lks arus bolak balik
TRANSCRIPT
PRAKTIKUM RANGKAIAN LISTRIK
PRAKTIKUM RANGKAIAN LISTRIK
TUGAS LAPORAN RL-3
Nama
: SLAMET PRANOTONo. Pokok
: 07224003JURUSAN TEKNIK ELEKTRO S1
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT SAINTS DAN TEKNOLOGI NASIONAL
JAKARTA 2010LAPORAN PENDAHULUAN RL -3
KAPASITOR DAN INDUKTOR
I Apa yang saudara ketahui tentang:
1. Kapasitor adalah komponen elektronika yang bersifat mengalirkan arus AC dan menghambat arus DC yang didalamnya terdapat sepasang elektroda yang dipisahkan bahan insulator dan dapat menyimpan muatan listrik.
2. Induktor adalah komponen yang bersifat mengalirkan arus DC dan menahan arus AC juga berupa konduktor yang berupa lilitan.
3. Kapasitansi adalah kemampuan kapasitor untuk menyimpan energi listrik.
4. Induktansi merupakan suatu akibat dari muatn listrik yang mengalir melalui lilitan/ inductor sehingga menimbulkan medan magnet, karena adanya medan magnet maka akan timbul induksi magnet.
5. Resistansi adalah batas kemampuan suatu resistor untuk menahan atau menghambat muatan listrik
6. Impedansi adalah suatu harga yang menunjukan besaran antara tahanan rugi (nyata) dan tahanan imajiner didalam rangakian R,L,C
Z=R+JX J=-X X=XL dan XC
II Jelaskan proses pengisian (charging) dan pelepasan (discharging) dari kapasitor, sertakan dengan gambar!
Jawab:
Proses pengisian bila polaritas positif kondensator dihubungkan dengan positif tegangan dan polaritas negative kondensator dihubungkan dengan negative tegangan maka kondensator akan mengalami pengisian yang memerlukan waktu. Kapasitor dihubungkan pararel dengan sumber tegangan. Proses pelepasan bisa dilakukan dengan menghubungkan singkat kedua kaki kondensator. Pada proses pelepasan juga memerlukan waktu (sumber tegangan).
(Gambar terlampir)
III Apa yang dimaksud dengan konstanta waktu (Time Constanta), berikan contoh perhitungan dan pemakaiannya!
Jawab:
Konstanta waktu adalah hambatan yang ada dalam kapasitor dikali dengan kapasitansinya.
Pemakaiannya: bila kondensator dihubungkan pararel dengan sumber tegangan DC maka muatan pada C tidak langsung terisi.
(t) = R . C (detik)
IV Apa yang saudara ketahui tentang Resonansi?
Jawab:
Resonansi adalah banyaknya frekuensi/getaran per detik. Resonansi dapat terjadi bila suatu rangkaian RLC terjadi suatu impedansi XL=XC dan dapat dihitung dengan rumus:
Didalam bentuk komponen resonansi dibagi 2 yaitu :
1. Resonansi seri = Resonansi tegangan
2. Resonansi pararel
V Tuliskan rumus Resonansi:
Bukti
EL = Ec ; iL = iC sehingga = R
maka: XL = Xc
L = C
VI Bagaimana bentuk gelombang keluaran dari sinyal sinusoidal dan persegi bila melalui :
a. Resistor ( R )
b. Kapasitor ( C )
c. Induktor ( L )
PersegiSinusoidal
Resistor ( R )
Kapasitor ( C )
Induktor ( L )
RL3
KAPASITOR DAN INDUKTOR
I. Maksud dan Tujuan Percobaan1. Menyelidiki sifat-sifat dan konstanta waktu (time constant) pada inductor dan konduktor 2. Mempelajari karakteristik inductor dan capasitor dalam rangkaian arus
bolak-balik
3. Menyelidiki sifat-sifat dari keadaan resonansi II. Alat-alat Percobaan1. Modul percobaan kapasitor dan inductor
2. Generator fungsi
3. Osiloskop
4. Catu daya
5. 2 buah Multi meter
6. Kabel penghubung 12 buah
7. Stopwatch
III. Teori singkat
A. KAPASITOR
Kapasitor secara fisik merupakan sepasang konduktor atau elektroda yang ditengah-tengahnya dipisahkan oleh bahan dialektrik (insulator) dimana muatannya dapat disimpan (proses charging) dan dilepaskan (proses discharging) symbol dari kapasitor adalah :
Keluaran dari kapasitor adalah kapasitor yang didefenisikan sebagai perbandingan muatan Q dengan perbedaan tegangan Vab antara penghantar/elektrodanya.Secara matematis dapat ditulis dengan rumus:
Satuan dari kapasitansi adalah Farad (F), sedangkan konstanta waktu kapasitas;
(t) = R.C (detik)
Cara menghubungkan kapasitor adalah:
a. Dengan cara seri
C1 C2
Kapasintansi total:
b. Dengan cara pararel adalah :
Kapasitansi total = Cp = C1 = C2Rangkaiaan kapasitif RC bila dialiri arus bolak-balik dengan gelombang sinusoidal, maka keluarannya akan menghasilkan bentuk gelombang sinusoidal pula dengan frekuensi yang sama.
