Lks Arus Bolak Balik

29
PRAKTIKUM RANGKAIAN LISTRIK TUGAS LAPORAN RL-3 Nama : SLAMET PRANOTO No. Pokok : 07224003 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO S1 FA KULT AS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT SAINTS DAN TEKNOLOGI NASIONAL JAKARTA  2010

Transcript of Lks Arus Bolak Balik

PRAKTIKUM RANGKAIAN LISTRIK

PRAKTIKUM RANGKAIAN LISTRIK

TUGAS LAPORAN RL-3

Nama

: SLAMET PRANOTONo. Pokok

: 07224003JURUSAN TEKNIK ELEKTRO S1

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT SAINTS DAN TEKNOLOGI NASIONAL

JAKARTA 2010LAPORAN PENDAHULUAN RL -3

KAPASITOR DAN INDUKTOR

I Apa yang saudara ketahui tentang:

1. Kapasitor adalah komponen elektronika yang bersifat mengalirkan arus AC dan menghambat arus DC yang didalamnya terdapat sepasang elektroda yang dipisahkan bahan insulator dan dapat menyimpan muatan listrik.

2. Induktor adalah komponen yang bersifat mengalirkan arus DC dan menahan arus AC juga berupa konduktor yang berupa lilitan.

3. Kapasitansi adalah kemampuan kapasitor untuk menyimpan energi listrik.

4. Induktansi merupakan suatu akibat dari muatn listrik yang mengalir melalui lilitan/ inductor sehingga menimbulkan medan magnet, karena adanya medan magnet maka akan timbul induksi magnet.

5. Resistansi adalah batas kemampuan suatu resistor untuk menahan atau menghambat muatan listrik

6. Impedansi adalah suatu harga yang menunjukan besaran antara tahanan rugi (nyata) dan tahanan imajiner didalam rangakian R,L,C

Z=R+JX J=-X X=XL dan XC

II Jelaskan proses pengisian (charging) dan pelepasan (discharging) dari kapasitor, sertakan dengan gambar!

Jawab:

Proses pengisian bila polaritas positif kondensator dihubungkan dengan positif tegangan dan polaritas negative kondensator dihubungkan dengan negative tegangan maka kondensator akan mengalami pengisian yang memerlukan waktu. Kapasitor dihubungkan pararel dengan sumber tegangan. Proses pelepasan bisa dilakukan dengan menghubungkan singkat kedua kaki kondensator. Pada proses pelepasan juga memerlukan waktu (sumber tegangan).

(Gambar terlampir)

III Apa yang dimaksud dengan konstanta waktu (Time Constanta), berikan contoh perhitungan dan pemakaiannya!

Jawab:

Konstanta waktu adalah hambatan yang ada dalam kapasitor dikali dengan kapasitansinya.

Pemakaiannya: bila kondensator dihubungkan pararel dengan sumber tegangan DC maka muatan pada C tidak langsung terisi.

(t) = R . C (detik)

IV Apa yang saudara ketahui tentang Resonansi?

Jawab:

Resonansi adalah banyaknya frekuensi/getaran per detik. Resonansi dapat terjadi bila suatu rangkaian RLC terjadi suatu impedansi XL=XC dan dapat dihitung dengan rumus:

Didalam bentuk komponen resonansi dibagi 2 yaitu :

1. Resonansi seri = Resonansi tegangan

2. Resonansi pararel

V Tuliskan rumus Resonansi:

Bukti

EL = Ec ; iL = iC sehingga = R

maka: XL = Xc

L = C

VI Bagaimana bentuk gelombang keluaran dari sinyal sinusoidal dan persegi bila melalui :

a. Resistor ( R )

b. Kapasitor ( C )

c. Induktor ( L )

PersegiSinusoidal

Resistor ( R )

Kapasitor ( C )

Induktor ( L )

