modul pembelajaran rangkaian listrik by muhammad kennedy ginting

Download Modul pembelajaran rangkaian listrik by muhammad kennedy ginting

Post on 22-Nov-2014

2.332 views

Category:

Engineering

1 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Modul ini digunakan untuk mata kuliah Rangkaian Listrik yang membahas tentang beberapa teori yaitu Norton, Superposisi, Thevenin, Substitusi, Transformasi Sumber dan Transfer Daya Maksimum.

TRANSCRIPT

  • 1. MODUL PEMBELAJARAN RANGKAIAN LISTRIK A. TEORI NORTON Pada teorema ini berlaku : Suatu rangkaian listrik dapat disederhanakan dengan hanya terdiri dari satu buah sumber arus yang dihubungparalelkan dengan sebuah tahanan/impedansi ekivelennya pada dua terminal yang diamat Tujuan teori Norton adalah untuk menyederhanakan analisis rangkaian, yaitu dengan membuat rangkaian pengganti yang berupa sumber arus yang diparalel dengan suatu tahanan ekivalennya. Langkah-langkah penyelesaian dengan teori Norton : Cari dan tentukan titik terminal A-B dimana parameter yang ditanyakan. Lepaskan komponen pada titik A-B tersebut, short circuit kan pada terminal A-B kemudian hitung nilai arus yang mengalir dititik A-B tersebut (IAB = Isc = IN). Tentukan nilai tahanan diukur pada titik A-B tersebut saat semua sumber di non aktifkan dengan cara diganti dengan tahanan dalamnya (untuk sumber tegangan diganti dengan rangkaian short circuit dan untuk sumber arus diganti dengan rangkaian open circuit) (RAB = RN = Rth). Gambarkan kembali rangkaian pengganti Nortonnya, kemudian pasangkan kembali komponen yang tadi dilepas dan hitung parameter yang ditanyakan. Muhammad Kennedy Ginting Page 1
  • 2. B. TEORI SUPERPOSISI Teori superposisi ini hanya berlaku untuk rangkaian yang bersifat linier. Rangkaian linier adalah suatu rangkaian dimana persamaan yang muncul akan memenuhi jika y = kx, dimana k = konstanta dan x = variabel. Pada setiap rangkaian linier dengan beberapa buah sumber tegangan/ sumber arus dapat dihitung dengan cara : Menjumlah aljabarkan tegangan/ arus yang disebabkan tiap sumber yang bekerja sendirisendiri Pengertian dari teori diatas bahwa jika terdapat n buah sumber maka dengan teori superposisi sama dengann buah keadaan rangkaian yang dianalisis, dimana nantinya n buah keadaan tersebut akan dijumlahkan. Ini berarti bahwa bila terpasang dua atau lebih sumber tegangan/sumber arus, maka setiap kali hanya satu sumber yang terpasang secara bergantian. Sumber tegangan dihilangkan dengan cara menghubung singkatkan ujung-ujungnya (short circuit), sedangkan sumber arus dihilangkan dengan cara membuka hubungannya (open circuit). Rangkaian berikut ini dapat dianalisa dengan mengkondisikan sumber tegangan aktif/bekerja sehingga sumber arusnya menjadi tidak aktif (diganti dengan rangkaian open circuit). Oleh sebab itu arus i dalam kondisi sumber arus OC yang mengalir di R 10 dapat ditentukan. Kemudian dengan mengkondisikan sumber arus aktif/bekerja maka sumber tegangan tidak aktif (diganti dengan rangkaian short circuit). Disini arus i dalam kondisi sumber tegangan SC yang mengalir di R10 dapat ditentukan juga. Akhirnya dengan penjumlahan aljabar kedua kondisi tersebut maka arus total akan diperoleh. Muhammad Kennedy Ginting Page 2
  • 3. C. TEORI THEVENIN Pada teorema ini berlaku bahwa : Suatu rangkaian listrik dapat disederhanakan dengan hanya terdiri dari sebuah sumber tegangan yang seri dengan sebuah impedansi ekivalennya pada dua terminal yang diamati, dimana rangkaian ini disebut sebagai rangkaian ekivalen thevenin Tujuan sebenarnya dari teori ini adalah untuk menyederhanakan analisis rangkaian, yaitu membuat rangkaian pengganti yang berupa sumber tegangan yang dihubungkan seri dengan suatu impedansi ekivalennya. Cara memperoleh resistansi/impedansi pengganti (Rth/Zth) adalah impedansi masuk dilihat dari ujung-ujung AB dimana semua sumber tegangan/sumber arus dimatikan atau dinon aktifkan (yaitu untuk sumber tegangan digantikan dengan rangkaian short circuit dan untuk sumber arus digantikan dengan rangkaian open circuit). Langkah-langkah penyelesaian dengan teori Thevenin Cari dan tentukan titik terminal A-B dimana parameter yang ditanyakan. Lepaskan komponen pada titik A-B tersebut, open circuit kan pada terminal A-B kemudian hitung nilai tegangan dititik A-B tersebut (VAB = Vth). Tentukan nilai tahanan diukur pada titik A-B tersebut saat semua sumber di non aktifkan dengan cara diganti dengan tahanan dalamnya (untuk sumber tegangan diganti dengan rangkaian short circuit dan untuk sumber arus diganti dengan rangkaian open circuit) (RAB = Rth). Gambarkan kembali rangkaian pengganti Theveninnya, kemudian pasangkan kembali komponen yang tadi dilepas dan hitung parameter yang ditanyakan. Muhammad Kennedy Ginting Page 3