Apabila ada dua buah gelombang sinusoidal mencapai harga puncak pada waktu yang bersamaan, maka kedua buah gelombang tersebut dikatakan sefase.Tetapi bila tidak dalam waktu yang bersamaan maka kedua buah gelombang tersebut berbeda fase sebesar O dengan satuan radian,secara matematis rumus persamaan dua gelombang diatas adalah :
dan
B. INDUKTOR
Induktor secara fisik terdiri dari bahan-bahan yang bersifat magnetic, sebagai inti dan dililit dengan penghantar, sehingga dapat menghasilkan proses induktansi. Bila lilitan dialiri oleh arus bolak-balik maka akan menghasilkan suatu medan magnet.Karena ada medan magnet maka akan timbul induksi medan magnetic berupa daya (emf) yang sifatnya berlawanan dengan medan magnet penyebabnya, secara matematis dapat dituliskan dengan rumus (emf) adalah :
Tanda negatif secaara fisik menunjukan bahwa (emf) yang ditimbulkan berlawanan arahnya dengan arus.
Cara menghubungkan Induktor:
a. Hubungan seri
L total: L1 + L2
b. Hubungan pararel
L total =
Satuan induktansi adalah henry (H).
Konstanta waktu induktif (detik).
Impedansi dalm rangkaiaan arus bolak-balik terdiri dari resistansi atau reaktansi atau gabungan antara keduanya
Reaktansi beban induktif : Reaktansi beban kapasitif :
Perhitungan tegangan Perhitungan tegangan dengan diagram phasor dapat dijabarkan sebagai berikut :
Vz = I . Z
Vx = I . X
Vr = I . R
UntukTegangan kapasitif Vc = I . Xc Tegangan Induktif VL = I . XLSeperti terlihat pada gambar dibawah ini,tegangan total V merupakan selisih antara tegangan VL dan Vc.
Di dalam diagram phasor telah dinyatakan bahwa :Tegangan VL mendahului I (leading) sebesar 90o.
Sedangkan beda phase antara VL dan Vc adalah 180o.RESONANSI
Resonansi terjadi bila didalam suatu rangkaian RLC terjadi impedansi XL = Xc. Dengan frekuensi resonansi dapat dihitung dengan mempergunakan rumus :
Pada saat resonansi, terjadi factor Q yang merupakan perbandingan antara tegangan induktor dengan tegangan masukan. Karena arus I yang mengalir sama maka secara matemati dapatdapt ditulis :
Faktor Q = Pada saat: f1 > f0 atau f2 < f0, maka factor Q dipengaruhi oleh reaktansi Kapasitif, sehingga secara matematis dapat ditulis:
Dengan demikian secara garis lurus dapat dibuat gambaran dalam bentuk kurva adalah :
VL
fo
f1 BW
f2
Untuk hubungan seri antara inductor dan kapasitor dapat kita buat diagram phasornya :
Untuk hubungan Paralel LC diagram fasornya :
IV. Jalannya percobaanA. Kapasitansi
1. Buat rangkaian seperti gambar C1.1, atur suplai tegangan variabel arus sebesar 10 Volt.
2. Naikkan posisi saklar, catat tegangan saat proses pengisian (charging) dalam selang waktu t = 0 detik sampai t = 60 detik (ditentukan asisten).
