LITAR ELEKTRIK LITAR ELEKTRIK ENT161/4ENT161/4

Pusat Pengajian Kejuruteraan MekatronikPusat Pengajian Kejuruteraan Mekatronik

Kolej Universiti Kejuruteraan Utara MalaysiaKolej Universiti Kejuruteraan Utara Malaysia

ENT161/4

zolbahri@kukum.edu.myzolbahri@kukum.edu.mymazelan@kukum.edu.mymazelan@kukum.edu.my

(Nota disediakan dengan bantuan Pn. Samila Mat Zali)(Nota disediakan dengan bantuan Pn. Samila Mat Zali)

Mempelajari komponen-komponen utama litar elektrik dan kaedah analisis litar DC dan AC

Silibus KursusSilibus Kursus

Zol Bahri RazaliP.P.K.Mt

1

Pensyarah:Pensyarah:ZOL BAHRI / MAZELANZOL BAHRI / MAZELAN

OBJEKTIF KURSUSOBJEKTIF KURSUS

ENT161/4

Pembolehubah Dan Elemen LitarPembolehubah Dan Elemen Litar

Ulangkaji analisis litar, unit SI, voltan dan arus, kuasa, tenaga, elemen atas litar Ulangkaji analisis litar, unit SI, voltan dan arus, kuasa, tenaga, elemen atas litar (pasif dan aktif) punca voltan dan arus, hukum Ohm, hukum Kirchhoff, model (pasif dan aktif) punca voltan dan arus, hukum Ohm, hukum Kirchhoff, model litar, litar dengan `dependent source'.litar, litar dengan `dependent source'.

Litar RintanganLitar Rintangan

Printang siri/selari, litar pembahagi voltan, litar pembahagi arus, pengukuran Printang siri/selari, litar pembahagi voltan, litar pembahagi arus, pengukuran voltan dan arus, titi Wheatstone, litar setara delta-wye (Pi-Tee).voltan dan arus, titi Wheatstone, litar setara delta-wye (Pi-Tee).

Kaedah Analisis LitarKaedah Analisis Litar

Pengenalan kaedah nod-voltan, kaedah nod-voltan mengandungi `dependent Pengenalan kaedah nod-voltan, kaedah nod-voltan mengandungi `dependent sources' dan kes khas, pengenalan kaedah mesh-arus, kaedah mesh-arus sources' dan kes khas, pengenalan kaedah mesh-arus, kaedah mesh-arus mengandungi `dependent sources' dan kes khas, penjelmaan punca, litar setara mengandungi `dependent sources' dan kes khas, penjelmaan punca, litar setara Therenin dan Norton, pemindahan kuasa maksimum dan superposisi.Therenin dan Norton, pemindahan kuasa maksimum dan superposisi.

Induktans Dan KapasitansInduktans Dan Kapasitans

Induktor, hubungan voltan, arus, kuasa dan tenaga, kapasitor, hubungan voltan, Induktor, hubungan voltan, arus, kuasa dan tenaga, kapasitor, hubungan voltan, arus, kuasa dan tenaga, gabungan siri-selari induktor dan kapasitor.arus, kuasa dan tenaga, gabungan siri-selari induktor dan kapasitor.

Sambutan Tertib-Pertama Litar RL dan RCSambutan Tertib-Pertama Litar RL dan RC

Sambutan asli litar RL dan RC, sambutan langkah (rangkap memaksa) litar RL Sambutan asli litar RL dan RC, sambutan langkah (rangkap memaksa) litar RL dan RC, penyelesaian umum sambutan asli dan langkah, pensuisan berjujukan, dan RC, penyelesaian umum sambutan asli dan langkah, pensuisan berjujukan, pengenalan sambutan asli dan langkah litar RLC.pengenalan sambutan asli dan langkah litar RLC.

Analisis Sinus Keadaan MantapAnalisis Sinus Keadaan Mantap

Punca sinus, sambutan sinus, konsep fasor dan gambar rajah fasor, elemen Punca sinus, sambutan sinus, konsep fasor dan gambar rajah fasor, elemen pasif litar dalam domain frekuensi (hubungan V-I untuk R, L, C), impedans dan pasif litar dalam domain frekuensi (hubungan V-I untuk R, L, C), impedans dan reaktans, hukum Kirchhoff dalam domain frekuensi, teknik-teknik analisis litar reaktans, hukum Kirchhoff dalam domain frekuensi, teknik-teknik analisis litar dalam domain frekuensi.dalam domain frekuensi.

