LAPORAN PENDAHULUAN PRAKTIKUM SIMULASI PRAKTIKUM RANGKAIAN LISTRIK II SEMESTER GANJIL 2020/2021 DISUSUN OLEH : RIZAL FAJAR ASSIDIK ( 1905541139 ) I KOMANG TRISNAYADI ( 1905541140 ) ALFA DE GLEYN TEKKAY ( 1905541141 ) MELKY SEDEK HOSEA HALIM ( 1905541142 ) LABORATORIUM DASAR TEKNIK ELEKTRO PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA November 2020 PERCOBAAN VII 1. Dasar Teori 1.1 Hukum Ohm Hukum Ohm adalah formula yang menyatakan hubungan antara tegangan, arus listrik dan hambatan dalam suatu rangkaian listrik. Hukum ohm berbunyi “ Kuat arus listrik dalam rangkaian berbanding lurus dengan tegangan pada ujung-ujung rangkaian dan berbanding terbalik dengan hambatan”. Sesuai dengan namanya, hukum ini ditemukan oleh Georg Simon Ohm (1787-1854) seorang fisikawan berasal dari Jerman yang mempublikasi karya nya pada tahun 1827 berjudul “The Galvanic Circuit Investigated Mathematically”. Ada tiga relasi variabel yang tergandung dalam hukum Ohm yaitu Tegangan, Kuat Arus dan Hambatan. Masing-masing memiliki simbol, V untuk tegangan listrik yang diukur satuannya Volt (V) , R untuk Hambatan rangkaian yang memiliki satuan Ohm (Ω)dan I adalah Kuat arus yang memiliki satuan Ampere (A). Secara matematis, hukum ohm dinyatakan sebagai berikut. Untuk menghitung tegangan listrik suatu rangkaian, rumus hukumnya menjadi, V= I x R Untuk menghitung kuat arus listrik I = V/R Untuk menghitung hambatan rangkaian R = V/I 1.2 Hukum Kirchoff 1 Hukum Kirchoff I berbunyi “jumlah aljabar dari arus yang menuju/ masuk dengan arus yang meninggalkan/keluar pada satu titik sambungan/cabang sama dengan nol “. Hukum I Kirchoff merupakan hukum kekekalan muatan listrik yang menyatakan bahwa jumlah muatan listrik yang ada pada sebuah sistem tertutup adalah tetap. Hal ini berarti dalam suatu rangkaian bercabang, jumlah kuat arus listrik yang masuk pada suatu percabangan sama dengan jumlah kuat arus listrik yang ke luar percabangan itu. Untuk lebih jelasnya tentang Hukum I Kirchoff, perhatikanlah rangkaian berikut ini: Gambar 1.1 Hukum Kirchoff 1. 1.3 Hukum Kirchoff 2 Hukum Kirchoff II ini berbunyi “di dalam satu rangkaian listrik tertutup jumlah aljabar antara sumber tegangan dengan kerugian-kerugian tegangan selalu sama dengan nol.” Hukum II Kirchoff adalah hukum kekekalan energi yang diterapkan dalam suatu rangkaian tertutup. Hukum ini menyatakan bahwa jumlah aljabar dari GGL (Gaya Gerak Listrik) sumber beda potensial dalam sebuah rangkaian tertutup (loop) sma dengan nol. Secara matematis, Hukum II Kirchoff ini dirumuskan dengan persamaan, yaitu: Gambar 1.2 Hukum Kirchoff 2. Di mana V adalah beda potensial komponen komponen dalam rangkaian (kecuali sumber ggl) dan E adalah ggl sumber. Untuk lebih jelasnya mengenai Hukum II Kirchoff, perhatikanlah sebuah rangkaian tertutup sederhana berikut ini: Dari rangkaian sederhana di atas, maka akan berlaku persamaan berikut (anggap arah loop searah arah arus). I . R + I . r – E = 0…………..1) E = I (R + r) I = E/(R + r) 1.4 Hukum Kirchoff Tegangan Hukum ini menyebutkan bahwa di dalam suatu lup tertutup maka jumlah sumber tegangan serta tegangan jatuh adalah nol. Gambar 1.3 Rangkaian KVL Seperti diperlihatkan dalam Gambar 1 di atas, rangkaian ini terdiri dari