LAPORAN HASIL PRAKTIKUM PENGUKURAN II “Pengamatan dan Pengukuran Beban RLC yang Dipasang Sec ara Paralel ” Untuk melengkapi tugas mata kuliah Teknik Pengukuran II yang di bimbing oleh Bapak M. Fahmi Hakim ST, MT
Oleh : Fingkan Fitriyanti D3-2D TL 1631120146 / 09 Kelompok 1
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM STUDI D3 TEKNIK LISTRIK
POLITEKNIK NEGERI MALANG 2017
RANGKAIAN RLC HUBUNGAN PARALEL I. Tujuan 1. Menentukan nilai impedansi Z pada rangkaian RLC hubungan paralel. 2. Menentukan nilai arus total dan arus setiap cabang. 3. Menentukan sudut fasa anatara arus dan tegangan pada rangkaian RLC hubungan paralel. 4. Menggambarkan secara vektor tegangan dan arus.
∅
II. Teori dasar Setiap komponen yang terhubung paralel maka tegangan pad a masing masing komponen tersebut adalah sama. Pada gambar 1 diperlihatkan 2 buah komponen bebas yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan bolak balik. Besarnya impedansi total arus di dalam rangkain sesuai persamaan berikut :
Gambar 1 Rangkaian Paralel dengan Sumber Tegangan AC
≡ G ± B ≡ ≡ ≡
(1) (2) (3)
Keterangan : Y adalah admitansi dengan satuan siemens sama dengan 1/Z Vektor arus dan tegangan rangkaian RLC hubungan paralel sesuai persamaan (6) diperlihatkan pada Gambar 3
Gambar 3 Vektor Tegangan dan Arus Rangkaian RLC Hubungan Paralel G adalah konduktansi dengan satuan siemens sama dengan 1/R. B adalah suseptansi dengan satuan siemens sama dengan 1/X. Rangkaian RLC hubungan paralel diperlihatikan pada gambar 2, besarnya arus disetiap cabang ditentukan oleh komponen tersebut. Untuk komponen resisti f (R) arus sefasa dengan tegangan, komponen induktif (L) arus tertinggal (Lagging) terhadap tegangan sebesar 90 , dan pada komponen kapasitif arus mendahului tegangan (leading) sebesar 90 .
° °
Gambar 2 rangkaian RLC hubungan paralel
Besarnya arus total adalah jumlah secara vector arus pada masing masing cabang (Hukum Kirchof Arus) sesuai persamaan berikut :
∑ = 0 ̅ ̅ ̅ ̅ ≡ 0 T
R
L
C
(4) (5)
≡ adalah arus yang mengalir pada resistor R
≡
adalah arus yang mengalir pada induktor L
≡ adalah arus yang mengalir pada arus kapasitor C Besarnya arus I total yang mengalir pada rangkaian RLC paralel adalh :
≡ ( ) Akan bersifat kapasitif jika > Akan bersifat induktif jika > III.
Alat dan bahan yang digunakan 1. Amperemeter 2. Lampu pijar 40 W 3. Kapasitor 4 F 4. Kapasitor 1,5 F 5. Ballast 1H 6. Kabel banana 7. Kabel jepit
1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 10 buah 5 buah
IV. Rangkaian Percobaan
V. Langkah Percobaan 1. Buat konsep perhitungan untuk percobaan rangkaian RLC hubungan paralel s esuai dengan Tabel 1. 2. Rangkaian komponen dan peralatan seperti Gambar 4. 3. Pilih batas ukur amperemeter sesuai besarnya arus yang mengalir dalam rangkaian (lihat konsep perhitungan). 4. Hubungan rangkaian pada sumber tegangan 220 Volt.
