PRAKTIKUM IV
PENGARUH FREKUENSI TERHADAP INDUKTOR
YANG DIALIRI ARUS AC
1. TUJUAN
Untuk mempelajari pengaruh frekuensi dan melihat bentuk gelombang keluaran akibat pengaruh frekuensi terhadap induktor yang dialiri arus AC.
2. ALAT DAN BAHAN
Electromagnetism Trainer 12-100 Osiloskop 2 channel
Milliammeter, 0-10 mA AC
Function Generator 4-16 kHz, 20 V pk-pk sine
3. DASAR TEORI
Sebelum lebih jauh membahas tentang pengaruh frekuensi terhadap induktor mari kita mengingat terlebih dahulu rumus dari suatu impedansi. Nilai impedansi dapat dihitung dengan rumus : kapasitor, sering kali kita kenal dengan R, XL dan XC . Dalam praktikum ini lebih
kita tekankan pada nilai XL atau nilai induktansi dari sebuah inductor. Induktansi
dapat digolongkan seperti padapenjelasan berikut : induktansi merupakan akibat dari persamaan Maxwell mengenai hukum ggl induksi Faraday. Persamaan maxwell tersebut adalah sebagai berikut.
L : induktansi diri (H) I : arus pada induktor (A)
Komponen atau benda yang memiliki induktansi diri disebut induktor. Induktor layaknya seperti sebuah kapasitor, sama-sama menyimpan energi. Hanya saja induktor menyimpan energi dalam bentuk medan magnet sedangkan kapasitor menyimpan dalam bentuk medan listrik.
b. Induktansi murni yang dicatu tegangan bolak-balik sinusoidal
Sebuah induktor apabila dicatu dengan tegangan bolak-balik sinusoidal maka akan mengalir arus yang tertinggal sebesar 900 terhadap tegangan. Arus yang terjadi merupakan arus bolak-balik. Rangkaian ini disebut rangkaian induktif murni. Penyimpanan energi dan pelepasan energi dalam medan magnet pada induktor terjadi secara periodik.
Tegangan sinusoidal dapat dituliskan sebagai berikut
Bila tegangan ini mencatu induktor maka dapat dituliskan sebagai berikut
Arus yang terjadi berbeda fase sebesar 900 terhadap tegangan.
Apabila induktor dan resistor disusun secara seri dan dicatu dengan tegangan bolak-balik sinusoidal maka persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut.
Sehingga arus yang dihasilkannya adalah sebagai berikut
Sedangkan tegangan jatuh pada induktor dapat diturunkan dari persamaan arus dengan hubungannya dengan ggl seperti pada persamaan sebelumnya
Bila dinyatakan dalam tegangan efektif
Dimana
f adalah frekuensi tegangan masukan
Dari persamaan tersebut dapat dilihat pengaruh frekuensi terhadap tegangan pada induktor. Semakin besar frekuensi akan menyebabkan semakin besarnya tegangan induktor.
dengan panjang jarak waktu. Hasil perhitungan ini dinyatakan dalam satuan hertz
(Hz) yaitu nama pakar fisika Jerman Heinrich Rudolf Hertz yang menemukan fenomena ini pertama kali. Frekuensi sebesar 1 Hz menyatakan peristiwa yang terjadi satu kali per detik. Secara alternatif, seseorang bisa mengukur waktu antara dua buah kejadian/ peristiwa (dan menyebutnya sebagai periode), lalu memperhitungkan frekuensi (f ) sebagai hasil kebalikan dari periode (T ), seperti nampak dari rumus di bawah ini :
Arus Bolak-Balik pada Induktor
Bilamana sebuah induktor dialiri arus bolak-balik, maka pada induktortersebut akan timbul reaktansi induktif resistansi semu atau disebut jugadengan istilah reaktansi induktansi dengan notasi XL. Besarnya nilai reaktansi induktif tergantung dari besarnya nilai induktansi induktor L(Henry) dan frekuensi (Hz) arus bolak-balik. Gambar dibawah ini memperlihatkanhubungan antara reaktansi induktif terhadap frekuensi arus bolak-balik
Gambar . Hubungan reaktansi induktif terhadap frekuensi
nilai induktor, maka semakin besar nilai reaktansi induktif XL pada induktor sebaliknya semakin kecil frekuensi arus bolak-balik dan semakin kecil nilai dari induktansinya, maka semakin kecil nilai reaktansi induktif XL pada induktor tersebut. Hubungan ini dapat ditulis seperti persamaan berikut :
Analisa Arus AC Pada Induktor
maka semakin besar nilai reaktansi induktif XL pada induktor sebaliknya semakin kecil frekuensi arus bolak-balik dan semakin kecil nilai dari induktansinya, maka semakin kecil nilai reaktansi induktif XL pada induktor tersebut.Hubungan ini dapat
ditulis seperti persamaan berikut,
(http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/analisa-arus-ac-pada-induktor/)
Reaktansi Induktif Pada Rangkaian AC
seperti dijelaskan pada artikel sebelumnya bahwa kalau sebuah koil dialiri arus DC, pertumbuhan arus yang melalui koil tidak instan tetapi ditentukan oleh self induksi atau nilai back emf (ggl). Juga arus pada koil terus meningkat hingga mencapai kondisi steady state setelah lima konstanta waktu. dan arus maksimum yang mengalir pada koil dibatasi oleh bagian resistif dari gulungan koil, maka rasio tegangan dan arus ditentukan oleh hukum ohm seperti pada resistor I=V/R.
Namun ketika sebuah induktor di lalui arus AC, perilaku aliran arus sangat berbeda dengan tegangan DC. sinyal AC yang di berikan ke induktor menghasilkan perbedaan phasa 90° antara tegangan dan arus. perlawanan arus AC pada koil tidak hanya tergantung pada induktansi dari koil tetapi juga frekuensi gelombang AC.
membedakan dari nilai resistif murni. dan untuk membedakan simbol dari reaktansi pada kapasitor yaitu"XC" maka reaktansi pada induktor diberi simbol "XL".
Induktor Pada Rangkaian AC
arus AC yang mengalir pada sebuah induktor berbeda dengan arus yang mengalir pada kapasitor dimana pada kapasitor arus mendahului tegangan dengan 90° sedangkan pada induktor arus tertinggal 90° dari tegangan.
dari gambar diatas dapat dijelaskan bahwa untuk rangkaian AC induktip murni arus tertinggal 90° dari tegangan, atau dengan kata lain tegangan mendahului arus sebesar 90°. ekpresi umum untuk kondisi arus terhadap tegangan juga diperjelas oleh diagram vektor sebagai berikut :
Rumus Reaktansi Induktif
karena pada rangkaian induktif murni arus selalu tertinggal 90° terhadap tegangan kita dapat menemukan phasa arus dengan mengetahui phasa tegangan atau sebaliknya, artinya jika kita tahu nilai VL maka IL harus tertinggal 90° atau sebaliknya jika kita tahu nilai IL maka VL harus mendahului 90°. perbandingan arus dan tegangan dalam rangkaian induktif akan menghasilkan persamaan yang mendefinisikan Reaktansi Induktif (XL) dari koil sebagai berikut :
XL = VL/IL = 2.π.f.L dimana:
VL = tegangan (V) IL = arus (A) L = induktasni (H) f = frekuensi (Hertz)
dari persamaan diatas dapat dilihat bahwa jika salah satu nilai frekuensi atau nilai induktansi meningkat maka nilai reaktansi induktif juga akan meningkat, bertindak
seperti rangkaian terbuka.
Namun untuk frekuensi yang mendekati nol misal pada tegangan DC maka reaktansi induktif juga akan turun ke nol bertindak seperti sirkuit pendek (short circuit). ini berarti bahwa reaktansi induktif "proporsional" terhadap frekuensi. yang ditunjukan seperti pada grafik dibawah ini :
(http://bagi-ilmu-elektronika.blogspot.co.id/2015/03/reaktansi-induktif-pada-gerak listrik induksi dari suatu induktor yang di rangkai pada rangkaian listrik arus bolak-balik. Untuk mengetahui nilai reaktansi induktif dapat dilakukan dengan mengunakan persamaan berikut :
Keterangan :
XL = Reaktansi Induktif (Ω)
ƒ = Frekuensi (Hz)
π = 3,14 atau 22/7
L = Nilai induktansi induktor (H)
Keterangan :
Z = Impedansi (Ω)
R = Hambatan resisitor atau resistansi (Ω)
XL = Reaktansi Induktif (Ω)
Keterangan :
Z = Impedansi (Ω)
R = Hambatan resistor atau resistansi (Ω)
XL = Reaktansi induktif (Ω)
(http://kusumandarutp.blogspot.co.id/2015/07/hubungan-impedansi-dengan-reaktansi.html)
Induktor dalam Rangkaian Listrik Bolak-balik (Leading)
Sebuah induktor adalah sebuah komponen elektronika pasif yang dapat menyimpan energi pada medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrikyang melintasinya. Kemampuan induktor untuk menyimpan energi magnet ditentukan oleh induktansinya, dalam satuan Henry (H). Biasanya sebuah induktor adalah sebuah kawat penghantar yang dibentuk menjadi kumparan, lilitan membantu membuat medan magnet yang kuat di dalam kumparan dikarenakan hukum induksi Faraday. Induktor adalah salah satu komponen elektronik dasar yang digunakan dalam rangkaian yang arus dan tegangannya berubah-ubah dikarenakan kemampuan induktor untuk memproses arus bolak-balik.
Besarnya reaktansi induktif berbanding langsung dengan perubahan frekuensi dan nilai induktansi induktor, semakin besar frekuensi arus bolak-balik dan semakin besar nilai induktor, maka semakin besar nilai reaktansi induktif (XL) pada induktor sebaliknya semakin kecil frekuensi arus bolak-balik dan semakin kecil nilai dari induktansinya, maka semakin kecil nilai reaktansi induktif (XL) pada induktor tersebut. Hubungan ini dapat ditulis seperti persamaan berikut:
XL= atau XL
Induktor mengubah fase V atau I sebesar 900. Tegangan mendahului 900terhadap arus. (Cahyono, Agus Tri. 2014. Buku Siswa Dasar Pengukuran Listrik. Surabaya: Yrama Widya.)
4. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Periksalah kelayakan dan kelengkapan alat sebelum menggunakan alat-alat tesebut untuk praktikum.
2. Mulailah dengan merangkai Electromagnetism Trainer 12-100 terlebih dahulu. Rangkilah dengan menggunakan jumper (kabel penghubung) yang tersedia sehingga rangkaian pada papan ET 12-100 sesuai dengan petunjuk gambar yang tertera pada praktiku ini.
3. Setelah jumper telah selesai dirangkai diatas ET 12-100, maka pastikan kembali apakah rangkain yang dipasang dalam keadaan benar.
4. Hidupkan osiloskop dengan menggunakan channel yang berfungsi dengan baik untuk melihat hasil bentuk gelombang. Letakkan pengait (steak) dan jumper osiloskop ke posisi sesuai dengan gambar.
6. Kemudian aturlah Vpk-pk di Function Generator 4-16 kHz, 20 V pk-pk sine sesuai dengan nilai yang telah ditentukan pada tabel dibawah ini.
7. Lakukan pengamatan terhadap bentuk gelombang yang didapat pada osiloskop dan lihat apa pengaruh yang terjadi selama frekuensi yang yang digunakan berbeda-beda.
8. Setelah percobaan selesai dilakukan, maka matikan alat-alat percobaan sesuai dengan prosedur dari asisten yang mengajar.
5. Data Hasil Percobaan
V (volt) Iterukur (A) Zterukur(Ω) Zterhitung (Ω)
6. PENGOLAHAN DATA
6.1 Mencari Zterukur
Untuk f= 12 Hz dan L = 4,2 H
6.2 Mencari Zterhitung
Untuk f = 10 Hz dan L = 4,2 H
7. Analisa Hasil Percobaan
Pada pratikum kali ini, yaitu pratikum Pengaruh Frekuensi Terhadap Induktor Yang Dialiri Arus AC, pratikan akan mengukur besarnya nilai Arus terukur (Iterukur) , Impedansi terukur ( Zterukur ), dan Impedansi terhitung ( Zterhitung ) dengan nilai Frekuensi dan nilai Tegangan yang bervariasi yaitu 10 Hz, 12 Hz, 14 Hz, dan 16 Hz , 5 V, 6V, 7V, 8V, dan 9 V dan juga dengan besar nilai Induktor yaitu 4,2 H pada aplikasi livewire dengan menggunakan signal generator, inductor, ampermeter pada arus AC, multimeter digital arus AC, dan juga osiloskop.
berpengaruh pada nilai arus yang dihasilkan pada rangkaian yang terbaca pada ampermeter pada livewire.
Kemudian, dari Data Hasil Percobaan, dapat dilihat juga bahwa nilai pada Zterukur pada saat tegangan 5 V dengan frekuensi 10 Hz, 12 Hz, 14 Hz, dan 16 Hz dan dengan nilai inductor 4,2 H mengalami kenaikan nilai. Begitu juga saat tegangan 6 V dan 9 V dengan frekuensi 10 Hz, 12 Hz, 14 Hz, dan 16 Hz dan dengan nilai inductor 4,2 H mengalami kenaikan juga pada nilai Zterukur . Tapi sebaliknya pada nilai tegangan 7 V dan 8 V dengan frekuensi 10 Hz, 12 Hz, 14 Hz, dan 16 Hz dan dengan nilai inductor 4,2 H, nilai Zterukur nya tidak konstan naik maupun turun. Dengan begitu, dari lima kali percobaan pada nilai tegangan yang berbeda dengan nilai frekuensi dan nilai inductor yang sama, dapat dikatakan bahwa nilai Zterukur dapat mengalami kenaikan nilai atau penurunan nilai tergantung dari nilai frekuensi dan nilai tegangan yang diberikan.
Dari Data Hasil Percobaan, juga dapat kita lihat nilai pada Zterhitung . Nilai pada Zterhitung pada frekuensi 10 Hz, 12 Hz, 14 Hz, dan 16 Hz dan dengan nilai inductor 4,2 H mengalami kenaikan pada nilai Zterhitung . Ini dapat terjadi karena nilai induktansi dapat bernilai besar saat frekuensi nya besar. Karena jika nilai induktansi besar maka akan berpengaruh juga pada frekuensi yang tinggi juga.
8. Kesimpulan
1. Jika nilai tegangan di Induktor di naikkan, maka nilai arus di Induktor juga akan naik
2. nilai Zterukur dapat mengalami kenaikan nilai atau penurunan nilai tergantung dari nilai frekuensi yang diberikan
3. Nilai induktansi akan berpengaruh pada nilai frekuensi 4. Nilai Zterukur berbanding terbalik dengan nilai Iterukur
5. Semakin tinggi nilai frekuensi yang diberikan, maka akan semakin tinggi pula nilai Zterhitungnya
9. Tugas
1. Mengapa Indonesia memakai standart frekuensi untuk standart kelistrikan sebesar 50 Hz
2. Buktikan jika
3. Gambarkan inductor secara manual lengkap dengan sumber AC, arah Ac, arah Medan Magnet, dan arah Fluks magnetnya dan tentukan dimana kutub utara san selatan pada batang besinya
4. Apa yang dimaksud dengan reluktansi, fluks bocor, amper turn
5. Dik : seutas kawat : , ,
kemudian dibuat kumparan dengan
Penyelesaian :
1. .Frekuensi secara umum dapat diartikan sebagai jumlah kemunculan suatu kejadian yang berulang pada suatu jangka waktu tertentu. Frekuensi didefinisikan sebagai jumlah periode gelombang yang terjadi selama 1 detik. Mengacu pada SI, satuan frekuensi adalah Hertz yaitu jumlah siklus per detik. Nama ini diberikan sebagai penghargaan kepada Heinrich R. Hertz atas kontribusinya pada bidang gelombang elektromagnetik.
