Penerapan Teorema Mesh dalam Penyederhanaan Arus Bolak Balik serta Penyelesaian Matriks (Minor, Kofaktordan Determinan)

dokumen-dokumen yang mirip
Banyaknya baris dan kolom suatu matriks menentukan ukuran dari matriks tersebut, disebut ordo matriks

Untai Elektrik I. Metode Analisis. Dr. Iwan Setyawan. Fakultas Teknik Universitas Kristen Satya Wacana. Untai 1. I. Setyawan. Metode Arus Cabang

Part III DETERMINAN. Oleh: Yeni Susanti

RANGKAIAN LISTRIK. Kuliah 4 ( Analisa Arus Cabang dan Simpul DC )

Aljabar Linier Elementer. Kuliah 7

DETERMINAN. Determinan matriks hanya didefinisikan pada matriks bujursangkar (matriks kuadrat). Notasi determinan matriks A: Jika diketahui matriks A:

MUH1G3/ MATRIKS DAN RUANG VEKTOR

Matematika Teknik DETERMINAN

SATUAN ACARA PERKULIAHAN

MATRIKS. Slide : Tri Harsono PENS - ITS. 1 Politeknik Elektronika Negeri Surabaya (PENS) - ITS

Trihastuti Agustinah

Pengantar Rangkaian Listrik. Dedi Nurcipto, MT.

METODE MATRIKS (MATRIKS) Mekanika Rekayasa IV. Norma Puspita, ST. MT. a 11 a 12 a 13 a 1n a 21 a 22 a 23 a 2n

BAB II DETERMINAN DAN INVERS MATRIKS

BAB III HUKUM HUKUM RANGKAIAN

MATRIKS. a A mxn = 21 a 22 a 2n a m1 a m2 a mn a ij disebut elemen dari A yang terletak pada baris i dan kolom j.

8 MATRIKS DAN DETERMINAN

MATRIK dan RUANG VEKTOR

BAB 1. RANGKAIAN LISTRIK

Penyelesaian SPL dalam Rangkaian Listrik

Bab 4. Metoda Analisis Rangkaian. oleh : M. Ramdhani

a 2 e. 7 p 7 q 7 r 7 3. a. 8p 3 c. (2 14 m 3 n 2 ) e. a 10 b c a. Uji Kompetensi a. a c. x 3. a. 29 c. 2

Matriks - Definisi. Sebuah matriks yang memiliki m baris dan n kolom disebut matriks m n. Sebagai contoh: Adalah sebuah matriks 2 3.

MODUL 1 PENDAHULUAN, FENOMENA TRANSIEN & FUNGSI PEMAKSA TANGGA SATUAN

SMP kelas 9 - FISIKA BAB 2. RANGKAIAN LISTRIK DAN SUMBER ENERGI LISTRIKLatihan Soal 2.5

SATUAN ACARA PERKULIAHAN MATA KULIAH TEKNIK RANGKAIAN LISTRIK I KODE / SKS :

RANGKAIAN SERI-PARALEL

ALJABAR LINIER DAN MATRIKS

(Departemen Matematika FMIPA-IPB) Matriks Bogor, / 66

6- Operasi Matriks. MEKANIKA REKAYASA III MK Unnar-Dody Brahmantyo 1

RENCANA PROGRAM KEGIATAN PERKULIAHAN SEMESTER (RPKPS)

KOMPONEN-KOMPONEN ELEKTRONIKA

MODUL PRAKTIKUM RANGKAIAN LISTRIK

PERCOBAAN ELEKTRONIKA DASAR I

BAB II ELEMEN RANGKAIAN LISTRIK

METODE ANALISIS JARINGAN

MATRIKS. Matematika. FTP UB Mas ud Effendi. Matematika

Pertemuan 4 Aljabar Linear & Matriks

Matriks adalah susunan segi empat siku-siku dari objek yang diatur berdasarkan baris (row) dan kolom (column). Objek-objek dalam susunan tersebut

SATUAN ACARA PERKULIAHAN

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Matriks Jawab:

MATRIKS Matematika Industri I

BAB 2 LANDASAN TEORI

PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR I (E3)

