PETUNJUK PRAKTIKUM RANGKAIAN LISTRIK JURUSAN S1 & D3 TEKNIK ELEKTRO

Transkripsi

1 Nama :..... NIM :.... PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK JUUSN S1 & D3 TEKNIK EEKTO BOTOIUM DS TEKNIK EEKTO SEKOH TINGGI TEKNIK-PN JKT KMPUS : Menara PN, Jl. ingkar uar Barat, Duri Kosambi, engkareng Jakarta Barat Telp ext 1306

2 PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK Oleh : I. TSDIK DMN, MT NOI GUSTI PHIYNTI, ST., MT SIGIT SUKMJTI, ST., MT TONY KOENIWN, ST., MT OKTI HNDYNI, ST., MT BOTOIUM DS TEKNIK EEKTO SEKOH TINGGI TEKNIK-PN JKT

3 Tata Tertib Praktikum angkaian istrik STT-PN 1. Datang 15 menit sebelum praktikum. 2. Pada saat praktikum memakai pakaian rapih (pakaian berkerah, bersepatu dan menggunakan jas laboratorium). 3. over tugas rumah & laporan diketik komputer (berwarna). 4. Membawa kartu praktikum. 5. Mengerjakan tugas rumah. 6. Kartu praktikum hilang, lapor ke koordinator asisten (koordas) masing-masing. 7. Membawa alat tulis, milimeterblock, penggaris dan steples. 8. Nilai tes awal < 50 tidak dapat mengikuti praktikum. 9. pabila ada alat praktikum yang rusak selama praktikum berlangsung tanggung jawab praktikan. 10. Selama praktikum tidak boleh keluar ruangan. 11. HP di silent. 12. Menjaga kebersihan dan ketertiban. pabila praktikan melanggar salah satu peraturan di atas maka asisten, koordinator asisten (koordas) dan dosen aboratorium Dasar Teknik Elektro berhak mengeluarkan praktikan. Kepala aboratorium Dasar Teknik Elektro ( Tony Koerniawan, ST., MT )

4 ontoh cover tugas rumah & laporan diketik komputer (berwarna) di kertas 4 : Tugas umah Modul 1 Hukum Ohm & Kirchoff rus & Tegangan aporan Praktikum Modul 1 Hukum Ohm & Kirchoff rus & Tegangan Nama : NIM : Kelas : Kelompok : Jurusan : Tgl Praktikum : Berawarna Nama : NIM : Kelas : Kelompok : Jurusan : Tgl Praktikum : sisten : aboratorium Dasar Teknik Elektro STT-PN Jakarta 2016 aboratorium Dasar Teknik Elektro STT-PN Jakarta 2016 ontoh embar Tugas umah dan aporan : 2 cm 2 cm Edho ditia cm Format aporan : 1. Judul 2. Tujuan 3. lat-alat dan Perlengkapan 4. Teori 5. ara Kerja 6. Data Pengamatan 7. Tugas khir 8. nalisa 9. Kesimpulan 2 cm aboratorium Dasar Teknik Elektro STT PN

5 MODU I HUKUM OHM DN KIHOFF US DN TEGNGN I. TUJUN a. Memahami secara visual teori teori dasar dalam rangkaian listrik arus searah, khususnya yang berkaitan dengan Hukum Ohm dan Hukum Kirchoff b. Mengenal lebih jauh hubungan antara tegangan dan arus dalam rangkaian listrik arus searah II. T & BHN a. Sumber tegangan (power supply) b. Multitester c. Kabel kabel penghubung d. esistor III. TEOI a. Hubungan antara arus dan tegangan Dengan rangkaian seperti gambar 1.1 dibawah ini, berlaku persamaan I Gambar 1.1 = I. (Pers 1.1) Secara matematis, persamaan di atas adalah linier, artinya dengan nilai dan yang tertentu akan didapatkan suatu nilai I yang tertentu juga. Dalam prakteknya dijumpai tahanan yang bersifat linier dan non linier, tergantung dari penggunaan dari masing masing komponen tahanan. Misalnya : Thermistor = tahanan yang nilai resistansinya tergantung pada temperature NT = Negatif Temperature oeficient PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 1

6 PT = Positif Temperature oeficient Photo esistor = tahanan yang nilai resistansinya tergantung pada cahaya Gauge Pressure esistor = tahanan yang nilai resistansinya tergantung pada tekanan / regangan mekanis Komponen semi konduktor dan gas gas lampu tabung b. Hukum Kirchoff Hukum Kirchoff untuk arus ( Hukum Kirchoff I) adalah : Jumlah arus yang masuk ke dalam suatu titik pada suatu rangkaian adalah sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik tersebut (berlaku hokum kekekalan muatan). Dari hokum ini terkandung suatu pengertian bahwa, pada suatu rangkaian (tanpa percabanagn) besarnya arus adlaah sama di mana mana, jadi : I 1 = I 2 + I 3 (Pers 1.2) I 1 I 2 Gambar 1.2 I 3 I 1 1 I 2 I 3 I 1 = I 2 + I 3 I 3 (Pers 1.3) 2 3 Gambar 1.3 Hukum Kirchoff untuk tegangan (Hukum Kirchoff II) adalah jumlah beda tegangan pada suatu rangkaian tertutup adalah sama dengan nol. 0 B B D (Pers 1.4) 1 B 2 D 3 Gambar 1.4 PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 2

