1. TUJUAN PERCOBAAN - mesin.pnj.ac.id listrik dan... · JOB SHEET PRAKTIKUM LISTRIK DAN ELEKTRONIKA...

LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI JAKARTA

JOB SHEET PRAKTIKUM LISTRIK DAN ELEKTRONIKA

JOB SHEET 3 DAYA PADA RANGKAIAN ARUS

BOLAK BALIK 200 MENIT

1. TUJUAN PERCOBAAN

1. Mahasiswa dapat menentukan daya aktif dari beban RESISTIF, INDUKTIF,

dan KAPASITIF

2. Mahasiswa dapat menentukan faktor daya dan faktor daya reaktif

3. Mahasiswa dapat menggambarkan ketiga komponen daya atau SEGITIGA

DAYA

4. Mahasiswa dapat Menggambarkan vektor arus dan tegangan

2. DASAR TEORI

Dalam kehidupan sehari-hari kita jumpai alat-alat seperti dinamo sepeda

dan generator. Kedua alat tersebut merupakan sumber arus dan tegangan listrik

bolak-balik. Arus bolak-balik atau alternating current (AC) adalah arus dan

tegangan listrik yang besarnya berubah terhadap waktu dan dapat mengalir dalam

dua arah. Arus bolakbalik (AC) digunakan secara luas untuk penerangan maupun

peralatan elektronik. Dalam bab ini kita akan membahas mengenai hambatan,

induktor, dan kapasitor dalam rangkaian arus bolak-balik. Rangkaian Arus Bolak

Balik

Sumber arus bolak-balik adalah generator arus bolak-balik yang prinsip

kerjanya pada perputaran kumparan dengan kecepatan sudut ω yang berada di

dalam medan magnetik. Sumber ggl bolak-balik tersebut akan menghasilkan

tegangan sinusoida berfrekuensi f. Dalam suatu rangkaian listrik, simbol untuk

sebuah sumber tegangan gerak elektrik bolak-balik adalah:

Tegangan sinusoida dapat dituliskan dalam bentuk persamaan tegangan

sebagai fungsi waktu, yaitu:

http://2.bp.blogspot.com/-ZtqlI8Ibw-s/UXB4yQ0PaZI/AAAAAAAARq0/uDVlEJZr01Q/s1600/simbol-sumber-tegangan-gerak-elektrik-bolak-balik-1942013.jpg






V = Vm.sin 2π.f.t .................................................. (1)

Tegangan yang dihasilkan oleh suatu generator listrik berbentuk sinusoida.

Dengan demikian, arus yang dihasilkan juga sinusoida yang mengikuti

persamaan:

I = Im.sin 2π.f.t .................................................... (2)

dengan Im adalah arus puncak dan t adalah waktu.

Untuk menyatakan perubahan yang dialami arus dan tegangan secara

sinusoida, dapat dilakukan dengan menggunakan sebuah diagram vektor yang

berotasi, yang disebut diagram fasor. Istilah fasor menyatakan vektor berputar

yang mewakili besaran yang berubah-ubah secara sinusoida. Panjang vektor

menunjukkan amplitudo besaran, dan vektor ini dibayangkan berputar dengan

kecepatan sudut yang besarnya sama dengan frekuensi sudut besaran. Sehingga,

nilai sesaat besaran ditunjukkan oleh proyeksinya pada sumbu tetap. Cara ini baik

sekali untuk menunjukkan sudut fase antara dua besaran. Sudut fase ini

ditampilkan pada sebuah diagram sebagai sudut antara fasor-fasornya.

Beban Resistif

Beban resistif adalah beban listrik pada rangkaian listrik AC, yang

diakibatkan oleh peralatan listrik dengan sifat resistif murni, sehingga beban

tersebut tidak mengakibatkan pergeseran fasa arus maupun tegangan listrik

jaringan.






Beban resistif dihasilkan oleh alat-alat listrik yang bersifat murni tahanan

(resistor) seperti pada elemen pemanas dan lampu pijar. Beban resistif ini memiliki

sifat yang "pasif", dimana ia tidak mampu memproduksi energi listrik, dan justru

menjadi konsumen energi listrik. Resistor bersifat menghalangi aliran elektron

yang melewatinya (dengan jalan menurunkan tegangan listrik yang mengalir),

sehingga mengakibatkan terkonversinya energi listrik menjadi panas. Dengan sifat

demikian, resistor tidak akan merubah sifat-sifat listrik AC yang mengalirinya.

Gelombang arus dan tegangan listrik yang melewati resistor akan selalu

bersamaan membentuk bukit dan lembah. Dengan kata lain, beban resistif tidak

akan menggeser posisi gelombang arus maupun tegangan listrik AC.

