dtl01_270905_v2asasa
DESCRIPTION
asassTRANSCRIPT
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 1
Dasar Teknik ElektroTEL 102
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 2
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
Dasar Teknik Elektro TEL 102
Kuliah : Selasa, jam 7.30 – 09.00 WIBdi Ruang E6
Kosultasi : Kamis, jam 09.00 – 10.00 WIBatau menurut kesepakatandi Laboratorium Listrik Dasar
Semester Ganjil 2005/2006
Ujian Tengah Semester : 25 Oktober 2005Ujian Akhir Semester : (lihat di Bagian Pengajaran)Sifat ujian : 1 lembar catatan A4 bolak balik
Koreksi dan Saran : [email protected]
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 3
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
1. PendahuluanPendahuluan :
Energi dan Information ukuran keberhasilan / kemajuan suatu kehidupan manusiaKoversi energi dan pengolahan informasi telah mempengaruhiperubahan sosial.Sarjana teknik elektro bertanggung jawab untuk optimisasipembagkitan, penyimpanan, transmisi, distribusi, kendali,pemrosesan dan penggunaan energi dan informasi
Keberhasilan menjadi sarjana teknik elektro tergantung padapenguasaan materi Dasar Teknik Elektro.
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 4
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
1.1. Besaran FisikSatuan standard international SI :
Besaran Symbol Satuan SingkatanPanjang l meter mMassa m kilogram kgWaktu t second sTemperature τ kelvin KTegangan v Volt VArus i Ampere ALuminasi I Candela cd
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 5
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
1.2. Besaran ListrikBesaran Symbol Satuan
Muatan q Coulomb
Arus i Ampere
Tegangan v Volt
Daya p watt
Energi w Joule
Medan Listrik E Volt/meter
dtdq
dqdw
i.vdtdq
dqdw
dtdw
==
∫∫ = dt.i.vdt.p
lv
l.qw
l.ql.f
qf
===
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 6
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
1.3. Besaran MagnetBesaran Symbol Satuan
Medan Magnet
B Tesla
Kuat Medan Magnet
H TeslaAmp/Wb
Flux Magnet Φ Weber
qufB =
∫=A
dAB .φ
μBH =
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 7
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
2. Untai ListrikUntai Listrik :
Jenis Untai Listrik :• Kontinyu (analog)/ Diskret (digital)• Dengan memori / tanpa memori• Linear / tidak linear
kombinasi koneksi dari beberapa elemen listrik yang dihubungan dengan sumber tegangan atau arus sebagai masukan dan sebagai keluarannya dapat berupa tegangan atau arus pada berbagai bagian untai listrik
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 8
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
2.1. Elemen Untai Listrik
Elemen pasiv yang selanjutnya dipakai dalam MK ini
Pasiv :• Resistor• Kapasitor• Induktor
Elemen Untai Listrik
Aktiv :• Diode• Transistor• Operasional Amplifier
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 9
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
2.1. Elemen Untai Listrik
R)t(v)t(i =
Hubungan antara Tegangan dan Arus (hukum Ohm) :
Resistor R: Ohm (Ω)
)t(iR)t(v ⋅=
atau i(t)
v(t)
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 10
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
2.1. Elemen Untai ListrikDaya yang diserap R :
RtvtiR
titvtp)()(
)()()(2
2 =⋅=
⋅=
Konduktan :
RG 1=
)t(vG)t(i ⋅=
(siemens)
dan)t(vG
G)t(i)t(p 2
2
⋅==
i(t) atau v(t)
p(t)
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 11
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
2.1. Elemen Untai Listrik
vCq ⋅=Kapasitor :
Muatan q sebanding dengan beda tegangan
C = kapasitans (dalam Farad)
arus i(t) ke kapasitor : dt
)t(dv)t(i =
tegangan v(t) pada kapasitor :
∫ +=t
)t(vdt)t(iC
)t(v0
01
v(t0) tegangan pada t0
Energi wC(t) tersimpan dalam kapasitor : )t(Cv)t(wC2
21
=
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 12
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
2.1. Elemen Untai Listrik
lANL
2μ=
Induktor :
d,lANL
450
2
+=
μ
1
22
2 ddlnhNL ⋅=
πμ
(Induktor pendek)
(Induktor panjang)
(Induktor selenoid)
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 13
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
2.1. Elemen Untai Listrik
LiMv ∝
Henry : analogi momentum mekanik dengan momentumelektrokinetik
φλ NLi == = elektrokinetik dari Maxwell
Newton :
MadtdvM)Mv(
dtdF ===
Analogi :dtdiL)Li(
dtd
dtdv ===λ
)t(ivdtL
)t(i 01
+= ∫ i(t0) arus pada t0
Energi wL(t) tersimpan dalam induktor :
dan
)t(Li)t(wL2
21
=
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 14
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
3. Analisis Untai Listrik
0=∑n
ki
Alat :Hukum Kirchhoff :
Jumlah arus i yang datang dan keluar pada suatu simpul = 0
Jumlah tengan v pada suatu loop = 0
0=∑n
kv
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 15
