laporan resmi rl 4
TRANSCRIPT
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
1/28
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam dunia elektronika dikenal beberapa jenis analisa rangkaian yang
salah satunya adalah analisa transien. Analisa transien sendiri adalah analisa
rangkaian yang sedang dalam keadaan peralihan, gejala peralihan merupakan
salah satu peristiwa yang biasanya berlangsung hanya beberapa saat, ketika
input sebuah sistem berubah secara tiba-tiba maka output membutuhkan waktu
untuk merespon perubahan itu. Analisa trsansien juga memiliki apabila
menggunakan kapasitor ataupun induktor, pada kapasitor akan menyimpanenergi dalam bentuk medan listrik berupa tegangan, tegangan pada kapasitor
akan terus naik mendekati nilai tegangan sumber dan dalam selang waktu
tersebut arus yang mengalir semakin berkurang dan saat sudah mencapai level
nilai tegangan tinggi maka arus yang mengalir sama dengan nol.
1.2 Tujuan
Tujuan dari praktikum yang dilakukan yaitu:
1. ahasiswa dapat mengetahui dan memahami tentang analisis transien.
!. ahasiswa dapat mengetahui pengaruh kapasitansi dan induktansi
terhadap nilai teganngan dan arus dalam analis transien.
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
2/28
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Landasan Teor
1. Rangkaan R! Tan"a Su#$er
"ada saat t#$, didapatkan bahwa :
%ambar &&&-1 'angkaian '(
Tanpa )umber
Atau diperoleh suatu harga kontanta dimana tegangan pada
rangkaian sama dengan tegangan awal dibagi bilangan e *v*t+ #oeatau sama dengan /,0 tegagan awal+, sebesar :
Dengan demikian dapat pula persamaan tegangan dapat ditulis menjadi :
%ambar &&&-! memperlihatkan tegangan tersebut dari saat t # $
sampai t # dari rangkaian '(.
%ambar &&&-! Tegangan pada rangkaian '(
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
3/28
2. Rangkaan RL Tan"a Su#$er
Dengan menggunakan 2ukum 3hm dan 4irchho55, persamaan
pada rangkaian '6 tanpa sumber adalah sebagai berikut :
%ambar &&&- 'angkaian '6 Tanpa )umber
"ersamaan arus pada rangkaian '6 tersebut memiliki gra5ik
seperti %ambar &&&-7. )ama seperti pada rangkaian '(, pada rangkaian
'6 juga terdapat konstanta waktu yang besarnya :
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
4/28
Dengan demikian persamaan arus dapat pula ditulis dalam bentuk :
%ambar &&&-7 %ra5ik arus pada rangkaian '6 tanpa sumber
%. Rangkaan R! dengan Su#$er
8ika pada rangkaian '( terdapat sumber, maka nilai arus dan
tegangan selain ditentukan oleh karakteristik rangkaian sebagaimana
dibahas pada sub bagian rangkaian D( tanpa sumber, juga akan
ditentukan oleh amplitudo dan saat sumber tersebut diberikan pada
rangkaian.
%ambar &&&-9 'angkaian '( dengan )umber
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
5/28
8ika disederhanakan lagi, maka persamaan tersebut akan menjadi:
&. Rangkaan RL dengan Su#$er
%ambar &&&-/ 'angkaian '6
dengan sumber
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
6/28
'. Nla A(al Dan Nla Ak)r Persa#aan Orde Dua
'angkaian orde dua ditandai dengan adanya persamaan
di5erensial orde dua. 'angkaian orde dua akan berupa empat model
raangkaian, seperti diperlihatkan pada %ambar &&&-.
%ambar &&&- odel rangkaian 3rde dua
6angkah pertama unuk menyelesaikan rangkaian orde dua adalah
menentukan nilai awal dan nilai akhir dari rangkaian. (ara yang mudah
untuk maksud tersebut adalah dengan menentukan polaritas tegangan
dan arah arus secara seksama, serta menggunakannya untuk menentukan
nilai dengan asumsi bahwa tegangan dan arus selalu kontinyu atau D(.
(ontoh berikut merupakan cara penetuan nilai awal dan akhir
serta di5erensial arus dan tegangannya. %ambar &&&-0 adalah rangkaian
yang akan dicari nilai awal dan nilai akhir arus *i+ dan tegangannya *v+.
