Uploaded by User18700

pengetahuan-dasar-teknik-listrik

advertisement
Teknologi Dan Rekayasa
DKK-1
Pengetahuan Dasar Teknik Listrik
Tujuan Pembelajaran :
1. Mendeskripsikan konsep rangkaian listrik
2. Menganalisis rangkaian listrik arus searah
3. Menganalisis rangkaian listrik arus bolakbalik
4. Menganalisis rangkaian kemagnetan
Teknologi dan Rekayasa
A.Konsep Dasar Elektrostatika dan Penerapannya
Apabila ada kutub
positip dan kutub
negatip, maka antara
kedua kutub itu akan
terdapat
beda
tegangan dan dengan
demikian akan timbul
arus
listrik
yang
mengalir dari kutub
positip
ke
kutub
negatip.
Teknologi dan Rekayasa
Sekarang air dipompa dari bejana
B dan air itu dimasukkan ke
dalam bejana A. Oleh karena itu
air di dalam bejana A akan selalu
lebih banyak dari pada dalam
bejana B dan dengan demikian
arus air yang konstan akan
mengalir dalam pipa d. Dalam
istilah teknik listrik dikatakan
benda A memiliki potensial
(tegangan) atau tekanan lebih
tinggi dari pada B, sehingga
antara A dan B terdapat beda
potensial atau disebut juga beda
tegangan.
Teknologi dan Rekayasa
Muatan listrik:
Benda dikatakan bermuatan
listrik:
Netral: Jika jumlah muatan
positipnya (proton) sama
dengan jumlah muatan
negatipnya (elektron).
Bermuatan negatip: jika
kelebihan elektron atau
kekurangan proton.
Bermuatan positip: jika
kekurangan elektron atau
kelebihan proton
Satuan muatan:
Coulomb (C)
Teknologi dan Rekayasa
Gaya yang diakibatkan muatan q2 akibat muatan q1 atau
sebaliknya digambarkan oleh hukum Coulomb:
N (Newton)
Besarnya kuat (intensitas) medan listrik E di sekeliling q1
adalah:
N/C
Keterangan
k= konstanta yang besarnya tergantung pada sistem yang
dipakai dan medium yang digunakan.= 9 x 109 Nm2/C2.
r = jarak antara kedua muatan, dalam satuan meter (m).
Teknologi dan Rekayasa
Medan Magnet
Arah Gaya Ditentukan Dengan
Kaidah Tangan Kanan
Besar gaya (F) pada muatan yang
bergerak dalam medan magnet
bergantung pada hasil kali
keempat faktor di bawah ini:
q, besar muatan (Coulomb)
v, besar kecepatan muatan
(meter/detik).
B, besar (atau kuat) medan magnet
(Weber/meter2).
sin θ, dengan θ adalah sudut
antara garis-garis medan dan
kecepatan v, maka:
F =q.v.B. Sin θ (Newton)
Teknologi dan Rekayasa
a. Kawat lurus panjang
Arus I
o.I r adalah jarak antara titik
B
2. .r P dan kawat
r
P
b. P adalah titik pusat kumparan, N
lilitan, a jari-jari:
I
P
B
μo.NI
2.a
Teknologi dan Rekayasa
c. Titik di dalam solenoida panjang,
dengan n lilitan per meter
B  μo.NI
d. P adalah titik di dalam toroida
dengan N lilitan,
μo.NI
B
2. .r
Teknologi dan Rekayasa
Konsep dasar kemagnitan
dan penerapannya
Generator listrik
Generator listrik adalah
Generator abad 20 awal
mesin yang dapat
mengubah energi mekanis
menjadi energi listrik. Proses
ini dikenal sebagai
pembangkit listrik.
Generator portabel
Teknologi dan Rekayasa
Motor listrik
Motor listrik adalah mesin
yang mengubah energi
listrik menjadi energi
mekanis.
Contoh Motor Induksi atau Motor AC
Teknologi dan Rekayasa
Elektrokimia
Ada 2 jenis sel elektro
kimia, yaitu:
Sel yang melakukan kerja
dengan melepas kan
energi dari reaksi spontan.
Sel yang melakukan kerja
dengan menyerap energi
dari sumber listrik untuk
menggerakkan reaksi non
spontan.
Reaksi Sel Volta dan Sel Elektrolisa
Teknologi dan Rekayasa
Reaksi Sel Volta
Elektroda
Elektroda dibagi menjadi
dua jenis, yaitu anoda dan
katoda. Setengah dari
reaksi oksidasi terjadi
pada anoda. Elektron
diberikan oleh senyawa
teroksidasi (zat pereduksi)
dan meninggalkan sel
melalui anoda.
Setengah reaksi reduksi
terjadi di katoda, elektron
diambil oleh senyawa
tereduksi (zat
pengoksidasi) dan masuk
sel melalui katoda.
Teknologi dan Rekayasa
Off
I
Saklar
A
r
A
+
+
Ba
ter
ai -
On
Re
sis
tor
E
V
E
V
R
V
-
B
Arus
B
I
Rangkaian Arus
Searah
Pada rangkaian arus
searah (DC: Direct Current)
terdiri dari arus dan
tegangan searah, yaitu arus
dan tegangan yang tidak
berubah terhadap waktu.
Elemen pada rangkaian DC
terdiri dari:
1. Baterai
2. Hambatan dan
3. Kawat penghantar
Teknologi dan Rekayasa
 in  0
R3=12kΩ
I3
R2=6 kΩ
Hukum Kirchoff
-I1
I2
+
+
E2=10 V
E1=12
V
R1=10kΩ
-
-
Arus total yang masuk pada
suatu titik sambungan atau
cabang adalah nol (Hukum I,
disebut KCL–Kirchhoff
Curent Law ).
 in  0
 I1  I2  I3  0
Teknologi dan Rekayasa
R3=12kΩ
I3
Pada setiap rangkaian tertutup
(loop),
jumlah
penurunan
tegangan adalah nol (Hukum II,
sering disebut sebagai KVL –
Kirchoff Voltage Law):
R2=6 kΩ
-I1
I2
+
+
E2=10 V
E1=
12 V
Vn  0
R1=10kΩ
-
-
 E  I.r  I.R  0
Loop 1.
V  E - I.r
Loop 2.
Loop 3.
Teknologi dan Rekayasa
Resistor dalam rangkaian seri
Jika arus yang mengalir sebesar I, maka:
V  I (R1  R2  R3)
V/I  R  R1  R2  R3
Pada rangkaian seri, jumlah
tahanan total sebesar
R=R1+R2+…+Rn.
VR1 = I.R1 Volt,
VR2 = I.R2 Volt,
VR3 = I.R3 Volt
V = VR1 + VR2 + VR3
Teknologi dan Rekayasa
I  I1V I2  I3
I1 
R1
Resistor Rangkaian Paralel
Besar tegangan pada R1, R2, dan R3
masing-masing adalah:
VR1 = I1.R1, VR2 = I2.R2, VR3 = I3.R3.
VR1 = VR2 = VR3 = V
Besar arus pada masing-masing
tahanan atau resistor bergantung pada
besarnya nilai tahanannya.
I1=V/R1
I  I1  I2  I3
1
RTotal
(
1
1
1


