2016 SEKOLAH TINGGI TEKNIK PLN LABORATORIUM DASAR TEKNIK ELEKTRO 1. Petunjuk Praktikum Rangkaian Listrik LAB DASAR TEKNIK ELEKTRO LT

SEKOLAH TINGGI TEKNIK PLN LABORATORIUM DASAR TEKNIK ELEKTRO

LAB DASAR TEKNIK ELEKTRO LT. 6 Menara PLN, Jl. Lingkar Luar Barat Duri Kosambi, Cengkareng – Jakarta Barat 11750 Telp. 021-5440342, 5440344 Fax. 021-5440343 Website : www.sttpln.ac.id

2015/2016

Petunjuk Praktikum Rangkaian Listrik

1


2

DAFTAR ISI MODUL I. Hukum Ohm Dan Kirchoff Arus Dan Tegangan .......................................... I. Tujuan Percobaan ..............................................................................................

1 1

II. Teori ..................................................................................................................

1

1. Tegangan ........................................................................................................

1

2. Arus ................................................................................................................

1

3. Resistansi dan Resistor ....................................................................................

2

4. Hubungan Antara Arus dan Tegangan .............................................................

2

5. Hukum Kirchoff ..............................................................................................

3

III. Percobaan ..........................................................................................................

5

Data Pengamatan ......................................................................................................

8

MODUL II. Rangkaian Pengganti ................................................................................. I. Tujuan Percobaan ..............................................................................................

11 11

II. Teori ..................................................................................................................

11

1. Rangkaian Delta (∆) dan Rangkaian Wye (Y) ..................................................

11

2. Teori Superposisi ............................................................................................

12

3. Teorema Thevenin ..........................................................................................

14

III. Percobaan ..........................................................................................................

16

Data Pengamatan ......................................................................................................

21

MODUL III. Rangkaian Arus Bolak-balik ..................................................................... I. Tujuan Percobaan ..............................................................................................

25 25

II. Teori ..................................................................................................................

25

III. Percobaan ..........................................................................................................

29

Data Pengamatan ......................................................................................................

32

MODUL IV. Rangkaian Transient ................................................................................. I. Tujuan Percobaan ..............................................................................................

36 36

II. Teori ..................................................................................................................

36



3

1. Rangkaian RC .................................................................................................

36

2. Rangkaian RL ..................................................................................................

39

III. Percobaan ..........................................................................................................

41

Data Pengamatan ......................................................................................................

44

MODUL V. Rangkaian Resonansi ................................................................................. I. Tujuan Percobaan ..............................................................................................

47 47

II. Teori ..................................................................................................................

47

1. Pengaruh Sistem Bolak-balik ..........................................................................

47

2. Frekwensi Resonansi ......................................................................................

49

III. Percobaan ..........................................................................................................

52

Data Pengamatan ......................................................................................................

57



4

I. HUKUM OHM DAN KIRCHOFF ARUS DAN TEGANGAN

I.

Tujuan Percobaan 1. Memahami secara visual teori-teori dasar dalam rangkaian listrik arus searah, khususnya yang berkaitan dengan hukum Ohm dan hukum Kirchoff. 2. Mengenal lebih jauh hubungan antara tegangan dan arus dalam rangkaian listrik arus searah.

II.

Teori 1. Tegangan Notasi

: V atau E

Satuan

: Volt

Tegangan antara 2 titik adalah energi yang diperlukan (kerja yang dilakukan) untuk menggerakkan satu unit muatan positif dari titik yang berpotensial lebih rendah (lebih negatif) ke titik yang berpotensial lebih tinggi (lebih positif), atau sama dengan energi yang dilepaskan pada saat satu unit muatan bergerak (menurun bukit) dari potensial yang lebih tinggi ke potensial lebih rendah. Tegangan disebut juga beda potensial atau gaya gerak listrik (GGL, electromotive force/EMF).

2. Arus Notasi

: I atau i (untuk arus yang berubah terhadap waktu)

Satuan

: Ampere

Arus adalah besarnya aliran listrik yang melalui sebuah titik dalam satu satuan waktu. Arus sebesar 1 ampere adalah sama dengan aliran satu coulomb muatan per satu detik. Dalam kenyataan fisiknya, aliran arus adalah partikel pembawa muatan (elektron) yang bergerak dari potensial lebih rendah (lebih negatif) ke potensial lebih tinggi (lebih positif). Dalam perjanjian/kesepakatan internasional, arus



5

didefinisikan/dianggap mengalir dari arah yang berlawanan (mengalir dari potensial lebih positif ke potensial lebih negatif). 3. Resistansi dan Resistor Bila suatu beda potensial diberikan kepada suatu material, maka terjadi usaha untuk mengalirkan muatan melalui muatan tersebut. Setiap material mempunyai sifat melawan/menghambat aliran muatan yang disebut sebagai sifat resistansi. Material dengan resistansi kecil disebut sebagai konduktor/penghantar arus, sedangkan material dengan resistansi besar disebut sebagai isolator. Ada suatu jenis material yang sifat resistansinya bisa diubah dengan cara tertentu, yang disebut sebagai semi konduktor. Suatu benda yang dibuat dari material dengan komposisi tertentu dapat menghasilkan suatu nilai resistansi tertentu. Benda ini disebut sebagai resistor/tahanan. Bahan yang digunakan biasanya dari jenis material yang mempunyai sifat menghantar yang buruk. Fungsi utama dari tahanan adalah sebagai pembatas tegangan atau arus, serta fungsi-fungsi lain yang lebih spesifik yang dikembangkan dari sifat-sifat dasar tahanan. Misalnya bila digabung dengan kapasitor menghasilkan suatu konstanta waktu tertentu, untuk membagi tegangan, pengukuran teangan dan arus dll.

4. Hubungan antara arus dan tegangan Dengan rangkaian seperti gambar 1 di bawah ini, berlaku persamaan :

I V


R


6

Gambar 1 V=I.R Secara matematis, persamaan di atas adalah linier, artinya dengan nilai V dan R 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 : Theermistor : tahanan yang nilai resistansinya tergantung pada temperatur NTC = Negatif Temperature Coefficient PTC = Positif Temperature Coefficient Photo resistor : tahanan yang nilai resistansinya tergantung pada cahaya Gauge pressure resistor : tahanan yang nilai resistansinya tergantung pada tekanan/regangan mekanis Komponen semikonduktor dan gas-gas lampu tabung.

5. 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 hukum kekekalan muatan). Dari hukum ini terkandung suatu pengertian bahwa, pada suatu rangkaian (tanpa pencabangan) besarnya arus adalah sama di mana-mana, jadi :

I2

I1 = I2 + I3

I1

Gambar 2 I1

I3 R1 I2

I3

V R2

R3


I1 = I2 + I3


7

Gambar 3 Hukum kirchoff untuk tegangan (hukum II) adalah jumlah beda tegangan pada suatu rangkaian tertutup adalah sama dengan nol.