Dengan sumber D(, maka induktor diasumsikan sebagai rangkaian
hubung singkat, sedangkan kapasitor diasumsikan sebagai rangkaian
terbuka. 'angkaian ekuivalennya tampak pada gambar &&&-;.a. Dengan
berdasar rangkaian ini, maka dapat ditentukan arus dan tegangan seperti
persamaan *1+.
%ambar &&&-0 'angkaian contoh 1
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
7/28
a.
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
8/28
>ilai akhir arus dan tegangan pada rangkaian didapat dengan asumsi t
samaa dengan tak terhingga, dengan kondissi rangkaian
mendapat dc, sehingga induktor dianggap hubung singkat dankapasitor dianggap rangkaian terbuka, seperti tampak pada %ambar
&&&-;.c. Dengan demikian arus dan tegangannya adalah :
*&&&-1$+
*. Rangkaan RL! Ser Tan"a Su#$er
%ambar &&&-1$ memperlihatkan rangkaian '6( seri tanpa
sumber. 'angkaian tersebut memiliki persamaan 46 seperti prsamaan*&&&-11+. "ersamaan tersebut jika terus disederhanakan akan menjadi
persamaan *&&&-1!+, yang merupakan persamaan orde dua. 8ika
*&&&-11+
%ambar &&&-1$ 'angkaian '6( )eri Tanpa )umber
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
9/28
Dari persamaan *&&&-17+ dapat dinyatakan bahwa persamaan orde dua '6(
adalah:
s1 dan s2 disebut natural frequencies nepers per second *>ps+
)o adalah resonant frequency atau undamped natural frequency
*rads+
a adalah neper frequency atau the damping factor *>ps+
8ika dilihat pada bentuk respon yang didapatkan, dan dengan
membandingkan nilai 5rekuensi neper dan 5rekuensi resonansi, maka
akan didapatkan tiga keadaan, yaitu :
1. Teredam atau redaman lebih *overdamp), yaitu keadan a ? so
!. 'edaman 4ritis *critically damp), yaitu keadan a # so
. 4urang 'edam *underdamp), yaitu keadan a @ so
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
10/28
%ambar -7 memperlihatkan bentuk umum dari tiga keadaan
sebagai respon persamaan orde dua pada rangkaian '6(.
%ambar &&&-11 entuk umum tiga keadaan respon rangkaian orde
+. Rangkaan RL! Paralel Tan"a Su#$er
Dengan cara yang hampir sama, maka untuk rangkaian '6(
paralel tanpa sumber seperti pada %ambar &&&-1!, dapat disusun
persamaan di5erensial orde dua seperti persamaan *&&&-10+ atau *&&&-1;+.
)edangkan penyelesaian persamaan ini diperlihatkan pada persamaan
*&&&-!$+ atau *&&&-!1+.
%ambar &&&-1! 'angkaian '6( paralel tanpa sumber
*&&&-10+
*&&&-1;+
*&&&-!$+
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
11/28
dengan
,. Rangkaan RL! Ser dengan Su#$er
8ika rangkaian '6( seri mendapatkan sumber, seperti
dicontohkan pada %ambar -/, maka akan diperoleh persamaan *&&&-!1+.
)olusi persamaan ini akan memiliki bentuk umum sesuai keadaan
redaman, dengan nilai untuk 5rekuensi natural, resonan dan neper
ditentukan berdasarkan keadaan tanpa sumber, sebagaimana telah
diuraikan. entuk umum solusi tersebut diperlihatkan pada persamaan
*&&&-!!+. >ilai A1 dan A! umumnya ditentukan berdasarkan
persamaan- persamaan lain, yaitu dengan mensubstitusikan pada saat t#$
dan pada eliminasi variabel dengan di5erensial.
%ambar &&&-1 'angkaian '6( seri dengan sumber
*&&&-!1+
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
12/28
-. Rangkaan RL! Paralel dengan Su#$er
Bntuk '6( paralel dengan sumber seperti dicontohkan pada
%ambar &&&-17, didapatkan persamaan *-!+ dengan penyelesaian
bentuk umumnya ada pada persamaan *-!7+. )ama dengan pada '6(
seri dengan sumber, nilai untuk 5rekuensi natural, resonan dan neper
ditentukan berdasarkan keadaan tanpa sumber, dan nilai A1 dan A!
ditentukan berdasarkan persamaan-persamaan lain, yaitu dengan
mensubstitusikan pada saat t#$ dan pada eliminasi variabel dengan
di5erensial.
%ambar &&&-17 'angkaian '6( paralel dengan sumber
1. !onto) Analsa Rangkaan RL! Orde Dua
"ada rangkaian berikut, carilah v*t+ dan i*t+ untuk nilai '# 93hm.