)
R1
R2
R3
G adalah konduktansi, besar nilai G =
1/R, dalam satuan siemen dan diberi
simbul S atau mho atau Ω-1).
Teknologi dan Rekayasa
R3
Rangkaian seri paralel
(campuran)
Rangkaian seri paralel
R2
R3
(campuran) adalah gabungan dari
rangkaian seri yang diparalel atau
R1
R4
beberapa rangkaian paralel yang
diseri dan atau kombinasi dari
keduanya.
RT  R1  Rp
Teknologi dan Rekayasa
Rangkaian pembagi tegangan
+
Rangkaian pembagi tegangan (potential
I
R1
Vs
devider) banyak digunakan untuk
+
+
V1
memperoleh tegangan yang diinginkan
dari sebuah sumber tegangan.
-
R2
VO
VO/VS  R2/R1
-
Teknologi dan Rekayasa
Rangkaian pembagi tegangan berbeban
VO/C adalah besar tegangan VO tanpa beban atau
disebut tegangan keluaran (output).
R1
+
I
V1
IO
+
R2
VO
VO/C  V1 x
R2
R1  R2
Beban
Rp
VO akibat besarnya beban dihitung dengan:
+
IO
VO/C
+
VO
VO  VO/C x
RL
RL  Rp
Beban RL
Teknologi dan Rekayasa
Rangkaian pembagi arus
I1
IS
IO
R1
R2
V
Rangkaian pembagi arus
(current eevider) perlu
dipahami khususnya pada
saat akan menghubungkan
alat ukur arus secara paralel.
V
V
I1 