A

R1

B

V R2

V = 0 V = VAB + VBC + VCD

D

R3

C

Gambar 4



III.

8

Percobaan 1. Hubungan Arus dan Tegangan

A

V

V

R

Gambar 5 a. Buat rangkaian seperti pada gambar 5, dengan suatu R sembarang (sebut R1) pada breadboard b. Pada posisi tegangan sumber variabel = 0, hidupkan sumber tegangan c. Naikkan teganan secara bertahap dari 0 s/d 10 volt (sepuluh tahap) dan amati besarnya arus yang mengalir pada setiap tahap kenaikan tegangan d. Turunkan kembali tegangan sumber dan matikan e. Ulangi percobaan a s/d d di atas dengan tahanan yang berbeda (R2 dan kemudian R 3) f. Catat nilai tahanan yang saudara gunakan berdasarkan kode warna dari masing-masing tahanan g. Buat kurva I = f (V) untuk masing-masing tahanan dan hitung nilai tahanan yang digunakan h. Bandingkan hasil perhitungan tersebut dengan nilai tahanan yang didapat dari kode warna.



9

2. Hukum Kirchoff untuk Arus

R1

A1

A2

V

A3

R2

R3

Gambar 6 a. Buat rangkaian seperti pada gambar 6 b. Gunakan tegangan tetap 5V da tahanan R1, R2, R3 sembarang c. Sebelum sumber tegangan dinyalakan periksa rangkaian percobaannya sekali lagi dan pastikan selektor multimeter sudah berada pada posisi yang benar (multimeter sebagai amperemeter) d. Nyalakan sumber tegangan, amati dan catat arus yang mengalir pada semua cabang (A1, A2 dan A3) serta tegangan sumber e. Matikan sumber tegangan dan catat nilai tahanan yang digunakan (R 1, R2, dan R3) f. Ulangi percobaan a s/d e dengan konfigurasi nilai tahanan yang berbeda (gunakan 5 konfigurasi).



10

3. Hukum Kirchoff untuk Tegangan a. Buat rangkaian seperti gambar 7 di bawah ini

R1

R2

V1

V2

R3

V

V3

Gambar 7 b. Gunakan tegangan tetap 5V da tahanan R1, R2, R3 sembarang c. Sebelum sumber tegangan dinyalakan periksa rangkaian percobaan sekali lagi dan pastikan selector multimeter sudah berada pada posisi yang benar (multimeter sebagai voltmeter) d. Nyalakan sumber tegangan

dan catat arus yang mengalir pada semua

cabang (V1, V2 dan V3) serta tegangan sumber e. Matikan sumber tegangan dan catat nilai tahanan yang digunakan (R 1, R2, dan R3) f. Ulangi percobaan a s/d e dengan konfigurasi nilai tahanan yang berbeda (gunakan 5 konfigurasi) g. Buatlah analisa dan kesimpulan dari hasil percobaan saudara



11

DATA PENGAMATAN 1. Hubungan Arus dan Tegangan R ()

Volt 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

I (mA)

R ()

Volt 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

I (mA)

Volt 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

R ()

I (mA)

2. Hukum Kirchoff untuk Arus V (volt) 5 5 5 5 5

R1 ()

R2 ()

R3 ()

I1 (mA)

I2 (mA)

I3 (mA)

3. Hukum Kirchoff untuk Tegangan V (volt) 5 5 5 5

R1 ()

R2 ()

R3 ()

V1 (volt)


V2 (volt)

V3 (volt)

I (mA)


12

5 PENGOLAHAN DATA 1. Hubungan Arus dan Tegangan Iperhitunga n 

V R

Kesalahan Relatif =

I perhitungan  I percobaan I perhitungan

Ipercobaan (A)

V (volt)

R ()

100%

Iperhitungan (A)

Kesalahan Relatif (%)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2. Hukum Kirchoff untuk Arus

I1 

V RR R1  2 3 R 2  R3

R1 ()

I2 

R2 ()

Kesalahan Relatif = Kes Rel I1 (%)

R3 I1 R2  R3

I1 perh (mA)

R3 ()

I perhitungan  I percobaan I perhitungan Kes Rel I2 (%)

I3 

100% Kes Rel I3 (%)


R2 I1 R2  R3

I2 perh (mA)

I3 perh (mA)


13

3. Hukum Kirchoff untuk Tegangan I

V R1  R 2  R3

V1 = R1 x I V2 = R2 x I V3 = R3 x I Kesalahan Relatif = Kes Rel V1 (%)

Vperhitunga n  Vpercobaan Vperhitungn

Kes Rel V2 (%)

100%

Kes Rel V3 (%)

4. Analisa 5. Kesimpulan



14

II. RANGKAIAN PENGGANTI

I.

Tujuan Percobaan 1. Memahami konsep rangkaian pengganti dari satu rangkaian yang terdiri dari sekumpulan tahanan seri dan parallel 2. Memahami secara visual penerapan dari teori superposisi 3. Memahami

suatu

metode

analisa

rangkaian

yang

berfungsi

untuk

menyederhanakan rangkaian yang kompleks/rumit menjadi rangkaian ekivalen yang sederhana, yaitu dengan menggunakan Teorema Thevenin

II.

Teori 1. Rangkaian Delta () dan Rangkaian Wye (Y) :

B

Ra

Rc

A

Gambar 1.a Rangkaian Delta

Rb C

Gambar 1.b. Rangkaian Wye

Tahanan yang terangkai secara Delta dapat ditransformasikan ke rangkaian Wye, begitu juga sebaliknya. Seringkali sistem transformasi ini sangat beguna dalam menyelesaikan persoalan rangkaian listrik yang rumit. Dengan rangkaian seperti pada gambar 1.a dan 1.b transformasi dari delta ke wye diperoleh dari persamaan :

Ra 

R1 . R2 R1  R 2  R3


(1.a)


15

Rb 

R 2 . R3 R1  R2  R3

(1.b)

Rc 

R1 . R 3 R1  R 2  R 3

(1.c)

Sedangkan transformasi dari wye ke delta diperoleh dari persamaan : R1 

R a . R b  R a . R c  Rb . R c Rb

(2.a)

R2 

Ra . Rb  Ra . Rc  Rb . Rc Rc

(2.b)

R3 

Ra . Rb  Ra . Rc  Rb . Rc Ra

(2.c)

2. Teori Superposisi Prinsip dsar : Pengaruh semua sumber tegangan/arus pada suatu titik/cabang dalam suatu rangkaian listrik adalah sama dengan jumlah aljabar dari pengaruh masingmasing sumber tegangan/arus yang bekerja sendiri-sendiri/secara individu. Perhatikan gambar di bawah ini :

R1

R3

R2

E1

E2

IR2

E3

Gambar 2 Nilai IR2 = IR21 + IR22 + IR23

(3)