  • 4. D. TEORI SUBSTITUSI Pada teorema ini berlaku bahwa : Suatu komponen atau elemen pasif yang dilalui oleh sebuah arus yang mengalir (sebesar i) maka pada komponen pasif tersebut dapat digantikan dengan sumber tegangan Vs yang mempunyai nilai yang sama saat arus tersebut melalui komponen pasif tersebut Jika pada komponen pasifnya adalah sebuah resistor sebesar R, maka sumber tegangan penggantinya bernilai Vs = i.R dengan tahanan dalam dari sumber tegangan tersebut Sama dengan nol. Rangkaian berikut dapat dianalisa dengan teori substitusi untuk menentukan arus yang mengalir pada resistor 2. Harus diingat bahwa elemen pasif yang dilalui oleh sebuah arus yang mengalir (sebesar i) maka pada elemen pasif tersebut dapat digantikan dengan sumber tegangan Vs yang mempunyai nilai yang sama saat arus tersebut melaluinya. Kemudian untuk mendapatkan hasil akhirnya analisa dapat dilakukan dengan analisis mesh atau arus loop. Muhammad Kennedy Ginting Page 4
  • 5. E. TEORI TRANSFORMASI SUMBER Sumber tegangan yang dihubungserikan dengan resistansi dapat diganti dengan sumber arus yang dihubungparalelkan dengan resistansi yang sama atau sebaliknya.Teori ini berguna untuk menyederhanakan rangkaian dengan multi sumber tegangan atau multi sumber arus menjadi satu sumber pengganti (Teorema Millman). Ubah semua sumber tegangan ke sumber arus Jumlahkan semua sumber arus paralel dan tahanan paralel Konversikan hasil akhir sumber arus ke sumber tegangan Muhammad Kennedy Ginting Page 5
  • 6. F. TEORI TRANSFER DAYA MAKSIMUM Teorema ini menyatakan bahwa : Transfer daya maksimum terjadi jika nilai resistansi beban sama dengan nilai resistansi sumber, baik dipasang seri dengan sumber tegangan ataupun dipasang paralel dengan sumber arus dan nilai reaktansi sumber adalah negatif dari nilai reaktansi beban Daya listrik ditransfer dari satu tempat ke tempat lainnya melalui saluran transmisi. Saluran transmisi meliputi impedansi, oleh sebab itu arus listrik yang mengalir akan menimbulkan rugi daya yang sepanjang saluran. Pada umumnya dikehendaki meminimalkan rugi daya tersebut, sehingga daya yang sampai ke tujuan semaksimal mungkin. Perhatikan gambar rangkaian yang merupakan suatu model sistem transfer daya maksimum. ZS adalah impedansi saluran yang sudah ada jadi tetap. Hendak ditentukan beban ZB supaya daya yang diterimanya maksimum. Biarkan ZS = RS+jXS dan ZB = RB+jXB . RS dan XS sudah ada, jadi dianggap tetap, RB dan XB dapat diubah secara bebas. Daya aktif beban adalah : Supaya PB maksimum, penyebut suku terakhir haruslah minimum yaitu salah satu persyaratan haruslah XB = -XS. Persoalan menjadi : maksimumkan PB dengan merubahrubah RB. Haruslah dipenuhi persyaratan : dPB/dRB = 0. Muhammad Kennedy Ginting Page 6
  • 7. Jadi persyaratan yang harus dipenuhi supaya daya yang ditransfer maksimum adalah ZB = ZS* Yaitu impedansi beban dan impedansi saluran transmisi (termasuk impedansi sumber) saling berkonyugasi. Karena RB =RS maka rugi daya pada saluran = daya beban atau daya luaran sehingga efisiensi maksimum sistem adalah 50%. Tentu hal ini tidak baik bagi suatu sistem penyaluran daya besar-besaran. Karena itu untuk sistem penyaluran daya besar tidak digunakan prinsip transfer daya maksimum, yang diperlukan adalah supaya rugi rugi daya dan jatuh tegangan pada saluran transmisi seminimal mungkin untuk memenuhi permintaan daya beban yang sudah tertentu. Ini dilakukan dengan jalan meminimalkan impedansi saluran ZS, tentu dengan memperhatikan kriteria biaya dan konstruksi saluran. Untuk menyalurkan daya tertentu, jalan yang lazim ditempuh ialah menaikkan tegangan saluran transmisi sehingga untuk menyalurkan suatu daya tertentu besar arus turun, sehingga rugi daya turun sebanding dengan kuadrat arus. Untuk sistem telekomunikasi, besar daya yang ditransferkan relatif kecil, yang penting adalah informasi yang disalurkan dapat diterima dengan jelas. Karena itu prinsip transfer daya maksimum dapat digunakan. Menyamakan impedansi beban (misalnya impedansi penerima telepon) dengan konyugat saluran disebut penyelarasan impedansi (impedance matching). Terimakasih kepada : http://ezkhelenergy.blogspot.com (Ezkhel Energy) Editing by : Muhammad Kennedy Ginting Contact : muhammadkennedy001@gmail.com Muhammad Kennedy Ginting Page 7