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
3. Analisis Untai ListrikPada aplikasi Hukum Kirchhoff akan menghasilkan persamaan, solusi persamaan dapat diperoleh dengan metode:
• Determinan• Substitusi• Loop-Current• Node-Voltage
32
1 2
1
a b c
d
1 2
3
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 16
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
3. Analisis Untai Listrik
3213
0 iiiib −+==∑
Berdasar Hukum Kirchhoff :Jumlah arus i yang datang dan keluar pada suatu simpul b
Jumlah tengan v pada suatu loop abda :
addbbaabda vvvv ++==∑ 03
Jumlah tengan v pada suatu loop bcdb :
bddccbbcdb vvvv ++==∑ 03
13311 viRiR +−−=
33222 iRviR +−=
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 17
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
3. Analisis Untai Listrik
0321 =−+ iii
133211 0 viRiiR
3 persamaan yang didapat :
=++
2332210 viRiRi =++
Untuk R1 = 2Ω, R2 = 4Ω, R3 = 8Ω, v1 = 32 V dan v2 = 20 Vmaka : 0321 =−+ iii
32802 321 =++ iii20840 321 =++ iii
(3.1)
(3.2)
(3.3)
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 18
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
3. Analisis Untai Listrik
56840802111
−=++++++−++
=D
Solusi dengan Metode DeterminanDetermian dari 3 persamaan diatas :
16820403202011
3 −=++++++−++
=D
22484208032110
1 −=++++++−++
=D
5682008322101
2 =++++++−++
=D
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 19
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
3. Analisis Untai Listrik
ADDi 4
562241
1 =−−
==
Solusi dengan Metode Determinan
Dengan aturan Cramer : DDi n
n =
ADDi 1
56562
2 −=−
==
ADDi 3
561683
3 =−−
==
diperoleh
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 20
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
3. Analisis Untai Listrik
3282 211 =++ )ii(i
213 iii
Solusi dengan Metode SubstitusiUntuk vareable sedikit.
+=Dari (1)
Persamaan (2) dan (3) dapat ditulis :
2084 212 =++ )ii(iatau
32882 21 =++ ii)(20488 21 =++ i)(i
dan
Ai 41 = Ai 12 −= Ai 33 =
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 21
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
3. Analisis Untai Listrik
32820 211 ++−−==∑ )ii(ivabda
dan11 4 iAI
Solusi dengan Metode Loop CurrentPrinsip : Mereduksi jumlah vareable
atau
==
32
1 2
1
a b c
d
1 2
3 I2I1
20840 212 ++−−==∑ )ii(ivcbdc
22 1 iAI =−=
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 22
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
3. Analisis Untai Listrik
3210 iiiib −+==∑
Prinsip : Mereduksi jumlah vareable
Kirchhof pada b
Solusi dengan Metode Node Voltage
dan
32
1 2
1
a b c
d
1 2
3
ab
ba
Rvvi −
=1cb
bc
Rvvi −
=2bd
db
Rvvi −
=3
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 23
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
3. Analisis Untai Listrik
Ai 3824
3 ==
dan
02404128 =−−+− bbb vvvsehingga
Vvb 247
168==
Ai 48
24321 =
−=
Ai 14
24202 −=
−=
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 24
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
R1
R2
R3
+
V2
V1
+
3.2. Network Theorems
1 terminal
Problem utama analisa untai listrik
mencari tanggapan (response) untai listrik
Macam untai listrik berdasar jumlah input dan output :
2 terminal Terminal jamak
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 25
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
3.2.1. Reduksi Untai
eqIR)RR(IIRIRVVV =+=+=+= 212121
21 RRReq +
Struktur Seri
Reduksi untai listrik akan mempermudah analisa
=+
V2
V1
+
R1
R2
V +
I
VRRV
RRRV
eq
2
21
22 =
+=
Pembagi TeganganKonduktans :
21
21
21 111
GGGG
)G/)G/(Geq +
=+
=
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 26
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
3.2.1. Reduksi Untai
eqVG)GG(VVGVGIII =+=+=+= 212121
21 GGGeq +
Struktur Paralel
=
IGGI
GGGI
eq
2
21
22 =
+=
Pembagi ArusResistans :
21
21
2121 11111
RRRR
)R/)R/(GGGR
eqeq +
=+
=+
==
I2
R1 R2V +
I1I
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 27
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
3.2.2. TeoremaTheveninUntai satu terminal resistif dengan sumber energi setara dengansumber tegangan dengan hambatan dalam
OCT VV =
Resistans dan sumber energie
Resistans dan sumber energie
Resistans dan sumber energie
LTT
SC
OC
SC
TT I
VIVR ==
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 28
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
3.2.3. Teorema NortonUntai satu terminal resistif dengan sumber energi setara dengansumber arus dengan konduktans dalam
SCN II =
Resistans dan sumber energie
OC
SC
OC
NN V
IVIG ==
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 29
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
3.2.3. Transformasi sumberSumber Tegangan V dengan resistor R serial dapat diganti dengan sumber arus I dengan konduktans G paralel.