IR21 adalah arus yang mengalir pada R 2 dan E1 bekerja sendiri (E2 dan E3 dihilangkan)



16

IR22 adalah arus yang mengalir pada R 2 dan E2 bekerja sendiri (E1 dan E3 dihilangkan) IR23 adalah arus yang mengalir pada R 2 dan E3 bekerja sendiri (E1 dan E2 dihilangkan) Jadi proses tersebut bisa digambarkan sebagai berikut :

Gambar 3.a E2 dan E3 tidak bekerja

Gambar 3.b E1 dan E3 tidak bekerja

Gambar 3.c E1 dan E2 tidak bekerja



17

3. 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 sebagai R Th (R Thevenin) dan satu sumber tegangan, disebut sebagai VTh (V Thevenin). Dengan teorema ini, arus beban R1, pada rangkaian ekivalen akan sama dengan arus beban pada rangkaian aslinya. Persyaratan yang harus dipenuhi : Tegangan V Th adalah tegangan yang dilihat dari terminal-terminal rangkaian semula dengan R L dihilangkan. Tegangan RTh adalah tegangan yang dilihat dari terminal-terminal beban dengan sumber tegangan dihilangkan.

Gambar 4.a Rangkaian Semua

VTh 

Gambar 4.b


R2 V R1  R 2


18

R1

R Th  R2

RTh

Gambar 4.c

Gambar 4.d Rangkaian Ekivalen VTh dan RTh

Peralatan dan Perlengkapan 1. Tahanan (resistor) dengan nilai yang ditentukan 2. DC Power Supply 3. Ampere Meter 4. Volt Meter 5. Kabel Penghubung


R1R 2 R1  R 2

SEKOLAH TINGGI TEKNIK PLN LABORATORIUM DASAR TEKNIK ELEKTRO III.

19

Percobaan 1. Transformasi Wye – Delta

A

Gambar 5.a

A

5V RP

Gambar 5.b

Rangkaian Pengganti a. Buat rangkaian seperti gambar 5.a Pilih sendiri R1 s/d R 6 dan catat nilai tahanannya masing-masing b. Beri tegangan sebesar 5 V 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 5.b



20

e. Beri tegangan 5 volt dan catat besar aus yang mengalir f. Bandingkan hasil pengukuran arus pada b dan e g. Ulangi percobaan a s/d f dengan konfigurasi R1 s/d R6 yang berbeda (total = 3 konfigurasi)

2. Rangkaian Superposisi

A

Gambar 6.a Rangkaian semula

A Gambar 6.b Mencari arus IR21



21

A Gambar 6.c Mencari arus IR22

A Gambar 6.d Mencari arus IR23

a. Buat rangkaian seperti gambar 6.a. Tentukan sendiri R 1, R 2 dan R3 b. Ukur arus yang mengalir pada R2 c. Hitung secara matematis arus yang seharusnya mengalir pada R 2 dan bandingkan dengan hasil b. d. Buatlah rangkaian seperti gambar 6.b e. Ukur arus yang mengalir pada R2 f. Ukur d dan e dengan rangkaian seperti gambar 6.c dan 6.d g. Jumlahkan ketiga hasil pengukuran arus pada e tersebut dan bandingkan dengan a dan c h. Ulangi percobaan a s/d dengan konfigurasi R1, R2, dan R3 yang berbeda (total konfigurasi = 3) i.

Buatlah analisa dan kesimpulan atas percobaan di atas



22

3. Teorema Thevenin

A Gambar 7.a Rangkaian semula

RTh

A Gambar 7.b Rangkaian ekivalen

VTh

R3

a. Buatlah rangkaian seperti yang terlihat pada gambar 7.a. Tentukan sendiri nilai R 1, R 2, dan R3 (R3 sebagai beban) b. Berilah tegangan 9 volt dan catat arus yang mengalir pada R3. c. Hitung VTh dan RTh untuk rangkaian 7.a. di atas, dan setelah itu buatlah rangkaian seperti gambar 7.b. berdasarkan data dihitung yang diperoleh. d. Catat arus yang mengalir pada R 3. e. Bandingkan hasil pengukuran pada b dan d. f. Ulangi percobaan a s/d e untuk nilai R1, R 2, dan R 3 yang berbeda (total variasi konfigurasi = 3).



23

4. Tugas 1. Rapikan data pengaman saudara dan mintakan paraf persetujuan Asisten. 2. Buatlah laporan praktikum (1 laporan/praktikan) yang berisi a.1. : -

Tujuan percobaan

-

Alat dan material praktikum, yang digunakan

-

Gambar-gambar percobaan

-

Data pengamatan (yang telah disetujui instruktur)

-

Perhitungan-perhitungan

-

Jawaban tugas yang diberikan oleh Asisten

-

Analisa dan kesimpulan

3. Berikan analisa apabila terjadi perbedaan antara : -

Hasil percobaan 3.1. dan 3.1.e

-

Hasil 3.2.b, 3.2.e dan 3.2.g.

-

Hasil pengamatan pada 3.3.b dan 3.3.e.

Menurut saudara, apakah penyebab adanya perbedaan tersebut ?



24

DATA PENGAMATAN

1. Trasnformasi Wye – Delta : E (volt) 5 5 5

R1 ()

R 2 ()

E (volt) 5 5 5

RP ()

I (mA)

R3 ()

R4 ()

R5 ()

R6 ()

I (mA)

2. Rangkaian Superposisi E1 (volt) 12 12

E2 (volt) 6

E3 (volt) 9

R1 ()

R2 ()

R3 ()

IR2 (mA)

R1 ()

R2 ()

R3 ()

IR2 (mA)

R1 ()

R2 ()

R3 ()

IR2 (mA)

6 9 E1 (volt) 12 12

E2 (volt) 6

E3 (volt) 9

6 9 E1 (volt) 12 12

E2 (volt) 6

E3 (volt) 9

6 9 3. Teorema Thevenin E1 (volt)

R1 ()

R2 ()

R 3 ()

IR3 (mA)

9 9 9 Petunjuk Praktikum Rangkaian Listrik

E1 (volt) 9 9 9

RTh ()

R3 ()

IR3 (mA)


25

PENGOLAHAN DATA

1. Transformasi Wye-Delta :

A

A R1

Ra

R4 V

V

R3 R6 R2

Rb

Rc

R2

R5

R6

R5

A

A

Ra

Ra V

V

R6

R6 RP

RS1

A

A

V

RS2

RS3

R6


V

Rt


Ra 

R1 R4 R1  R4  R3

; Rb 

R1 R3 R1  R4  R3

RS1  Rb  R2

; RS 2  Rc  R5

RS 3  RP  Ra

; Rt 

E (volt) 5 5 5

Ipercobaan (mA)

; Rc 

R3 R4 R1  R4  R3

; RP 

RS1RS 2 RS1  RS 2

; I

V Rt

I (mA)

