LAPORAN PRAKTEK MODUL V HUKUM DASAR RANGKAIAN ARUS BOLAK BALIK Kelompok Kelas Program Studi Tgl Praktikum : 3A :A : D-III Teknologi Listrik : Senin, 13 Juli 2020 LABORATURIUM DASAR TEKNIK ELEKTRO INSTITUT TEKNOLOGI PLN JAKARTA 2020 III. TEORI TAMBAHAN 1. Rangkaian Listrik Arus Bolak-Balik Arus bolak-balik adalah arus yang arah dan besarnya setiap saat berubah-rubah. Arus bolak-balik dalam dunia kelistrikan banyak digunakan. Arus bolak-balik hanya pergerakan muatan listrik melalui media yang mengubah berubah arah secara berkala. Hal ini berbeda dengan arus searah (DC), di mana pergerakan muatan hanya dalam satu arah dan konstan. Arus (dalam ampere) adalah jumlah muatan listrik yang mengalir melewati suatu titik dalam waktu tertentu. Yang menggerakkan arus adalah gaya gerak listrik disebut tegangan (dalam volt). Jika arusnya bolak balik, maka tegangan juga harus bolak balik, polaritasnya berubah pada siklus teratur. Jadi pengertian arus bolak balik adalah adalah arus yang polaritasnya berubah pada siklus yang teratur.Arus bolak-balik merupakan arus yang arah dan besarnya setiap saat berubah-rubah. Arus bolak-balik dalam dunia kelistrikan banyak digunakan. Arus bolak-balik selalu mempunyai nilai puncak gelombang atas dan puncak gelombang bawah. Dalam peristiwa mencapainya nilai puncak gelombang atas dan puncak gelombang bawah maka dikatakan telah mencapai satu (1) gelombang penuh. Nilai puncak gelombang atas dan puncak gelombang bawah sering pula disebut nilai dari puncak ke puncak ( nilai peak to peak ). Jenis -jenis rangkaian dalam rangkaian AC : 1. Rangkaian Resistor Sebuah resistor akan dialiri arus bolak-balik ketika dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik. Rangkaian resistor dalam arus bolak-balik digunakan untuk menurunkan potensial listrik dalam rangkaian atau sebagai pembatas arus listrik yang masuk sehingga arus dan tegangan dalam rangkaian resistor mempunyai fase yang sama saat terhubung dengan sumber tegangan bolak-balik. Rangkaian resistor pada arus bolak-balik (Sumber: myrightspot.com) Grafik hubungan tegangan dan arus terhadap waktu pada resistor (Sumber: myrightspot.com) Berdasarkan grafik terlihat bahwa tegangan dan arus berada pada keadaan sefase artinya mencapai nilai maksimum pada saat yang sama. Sebuah resistor dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, besarnya tegangan pada resistor sama dengan tegangan sumber. Di bawah ini merupakan rumus tegangan resistor dan arus yang mengalir melalui resistor. 2. Rangkaian Induktor Sebuah induktor mempunyai hambatan yang disebut reaktansi induktif saat dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik. Hambatan atau reaktansi induktif bergantung pada frekuensi sudut arus dan induktansi diri induktor atau dapat dirumuskan sebagai Rangkaian induktor pada arus bolak-balik (Sumber: myrightspot.com) Grafik hubungan tegangan dan arus terhadap waktu pada induktor (Sumber: myrightspot.com) Berdasarkan grafik terlihat bahwa besar tegangan pada induktor adalah nol saat arus induktornya maksimum, begitupun sebaliknya. Artinya tegangan pada induktor mencapai nilai maksimum lebih cepat serempat periode daripada saat arus mencapai maksimumnya. 3. Rangkaian Kapasitor Sebuah kapasitor memiliki karakteristik yang dapat menyimpan energi dalam bentuk muatan listrik ketika dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maupun tegangan searah. Kapasitor yang dialiri arus bolak-balik akan timbul resistansi semu atau biasa disebut dengan reaktansi kapasitif. Besar nilai reaktansi kapasitif bergantung pada besarnya nilai kapasitansi kapasitor dan frekuensi sudut arus atau dapat dirumuskan sebagai Rangkaian kapasitor pada arus bolak-balik (Sumber: myrightspot.com) Grafik hubungan tegangan dan arus terhadap waktu pada kapasitor (Sumber: myrightspot.com) Berdasarkan grafik terlihat bahwa arus pada kapasitor maksimum saat tegangan kapasitor bernilai nol, begitupun sebaliknya. Artinya, arus mencapai nilai maksimumnya seperempat periode lebih cepat daripada saat tegangan mencapai nilai maksimumnya. 