Senin, 23 Juli 2012

INDUKTANSI FISIKA


LAPORAN PRAKTIKUM
RANGKAIAN LISTRIK




INDUKTANSI DAN KAPASITANSI
PADA RANGKAIAN AC


Nama         :  ARI BASTARI
N PM         :  201043501095



LABORATORIUM DASAR ELEKTRONIKA
DAN RANGKAIAN LISTRIK
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK INFORMASI
UNIVERSITAS UNINDRA
2009/2010


PERCOBAAN IV


1.      Judul Percobaan: Induktansi dan Kapasitansi pada Rangkaian AC

2.      Tujuan
·         Untuk mengenal sifat impedansi pada jaringan kerja AC.
·         Untuk mempelajari reaktansi dan induktansi.

3.      Daftar Alat
·         Modul BEE 421C
·         Function Generator
·         Power Supply
·         Kabel penghubung (jumper)
·         Oscilloscope

4.      Pendahuluan

Impedansi
Impedansi adalah hasil gabungan dari nilai resistor dan reaktansi (hambatan dan Y) dalam rangkaian AC (alternating current). Nilai reaktansi berasal dari nilai hambatan yang ada pada kapasitor dan induktor. Beban kapasitif menyatakan impedansi yang kapasitansinya lebih besar dari induktansinya. Demikian sebaliknya, beban induktif menyatakan bahwa induktansi pada rangkaian itu lebih besar dibandingkan dengan kapasitansinya. Berikut ini dijelaskan jenis-jenis rangkaian yang biasa dijumpai dalam rangkaian elektronik, yaitu R, L, C, RLC seri dan RLC paralel.

Induktansi
Sebelum kita membahas tentang induktansi, ada baiknya kita mempelajari tentang konsep fluks. Sebuah toroida dengan N lilitan dialiri arus I sehingga menimbulkan fluks total ϕ. Fluks total linkage didefinisikan sebagai jumlah perkalian dari lilitan dan fluks ϕ yang bertautan dengan masing-masing lilitan.
Sekarang kita definisikan induktansi atau induktansi diri sebagai hasil bagi fluks total dengan arus I. Arus total I yang mengalir dalam kumparan N menimbulkan ϕ dan pertautan fluks Nϕ, disini kita anggap fluks bertautan dengan masing-masing lilitan. Induktansi dilambangkan dengan L dengan satuan Henry.
Dimana:
 = Jumlah fluks yang menembus setiap permukaan yang kelilingnya ialah setiap lintasan yang berimpit dengan salah satu lintasan N.
Persamaan (1) dapat dipakai untuk menghitung induktansi parameter sebuah kabel sesumbu y yang berjari-jari dalam a dan jejari luar b.  Sehingga akan kita dapatkan persamaan sebagai berikut:
 
Dan kita peroleh induktansi untuk panjang d:
 H/m
(Modul Praktikum Rangkaian Listrik, hal 23)

1.        Induktansi Diri
Merupakan induktansi dimana GGL induksi diri yang terjadi di dalam suatu penghantar bila kuat arusnya berubah-ubah dengan satuan kuat arus tiap detik.
Arus induktansi diri yang timbul pada sebuah trafo atau kumparan yang dapat menimbulkan GGL induksi yang besarnya berbanding lurus dengan cepat perubahan kuat arusnya.
Hubungan dengan GGL induksi diri dengan laju perubahan kuat arus dirumuskan Joseph Henry sebagai berikut:
dimana:
ε         =   GGL induktansi diri (volt)
ΔI/Δt  =   Perubahan kuat arus (ampere/detik)

Gaya Gerak Listrik ialah energi per muatan yang dibutuhkan untuk mengalirkan arus dalam loop kawat. Dari rumus diatas dapat didefinisikan sebagai berikut: suatu kumparan mempunyai induktansi diri sebesar 1 H bila perubahan arus listrik sebesar 1 A dalam 1 detik pada kumparan tersebut menimbulkan GGL induksi sendiri sebesar 1 volt. (Buku Fisika SMU kelas 2, hal 90)