Gambar C1.1
3. Ubah posisi sakelar ke bawah, amati proses pembuangan (discharging) pada voltmeter catat besar tegangan yang terjadi dalam selang waktu t = 0 detik sampai t = 60 detik.
B. Hubungan Seri dan Paralel Kapasitas
1. Buat rangkaian seperti gambar C2.1.
Gambar C2.12. Atur generator fungsi pada frekuensi 200 Hz dan amplitudo tegangan 5 volt-ptp, (bentuk gelombang persegi).
3. Amati bentuk gelombang yang terjadi pada osiloskop dan gambarkan pada kertas milimeter blok, hitung konstanta waktunya.
4. Ubah frekuensi generator menjadi 20 Hz, dengan mengunakan resistor 10 k. Gambarkan bentuk gelombangnya pada milimeter blok, hitung konstanta waktunya.
C. Induktansi
1. Buat rangkaian seperti gambar C3.1.
Gambar C3.1
2. Atur fungsi generator menjadi gelombang persegi 100 H, amplitudo 5 volt-ptp (probe Y1)
3. Amati gelombang arus pada probe Y2.
4. Gambarkan hasil pengamatan pada milimeter blok, dan hitung konstanta waktunya.
D. Kapasitansi Dalam Rangkaian Arus Bolak-Balik.
1. Buat rangkaian separti gambar C4.1.
Gambar C4.1
2. Atur fungsi generator pada gelombang sinusoidal dengan frekuensi 400 Hz, Amplitudo keluaran harus tetap sebesar 5 volt-ptp.
3. Catat besar arus yang terjadi (probe Y2), amati dan gambar bentuk gelombang arus (Y2) dan tegangan (Y1-ptp).
4. Ulangi pengamatan untuk frekuensi 10 kHz,dengan tegangan keluaran diatur tetap 5 volt-ptp. Catat besar serta gambarkan bentuk gelombang arus dan tegangan.
5. Atur kembali fungsi generator menjadi 400 Hz, lepaskan hubungan resistor 1 k dan hubungkan dengan kapasitor 100 nF. Catat besar serta gambarkan bentuk gelombang arus dan tegangan.
Ulangi percobaan untuk frekuensi 4 kHz.V. Tabel pengamatan
A. KAPASITANSIWaktu (detik)Beda Potensial Kapasitor
PengisianPengosongan
0010
549,0
1068,0
2084,0
258,81,8
3091,0
409.20,6
509.40,5
609.40,4
B. KAPASITANSI DALAM RANGKAIAN ARUS BOLAK-BALIK
C. INDUKTANSI
a. f = 100 Hz ; V = 5 Vptp
b. f = 100 Hz ; V = 5 Vptp
L = 1 H ; L = 700 mH Hubungan seri
c. f = 100 Hz ; V = 5 Vptp
L = 1 H ; L = 700 mH Hubungan pararel
D. KAPASITANSI DALAM RANGKAIAN ARUS BOLAK-BALIK
a. f = 400 Hz ; V = 5 Vptp
b. f = 10 KHz ; V = 5 Vptp
c. f = 400 Hz ; R = 1 K ; C = 100 nF
d. f = 4 KHz ; R = 1 K ; C = 100 nF
VI. Tugas laporan
A. Kapasitansi1. Apa yang terjadi pada langkah 2 dan 3 pada percobaan kapasitor ini ? Mengapa demikian, beri penjelasan!
Jawab:
* Pada saat proses pengisian (charging), voltmeter mengalami kenaikan dimulai dari angka nol, kenaikan angka ini menunjukan besar nilai tegangan yang mungkin meningkat yang disebabkan kapasitor menyimpan muatan selama selang waktu / periode 0-60 detik. Karena proses menyimpan muatan ini, maka tegangan bertambah besar nilainya sebanding dengan besarnya muatan yang disimpan oleh kapasitor. Oleh karena itu voltmeter menunjukan besar angka yang berubah dan semakin meningkat besar nilai angkanya.