R1 ()

Kesalahan Relatif 

R S 3 R6 R S 3  R6

26

I perhitungn  I percobaan l perhitungan

Iperhitungan (mA)

100%


2. Rangkaian Superposisi

IR 21 

IR23 

E1R3  R2R3    R1  R2  R3   R2  R3 

IR 22 

E2 R1R3  R2 R1  R3

E3 R1  R2 R1    R3  R2  R1   R2  R1 

IR 2  IR 21  IR 22  IR 23 E1 (volt) 12 12

E2 (volt) 6

E3 (volt) 9

R1 ()

6 9


R2 ()

R3 ()

IR2 (mA)



IR2 perhitungn  IR2 percobaan IR2 perhitungan

IR 2percobaan IR2perhitungan (mA) (mA)

27

100%


3. Teorema Thevenin VTh 

R2 V R1  R 2

VTh (volt) 5 5 5

RTh ()


Ipercobaan (mA)

RTh 

R1R2 R1  R2

I (mA)

IR2 perhitungn  IR2 percobaan

Iperhitungan (mA)

I

IR2 perhitungan

100%




VTh R Th  R3


28

III. RANGKAIAN ARUS BOLAK BALIK I.

Tujuan 1. Mempelajari karakteritik tegangan dan arus pada sistem ABB. 2. Mengamati penerapan hukum Kirchoff pada sistem ABB.

II. Teori : Sudut fase tegangan dan arus : Pada sistem Arus Searah (AS) tidak dikenal adanya perbedaan sudut fase antara arus dan tegangan. Tetapi pada sistem ABB, arus dan tegangan mempunyai sudut fase (terhadap suatu referensi) serta perbedaan fase/sudut fase = 00 dan menjadi referensi sudut fase. Namun demikian, dalam diagram vector ataupun perhitungan, adakalanya perlu disebutkan faseor mana yang menjadi titik referensi. Bila sudut tegangan sumber dijadikan referensi, maka sudut fase arusnya tergantung dari jenis beban yang dicatu. Beban sesistif murni membuat fase arus sama dengan fase tegangannya. Beban induktif membuat fase arusnya tertinggal sedangkan beban kapasitif membuat fase arusnya mendahului. Untuk lebih jelasnya, perhatikan ilustrasi pada gambar 1 dibawah ini. Beban resistif murni : I

Diagram fasor

V

Bentuk gelombang

Beban induktif :

Diagram fasor

Bentuk gelombang



29

Beban kapasitif:

Diagram fasor

Bentuk gelombang

Gambar 1

Dalam suatu rangkaian beban yang terdiri dari komponen R,L dan C, sudut fase arus ditentukan oleh reaktansi yang lebi dominan. Bila reaktansi kapasitif lebih dominan, maka fase arus akan mendahului tegangannya (beda sudut fase positif). Pada kondisi ini dikatakan bahwa beban mempunyai factor kerja (cos φ) leading (mendahului/lead). Selanjutnya apabila reaktansi induktifnya yang lebih dominan, maka arus beban akan tertinggal/terbelakang terhadap tegangan sumbernya, dan beda sudut fase adalah negatif. Faktor kerja beban induktif adalah lagging (terbelakang/lag).

Hukum Kirchoff pada system ABB : Hukum Kirchoff tetap berlaku juga pada sistem ABB. Yang perlu diperhatikan adalah

penjumlahan

dari

komponen-komponen

arus/tegangan

harus

memperhatikan sudut fase dari masing-masing komponen tersebut (jadi tidak bisa dijumlahkan secara langsung). Perhatikan ilustrasi dibawah ini : Seri Resistor Induktor Kapasitor Komponen Resistor, Induktor dan kapasitor apabila dirangkai secara seri dan dihubungkan dengan tegangan AC dapat digambarkan sebagai berikut :



30

Besaran-besaran yang dapat dihitung pada rangkaian seri R-L-C adalah sebagai berikut : 1. Tegangan pada rangkaian

Tegangan totalnya adalah

2. Hambatan pada rangkaian

3. Diagram fasor pada rangkaian R-L-C adalah



31

Resonansi rangkaian LC atau RLC Untuk maksimum

nilai

tagangan

maksimum Vm

tetap,

maka

nilai

mencapai nilai terbesar ketika impedansi z mencapai nilai

terkecil, yaitu z = R. Terjadinya nilai terbesar (maksimum) disebut Resonansi . Sehingga syarat resonansi dalam rangkaian R-L-C adalah:

Sehingga



32

Percobaan :

1. Karakteristik Arus dan Tegangan ABB pada komponen R, L, dan C

Gambar 3.a

Gambar 3.b

R

A

A

L

B

VS AC

V

C C Gambar 3.c

a. Buatlah rangkaian seperti gambar 3.a. b. Atur tegangan sumber Vs sampai bernilai 2 Volt rms.



33

c. Tampilkan bentuk gelombang tegangan Vs pada kanal 1, dengan menghubungkan probe Oscilloscope pada titik A – C. d. Tampilkan bentuk gelombang arus pada kanal 2, dengan cara menghubungkan probe pada titik A – B, Kemudian bentuk gelombang tegangan Vr dengan menghubungkan probe pada titik B – C. e. Catat penunjukan Ampermeter dan Voltmeter, serta gambar bentuk-bentuk gelombang pada point c dan d diatas. f. Hitung beda fase antara Vs dan Vr, Vs dengan I dan Vr dengan I secara grafis (dengan melalui bentuk gelombang Oscilloscope), serta bandingkan dengan hasil perhitungan secara matematis dengan menggunakan nilai komponen terpasang sebagai beban. g. Gambar diagram Vektornya h. Ulangi point a s/d f dengan rangkaian gambar 3.b. dan kemudian 3.c. (tentukan sendiri nilai komponen yang digunakan sebagai beban)

2. Karakteristik Arus dan Tegangan ABB pada beban / impedansi

Gambar 4. Rangkaian percobaan 2

a. Buatlah rangkaian seperti gambar 4 diatas. Tentukan sendiri nilai R, L, dan C yang digunakan. Hitung nilai impedansinya. b. Atur tegangan sumber Vs sampai bernilai 2 Volt rms, catat besar tegangan VR, VL, dan VC. c. Tampilkan bentuk gelombang tegangan Vs pada kanal 1, kemudian tampilkan pada kanal 2 gelombang tegangan VR, VC kemudian V L.



34

d. Dari masing-masing bentuk gelombang tersebut tentukan sudut fasenya, dan gambarkan bentuk gelombangnya. e. Gambar diagram vector tegangannya dan ambil kesimpulan apakah beban tersebut lead atau lag. f. Ulangi percobaan diatas dengan konfigurasi R, L, dan C yang berbeda (3 konfigurasi).

