel berfungsi untuk memperkecil hambatan total b. Rangkaian seri berfungsi sebagai pembagi arus c. Pada rangkaian seri memiliki tegangan yang sama pada masing-masing hambatan 2.5 Prinsip dalam Rangkaian Paralel Seper hambatan paralel merupakan hasil penjumlahan seper tiap-tiap hambatan paralelnya. 1. Kuat arus dalam percabangannya berbeda-beda dan perbandingan kuat arus tiap-tiap percabangan berbanding terbalik dengan perbandingan hambatan tiap-tiap percabangannya serta hasil penjumlahan kuat arus tiaptiap percabangannya sama dengan kuat arus totalnya. 2. Beda potensial/ tegangan tiap-tiap percabangannya tetap dan besar tegangan setiap percabangan sama dengan tegangan totalnya. 2.6.Contoh Kasus untuk Menghitung Rangkaian Paralel Resistor 8

12 Terdapat 3 Resistor dengan nilai-nilai Resistornya adalah sebagai berikut : R1 = 100 Ohm R2 = 200 Ohm R3 = 47 Ohm Berapakah nilai hambatan yang didapatkan jika memakai Rangkaian Paralel Resistor? Penyelesaiannya : 1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 1/Rtotal = 1/ / /47 1/Rtotal = 94/ / /9400 1/Rtotal = 341 x Rtotal = 1 x 9400 ( Hasil kali silang) Rtotal = 9400/341 Rtotal = 27,56 Jadi Nilai Hambatan Resistor pengganti untuk ketiga Resistor tersebut adalah 27,56 Ohm. Hal yang perlu diingat bahwa Nilai Hambatan Resistor (Ohm) akan bertambah jika menggunakan Rangkaian Seri Resistor sedangkan Nilai Hambatan Resistor (Ohm) akan berkurang jika menggunakan Rangkaian Paralel Resistor. 3. TEOREMA THEVENIN 3.1. Teori Thevenin Suatu rangkaian listrik dapat disederhanakan dengan hanya terdiri dari satu buah sumber tegangan yang dihubungserikan dengan sebuah tahanan ekivelennya pada dua terminal yang diamati. Tujuan sebenarnya dari teorema ini adalah untuk menyederhanakan analisis rangkaian, yaitu membuat rangkaian pengganti yang berupa sumber tegangan yang dihubungkan seri dengan suatu resistansi ekivalennya. 9

13 Pada gambar diatas, dengan terorema substitusi kita dapat melihat rangkaian sirkuit B dapat diganti dengan sumber tegangan yang bernilai sama saat arus melewati sirkuit B pada dua terminal yang kita amati yaitu terminal a-b. Setelah kita dapatkan rangkaian substitusinya, maka dengan menggunakan teorema superposisi didapatkan bahwa : 1. Ketika sumber tegangan V aktif/bekerja maka rangkaian pada sirkit linier A tidak aktif (semua sumber bebasnya mati diganti tahanan dalamnya), sehingga didapatkan nilai resistansi ekivalennya. 2. Ketika sirkit linier A aktif/bekerja maka pada sumber tegangan bebas diganti dengan tahanan dalamnya yaitu nol atau rangkaian short circuit. Dengan menggabungkan kedua keadaan tadi (teorema superposisi) maka didapatkan: 10

14 nol Pada saat terminal a-b di open circuit (OC), maka i yang mengalir sama dengan (i = 0), sehingga : 3.2. Rumus Teorema Thevanin Dari persamaan (1) dan (2), didapatkan : Cara memperoleh resistansi penggantinya (Rth) adalah dengan mematikan atau menonaktifkan semua sumber bebas pada rangkaian linier A (untuk sumber tegangan tahanan dalamnya = 0 atau rangkaian short circuit dan untuk sumber arus tahanan dalamnya = atau rangkaian open circuit). Jika pada rangkaian tersebut terdapat sumber dependent atau sumber tak bebasnya, maka untuk memperoleh resistansi penggantinya, terlebih dahulu kita mencari arus hubung singkat (isc), sehingga nilai resistansi penggantinya (Rth) didapatkan dari nilai tegangan pada kedua terminal tersebut yang di-open circuit dibagi dengan arus pada kedua terminal tersebut yang di- short circuit Langkah-langkah penyelesaian dengan teorema Thevenin : 11

15 1. Cari dan tentukan titik terminal a-b dimana parameter yang ditanyakan. 2. Lepaskan komponen pada titik a-b tersebut, open circuit kan pada terminal a-b kemudian hitung nilai tegangan dititik a-b tersebut (Vab = Vth). 3. Jika semua sumbernya adalah sumber bebas, maka tentukan nilai tahanan diukur pada titik a-b tersebut saat semua sumber di non aktifkan dengan cara diganti dengan tahanan dalamnya (untuk sumber tegangan bebas diganti rangkaian short circuit dan untuk sumber arus bebas diganti dengan rangkaian open circuit) (Rab = Rth). 4. Jika terdapat sumber tak bebas, maka untuk mencari nilai tahanan pengganti Theveninnya didapatkan dengan cara 5. Untuk mencari Isc pada terminal titik a-b tersebut dihubungsingkatkan dan dicari arus yang mengalir pada titik tersebut (Iab = Isc). 6. Gambarkan kembali rangkaian pengganti Theveninnya, kemudian pasangkan kembali komponen yang tadi dilepas dan hitung parameter yang ditanyakan CONTOH SOAL : 1. Tentukan nilai arus i dengan teorema Thevenin! Jawaban : Tentukan titik a-b pada R dimana parameter i yang ditanyakan, hitung tegangan dititik a-b pada saat terbuka : 12

16 Mencari Rth ketika semua sumber bebasnya tidak aktif (diganti dengan tahanan dalamnya) dilihat dari titik a-b : Rangkaian pengganti Thevenin : Sehingga : 13

17 BAB III PENUTUP 4. Kesimpulan Rangkaian seri adalah sebuah rangkaian yang terdiri dari 2 buah atau lebih Resistor yang disusun secara sejajar atau berbentuk Seri. Dengan Rangkaian Seri ini kita bisa mendapatkan nilai Resistor Pengganti yang kita inginkan. Rangkaian peralel adalah sebuah rangkaian yang terdiri dari 2 buah atau lebih Resistor yang disusun secara berderet atau berbentuk Paralel. Sama seperti dengan Rangkaian Seri, Rangkaian Paralel juga dapat digunakan untuk mendapatkan nilai hambatan pengganti. Perhitungan Rangkaian Paralel sedikit lebih rumit dari Rangkaian Seri. 14

18 DAFTAR PUSTAKA HEVENIN