%ambar &&&-19 'angkaian '6( untuk contoh analisis
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
13/28
Bntuk '#9 3hm, maka pada t @ $, akan didapatkan nilai arus awal
sebesar
:
sehingga tegangan awalnya adalah :
"ada saat saklar dibuka, maka resistor 1 3hm tidak terhubung
dan pada rangkaian yang tersisa akan didapatkan:
4arena a ? so maka kondisi redaman adalah teredam,
sehingga tegangannya memiliki persamaan :
atau
Bntuk mencari nilai konstanta A1 dan A!, maka pertama kali
akan digunakan nilai t#$, sehingga terbentuk persamaan:
)elanjutnya dengan asumsi bahwa tidak ada perubahan arus yang
tiba-tiba, maka arus pada rangkaian adalah:
>ilai tersebut akan digunakan pada bentuk di5erensial tegangan.
Di5erensial tegangan dan penggunaan nilai tersebut akan menghasilkan:
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
14/28
Dari dua persamaan penyelesaian untuk nilai A1 dan A! di atas,
diperoleh penyelesaian:
dan
Dengan demikian persamaan tegangan adalah:
Dan dengan mengacu pada persamaan
Diperoleh bahwa persamaan arus adalah
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
15/28
BAB III
/ETODOLO0I PRATIU/
%.1 Alat dan Ba)an
1. Power Supply $ C $ 1 buah
2. 'esistor 1$$ k 1 buah
3. 4apasitor 1$$u 1 buah
4. Avometer 1 buah
. !umper
". "( E Software ")&
%.2 0a#$ar Rangkaan
Bntuk "ercobaan transien pada orde satu, skema rangkaian ada dua,
yaitu untuk rangkaian '( dan rangkaian '6. 'angkaian '( dicoba dengan
menggunakan komponen yang telah disediakan, sedangkan untuk
rangkaian '6 percobaan dilakukan dengan simulasi menggunakan ")&.
'angkaian '6 dan master program ")& dapat diakses pada $ a # $a ngs
u j a na rko .( o r d" r e ss .2 o #.
)1 3> pada t#$ sd 1$$dt
)1
)! 3> pada t# 1$$ !d !$$ dt
)!
%ambar &&&-17 'angkaian '(
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
16/28
>ilai 6 bervariasi dari 1, 1$,
1$$ dan 1$$$ m2
%ambar &&&-19 'angkaian '6
Bntuk percobaan 'angkaian orde dua, skema rangkaian percobaan
diperlihatkan pada %ambar &&&-1/. "rogram Orde 2 yang dijalankan
dengan PSI/ ada pada web $a # $ an g s u j ana r ko. ( o r d" r e s s .2o #.
%ambar &&&-1/ 'angkaian percobaan 3rde dua
%ambar 1.1 )kema 'angkaian "ercobaan
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
17/28
%.% Prosedur Pero$aan
1. )ebelum praktikum, lakukan analisis rangkaian yang digunakan untuk
praktikum dan tuliskan hasilnya pada Le#$ar Analss *)ebaiknya
dilakukan di rumah dan diskusikan dengan anggota kelompok+.
"erhatikan nilai ( dan 6 yang nanti akan digunakan. Analisis tersebut
sebagai bentuk persiapan saudara dalam melakukan praktikum. Dengan
analisis tentukan pula nilai 6 yang sesuai untuk kondisi kritis dan kondisi
teredam pada rangkaian orde dua. Analisis tersebut sebagai bentuk
persiapan saudara dalam melakukan praktikum. 6embar analisis bisa
lebih dari satu halaman.
!. Asisten 6aboratorium akan menguji kesiapan saudara. 8ika anda tidak
menguasai, maka saudara tidak diperkenankan praktikum. 8ika
sudah diperkenankan praktikum, buat rangkaian seperti skema,
dan jangan menyalakan sumber tegangan sebelum mendapat
persetujuan Asisten "raktikum.
. )etelah sumber tegangan dinyalakan, lakukan pengukuraan untuk
parameter yang diminta pada Le#$ar Data. 8ika ada kesulitan, tanyakan
pada asisten. intakan persetujuan Asisten jika telah selesai.
7. 6akukan diskusi tentang perbandingan hasil analisis dengan hasil
pengukuran dengan kelompok saudara, termasuk gambar respon arus dan
tegangan rangkaian. Tuliskan hasil diskusi tersebut dalam Le#$ar
Pe#$a)asan. 6embar pembahasan bisa lebih dari satu halaman. Dari
hasil diskusi, tuliskan kesimpulannya pada Le#$ar es#"ulan.