3. Hukum Kirchoff untuk Arus :

A AL

AR

AC

VS AC

L

R

C

Gambar 5. Rangkaian percobaan 3.4 a. Buatlah rangkaian seperti pada gambar 5 diatas. b. Atur tegangan sumber sampai bernilai 2 volt, dan amati besar arus pada masingmasing cabang. c. Tampilkan bentuk gelombang Vs pada kanal 1, bentuk-bentuk gelombang arus dan kemudian bentuk-bentuk gelombang tegangan pada masing-masing cabang pada kanal 2 secara bergantian dan gambarkan dalam satu koordinat. d. Tentukan sudut fase dari gelombang arus diatas dan gambarkan diagram vektornya (vektori Vs sebagai referensi). e. Apa yang bisa saudara simpulkan dari fase dan besar tegangan pada cabang ?



35

DATA PENGAMATAN 1. Karakteristik arus dan tegangan ABB pada komponen R, L & C  Gambar 3.a. V (volt) 2

R ()

L (mH)

I (mA)

C (F)

I (mA)

Beda Fasa VS - VR

VS - VL

 Gambar bentuk gelombangnya

 Gambar 3.b. V (volt) 2

R ()

Beda Fasa VS - VR

VS - VC


 Gambar 3.c. V (volt) 2

R ()

L (mH)

C (F)

I (mA)

Beda Fasa VS - VR

VS - VL

VS - VC


2. Karakteristik arus dan tegangan ABB pada beban/impedansi V (volt)

R ()

L (mH)

C (F)

2


I (mA)

VR (volt)

VL (volt)

VC (volt)


36

Beda Fasa VS - VR

VS - VL

VS - VC


3. Hukum Kirchoff untuk Arus V (volt)

R ()

L (mH)

C (F)

2 Beda Fasa VS - VR

VS - VL

VS - VC



I (mA)

IR (volt)

IL (volt)

IC (volt)


37

PENGOLAHAN DATA 1. Karakteristik Arus dan Tegangan ABB pada komponen R, L & C  Rangkaian R dan L XL  2f L

Z  R 2  XL I

2

V Z



100%

XL = I XL Hitung beda fase antara VS dan VL, gambarkan diagram fasornya

 Rangkaian R dan C XC 

1 2f L

Z  R 2  XC I

2

V Z



100%

XL = I XL Hitung beda fase antara VS dan VC, gambarkan diagram fasornya

 Rangkaian R, L, dan C 2

Z  R2  XL  XC  I

V Z



100%

VL = I XL ; VC =I XC Hitung beda fase antara VS dan VL , VS dan VC gambarkan diagram fasornya

2. Karakteristik Arus dan Tegangan ABB pada beban/impedansi Kesalahan Relatif 

VRperhitungan  VR percobaan VRperhitungan

100%





VLperhitungan  VL percobaan VLperhitungan VCperhitungan  VC percobaan VCperhitungan

100%

100%

3. Hukum Kirchoff untuk Arus 2

1   1  Z      C   L  R  

I

I1 

2

V Z

Z I XL

; I2 

Z I R

; I3 

Z I XC

Hitung beda fase antara I dan I1, I2 dan I3, gambarkan diagram fasornya



38


39

IV. RANGKAIAN TRANSIENT

i.

Tujuan Percobaan : 1. Memahami pengertian konstanta waktu secara visual 2. Mencari konstanta waktu dari rangkaian RC dan RL yang dicatu dengan sumber daya arus searah.

ii.

Teori : 1. Rangkaian RC : Secara umum, kondisi peralihan transient adalah kondisi pada saat suatu sistem sedang beralih dari kondisi mantap yang satu ke keadaan mantap lainnya (misalnya dari kondisi tanpa tegangan menjadi bertegangan). Kondisi peralihan pada rangkaian RC terjadi pada saat pengisian ataupun pelepasan muatan pada/dari kapasitor. Kecepatan pengisian/pelepasan muatan tersebut tegantung dari nilai kapasitansi dari kapasitor, besar perlawanan/tahanan rangkaian serta tegangan pengisi/tegangan kapasitor. Beberapa kondisi yang bisa terjadi pada rangkaian RC adalah sebagai berikut : S

R E

Gambar 1.a Sklar S sudah lama terbuka

VC

C

Gambar 1.b Saklas S baru saja ditutup t 0 i

E , VC  0 R



40

Gambar 1.c Saklar S sudah lama tertutup t >> VC = E i=0 Kondisi peralihannya sebagai berikut : Pada saat t = (‘, saklar ditutup dan arus mulai mengalir. Besar aliran arus merupakan fungsi dari waktu, nilai tahanan R dan kapasitansi C. Besar tegangan pada kapasitor C terhadap waktu mengikuti/persamaan : VC = E (1-e-L/RC)

(3.1)

Bentuk Gelombangnya :

VCK

=

besar tegangan kapasitor pada konstanta waktu = +/0,8 E

tk

=

konstanta waktu

Gambar 2 Sedangkan besar arus pengisian yang mengalir adalah : I

E t / RC e R

(3.2)

Bila besar E diketahui, konstanta waktu yang diperlukan dapat dihitung dan nilai RC dapat ditentukan. Adakalanya kondisi suatu rangkaian RC adalah sebagai berikut :



41

Gambar 3.a. Saklar S sudah lama pada posisi 1 VC = E i=0

Gambar 3.b. Saklar S baru sesaat dipindahkan dari posisi 1 ke posisi 2

Gambar 3.c. Saklar S sudah lama pada posisi 2 VC = E i=0

Kondisi peralihan yang terjadi adalah sebagai berikut : Sesaat setelah saklar dipindahkan dari posisi 1 ke posisi 2, terjadi aliran arus/pelepasan muatan kapasitor melalui rangkaian tertutup dengan melewati pelawan/tahanan R. Tegangan kapasitor turun secara eksponensial dengan kecepatan penurunan yang merupakan fungsi dari waktu, nilai R dan C. Besar tegangan kapasitor mengikuti persamaan : VC  VC e t / RC

(3.3)

Sedangkan arus pelepasan muatan kapasitor +/- sama dengan arus pengisiannya. Bentuk gelombang tegangan kepasitor pada persamaan (3.3) tersebut adalah :



42

Gambar 4

2. Rangkaian RL : Baik kapasitor maupun induktor, kedua-duanya mempunyai kemampuan untuk menyimpan energi. Pada kapasitor, energi disimpan dalam bentuk akumulasi muatan listrik. Sedangkan ada induktor, energi disimpan dalam bentuk medan magnet. Pada saat suatu rangkaian RL beralih dari kondisi mantap yang satu ke kodisi lainnya, terjadi proses peralihan. Kondisi peralihan yang terjadi akan mirip dengan peralihan pada rangkaian RC (gambar 1, a, b, c dan gambar 3.a, b, c,), hanya saja kalau pada rangkaian RC yang menjadi titik perhatian adalah perubahan tegangan pada kapasitor C, sedangkan pada rangkaian RL adalah aliran arusnya. Kondisi peralihan pada rangkaian RL mengikuti persamaan : I

E 1  e  R / L t R





(3.4)

Yang berlaku untuk gambar 5.a, dan I

E  R / L t e R

(3.5)

Yang berlaku untuk gambar 5.b 1

S

2

Gambar 5.a R

E VL

Pada saat t = 0, saklar S ditutup ke posisi 1

L



1

43

S

2

Gambar 5.b. R

E VL

Pada saat t = 0, saklar S dipindah posisinya (dari 1 ke 2)

L

Pada gambar 3.5.a, arus tidak bisa secara langsung mengikuti hukum Ohm karena adanya perlawanan dari inductor (berupa tegangan induksi sebesar L di/dt). Pada gambar 3.5.b, energi elektromagnit yang tersimpan pada inductor dapat diubah kembali menjadi energi listrik, sehingga terjadi aliran arus.