2.        Induksi Diri Sebuah Kumparan
Perubahan arus dalam kumparan ditentukan oleh perubahan fluks magnetik 0 dalam kumparan. Besarnya induksi diri dari suatu kumparan ialah:
dimana:
L   =  Induksi diri kumparan (H)
I    =  Arus (A)
N   =  Jumlah lilitan
   =  Fluks magnetik kumparan

3.        Induktansi diri Solenoida dan Toroida
Besarnya induktansi solenoida dan toroida dapat kita ketahui dengan menggunakan persamaan berikut:
dimana:
L   =  Induktansi diri (H)
μ0  =  Permeabilitas Vakum (Wb/Am)
A   =  Luas penampang (m2)
L   =  Panjang solenoida (m)
N   =  Jumlah lilitan

4.        Induktansi Bersama
Satuan SI dari induktansi bersama dapat dinamakan henry (H), untuk menghormati fisikawan Amerika Joseph Henry (1797-1878), salah seorang dari penemu induksi elektromagnetik. Satu henry (1 H) sama dengan satu weber per ampere (1 Wb/A).
Induktansi bersama dapat merupakan sebuah gangguan dalam rangkaian listrik karena perubahan arus dalam satu rangkaian dapat menginduksi tge yang tidak diingikan oleh rangkaian lainnya yang berada didekatnya. Untuk meminimalkan efek ini, maka sistem rangkaian ganda harus dirancang dengan M adalah sekecil-kecilnya; misalnya, dua koil akan ditempatkan jauh terpisah terhadap satu sama lain atau dengan menempatkan bidang-bidang kedua koil itu tegak lurus satu sama lain. Induktansi bersama juga mempunyai banyak pemakaian, contohnya transformator, yang dapat digunakan dalam rangkaian arus bolak-balik untuk menaikan atau menurunkan tegangan. Sebuah arus bolak-balik yang berubah terhadap waktu dalam satu koil pada transformator itu menghasilkan arus bolak-balik dalam koil lainnya; nilai M, yang tergantung pada geometri koil-koil, menentukan amplitudo dari tge induksi dalam koil kedua dan karena itu maka akan menginduksi amplitudo tegangan keluaran tersebut.
Definisi induktansi bersama dapat dilihat dari persamaan berikut:
dimana:
M  =  induktansi silang
1    =  kumparan primer
2    =  kumparan sekunder
N2ϕ2 ialah banyaknya tautan fluksi dengan kumparan 2. Jika bahan feromagnetik tidak ada, maka fluks ϕ2 berbanding langsung dengan arus I dan induktansi mutualnya konstan, tak bergantung pada I1. (Buku Rangkaian Listrik, hal 178)
Jika arus tersebut berubah terhadap waktu, maka:

Ruas kiri persamaan ini adalah harga negatif GGL induksi ε2 dalam kumparan 2, sehingga:
Berdasarkan sudut pandang ini, induktansi mutual dapat dianggap ggl induksi dalam kumparan 2.

5.      Prosedur Percobaan
·       Gunakan modul BEE 421C untuk menghubungkan rangkaian seperti pada gambar 4.1
·       Atur function generator pada gelombang sinus pada output frekuensi 400 Hz dengan tegangan 5 Vp-p.
·       Sekarang pindahkan channel 2 (Y2) oscilloscope ke titik 1 pada gambar dan ukur amplitude dari bentuk gelombang Vz.
·       Dari besar arus hasil pengukuran Saudara, gunakan Hukum Ohm untuk menghitung tegangan pada resistor 1000 ohm.



6.      Data Hasil Percobaan
a.       Untuk rangkaian RC
R
C
Im
φ
Vm
1 kΩ
100 nF
0,8 mA
-86,4°
2,9 V
1 kΩ
220 nF
1,3 mA
-72°
2,6 V
10 kΩ
100 nF
0,4 mA
-36°
2,9 V
10 kΩ
220 nF
0,4 mA
-28,8°
2,9 V

b.      Untuk rangkaian RL
R
L
Im
φ
Vm
1 kΩ
700 mH
1,3 mA
57,6°
2,6 V
1 kΩ
1 H
1,0 mA
57,6°
2,8 V
10 kΩ
700 mH
0,4 mA
9,6°
2,9 V
10 kΩ
1 H
0,4 mA
13,6°
2,9 V