* Pada saat proses pelepasan (discharging), voltmeter mengalami penurunan angka dimulai dari 9,4 volt. Penurunan angka ini menunjukan besar nilai tegangan yag semakin kecil yang disebabkan kapasitor membuang atau melepaskan muatan listrik selama selang waktu periode 0-60 detik. Karena proses pelepasan muatan ini maka tegangan semakin kecil nilainya, yang sebanding dengan jumlah muatan yang tersimpan didalam kapasitor tersebut. Oleh karena itu voltmeter menunjukan angka yang berubah dan semakin kecil.
2. Gambarkan grafik pengisian dan pelepasan dari hasil percobaan ini, beri
penjelasan!
Jawab: Grafik pengisian menunjukan kenaikan tegangan sehubungan dengan kapasitor yang menyimpan muatan listrik. Grafik garis linier yang semakin meningkat yang menunujukan naiknya nilai tegangan seiring kenikan periode waktu tersebut Grafik penurunan atau pelepasan menunjukan penurunan garis sebagai akibat dari tegangan yang semakin menurun karena pelepasan muatan listrik oleh kapasitor sehingga tegangan semakin menurun untuk waktu yang semakin meningkat.
Jika kedua grafik ini digabungkan akan membentuk suatu grafik yang mempunyai interval pengisian dan pelepasan yang berulang-ulang yang merupakan ciri khas dan sifat kapasitor itu sendiri dalam menyimpan dan melepaskan muatan listrik. Grafik Pengisian :
Grafik Pembuangan
B. HUBUNGAN SERI PARALEL KAPASITANSI
3. Pada langkah 3 percobaan B, gambarkan bentuk gelombang pada kapasitor.
Jawab :
4. Hitung besar C dengan mempergunakan rumus , R = resistansi dari rangkaian. Bandingkan dengan harga kapasitor yang sebenarnya, beri kesimpulan.
Jawab :
Dari gambar hasil percobaan B langkah 4
R = 10 k = 10
EMBED Equation.3 Time/div = 5
Div = 5.8
= 29 detik
Ditanya : C
Penyelesaian : = RC
29 = 10.C
C = = 2.9 mF
5. a. Hitung dari langkah nomor 4
Jawab :
R = 10 k = 10
EMBED Equation.3
C = 2.9 mF = 2.9 x 10 F
Ditanya :
Penyelasaian : = RC
= 10. 2.9 x 10
= 2.9 detik
b. Hitung untuk seri dan parallel pada langkah nomor 5.
Jawab :
Seri :
R = 10 k = 10
EMBED Equation.3 C1 = 220 nF
C2 = 100 nF
Ctotal = 68.75 nF = 68.75 x 10-9 F
= RC
= 10(68.75 x 10-9) = 0.6875 ms
Paralel :
R = 10 k = 10
EMBED Equation.3
C1 = 220 nF
C2 = 100 nF
Ctotal = 320 nF = 320 x 10-9 F
= RC
= 10(320 x 10-9) = 3.2 ms
C. INDUKTANSI
6. Dari langkah nomor 4 tentukan -nya. Jawab :
R = 1 k = 103
L = 700 mH = 0.7 H
= = = 0.7 ms7. Hitung reaktansi induktif dari rangkaian seri dan parallel, bandingkan dengan hasil percobaan.