SEKOLAH TINGGI TEKNIK PLN LABORATORIUM DASAR TEKNIK ELEKTRO iii.

44

Percobaan :

3.1 Rangkaian RC : S

A R E

V

VC

C

Gambar 6.a S

A R E

V

VC

C

Gambar 6.b

3.1.1 Mengukur Total waktu pengisian : 1. Buat rangkaian seperti pada gambar 3.6.a. 2. Pilih nilai R dan C yang besar misalkan R = 100 KΏ, C = 100 βF) 3. Pastikan besar tegangan sumber (ukur dengan volmeter), kemudian siapkan alat ukur waktu (stopwatch). 4. Pada t = 0, masukkan saklar S dan catat waktu yang diperlukan sampai VC bernilai sama dengan tegangan sumber.

3.1.2

Membuat Kurva pengisian muatan : a) Ulangi prosedur 3.1 1.a, dan c. b) Pada saat t = 0, masukkan saklar S dan perhatikan jalannya jarum stopwatch. c) Pada nilai t1 (misalkan 0,5 detik) matikan saklar. d) Ukur tegangan V c kemudian buang muatan C.



45

e) Ulangi prosedur 3.1.2.b. c dan d untuk waktu yang berbeda (1, 1.5, 2 dst.) sampai t = total waktu pengisian yang didapatkan dari 3.1.1. Ulangi prosedur 3.1.1. dan 3.1.2. untuk nilai RC yang berbeda (total 3 nilai) 3.1.3 Mengukur waktu pelepasan muatan : a) Buatlah rangkaian seperti gambar 3.6.b. b) Masukkan saklar S pada 1 posisi 1 dan tunggu beberapa saat sampai VC = V c) Pada t = 0 pindah ke posisi 2 dan amati waktu yang diperlukan sampai VC benar-benar bernilai = 0 volt d) Ulangi 3.1.3.a dan b. Untuk nilai RC yang berbeda (total 3 nilai)

3.2 Rangkaian RL : S

A R 6V L

Gambar 7.a

S A

R 6V L

Gambar 7.b

3.2.1 Mengukur waktu kondisi mantap penginjeksian tegangan : a) Buat rangkaian seperti gambar 3.7.a. b) Pilih nilai R yang kecil (sekitar 100Ώ)



46

c) Pada t = 0, masukkan S dan amati waktu yang diperlukan sampai arus menjadi stabil (tidak mengalami kenaikan lagi). d) Ulangi percobaan 3.2.1.a, b dan untuk nilai R yang berbeda (3 nilai) 3.2.2 Mengukur waktu kondisi mantap pelepasan tegangan : a) Buat rangkaian seperti gambar 3.7.b. b) Pilih nilai R yang kecil (sekitar 100Ώ) c) Masukkan saklar S pada posisi 1 dan tunggu beberapa saat sampai arus tidak mengalami kenaikkan lagi. d) Pada t = 0, pindah S ke posisi 2 dan amati waktu yang diperlukan sampai arus benar-benar menjadi 0. e) Ulangi prosedur 3.2.2.a, c dan d untuk nilai R yang berbeda (3 nilai).

iv.

Tugas : 1. Turunkan persamaan-persamaan kondisi transient, baik untuk tegangan dan arusnya (untuk rangkaian RC dan RL) 2. Dari data pengamatan waktu dan tegangan yang saudara peroleah dari percobaan 3.1, buatlah gelombang tegangan pengisian dan pelepasan muatan kapasitor. Secara grafis tentukan konstant waktu masing-masing rangkaian. 3. Hitung konstanta waktu dari masing-masing rangkaian di atas secara matematis dan bandingkan dengan hasil IV.2. 4. Secara matematis hitung waktu kondisi stabil yang diperlukan oleh rangkaian RL pada percobaan 3.2. 5. Bandingkan hasil no IV.4. dengan hasil percobaannya.



47

DATA PENGAMATAN 1. Rangkaian RC a. Total Waktu Pengisian R ()

C (µF)

t (detik)

VC

E

b. Kurva Pengisian dan Pelepasan Muatan R ()

C (µF)

Pengisian t (detik)

Pelepasan

VC

t (detik)

VC

E

2. Rangkaian RL Total Waktu Pengisian Tegangan R ()

L (mH)

Pengisian t (detik)

Pelepasan I


t (detik)

I

E


48

PENGOLAHAN DATA 1. Rangkaian RC Pengisian



VC  E 1  e t / RC

I



E t / RC e R

Kesalahan relatif VC  R ()

C (µF)

VCperhitunga n  VCpercobaan VC perhitunga n

t (detik)

100%

VC (Volt) Perhitungan

VC (Volt) Percobaan

Kes Rel (%)

E

I

Pengisian VC  VC ( 0) e  t / RC

I

E t / RC e R

Kesalahan relatif VC  R ()

C (µF)

VCperhitunga n  VCpercobaan

t (detik)

VC perhitunga n

100%

VC (Volt) Perhitungan

VC (Volt) Percobaan

2. Rangkaian RL Pengisian I

E 1  e  R / L t R






Kes Rel (%)

E


Kesalahan relatif I 

Iperhitungan  Ipercobaan Iperhitungan

100%

Pelepasan

I

E   R / L t e R

Kesalahan relatif I 

Iperhitunga n  Ipercobaan Iperhitunga n

100%


49


50

V. RANGKAIAN RESONANSI

I.

Tujuan -

Mengamati pengaruh frekwensi

sumber daya arus bolak-balik terhadap nilai

resistansi dan reaktansi (induktif dan kapasitif) rangkaian R, L dan C -

II.

Mencari frekwensi resonansi pada peristiwa resonansi arus dan tegangan

Teori

2.1 Pengaruh Sistem Arus Blok-Balik 2.1.1 Terhadap Resistor Nilai resistansi dari suatu resistor/tahanan sangat terpengaruh oleh temperatur. Di samping itu, nilai resistansi juga dipengaruhi oleh frekwensi sumber. Semakin tinggi frekwensi 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.