7 I. DFT PUSTK Dorf. ichard, James. Svodoba, 1996, Introduction to Electric ircuits, 3rd Edition, John Wiley & Sons, Singapore. TUGS UMH 1. pa yang dimaksud dengan arus? 2. pa yang dimaksud dengan tegangan? 3. pa fungsi dari resistor pada percobaan ini? 4. Sebutkan langkah langkah dalam pembacaan sebuah resistor (4 gelang dan 5 gelang)? 5. pa bunyi hukum Ohm? I. PEOBN 6.1 Hubungkan rus dan Tegangan Gambar 1.5 a. Buat rangkaian seperti pada gambar 1.5 dengan suatu sembarang (sebut 1 ) pada breadboard b. Pada posisi tegangan sumber variable = 0, hidupkan sumber tegangan. c. Naikan tegangan secara bertahap dari 0 samapai dengan 10 olt (sepuluh tahap) dan amati besarnya arus yang mengalir pada setiap tahap kenaikan tegangan. d. Turunkan kembali tegangan sumber dan matikan. e. Ulangi percobaan a sampai dengan d diatas dengan tahanan yang berbeda ( 2 dan kemudian 3 ). f. atat nilai tahanan yang saudara gunakan berdasarkan kode warna dari masing masing tahanan. g. Buat kurva I = f() untuk masing masing tahanan dan hitung nilai tahanan yang digunakan. PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 3

8 h. Bandingkan hasil perhitungan tersebut dengan nilai tahanan yang didapat dari kode warna. 6.2 Hukum Kirchoff untuk rus Gambar 1.6 a. Buat rangkaian seperti pada gambar 1.6 b. Gunakan tegangan tetap 5 dan tahanan 1, 2 dan 3 sembarang. c. Sebelum sumber tegangan dinyalakan periksa rangkaian percobaannya sekali lagi dan pastikan selector multimeter sudah berada pada posisi yang benar (multimeter sebagai amperemeter) d. Nyalakan sumber tegangan, amati dan catat arus yang mengalir pada semua cabang ( 1, 2 dan 3 ) serta tegangan sumber. e. Matikan sumber tegangan dan catat nilai tahanan yang digunakan ( 1, 2 dan 3 ). f. Ulangi percobaan a sampai dengan e dengan konfigurasi nilai tahanan yang berbeda (gunakan 5 konfigurasi). 6.3 Hukum Kirchoff untuk Tegangan Gambar 1.7 a. Buat rangkaian seperti gambar 1.7 dibawah ini b. Gunakan tegangan tetap 5 dan tahanan 1, 2 dan 3 sembarang. PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 4

9 c. Sebelum sumber tegangan dinyalakan periksa rangkaian percobaannya sekali lagi dan pastikan selector multimeter sudah berada pada posisi yang benar (multimeter sebagai voltmeter) d. Nyalakan sumber tegangan, amati dan catat arus yang mengalir pada semua cabang ( 1, 2 dan 3 ) serta tegangan sumber. e. Matikan sumber tegangan dan catat nilai tahanan yang digunakan ( 1, 2 dan 3 ). f. Ulangi percobaan a sampai dengan e dengan konfigurasi nilai tahanan yang berbeda (gunakan 5 konfigurasi). g. Buat analisa dan kesimpulan dari hasil percobaan anda. II. DT PENGMTN 1. Hubungan rus dan Tegangan (Ω) (olt) I (m) (Ω) (olt) I (m) Hukum Kirchoff untuk rus (olt) 1 (Ω) 2 (Ω) 3 (Ω) I 1 (m) I 2 (m) I 3 (m) PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 5

10 3. Hukum Kirchoff untuk Tegangan (olt) 1 (Ω) 2 (Ω) 3 (Ω) 1 (olt) 2 (olt) 3 (olt) I (m) III. TUGS KHI DN PETNYN 1. Dari percobaan 6.1 untuk masing masing harga yang telah ditentukan, hitunglah arus yang mengalir pada rangkaian? 2. Berapakah kesalahan relative arus dari percobaan 6.1? 3. Dari percobaan 6.2 hitunglah arus yang mengalir pada masing masing harga? 4. Berapakah kesalahan relative arus dari percobaan 6.2? 5. Dari percobaan 6.3 hitunglah tegangan yang mengalir pada masing masing harga? 6. Dari percobaan 6.3 hitunglah arus total yang mengalir pada rangkaian? 7. Berapakah kesalahan relative tegangan dari percobaan 6.3? PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 6

11 MODU II NGKIN PENGGNTI I. TUJUN a. Memahami konsep rangkaian pengganti dari satu rangkaian yang terdiri dari sekumpulan tahanan seri dan pararel b. Memahami secara visual penerapan dari teori superposisi c. Memahami suatu metode analisa rangkaian yang berfungsi untuk menyederhanakan rangkaian yang kompleks / rumit menjadi rangkaian ekivalen yang sederhana yaitu dengan menggunakan teorema thevenin II. T & BHN a. Tahanan (resistor) dengan nilai yang ditentukan b. D power supply c. Multitester d. Kabel kabel penghubung III. TEOI a. angakaian Delta ( ) dan angkaian Wye (Y) B B Gambar 2.1 angkaian Delta B Gambar 2.2 angkaian Wye Tahanan yang terangkai secara delta dapat ditransformasikan ke rangkaian Wye begitu juga sebaliknya. Dari gambar 2.1 dan 2.2, transformasi dari delta ke wye diperoleh dari persamaan : a b (Pers 2.1) (Pers 2.2) PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 7

12 c Sedangkan transformasi dari Wye ke delta diperoleh dari persamaan : ( a. b ) ( a. c ) ( b. c ) ( ( a a b. b ) ( a. c ) ( b. c ) c. b ) ( a. c ) ( b. c ) a (Pers 2.3) (Pers 2.4) (Pers 2.5) (Pers 2.5) b. Teori Superposisi Prinsip dasar teori superposisi adalah pengaruh semua sumber tegangan/arus pada suatu titik / cabang dalam suatu rangkaian listrik adalah sama dengan jumlah aljabar dari pengaruh masing masing sumber tegangan / arus yang bekerja sendiri sendiri secara individu. Perhatikan gambar berikut! I 2 E 1 E 2 E 3 Gambar 2.3 Nilai I 2 = I 21 + I 22 + I 23 I 21 adalah arus yang mengalir pada 2 dan E 1 bekerja sendiri ( E 2 dan E 3 dihilangkan). I 22 adalah arus yang mengalir pada 2 dan E 2 bekerja sendiri ( E 1 dan E 3 dihilangkan). I 23 adalah arus yang mengalir pada 2 dan E 3 bekerja sendiri ( E 1 dan E 2 dihilangkan). Jadi proses tersebut bisa digambarkan sebagai berikut : PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 8

