bab ii daya pada rangkaian ac

Kementrian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi
Politeknik Negeri Malang
BAB II
DAYA PADA RANGKAIAN AC
2.1 Capaian Pembelajaran
Setelah praktikum pengukuran daya pada rangkaian AC, mahasiswa akan mampu:
1. Mengetahui macam-macam daya pada rangkaian AC
2. Menjelaskan prosedur pengukuran daya pada rangkaian AC
3. Membandingkan hasil perhitungan secara teori, simulasi software dan pengukuran
praktikum.
Praktikum dilakukan melalui tiga tahap yaitu perhitungan, simulasi dengan software dan
pengukuran hasil praktikum. Dari hasil ketiga tahapan tersebut mahasiswa dapat membandingkan
nilai yang diperoleh dan dapat menyimpulkan penyebab terjadinya perbedaan nilai tersebut.
2.2 Teori Dasar
Carilah referensi tentang:
-
Daya sesaat
-
Daya rata-rata
-
Daya kompleks (daya aktif/P, daya reaktif/Q, daya tampak / S=P+Q, faktor daya, segitiga
daya)
-
Perbaikan faktor daya
2.3 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum, adalah sebagai berikut:
1. Oscilloscope
: 1 buah,
2. Multimeter digital
: 1 buah,
3. Generator fungsi
: 1 buah,
4. Kabel BNC to BNC
: 1 buah,
5. Kabel BNC to alligator
: 2 buah,
6. T-connector
: 1 buah,
7. Resistor 1kΩ
: 1 buah,
8. Induktor 2,5mH
: 1 buah,
9. Project board
: 1 buah,
Rangkaian Listrik 2 & Lab
Daya Rangkaian AC
Kementrian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi
Politeknik Negeri Malang
10. Software simulasi (multisim).
2.4 Gambar Rangkaian
OSCILLOSCOPE
A
B
+
Function
Generator COM
Gambar 2.1 Rangkaian Praktikum Pengukuran Daya
2.5 Prosedur Praktikum
1. Lengkapi Tabel hasil praktikum untuk kolom teori (hitungan) dan simulasi
menggunakan multisim
2. U kur resistor 1kΩ dengan ohmmeter, catat hasil pengukuran.
3. Buatlah rangkaian seperti pada gambar 2.1
4. Atur generator fungsi dengan VS = 5 Vpp dan frekuensi = 10kHz. Ukur tegangan
pada resistor VR dan induktor VL catat pada tabel 2.1
5. Catat gambar sinyal VS, VR dan VL pada tabel 2.2
6. Lengkapi nilai tegangan sesaat VS , VR dan VL pada Tabel 2.5
7. Ulangi langkah 4 , 5 , d a n 6 untuk n i l a i frekuensi seperti pada tabel 2 .1.
P ada tiap frekuensi, ukur VR dan VL, catat hasil pengukuran pada tabel 2.1.
Catat gambar sinyal pada Tabel 2.2.
8. Dengan harga terukur dari VR dan R. Hitung arus pada rangkaian pada
tiap frekuensi. Catat hasil pengukuran pada tabel 2.3
9. Dengan harga hasil perhitungan dari arus I dan tegangan V, hitung impedansi
dan sudut fasa 𝜙 rangkaian pada tiap frekuensi. Catat hasil perhitungan saudara
pada Tabel 2.3 dan 2.4
Rangkaian Listrik 2 & Lab
Daya Rangkaian AC
Kementrian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi
Politeknik Negeri Malang
10. Hitung daya rata-rata yang diserap oleh rangkaian, catat pada Tabel 2.5
11. Hitung daya kompleks, lengkapi Tabel 2.6
2.6 Hasil Percobaan
2.6.1 Data Rangkaian Percobaan
Data rangkaian pengukuran daya AC adalah:
Tegangan sumber = 5Vpp
Resistor terukur = .......
Resistor = 1kΩ
Induktor = 2,5mH
2.6.2 Data Hasil Percobaan Rangkaian RL Seri
Data hasil percobaan rangkaian seri diisikan ke dalam Tabel 2.1. Kolom “teori”
adalah hasil perhitungan secara teori menggunakan Hukum Ohm, sedangkan kolom
“simulasi” adalah hasil simulasi menggunakan software multisim, dan kolom “praktek”
adalah hasil perhitungan pada saat praktikum
Tabel 2.1 Data Hasil Pengukuran Tegangan
VR max (V)
Frekuensi
(kHz)
VL max (V)
Teori Simulasi Praktek Teori Simulasi Praktek
10
20
40
50
Tampilan sinyal pada osiloskop dicatat pada Tabel 2.2
Tabel 2.2 Gambar Sinyal Tegangan
Frekuensi
(kHz)
Gambar Sinyal Vs terhadap VR dan VL
Simulasi
Praktek
10
20
40
50
Arus pada rangkaian secara teori dihitung menggunakan persamaan:
𝑖𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖 =
Rangkaian Listrik 2 & Lab
𝑉𝑠
𝑍
Daya Rangkaian AC
Kementrian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi
Politeknik Negeri Malang
Sedangkan pada simulasi pengukuran menggunakan amperemeter menunjukkan arus total rangkaian.
Secara praktek, arus total dapat dihitung dengan
𝑖𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑒𝑘 =
𝑉𝑅
𝑅
Impedansi total secara teori dihitung dengan
𝑍𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖 = 𝑅 + 𝑍𝐿
di mana 𝑍𝐿 = 𝑗𝜔𝐿
sedangkan pada hasil simulasi dan praktek impedansi dihitung melalui pembagian tegangan sumber
dengan arus total rangkaian.
𝑍𝑠𝑖𝑚𝑢𝑙𝑎𝑠𝑖 = 𝑍𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑒𝑘 =
𝑉𝑆
𝑖
Tabel 2.3 Hasil Perhitungan Arus dan Impedansi Total Rangkaian
Frekuensi
(kHz)
Arus total (mA)
Teori Simulasi
Praktek
Impedansi Total (Ω)
Teori
Simulasi
Praktek
10
20
40
50
Fasa pada Tabel 2.4 dihitung melalui perbedaan fasa antara tegangan sumber dengan arus total pada
rangkaian, atau dengan kata lain fasa yang tertera pada impedansi total.
Secara teori, maka:
𝜙𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖 = 𝜙𝑍𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖 = 𝜃𝑉𝑠 − 𝜃𝑖 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖
Sedangkan untuk simulasi dan praktek, perhitungan fasa 𝜙 dilihat dari perbedaan fasa antara tegangan
dan arus total rangkaian. Pada osiloskop, arus tidak dapat ditampilkan. Karakteristik beban resistor
adalah arus sefasa dengan tegangannya, sehingga perhitungan fasa rangkaian dapat diukur dari beda fasa
antara tegangan sumber Vs dengan tegangan pada resistor VR.
𝜙𝑠𝑖𝑚𝑢𝑙𝑎𝑠𝑖 = 𝜙𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑒𝑘 = 𝜃𝑉𝑆 − 𝜃𝑉𝑅
Power factor atau faktor kerja rangkaian adalah nilai cosinus dari beda fasa 𝜙
𝑝𝑓 = 𝑐𝑜𝑠𝜙
Rangkaian Listrik 2 & Lab
Daya Rangkaian AC
Kementrian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi
Politeknik Negeri Malang
Tabel 2.4 Hasil Perhitungan Fasa dan Power Factor Rangkaian
𝜙(°)
Frekuensi
(kHz)
Teori
Simulasi
pf
Praktek
Teori
Simulasi
Praktek
10
20
40
50
Nilai tegangan sesaat secara teori, simulasi, dan praktek dicatat dalam Tabel 2.5a, b, dan c. Secara teori,
nilai tegangan sesaat dapat diketahui dari persamaan tegangan 𝑣 = 𝑣𝑚 cos(𝜔𝑡 + 𝜃𝑣 ) dengan memasukkan
nilai waktu 𝑡. Secara simulasi dan teori, nilai tegangan sesaat dapat dilihat pada grafik osiloskop. Nilai arus
total 𝑖 diketahui dari persamaan umum arus yaitu 𝑖 = 𝑖𝑚 cos(𝜔𝑡 + 𝜃𝑖 ). Daya sesaat dapat dihitung dengan:
𝑝𝑠 (𝑡) = 𝑣𝑠 (𝑡)𝑖(𝑡)
𝑝𝑅 (𝑡) = 𝑣𝑅 (𝑡)𝑖(𝑡)
𝑝𝐿 (𝑡) = 𝑣𝐿 (𝑡)𝑖(𝑡)
Tabel 2.5 a Hasil Perhitungan Daya Sesaat Rangkaian Teori
Frekuensi: ..... kHz
𝑡0
𝑡1
𝑡2
𝑡3
𝑡4
𝑡5
𝑡6
𝑡7
𝑡8
𝑡9
𝑡10
𝑡 𝜇𝑠
vS(t) V
vR(t) V
vL(t) V
i(t) mA
pS(t) mW
pR(t) mW
pL(t) mW
Rangkaian Listrik 2 & Lab
Daya Rangkaian AC
Kementrian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi
Politeknik Negeri Malang
Tabel 2.5 b Hasil Perhitungan Daya Sesaat Rangkaian Simulasi
Frekuensi: ..... kHz
𝑡0
𝑡1
𝑡2
𝑡3
𝑡4
𝑡5
𝑡6
𝑡7
𝑡8
𝑡9
𝑡10
𝑡8
𝑡9
𝑡10
𝑡 𝜇𝑠
vS(t) V
vR(t) V
vL(t) V
i(t) mA
pS(t) mW
pR(t) mW
pL(t) mW
Tabel 2.5 c Hasil Perhitungan Daya Sesaat Rangkaian Praktek
Frekuensi: ..... kHz
𝑡0
𝑡1
𝑡2
𝑡3
𝑡4
𝑡5
𝑡6
𝑡7
𝑡 𝜇𝑠
vS(t) V
vR(t) V
vL(t) V
i(t) mA
pS(t) mW
pR(t) mW
pL(t) mW
Perhitungan daya kompleks dicatat pada Tabel 2.6. perlu diingat bahwa perhitungan daya kompleks
menggunakan nilai-nilai efektif dari tegangan dan arus.
Rangkaian Listrik 2 & Lab
Daya Rangkaian AC
Kementrian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi
Politeknik Negeri Malang
Tabel 2.6 Hasil Perhitungan Daya Kompleks Rangkaian
Frekuensi
𝑃
Q
𝑆
𝑣𝑒𝑓𝑓 𝑖𝑒𝑓𝑓 cos 𝜙
𝑣𝑒𝑓𝑓 𝑖𝑒𝑓𝑓 sin 𝜙
𝑣𝑒𝑓𝑓 𝑖𝑒𝑓𝑓 =
(kHz)
Teori
Simulasi
Teori
Simulasi
Praktek
Praktek
Teori
Simulasi
2
𝑣𝑒𝑓𝑓
𝑧
Praktek
10
20
40
50
2.7 Analisis Hasil Praktikum
Analisis hasil praktikum dibuat berdasarkan pada capaian pembelajaran sub bahasan (2.1).
Analisis meliputi:
1. Grafik daya sesaat sumber, resistor, dan induktor
2. Penjelasan segitiga daya hasil praktik, simulasi, dan teori
3. Pengaruh frekuensi terhadap faktor kerja rangkaian
4. Pengaruh frekuensi terhadap nilai daya sesaat, nyata, semu, dan reaktif
2.8 Kesimpulan
Kesimpulan diperoleh berdasarkan analisis hasil praktikum yang mengacu pada capaian
pembelajaran.
2.9 Referensi
2.10
Lampiran
Lampiran merupakan data pendukung untuk membuat laporan praktikum yang berisi data
sementara pada saat setelah praktikum dilaksanakan dan/atau data sheet tambahan
Rangkaian Listrik 2 & Lab
Daya Rangkaian AC
Kementrian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi
Politeknik Negeri Malang
Rangkaian Listrik 2 & Lab
Daya Rangkaian AC