Jawab :
Seri :
L1 = 1 H
L2 = 700 mH = 0.7 H
Ltotal = 1.7 H
f = 100 Hz
XL = 2fL
= 2 x 3.14 x 100 x 1.7
= 1067.6
Paralel :
L1 = 1 H
L2 = 700 mH = 0.7 H
Ltotal = 0.41 H
f = 100 Hz
XL = 2fL
= 2 x 3.14 x 100 x 0.41 = 257.48
8. Pada langkah nomor 5 percobaan C, hitung .
Jawab :
Seri :
R = 1 k = 103
L1 = 1 H
L2 = 700 mH = 0.7 H
Ltotal = 1.7 H = = = 1.7 ms
Paralel :
R = 1 k = 103
L1 = 1 H
L2 = 700 mH = 0.7 H
Ltotal = 0.41 H
= = = 0.41 ms
9. Apa akibatnya pada bila resistansi berkurang.
Jawab :
Jika resistansi semakin kecil maka nilai konstanta waktu semakin besar, begitu pula sebaliknya. Jika resistansi semakin besar maka nilai konstanta waktu semakin kecil.D. Kapasitansi Dalam Rangkaian Arus Bolak-Balik
1. Berapa tegangan efektif (RMS) pada R = 1000 dan berapa besar arus yang mengalir.
Jawab:
Diketahui
R = 1000
Vptp = 5Volt
Tentukan: - Vrms
I (arus) Penyelesaian: Vptp = 2Vmax Vmax = 5/2 = 2,5
Vrms = =1,767 Volt Vrms = Irms .R
Irms = = 1,767 mA
Imax = Irms . 2 = 1,767 . 10-3 . 2 . A = 2,5 mA
Jadi, didapat harga arus puncak positif Imax = 2,5 mA
2. Apakah amplitudo tegangan dan arus berubah bila frekuensi diubah-ubah? Beri penjelasan! Jawab: Amplitudo tegangan dan arus tidak akan berubah-ubah walaupun frekuensi diubah-ubah karena yang mempengaruhi besar kecilnya amplitudo tegangan dan arus adalah amplitude keluaran yang diberikan oleh fungsi generator, dalam percobaan ini diberikan amplitude keluaran yaitu 5Volt ptp. Sedangkan frekuensi hanya mempengaruhi periode waktu dari grafik yang ditampilkan dan tidak akan mempengaruhi amplitudo gelombang yang dihasilkan.
3. Berapa besar perbedaan dua buah phase antara dua buah gelombang yang muncul pada layar osiloskop
Jawab :
Perbedaan phase yang terjadi antara dua buah gelombang yang muncul pada osiloskop terjadi apabila dua buah gelombang sinusoidal mencapai harga puncak pada waktu yang bersamaan, maka kedua buah gelombang tersebut dikatakan sephase. Tetapi bila tidak dalam waktu yang bersamaan maka kedua buah gelombang tersebut berbeda phase sebesar dengan satuan radian, secara matematis dapat ditulis rumus persamaan kedua gelombang tersebut.
Perbedaan phase pada kedua gelombang arus dan tegangan pada saat frekuensi 400Hz adalah rad. Sedangkan pada kedua buah gelombang arus dan tegangan pada saat frekuensi 400Hz adalah rad.
4. Berapa beda phase antara gelombang tegangan dan arus dalam satuan
a.Derajat
b.Radian
Jawab:
Beda phase antara gelombang tegangan dan arus pada percobaan pertama adalah radian atau 90o.
Beda phase antara gelombang tegangan dan arus pada percobaan kedua adalah radian atau 45o.5. Hitung reaktansi kapasitas dari C = 100 nF dengan frekuensi 400Hz dan 4000Hz. Serta bandingkan dengan hasil dari percobaan, beri penjelasan!Jawab:
Diketahui
F1 = 400Hz
F2 = 4000Hz
C = 100 nF = 1 x 10-7 FDitanya
Xc1 = ?
Xc2 = ?