Pengiraan Kuasa Sinus Keadaan MantapPengiraan Kuasa Sinus Keadaan Mantap

Kuasa ketika, kuasa purata (aktif) dan reaktif, pengiraan kuasa dan nilai rms, Kuasa ketika, kuasa purata (aktif) dan reaktif, pengiraan kuasa dan nilai rms, kuasa kompleks dan segitiga kuasa, pemindahan kuasa maksimum dalam kuasa kompleks dan segitiga kuasa, pemindahan kuasa maksimum dalam sebutan impedans.sebutan impedans.

Litar Sistem KuasaLitar Sistem Kuasa

Zol Bahri RazaliP.P.K.Mt

2

ENT161/4

Sistem satu dan tiga fasa (litar Y dan Sistem satu dan tiga fasa (litar Y dan DD), punca voltan tiga fasa seimbang, ), punca voltan tiga fasa seimbang, analisis litar Y - Y, analisis litar Y - analisis litar Y - Y, analisis litar Y - DD, pengiraan kuasa dalam litar tiga fasa , pengiraan kuasa dalam litar tiga fasa seimbang, pengukuran kuasa purata dalam litar tiga fasa.seimbang, pengukuran kuasa purata dalam litar tiga fasa.

PEMBOLEHUBAH & ELEMEN LITARPEMBOLEHUBAH & ELEMEN LITAR

Unit SIUnit SIArus, voltan, kuasa dan tenagaArus, voltan, kuasa dan tenagaElemen atas litar (aktif & pasif)Elemen atas litar (aktif & pasif)Ulangkaji analisis litarUlangkaji analisis litarPunca voltan dan arusPunca voltan dan arusHukum OhmHukum OhmHukum KirchhoffHukum KirchhoffModel litarModel litarLitar dengan punca bersandarLitar dengan punca bersandar

Ulangkaji analisis litarUlangkaji analisis litar

Analisis : Analisis : satu kajian (matematik) tentang entiti kompleks dan saling hubungan satu kajian (matematik) tentang entiti kompleks dan saling hubungan bahagian-bahagiannya.bahagian-bahagiannya.

Litar : Litar : satu saling hubungan satu peranti elektrik ringkas yang mana sekurang-satu saling hubungan satu peranti elektrik ringkas yang mana sekurang-kurangnya terdapat satu laluan tertutup di mana arus boleh mengalir.kurangnya terdapat satu laluan tertutup di mana arus boleh mengalir.

Analisis litar : Analisis litar : kajian matematik saling hubungan bagi peranti-peranti elektrik ringkas yang kajian matematik saling hubungan bagi peranti-peranti elektrik ringkas yang mengandungi sekurang-kurangnya satu laluan tertutup.mengandungi sekurang-kurangnya satu laluan tertutup.

Unit SIUnit SI

SI : SI : International System of UnitInternational System of Unit yang diperkenalkan oleh yang diperkenalkan oleh National Bureau of National Bureau of StandardsStandards dalam tahun 1964 dalam tahun 1964

Zol Bahri RazaliP.P.K.Mt

3

cdcandelaLuminous intensity

kKelvinTermodinamik

AAmpereArus elektrik

sSaatMasa

kgKilogramJisim

mMeterPanjang

SimbolUnit asasKuantiti

ENT161/4

Unit SI merangkumi sistem desimal untuk dihubungkan dengan unit yang lebihUnit SI merangkumi sistem desimal untuk dihubungkan dengan unit yang lebih besar atau lebih kecil dengan unit asas dan menggunakan prefix piawaian untuk besar atau lebih kecil dengan unit asas dan menggunakan prefix piawaian untuk kuasa 10 iaitu:kuasa 10 iaitu:

ARUS

Arus elektrik adalah kadar perpindahan cas yang diukur dalam ampere (A)Arus elektrik adalah kadar perpindahan cas yang diukur dalam ampere (A)1 A = 1 C/s1 A = 1 C/s

