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