Gelombang Sinusoidal Beban Resistif Listrik AC

Nampak pada grafik di atas, karena gelombang tegangan dan arus listrik

berada pada fase yang sama maka nilai dari daya listrik akan selalu positif. Inilah

mengapa beban resistif murni akan selalu ditopang oleh 100% daya nyata.






Beban Induktif

Beban induktif diciptakan oleh lilitan kawat (kumparan) yang terdapat di

berbagai alat-alat listrik seperti motor, trafo, dan relay. Kumparan dibutuhkan oleh

alat-alat listrik tersebut untuk menciptakan medan magnet sebagai komponen

kerjanya. Pembangkitan medan magnet pada kumparan inilah yang menjadi

beban induktif pada rangkaian arus listrik AC.

Untuk memudahkan diskusi kita, mari kita ambil contoh sebuah motor

induksi AC untuk membahas beban induktif ini. Motor induksi bekerja dengan

mengandalkan medan magnet yang dibangkitkan pada sisi stator untuk

menginduksi rotor, sehingga pada rotor tercipta medan magnet lawan yang akan

mengikuti medan magnet berputar pada sisi stator (simak pembahasan

lengkapnya pada artikel Macam-Macam Motor Listrik AC). Beban untuk

membangkitkan medan magnet putar pada stator motor induksi tersebut, tentu

membutuhkan energi listrik khusus. Beban induktif pada motor induksi inilah yang

ditanggung oleh daya reaktif sumber listrik AC. Sedangkan daya listrik yang

dibutuhkan motor induksi tersebut untuk memutar beban yang terkopling pada

porosnya, disebut dengan daya nyata. Jumlah resultan daya reaktif dan daya

nyata disebut sebagai daya semu.

http://artikel-teknologi.com/macam-macam-motor-listrik-ac/






Rangkaian Listrik AC Dengan Beban Induktif

Kumparan memiliki sifat untuk menghalangi terjadinya perubahan nilai arus listrik.

Seperti yang kita ketahui bersama bahwa listrik AC memiliki nilai arus yang naik

turun membentuk gelombang sinusoidal. Perubahan arus listrik yang naik turun

inilah yang dihalangi oleh komponen kumparan di dalam sebuah rangkaian listrik

AC. Terhalangnya perubahan arus listrik ini mengakibatkan arus listrik menjadi

tertinggal beberapa derajat oleh tegangan listrik pada grafik sinusoidal arus dan

tegangan listrik AC.

Gelombang Listrik AC dengan Beban Induktif Murni

Nampak pada gelombang sinusoidal listrik AC di atas, bahwa jika sebuah sumber

listrik AC diberi beban induktif murni, maka gelombang arus listrik akan tertinggal

sejauh 90° oleh gelombang tegangan. Atas dasar inilah beban induktif dikenal

dengan istilah beban lagging (arus tertinggal tegangan). Nampak pula bahwa

dikarenakan pergeseran gelombang arus listrik di atas, maka nilai daya listrik

menjadi bergelombang sinusoidal. Pada seperempat gelombang pertama daya

diserap oleh beban induktif, namun pada seperempat gelombang kedua daya

dikembalikan lagi ke sumber listrik AC. Hal ini menunjukkan bahwa beban induktif

murni tidak meng-"konsumsi" daya nyata sedikitpun, beban induktif murni hanya

memakai daya reaktif saja.






Beban Kapasitif

Beban kapasitif merupakan kebalikan dari beban induktif. Jika beban

induktif menghalangi terjadinya perubahan nilai arus listrik AC, maka beban

kapasitif bersifat menghalangi terjadinya perubahan nilai tegangan listrik. Sifat ini

menunjukkan bahwa kapasitor bersifat seakan-akan menyimpan tegangan listrik

sesaat.

Rangkaian Listrik AC dengan Beban Kapasitif

Gambar di atas merupakan ilustrasi rangkaian listrik AC dengan beban

kapasitor murni. Mendapatkan supply tegangan AC naik dan turun, maka kapasitor

akan menyimpan dan melepaskan tegangan listrik sesuai dengan perubahan

tegangan masuknya. Fenomena inilah yang mengakibatkan gelombang arus AC

akan mendahului (leading) tegangannya sejauh 90°.