R 1 R2
Io 


I1


G2 

G1  G2 
Arus output IO merupakan sebagian dari arus masukan.
Teknologi dan Rekayasa
Jika suatu kumpulan rangkaian
sumber tegangan dan resistor
dihubungkan dengan dua terminal
keluaran, maka rangkaian tersebut
dapat digantikan dengan sebuah
rangkaian seri dari sebuah sumber
tegangan rangkaian terbuka V0/C
dan sebuah resistor RP.
arus hubung singkat IS/C sebesar:
Teorema Thevenin
Resistance
dan Sumber
Tegangan
RL
a. Rangkaian
berbeban
Resistance
dan Sumber
Tegangan
c.Menentukan IS/C
Resistance
dan
Sumber
Tegangan
VO/C
b. Menentukajn
VO/C
RP
IS/C
VO/C
RL
d. Rangkaian Equivalen Thevenin
IS/C 
VO/C
RP
RP dihitung dengan melihat seolaholah tidak ada sumber tegangan.
Skema Terbentuknya Rangkaian
Thevenin
Teknologi dan Rekayasa
Teorema Norton
Resistance
dan Sumber
Tegangan
GL
IS/C
GN
IN
a. Rangkaian berbeban
GN
IN
c. Inteprestasi VO/C
Menentukan IS/C
b. Inteprestasi IS/C
VO/C
GN
VO/C
IN
d. Rangkaian equivalen
Norton
GL
Jika
suatu
kumpulan
rangkaian sumber tegangan
dan resistor dihubungkan
dengan
dua
terminal
keluaran, maka rangkaian
tersebut dapat digantikan
dengan sebuah rangkaian
paralel dari sebuah sumber
arus
rangkaian
hubung
singkat IN dan sebuah
konduktansi GN.
IN  IS/C dan GN 
IN
VO/C
Skema Terbentuknya Rangkaian
Norton
Teknologi dan Rekayasa
Rangkaian kondensator atau kapasitor
C1 ,1nF
C2, 2nF
Rangkaian seri kondensator
atau kapasitor
Kondensator atau kapasitor jika
dirangkai seri, nilai kapasitasnya
totalnya berbanding terbalik
dengan nilai masing-masing
Cs 
C1  C 2
C1  C 2
Teknologi dan Rekayasa
Rangkaian paralel
Kapasitor yang dirangkai paralel, nilai
kapasitas totalnya bertambah besar
C1
dan merupakan jumlah dari nilai
masing-masing kapasitor, tetapi
tegangan kerjanya tidak berubah.
C2
Cp = C1 + C2 + ... Cn
Teknologi dan Rekayasa
Rangkaian seri paralel
kapasitor
C3
1nF
C2
A
B
2nF
C
C4
C1
2nF
Cs 
2nF
D
E
CTotal
Untuk menyelesaikan, dihitung
dahulu jumlah kapasitor yang
dihungkan seri (A-B) ,
C1  C2
C1  C2
Selanjutnya dihitung jumlah
kapasitor yang dihubungkan
paralel (B-C), Cp = C1 + C2
Kemudian dicari besar nilai
kapasitor pada titik A-C.
Ca - c 
Cs * Cp
Cs  Cp
Teknologi dan Rekayasa
Pengisian dan pengosongan kapasitor
Hubungan antara Q dan V
merupakan garis lurus (linear),
maka energi yang tersimpan
dalam kapasitor merupakan luas
daerah grafik sebelah bawah
10
8
6
Energi
4
2
W = Q . V dan
Wc
2
4
6
8
10
Keterangan
WC
= energi pada kapasitor dalam atuan joule
C
= kapasitansi dalam farad
V
= tegangan kapasitor dalam volt
Q
= muatan kapasitor dalam coulomb
WC 
WC 
QV
2
1 Q2
2 C
Teknologi dan Rekayasa
Pengisian kapasitor
1
2
V = 10 volt
Pada saat posisi saklar S dihubungkan
ke posisi 1, maka ada rangkaian
tertutup antara tegangan V, saklar S,
tahanan R, dan kapasitor C. Arus
mengalir dari sumber tegangan,
kapasitor melalui tahanan R. Hal ini
menyebabkan naiknya perbedaan
tegangan pada kapasitor. Arus turun
sampai pada saat tegangan sumber
sama dengan perbedaan tegangan
pada kapasitor dan arus akan berhenti
mengalir (I = 0). Proses tersebut
dinamakan pengisian kapasitor bentuk
arus.
Teknologi dan Rekayasa
Pengosongan kapasitor
I
V=
10
volt
VC
Proses yang terjadi sekarang adalah
pengosongan kapasitor, arus yang
mengalir berlawanan arah (negatif)
terhadap arus pada saat pengisian,
sehingga besarnya tegangan pada R
(VR) juga negatif.
Waktu pengisian dan waktu
pengosongan kapasitor disebut
konstanta waktu (time constant) yang
rumusnya adalah:
t = R.C
Keterangan
t adalah konstanta waktu dalam detik
R adalah konstanta dalam Ohm (Ω)
C adalah kapasitansi dalam farad
Teknologi dan Rekayasa
Identifikasi jenis-jenis induktor
Contoh Fisik Induktor
Induktor atau kumparan
Fungsi pokok induktor adalah untuk
menimbulkan medan magnet. Induktor
berupa kawat yang digulung sehingga
menjadi kumparan, dan kemampuan
induktor untuk menimbulkan medan
magnet disebut konduktansi.
Satuan induktansi adalah henry (H)
atau mili henry (mH). Untuk
memperbesar induktansi, pada
kumparan disisipkan bahan sebagai inti.
Induktor yang berinti dari bahan besi
disebut elektromagnet. Induktor
memiliki sifat menahan arus AC dan
konduktif terhadap arus DC.
Teknologi dan Rekayasa
Kegunaan induktor
Rellay
Buzzer
Speaker
Bleeper
Teknologi dan Rekayasa
Sifat induktor terhadap arus AC
Jika arus bolak balik mengalir pada
induktor, maka pada induktor akan timbul
gaya gerak listrik (ggl) induksi yang
besarnya:
di
e  L
dt
jika e = Em sin ωt
Maka:
i = Im sin (ωt-90)
Im 
Em E
E