Pertemuan 8 Aljabar Linear & Matriks

BAB 1. RANGKAIAN LISTRIK

Hukum Tegangan dan Arus Listrik

FASOR DAN impedansi pada ELEMEN-elemen DASAR RANGKAIAN LISTRIK

Operasi Pada Matriks a. Penjumlahan pada Matriks ( berlaku untuk matriks matriks yang berukuran sama ). Jika A = a ij. maka matriks A = ( a ij)

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA FMIPA UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Model Matematik Sistem Elektrik

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

BAB I TEORI RANGKAIAN LISTRIK DASAR

BAB I PENDAHULUAN. 3) Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan invers matriks. 4) Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan determinan matriks

RANGKAIAN ARUS SEARAH (DC)

09. Pengukuran Besaran Listrik JEMBATAN ARUS BOLAK BALIK

BAB 2 LANDASAN TEORI. yang dibicarakan yang akan digunakan pada bab selanjutnya. Bentuk umum dari matriks bujur sangkar adalah sebagai berikut:

RANGKAIAN AC SERI DAN PARALEL

ANALISIS RANGKAIAN RLC ARUS BOLAK-BALIK

BAB I MATRIKS DEFINISI : NOTASI MATRIKS :

sumber arus listrik Gustav Kirchhoff ( ) mengemukakan dua aturan (hukum) yang dapat

MODUL PRAKTIKUM RANGKAIAN LISTRIK

Modul Praktikum. Aljabar Linier. Disusun oleh: Machudor Yusman IR., M.Kom. Ucapan Terimakasih:

K13 Revisi Antiremed Kelas 12 Fisika

MODUL FISIKA. TEGANGAN DAN ARUS BOLAK-BALIK (AC) DISUSUN OLEH : NENIH, S.Pd SMA ISLAM PB. SOEDIRMAN

Definisi : det(a) Permutasi himpunan integer {1, 2, 3,, n}:

Pengantar Rangkaian Listrik

Operasi Eliminasi Gauss. Eliminasi Gauss adalah suatu cara mengoperasikan nilai-nilai di dalam

BAB II KAJIAN PUSTAKA. operasi matriks, determinan dan invers matriks), aljabar max-plus, matriks atas

MATRIKS Matematika Industri I

BAB 2 : DETERMINAN. 2. Tentukan banyaknya permutasi dari himpunan bilangan bulat {1, 2, 3, 4}

Applikasi Bil. Komplek pada Teknik Elektro

KATA PENGANTAR. Bandung, Februari Penyusun. Janulis P.Purba. iii

3 Langkah Determinan Matriks 3x3 Metode OBE

Lampiran 1 Pembuktian Teorema 2.3

SOAL DAN PEMBAHASAN ARUS BOLAK BALIK

Esti Puspitaningrum, S.T., M.Eng.

MATRIKS. Perhatikan tabel yang memuat data jumlah siswa di suatu sekolah Tabel Jumlah Siswa Kelas Laki-laki Wanita

MATRIKS Nuryanto, ST., MT.

MENGGUNAKAN HASIL PENGUKURAN MELAKUKAN PENGUKURAN BESARAN LISTRIK

LEMBAR TUGAS MAHASISWA ( LTM )

Aljabar Linear. & Matriks. Evangs Mailoa. Pert. 5

Antiremed Kelas 12 Fisika

SILABUS MATAKULIAH. Indikator Pokok Bahasan/Materi Aktivitas Pembelajaran

Perkuliahan Fisika Dasar II FI-331. Oleh Endi Suhendi 1

& & # = atau )!"* ( & ( ( (&

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

MATEMATIKA. Sesi MATRIKS A. DEFINISI MATRIKS B. UKURAN ATAU ORDO SUATU MATRIKS

Rangkaian Seri Perhatikan rangkaian hambatan seri pada Gambar 6. Gambar 6

GAYA GERAK LISTRIK KELOMPOK 5

PENERAPAN KONSEP SPL DAN MATRIKS DALAM MENENTUKAN TEGANGAN DAN ARUS LISTRIK PADA TIAP-TIAP RESISTOR

KELISTRIKAN INDUSTRI, oleh Irwan Iftadi Hak Cipta 2015 pada penulis

MODUL ALJABAR LINEAR 1 Disusun oleh, ASTRI FITRIA NUR ANI

SILABUS. Konsep rangkaian listrik yang diaplikasikan untuk memecahkan masalahmasalah