"elajari prosdedur, hasil dan analisis praktikum untuk persiapan ujian.
9. awa semua berkas yang telah saudara susun pada kegiatan
praktikum berikutnya. )ebelum disetujui dan dinilai oleh Asisten, anda
akan diuji terlebih dahulu secara lisan oleh Asisten.
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
18/28
BAB I3
ANALISA DATA
&.1 Data )asl "ero$aan
Tabel 1./.1 "engukuran pada resistor !$ kF
!$ kF (harge Discharge
Gaktu *)+ Arus *mA+ Tegangan *+ Arus *mA+ Tegangan *+
$ $ $ 1$ ;.
9 9$ 0.; 0 1./
1$ 1; ;.9 $.19
19 17 ;.9 1 $.$
!$ 1! ;./ $ $.$!
!9 1! ;./ $ $.$1
$ 11 ;. $ $.$1
9 1$ ;. $ $.$1
7$ 1$ ;. $ $.$1
79 1$ ;. $ $
9$ 1$ ;. $ $
99 1$ ;. $ $
/$ 1$ ;. $ $
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
19/28
Tabel 1./.! "engukuran pada resistor 0!$ kF
0!$ kF (harge Discharge
Gaktu *)+ Arus *mA+ Tegangan *+ Arus *mA+ Tegangan *+
$ $ $ 0 .0
9 1! $./ 9 .9
1$ 1! 1.1 7 .!
19 1! 1.9 !.;
!$ 11 1.; !./
!9 1$ !.! ! !.
$ 1$ !.9 ! !.1
9 1$ !.0 ! 1.;
7$ 1$ .1 ! 1.
79 ; .; ! 1.9
9$ ; .9 1 1.7
99 0 . 1 1.!/$ 0 .0 1 1.1
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
20/28
&.2 Analsa Per)tungan
1. 'angkaian '( saat charge dan
discharge
# $harge :
' . (
a.+ "ada 4eadaan '0!$kF
b.+ "ada 4eadaan '!$kF
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
21/28
# %ischarge :
setelah charge
a.+ "ada 4eadaan '0!$kF
b.+ "ada 4eadaan '!$kF
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
22/28
'angkaian '6( *underdamp, critical damp, over damp)
a.) &nderdamp
'.) (verdamp
c.) $ritical damp
!. 'angkaian '6
a. "ada saat t # $ *H # 1$$m2+
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
23/28
b. "ada saat t ? $ *H # 1$$m2+
&nduktor di short
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
24/28
c. Dengan 6 # 1m2
)aat t#$
)aat t ? $
&nduktor di short
)ehingga
d. 'angkaian '6 dengan 6 # 1$m2
)aat t @ $
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
25/28
)aat t ? $
)ehingga :
e. 'angkaian '6 dengan 6 # 1$$m2
)ehingga :
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
26/28
&.& Pe#$a)asan
Analisis transien adalah analisis rangkaian yang sedang dalam
keadaan transien. %ejala transien atau gejala peralihan merupakan salah satu
peristiwa dalam rangkaian listrik yang perlu kita perhatikan peristiwa ini biasanya
berlangsung hanya beberapa saat, namun jika tidak ditangani secara baik dapat
menyebabkan terjadinya hal C hal yang sangat 5atal berupa kerusakan peralatan.
'angkaian '( tanpa sumber diperoleh suatu harga konstanta dimana tegangan
pada rangkaian sama dengan tegangan awal dibagi bilangan e *v *t++ sama dengan
o atau e atau sama dengan /,0 tegangan awal sebesar sama dengan '(.Ʈ
'angkaian '6 tanpa sumber, persamaan arus pada rangkaian '6 tersebut memiliki
gra5ik sama seperti pada rangkaian '( pada rangkaian '6 juga terdapat konstanta
waktu yang besarnya sama dengan 6 dibagi '. 'angkaian '( dengan sumber Ʈ
maka nilai arus dan tegangan selain ditentukan oleh karakteristik rangkaian
sebagai mana dibahas pada sub bagian rangkaian D( tanpa sumber juga akan
ditentukan oleh amplitudo dan saat sumber tersebut diberikan pada rangkaian. 8ika
dilihat pada bentuk respon yang didapatkan dan dengan membandingkan nilai
5rekuensi neper dan 5rekuensi resonansi, didapat tiga keadaan, yaitu 3verdamp,
(riticallydamp, dan Bnderdamp.Tujuan dari praktikum kali ini untuk dapat mengetahui dan memahami
tentang analisis transien juga untuk dapat mengetahui pengaruh kapatansi dan
induktansi terhadap nilai tegangan dan arus dalam analisis transien. )ebelum
melakukan praktikum ada beberapa alat dan bahan yang dibutuhkan diantaranya
ada power supply yang berguna mengatur tegangan dan arus, ada avometer
mengukur atau mengetahui tegangan, arus dan hambatan, project board
mempunyai 5ungsi sebagai tempat meletekkan komponen, resistor sebagai
hambtan, dan kapasitor menyimpan tegangan mengurai arus.