Direct currentDirect current: arus kekal malar dengan masa: arus kekal malar dengan masa

Alternating currentAlternating current: arus berubah secara sinusoidal dengan masa: arus berubah secara sinusoidal dengan masa dimanadimana i i = arus dalam ampere= arus dalam ampere

q q = cas dalam coulomb= cas dalam coulombtt = masa dalam saat = masa dalam saat

4 jenis arus 4 jenis arus

Zol Bahri RazaliP.P.K.Mt

4

aAtto10-18

fFemto10-15

pPico10-12

nNano10-9

Micro10-6

mMili10-3

100

kKilo103

MMega106

GGiga109

TTera1012

SimbolPrefixPekali

ENT161/4

Arus Terus (Direct Current) Arus Ulangalik (Alternating current)

Arus Exponential Arus UalngalikTerendam (demped)

VOLTAN

VoltanVoltan: tenaga yang diserap atau dihabiskan untuk satu unit cas bergerak : tenaga yang diserap atau dihabiskan untuk satu unit cas bergerak melalui satu elemen litar.melalui satu elemen litar.

UnitUnit: volt(V): volt(V)

Sempena nama ahli fizik Italy pada abad 18, Sempena nama ahli fizik Italy pada abad 18, Alessandro Antonio Anastasio Alessandro Antonio Anastasio VoltaVolta

Satu voltan adalah bersamaan satu Joule per coulomb.Satu voltan adalah bersamaan satu Joule per coulomb.

di mana di mana vv = voltan dalam volt = voltan dalam voltww = tenaga dalam Joule = tenaga dalam Jouleqq = cas dalam coulomb = cas dalam coulomb

KUASA

Kuasa adalah kadar tenaga digunakan atau diserap mengikut masaKuasa adalah kadar tenaga digunakan atau diserap mengikut masa

Kuasa diserap = kuasa dibekalkanKuasa diserap = kuasa dibekalkan

Zol Bahri RazaliP.P.K.Mt

5

dq

dwv

dt

dwp vip

ENT161/4

di mana di mana pp = kuasa dalam watt (W = J/s) = kuasa dalam watt (W = J/s)w w = tenaga dalam joule (J)= tenaga dalam joule (J)tt = masa dalam saat (s) = masa dalam saat (s)vv = voltan dalam volt (V) = voltan dalam volt (V)II = arus dalam ampere (A) = arus dalam ampere (A)

TENAGA

HHukum pengabadian tenagaukum pengabadian tenaga: :

JJumlah bersih kuasa yang diserap oleh satu litar adalah sifarumlah bersih kuasa yang diserap oleh satu litar adalah sifar. .

Dengan kata lain, jumlah tenaga yang dihasilkan dalam sesuatu litar adalah Dengan kata lain, jumlah tenaga yang dihasilkan dalam sesuatu litar adalah sama dengan jumlah tenaga yang diserap.sama dengan jumlah tenaga yang diserap.

Tenaga bermaksud kapasiti untuk melakukan kerja, diukur dalam joule (J).Tenaga bermaksud kapasiti untuk melakukan kerja, diukur dalam joule (J).

Elemen Atas LitarElemen Atas Litar

Satu elemen asas litar yang ringkas adalah model matematik bagi satu peranti Satu elemen asas litar yang ringkas adalah model matematik bagi satu peranti elektrik yang mempunyai dua terminal.elektrik yang mempunyai dua terminal.

Punca Voltan Dan ArusPunca Voltan Dan Arus

Punca tak bersandar (independent) adalah penjana voltan dan arus yang takPunca tak bersandar (independent) adalah penjana voltan dan arus yang tak bergantung pada pembolehubah lain yang terdapat dalam litar.bergantung pada pembolehubah lain yang terdapat dalam litar.

Punca bersandar (dependent) pula adalah penjana voltan dan arus yang Punca bersandar (dependent) pula adalah penjana voltan dan arus yang bergantung pada pembolehubah litar yang lain.bergantung pada pembolehubah litar yang lain.