Gambar 1 Kerapatan arus pada suatu penampang

Sebagai akibatnya, sesuai persamaan : R

l 0

R = nilai resistansi  = tahanan jenis I = janjang penghantar 0 = luas penampang Maka nilai resistansi akan naik sesuai dengan frekwensi

sumber (karena

mengecilnya nilai 0). Effek ini terkenal dengan sebutan effek kulit (skin effect).



51

2.1.2 Terhadap Induktor Pada sistem arus searah (kondisi mantap), induktor tidak memberikan pengaruh apapun selain adanya resistansi dari lilitan kawatnya (yang karang-kadang sering diabaikan karena nilainya yang kecil). Namun pada sistem arus bolak-balik, terdapat perlawanan lain yang disebut dengan induktif (XL). XL = 2  f L Ohm

(2)

XL = reaktansi induktif (Ohm) F = frekwensi (Hertx) L = induktansi (Henry) Nilai reaktansi berubah-ubadah tergantung dari frekwensi sumber. Bila ZL adalah impedansi, maka pada sistem a.b.b. induktor akan memberikan impedansi sebesar : ZL = RL + j XL Ohm

(3)

XL = reaktansi induktif murni (selanjutnya disebut reaktansi saja) R L = nilai resistansi murni dari induktor Selanjutnya : 2

(4)

ZL  RL  ZL

Pada gb.2.a di bawah ini terlihat bahwa rangkaian induktor yang sesungguhnya, bisa digantikan dengan rangkaian yang mengandung resistor dan induktor murni (gb.2.b)

L

RL

Lmurni

VR

VL

I

AC

VS

Gambar 2a. Rangkaian semula

AC

VS

Gambar 2b. Rangkaian ideal


I


52

Dari gambar 2.b di atas dapat dituliskan persamaan tegangannya : VR = IRL , VL = IKL , VS = IZ

(5)

Diagram vektornya :

Gambar 3 Diagram vektor rangkaian induktif

2.1.3 Terhadap Kapasitansi Pada sistem arus searah (kondisi mantap), aliran arus ditahan oleh kapasitor, sedangkan pada sistem a.b.b. arus dihantarkan dengan suatu perlawanan (disebut dengan reaktansi kapasitif/XC) XC 

I 2fC

(6)

Dari persamaan 6 di atas dapat dilihat bahwa semakin tinggi frekwensi sumber, nilai XC akan semakin kecil. Dengan demikian, pada rangkaian listrik yang bekerja dengan frekwensi

tinggi harus memperhatikan masalah kapasitansi liar yang

mungkin muncul akibat dari jalur konduktor yang sejajar dan berdekatan. Rendahnya reaktansi kapasitif mengakibatkan seolah-olah rangkaian menjadi terhubung singkat.

2.2 Frekwensi Resonansi : Kita sudah mengetahui bahwa nilai reaktansi berubah terhadap perubahan frekwensi . Pada rangkaian yang mengandung induktor dan kapasitor (baik seri maupun paralel) dapat terjadi suatu kondisi di mana nilai XC = XL yang disebut dengan resonansi.

2.2.1 Resonansi Tegangan (resonansi seri) Pada rangkaian seri RLC dapat terjadi resonansi yang disebut resonansi tegangan.



L

C

VS

AC

AC

53

RL

L

VR

VL VC

VS

C

Gambar 4. Rangkaian seri LC Diagram vektornya dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 5.a

Gambar 5.b

Gambar 5.c

Gambar 5.c menunjukkan diagram vector tegangan pada saat terjadi resonansi. Dari persamaan impedansi : Z  R 2  X L  X C 

2

(7)

Maka dengan XL = XC, nilai impedansi pada saat resonansi hanya ditentukan oleh nilai perlawanan/resistansi induktor saja. Nilai absolut tegangan jatuh pada XL dan XC masing-masing akan melebihi nilai tegangan sumber dan arus akan mencapai maksimum. Secara matematis, frekwensi resonansi ditentukan oleh persamaan :

f

0



l 2 LC

2.2.2 Resonansi Arus (Resonansi Paralel) Resonansi arus dapat terjadi pada rangkaian LC paralel. Petunjuk Praktikum Rangkaian Listrik

(8)


54

VR VC AC

C

VS

L

AC

VS

RL

C VL

L

Gambar 6 Kondisi yang berlaku pada resonansi arus sama dengan resonansi tegangan, yaitu : XL = XC dan f

0



l 2 LC

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 IL = IC namun berlawanan fase. Diagram vektornya :

Gambar 7.a

Gambar 7.b

Gambar 7.c

Diagram tegangan induktor

Diagram arus

Kondisi resonansi ideal



55

Percobaan

3.1 Pengaruh Frekwensi 3.1.1 Terhadap Resistansi

A

AC

V

VS

R

Gambar 8

a. Buatlah rangkaian seperti gambar 8. Pilih sendiri tahanan yang akan saudara gunakan, ukur terlebih dahulu nilai resistansinya dengan multimeter serta catat kode warnanya. b. Atur sumber tegangan ABB sampai mencapai 3 volt dan selama percobaan ini berlangsung harus selalu dipertahankan tetap c. Atur frekwensi sumber besar 50 Hz, 100 Hz, 2 KHz kemudian 4 KHz. Amati dan catat besar arus dan tegangan pada setiap kedudukan frekwensi tersebut. d. Ulangi percobaan a s/d c dengan nilai R yang berbeda (R2, R3 dan R 4) e. Hitung nilai R dari percobaan a s/d d (dengan menggunakan hukum Ohm) dan bandingkan hasilnya dengan nilai yang diperoleh dari pengukuran langsung ataupun dari kode warnanya. f. Beri analisa dan kesimpulan dari percobaan ini.

3.1.2 Terhadap reaktansi induktif a. Buat rangkaian percobaan seperti gambar 8, komponen R diganti dengan L (1 mH) b. Ukur tahanan induktor tersebut dengan multimeter dan catat hasilnya



56

c. Atur frekeunsi sumber pada nilai 50 Hz dan naikkan sumber tegangan perlahan-lahan sampai arus mencapai 25 mH. Catat nilai tegangan pada kondisi ini d. Naikkan frekwensi

menjadi 500 Hz, kemudian 5 KHz dan 10 KHz. Selama

perubahan frekwensi

tersebut berlangsung, besar tegangan sumber

dipertahankan tetap. Catat besar arus yang mengalir (perhatikan batas skala arus dan kemampuan arus maksimum induktor) e. Hitung besar reaktansi induktif pada masing-masing frekwensi f. Ulangi percobaan a s/d e dengan nilai induktansi yang berbeda (paralelkan induktor yang sudah terpasang dengan 1 buah induktor yang sejenis) g. Buatlah kurva reaktansi sebagai fungsi dari frekwensi

serta buatlah analisa

dan kesimpulan dari hasil percobaan saudara.