5. Ukurlah arus pada masing – masing komponen sesuai Tabel 1. 6. Bandingkan hasil perhitungan dengan hasil pengukuran. 7. Buat analisis dan kesimpulan. VI. Data Percobaan Tabel 1 rangkaian RLC Hubungan Seri Hasil Pengukuran Beban
IR (mA)
IL (mA)
IC (mA)
IT (mA)
R// L
200
550
-
600
R// C1
200
-
100
220
R//L//C1
200
560
100
540
R//L//C2
200
570
300
410
(°)
ZT (ohm)
Hasil perhitungan rangkain RLC
(°)
Beban
IR (mA)
IL (mA)
IC (mA)
IT (mA)
ZT (ohm)
R// L
181,8
700
-
723,2
0,00329
R// C1
181,8
-
103,6
209,2
0,000951
R//L//C1
181,8
700
103,6
623,49
0,00000337
R//L//C2
181,8
700
276,3
461,05
0,00000543
∠75,44° ∠29,68° ∠73,047° ∠66,77°
Uraian perhitungan : Diketahui : P = 40 W C1 = 1,5 C2 = 4 L=1
× 10−−∠90° ×10 ∠90° ∠90°
∠°
P=
= ∠°
XL = 2 XL = 2 XL = 314
IR = =
IR = 0,1818 IL =
IL = 0,7
∠0° A=181,8∠ 0° mA
∠90°A = 700∠90° mA
= 1210∠0° Ω R=
× × × ×3,14×50 ×1,5 ∠90° ∠90° Ω
IC1 =
= ,∠°
= ,∠°
∠ 90° A ∠90° mA
IC1 = 0,1036 IC1 = 103,6
IC2 =
∠90° A ∠ 90° mA
IC2 = 0,2763 IC2 = 276,3
××× XC1 = ×,××(,×∠−°) XC1 = ,×∠−° XC1 = 2123,14 ∠ 90° Ω XC2 = ××× XC2 = ×,××(×∠−°) XC2 = ,×∠−° XC1 =
XC2 = 796,18 Mencari nilai arus total pada rangkaian : Saat beban R// L IT =
√ (0,1818) (0,7 0)
IT = 0,7232 A = 723,2 mA
Saat beban R// C1 IT =
√ (0,1818) (0 0,1036)
IT = 0,2092 A = 209,2 mA
Saat beban R//L//C1 IT =
√ (0,1818) (0,70,1036)
IT = 0,62349 A = 623,49 mA
̅ ̅ ̅
= ̅R + ̅ + ̅
̅ ̅ ̅
= ̅R + ̅ + ̅
T T T
T T T
L
∠90°
Ω
C
= (0,1818∠0°)+( ∠90°)+(0) = 0,7232∠75,44° 0,7
A
L
C
∠ 90° = ∠0° = 0,2092 ∠ 29,68° (0,1818
)+(0)+(0,1036
)
A
̅ = ̅ ̅ - ̅ ̅ = ∠0° ∠90° ̅ = 0,62349∠73,047°
)-(0,1036
∠90°)
̅ = ̅ ̅ + ̅ ̅ = ∠0° ∠90° ̅ = 0,46105∠66,77°
)-(0,2763
∠90°)
T
R+
T
(0,1818
L
C
)+(0,7
T
Saat beban R//L//C2 IT =
√ (0,1818) (0,7 0,2763)
IT = 0,46105 A = 461,05 mA
T
R+
T
(0,1818
T
L
C
)+(0,7
Mencari nilai impedansi total pada rangkaian : Saat beban R// L
= × 314∠90° = 1210∠0° 1210∠0° ×314∠90° ZT = 0,00329 ∠75,45°
Saat beban R//L // C1
Saat beban R// C1
Saat beban R//L // C2
Ω
= 1 ×1 2123,14 ∠ 90° 1210∠0° = 1210∠0° ×2123,14 ∠ 90° ZT = 0,000951 ∠29,68° Ω
1 = × ×1 1210∠0°314∠902123,14 ∠ 90° = 1210∠0° ×314∠90× 2123,14 ∠ 90° ZT = 0,00000337 ∠243,6° Ω
2 = × ×2 1210∠0° 314∠90° 796,18 ∠90° = 1210∠0° ×314∠90° ×796,18 ∠90° ZT = 0,00000543 ∠222,54° Ω
Pertanyaan dan Penyelesaian 1. Bandingkan hasil perhitungan dengan hasil pengukuran yang meliputi arus masing masing komponen R, L, C dan arus total IT berikan komentarnya. IR (mA)
IL (mA)
IT (mA)
IC (mA)
Beban ukur
hitung
ukur
hitung
ukur
hitung
ukur
hitung
R// L
200
181,8
550
700
-
-
600
723,2
R// C1
200
181,8
-
-
100
103,6
220
209,2
R//L//C1
200
181,8
560
700
100
103,6
540
623,49
R//L//C2
200
181,8
570
700
300
276,3
410
461,05
Berdasarkan tabel di atas dapat diketahui bahwa adanya perbedaan hasil antara nilai pengukuran dan perhitungan. Selisih nilai arus antara hasil pengukuran dan perhitungan tidak terlalu banyak berkisar antara 20-150 mA yang apabila di ubah menjadi satuan ampere menjadi 0,02-1,5 A. Selisih terbesar ada pada arus yang melalui hambatan induktor ,dan selisih terkecil ada pada arus yang melewati hambatan capasitor. Pada hasil pengukuran nilai yang ditunjukan untuk beban resiator lebih besar dari pada hasil perhitungan nya, pada beban induktor nilai hasil perhitungan lebih besar dari pada pengukuran, dan pada beban capasitor beragam karena terdapat hasil perhitungan yang lebih tinggi dari pada hasil pengukurannya, begitupun sebaliknya. Dan pada I total rata rata hasil dari perhitungan lebih besar dari pada pengukuran. 2. Adakah pengaruhnya perubahan nilai kapasitansi kapasitor pada arus total IT, uraikan penjelasannya. Seperti pada tabel, nilai IT yang mengalir pada rangkaian dengan capasitor lebih
kecil yaitu bernilai 1,5 F memiliki nilai yang lebih besar dari pada rangkaian yang
.