2. Frekuensi dan Periode Frekuensi adalah jumlah getaran dalam satu detik. Dan kebalikan dari frekuensi itu adalah periode, yaitu banyaknya waktu yang dibagi banyaknya ayunan dan disimpulkan periode adalah jumlah waktu dalam satu getaran. Setiap perangkat elektronik pasti memiliki frekeunsi dan gelombang untuk membuatnya bisa digunakan. Frekuensi dan gelombang sangat erat kaitannya dengan ilmu fisika. Nilai-nilai frekuensi yang biasanya tertera pada setiap elektronik menunjukkan kaitannya dengan suatu gelombang. Dalam Kamus Bersar Bahasa Indonesia, frekuensi merupakan jumlah getaran gelombang suara per detik atau jumlah getaran gelombang elektrik per detik pada gelombang elektromagnetik. Dilansir dalam buku Getaran dan Gelombang (2009) karya Yohanes Surya, pengertian frekuensi adalah ukuran jumlah putaran ulang per peristiwa dalam satuan detik dengan satuan Hz. Hertz atau Hz diambil dari pakar fisika asal Jerman, Heinrich Rudolf Hertz yang menemukan fenomena ini pertama kali. Frekuensi juga bisa diartikan sebagai jumlah getaran yang dihasilkan setiap satu detik. Dalam satuan Hz, satu Hz sama dengan satu getaran atau gelombang listrik dalam satu detik. Baca juga: Gaya pada Gerak: Pengertian dan Pengaruhnya Menghitung frekuensi Dalam menghitung frekuensi, harus ditetapkan jarak waktu, menghitung jumlah kejadian peristiwa, dan membagi hitungan ini dengan panjang jarak waku. Detik merupakan satuan waktu atau periode yang biasanya dilanmbangkan dengan huruf T. Secara sederhana, dalam menghitung frekuensi harus mengetahui periode atau waktu dalam satuan detik. Berikut rumus menghitung frekuensi: f = 1/T Keterangan: f = Frekuensi dalam satuan hertz (Hz) T = Periode dalam satuan detik (sec) Alat ukur frekuensi Meskipun sudah ada rumus perhitungannya, tetap ada alat pengukur frekuensi yang lebih tinggi, yaitu Frequency Counter atau pencacah frekuensi. Frequency Counter adalah alat yang mengukur frekuensi yang terjadi berulang-ulang dan menampilkan hasilnya pada layar digital. Alat ini menggunhakan loguika digital dalam menghitung periode dalam satuan detik. Pola sinusoidal dari tegangan sumber listrik adalah sebagai berikut: dimana V adalah nilai tegangan sesaat (saat waktu t), Vmax adalah nilai maksimum tegangan, ω adalah frekuensi sudut sumber listrik. Sehingga nilai frekuensi sudut sumber adalah ω = 125 rad/s Catatan : Jika beberapa referensi lain atau di sekolah menggunakan lambang-lambang yang berbeda disesuaikan saja. b) Untuk mencari frekuensi sumber ambil dari frekuensi sudut dimana : c) Periode merupakan kebalikan frekuensi : d) Tegangan maksimum sumber lihat pola di atas : e) Tegangan efektif cari dari hubungannya dengan tegangan maksimum : f) Tegangan puncak ke puncak (Vpp) adalah dua kali tegangan maksimum : g) Reaktansi Induktif : h) Reaktansi Kapasitif : i) Impedansi rangkaian : j) Nilai kuat arus maksimum rangkaian : k) Nilai kuat arus efektif rangkaian : l) Nilai tegangan antara titik d dan e : Karena yang ditanyakan tegangan saja, kita asumsikan bahwa yang diminta adalah tegangan efektif (tegangan terukur), sehingga kuat arus yang dipakai adalah Ief m)Nilai tegangan antara titikedanf: n) Nilai tegangan antara titik f dan g : o) Nilai tegangan antara titik d dan f : Secara umum untuk mencari tegangan antara dua titik katakanlah A dan B yang mengandung komponen R, L dan C dengan tegangan masing-masing yang sudah diketahui gunakan persamaan : dimana VR , VL dan VC berturut- turut adalah tegangan pada masing-masing komponen R, L dan C . Titik d dan f mengandung 2 komponen yaitu R dan L . Berarti C nya tidak ada? Masukkan saja angka nol pada VC nya sehingga: p) Nilai tegangan antara titik e dan g : Titik e dan g mengandung L dan C sehingga sekarang R nya yang tidak ada, sehingga q) Nilai tegangan antara titik d dan g Titik d dan g mengandung R, L dan C sekaligus sehingga : 120 volt adalah tegangan maksimum, sementara yang kita hitung tegangan efektif, jadi jawabannya harus sama dengan jawaban pertanyaan e. r) Nilai faktor daya rangkaian : Faktor daya rangkaian (power factor = pf , in english) tidak lain adalah nilai cosinus dari sudut fase dimana Hasil keduanya haruslah sama, s) Nilai sudut fase antara arus dan tegangan : Sudut yang nilai cosinusnya 0,8 !?! Tentunya 37o . Jika mencarinya pakai kalkulator akan dapat hasil yang sedikit berbeda, kita bulatin aja. Tetapi bukannya cos (−37o) juga 0,8 !?? Kita coba cari sudutnya dari nilai tan