6angkah kerja pada, pertama siapkan alat dan bahan. 4edua, susun
komponen sesuai gambar rangkaian pada rangkaian '(. "ada rangkaian '(,
gunakan dua percobaan dengan tahanan sebesar 0!$ kF dan !$ kF. "ada setiap
percobaan tahanan, percobaan ada dua prosedur, yaitu pada keadaan saklar on dan
saklar o55. )etelah melakukan praktikum praktikum percobaan pada rangkaian '(
lakukan pengukuran pada setiap perubahan waktu sesuai dengan tabel data
percobaan. >ilai yang diukur berupa tegangan yang ada di kapasitor. "ada saklar
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
27/28
on, kapasitor akan mengisi muatan, selanjutnya pada keadaan saklar o55, kapasitor
akan membuang waktu muatan, lalu ukur arus, analisi rangkaian '6. Alat dan
bahan yang dibutuhkan adalah laptop atau "(, so5tware ")&, dan alat tulis. "ada
rangkaian '6, nilai tahanan yang digunakan sebesar 1 F. Bntuk nilai induktor
yang pertama sebesar 1$ m2, kedua sebesar 1$$ m2, dan yang ketiga sebesar 1
2. Dari percobaan ini analisis simulasi rangkaian ditemukan gra5ik tanggapan
sesuai laporan.
Bntuk rangkaian '6( percobaan disini menggunakan simulasi pada
so5tware ")& untuk nilai tahanan 1$ F , induktor sebesar $,$10 2 dan kapasitor
dicari pada saat keadaan under damp. (ritically damp kapsitor jika I sama dengan
J dibagi o, sedangkan untuk over damp jika kapasitor dalam keadaan I ? Jo.Dari keadaan under damp, ciritcally damp dan over damp nilai kapasitor
masing C masing yang diperoleh adalah under damp sebesar /,/$9 K 1$ -7 n,
critically damp dan over damp nilai kapasitor masing C masing yang diperoleh
adalah under damp /,/$9 K 1$-7 L critically damp ,! K 1$ -7 L pada nilai yang
sudah dicari diuji pada rangkaian simulasi dibuat pada so5tware ")&.
BAB 3
PENUTUP
'.1 es#"ulan
Dari praktikum yang telah dilakukan, maka dapat di simpulkan sebagai
berikut :
-
8/20/2019 Laporan Resmi Rl 4
28/28
1. "ada saat keadaan charge , arus pada tahanan 0!$4 turun dengan stabil.
(ontohnya pada saat keadaan waktunya 9 sampai $ detik, arusnya turun
berturut-turut 1! mA, 1! mA, 1! mA, 11 mA, 1$ mA, 1$ mA.
!. "ada saat charge, arus pada tahanan !$4 mulai turun dengan stabil pada
saat waktunya !$ detik. )edangkan saat waktunya 9 sampai 19 detik, arus
turun dengan pesat. Maitu 9$ mA, 1; mA, dan 17 mA.
. "ada saat charge, tegangan pada !$4 tidak menunjukkan penurunan lagi
saat waktunya $ sampai /$ detik. >ilai tegangannya tetap, yaitu ;. olt.
7. "ada saat discharge, arus pada tahanan !$4 sudah mulai tidak ada saat
waktunya !$ sampai /$ detik.
9. )aat discharge, tegangan pada tahanan !$4 turun dengan sangat pesat
pada saat waktunya $ sampai 9 detik. Maitu ;. olt turun menjadi 1./olt.
/. >ilai tegangan saat keadaan discharge dengan '!$4F lebih cepat
mengalami pengosongan dikarenakan resistor yang digunakan lebih kecil
nilai resistansinya. isal, saat waktu $ detik bernilai 1$ olt saat 1$ detik
bernilai $,$$9 olt dan waktu /$ detik bernilai $ olt.