Gelombang Listrik AC dengan Beban Kapasitif Murni

Gambar di atas adalah gelombang sinusoidal tegangan dan arus listrik AC

pada beban kapasitor murni. Nampak jika kita plot daya listrik yang dibutuhkan

untuk menanggung beban kapasitor juga berbentuk sinusoidal. Daya listrik bernilai

positif (daya diserap kapasitor) pada setengah pertama gelombang sinusoidal

daya, serta negatif (daya dikeluarkan kapasitor) pada setengah gelombang kedua

Faktor Daya

Faktor daya listrik adalah perbandingan antara daya aktif dengan daya

buta, atau dapat dirumuskan sebagai berikut :

dimana :

P = daya aktif dalam KW

S = daya buta dalam KVA

http://1.bp.blogspot.com/-6DxDhLvaKP8/VQ7licTf_qI/AAAAAAAAAxI/fysbGKzYMVU/s1600/37.PNG






Umumnyaa faktor daya listrik ini disebut juga coshinus phi. ( cos φ ). Beberapa

istilah listrik yang perlu diketahui yang erat kaitannya dengan faktor daya listrik

antara lain :

Daya aktif ( P ) :

adalah daya yang timbul akibat mengalirnya arus listrik melalui hambatan /

resistor seperti lampu pijar, elemen pemanas atau heater.

Daya ini dipergunakan untuk melakukan kerja atau dengan kata lain daya yang

benar-benar digunakan sesuai dengan kebutuhan tenaga listrik.

Satuan dari daya aktif ini adalah Watt atau kilo Watt.

Daya reaktif ( Q )

a. Daya reaktif induktif :

adalah daya yang timbul akibat mengalirnya arus listrik melalui kumparan-

kumparan kawat

seperti pada motor-motor listrik, transformer, balast pada lampu neon dll.

b. Daya reaktif kapasitif :

adalah daya yang timbul akibat mengalirnya arus listrik pada sebuah kapasitor.

Satuan dari daya reaktif ini adalah volt ampere reaktif ( VAR ) atau kilo volt ampere

reaktif (KVAR).

segitiga daya.

http://1.bp.blogspot.com/-PAyCW7uQlPE/VQ7lw0aUZNI/AAAAAAAAAxQ/nsvAoImiSBs/s1600/38.PNG






Hubungan antara ketiga daya listrik tersebut, secara matematika dapat dinyatakan

sebagai berikut :

3. DAFTAR PERALATAN

No Nama Jumlah

1 Variac (autotrafo) 0 -220 volt 1 buah

2 Beban resistif, lampu pijar 100 watt/220 volt 1 buah

3 Beban kapasitif, kapasitor 3,25 uF atau 4,5 uF 1 buah

4 Amperemeter 1 Buah

5 Voltmeter 1 Buah

6 Wattmeter 1 buah

7 Switch 220 V 1 buah

8 Kabel penghubung secukupnya

http://3.bp.blogspot.com/-g6EAy0qL4Jk/VQ7mQDd0GTI/AAAAAAAAAxY/J3c4dSQeuP0/s1600/39.PNG






GAMBAR RANGKAIAN

WA

V220V

S

4. LANGKAH KERJA

1. Buat rangkaian seperti gambar di atas (autotrafo pada posisi 0). Gunakan

beban resistif R (lampu pijar). Lakukan pengukuran secara bertahap sampai

tegangan nominal 220 Volt. Catat hasil pengukuran pada tabel 1.

2. Ganti beban dengan beban induktif L. Catat hasil pengukuran pada tabel 2.

3. Ganti beban dengan beban kapasitif C. Catat hasil pengukuran pada tabel 3.

4. Ulangi percobaan dengan beban campuran R//L; R//C; L//C dan R//L//C

secara bergantian. Catat hasil pengukuran pada tabel 4.






DATA HASIL PERCOBAAN

Tabel 1

No. V (Volt) I (Amp) P (Watt) Q (VAR) Cos φ° Sifat Beban Jenis Beban

1. 20

2. 50

3. 100

4. 150

5. 220

Tabel 2

No. V (Volt) I (Amp) P (Watt) Q (VAR) Cos φ° Sifat

Beban

Jenis

Beban

1. 20

2. 50

3. 100

4. 150

5. 220






Tabel 3


Beban

Jenis

Beban

1. 20

2. 50

3. 100

4. 150

5. 220

Tabel 4


Beban

Jenis

Beban

1. 50

2. 150

3. 50

4. 150

5. 50

6. 150

7. 50

8. 150






7. TUGAS

1. Analisis hasil percobaan untuk langkah kerja 1,2 dan 3.

2. Bagaimana sifat beban campuran L//C ? Jelaskan.

3. Buatlah segitiga daya berdasarkan data R//L; R//C; dan R//L//C di kertas grafik

dan beri penjelasan.

4. Gambarkan vektor tegangan dan arus saat 220 Volt.

5. Buat kesimpulan untuk setiap percobaan.

1. TUJUAN PERCOBAAN - mesin.pnj.ac.id listrik dan... · JOB SHEET PRAKTIKUM LISTRIK DAN ELEKTRONIKA...

Documents

Transcript of 1. TUJUAN PERCOBAAN - mesin.pnj.ac.id listrik dan... · JOB SHEET PRAKTIKUM LISTRIK DAN ELEKTRONIKA...