Penyelesaian:
Pada frekuensi 400Hz
Pada frekuensi 4000Hz
Besar reaktansi kapasitif pada saat frekuensi 400Hz memiliki nilai yang besar sehingga menghasilkan tegangan keluaran yang lebih kecil pada layar osiloskop. Bila dibandingkan dengan besar reaktansi kapasitif pada frekuensi 4000Hz yang memiliki nilai yang lebih besar bila dibandingkan dengan tegangan keluaran pada frekuensi 400Hz. Hal ini bisa dilihat dari grafik keluaran tegangan pada layar osiloskop yang memiliki tegangan ptp yang berbeda antara frekuensi 400Hz dengan frekuensi 4000Hz.VII. KesimpulanProses pengisian dan pelepasan pada kapasitor terjadi sebagai akibat muatan listrik yang disimpan dan dilepaskan oleh kapasitor,sehingga terjadi pertambahan nilai tegangan pada saat pengisian pada kapasitor tersebut selama selang waktu periodic tertntu dari 0s/d 60 detik.
Pada saat terjadi pelepasan muatan listirk terjadi pengurangan nilai tegangan yang dimulai angka 9.4 Volt. Pada saat percobaan kapasitansi dalam rangkaian arus bolak-balik frekuensi yang berubah-ubah tidak mempengaruhi amplitudo keluaran pada layer osiloskop,karena amplitude keluaran pada layer osiloskop dipengaruhi oleh amplitude tekanan yang telah diatur sebelumnya pada alat pungsi generator pada percobaan ini diberi tegangan sebesar 5 Voltptp.Perbedaan phase terjadi bila dua buah gelombang arus dan tegangan tidak mencapai puncak secara bersamaan,besar phase ini bias dalam derajat ataupun dalam radian.Besar reaktansi kapasitif yang besar akan mengakibatkan tegangan keluaran yang kecil bila dibandingkan dengan reaktansi kapasitif yang menghasilkan tegangan keluaran yang besar.
IC
IL
IR
IR
2IR
V
IL
I
IC
V
10
7
4
0
3
A
3
EMBED Visio.Drawing.11
EMBED Visio.Drawing.11
_1178490570.unknown
_1290459295.vsd1
y
x
1
2
3
4
5
2
0
4.8
0.4
_1290920690.vsd1
2
3
4
5
6
1
2
6.8
0
3.8
_1290920939.vsd1
2
3
4
5
6
1
2
6.8
0
3.8
_1290978144.vsd1
2
3
4
1
2
0
1.8
1
2
3
1
0
0.2
Channel 2
Channel 1
_1290978372.vsd1
2
3
1
0
1
2
3
1
0
0.8
0.4
Channel 2
Channel 1
_1290978452.vsd1
2
1
0
1
2
1
0
0.8
0.4
Channel 2
Channel 1
_1290978099.vsd1
2
3
4
1
2
0
1.8
1
2
3
1
0
0.4
Channel 1
Channel 2
_1290920923.vsd1
2
3
4
5
6
1
2
6.8
0
3.8
_1290462476.unknown
_1290463123.unknown
_1290463289.unknown
_1290463762.unknown
_1290463812.unknown
_1290463203.unknown
_1290462739.unknown
_1290462899.unknown
_1290460531.unknown
_1290460562.unknown
_1290461848.unknown
_1290460244.unknown
_1289761758.unknown
_1289764174.unknown
_1289764378.unknown
_1290458401.vsd3
4
5
6
7
8
2
1
9
10
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
0
y
x
_1290458815.vsd3
4
5
6
7
8
2
1
9
10
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
0
x
y
_1289764646.unknown
_1289764191.unknown
_1289761885.unknown
_1289763507.unknown
_1289763736.unknown
_1289762035.unknown
_1289761832.unknown
_1289755791.unknown
_1289756772.unknown
_1178490582.unknown
_1178478332.unknown
_1178488157.unknown
_1178488598.unknown
_1178488709.unknown
_1178488331.unknown
_1178483830.unknown
_1178483915.unknown
_1178484438.unknown
_1178484743.unknown
_1178484179.unknown
_1178483872.unknown
_1178482507.unknown
_1178477580.unknown
_1178477829.unknown
_1178477874.unknown
_1178477706.unknown
_1178476885.unknown
_1178477196.unknown
_1178212005.vsd
L1
L2
_1178476584.unknown
_1178211640.vsd
L1
L2