13 1 3 2 I 21 E 1 Gambar 2.4. E 2 dan E 3 tidak bekerja I 22 E 2 Gambar 2.5. E 1 dan E 3 tidak bekerja I 23 E 3 Gambar 2.6. E 1 dan E 2 tidak bekerja c. Teorema Thevenin Teorema ini menyatakan bahwa setiap rangkaian tahanan dan terminal dan sumber sumber tegangan dapat digantikan dengan suatu rangkaian sederhana yang terdiri dari satu tahanan, disebut Th ( Thevenin) dari satu sumber tagangan, disebut sebgai Th ( Thevenin). Dengan teorema ini, arus beban 1, pada rangkaian ekivalen akan sama dengan arus beban pada rangkaian aslinya. Persyaratan yan harus dipenuhi : Tegangan Th adalah tegangan yang dilihat dari terminal terminal rangkaian semula dengan l dihilangkan. PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 9

14 Tegangan Th adalah tegangan yan dilihat dari terminal terminal beban dengan sumber tegangan dihilangkan 1 2 Gambar Th 2 Th 1 2 (Pers 2.6) Gambar Th Th (Pers 2.7) Gambar 2.9 Th Th Gambar 3.0 PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 10

15 I. DFT PUSTK Dorf. ichard, James. Svodoba, 1996, Introduction to Electric ircuits, 3rd Edition, John Wiley & Sons, Singapore. TUGS UMH 1. Sebutkan dan jelaskan metode metode dalam menganalisa rangkaian listrik? (minimal 3) 2. Gambarkan rangkaian dari masing masing metode! sebutkan dan jelaskan langkah langkahnya! 3. pa yang dimaksud dengan metode pembagi tegangan? dan tuliskan penurunan rumusnya 4. pa yang dimaksud dengan metode pembagi arus? dan tuliskan penurunan rumusnya I. PEOBN 6.1 Transformasi Wye - Delta P 2 5 Gambar 3.1 Gambar 3.2 angkaian Pengganti : a. Buat rangkaian seperti gambar 3.1 (tentukan sendiri nilai 1 sampai dengan 6 dan catat nilai tahanannya masing masing) b. Beri tegangan sebesar 5 dan catat arus yang mengalir. c. Dengan metode transformasi wye delta hitung tahapan pengganti rangkaian tersebut dan pilih tahanan yang nilainya sama / mendekati hasil perhitungan. d. Buat rangkaian seperti gambar 3.2 e. Beri tegangan 5 dan catat arus yang mengalir f. Ulangi langkah a e sampai 3 konfigurasi PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 11

16 1.2 angkaian Superposisi 1 3 E 1 =12 2 E 1 =6 E 3 =9 Gambar E 1 =12 2 I 21 Gambar I 22 2 E 1 =6 Gambar I 23 E 3 =9 Gambar 3.6 a. Buat rangkaian seperti gambar 3.3 tentukan sendiri nilai 1, 2 dan 3 b. Ukur arus yang mengalir pada 2 PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 12

17 c. Hitung secara matematis arus yang seharusnya mengalir pada 2 dan bandingkan dengan b d. Buat rangkaian seperti gambar 3.4 e. Ukur arus yang mengalir pada 2 f. Ukur d dan e dengan rangkaian seperti gambar 3.5 dan 3.6 g. Jumlahkan ketiga hasil pengukuran arus pada e tersebut dan bandingkan dengan a dan c h. Ulangi percobaan a sampai dengan d dengan konfigurasi 1, 2 dan 3 yang berbeda 1.3 Teorema Thevenin Th 3 3 Gambar 3.7 Gambar 3.8 a. Buat rangkaian seperti gambar 3.7 tentukan sendiri nilai 1, 2 dan 3 ( 3 sebagai beban) b. Beri tegangan 9 olt dan catat arus yang mengalir pada 3 c. Hitung Th dan Th untuk rangkaian 3.7 di atas dan buatlah rangkaian seperti gambar 3.8 berdasarkan data yang diperoleh d. atat arus yang mengalir pada 3 e. Bandingkan hasil pengukuran b dan d f. Ulangi percobaan a sampai e untuk nilai 1, 2 dan 3 yang berbeda PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 13

18 II. DT PENGMTN 1. Transformasi Wye - Delta E (olt) 1 (Ω) 2 (Ω) 3 (Ω) 4 (Ω) 5 (Ω) 6 (Ω) I (m) E (olt) p (Ω) I (m) angkaian Superposisi E 1 (olt) E 2 (olt) E 3 (olt) 1 (Ω) 2 (Ω) 3 (Ω) I 2 (m) E 1 (olt) E 2 (olt) E 3 (olt) 1 (Ω) 2 (Ω) 3 (Ω) I 2 (m) E 1 (olt) E 2 (olt) E 3 (olt) 1 (Ω) 2 (Ω) 3 (Ω) I 2 (m) PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 14

19 3. Teorema Thevenin E 1 (olt) 1 (Ω) 2 (Ω) 3 (Ω) I 3 (m) Th (olt) Th (Ω) 3 (Ω) I 3 (m) III. TUGS DN PETNYN 1. Hitung secara matematis nilai tahanan pengganti (p) untuk pecobaan 6.1? 2. Hitung secara matematis nilai arus yang mengalir pada rangkaian percobaan 6.1? 3. Bandingkan nilai arus sesuai hasil percobaan dan nilai arus sesuai hasil perhitungan soal no 2 di atas? 4. Hitung besarnya arus I 2 yang mengalir pada rangkaian untuk percobaan 6.2? 5. Bandingkan hasil masing masing nilai I 2 yang anda peroleh dari percobaan dan hasil perhitungan no 4 di atas? 6. Berapakah nilai Th dari percobaan 6.3? 7. Berapakah nilai I Th dari percobaan 6.3? 8. Bandingkan hasil I Th dari percobaan anda dan hasil I Th dari perhitungan no 7 di atas? PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 15