3.1.3 Terhadap reaktansi kapasitif a. Buat rangkaian percobaan seperti gambar 8, komponen R diganti dengan kapasitor non polar (tentukan sendiri nilainya) b. Atur frekwensi

sumber pada nilai 50 Hz dan naikkan sumber tegangan

perlahan-lahan sampai arus mencapai nilai 25 mA. Catat nilai tegangan pada kondisi ini. c. Naikkan frekwensi frekwensi

menjadi 500 Hz, kemudian 5 KHz. Selama perubahan

tersebut berlangsung, besar tegangan sumber dipertahankan

tetap. Catat besar arus yang mengalir (perhatikan skala maksimum amperemeter) d. Hitung besar reaktansi kapasitif pada masing-masing frekwensi e. Ulangi percobaan a s/d e dengan kapasitor yang berbeda (total 3 kapasitor) f. Buatlah kurva reaktansi sebagai fungsi dari frekwensi

serta buatlah analisa

dan kesimpulan dari hasil percobaan saudara

3.2 Rangkaian Resonansi Tegangan a. Buatlah rangkaian seperti gambar 9. Tentukan sendiri nilai kapasitornya, sedangkan induktornya adalah 1 mH/100 mA.



57

b. Atur tegangan sumber sebesar 3 volt, kemudian carilah frekwensi resonansi dari rangkaian tersebut dengan cara merubah frekwensi

sumber. Catat frekwensi

resonansinya, arus yang mengalir, serta tegangan pada L & C. Perhatikan arus maks L.

AC

R

L

VR

VL

C

VS

VC

A Gambar 9 c. Rubah kedudukan frekwensi

beberapa nilai di atas dan di bawah frekwensi

resonansi (masing-masing 10 nilai) secara bertahap. Pada setiap kedudukan frekwensi catatlah besar arus yang mengalir, serta tegangan pada kapasitor dan induktor. Ingat, selama perubahan frekwensi dilakukan tegangan sumber harus dijaga tetap. d. Hitung frekwensi resonansi rangkaian secara matematis dan bandingkan dengan hasil b. e. Dari hasil pengamatan b dan c hitung impedansi rangkaian pada masing-masing frekwensi (dengan menggunakan hukum Ohm). Buatlah kurva impedansi vs arus f. Hitung himpedansi rangkaian secara matematis berdasarkan nilai-nilai kapasitor, induktor dan frekwensi . Buatlah kurva impedansi vs arus. g. Bandingkan hasil e dan f h. Buatlah analisa dan kesimpulan dari hasil a s/d g



58

3.3 Rangkaian Resonansi Arus

R A A AC

A

VS C

L

Gambar 10 a. Buatlah rangkaian seperti gambar 10. Gunakan kapasitor dan induktor yang sama dengan yang digunakan pada percobaan 3.2. b. Atur tegangan sumber sebesar 3 volt, kemudian carilah frekwensi resonansi dari rangkaian tersebut dengan cara merubah frekwensi

sumber. Catat frekwensi

resonansinya, arus total dan arus cabang yang mengalir pada saat resonansi terjadi. Perhatikan kapasitas arus maksimum induktor. c. Rubah kedudukan frekwensi

beberapa nilai di atas dan di bawah frekwensi

resonansi (masing-masing 10 nilai) secara bertahap. Pada setiap kedudukan frekwensi catatlah besar arus yang mengalir, serta tegangan pada kapasitor dan induktor. Ingat, selama perubahan frekwensi dilakukan tegangan sumber harus dijaga tetap. d. Hitung frekwensi resonansi rangkaian secara matematis dan bandingkan dengan hasil b. e. Dari hasil pengamatan b dan c hitung impedansi rangkaian pada masing-masing frekwensi (dengan menggunakan hukum Ohm). Buatlah kurva impedansi vs arus f. Hitung himpedansi rangkaian secara matematis berdasarkan nilai-nilai kapasitor, induktor dan frekwensi . Buatlah kurva impedansi vs arus. g. Bandingkan hasil e dan f h. Buatlah analisa dan kesimpulan dari hasil a s/d g


SEKOLAH TINGGI TEKNIK PLN LABORATORIUM DASAR TEKNIK ELEKTRO IV.

59

Tugas a. Catat semua alat yang saudara gunakan b. Turunkan rumus frekwensi resonansi (f0) c. Mengapa pada sistem arus searah tidak dikenal adanya resonansi? d. Hitung lebar kanal (band width) dari rangkaian LC dalam percobaan di atas (baik rangkaian seri maupun paralel) e. Bagaimana sifat impedansi rangkaian LC seri di barah frekwensi resonansinya? Dan bagaimana sfatnya bila di atas frekwensi resonansi?



60

DATA PENGAMATAN

1. Pengaruh Frekuensi  Terhadap R VS

f (Hz)

R = 470  I (mA)

R = 1 K V

I (mA)

R = 2.2 K V

I (mA)

V

50 3

100 2K 4K

 Terhadap L VS

f (Hz)

L = 2.5 mH I (mA)

V

L = 1.25 mH I (mA)

V

50 3

100 2K 4K

Catatan : Induktor diparalel

 Terhadap C VS

f (Hz)

C = 8 F I (mA)

C = 10 F V

I (mA)

50 3

100 2K 4K


C = 47 F V

I (mA)

V


61

2. Resonansi Tegangan VL = V C VS

R ()

L(mH)

C (F)

3

470

2,5

8

f (Hz)

I (mA)

VR

VL

VC

f (Hz)

I (mA)

IR

IL

IC

3. Resonansi Arus IL = IC VS

R ()

L(mH)

C (F)

3

470

2,5

8



62

PENGOLAHAN DATA

1. Pengaruh Frekwensi  Terhadap R R

V I

f (Hz)

V (volt)

I (mA)

R ()

50 100 2K

3

4K

 Terhadap L XL = 2  f L L (mH)

f (Hz)

XL ()

XL

50 2,5

100 2K 4K

f

 Terhadap C XC =

I 2 f C

C (µF)

f (Hz)

XC ()

XC

50 2,5

100 2K 4K f



63

2. Resonansi Tegangan f0 

I 2 LC

Kesalahan Relatif f0 

f0 hitungan  f0 percobaan f0perhitunga n

100%

2

Z  R 2  XL  XC  I

V Z

XL = 2  f L C (µF)

L (mH)

10

2,5

f (Hz)

XL ()

XC ()

Z

Z

I 3. Resonansi Arus f0 

I 2 LC

Kesalahan Relatif f0 

f0 hitungan  f0 percobaan


f0perhitunga n

100%

I

2016 SEKOLAH TINGGI TEKNIK PLN LABORATORIUM DASAR TEKNIK ELEKTRO 1. Petunjuk Praktikum Rangkaian Listrik LAB DASAR TEKNIK ELEKTRO LT

Recommend Documents