MATRIKS. 2. Matriks Kolom Matriks kolom adalah matriks yang hanya mempunyai satu kolom. 2 3 Contoh: A 4 x 1 =

TINJAUAN PUSTAKA. Pada bagian ini akan diberikan konsep dasar graf dan bilangan kromatik lokasi pada

MEMPELAJARI KOMPONEN DALAM RANGKAIAN LISTRIK SERTA MEMBANDINGKAN NILAI ARUS SECARA TEORITIS DAN INSTRUMENTAL

BAB II LANDASAN TEORI. yang biasanya dinyatakan dalam bentuk sebagai berikut: =

Tegangan Gerak Listrik dan Kaidah Kirchhoff

Transkripsi:

RESUME RANGKAIAN LISTRIK II Penerapan Teorema Mesh dalam Penyederhanaan Arus Bolak Balik serta Penyelesaian Matriks (Minor, Kofaktordan Determinan) Tujuan 1. Mahasiswa dapat menyederhanakan rangkaian dengan menggunakan analisis Mesh. 2. Mahasiswa dapat mengaplikasikan penggunaan teorema Mesh dalam menyelesaikan soal rangkaian listrik. 3. Mahasiswa dapat memahami pengertian Minor dan Kofaktor serta dapat menerapkannya dalam mencari Determinan. 4. Mahasiswa dapat menggunakan perhitungan matriks dengan baik.

I. PENDAHULUAN Suatu rangkaian yang terhubung secara seri maupun paralel yang telah kita pelajari sebelumnya merupakan contoh rangkaian yang sederhana. Pada rangkaian sederhana yang mengkombinasikan tahanan-tahanan atau sumber-sumber yang seri atau paralel dapat kita analisis dengan menggunakan prinsip pembagian arus dan tegangan sesuai hukum yang telah dipelajari yaitu Hukum Ohm dan Hukum Kirchoff. Rangkaian-rangkaian sederhana tersebut merupakan suatu latihan pemahaman dalam pemecahan masalah untuk menolong kita memahami hukum-hukum dasar yang selanjutnya akan kita gunakan dalam rangkaian-rangkaian yang lebih sukar atau lebih kompleks. Dalam menyederhanakan analisis pada rangkaian yang lebih sukar diperlukan suatu metode analisis yang lebih cocok dan mudah. Metode mesh dapat pula digunakan untuk menyederhanakan rangkaian dalam arus bolak-balik

II. TEOREMA MESH Pada Rangkaian Listrik I kita telah mempelajari cara menyederhanakan rangkaian dalam arus DC (searah) dengan menggunakan teorema Mesh. Kali ini kita akan mempelajari cara menyederhanakan suatu rangkaian yang berada dalam arus AC (bolak-balik). Pada dasarnya cara perhitungannya sama dengan perhitungan teorema Mesh pada arus searah. Yang berbeda adalah, dalam penyederhanaan rangkaian arus bolak-balik, bukan hanya resistor yang menjadi tahanannya namun juga terdapat induktansi dan kapasitansi. Sehingga terlebih dahulu kita harus mencari impedansi (Z) dari tiap-tiap bagian. Pada suatu rangkaian yang terlihat pada Gambar 1.1 dapat menggunakan analisis Mesh untuk menyelesaikannya dengan menggunakan konsep arus mesh dan Hukum Tegangan Kirchoff (Kirchoff Voltage Law/KVL). Gambar 1.1 Rangkaian dengan analisis teorema Mesh Langkah-langkah penyelesaian dengan teorema Mesh : 1. Tentukan impedansi (Z) dari setiap bagian rangkaian dan sumber tegangannya. Pada rangkaian tersebut didapatkan tiga impedansi yaitu Z 1, Z 2, dan Z 3. Z 1 hanya terdiri dari induktor, sehingga impedansinya: Z 1 = 0 + j2 = +j2 Z 2 hanya terdiri dari kapasitor, sehingga impedansinya:

Z 2 = 0 j1 = -j Z 3 hanya terdiri dari resistor, sehingga impedansinya: Z 3 = 4 V A = 2 0 0 V B = 6 0 0 2. Tentukan arah loop dan arusnya. Arah loop pada teorema Mesh sebaiknya searah jarum jam. Apabila arah arus searah dengan arah loop, maka tandanya negatif (-), namun apabila arah arus berlawanan dengan arah loop, maka tandanya positif (+) Gambar 1.2. Menentukan arah arus, loop dan tegangan. 3. Tentukan arah dari masing-masing tegangan. Pada tegangan, apabila arahnya searah dengan arah loop, maka tandanya (+), namun apabila tegangan berlawanan dengan arah loop, maka tandanya negatif (-). 4. Kemudian buat persamaan tegangan masing-masing loop. Gambar 1.3. Daerah loop 1 Loop 1:

V A I 1.Z 1 I 1.Z 3 + I 2.Z 3 = 0 2 0 0 I 1.j2 I 1.(4) + I 2.(4) = 0 2 0 0 (4+j2).I 1 + 4I 2 = 0 (4+j2).I 1 4I 2 = 2 0 0... (1) Loop 2: Gambar 1.4. Daerah loop 2 -V B I 2 Z 2 I 2 Z 3 + I 1 Z 3 = 0 -V B (Z 2 + Z 3 ).I 2 + I 1 Z 3 = 0-6 0 0 (-j+4).i 2 + I 1.(4) = 0-6 0 0 (4-j).I 2 + 4 0 4I 1 (4-j).I 2 = 6 0 0...(2) 5. Setelah mendapatkan kedua persamaannya, masukkan persamaaan tersebut ke dalam matriks. [ ] [ ] [ ] 6. Untuk mencari I 1, maka kolom pertama [ ] diganti dengan [ ] sehingga matriksnya menjadi [ ]. Kemudian dibagi dengan bentuk matriks awalnya.

[ ] [ ] Kemudian hitung determinan masing-masing matriks. ( ) ( )( ) ( )( ) Ingat, j 2 = 1 Lalu ubah ke bentuk polarnya. 7. Untuk mencari I 2, maka kolom kedua [ ] diganti dengan [ ] sehingga matriksnya menjadi [ ]. Kemudian dibagi dengan bentuk matriks awalnya. [ ] [ ] Kemudian hitung determinan masing-masing matriks. ( ) ( )( ) ( )( ) Cara Kedua

Cara kedua dalam analisis Mesh ini adalah dengan membuat daerah loop 2 satu rangkaian penuh seperti pada gambar 1..berbeda dengan cara yang pertama yaitu daerah loop 1 dan loop 2 dibagi menjadi dua bagian yang sama. Gambar 1.5. Cara kedua menggambarkan loop Langkah-langkah penyelesaiannya sama dengan cara pertama dari nomor 1-3, yang berbeda adalah dalam penghitungan persamaan loop 2. Persamaan pada loop 1 sama dengan cara sebelumnya. Loop 1: V A I 1.Z 1 I 1.Z 3 + I 2.Z 3 = 0 2 0 0 I 1.j2 I 1.(4) + I 2.(4) = 0 2 0 0 (4+j2).I 1 + 4I 2 = 0 (4+j2).I 1 4I 2 = 2 0 0... (1) Loop 2: V A - V B I 2 Z 1 I 2 Z 2 + I 1 Z 1 = 0 V A - V B (Z 1 + Z 2 ).I 2 + I 1 Z 1 = 0 2 0 0-6 0 0 (j2 - j).i 2 + I 1.(j2) = 0-6 0 0 (4-j).I 2 + 4 0 4I 1 (4-j).I 2 = 6 0 0...(2) Setelah mendapatkan kedua persamaannya, masukkan persamaaan tersebut ke dalam matriks. Lalu hitung I 1 dan I 2 nya dengan cara sama seperti cara sebelumnya. [ ] [ ] [ ]