sumber tegangan dan empat buah komponen. Jika sumber tegangan dijumlah dengan tegangan jatuh pada keempat komponen, maka hasilnya adalah nol, seperti ditunjukan oleh persamaan berikut: 1.5 Hukum Kirchoff Arus Hukum Kirchhoff arus menyebutkan bahwa dalam suatu simpul percabangan, maka jumlah arus listrik yang menuju simpul percabangan dan yang meninggalkan percabangan adalah nol. Gambar 1.4 Percabangan Arus Listrik. Gambar diatas adalah contoh percabangan arus listrik dalam suatu simpul. Dalam Gambar diatas, terdapat tiga komponen arus yang menuju simpul dan tiga komponen arus yang meninggalkan simpul. Jika keenam komponen arus ini dijumlahkan maka hasilnya adalah nol, seperti diperlihatkan dalam persamaan berikut: 1.6 Teorema Superposisi Jika sebuah rangkaian memiliki dua atau lebih sumber bebas, salah satu cara menentukan nilai dari variabel tertentu (tegangan atau arus) adalah menggunakan analisa nodal atau mesh. Cara lain adalah dengan menentukan kontribusi tiap sumber bebas sebagai variabel dan menambahkannya. Metode ini dikenal superposisi. Prinsip dari superposis membantu kita menganalisa rangkaian linear yang memiliki lebih dari satu sumber bebas dengan menghitung kontribusi tiap sumber bebas secara terpisah. Untuk menerapkan prinsip superposisi perhatikan dua hal di bawah : a. Kita gunakan satu sumber bebas dalam satu waktu dan matikan sumber bebas lain. Ini menandakan bahwa kita mengganti setiap sumber tegangan dengan short circuit dan tiap sumber arus dengan open circuit. b. Sumber tak bebas kita abaikan karena mereka dikontrol variabel lain. Dengan hal tersebut, kita menerapkan prinsip superposisi dengan tiga Langkah: Langkah untuk menggunakan prinsip superposisi : a. Matikan semua sumber bebas kecuali satu sumber. Hitung outputnya (tegangan atau arus) berdasarkan sumber aktif menggunakan teknik yang sudah dijelaskan sebelumnya. b. Ulangi langkah 1 untuk tiap sumber bebas. c. Hitung jumlah nilai yang diperoleh dengan menambahkan secara aljabar berdasarkan sumber bebasnya. Menganalisa rangkaian dengan superposisi memiliki satu kerugian besar. Analisa ini dapat melibatkan pekerjaan tambahan. Jika suatu rangkaian memiliki tiga sumber bebas, kita harus menganalisa tiga rangkaian dengan tiap sumber bebas. Bagaimanapun superposisi membantu mengurangi kerumitan rangkaian menjadi rangkaian sederhana. 1.7 Teorema Norton Teori Norton hampir sama dengan teori Thevenin. Yang membedakan teori Norton dengan Thevenin adalah pada penggunaan sumber arus pada teori Norton dan sumber tegangan pada teori Thevenin. Pada teori Norton hambatan dipasang paralel dengan sumber arus sedangkan pada teori Thevenin Hambatan dipasang seri dengan sumber tegangan. Gambar 4 berikut ini menunjukan secara skema perbedaan teori rangkaian Norton dan teori rangkaian Thevenin. Gambar 1.5 (a) Rangkaian Thevenin, (b) Rangkaian Norton. Arus Norton didefinisikan sebagai arus beban ketika beban dihubungsingkatkan atau disebut arus hubungan singkat. Arus Norton ditulis dengan simbol IN .Hambatan Norton adalah hambatan yang diukur atau dihitung ketika sumber arus dikurangi hingga nol dan hambatan beban dilepas. Hambatan Norton sama dengan hambatan thevenin. Pada Teori rangkaian Thevenin kita menghitung arus beban (IL) sedangkankan pada teori rangkaian Norton kita menghitung tegangan beban (VL). Tegangan beban pada rangkaian Norton dapat dihitung sebagai berikut : Dimana : VL = tegangan beban ; IN = arus Norton ; RN = hambatan Norton dan RL = hambatan beban. Hubungan Thevenin dengan Norton dapat dilihat pada gambar berikut ini. Gambar 1.6 Perbandingan Rangkaian Thevenin dan Norton. 