Punca yang ideal adalah penjana voltan dan arus yang tak bergantung Punca yang ideal adalah penjana voltan dan arus yang tak bergantung kepada arus yang melalui punca voltan atau voltan yang melintasi punca arus. kepada arus yang melalui punca voltan atau voltan yang melintasi punca arus. Punca ideal adalah model yang digunakan untuk memudahkan analisis litar. Punca ideal adalah model yang digunakan untuk memudahkan analisis litar. Punca ini tidak wujud secara fizikal.Punca ini tidak wujud secara fizikal.

Zol Bahri RazaliP.P.K.Mt

6

ENT161/4

Punca tak bersandarPunca tak bersandar

Voltan Arus

Punca voltan bersandar dengan kawalan voltan (dependent voltage- controlled voltage source)

Punca voltan bersandar dengan kawalan arus (dependent current-controlled voltage source)

Punca arus bersandar dengan kawalan voltan (dependent voltage-controlled current source)

Zol Bahri RazaliP.P.K.Mt

7

ENT161/4

Punca arus bersandar dengan kawalan arus (dependent current-controlled current source)

HUKUM OHMHUKUM OHM

Hukum Ohm menyatakan bahawa bezaupaya, V yang melintasi suatu beban Hukum Ohm menyatakan bahawa bezaupaya, V yang melintasi suatu beban pengalir adalah berkadaran terus dengan arus, I yang mengalir melaluinya.pengalir adalah berkadaran terus dengan arus, I yang mengalir melaluinya.

Sempena nama George Simon Ohm, ahli fizik Jerman pada abad ke 19.Sempena nama George Simon Ohm, ahli fizik Jerman pada abad ke 19.Tafsiran ini boleh dimudahkan seperti berikut,Tafsiran ini boleh dimudahkan seperti berikut,

di mana R = rintangan dalam ohm ( )di mana R = rintangan dalam ohm ( )Salingan rintangan dikenali sebagai konduktans, G yang diukur dalam unit Salingan rintangan dikenali sebagai konduktans, G yang diukur dalam unit

Siemens (S).Siemens (S).Hukum ini diperkenalkan oleh Hukum ini diperkenalkan oleh Gustar Robert KirchhoffGustar Robert Kirchhoff iaitu seorang professor iaitu seorang professor

universiti di Jerman. universiti di Jerman.

Beliau memperkenalkan dua hukum iaitu:Beliau memperkenalkan dua hukum iaitu:

1.1. Hukum Arus KirchhoffHukum Arus Kirchhoff2.2. Hukum Voltan KirchhoffHukum Voltan Kirchhoff

Hukum Arus KirchhoffHukum Arus Kirchhoff

Hukum ini menyatakan bahawa perjumlahan algebra bagi arus yang masuk keHukum ini menyatakan bahawa perjumlahan algebra bagi arus yang masuk ke suatu nod adalah sama dengan perjumlahan algebra bagi arus yang keluar dari suatu nod adalah sama dengan perjumlahan algebra bagi arus yang keluar dari nod tersebut.nod tersebut.

Arus masuk = arus keluarArus masuk = arus keluar

Takrifan di atas boleh dijelaskan secara matematik seperti berikut,Takrifan di atas boleh dijelaskan secara matematik seperti berikut,

Arus yang memasuki sesuatu nod adalah positif manakala arus yang keluar Arus yang memasuki sesuatu nod adalah positif manakala arus yang keluar dari nod adalah negatif.dari nod adalah negatif.

Hukum Voltan KirchhoffHukum Voltan Kirchhoff

Hukum ini menyatakan bahawa bagi satu litar tertutup, perjumlahan algebra Hukum ini menyatakan bahawa bagi satu litar tertutup, perjumlahan algebra punca voltan adalah sama dengan perjumlahan algebra kejatuhan voltan.punca voltan adalah sama dengan perjumlahan algebra kejatuhan voltan.

Takrifan matematik bagi hukum ini adalah seperti berikut,Takrifan matematik bagi hukum ini adalah seperti berikut,

Zol Bahri RazaliP.P.K.Mt

8

ENT161/4

MODEL LITARMODEL LITAR

Model matematik yang biasa digunakan untuk system elektrik dikenali sebagaiModel matematik yang biasa digunakan untuk system elektrik dikenali sebagai model litar. model litar.