Contoh Soal 2: Perhatikan gambar rangkaian di bawah ini. Gambar 1.6. Contoh soal rangkaian analisis Mesh Tentukanlah berapa besar I 1 dan I 2 pada rangkaian tersebut! Jawab: Langkah-langkahnya adalah: a. Tentukan impedansi (Z) dari setiap bagian rangkaian dan sumber tegangannya. Z 1 = 1 + j2 Z 2 = 4 j8 Z 3 = j6 V A = 8 20 0 V B = 10 0 0 b. Tentukan arah loop, arus dan tegangannya.

Gambar 1.7. Arah loop, arus dan tegangan pada analisis Mesh c. Kemudian buat persamaan tegangan masing-masing loop. Loop 1: V A + V B I 1. Z 1 I 1. Z 2 + I 2. Z 2 = 0 V A + V B I 1 (Z 1 + Z 2 ) + I 2. Z 2 = 0 8 20 0 + 10 0 0 - (5-j6).I 1 + (4-j8) I 2 = 0 (5-j6).I 1 - (4-j8) I 2 = 8 20 0 + 10 0 0... (1) Loop 2: -V B I 2 Z 2 I 2 Z 3 + I 1 Z 2 = 0 - V B (Z 2 + Z 3 ).I 2 + I 1 Z 2 = 0 (4-j2).I 2 - I 1.(4-j8) = 10 0 0...(2) Masukkan ke dalam persamaan matriks: [ ( ) ] [ ] [ ] Mencari I 1 : [ ( ) ] [ ( ) ] Kemudian hitung determinan masing-masing matriks.

III. PENYEDERHANAAN DENGAN DETERMINAN MATRIKS Matriks adalah suatu susunan dari banjar (array) bilangan-bilangan dalam bentuk segi empat, dengan jumlah baris sebanyak m dan jumlah kolom sebanyak n dan dinotasikan sebagai A = (a ij ) mxn ; I = 1,,m; dan j = 1,,n serta a ij adalah elemen dari matriks A pada baris ke-i kolom ke-j. A a11 a12 a1 j a21 a22 a2 j ai1 ai2 aij am1 am2 amj Gambar 3.1. Matriks A a1n a 2n ain amn Minor dan Kofaktor Minor a ij yang dinyatakan dengan M ij adalah determinan submatriks setelah baris ke-i dan kolom ke-j dihilangkan dari [A]. Contoh : Minor dari a 13 adalah M 13, baris pertama dan kolom ketiga dihilangkan sehingga M 13 [ ] [ ] Kofaktor

Kofaktor entri a ij dinyatakan oleh c ij adalah bilangan (-1) i+j. M ij, dimana M ij adalah minor dari a ij. Pangkat dari kofaktor adalah penjumlahan dari posisi baris (i) dan kolom (j) satu elemen dalam sebuah matriks. Apabila besar pangkatnya ganjil, maka minornya bernilai negatif (-). Apabila besar pangkatnya genap, maka minornya bernilai positif (+). Kofaktor dilambangkan dengan. Contoh : = (-1) 2+3. M 23 = - M 23, karena 2+3 = 5 (ganjil) maka minornya negatif. = (-1) 3+1. M 31 = + M 31, karena 3+1 = 4 (genap) maka minornya positif. Determinan Determinan dapat disimbolkan dengan deta, atau. Untuk mencari determinan orde tinggi bisa dengan menggunakan kofaktor minor dari matriks. Contoh : B = [ ] Tentukan determinan dari matriks B! Jawab : Langkah-langkahnya adalah: 1. Tentukan baris atau kolom mana yang akan menjadi acuan kofaktor minornya. B = [ ] 2. Hitung jumlah kofaktor minor dari baris kedua. B = a 21. 21 + a 22. 22 + a 23. 23 = a 21. (-1) 2+1. M 21 + a 22. (-1) 2+2. M 22 + a 23. (-1) 2+3. M 23 = - a 21. M 21 + a 22. M 22 - a 23. M 23 = - (-1) [ ] + 0 [ ] - (-1) [ ] - = (1). (3.3-2.4) + 1. (0.4 3.2) = 1-6 = -5 Cara lain mencari determinan adalah dengan menambahkan dua kolom pertama pada matriks tersebut disebelah kanan, kemudian mengalikannya secara diagonal. Contoh :