RL3

KAPASITOR DAN INDUKTOR

I. Maksud dan Tujuan Percobaan1. Menyelidiki sifat-sifat dan konstanta waktu (time constant) pada inductor dan konduktor 2. Mempelajari karakteristik inductor dan capasitor dalam rangkaian arus

bolak-balik

3. Menyelidiki sifat-sifat dari keadaan resonansi II. Alat-alat Percobaan1. Modul percobaan kapasitor dan inductor

2. Generator fungsi

3. Osiloskop

4. Catu daya

5. 2 buah Multi meter

6. Kabel penghubung 12 buah

7. Stopwatch

III. Teori singkat

A. KAPASITOR

Kapasitor secara fisik merupakan sepasang konduktor atau elektroda yang ditengah-tengahnya dipisahkan oleh bahan dialektrik (insulator) dimana muatannya dapat disimpan (proses charging) dan dilepaskan (proses discharging) symbol dari kapasitor adalah :

Keluaran dari kapasitor adalah kapasitor yang didefenisikan sebagai perbandingan muatan Q dengan perbedaan tegangan Vab antara penghantar/elektrodanya.Secara matematis dapat ditulis dengan rumus:

Satuan dari kapasitansi adalah Farad (F), sedangkan konstanta waktu kapasitas;

(t) = R.C (detik)

Cara menghubungkan kapasitor adalah:

a. Dengan cara seri

C1 C2

Kapasintansi total:

b. Dengan cara pararel adalah :

Kapasitansi total = Cp = C1 = C2Rangkaiaan kapasitif RC bila dialiri arus bolak-balik dengan gelombang sinusoidal, maka keluarannya akan menghasilkan bentuk gelombang sinusoidal pula dengan frekuensi yang sama.

Apabila ada dua buah gelombang sinusoidal mencapai harga puncak pada waktu yang bersamaan, maka kedua buah gelombang tersebut dikatakan sefase.Tetapi bila tidak dalam waktu yang bersamaan maka kedua buah gelombang tersebut berbeda fase sebesar O dengan satuan radian,secara matematis rumus persamaan dua gelombang diatas adalah :

dan

B. INDUKTOR

Induktor secara fisik terdiri dari bahan-bahan yang bersifat magnetic, sebagai inti dan dililit dengan penghantar, sehingga dapat menghasilkan proses induktansi. Bila lilitan dialiri oleh arus bolak-balik maka akan menghasilkan suatu medan magnet.Karena ada medan magnet maka akan timbul induksi medan magnetic berupa daya (emf) yang sifatnya berlawanan dengan medan magnet penyebabnya, secara matematis dapat dituliskan dengan rumus (emf) adalah :

Tanda negatif secaara fisik menunjukan bahwa (emf) yang ditimbulkan berlawanan arahnya dengan arus.

Cara menghubungkan Induktor:

a. Hubungan seri

L total: L1 + L2

b. Hubungan pararel

L total =

Satuan induktansi adalah henry (H).

Konstanta waktu induktif (detik).

Impedansi dalm rangkaiaan arus bolak-balik terdiri dari resistansi atau reaktansi atau gabungan antara keduanya

Reaktansi beban induktif : Reaktansi beban kapasitif :

Perhitungan tegangan Perhitungan tegangan dengan diagram phasor dapat dijabarkan sebagai berikut :

Vz = I . Z

Vx = I . X

Vr = I . R

UntukTegangan kapasitif Vc = I . Xc Tegangan Induktif VL = I . XLSeperti terlihat pada gambar dibawah ini,tegangan total V merupakan selisih antara tegangan VL dan Vc.

Di dalam diagram phasor telah dinyatakan bahwa :Tegangan VL mendahului I (leading) sebesar 90o.

Sedangkan beda phase antara VL dan Vc adalah 180o.RESONANSI

Resonansi terjadi bila didalam suatu rangkaian RLC terjadi impedansi XL = Xc. Dengan frekuensi resonansi dapat dihitung dengan mempergunakan rumus :

Pada saat resonansi, terjadi factor Q yang merupakan perbandingan antara tegangan induktor dengan tegangan masukan. Karena arus I yang mengalir sama maka secara matemati dapatdapt ditulis :

Faktor Q = Pada saat: f1 > f0 atau f2 < f0, maka factor Q dipengaruhi oleh reaktansi Kapasitif, sehingga secara matematis dapat ditulis:

Dengan demikian secara garis lurus dapat dibuat gambaran dalam bentuk kurva adalah :

VL

fo

f1 BW

f2

Untuk hubungan seri antara inductor dan kapasitor dapat kita buat diagram phasornya :

Untuk hubungan Paralel LC diagram fasornya :

IV. Jalannya percobaanA. Kapasitansi

1. Buat rangkaian seperti gambar C1.1, atur suplai tegangan variabel arus sebesar 10 Volt.

2. Naikkan posisi saklar, catat tegangan saat proses pengisian (charging) dalam selang waktu t = 0 detik sampai t = 60 detik (ditentukan asisten).

Gambar C1.1

3. Ubah posisi sakelar ke bawah, amati proses pembuangan (discharging) pada voltmeter catat besar tegangan yang terjadi dalam selang waktu t = 0 detik sampai t = 60 detik.

B. Hubungan Seri dan Paralel Kapasitas

1. Buat rangkaian seperti gambar C2.1.

Gambar C2.12. Atur generator fungsi pada frekuensi 200 Hz dan amplitudo tegangan 5 volt-ptp, (bentuk gelombang persegi).

3. Amati bentuk gelombang yang terjadi pada osiloskop dan gambarkan pada kertas milimeter blok, hitung konstanta waktunya.

4. Ubah frekuensi generator menjadi 20 Hz, dengan mengunakan resistor 10 k. Gambarkan bentuk gelombangnya pada milimeter blok, hitung konstanta waktunya.

C. Induktansi

1. Buat rangkaian seperti gambar C3.1.

Gambar C3.1

2. Atur fungsi generator menjadi gelombang persegi 100 H, amplitudo 5 volt-ptp (probe Y1)

3. Amati gelombang arus pada probe Y2.

4. Gambarkan hasil pengamatan pada milimeter blok, dan hitung konstanta waktunya.

D. Kapasitansi Dalam Rangkaian Arus Bolak-Balik.

1. Buat rangkaian separti gambar C4.1.

Gambar C4.1

2. Atur fungsi generator pada gelombang sinusoidal dengan frekuensi 400 Hz, Amplitudo keluaran harus tetap sebesar 5 volt-ptp.

3. Catat besar arus yang terjadi (probe Y2), amati dan gambar bentuk gelombang arus (Y2) dan tegangan (Y1-ptp).

4. Ulangi pengamatan untuk frekuensi 10 kHz,dengan tegangan keluaran diatur tetap 5 volt-ptp. Catat besar serta gambarkan bentuk gelombang arus dan tegangan.

5. Atur kembali fungsi generator menjadi 400 Hz, lepaskan hubungan resistor 1 k dan hubungkan dengan kapasitor 100 nF. Catat besar serta gambarkan bentuk gelombang arus dan tegangan.

Ulangi percobaan untuk frekuensi 4 kHz.V. Tabel pengamatan

A. KAPASITANSIWaktu (detik)Beda Potensial Kapasitor

PengisianPengosongan

0010

549,0

1068,0

2084,0

258,81,8

3091,0

409.20,6

509.40,5

609.40,4

B. KAPASITANSI DALAM RANGKAIAN ARUS BOLAK-BALIK

C. INDUKTANSI

a. f = 100 Hz ; V = 5 Vptp

b. f = 100 Hz ; V = 5 Vptp

L = 1 H ; L = 700 mH Hubungan seri

c. f = 100 Hz ; V = 5 Vptp

L = 1 H ; L = 700 mH Hubungan pararel

D. KAPASITANSI DALAM RANGKAIAN ARUS BOLAK-BALIK

a. f = 400 Hz ; V = 5 Vptp

b. f = 10 KHz ; V = 5 Vptp

c. f = 400 Hz ; R = 1 K ; C = 100 nF

d. f = 4 KHz ; R = 1 K ; C = 100 nF

VI. Tugas laporan

A. Kapasitansi1. Apa yang terjadi pada langkah 2 dan 3 pada percobaan kapasitor ini ? Mengapa demikian, beri penjelasan!

Jawab:

* Pada saat proses pengisian (charging), voltmeter mengalami kenaikan dimulai dari angka nol, kenaikan angka ini menunjukan besar nilai tegangan yang mungkin meningkat yang disebabkan kapasitor menyimpan muatan selama selang waktu / periode 0-60 detik. Karena proses menyimpan muatan ini, maka tegangan bertambah besar nilainya sebanding dengan besarnya muatan yang disimpan oleh kapasitor. Oleh karena itu voltmeter menunjukan besar angka yang berubah dan semakin meningkat besar nilai angkanya.