memakai capasitor bernilai 4 Hal ini diakibatkan karena apabila nilai resistansi
lampu dan induktansi inductor tidak berubah, maka berdasarkan rumus Xc =
. Semakin besar nilai kapasitansi yang digunakan akan semakin kecil nilai .π.f.C Xc yang diperoleh, sehingga menyebabkan nilai impedansi total (ZT) Semakin besar dan menyebabkan arus total (IT) yang terukur menjadi semakin kecil. Semakin kecil nilai kapasitansi yang digunakan akan semakin besar nilai Xc yang
diperoleh, sehingga menyebabkan nilai impedansi total (Z T) semakin kecil dan menyebabkan arus total (IT) yang terukur menjadi semakin besar.
3. Sesuai rangkaian seperti pada gambar 5 dengan nilai R = 2k , L = 3H , C = 20 F disuplai sumber tegangan 220 V/ 50 Hz, hitunglah : a. Impedansi total rangkaian. b. Arus masing – masing cabang c. Arus total
a. Impedansi total (ZT)
+(−) ×(−) ∠°+(∠°−,∠°) ZT = ∠°×(∠°−,∠°) ZT=
ZT = 0,00136
∠68,53°
× × × XL = 2 ×3,14×50×3∠90° XL = 946 ∠90° XL = 2
Ω
××× XC = ×,××(×∠−°) XC = ,∠−° XC =
XC = 159,23
∠90°
b. Arus masing masing cabang
= 0,11
IR = =
I(L,C) =
∠0°A = 110 mA
= − ( ∠°−,∠°) = 0,2796∠90° A
c. Arus total
IT =
√ (0,11) (0,2796) = 0,3004 A
Ω
4. Buatlah vector diagram tegangan dan arus dari hasil pengukuran dengan skala yang benar
5. Buatlah analisis dan kesimpulan Niali hambatan apa bila di paralel akan memiliki nilai yang lebih kecil dari pada nilai hambatan apa bila di seri sehingga arus total yang di hasilkan saat arus melewati hambatan adalah lebih besar. Penggunaan capasitor yang lebih kecil lebih efisien karena dapat menghasilkan arus total lebih besar dari pada capasitor yang memiliki nilai lebih besar Nilai IL memiliki nilai arus yang besar dibandingkan dengan Ic dan IR. Besar nilai impedansi dipengaruhi komponen yang terpasang pada rangkaian dan juga dipengaruhi nilai arus. Hal ini disebabkan peredaan sudut fasa pada masing masing komponen. Nilai impedansi maka semakin kecil arus yang mengalir. Selain itu, kapasitor yang dipasang paralel dengan rangkaian tersebut dapat mengkompensasi besar arus total, dapat dibuktikan berdasarkan data percobaan. Hal tersebut disebabkan karena pada rangkaian terdapat komponen resistor,induktor, dan kapasitor. Arah arus yang melewati induktor dan kapasitor saling berlawanan sehingga saling mengurangi. Oleh karena itu rangkaian dengan menggunakan kapasitor memiliki arus total yang lebih kecil jika dibandingkan dengan rangkaian yang tidak menggunakan kapasitor.