B = [ ] Tentukan determinan dari matriks B! Jawab : Langkah-langkahnya adalah: 1. Tambahkan dua kolom yang sama di sebelah kanan matriks. Det B= + + + 2. Hitung determinan dengan mengalikan entri secara diagonal. 0.0.3 + 3.(-1).2 + 2.(-1).4 2.0.2 0.(-1).4 3.(-1).3 = -14 + 9 = -5 Hasilnya sama dengan cara pertama yaitu -5.

IV. 1. SOAL DAN JAWABAN Tentukanlah I 1 dan I 2 pada rangkaian tersebut! Jawab : Diketahui : V A = 4V V B = 2V Z 1 = 2 Z 2 = 1 + j0 Z 3 = -j a. Tentukan arah loop, arus, dan tegangannya b. Persamaan loop Loop 1 V = 0 V A I 1 Z I I 1 Z 3 + I 2 Z 3 = 0 V A I 1 (Z 1 + Z 3 ) + I 2 Z 3 = 0 I 1 (Z 1 + Z 3 ) I 2 Z 3 = V A (2-j) I 1 (-j) I 2 = 4 0... (1) Loop 2 V = 0 -V B I 2 Z 2 I 2 Z 3 + I 1 Z 3 = 0 -V B I 2 (Z 2 + Z 3 ) + I 1 Z 3 = 0 I 1 Z 3 I 2 (Z 2 + Z 3 ) = V B (-j) I 1 (1+j) I 2 = 2 0... (2)

[ ] [ ] [ ] ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) 1,75 42,27 I 2 = I 2 = I 2 = I 2 = I 2 = I 2 = ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) I 2 = 0,4 12,53 2. Tentukanlah I 1 pada rangkaian tersebut! Jawab : Diketahui : V 1 = 6 10 V 2 = 8 20 Z 1 = 1 + j Z 2 = 2 - j4 Z 2 = j3

Resume Rangkaian Listrik 2 Penyelesaian teori Mesh dalam ABB dan Matriks 15 a. Tentukan arah loop, arus, dan tegangannya b. Persamaan loop Loop 1 V = 0 V 1 I 1 Z I I 1 Z 3 + I 2 Z 3 = 0 V 1 I 1 (Z 1 + Z 3 ) + I 2 Z 3 = 0 I 1 (Z 1 + Z 3 ) - I 2 Z 3 = V 1 (1+j4) I 1 - (j3) I 2 = 6 10... (1) Loop 1 V = 0 V 2 I 2 Z 3 I 2 Z 2 + I 1 Z 3 = 0 V 2 I 2 (Z 2 + Z 3 ) + I 1 Z 3 = 0 I 1 Z 3 - I 2 (Z 2 + Z 3 ) = -V 1 (j3) I 1 + (2-j) I 2 = -8 20... (2) [ ] [ ] ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( )

Resume Rangkaian Listrik 2 Penyelesaian teori Mesh dalam ABB dan Matriks 16 3,54-13,35 3,54 373,35 3. Tentukan M 13 dari satu matriks A 33 dengan elemen a 11 = 4; a 12 = 3; a 13 = -1; a 21 = 0; a 22 = 4; a 23 = 1; a 31 = -2; a 32 = 0; dan a 33 = 2! Jawab : [ ] M 13 = 4. Tentukan kofaktor dari soal nomor 1! Jawab : ( ) 5. Tentukan determinan dari soal nomor 1! Jawab : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

Resume Rangkaian Listrik 2 Penyelesaian teori Mesh dalam ABB dan Matriks 17 DAFTAR PUSTAKA Kemmerly, Jack E.. Jr, William H. Hayt. 2005. Rangkaian Listrik. Jakarta: Erlangga. Guntoro, Nanang Arif. 2013. Fisika Terapan. Jakarta: Rosda