7.      Pengolahan Data
a.       Untuk rangkaian RC
·         R = 1 kΩ, C = 100 nF

·         R = 1 kΩ, C = 220 nF

·         R = 10 kΩ, C = 100 nF

·         R = 10 kΩ, C = 220 nF
b.      Untuk rangkaian RL
·         R = 1 kΩ, L = 700 mH

·         R = 1 kΩ, L = 1 H
·         R = 10 kΩ, L = 700
·         R = 10 kΩ, L = 1 H




8.      Analisa Hasil Percobaan
Pada percobaan 4 ini, praktikan, menghitung beda fasa menurut percobaan dan membandingkannya dengan nilai yang didapat melalui teori. Praktikan juga menguji bentuk-bentuk gelombang sesuai sifat rangkaian, yaitu ketika rangkaian bersifat induktif (resistor & induktor) maupun ketika bersifat kapasitif (resistor & kapasitor).
Setelah melakukan percobaan, ternyata hasil yang didapat bersesuaian dengan teori yang menyatakan bahwa di rangkaian arus bolak-balik:
a.     Pada rangkaian R saja, arus akan sefasa dengan tegangan (resistif murni).
b.     Pada rangkaian R & C, arus akan mendahului (lead) tegangan dengan beda fasa negatif. Pada percobaan, terlihat di osiloskop bahwa sudut fasa antara arus dan tegangan bernilai negatif.
c.     Pada rangkaian R & L, arus akan tertinggal (lag) dari tegangan dengan beda fasa positif. Pada percobaan, terlihat di osiloskop bahwa sudut fasa antara arus dan tegangan bernilai positif.
Juga ditemukan melalui percobaan bahwa ketika melakukan percobaan dengan elemen resistor dan kapasitor (percobaan a), kesalahan relatifnya lebih besar dibandingkan dengan percobaan menggunakan elemen resistor dan induktor (percobaan b). Menurut praktikan, hal ini disebabkan oleh keterbatasan praktikan dalam membaca (mengukur) jarak pada osiloskop yang kemudian mengakibatkan penyimpangan dari nilai yang semestinya. Selain itu, faktor lainnya seperti resistansi dan induktansi parasit yang dimiliki semua kapasitor juga memiliki andil yang besar pada penyimpangan data pada hasil percobaan.
Penyimpangan nilai seperti yang telah disebutkan di atas tidak ditemui ketika praktikan menggunakan elemen resistor dan induktor yang dirangkai seri. Hal ini adalah karena pada induktor tidak terdapat kapasitansi parasit, hanya resistansi parasit saja. Dengan demikian ketiga postulat di atas terbukti pada percobaan ini, meskipun terdapat sedikit penyimpangan hasil percobaan dengan elemen resistor dan kapasitor.
9.      Kesimpulan
1.     Parameter yang mempengaruhi beda fasa antara arus dan tegangan pada rangkaian AC ialah impedansi yang terdiri atas induktansi dan kapasitansi.
2.     Pada rangkaian yang bersifat induktif, sudut fasa antara arus dan tegangan bernilai positif sehingga arus tertinggal dari tegangan.
3.     Pada rangkaian yang bersifat kapasitif, sudut fasa antara arus dan tegangan bernilai negatif sehingga arus terdahulu dari tegangan.
4.     Selain kapasitansi, kapasitor juga memiliki unsur pengotor lainnya, yaitu resistansi dan induktansi parasit.
5.     Pada induktor, parameter non-ideal yang dimilikinya hanyalah resistansi saja.




10.  Lampiran Gambar Grafik
a.       Untuk rangkaian RC
R = 1 kΩ, C = 100 nF                                   R = 1 kΩ, C = 220 nF
R = 10 kΩ, C = 100 nF                                 R = 10 kΩ, C = 220 nF



b.      Untuk rangkaian RL
R = 1 kΩ, L = 700 mH                                  R = 1 kΩ, L = 1 H





Tidak ada komentar:

Poskan Komentar