Kuliah - Rangkaian Listrik 2 - Percobaan 2

Praktikum Rangkaian Listrik 2
Percobaan 2

Rangkaian Resonansi Paralel

A.    Tujuan

1. Mahasiswa mampu menentukan frekuensi resonansi dari rangkaian resonansi paralel dengan komponen yang telah ditentukan.
2. Mahasiswa mampu menghitung faktor kualitas (Q) dari rangkaian resonansi paralel.
3. Mahasiswa mampu menentukan nilai Induktor (L) dan Kapacitor (C) pada rangkaian resonansi paralel dalam range frekuensi resonansi 1 kHz sampai dengan 3 kHz
4. Mahasiswa mampu merangkai rangkaian resonansi paralel.
5. Mahasiswa mampu memahami penggunaan dan karakteristik dari rangakian resonansi paralel.

B.     Landasan Teori

        Resonansi adalah proses bergetarnya 2 atau lebih benda dengan besar frekuensi yang sama dan saling mempengaruhi satu sama lainnya. Resonansi pada umumnya dijumpai pada suatu rangkaian yang memiliki sumber tegangan AC. Berdasarkan jenis bebannya terdapat 3 jenis, yaitu beban Resistor (R), beban Induktor (L) dan beban Kapasitor (C). Kombinasi paralel dari ketiga beban tersebut disebut dengan “rangkaian resonansi paralel”. Jika, pada rangkaian resonansi seri mengenal reaktansi untuk masing-masing komponen pasif yang digunakan. Berbeda dengan rangkaian resonansi paralel, untuk masing-masing beban disebut dengan substansi atau disimbolkan dengan “B”. Pada rangkaian paralel, resonansi mengenal 3 kondisi, yaitu :

1. Ketika f < f_R maka B_L > B_C .Sehingga, I_C > I_L dan rangkaian dalam kondisi induktif.
2. Ketika f = f_R maka B_L = B_C .Sehingga, I_C = I_L dan rangkaian dalam kondisi resistif.
3. Ketika f > f_R maka B_L < B_C .Sehingga, I_C < I_L dan rangkaian dalam kondisi induktif.

 Catatan :

B_L merupakan Substansi Induktif

B_C merupakan Substansi Kapasitif

I_L merupakan arus yang mengalir di Induktor

I_C merupakan arus yang mengalir di Kapasitor

Nilai substansi pada induktor berbanding terbalik dengan reaktansi induktor dan nilai substansi pada kapasitor juga berbanding terbalik dengan reaktansi kapasitor. Sehingga, didapatkan persamaan (1) dan (2), seperti dibawah ini :

                      (1)

                          (2)

Suatu rangkaian resonansi paralel dalam kondisi beresonansi. Jika, B_L = B_C atau harga substansi induktif sama dengan harga substansi kapasitif. Pada Gambar 1. merupakan contoh sederhana dari rangkaian resonansi paralel dengan beban Resistor (R), Induktor (L) dan Kapasitor (C) terpasang paralel pada suatu rangkaian listrik.

Gambar 1. Rangkaian Resonansi Paralel.

Jika frekuensi sumber tegangan diubah-ubah, maka akan terjadi resonansi ketika substansi induktif sama dengan substansi kapasitif, atau dapat dikatakan bahwa besar substansi pada impedansi rangkaian resonansi paralel saling meniadakan. Sesuai dengan persaamaan (3) :

                                (3)

Hal ini dikarenakan pada umumnya beda phasor antara komponen induktor dan kapasitor berbeda terhadap sumber tegangan. Dimana, komponen induktor phasor arusnya tertinggal sejauh 90˚, sedangkan kapasitor phasor arusnya mendahului sejauh 90˚ .Sehingga, didapat besar impedansi rangkaiannya sesuai persamaan (4) :

               (4)

 Maka, didapat besar arus yang mengalir pada rangkaian sesuai persamaan (5) :

                             (5)

Catatan :

G     = Konduktansi                            (1/Ohm)

R     = Tahanan atau resistansi         (Ohm)

Z     = Impedansi                                (Ohm)

Y     = Admitansi                                (1/Ohm)

B     = Substansi                                 (1/Ohm)

X_L   = Reaktansi induktor                (Ohm)

X_C   = Reaktansi kapasitor               (Ohm)

E      = Tegangan                                 (V)