2. Data Hasil Simulasi 2.1 SOAL 7.2 NIM GENAP Hasil Simulasi menggunakan Protues : Gambar 1.7 Hasil Simulasi SOAL 7.2 GENAP. 2.2 SOAL 7.4 GENAP Hasil Simulasi menggunakan Proteus : Gambar 1.8 Hasil Simulasi SOAL 7.4 GENAP. 2.3 SOAL 7.6 GENAP Hasil Simulasi menggunakan Proteus : Gambar 1.9 Hasil Simulasi SOAL 7.6 GENAP. 3. Analisa Data 3.1 SOAL 7.2 GENAP Untuk menemukan nilai V, maka digunakan hukum Ohm, hukum Kirchoff, serta penyerdehanaan bilangan kompleks untuk penyelesaiannya. Langkah pertama adalah dengan menyederhanakan arus ke bentuk kompleks, lalu mencari impedansi dari Induktornya (XL). Kemudian dengan menganalisa rangkaian, maka sumber arus akan terbagi menjadi I1 dan I2. Dalam soal ini, maka diperlukan penyelesaian nilai I2, karena arus yang mengalir ke Tahanan R2 (4 Ohm) adalah I2, dan yang ditentukan soal ialah mencari nilai V di tahanan R2. 3.2 SOAL 7.4 GENAP Dalam penyelesaian soal dengan kasus Superposisi, maka diperlukan beberapa tahap dalam penganalisisan soal, seperti dalam soal diatas. Superposisi digunakan saat terdapat dua sumber yang berbeda jenis yaitu tegangan dan arus. Dalam kasus nya, penyelesaian rangkaian dibagi menjadi saat V aktif dan I aktif. Saat V aktif, maka arus I akan menjadi Open-circuit, sedangkan saat I aktif V akan menjadi Closed-circuit Untuk mencari nilai V di kapasitor (F) maka diperlukan nilai V1 saat V aktif, dan V2 saat I aktif, sehingga nilai V yang sebenarnya ialah V1+V2. 3.3 SOAL 7.6 GENAP Mencari nilai V dengan menggunakan teorema Norton, teorema Norton hampir sama dengan teorema Thevenin, hanya saja menggunakan arus. . Seperti bagaimana yang tertera di dasar teori. Maka langkah pertama untuk mengubah tegangan menjadi arus. Kemudian mencari tahanan Norton (Rn) setelah itu, mencari nilai V dengan rumus IN*RN untuk mencari V dari XL. 4. Kesimpulan Dengan ada nya praktikum ini. Membuktikan bahwa hasil perhitungan menggunakan perangkat bantu terhadap suatu analisa rangkaian maupun menggunakan rumus ataupun teorema dalam penyelesaian masalah sendiri samasama memberikan hasil yang mirip. Dapat dibuktikan dengan penyelesaian beberapa soal diatas yang sebagaimana bisa diperhatikan mendapatkan hasil hampir sama. Adapun kekurangan dari penggunaan alat bantu ialah kesulitan dalam membuat rangkaian dan tentu saja perangkat bantu juga banyak variasinya sehingga mewajibkan pengguna mengetahui penggunaan masing- masing perangkat bantu. Namun dilain sisi juga penyelesaian analisa rangkaian secara manual juga terkendala dibagian keakurasian dan juga keefektifan. Tentu sebagai praktikan dan juga seorang mahasiswa teknik elektro kemampuan dalam menggunakan perangkat bantu sangat dibutuhkan untuk memudahkan pekerjaan dalam menyelesaikan tugas, namun juga diperlukan pengetahuan serta pengertian masalah sehingga dapat menyelesaikan masalah lebih mudah.