20 MODU III NGKIN US BOK BIK I. TUJUN a. Mempelajari karakteristik tegangan dan arus pada sistem arus bolak balik b. Mengamati penerapan hukum Kirchoff pada sistem arus bolak balik II. T & BHN e. Tahanan (resistor) dengan nilai yang ditentukan f. D power supply g. Multitester h. Kabel kabel penghubung III. TEOI Sudut fase tegangan dan arus : Pada sistem arus searah tidak dikenal adanya perbedaan sudut fase antara arus dan tegangan. Tetapi pada arus bolak balik, arus dan tegangan mempunyai sudut fase (terhadap suatu referensi). Namun demikian, dalam diagram vektor ataupun perhitungan, adakalanya perlu disebutkan fase mana yang menjadi referensi. Bila sudut tegangan sumber dijadikan referensi, maka sudut fase arusnya tergantung dari jenis beban yang dicatu. Beban resistif murni : I I ωt Gambar 3.1 Diagram Fasor Gambar 3.2 Bentuk Gelombang Beban resistif murni membuat fase arus sama dengan fase tegangannya. PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 16

21 Beban induktif : I θ θ ωt Gambar 3.3 Diagram Fasor I Gambar 3.4 Bentuk Gelombang Beban induktif membuat fase arusnya tertinggal 90 0 terhadap fase tegangan Beban kapasitif : θ I I θ ωt Gambar 3.5 Diagram Fasor Gambar 3.6 Betuk Gelombang Beban kapasitif membuat fase arusnya mendahului 90 0 terhadap fase tegangan Hukum Kirchoff Pada Sistem rus Bolak Balik Hukum Kirchoff tetap berlaku juga pada sistem arus bolak balik, yang perlu diperhatikan adlaah penjumlahan dari komponen komponen arus / tegangan harus memperhatikan sudut fase dari masing masing komponen tersebut (tidak bias dijumlahkan secara langsung). Perhatikan ilustrasi dibawah ini : Seri esistor, Induktor dan Kapasitor Komponen resistor, induktor dan kapasitor apabila dirangkai secara seri dan dihubungkan dengan tegangan arus bolak balik dapat digambarkan sebagai berikut :, ω Gambar 3.7 PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 17

22 Besaran besaran yang dapat dihitung pada rangkaian seri adalah sebagai berikut : 1. Tegangan pada rangkaian I. I. X I. X Tegangan totalnya adalah : (Pers 3.1) Hambatan pada rangkaian : X X Z, 1 2 ( X X ) 3. Diagram fasor pada rangkaian adalah : Tang X 2 X (Pers 3.2) (Pers 3.3) (Pers 3.4) X θ θ X esonansi rangkaian atau Gambar 3.8 Gambar 3.9 Untuk nilai tegangan maksimum m tetap, maka nilai maksimum I m m Z mencapai nilai terbesar ketika impedansi z mencapai nilai terkecil, yaitu Z =. Terjadinya nilai I m terbesar (maksimum) disebut resonansi. Sehingga syarat resonansi dalam rangkaian adalah : PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 18

23 X X res 1 2 f res 1 1 f res. 2 Dimana : f res = frekuensi resonansi (Hertz) = induktan diri induktor (Henry) = kapasitansi dari kapasitor (Farad) (Pers 3.5) I. DFT PUSTK Dorf. ichard, James. Svodoba, 1996, Introduction to Electric ircuits, 3rd Edition, John Wiley & Sons, Singapore. TUGS UMH 1. pa yang dimaksud dengan sudut fase? 2. pa yang anda ketahui tentang arus searah dan bagaimana bentuk gelombangnya? 3. pa yang anda ketahui tentang arus bolak balik dan bagaimana bentuk gelombangnya? 4. Sebutkan perbedaan antara rangkaian arus bolak balik dan rangkaian arus searah? 5. pa yang dimaksud dengan impedansi? PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 19

24 I. PEOBN 6.1 Karakteristik rus dan Tegangan rus Bolak Balik Pada Komponen, dan B S Gambar 3.10 B S Gambar 3.11 B S Gambar 3.12 a. Buat rangkaian seperti gambar 3.10 b. tur tegangan sumber S sampai bernilai 2 olt rms c. Tampilkan bentuk gelombang tegangan S pada kanal 1 dengan menghubungkan oscilloscope pada titik d. Tampilkan bentuk gelombang arus pada kanal 2, dengan cara menghubungkan probe pada titik B, kemudian bentuk gelombang tegangan r dengan menghubungkan probe pada titik B e. atat penunjukan mperemeter dan oltmeter, serta gambar bentuk bentuk gelombang pada point c dan d di atas f. Ulangi point a sampai dengan e dengan rangkaian 3.11 dan 3.12 (tentukan sendiri nilai komponen yang digunakan sebagai beban) PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 20

25 6.2 Karakteristik rus dan Tegangan rus Bolak Balik Pada Beban / Impedansi B S Gambar 3.13 a. Buat rangkaian seperti gambar 3.13 di atas. Tentukan sendiri nilai, dan yang digunakan. Hitung nilai impedansinya b. tur tegangan sumber S sampai bernilai 2 rms, catat besar tegangan, dan c. Tampilkan bentuk gelombang S pada kanal 1, kemudian tampilkan pada kanal 2 gelombang teganagn, dan d. Dari masing masing bentuk gelombang tersebut tentukan sudut fasenya, dan gambarkan bentuk gelombangnya e. Gambar diagram vektor tegangan dan ambil kesimpulan apakah beban tersebut lead atau lag f. Ulangi percobaan diatas dengan konfigurasi, dan yang berbeda ( 3 konfigurasi) 6.3 Hukum Kirchoff Untuk rus S Gambar 3.14 a. Buat rangkaian seperti gambar 3.14 di atas b. tur tegangan sumber sampai bernilai 2 olt dan amati arus pada masing masing cabang PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 21