L 2f X L
Teknologi dan Rekayasa
V
= Vm sin ωt
I = Im sin ωt
Besarnya XL = 2.Л.f. L
Keterangan:
XL : reaktansi induktif (Ω)
Л : 3,14
f
: frekuensi (Hz)
L : induktansi (H)
1 H = 1.000 mH
1mH = 1.000 H
Gelombang Arus dan Tegangan
Teknologi dan Rekayasa
XL  2. . f .L
Menghitung rangkaian arus bolak balik
a.Rangkaian R – L Seri
I 
E
Z
Z
R 2  XL2
XL  2. . f .L
I
E 2  E R2  E L2
E

E R2  E L2
E

 I  R 2
 I
R
Cos 
Z
 I  X L 
2
R 2  X L2
Diagram Vektor
Teknologi dan Rekayasa
b. Menghitung rangkaian paralel R dan L
IL 
_
_
_
E  ER  EL
IR
VR
φ
V

Z
IL
VL
E
XL
I
Vektor Arus dan Tegangan R-L Paralel
E 2
R 2

Cos  
E 2
( X L )2
IR
ER

R
E2
E2
E2


Z2
R2
X L2
Z 
R  XL
R 2  X L2
IR
I
Teknologi dan Rekayasa
THANK’S GOOD LUCK
Teknologi dan Rekayasa
Download