I       = Arus                                         (A)

Untuk besar frekuensi resonansi pada rangkaian dapat dirumuskan dari persamaan (6) :

                          (6)

 Catatan :

ω  = frekuensi sudut                         (rad/s)

L  = nilai Induktansi                          (H)

C  = nilai Kapasitansi                         (F)

f_R = frekuensi resonansi                   (Hz)

Pada rangkaian resonansi paralel, perumusan untuk mencari frekuensi resonansinya sama dengan resonansi seri. Akan tetapi, dampak yang ditimbulkan berbeda. Jika saat kondisi resonansi pada rangkaian resonansi seri arus total bernilai maksimum karena impedansi rangkaian bernilai kecil. Maka, saat kondisi resonansi pada rangkaian resonansi paralel arus total bernilai minimum karena admitansi rangkaian bernilai kecil atau impedansi rangkaian bernilai besar. Oleh sebab itu resonansi paralel sering disebut juga rangkaian anti-resonansi. Jumlah total tegangannya harus sama dengan tegangan sumber, begitu pula dengan jumlah arusnya. Bila beban terdapat komponen resistor, induktor dan kapasitor. Maka, didapat persamaan (7) :

        (7)

Catatan :

I_R = Arus yang mengalir di Resistor    (A)

I_L = Arus yang mengalir di Induktor   (A)

I_C = Arus yang mengalir di Kapasitor (A)

Gambar 2. Ilustrasi aliran arus saat terjadi resonansi paralel.

Pada Gambar 2. rangkaian resonansi paralel, arus dari sumber tegangan mengalir dan bersikulasi pada komponen Induktor dan Kapasitor. Hal ini yang menyebabkan resistor mendapatkan arus sisa yang kecil saat terjadi resonansi. Jika dianalisis melalui gambar rangkaian, maka dapat dilihat Gambar 3. saat rangkaian resonansi paralel dinjeksikan frekuensi yang besarnya kurang dari frekuensi resonansi menyebabkan harga reaktansi induktor terlampau besar, sedangkan harga reaktansi kapasitor terlampau kecil. Dimana dapat diibaratkan dengan harga reaktansi kapasitor yang terlampau besar, seperti kondisi open circuit. Sehingga, arus akan cenderung mengalir ke beban yang memiliki harga tahanan terkecil, yakni ke induktor. Dan dapat dikatakan rangkaian resonansi paralel menjadi induktif.

Gambar 3. Ilustrasi aliran arus saat f < f_R.

Begitu pula sebaliknya, saat rangkaian resonansi paralel diinjeksikan frekuensi yang besarnya diatas frekuensi resonansi. Maka, harga reaktansi induktor akan terlampau besar. Sedangkan, harga reaktansi kapasitor akan terlampau kecil. Sehingga, arus dari sumber cenderung mengalir ke kapasitor (current divider) dan menyebabkan rangkaian menjadi kapasitif. Ilustrasi sesuai pada Gambar 4. dibawah ini.

Gambar 4. Ilustrasi aliran arus saat f > f_R.

Arus yang mengalir pada rangkaian mencapai nilai minimum. Hal ini menandakan bahwa rangkaian resonansi paralel memiliki impedansi yang sangat rendah atau admitansi yang terlampau besar pada kondisi resonansi, bahkan pada rangkaian ideal nilai admitansi rangkaian resonansi paralel bisa mencapai tak terhingga atau ∞. Pada rangkaian resonansi dikenal dengan istilah faktor Q yang merupakan ukuran dari seberapa baiknya rangkaian resonansi tersebut. Nilai faktor Q yang rendah menyebabkan rangkaian resonansi paralel memiliki bandwith atau lebar frekuensi yang lebih lebar dibandingkan bandwith pada rangkaian resonansi seri. Sehingga, didapat persamaan (8) dan (9) :

                                      (8)

                          (9)

Catatan :

Q    = faktor kualitas

f_R   = frekuensi resonansi  (Hz)

Bw = lebar pita frekuensi  (Hz)

∆f  = selisih antara frekuensi tertinggi dengan frekuensi terendah  (Hz)

Dari persamaan (8), faktor Q bisa didapat dengan perbandingan tegangan yang jatuh dibeban dengan tegangan sumber rangkaian sebagai berikut :

 (10)

Maka, didapat persamaan (11)  :