* Pada saat proses pelepasan (discharging), voltmeter mengalami penurunan angka dimulai dari 9,4 volt. Penurunan angka ini menunjukan besar nilai tegangan yag semakin kecil yang disebabkan kapasitor membuang atau melepaskan muatan listrik selama selang waktu periode 0-60 detik. Karena proses pelepasan muatan ini maka tegangan semakin kecil nilainya, yang sebanding dengan jumlah muatan yang tersimpan didalam kapasitor tersebut. Oleh karena itu voltmeter menunjukan angka yang berubah dan semakin kecil.

2. Gambarkan grafik pengisian dan pelepasan dari hasil percobaan ini, beri

penjelasan!

Jawab: Grafik pengisian menunjukan kenaikan tegangan sehubungan dengan kapasitor yang menyimpan muatan listrik. Grafik garis linier yang semakin meningkat yang menunujukan naiknya nilai tegangan seiring kenikan periode waktu tersebut Grafik penurunan atau pelepasan menunjukan penurunan garis sebagai akibat dari tegangan yang semakin menurun karena pelepasan muatan listrik oleh kapasitor sehingga tegangan semakin menurun untuk waktu yang semakin meningkat.

Jika kedua grafik ini digabungkan akan membentuk suatu grafik yang mempunyai interval pengisian dan pelepasan yang berulang-ulang yang merupakan ciri khas dan sifat kapasitor itu sendiri dalam menyimpan dan melepaskan muatan listrik. Grafik Pengisian :

Grafik Pembuangan

B. HUBUNGAN SERI PARALEL KAPASITANSI

3. Pada langkah 3 percobaan B, gambarkan bentuk gelombang pada kapasitor.

Jawab :

4. Hitung besar C dengan mempergunakan rumus , R = resistansi dari rangkaian. Bandingkan dengan harga kapasitor yang sebenarnya, beri kesimpulan.

Jawab :

Dari gambar hasil percobaan B langkah 4

R = 10 k = 10

EMBED Equation.3 Time/div = 5

Div = 5.8

= 29 detik

Ditanya : C

Penyelesaian : = RC

29 = 10.C

C = = 2.9 mF

5. a. Hitung dari langkah nomor 4

Jawab :

R = 10 k = 10

EMBED Equation.3

C = 2.9 mF = 2.9 x 10 F

Ditanya :

Penyelasaian : = RC

= 10. 2.9 x 10

= 2.9 detik

b. Hitung untuk seri dan parallel pada langkah nomor 5.

Jawab :

Seri :

R = 10 k = 10

EMBED Equation.3 C1 = 220 nF

C2 = 100 nF

Ctotal = 68.75 nF = 68.75 x 10-9 F

= RC

= 10(68.75 x 10-9) = 0.6875 ms

Paralel :

R = 10 k = 10

EMBED Equation.3

C1 = 220 nF

C2 = 100 nF

Ctotal = 320 nF = 320 x 10-9 F

= RC

= 10(320 x 10-9) = 3.2 ms

C. INDUKTANSI

6. Dari langkah nomor 4 tentukan -nya. Jawab :

R = 1 k = 103

L = 700 mH = 0.7 H

= = = 0.7 ms7. Hitung reaktansi induktif dari rangkaian seri dan parallel, bandingkan dengan hasil percobaan.