nya : ( Kalau pakai bahasa kalkulator tekan Shift --> tan −1--> − 0,75 --> = akan ketemu angka − 36,8698xxxx ) t)Nilai daya yang diserap rangkaian: u) Sifat rangkaian ( kapasitif, induktif atau resistif) Untuk sifat rangkaian gunakan ketentuan berikut : Jika XL > XC → rangkaian bersifat induktif Jika XC > XL → rangkaian bersifat kapasitif Jika XL = XC → rangkaian bersifat resistif (resonansi seri) Sehingga rangkaian di atas bersifat kapasitif ( arus mendahului tegangan) v) Nilai tegangan sesaat sumber listrik saat t = ( π/150) sekon : w) Persamaan kuat arus sumber : Untuk mencari persamaan arus perhatikan ketentuan berikut : Jika persamaan tegangan dinyatakan dalam V=Vmax sinωt maka persamaan kuat arusnyaadalah: Karena rangkaian kita bersifat kapasitif maka persamaan kuat arus adalah: Sudut fase −37o di atas mengandung arti sudut fase tegangan terhadap arus adalah −37o. Jika dibalik sudut fase arus terhadap tegangan adalah +37o. x) Nilai kuat arus sumber listrik saat t = (0,016 π) sekon : y) Tegangan rata-rata : z) Kuat arus rata-rata : 3. Hukum Kirchoff pada Arus Bolak-Balik HUKUM KIRCHOFF Hukum khirchoof berbunyi “Jumlah kuat arus listrik yamg masuk ke suatu titik simpul sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut”. Hukum I kirchoff tersebut adalah hukum kekekalan muatan listrik seperti tampak di dalam analogi pada gambar. Hukum I kirchoff secara matematis dituliskan: I masuk = ∑I keluar Skema diagram untuk hukum khirchhoff : Rangkaian untuk menyelidiki kuat arus yang masuk dan keluar dari suatu titik simpul. Hukum II Kirchoff tentang Tegangan pada Rangkaian Tertutup Untuk menyederhanakan rangkaian yang rumit,dapat digunakan Hukum II Kirchoff yang berbunyi : “Didalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik (_) dengan penurunan tegangan (IR) sama dengan nol”. Secara matematis dituliskan : ∑ +∑(IR)=0 Dalam menyelesaikan persoalan di dalam loop perhatikan hal-hal berikut ini! a. Kuat arus bertanda positif jika searah dengan loop dan bertanda negatif jika berlawanan dengan arah loop. b. GGL bertanda positif jika kutub positipnya lebih dulu di jumpai loop dan sebaliknya ggl negatif jika kutub negatif lebih dulu di jumpai loop. Misalkan kita ambil arah loop searah dengan arah I, yaitu a-b-c-d-a. (rangkain dengan satu loop) Kuat arus listrik I di atas dapat ditentukan dengan menggunakan Hukum II Kirchhoff: Σ ε + Σ IR = 0 – ε1 + ε2 + I (r1 + r2 + R) = 0 Jika harga ε1, ε2, r1, r2 & R diketahui maka kita dapat menentukan harga I-nya. Rangkaian dengan dua loop atau lebih Rangkaian yang memiliki dua loop atau lebih disebut juga rangkaian majemuk. Langkah-langkah dalam menyelesaikan rangkaian majemuk ini adalah sebagai berikut: Aturan Hukum II Kirchoff : 1. Pilih loop untuk masing-masing lintasan tertutup dengan arah tertentu. Pada dasarnya, pemilihan loop bebas, namun jika memungkinkan usahakan searah dengan arus. 2. Jika pada suatu cabang, arah loop sama dengan arah arus, maka penurunan tegangan (IR) bertanda positif, sedangkan bila berlawana arah, maka penurunan tegangan (IR) bertanda negative. 3. Bila saat mengikuti arah loop, kutub sumber tegangan lebih dahulu dijumpai adalah kutub positif, maka ggl _ bertanda positif, sebaliknya bila yang lebih dahulu dijumpai adalah kutub negative, maka ggl _ bertanda negative. Sumber : https://blog.ruangguru.com/rangkaian-arus-bolakbalik#:~:text=Arus%20bolak%2Dbalik%20atau%20altenating,dan%20mengalir%20dal am%20dua%20arah.&text=Jenis%2Djenis%20rangkaian%20dalam%20rangkaian,rang kaian%20induktor%2C%20dan%20rangkaian%20kapasitor. http://fisikastudycenter.com/fisika-xii-sma/48-listrik-bolak-balik-ac https://elektronika-dasar.web.id/frekuensi-periode-dan-fasa-gelombanglistrik/#:~:text=Frekuensi%20adalah%20jumlah%20getaran%20yang,listrik%20yang% 20dihasilkan%20tiap%20detik.&text=Fasa%20dari%20listrik%20arus%20bolak,balik %20dari%20posisi%20baris%20nol. http://yenisusilawati35.blogspot.com/2015/04/arus-bolak-balik-hukum-ohm-danhukum.html#:~:text=Hukum%20khirchoof%20berbunyi%20%E2%80%9CJumlah%20kuat,kelua r%20dari%20titik%20simpul%20tersebut%E2%80%9D.&text=Rangkaian%20untuk%20menyeli diki%20kuat%20arus,keluar%20dari%20suatu%20titik%20simpul.&text=penurunan%20teganga n%20(IR)%20sama%20dengan%20nol%E2%80%9D.