                         (11) 

Rangkaian resonansi paralel ini dapat diaplikasikan sebagai rangkaian filter, karena fungsinya adalah meloloskan gelombang arus atau tegangan yang memiliki frekuensi sama dengan desain frekuensi yang dikehendaki pada rangkaian resonansi paralel. Bisa digunakan pada peralatan elektronika. Dimaan filter yang digunakan termasuk filter pastif dengan menggunakan komponen pasif resistor (R), induktor (L) dan kapasitor (C). Pada Gambar 5. Merupakan kurva karakteristik rangkaian resonansi seri dengan kecenderungan lebar pita frekuensi yang dimiliki sempit atau kecil.

Gambar 5. Kurva Karakteristik Rangkaian Resonansi Seri.

C.    Rangkaian Percobaan

      1.      Rangkaian Percobaan Pengukuran Arus

Gambar 6. Rangkaian Percobaan 1.

      2.      Rangkaian Percobaan Pengukuran Faktor Kualitas (Q)

Gambar 7. Rangkaian Percobaan 2

D.    Peralatan dan Bahan

1. Amperemeter                          (2 buah)
2. Function Generation               (1 buah)
3. Kabel Power                           (3 buah)
4. Decade Resistor Box              (1 buah)
5. Decade Induktor Box              (1 buah)
6. Decade Kapasitor Box            (1 buah)
7. Kabel Konektor                       (8 buah)
8. Probe & AVO meter Digital    (1 buah)
9. Probe Function Generation     (1 buah)

E.     Langkah-Langkah Percobaan
a.      Untuk Percobaan Pengukuran Arus

1. Atur E sampai I_IN = 1 Ampere konstant dari Function Generator
2. Ukur V_R untuk setiap perubahan f dari 100 Hz sampai dengan 3 kHz dengan step 100 Hz. Catat hasil pengukuran pada tabel.
3. Hitung arus yang mengalir pada rangkaian, kemudian plot karakteristik resonansi paralel, dengan persamaan dibawah.
4. Dari kurva, maka dapat ditentukan frekuensi resonansinya. Catat nilai frekuensi resonansi dari gambar tersebut.

b.      Untuk Percobaan Pengukuran Q

1. Atur E sampai I_IN = 1 Ampere konstant dari Function Generator
2. Atur Decade Induktor Box dengan harga induktansi sebesar 50 mH (konstant).
3. Hitunglah harga Kapasitansi rangkaian resonansi paralel dengan frekuensi resonansi yang beragam mulai dari 1 kHz sampai dengan 5 kHz dengan step 1 kHz.
4. Ukur V_L dan V_C untuk setiap perubahan kapasitansi kapasitor yang didesain sesuai frekuensi resonansi. Catat hasil pengukuran pada tabel.
5. Hitung faktor kualitas (Q) dengan persamaan :

Catatan:

  

F.     Data-Data Hasil Percobaan

• Percobaan Pengukuran Arus

     Catatan : data ke-11 sampai dengan ke-31 dilakukan uji coba dengan tahapan 200 Hz untuk mempersingkat waktu pengujian.

• Percobaan Pengukuran Faktor Kualitas (Q)

Jika, L = 50 mH (konstant). Maka didapat :

DAFTAR PUSTAKA

1. Kazuo, Tsutsumi. Son, Kuswadi d.k.k. Rangkaian Listrik. JICA, Politeknik Elektronika Surabaya, Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Maret 1993.
2. Abdul. Rangkian Resonansi Paralel. https://abdulelektro.blogspot.com/2019/06/rangkaian-resonansi-paralel.html. Oktober 2019.

✌ Selamat membaca & semoga bermanfaat ilmunya ✌


    Bagi kalian yang ingin tanya-tanya seputar materi atau modul-modul pembelajaran di Jurusan D4 Teknik Elektro Industri atau 'Ingin Memesan Jasa Joki Tugas ke Admin ...... Boleh Banget 😊'. Silahkan, hubungi saya lewat Email atau WhatsApp di menu "Contact Me". Sebelum memesan, bisa pastikan dulu lihat profile Curriculum Vitae (CV) saya, ~klik link ini!~.

💻Kode G-Drive: "kenapabelajarilmu@blogspoot.com"

• 👉Download File Word Rangkaian Resonansi Paralel.

📚Lihat Laporan Lainnya