RVI =
RG 1=dimana dan
Sumber Arus I dengan konduktans G paralel dapat diganti Dengan sumber tegangan V dengan resistor serial R.
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 30
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
3.2.3. Teorema SuperposisiJika hubungan antara rangsangan dan reaksi adalah linear
Reaksi keseluruhan terhadap sejumlah rangsangan yang bekerja secara simultan adalah sama dengan jumlah masing-masing reaksi terhadap setiap rangsangan secara simultan
maka
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 31
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
3.2.3. Teorema SuperposisiMenurut hukum Kirchhoff arus pada titik a
021
22 =−+− IIR
RIV
IRR
RRR
VRRIRVI
21
1
2121
12 +
++
=++
=
012122 =−+− RIIRRIV
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 32
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
3.2.4. Elemen tak LinearContoh : Diode, induktor dengan inti besi
i
Φi
v
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 33
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
3.2.4. Elemen tak Linear
Methode analisis :
Linearisasi : model pendekatan dengan deret pangkat
Piecewise Linearization : membagi daerah-daerahLinear.
Bahasan Detail ditunda dulu
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 34
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
4. Untai Pengolahan Isyarat
Definisi Isyarat (signal) ?
Isyarat :• pola perubahan besaran fisik yang mengandung informasi• fungsi dari sebuah atau beberapa vareabel bebas (misal waktu t, tempat dll)
Komunikasi effektif adalah esensi keberhasilan suatu proses interaksi.
Alih Informasi merupakan sebuah aplikasi penting untai listrik
Jenis Isyarat :• Deterministik• Stochastik
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 35
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
4.1. Bentuk Gelombang Isyarat
t t
t t
Direct Current Step
Impuls Impuls Sequence
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 36
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
4.1. Bentuk Gelombang Isyarat
t t
t t
Saw tooth Pulse
Bipolar Saw tooth Bipolar Pulse
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 37
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
4.1. Bentuk Gelombang Isyarat
t
t t
t
Eksponensial naik Eksponensial turun
Sinusoida Sinusoida teredam
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 38
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
4.2. Isyarat Eksponensial (Kompleks)
stAetxx == )(
Eksponensial (Kompleks) :• bentuk umum dari berbagai isyarat• tidak berubah oleh proses matematik (differensial, integral)• phenoma alam berjalan eksponensial
x = nilai sesaatA , s Є bilangan komplekse = bilangan alami = 2,718t = waktu
A Є Real dan s Є Real , x(t) adalah isyarat eksponensial realA Є Real dan s = 0 , x(t) adalah isyarat DCA Є Real dan s Є Imajiner , x(t) adalah isyarat sinusoidaA Є Kompleks dan s Є Kompleks , x(t) adalah ????
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 39
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
4.2.1. Isyarat Eksponensial (Real)
t
AτtAex −=
Eksponensial (Real)
x = nilai sesaatA = Amplitudo, nilai maks
e = bilangan alami = 2,718
τ = konstanta waktut = waktu
Pada τ = t nilai faktor eksponensial sekitar 37 % dari nilai awalnya
0,368 A
τ
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 40
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
4.2.2. Isyarat SinusoidaT
θ
A
)cos()( θω +== tAxtxA= Amplitudoθ = phaseT = Periode
t(s)π 2π
TT/2ωt(rad)
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 41
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
4.3.1. Harga rerata
∫∫+
===TTt
tav idtdt)t(iQTI
0
Nilai rerata dari i(t) arus yang bervareasi terhadap waktu adalah nilai steady dari arus Iav yang selama periode T akan membawa muatan yang sama Q
∫=T
av idtT
I0
1
∫=T
av vdtT
V0
1
atau
Dengan cara yang sama , tegangan rerata
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 42
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
4.3.2. Harga effektiv
∫∫+
===TTt
tav pdtdttpWTP
0
)(
Nilai rerata dari daya p(t) yang bervareasi terhadap waktu adalah nilai steady dari daya Pav yang selama periode T akan membawa energi yang sama W
RIRdtiT
pdtT
P eff
TT
av2
0
2
0
11=== ∫∫
rms
T
eff IdtiT
I == ∫0
21
atau
Ieff adalah nilai steady dari arus yang sama effektiv dalam konversi daya
September 2005 V1.0 B. Winduratna ©2005 JTE FT UGM 43
Das
ar T
ekni
k El
ektr
o TE
L 10
2
4.3.2. Harga effektiv
t)T/cos(Ii m π2=
Untuk arus sinusoida i
241
2121 2
0
2
0
22 rmsIdt
TtcosI
Tdt)
Tt(cosI
TI
Tm
T
mrms =⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +== ∫∫
ππ
mm
rms I,II 70702==
Nilai effektivnya
Maka harga effektiv dari arus sinusoida