Jawab :

Seri :

L1 = 1 H

L2 = 700 mH = 0.7 H

Ltotal = 1.7 H

f = 100 Hz

XL = 2fL

= 2 x 3.14 x 100 x 1.7

= 1067.6

Paralel :

L1 = 1 H

L2 = 700 mH = 0.7 H

Ltotal = 0.41 H

f = 100 Hz

XL = 2fL

= 2 x 3.14 x 100 x 0.41 = 257.48

8. Pada langkah nomor 5 percobaan C, hitung .

Jawab :

Seri :

R = 1 k = 103

L1 = 1 H

L2 = 700 mH = 0.7 H

Ltotal = 1.7 H = = = 1.7 ms

Paralel :

R = 1 k = 103

L1 = 1 H

L2 = 700 mH = 0.7 H

Ltotal = 0.41 H

= = = 0.41 ms

9. Apa akibatnya pada bila resistansi berkurang.

Jawab :

Jika resistansi semakin kecil maka nilai konstanta waktu semakin besar, begitu pula sebaliknya. Jika resistansi semakin besar maka nilai konstanta waktu semakin kecil.D. Kapasitansi Dalam Rangkaian Arus Bolak-Balik

1. Berapa tegangan efektif (RMS) pada R = 1000 dan berapa besar arus yang mengalir.

Jawab:

Diketahui

R = 1000

Vptp = 5Volt

Tentukan: - Vrms

I (arus) Penyelesaian: Vptp = 2Vmax Vmax = 5/2 = 2,5

Vrms = =1,767 Volt Vrms = Irms .R

Irms = = 1,767 mA

Imax = Irms . 2 = 1,767 . 10-3 . 2 . A = 2,5 mA

Jadi, didapat harga arus puncak positif Imax = 2,5 mA

2. Apakah amplitudo tegangan dan arus berubah bila frekuensi diubah-ubah? Beri penjelasan! Jawab: Amplitudo tegangan dan arus tidak akan berubah-ubah walaupun frekuensi diubah-ubah karena yang mempengaruhi besar kecilnya amplitudo tegangan dan arus adalah amplitude keluaran yang diberikan oleh fungsi generator, dalam percobaan ini diberikan amplitude keluaran yaitu 5Volt ptp. Sedangkan frekuensi hanya mempengaruhi periode waktu dari grafik yang ditampilkan dan tidak akan mempengaruhi amplitudo gelombang yang dihasilkan.

3. Berapa besar perbedaan dua buah phase antara dua buah gelombang yang muncul pada layar osiloskop

Jawab :

Perbedaan phase yang terjadi antara dua buah gelombang yang muncul pada osiloskop terjadi apabila dua buah gelombang sinusoidal mencapai harga puncak pada waktu yang bersamaan, maka kedua buah gelombang tersebut dikatakan sephase. Tetapi bila tidak dalam waktu yang bersamaan maka kedua buah gelombang tersebut berbeda phase sebesar dengan satuan radian, secara matematis dapat ditulis rumus persamaan kedua gelombang tersebut.

Perbedaan phase pada kedua gelombang arus dan tegangan pada saat frekuensi 400Hz adalah rad. Sedangkan pada kedua buah gelombang arus dan tegangan pada saat frekuensi 400Hz adalah rad.

4. Berapa beda phase antara gelombang tegangan dan arus dalam satuan

a.Derajat

b.Radian

Jawab:

Beda phase antara gelombang tegangan dan arus pada percobaan pertama adalah radian atau 90o.

Beda phase antara gelombang tegangan dan arus pada percobaan kedua adalah radian atau 45o.5. Hitung reaktansi kapasitas dari C = 100 nF dengan frekuensi 400Hz dan 4000Hz. Serta bandingkan dengan hasil dari percobaan, beri penjelasan!Jawab:

Diketahui

F1 = 400Hz

F2 = 4000Hz

C = 100 nF = 1 x 10-7 FDitanya

Xc1 = ?

Xc2 = ?

Penyelesaian:

Pada frekuensi 400Hz

Pada frekuensi 4000Hz

Besar reaktansi kapasitif pada saat frekuensi 400Hz memiliki nilai yang besar sehingga menghasilkan tegangan keluaran yang lebih kecil pada layar osiloskop. Bila dibandingkan dengan besar reaktansi kapasitif pada frekuensi 4000Hz yang memiliki nilai yang lebih besar bila dibandingkan dengan tegangan keluaran pada frekuensi 400Hz. Hal ini bisa dilihat dari grafik keluaran tegangan pada layar osiloskop yang memiliki tegangan ptp yang berbeda antara frekuensi 400Hz dengan frekuensi 4000Hz.VII. KesimpulanProses pengisian dan pelepasan pada kapasitor terjadi sebagai akibat muatan listrik yang disimpan dan dilepaskan oleh kapasitor,sehingga terjadi pertambahan nilai tegangan pada saat pengisian pada kapasitor tersebut selama selang waktu periodic tertntu dari 0s/d 60 detik.

Pada saat terjadi pelepasan muatan listirk terjadi pengurangan nilai tegangan yang dimulai angka 9.4 Volt. Pada saat percobaan kapasitansi dalam rangkaian arus bolak-balik frekuensi yang berubah-ubah tidak mempengaruhi amplitudo keluaran pada layer osiloskop,karena amplitude keluaran pada layer osiloskop dipengaruhi oleh amplitude tekanan yang telah diatur sebelumnya pada alat pungsi generator pada percobaan ini diberi tegangan sebesar 5 Voltptp.Perbedaan phase terjadi bila dua buah gelombang arus dan tegangan tidak mencapai puncak secara bersamaan,besar phase ini bias dalam derajat ataupun dalam radian.Besar reaktansi kapasitif yang besar akan mengakibatkan tegangan keluaran yang kecil bila dibandingkan dengan reaktansi kapasitif yang menghasilkan tegangan keluaran yang besar.

IC

IL

IR

IR

2IR

V

IL

I

IC

V

10

7

4

0

3

A

3

EMBED Visio.Drawing.11

EMBED Visio.Drawing.11

_1178490570.unknown

_1290459295.vsd1

y

x

1

2

3

4

5

2

0

4.8

0.4

_1290920690.vsd1

2

3

4

5

6

1

2

6.8

0

3.8

_1290920939.vsd1

2

3

4

5

6

1

2

6.8

0

3.8

_1290978144.vsd1

2

3

4

1

2

0

1.8

1

2

3

1

0

0.2

Channel 2

Channel 1

_1290978372.vsd1

2

3

1

0

1

2

3

1

0

0.8

0.4

Channel 2

Channel 1

_1290978452.vsd1

2

1

0

1

2

1

0

0.8

0.4

Channel 2

Channel 1

_1290978099.vsd1

2

3

4

1

2

0

1.8

1

2

3

1

0

0.4

Channel 1

Channel 2

_1290920923.vsd1

2

3

4

5

6

1

2

6.8

0

3.8

_1290462476.unknown

_1290463123.unknown

_1290463289.unknown

_1290463762.unknown

_1290463812.unknown

_1290463203.unknown

_1290462739.unknown

_1290462899.unknown

_1290460531.unknown

_1290460562.unknown

_1290461848.unknown

_1290460244.unknown

_1289761758.unknown

_1289764174.unknown

_1289764378.unknown

_1290458401.vsd3

4

5

6

7

8

2

1

9

10

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

0

y

x

_1290458815.vsd3

4

5

6

7

8

2

1

9

10

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

0

x

y

_1289764646.unknown

_1289764191.unknown

_1289761885.unknown

_1289763507.unknown

_1289763736.unknown

_1289762035.unknown

_1289761832.unknown

_1289755791.unknown

_1289756772.unknown

_1178490582.unknown

_1178478332.unknown

_1178488157.unknown

_1178488598.unknown

_1178488709.unknown

_1178488331.unknown

_1178483830.unknown

_1178483915.unknown

_1178484438.unknown

_1178484743.unknown

_1178484179.unknown

_1178483872.unknown

_1178482507.unknown

_1178477580.unknown

_1178477829.unknown

_1178477874.unknown

_1178477706.unknown

_1178476885.unknown

_1178477196.unknown

_1178212005.vsd

L1

L2

_1178476584.unknown

_1178211640.vsd

L1

L2