26 c. Tampilkan bentuk gelombang S pad akanal 1, bentuk bentuk gelombang arus dan kemudian bentuk bentuk gelombang tegnagn pada masing masing cabang pada kanal 2 secara bergantian dan gambarkan dalam satu koordinat d. Tentukan sudut fase dari gelombang arus di atas dan gambarkan diagram vektornya (vektor S sebagai referensi) II. DT PENGMTN 1. Karakteristik rus dan Tegangan rus Bolak Balik Pada Komponen, dan Gambar 3.10 (olt) (Ω) (mh) I (m) 2 Beda Fasa S - S - Gambar bentuk gelombangnya Gambar 3.11 (olt) (Ω) (µf) I (m) 2 Beda Fasa S - S Gambar bentuk gelombangnya PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 22

27 Gambar 3.12 (olt) (Ω) (mh) (µf) I (m) 2 Beda Fasa S - S - S Gambar bentuk gelombangnya 2. Karakteristik rus dan Tegangan rus Bolak Balik Pada Beban / Impedansi (olt) (Ω) (mh) (µf) I (m) (olt) (olt) (olt) 2 Beda Fasa S - S - S Gambar bentuk gelombangnya 3. Hukum Kirchoff Untuk rus (olt) (Ω) (mh) (µf) I (m) I (m) I (m) I (m) 2 Beda Fasa S - S - S Gambar bentuk gelombangnya PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 23

28 III TUGS DN PETNYN 1. Hitung beda fasa antara S dan pada percobaan 5.1, S dengan I dan r dengan I secara grafis (dengan melalui bentuk gelombang oscilloscope), serta bandingkan dengan hasil perhitungan secara matematis dengan menggunakan nilai komponen yang anda gunakan 2. Gambarkan diagram vektor dari percobaan Dari masing masing bentuk gelombang pada percobaan 5.2, tentukan sudut fasenya serta gambar bentuk gelombangnya 4. Gambar diagram vektor tegangan pada percobaan 5.2 dan tentukan apakah beban tersebut lead atau lag 5. Tentukan sudut fase dari gelombang arus pad apercobaan 5.3 dan gambarkan diagram vektornya (vektor S sebagai referensi) PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 24

29 I. TUJUN MODU I NGKIN TNSIENT a. Memahami pengertian konstanta waktu secara visual b. Mencari konstanta waktu dari rangkaian dan yang dicatu dengan sumber daya arus searah II. T & BHN a. Sumber tegangan b. Multitester c. Induktor d. Kapasitor e. Kabel penghubung f. Stopwatch III. TEOI 3.1 angkaian Secara umum, kondisi peralihan transient adalah kondisi pada saat suatu system sedang beralih dari kondisi mantap yang satu ke keadaan mantap lainnya (misalnya dari kondisi tanpa tegangan menjadi bertegangan). Kondisi peralihan pada rangkaian terjadi pada saat pengisian ataupun pelepasan muatan pada / dari kapasitor. Kecepatan pengisian / pelepasan muatan tersebut tergantung dari kapasitor, besar perlawanan / tahanan rangkaian serta tegangan pengisi / tegangan kapasitor. Beberapa kondisi yang bisa terjadi pada rangkaian adalah sebagai berikut ; PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 25

30 S S S E + - E + - E Gambar 4.1 Saklar S sudah lama terbuka Kondisi peralihannya sebagai berikut : Gambar 4.2 Saklar S baru saja tertutup t = 0 i = E/ = 0 Gambar 4.3 Saklar S sudah lama tertutup t = >> i = 0 = E Pada saat t = 0, saklar ditutup dan arus mulai mengalir. Besar aliran arus merupakan fungsi dari waktu, nilai tahanan dan kapasitansi. Besar tegangan pada kapasitor terhadap waktu mengikuti persamaan : c E(1 e t / ) (Pers 4.1) Bentuk gelombangnya : E K t k Gambar 4.4 t Dimana K = besar tegangan kapasitor pada konstanta waktu = ± 0,8 E t K = konstanta waktu Sedangkan besarnya arus pengisian yang mengalir adalah : I e t / (Pers 4.2) Bila besar E diketahui, konstanta waktu yang diperlukan dapat dihitung dan nilai dapat ditentukan. dakalanya kondisi suatu rangkaian adalah sebagai berikut : PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 26

31 1 S 1 S 1 S E E E Gambar 4.5 Saklar S sudah lama pada posisi 1 i = 0 = E Gambar 4.6 Saklar S baru sesaat dipindahkan dari posisi 1 ke posisi 2 Kondisi peralihan yang terjadi adalah sebagai berikut : Gambar 4.7 Saklar S sudah lama pada posisi 2 = E i = 0 Sesaat setelah saklar dipindahkan dari posisi 1 k e posisi 2, terjadi aliran arus / pelepasan muatan kapasitor melalui rangkaian tertutup dengan melewati pelawan / tahanan. tegangan kapasitor turun secara eksponensial dengan kecepatan penurunan yang merupakan fungsi dari waktu, nilai dan. Besar tegangan kapasitor mengikuti persamaan : (0) e t / (Pers 4.3) Sedangkan arus pelepasan muatan kapasitor kurang lebih sama dengan arus pengisiannya. Bentuk gelombang tegangan kapasitor sesuai persamaan di atas adalah : I ( 0) t / e E (Pers 4.4) Gambar 4.8 t 3.2 angkaian Baik kapasitor maupun induktor, kedua duanya mempunyai kemampuan untuk menyimpan energy. Pada kapasitor, energy disimpan dalam bentuk akumulasi muatan listrik. Sedangkan ada induktor, energy disimpan dalam bentuk medan magnet. Pada saat suatu rangkaian beralih dari kondisi mantap satu ke kondisi lainnya, terjadi proses peralihan. Kondisi peralihan yang terjadi akan mirip dengan PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 27

