Analisis Nodal dan Mesh Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) Program Studi Teknik Elektro, Unsoed Iwan Setiawan <stwn at unsoed.ac.id>
Tahun Ajaran 2013/2014
Hukum Ohm.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Hukum Kirchhoff. (Kirchhoff arus dan tegangan)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Rangkaian seri dan paralel. (untuk resistor dan sumber)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Pembagian tegangan dan arus.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Teknik analisis dasar: analisis nodal dan mesh.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Analisis Nodal
Analisis rangkaian sederhana yang mempunyai 2 node. (dengan hukum Kirchhoff arus)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Apa yang dicari?
Suatu persamaan yang dapat digunakan untuk mendapatkan besaran yang dicari. (yaitu tegangan dua/pasangan node)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
1/30 Ω
1/15 Ω
1/30 Ω
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
1/15 Ω
Hayt, Kemmerly, Durbin (2007)
Cari v, i, dan p pada tiap elemen!
Berapa jumlah nilai tegangan dan persamaan yang dicari pada rangkaian dengan 3 simpul/node?
2 nilai tegangan dan 2 persamaan.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Berapa jumlah nilai tegangan dan persamaan yang dicari pada rangkaian dengan 8 simpul/node?
7 nilai tegangan dan 7 persamaan.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Rangkaian dengan N buah node akan mempunyai (N-1) nilai tegangan yang dicari dan (N-1) buah persamaan.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Hayt, Kemmerly, Durbin (2007)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Cari v!
v
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Cari dulu nilai tegangan pada tiap elemen.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
(N-1) nilai tegangan
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Node referensi menghubungkan lebih banyak cabang.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Hayt, Kemmerly, Durbin (2007)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
pada node 1
pada node 2
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Mana yang lebih baik?
“Jumlah” arus masuk = “Jumlah” arus keluar
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Prosedur Analisis Nodal 1) Hitung jumlah node. 2) Tentukan node referensi. 3) Berikan label pada tegangan nodal. 4) Tulis persamaan KCL untuk setiap node terhadap node referensi. 5) Libatkan variabel tambahan jika ada, seperti arus atau tegangan lain. 6) Selesaikan persamaan. Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Jason Csizmadi, CC BY-NC-SA, http://flic.kr/p/9iz2U6
Supernode
Kita sudah mengenal sumber arus dan sumber tegangan.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Cari tegangan tiap node pada rangkaian di atas!
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Kita tidak tahu arus pada cabang yang memiliki sumber tegangan 22 V.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Buat node 2, node 3, dan sumber tegangan menjadi sebuah supernode.
Jason Csizmadi, CC BY-NC-SA, http://flic.kr/p/9iz2U6
Hayt, Kemmerly, Durbin (2007)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
v3 – v2 = 22
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Jika total arus yang keluar dari node 2 sama dengan nol, dan total arus yang keluar dari node 3 juga nol, ...
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
...total arus yang keluar dari “gabungan” 2 node tersebut = 0.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Hayt, Kemmerly, Durbin (2007)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Pada node 1:
Hayt, Kemmerly, Durbin (2007)
Pada supernode:
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Apa implikasi dari supernode?
Pengurangan 1 buah persamaan.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Jika ada sumber tegangan di antara 2 node dalam sebuah rangkaian, jadikan kedua node tersebut supernode.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Analisis Mesh
Rangkaian planar dan non-planar.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Rangkaian planar: rangkaian yang gambar diagramnya tidak mempunyai cabang yang berpotongan dengan cabang lainnya.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Hayt, Kemmerly, Durbin (2007)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Lintasan dan lintasan tertutup.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Hayt, Kemmerly, Durbin (2007)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Mesh adalah sebuah lintasan tertutup yang tidak mengandung lintasan tertutup lainnya.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Hayt, Kemmerly, Durbin (2007)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Syarat analisis mesh?
Rangkaian planar. (di dalamnya ada mesh-mesh)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Analisis (Arus) Mesh
Hayt, Kemmerly, Durbin (2007)
Berapa mesh? Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Cari i1 dan i2!
Hayt, Kemmerly, Durbin (2007)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Mesh sebelah kiri, -42 + 6 i1 + 3 ( i1 - i2 ) = 0 Mesh sebelah kanan, -3 ( i1 - i2 ) + 4 i2 - 10 = 0 Hukum Tegangan Kirchhoff.
i1 = 6 A dan i2 = 4 A i1 - i2 = 2 A Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Arus mesh adalah arus yang mengelilingi sebuah mesh saja.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Cari i1 dan i2!