Satu litar adalah satu saling hubungan komponen/elemen dua terminal yang Satu litar adalah satu saling hubungan komponen/elemen dua terminal yang mana akan menghasilkan ranting sesiri dan selari.mana akan menghasilkan ranting sesiri dan selari.

Litar SesiriLitar Sesiri

Dua elemen adalah sesiri jika:Dua elemen adalah sesiri jika:1. kedua-dua elemen litar hanya mempunyai satu terminal sepunya1. kedua-dua elemen litar hanya mempunyai satu terminal sepunya2.2. titik sepunya antara dua elemen tidak disambungkan dengan elementitik sepunya antara dua elemen tidak disambungkan dengan elemen pembawa arus yang lainpembawa arus yang lain

contoh litar sesiri contoh litar sesiri

Litar SelariLitar Selari

Dua elemen, ranting atau rangkaian adalah selari jika mempunyai dua titikDua elemen, ranting atau rangkaian adalah selari jika mempunyai dua titik sepunya. sepunya.

Contoh litar selariContoh litar selari

Zol Bahri RazaliP.P.K.Mt

9

ENT161/4

Gabungan Litar Sesiri-selariGabungan Litar Sesiri-selari

Litar sesiri-selari boleh digabungkan untuk menghasilkan satu rangkaianLitar sesiri-selari boleh digabungkan untuk menghasilkan satu rangkaian litar yang lebih kompleks. litar yang lebih kompleks.

Contoh gabungan litar sesiri-selariContoh gabungan litar sesiri-selari

LITAR DENGAN PUNCA BERSANDARLITAR DENGAN PUNCA BERSANDAR

Dengan menggunakan Hukum Voltan Kirchhoff pada gelung pertama, Dengan menggunakan Hukum Voltan Kirchhoff pada gelung pertama, (Pers. 1)(Pers. 1)

menggunakan Hukum Arus Kirchhoff pada gelung kedua, menggunakan Hukum Arus Kirchhoff pada gelung kedua,

(Pers. 2)

Selesaikan persamaan (1) dan (2)Selesaikan persamaan (1) dan (2)

menggunakan Hukum Ohm untuk perintang 20Ω, menggunakan Hukum Ohm untuk perintang 20Ω,

Zol Bahri RazaliP.P.K.Mt

10

ii

iii

6

5

0

0

Ai

Ai

24

4

0

ENT161/4

Soalan 1Soalan 1

Dapatkan nilai kuasa bagi setiap litar.

Jawapan 1

Soalan (a)

Soalan (b)

Zol Bahri RazaliP.P.K.Mt

11

Vv 4800

Vva 8)8)(1(

Wp 8)8()1(8

)8( 22

8

ENT161/4

Soalan (c)

Soalan (d)

Soalan 2Soalan 2

Dapatkan nilai I dan V0 untuk litar di bawah

Jawapan 2

Soalan 3

Dapatkan nilai arus dalam litar berikut menggunakan Hukum Voltan Kirchhoff

Zol Bahri RazaliP.P.K.Mt

12

Vvc 20)20)(1(

AI

I

III

2

126

032186

1 2 0 V

3 0

1 5

3 0 V

ENT161/4

Jawapan 3

Jika arah arus dipilih mengikut arah pusingan jam:

Jika arah arus melawan pusingan jam:Jika arah arus melawan pusingan jam:

Voltan pada perintang:Voltan pada perintang:

Kuasa yang diserap oleh perintang:Kuasa yang diserap oleh perintang:

Soalan 4Soalan 4

Jawapan 4

Menggunakan Hukum Voltan Kirchhoff ke atas kedua-dua gelung akanMenggunakan Hukum Voltan Kirchhoff ke atas kedua-dua gelung akan memberikan persamaan-persamaan dibawah:memberikan persamaan-persamaan dibawah:

selesaikan untuk kedua-dua arus is dan i0 dan diperolehi,selesaikan untuk kedua-dua arus is dan i0 dan diperolehi,

Dengan menggunakan Hukum Ohm ke atas perintang 3Ω Dengan menggunakan Hukum Ohm ke atas perintang 3Ω

Zol Bahri RazaliP.P.K.Mt

13

W

RIVIp

W

RIVIp

60

)15()2()2)(30(

120

)30()2()2)(60(

2

215

2

230

Viv 33 00