32 peralihan pada rangkaian (gambar 4.1, 4.2, 4.3 dan gambar 4.5, 4.6, 4.7), hanya saja kalau pada rangkaian yang menjadi titik perhatian adalah perubahan tegangan pada kapasitor, sedangkan pada rangkaian adalah aliran arusnya. Kondisi peralihan pada rangkaian mengikuti persamaan : I E (1 e ( / ) t ) Yang berlaku untuk gambar 4.9, dan I E e ( / ) t Yang berlaku untuk gambar 4.10 (Pers 4.5) (Pers 4.6) 1 S 1 S E E Gambar 4.9 Pada saat t = 0, saklar S ditutup ke posisi 1 Gambar 4.10 Pada saat t = 0, saklar S dipindah posisinya (dari 1 ke 2) Pada gambar 4.9, arus tidak bisa secara langsung mengikuti hokum Ohm karena adanya perlawanan dari induktor (berupa tegangan induksi sebesar di ) dt Pada gambar 4.10, energy electromagnet yang tersimpan pada induktor dapat diubah kembali menjadi energy listrik, sehingga terjadi aliran arus. I DFT PUSTK Dorf. ichard, James. Svodoba, 1996, Introduction to Electric ircuits, 3rd Edition, John Wiley & Sons, Singapore TUGS UMH 1. pa yang dimaksud dengan rangkaian transient? 2. Jelaskan cara kerja kapasitor dan induktor pad arangkaian transient dan sertakan gambarnya? 3. Sebutkan fungsi kapasitor dan induktor pada rangkaian transient? 4. Berikan 2 contoh rangkaian transient? PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 28

33 I. PEOBN 6.1 angkaian S S E E Gambar 4.11 Gambar Mengukur Total Waktu Pengisian a. Buat rangkaian seperti pada gambar 4.11 b. Pilih nilai dan yang besar misalkan ( = 100 KΩ, =100 βf) c. Pastikan besar tegangan sumber (ukur dengan voltmeter), kemudian siapkan alat ukur (stopwatch) d. Pada t 0, masukan saklar s dan catat waktu yang diperlukan sampai bernilai sama dengan tegangan sumber Membuat Kurva Pengisian Muatan a. Ulangi prosedur percobaan a dan c b. Pada saat t = 0, masukan saklar s dan perhatikan jalannya jarum stopwatch c. Pada nilai t 1 (misalkan 0,5 detik) matikan saklar d. Ukur tegangan kemudian buang muatan e. Ulangi prosedur b, c dan d untuk waktu yang berbeda (1, 1.5, 2 dst) sampai t = total waktu pengisian yang didapatkan dari percobaan f. Ulangi prosedur dan untuk nilai yang berbeda (total 3 nilai) Mengukur Waktu Pelepasan Muatan a. Buatlah rangkaian seperti gambar b. Masukan saklar S pada posisi 1 dan tunggu beberapa saata sampai = c. Pada t = 0 pindah ke posisi 2 dan amati waktu yang diperlukan sampai benar benar bernilai = 0 olt d. Ulangi a dan b. untuk nilai yang berbeda (total 3 nilai) PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 29

34 6.2 angkaian S S Gambar 4.13 Gambar Mengukur Waktu Kondisi Mantap Pengijeksian Tegangan a. Buat rangkaian seperti gambar b. Pilih nilai yang kecil (sekitar (100 Ω) c. Pada t =0, masukan saklar s dan amati waktu yang diperlukan sampai arus menjadi stabil (tidak mengalami kenaikan lagi) d. Ulangi percobaan a dan b untuk nilai yang berbeda (3 nilai) Mengukur Waktu Kondisi Mantap Pelepasan Tegangan a. Buat rangkaian seperti gambar b. Pilih nilai yang kecil (sekitar (100 Ω) c. Masukan saklar S pad aposisi 1 dan tunggu beberapa saat sampai arus tidak mengalami kenaikan lagi d. Pada t = 0, pindah S ke posisi 2 dan amati waktu yang diperlukan sampai arus benar benar menjadi 0 e. Ulangi prosedur a, c dan d untuk nilai yang berbeda (3 nilai) PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 30

35 II. DT PENGMTN 1. angkaian a. Total Waktu Pengisian (Ω) (μf) t (detik) E b. Kurva Pengisian dan Pelepasan Muatan Pengisian Pelepasan (Ω) (μf) t (detik) t (detik) E 2. angkaian Total Waktu Pengisian Tegangan Pengisian Pelepasan (Ω) (mh) t (detik) t (detik) E PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 31

36 III. TUGS & PETNYN 1. Turunkan persamaan persamaan kondisi transient, baik untuk tegangan dan arusnya (untuk rangkaian dan rangkaian ) 2. Dari data pengamatan waktu dan tegangan yang saudara peroleh dari percobaan 6.1, buatlah gelombang tegangan pengisian dan pelepasan muatan kapasitor. Secara grafis tentukan konstanta waktu masing masing rangkaian 3. Hitung konstanta waktu dari masing masing rangkaian di atas secara matematis dan bandingkan dengan hasil soal no 2 4. Secara matematis, hitung waktu kondisi stabil yang diperlukan oleh rangkaian pada percobaan Bandingkan hasil no 4 dengan hasil percobaan PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 32

37 I. TUJUN MODU NGKIN ESONNSI a. Mengamati pengauh frekuensi sumber daya arus bolak balik terhadap nilai resistansi dan reaktansi (induktif & kapasitif) rangkaian, dan b. Mencari frekuensi resonansi pada peristiwa resonansi arus dan tegangan II. T & BHN a. Sumber tegangan arus bolak balik b. Fungtion Generator c. Multitester d. esistor e. Induktor f. Kapasitor g. Kabel penghubung III. TEOI 3.1 Pengaruh Sistem rus Bolak Balik Terhadap esistor Nilai resistansi dari suatu resistor/tahanan sangat terpengaruh oleh temperature. Di samping itu, nilai resistansi juga dipengaruhi oleh frekuensi sumber. Semakin tinggi frekuensi arus yang mengalir pada suatu media tidak tersebar di seluruh penampang melainkan semakin dekat dengan permukaan/kulit media penghantar. Kerapatan arus akan semakin besar. Dengan demikian, luas penampang yang dilintasi arus akan semakin sempit. PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 33