Hayt, Kemmerly, Durbin (2007)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Mesh sebelah kiri, -42 + 6 i1 + 3 ( i1 - i2 ) = 0 Mesh sebelah kanan, 3 ( i2 - i1 ) + 4 i2 - 10 = 0 Fokus pada arus mesh.
i1 = 6 A dan i2 = 4 A i1 - i2 = 2 A Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Prosedur Analisis Mesh 1) Pastikan rangkaian berbentuk planar. 2) Hitung jumlah mesh. 3) Beri label arus pada setiap mesh. 4) Tulis persamaan KVL pada setiap mesh. 5) Libatkan variabel tambahan jika ada, seperti arus atau tegangan lain. 6) Selesaikan persamaan.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Jason Csizmadi, CC BY-NC-SA, http://flic.kr/p/9iz2U6
Supermesh
Terdapat sumber arus. (kita tidak tahu tegangannya)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Hayt, Kemmerly, Durbin (2007)
Cari i1, i2, dan i3!
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Hayt, Kemmerly, Durbin (2007)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Buat supermesh dari mesh 1 dan 3: -7 + 1 ( i1 - i2 ) + 3 ( i3 - i2 ) + 1 i3 = 0
[1]
Mesh 2: 1 ( i2 - i1 ) + 2 i 2 + 3 ( i 2 - i3 ) = 0
[2]
Hubungkan mesh 1 dan 3: i1 - i3 = 7
[3]
Persamaan, i1 - 4 i 2 + 4 i 3 = 7
[1]
-i1 + 6 i2 - 3 i3 = 0
[2]
i1
[3]
- i3 = 7
Menghasilkan, i1 = 9 A, i2 = 2,5 A, dan i3 = 2 A.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Jika ada sumber arus di antara 2 mesh dalam sebuah rangkaian, jadikan kedua mesh tersebut supermesh.
Jason Csizmadi, CC BY-NC-SA, http://flic.kr/p/9iz2U6
Simpulan
“Node” berhubungan dengan “arus”. “Loop” berhubungan dengan “tegangan”.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Analisis Nodal dan Mesh (1) ●
●
Jika rangkaian non-planar gunakan analisis nodal. Jika rangkaian planar, gunakan: ●
●
analisis nodal pada N node: N-1 persamaan KCL. Jika ada supernode, (N-1)-1 persamaan ;-) analisis mesh pada M mesh: M persamaan KVL. Jika ada supermesh, M-1 persamaan ;-)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Cari jumlah persamaan yang lebih sedikit.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Bagaimana jika ada sumber tegangan yang terkendali arus?
Bagaimana jika ada sumber arus terkendali tegangan?
Kuantitas “nilai kendali” tersebut lebih mudah dihubungkan ke arus mesh atau tegangan nodal? (Lihat juga lokasi sumber)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Hayt, Kemmerly, Durbin (2012)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Besaran apa yang dicari?
Analisis Nodal dan Mesh (2) ●
Analisis nodal digunakan untuk mencari tegangan nodal secara langsung. Supernode diterapkan jika rangkaian melibatkan sumber tegangan. Analisis mesh untuk mencari arus (mesh) secara langsung. ●
●
●
Supermesh diterapkan jika rangkaian melibatkan sumber arus sebagai elemen bersama.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Kita masih perlu hukum Ohm juga.
Analisis Rangkaian dengan Bantuan Komputer
Steve Jurvetson, CC BY, http://flic.kr/p/9eaXqf
Kita memerlukan verifikasi.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
SPICE! Zak Greant, CC BY, http://flic.kr/p/8vUXut
Program simulator berbasis model SPICE.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis (SPICE)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Standar industri dalam analisis rangkaian listrik.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Apapun programnya, SPICE standarnya. (mengimplementasikan satu standar, interoperabilitas dan keterbukaan)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Kita tak perlu terikat dengan alat.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Kita hanya perlu konsep yang dapat diterapkan pada berbagai macam alat.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
gEDA+ngspice+gspiceui, atau LTSpice.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Bagaimana jika ada alat yang tidak sesuai konsep?
Standar yang menjadi acuan.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Enak ya sudah ada program simulatornya. Santai.. :D
Shawn Campbell, CC BY, http://flic.kr/p/5zAK54
Analisis.
Robert H., CC BY-NC, http://flic.kr/p/bjjJFH
Horia Varlan, CC BY, http://flic.kr/p/7vBn3V
Alat hanyalah alat. (kompleksitas, durasi waktu)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Analisis dengan bantuan komputer.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Komputer hanya membantu saja.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Kita masih punya otak ;-)
Toni Blay, CC BY-NC-ND, http://flic.kr/p/5CNci
Daftar Bacaan ●
●
Hayt, W.H., Kemmerly, J.E., Durbin, S.M. 2007. Engineering Circuit Analysis, Seventh Edition, McGraw-Hill. Hayt, W.H., Kemmerly, J.E., Durbin, S.M. 2012. Engineering Circuit Analysis, Eighth Edition, McGraw-Hill.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed