RL 4

PRAKTIKUM RANGKAIAN LISTRIK
TUGAS LAPORAN RL-4
Nama
: SLAMET PRANOTO
No. Pokok
: 07224003
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO S1
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT SAINTS DAN TEKNOLOGI NASIONAL
JAKARTA
2010
RL 4
RANGKAIAN DAYA
I.
MAKSUD DAN TUJUAN PERCOBAAN
Mengamati hubungan antara tegangan, arus dan daya pada rangkaian
resistor dan kapasitor.
Mengukur daya pada rangkaian RC seri atau pararel, faktor daya dan
arus reaktif.
Mengamati faktor daya pada inductor serta Mempelajari pengaruhnya
bila dihubungkan dengan kapasitor.
Mengamati perbandingan perubahan tegangan dan arus pada
transformator.
Mengamati pengaturan tegangan, daya guna, rugi-rugi belitan dan
transformator.
II.
PERALATAN PERCOBAAN
Modul reangkaian daya.
Fungsi generator FG 600
Oskiloskop 2 masukan (dual trace)
Wattmeter elektronik EW 604
Buah multimeter
Catu daya
III.
TEORI SINGKAT
Daya adalah kerja atau usaha yang dilakukan oleh suatu benda untuk
melakukan perubahan. Wattmeter adalah suatu alat yang dapat
menunjukkan besarnya daya pada suatu rangkaian elektronik, dimana
dalam menentukan daya tergantung dari besarnya tegangan dan arus yang
mengalir pada rangkaian tersebut.
Jika bebannya adalah suatu resistor (R) yang dialiri arus bolak-balik,
maka daya pada resistor tersebut adalah
Daya = Vrms x Irms
Tetapi bila bebannya kapasitor maka daya yang dihasilkan adalah 0 (nol).
Untuk rangkaian R dan C daya yang dihasilkan adalah :
Daya aktif = Vrms x Irms x Cos Ø [Watt].
Dimana :
Ø
= Perbedaan fasa antara tegangan dan arus
Vrms.Irms = daya semu [Volt ampere/VA]
Cos Ø
= Faktor daya
Secara grafis dapat digambarkan sebagai berikut :
I sin
I
V
I cos
Gambar D.1. Diagram phasor arus
Misalkan dengan mengambil tegangan sebagai vector referensi, untuk
beban yang mengandung reaktansi kapasitif maka arus akan melalui
tegangan sebesar Ø.
I . cos Ø sefasa dengan tegangan dinamakan KOMPONEN AKTIF.
I . sin Ø dinamakan KOMPONEN REAKTIF.
Arus yang mengalir pada beban induktif, akan tertinggal dibandingkan
dengan tegangan. Oleh karena itu pada beban induktif juga mempunyai
faktor daya. Arus yang mengalir pada beban induktif akan tertinggal
terhadap tegangan sebesar 900, sedangkan pada beban kapasitif arus akan
mendahului tegangan sebesar 900. Pada prakteknya beban induktif
mempunyai faktor daya yang rendah, hal ini sangat tidak diinginkan.
Karena secara matematis besarnya daya
berbanding lurus dengan
perkalian arus, tegangan dan faktor daya. Jadi bila faktor dayanya kecil
maka daya yang dihasilkan juga menjadi kecil. Untuk memperbaiki faktor
daya di atas dapat dipasangkan kapasitor yang dihubung pararel dengan
inductor.
Secara grafis dapat dijelaskan pada gambar D2. dimana arus yang
mengalir pada beban induktif tertinggal terhadap tegangan dengan sudut
Ø..
I
I
Ic
V
Gambar D.2
Ic adalah arus yang mengalir pada kapasitor dan mendahului tegangan
dengan sudut mendekati 900. Penjumlahan vector arus I dan Ic
menghasilkan resuktan arus I. Jika Ic dibuat sama dengan
I . sin Ø maka I’ = I . cos Ø
Transformator pada dasarnya hanya terdiri dari 2 buah kumparan,
dimana bila kumparan tersebut dialiri arus bolak-balik akan menimbulkan
fluks magnetic yang juga bolak-balik. Gambar D.3 menjelaskan prinsip
dasar dari sebuah transformator.
I’
Ic
I sin
I
I cos
Gambar D.3
Pada setiap lilitan dari kumparan tersebut akan menghasilka tegangan
sebesar k.Ф volt. Jika masing-masing terdiri daripada N lilitan maka
tegangan kumparan menjadi N1.k.Ф dan N2.k.Ф. Dari kedua pernyataan di
atas dapat ditarik kesimpulan :
Perbandingan tegangan = perbandingan jumlah lilitan atau secara
matematis.
V2 = N2
V1 N1
Sesuai dengan hukum kekekalan energi, transformator tidak dapat
menghasilkan daya yang lebih besar dari daya masukan walaupun
transformator dapat menghasilkan tegangan sekunder yang lebih besar dari
tegangan primer. Secara matematis dapat dituliskan :
Daya masukan = daya keluaran + rugi-rugi.
Untuk transformator yang ideal faktor rugi-rugi dianggap 0 (nol), fluks
magnet yang mengalir pada kedua kumparan dianggap sama besar dan
fluks bocor yang terjadi diabaikan, maka akan didapat daya masukan ~
daya keluaran. Jadi perbandingan arus berbanding terbalik dengan jumlah
lilitan.
Jika sisi sekunder dalam keadaan terbuka (open circuit), maka
kumparan primer merupakan sebuah inductor. Karena hanya ada arus yang
mengalir pada sisi primer (arus magnetisasi) yang tertinggal terhadap
tegangan. Bila beban dihubungkan pada sisi sekunder, arus akan mengalir
dari sisi sekunder ke beban.
Akibatnya pada sisi primer akan mengalir arus aktif (in-phase) yang
mempunyai beda fasa 900 terhadap arus magnetisasi. Sehingga dapat
ditarik kesimpulan bahwa jumlah arus primer sama dengan penjumlahan
arus tersebut dapat ditulis :
I w  I 2o  I 2m
Dimana :
Iw
= arus aktif (in-phase)
Io
= arus primer total
Im
= arus magnetisasi
Peristiwa ini dapat dilihat seperti pada gambar berikut :
I0 X0
- E1
I0
Iw
Im
E2
E1
Dalam prakteknya tidak akan suatu transformator yang benar-benar
ideal, sebab tidak semua fluks magnet yang dihasilkan kumparan primer
dapat diliput oleh kumparan sekunder atau sebaliknya. Fluks magnet yang
tidak dapat diliput oleh kedua kumparan disebut fluks bocor.
Jika arus mengalir pada sisi kumparan sekunder, maka tegangan akan
berkurang karena ada jatuh tegangan yang diakibatkan oleh tanaman dalam
kumparan serta pengaruh dari fluks bocor. Jadi dapat disimpulkan bahwa :
Daya sisi sekunder ~ daya masukan rugi-rugi belitan dan inti maka
secara teoritis setiap transformator mempunyai effisiensi karena adanya
rugi-rugi belitan, fluks bocor dan tahanan inti. Secara matematis rumus
effisiensi dapat dijabarkan :
 
Dayakeluaran
 100%
Dayamasukan
atau
 
Daya masukan  rugi beli tan  rugi  rugi int i
 100%
Daya masukan
Untuk menentukan rugi-rugi inti dapat dilakukan dengan percobaan
rangkaian terbuka dan rugi-rugi belitan pada percobaan hubung singkat
dimana besar daya yang terukur pada percobaan adalah pada sisi primer.
IV.
TUGAS PENDAHULUAN
1. Apa yang dimaksud dengan daya dan apa hubungannya antara daya
pada :
Bidang elektronika
Fisika termodinamika
Fisika mekanika
Tuliskan bentuk rumus matematisnya.
Jawab :
Daya adalah: kerja atau usaha yang dilakukan oleh suatu benda untuk
melakukan perubahan.
Hubungan daya antara bidang elektronika, termodinamika, dan
mekanika adalah: merupakan suatu suatu kerja atau usaha yang
dilakukan oleh suatu benda untuk melakukan perubahan. Sedangkan
yang membedakannya adalah:

Pada bidang elektronika, daya adalah perkalian anatara
tegangan dan arus.

Pada bidang termodinamika, daya adalah laju usaha yang
dilalukan terhadap waktu. Dimana usahanya tersebut adalah
integral dari besarnya tekanan yang diberikan dengan
defferensisal perubahan volume.

Pada bidang mekanika, daya adalah laju usaha yang dilakukan
terhadap waktu. Atau daya juga dapat dinyatakan sebagai
perkalian gaya dorong ke depan F yang ada dalam arah gerak
(kecepatan) v.
Rumus matematis dari daya untuk ketiga bidang di atas adalah:

Bidang elektronika : P  Vrms  Irms

Bidang termodinamika : P 
W
, dimana W  P dV
t
Keterangan: P = tekanan
dV = differensial perubahan volume

Bidang mekanika : P 
W
t
atau
PFv
Keterangan: F = gaya dorong
v = kecepatan
2. Apa yang dimaksud dengan faktor daya serta jelaskan apa arti fisis dan
pengaruhnya ?
Jawab :
Yang dimaksud dengan faktor daya adalah: faktor yang mempengaruhi
besarnya daya efektif yang dihasilkan pada perkalian nilai-nilai efektif
arus dan tegangan.
Secara fisis, faktor daya adalah: cosinus dari perbedaan phasa antara
arus dan tegangan yang melalui beban.
Pengaruhnya: karena faktor daya berbanding lurus dengan daya,
sehingga bila faktor dayanya kecil, maka daya yang dihasilkan juga
menjadi kecil. Untuk memperbaikinya dapat dilakukan dengan
memasang kapasitor yang dipasang parallel dengan induktor pada
rangkaian.
3. Apa yang dimaksud dengan daya aktif, daya reaktif dan daya semu
secara fisis dimana dapat ditemukan kedua daya ini, dan cari apa
penyebabnya.
Jawab :
 Daya aktif (daya nyata) adalah: daya yang didapat dari perkalian
komponen-komponen sefasa dari tegangan dan arus ( E.I cos θ).
Merupakan daya yang dipakai dalam resistans.
 Daya reaktif adalah: daya yang merupakan hasil perkalian dari
komponen-komponen reaktif, yaitu E.I sin θ atau E.I cos (θ – 90o)
 Daya semu adalah: daya yang didapat dari perkalian arus dan
tegangan , P = E.I
Daya-daya tersebut dapat ditemukan pada:
-
Daya aktif (daya nyata) terdapat pada tahanan.
-
Daya reaktif terdapat pada sebuah reaktansi. Untuk daya reaktif
positif terdapat pada induktor, sedangkan daya reaktif negatif
terdapat pada kapasitor.
Penyebabnya adalah:
Adanya perbedaan sudut phasa antara tegangan dan arus. Atau
adanya faktor daya yang merupakan petunjuk yang menyatakan sifat
suatu bahan.
4. Buktikan rumus matematis dari
Daya aktif = Vrms x Irms x Cos Ø
Jawab :
Pt   vt   it 
watt
Sedangkan pada arus bolak-balik, tegangan terpasang v  Vm cos t
Menghasilkan arus yang tertinggal sejauh θ,
i  Im cos t    ,
dimana θ bias positif atau negative berturut-turut sesuai dengan
impedansi pengganti induktif atau kapasitif. Sehingga, daya menjadi:
P  Vm Im cos t cost   
 Vm Im

1
cos t     t   cos t     t 
2
1
Vm Im cos 2t     cos t 
2
suku cos 2t    memiliki nilai rata-rata nol, sehingga:
Prata rata 
1
Vm Im cos 
2
sedangkan untuk nilai-nilai efektif / rms, diketahui bahwa:
Vrms 
Vm
2
;
I rms 
Im
2
Dengan demikian didapatkan bahwa harga daya aktif / efektif adalah:
1
2 Vrms 2 I rms cos 
2
terbukti
P  Vrms I rms cos 
Daya akitf 
5. Gambarkan cara mengukur daya dari suatu komponen dengan
menggunakan Voltmeter dan Amperemeter!
Jawab :
Cara mengukur daya dengan menggunakan Voltmeter:
V2
I
E
Z (Beban)
V3
AC
V1
cara pengukurannya, yaitu dengan menggunakan tiga buah voltmeter
dan satu buah resistans.
Cara mengukur dengan menggunakan Amperemeter:
I3
I1
A3
A1
I2
A2
Z (Beban)
E
AC
cara
pengukurannya,
yaitu
dengan
amperemeter dan satu buah resistans.
menggunakan
tiga
buah
6. Jelaskan cara memperbaiki faktor daya pada beban induktif.
Jawab :
Cara memperbaiki faktor daya pada beban resistif adalah dengan cara
menambahkan kapasitor yang dipasang paralel dengan induktor, yang
dimaksudkan untuk menaikkan factor dayanya, sehingga dapat
menghemat karena dapat mengurangi daya semunya (dalam kVA).
V. TABEL HASIL PENGAMATAN
A. Daya Pada Transistor
frek
Hz
Vr
Ir
100 mA
Daya
V.I
0,8 Watt
Daya pada
Wattmeter
0,045 Watt
100 mA
0,9 Watt
0,045 Watt
Ir
120 mA
Daya
V.I
0,5 Watt
Daya pada
Wattmeter
0
60 mA
1,1 Watt
0
100 Hz
10 Vptp
1 KHz
B. Daya Pada Kapasitor
frek
Hz
Vr
1 KHz
10 Vptp
2 KHz
C. Daya Pada Rangkaian RC
Frek
Hz
Hubungan
V
Daya pada Wattmeter
Cos Ø
20
0,0775
0,95
40
50
0,01875
0,71
RC parallel
250
60
0,09
0,587
RC seri
100
22,5
0,0675
0,983
RC parallel
I
(mA)
120
Ø
800 Hz
RC seri
1 KHz
10
D. Faktor Daya
D.1 Faktor Daya Pada Induktif Murni
Frek
Hz
V
I
(mA)
Ø
Daya pada Wattmeter
Cos Ø
6,25.10-3
800 Hz
120
81,82
0,99
10
5,0.10-3
1 KHz
100
80
0,309
D.2 Faktor Daya RL Seri
Frek
Hz
V
800 Hz
I
(mA)
Ø
Daya pada Wattmeter
Cos Ø
40
30
0,045
0,891
35
36
0,04
0,853
10
1 KHz
D.3 Memperbaiki Faktor Daya
Frek
Hz
C
V
Daya pada Wattmeter
Cos Ø
0
0.04875
1
60
0
0.04875
1
470 µF
60
0
0.04
1
1 µF
60
0
0.04125
1
470 µF
I
(mA)
60
Ø
800 Hz
1 µF
10
1 KHz
E. Transformator
E.1. Rasio Tegangan
Frek
KHz
Teg.primer
1
Bentuk gel Teg.sekunder Bentuk
primer
gel.sekunder
V2
V1
20Vptp
2
30Vptp
3
10Vpfp
2
VI.
TUGAS LAPORAN
A. Daya Pada Resistor
1. Hitung daya dari tegangan dan arus yang didapat dari data percoban,
bandingkan dengan data dari wattmeter. Beri kesimpulan.
Jawab :
Daya didapat dari rumus : P = Vr. Ir
 P1 = Vr1 . Ir1 = 10 V . 80 mA = 0,8 Watt
 P2 = Vr2 . Ir2 = 10 V . 90 mA = 0,9 Watt
Terdapat perbedaan yang mencolok antara hasil perhitungan dengan daya yang
tertera pada wattmeter, hal ini disebabkan oleh karena kemungkinan alat
wattmeter tidak dalam kondisi yang baik pada saat praktikum.
2. Jalaskan pengaruh dari frekuensi pada percobaan ini.
Jawab :
Pengaruh dari frekuensi pada praktikum ini adalah semakin besar nilai
frekuensi maka arus yang dihasilkan semakin besar demikian pula dengan
daya yang dihasilkan juga besar.
B. Daya Pada Kapasitor
1. Hitung daya dari tegangan dan arus yang didapat dari data percoban,
bandingkan dengan data dari wattmeter. Beri kesimpulan
Jawab :
Daya didapat dari rumus : P = Vr. Ir
 P1 = Vr1 . Ir1 = 10 V . 50 mA = 0,5 Watt
 P2 = Vr2 . Ir2 = 10 V . 110 mA = 1,1 Watt
Terdapat perbedaan yang mencolok antara hasil perhitungan dengan daya yang
tertera pada wattmeter, hal ini disebabkan oleh karena kemungkinan alat
wattmeter tidak dalam kondisi yang baik pada saat praktikum.
2. Mengapa jika frekuensi dinaikkan terus, hasil yang didapat tidak sesuai
dengan teori? Beri Penjelasan.
Jawab :
Karena nilai f berbanding terbalik dengan T (perioda). Jika f besar maka nilai
T kecil. Begitu pula sebaliknya, jika f kecil maka T atau perioda yang
dihasilkan besar.
f=
C. Daya Pada RC
1. Bandingkan daya aktif hasil perhitungan dengan hasil pengukuran, juga factor
dengan hasil yang ada pada osoloskop
Jawab :
o Daya Aktif : P = V . I . cos Ø
P1 = V . I . cos Ø
= 10 V . 100 mA . 0,866 = 0,866 Watt
P2 = V . I . cos Ø
= 10 V . 40 mA . 0,588 = 0,2352 Watt
P3 = V . I . cos Ø
= 10 V . 100 mA . 0,782 = 0,782 Watt
P4 = V . I . cos Ø
= 10 V . 50 mA . 0,866 = 0,433 Watt
o Daya semu : S = V . I
S1 = V . I
= 10 V . 100 mA = 1 VA
S2 = V . I
= 10 V . 40 mA = 0,4 VA
S1 = V . I
= 10 V . 100 mA = 1 VA
S1 = V . I
= 10 V . 50 mA = 0,5 VA
o Factor daya =
daya aktif
daya semu
Faktor Daya 1 =
0,866
daya aktif
 0,866
=
1
daya semu
Faktor Daya 2 =
daya aktif
0,2352
=
 0,588
daya semu
0,4
Faktor Daya 3 =
0,782
daya aktif
 0,782
=
1
daya semu
Faktor Daya 4 =
daya aktif
0,433
=
 0,866
daya semu
0,5
2. Apa pengaruhnya apabila frekuensi dinaikkan
Jawab :
Pengaruh dari frekuensi pada praktikum ini adalah semakin besar nilai
frekuensi maka arus yang dihasilkan semakin besar, perioda yang dihasilkan
kecil dan daya yang dihasilkan juga besar. Jika frekuensi kecil maka arus yang
dihasilkan kecil, perioda yang dihasilkan besar serta daya yang dihasilkan
kecil.
D. Faktor Daya
1. Hitung factor daya untuk rangkaian D3.1, D3.2 dan D3.3, bandingkan dengan
hasil percobaan.
Jawab :
o Daya Aktif : P = V . I . cos Ø
P1 = V . I . cos Ø
= 10 V . 120 mA . 0,309 = 0,3708Watt
P2 = V . I . cos Ø
= 10 V . 90 mA . 1= 0,9 Watt
o Daya semu : S = V . I
S1 = V . I
= 10 V . 120 mA = 1,2 VA
S2 = V . I
= 10 V . 90 mA = 0,9 VA
o Factor daya =
daya aktif
daya semu
Faktor Daya 1 =
daya aktif
=
daya semu
Faktor Daya 2 =
daya aktif
0,9
=
1
daya semu
0,9
2. Untuk percobaan D3, hitung persentasi kenaikan factor daya dan daya aktif (P)
Jawab :
o Daya Aktif : P = V . I . cos Ø

f = 800 Hz
P1 = V . I . cos Ø
= 10 V . 100 mA . 0,623 = 0,623 Watt
P2 = V . I . cos Ø
= 10 V . 70 mA . 0,623 = 0,436 Watt

f = 1 KHz
P1 = V . I . cos Ø
= 10 V . 90 mA . 0,5 = 0,45 Watt
P2 = V . I . cos Ø
= 10 V . 60 mA . 0,5 = 0, 3 Watt
o Daya semu : S = V . I

f = 800 Hz
S1 = V . I
= 10 V . 100 mA = 1 VA
S2 = V . I
= 10 V . 70 mA = 0,7VA

f = 1 KHz
S1 = V . I
= 10 V . 90 mA = 0,9 VA
S2 = V . I
= 10 V . 60 mA = 0,6 VA
o Factor daya =
daya aktif
daya semu
 f = 800 Hz
Faktor Daya 1 =
daya aktif
=
daya semu
Faktor Daya 2 =
daya aktif
=
daya semu

f = 1 KHz
Faktor Daya 1 =
daya aktif
=
daya semu
Faktor Daya 2 =
daya aktif
=
daya semu
o % Kenaikan Faktor Daya

f = 800 Hz
% Kenaikan Faktor Daya = (Faktor daya 1 – Faktor Daya 2) x 100%
= (0,623 – 0,623) x 100%
=0

f = 1 KHz
% Kenaikan Faktor Daya = (Faktor daya 1 – Faktor Daya 2) x 100%
= (0,5 – 0,5) x 100%
=0

% Kenaikan Daya Aktif

f = 800 Hz
% Kenaikan Faktor Daya = (Daya Aktif 1 – Daya Aktif 2) x 100%
= (0,623 – 0,436) x 100%
= 18,7 %

f = 1 KHz
% Kenaikan Faktor Daya = (Daya Aktif 1 – Daya Aktif 2) x 100%
= (0,45 – 0,3) x 100%
3. Apakah kenaikan factor daya (cos Ø) sebanding dengan kenaikan daya aktif.
Jelaskan.
Jawab :
Sebanding, karena untuk mencari nilai P = V . I cos Ø sehingga jika nilai cos
Ø bertambah besar maka nilai P ikut bertambah besar. Jika nilai cos Ø
bertambah kecil maka nilai P ikut bertambah kecil.
4. Apa syarat untuk mendapatkan cos Ø = 1
Jawab :
Untuk mendapatkan nilai cos Ø = 1 maka sudut Ø = 00
Cos Ø = 1
Ø = arc cos 1
Ø = 00
P = V . I . cos Ø
Cos Ø =
1=
P
V.I
P
V.I
P=V.I
5. Hitung harga C agar didapat factor daya yang ideal
Jawab :
Factor Daya yang ideal = 0,98, maka
P = V . I . cos Ө
V=
; I=
Q=I.t
V=
P
= V . I . cos Ө
cos Ө =
cos Ө =
cos Ө =
C=
C=
6. Mengapa sudut fasa tidak 900 pada rangkaian D3.1
Jawab :
Sudut fasa pada rangkaian D3.1 tidak 900 karena penggunaan beban induktif
yang digunakan pada praktikum tidak murni. Jika beban induktif yang
digunakan adalah beban induktif murni maka sudut yang dihasilkan 900.
7. Gambarkan diagram fasor untuk rangkaian RL seri.
R
L
Vs
Digram Fasornya :
IZ
IZ = Im
Ө
IR