38 f Gambar 5.1 Kerapatan rus Pada Suatu Penghantar Sebagai akibatnya, sesuai persamaan : l (Pers 5.1) Dimana adalah nilai resistansi, ρ adalah tahanan jenis dan adalah luas penampang. Maka nilai resistansi akan naik sesuai dengan frekuensi sumber (karena mengecilnya nilai ). Efek ini dikenal dengan sebutan efek kulit (skin effect) Terhadap Induktor Pada sistem arus searah (kondisi mantap), induktor tidak memberikan pengaruh apapun selain adanya resistansi dari lilitan kawatnya (yang kadang-kadang sering diabaikan karena nilainya yang kecil). Namun pada sistem arus bolak balik, terdapat perlawanan lain yang disebut dengan induktif (X ). X 2 f (Pers 5.2) Dimana X adalah resistansi induktif (Ω), f adalah frekuensi (Hz) dan adalah induktansi (Henry). Nilai resistansi berubah ubah tergantung dari frekuensi sumber. Bila Z adalahimpedansi, maka pada sistem arus bolak balik induktor akan memberikan impedansi sebesar : Z jx (Pers 5.3) Dimana X adalah resistansi induktif murni (selanjutnya disebut reaktansi saja) dan adalah nilai resistansi murni murni dari induktor. Selanjutnya : Z 2 X (Pers 5.4) Pada gambar 5.2 terlihat bahwa rangkaian induktor yang sesungguhnya bias digantikan dengan rangkaian yang mengandung resistor dan induktor murni (gambar 5.3). PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 34

39 I S murni S I Gambar 5.2 angkaian Semula Gambar 5.3 angkaian Ideal Dari gambar 5.3, dapat dituliskan persamaan tegangannya : s I I X I Z Diagram vektor ditunjukan pada gambar 5.4 di bawah (Pers 5.5) S Terhadap Kapasitansi Φ Gambar 5.4 Diagram ektor angkaian Induktif Pada sistem arus searah (kondisi mantap), aliran arus ditahan oleh kapasitor, sedangkan pada sistem arus bolak balik arus dihantarkan dengan suatu perlawanan (disebut dengan reaktansi kapasitif). X 1 2 f (Pers 5.6) Dari persamaan diatas dapat dilihat bahwa semakin tinggi frekuensi sumber, nilai X akan semakin kecil.dengan demikian, pada rangkaian listrikyang bekerja dengan frekuensi tinggi harus memperhatikan masalah kapasitansi liar yang mungkin muncul akibat dari jalur konduktor yang sejajajr dan berdekatan. endahnya reaktansi kapasitif mengakibatkan seolah olah rangkaian menjadi terhubung singkat. PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 35

40 3.2 Frekuensi esonansi Kita sudah mempelajari bahwa nilai reaktansi berubah terhadap perubahan frekuensi. Pada rangkaian yang mengandung induktor dan kapasitor (baik seri maupun pararel) dapat terjadi suatu kondisi dimana nilai X = X yang disebut dengan resoanansi esonansi Tegangan (esonansi Seri) Pada rangkaian seri dapat terjadi resonansi yang disebut resonansi tegangan. S S Gambar 5.5 angkaian Seri Diagram vektor dari gambar 5.5 dapat digambarkan sebagai berikut : X X I - X - X I Gambar 5.6 Gambar 5.7 Gambar 5.8 Gambar 5.8 menunjukan diagram vektor tegangan pada saat terjadi resonansi. Dari persamaan impedansi : Z 2 ( X X ) 2 (Pers 5.7) Maka dengan X = X, nilai impedansi pada saat resonansi hanya ditentukan oleh nilai perlawanan / resistansi induktor saja. Nilai absolut tegangan jatuh pada X dan X masing masing akan melebihi nilai tegangan sumber dan arus akan mencapai maksimum. Secara matematis, frekuensi resonansi ditentukan oleh persamaan; f 0 1 (Pers 5.8) 2 PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 36

41 3.2.2 esonansi rus (esonansi Pararel) esonansi arus dapat terjadi pada rangkaian pararel : S S Gambar 5.9 Kondisi yang berlaku pada resonansi arus sama dengan tegangan yaitu: X X dan f (Pers 5.9) Yang berbeda adalah akibatnya. Pada resonansi arus impedansi rangkaian menjadi besar sekali sehingga arus rangkaian mencapai nilai minimum, walaupun demikian, arus pada cabang bernilai besar dengan I = I namun berlawanan fase. Diagram vektornya ditunjukan di bawah ini. X I X Gambar 5.10 Diagram Tegangan Induktor I I I X I Gambar 5.11 Diagram rus I Gambar 5.12 Kondisi esonansi Ideal I DFT PUSTK Dorf. ichard, James. Svodoba, 1996, Introduction to Electric ircuits, 3rd Edition, John Wiley & Sons, Singapore TUGS UMH 1. pa syarat terjadinya rangkaian resonansi dan jelaskan? 2. pa pengaruhnya bila frekuensi dinaikan dan diturunkan pada, dan? 3. Tuliskan turunan rumus frekuensi resonansi dari rangkaian berikut ini, dan cari nilai Z? PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 37

42 4. Tuliskan turunan rumus frekuensi resonansi dari rangkaian berikut ini, dan cari nilai Z? I. PEOBN 6.1 Pengaruh Frekuensi Terhadap esistansi S Gambar 5.13 a. Buatlah rangkaian seperti pada gambar pilihlah sendiri besarnya nilai tahanan yang akan anda gunakan, ukur terlebih dahulu nilai resistansinya dengan mulitester serta catat kode warnanya. b. tur sumber tegangan arus bolak balik sampai mencapai 3 olt dan selama percobaan berlangsung harus selalu dipertahankan tetap. c. tur frekuensi sumber 50 Hz, 100 Hz, 2 KHz kemudian 4 KHz. mati dan catat besar arus dan tegangan pada setiap kedudukan frekuensi tersebut. d. Ulang percobaan a sampai dengan c dengan nilai yang berebeda ( 2, 3, dan 4 ) PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 38

43 6.1.2 Terhadap eaktansi Induktif a. Buat rangkaian seperti pada gambar komponen diganti dengan (1mH) b. Ukur tahanan induktor tersebut dengan multitester dan catat hasilnya. c. tur frekuensi sumber pada nilai 50 Hz dan naikan sumber tegangan perlahanlahan sampai arus mencapai 25 m. atat nilai tegangan pada kondisi ini. d. Naikan frekuensi menjadi 500 Hz, kemudian 5KHz dan 10 KHz. Selama perubahan frekuensi tersebut berlangsung, besar tegangan sumber dipertahankan tetap. atat besar arus yang mengalir (perhatikan batas skala arus dan kemampuan arus maksimum indukor). e. Ulangi percobaan a sampai d dengan nilai induktansi yang berbeda (pararelkan induktor yang sudah terpasang dengan 1 buah induktor yang sejenis) Terhadap eaktansi Kapasitif a. Buat rangkaian percobaan seperti gambar 5.13, komponen diganti dengan kapasitor non polar (tentukan sendiri nilainya) b. tur frekuensi sumber pada nilai 50 Hz dan naikan sumber tegangan perlahanlahan sampai arus mencapai 25 m. atat nilai tegangan pada kondisi ini. c. Naikan frekuensi menjadi 500 Hz, kemudian 5KHz dan 10 KHz. Selama perubahan frekuensi tersebut berlangsung, besar tegangan sumber dipertahankan tetap. atat besar arus yang mengalir (perhatikan batas skala maksimum amperemeter). d. Ulangi percobaan a sampai dengan c dengan kapasitor yang berbeda (3 buah kapasitor) 6.2 angkaian esonansi Tegangan S Gambar 5.14 PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 39

44 a. Buat rangkaian seperti gambar Tentukan sendiri nilai kapasitornya, sedangkan induktornya adalah 1 mh/100 m. b. tur tegangan sumbersebesar 3 olt, kemudian carilah frekuensi resonansi dari rangkaian tersebut dengan cara merubah frekuensi sumber. atat frekuensi resonansinya, arus yang mengalir, serta tegangan pada dan. perhatikan arus maksimal. c. Ubah kedudukan frekuensi beberapa nilai di atas dan di bawah frekuensi resonansi (masing masing 10 nilai) secara bertahap. Pada setiap kedudukan frekuensi catat besar arus yang mengalir serta tegangan pada kapasitor dan induktor. Ingat, selama perubahan frekuensi dilakukan tegangan sumber harus dijaga tetap. 6.3 angkaian esonansi rus S Gambar 5.15 a. Buat rangkaian seperti gambar gunakan kapasitor dan induktor yang sama dengan yang digunakan pada percobaan 5.2. b. tur tegangan sumbersebesar 3 olt, kemudian carilah frekuensi resonansi dari rangkaian tersebut dengan cara merubah frekuensi sumber. atat frekuensi resonansinya, arus total, arus cabang yang mengalir pada saat resonansi terjadi. Perhatikan kapasitas arus maksimum induktor. c. Ubah kedudukan frekuensi beberapa nilai di atas dan di bawah frekuensi resonansi (masing masing 10 nilai) secara bertahap. Pada setiap kedudukan frekuensi catat besar arus yang mengalir serta tegangan pada kapasitor dan induktor. Ingat, selama perubahan frekuensi dilakukan tegangan sumber harus dijaga tetap. PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 40

45 II. DT PENGMTN 1. Pengaruh Frekuensi Terhadap S 3 f (Hz) = 470 Ω = 1 KΩ = 2.2 KΩ I (m) I (m) I (m) Terhadap S 3 f (Hz) = 2.5 mh = 1.25 mh I (m) I (m) atatan : Induktor dipararel Terhadap S 3 f (Hz) = 8 µf = 10 µf = 47 µf I (m) I (m) I (m) PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 41

46 2. esonansi Tegangan S (Ω) (mh) F (Hz) I (m) esonansi rus S (Ω) (mh) F (Hz) I (m) PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 42

47 III. TUGS & PETNYN 1. Hitung nilai dari percobaan Pengaruh frekuensi terhadap resistansi dengan menggunakan hukum Ohm dan bandingkan dengan nilai yag diperoleh dari pengukuran langsung ataupun dari kode warnanya. Jika terjadi perbedaan berikan alasannya? 2. Hitung besar reaktansi induktif dari percobaan pada masing masing frekuensi 3. Buat kurva reaktansi dari percobaan sebagai fungsi dari frekuensi 4. Hitung besar reaktansi kapasitif dari percobaan pada masing masing frekuensi 5. Buat kurva reaktansi dari percobaan sebagai fungsi dari frekuensi 6. Hitung frekuensi resonansi dari percobaan 6.2 secara matematis. Bandingkan dengan hasil data pengamatan anda! 7. Hitung impedansi rangkaian dari percobaan 6.2 pada masing masing frekuensi (dengan menggunakan hukum Ohm). Buat kurva impedansi vs arus! 8. Hitung impedansi rangkaian dari percobaab 6.2 secara matematis berdasarkan nilai nilai kapasitor, induktor dan frekuensi. Buat kurva impedansi vs arus! 9. Bandingkan jawaban no 7 dan no 8, beri penjelasan! PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 43

48 10. Hitung frekuensi resonansi dari percobaan 6.3 secara matematis. Bandingkan dengan hasil data pengamatan anda! 11. Hitung impedansi rangkaian dari percobaan 6.3 pada masing masing frekuensi (dengan menggunakan hukum Ohm). Buat kurva impedansi vs arus! 12. Hitung impedansi rangkaian dari percobaab 6.3 secara matematis berdasarkan nilai nilai kapasitor, induktor dan frekuensi. Buat kurva impedansi vs arus! 13. Bandingkan jawaban no 11 dan no 12, beri penjelasan! 14. Hitung lebar kanal (band width) dari rangkaian dalam percobaan anda (baik rangkaian seri maupun pararel) 15. Bagaimana sifat impedansi rangkaian seri di bawah frekuensi resonansi dan bagaimana jika di atas frekuensi resonansi? PETUNJUK PKTIKUM NGKIN ISTIK 44