Pada sistem tenaga listrik, istilah frekuensi diasoasikan dengan frekuensi tegangan dan arus listrik. Frekuensi ini diperoleh dari kombinasi jumlah putaran dan jumlah kutub listrik pada generator di pembangkit listrik. Pada awal sejarah munculnya listrik, pemahaman terhadap frekuensi tidak seperti yang sekarang ini kita semua pahami. Pada masa itu frekuensi lebih dipahami sebagai banyaknya jumlah perubahan polaritas (alternasi) per menit, akibatnya pada masa tersebut banyak kita temui frekuensi sistem tenaga yang apabila kita ubah ke definisi frekuensi modern akan menghasilkan angka yang tidak
lazim, seperti 83 Hz atau 133 Hz.
Hz hingga 70 Hz. AEG dari Jerman menggunakan frekuensi 40 Hz untuk mentransmisikan listrik sejauh 175 km ke Frankfurt, MFO dari Swiss menggunakan frekuensi 50 Hz untuk mentransmisikan listrik ke pabriknya, sementara Ganz dari Hungaria menggunakan 42 Hz untuk melayani konsumen beban penerangannya.Begitu banyaknya frekuensi yang muncul menawarkan kelebihan dan kekurangan masing-masing, disamping juga mengakibatkan kebingungan tersendiri. Beberapa hal yang menjadi pertimbangan untuk mendapatkan frekuensi yang paling tepat, sesuai dengan teknologi dan karakteristik sistem tenaga listrik jaman tersebut, diantaranya:
1. Frekuensi yang tinggi dengan pertimbangan transformator
Semakin tinggi frekuensi operasi maka ukuran transformator akan semakin kecil. Keuntungan menggunakan frekuensi yang lebih tinggi adalah biaya produksi transformator akan bisa menjadi lebih murah.
2. Frekuensi yang rendah dengan pertimbangan turbin-generator
Generator-generator pada masa tersebut umumnya diputar dengan menggunakan sabuk yang terhubung ke turbin, seperti pada generator Westinghouse yang menghasilkan frekuensi 133 Hz. Perkembangan selanjutnya adalah menghubungkan langsung turbin dengan generator pada 1 sumbu, namun dengan teknologi pada masa itu hanya bisa apabila putaran generator-turbin cukup rendah, artinya frekuensi listrik yang dihasilkan juga rendah.
Beban utama yang dilayani sistem tenaga listrik pada saat itu adalah beban penerangan. Beban penerangan menuntut frekuensi sistem yang tidak rendah, karena akan mengakibatkan lampu yang berkedip-kedip. Frekuensi sistem harus tinggi supaya kedip pada lampu tidak lagi terasa oleh mata manusia.
4. Perkembangan teknologi motor listrik
Motor induksi mulai berkembang pada masa tersebut. Belum adanya teknologi pengaturan kecepatan motor mengkibatkan motor akan berputar proporsional dengan frekuensi sistem tenaga listrik yang ada. Produsen motor listrik pada umumnya adalah perusahaan yang juga membuat generator sehingga cenderung untuk memproduksi motor listrik yang sesuai dengan spesifikasi frekuensi generator yang diproduksinya sendiri, misalnya MFO dari Swiss dengan sistem 50 Hz. Apabila kita ingin menggunakan motor listrik tersebut, tentu saja kita harus menyediakan sistem tenaga yang sesuai dengan spesifikasi frekuensi motor tersebut.
Kompromi menjadi jalan tengah untuk mendapatkan frekuensi terbaik dari sekian banyak persyaratan yang saling berlawanan tersebut. Angka kompromi yang muncul pada masa itu adalah frekuensi pada kisaran 50 – 60 Hz. Angka tersebut cukup rendah untuk teknologi pembangkitan, cukup tinggi untuk mendapatkan transformator yang sesuai, dan cukup tinggi supaya kedip pada lampu penerangan tidak terasa.
digabungkan melalui interkoneksi, frekuensi yang dipilih harus sama dengan frekuensi yang sudah ada sebelumnya yaitu 50 Hz atau 60 Hz.
50 Hz dan 60 Hz
Peta pemakaian jenis frekuensi di dunia (www.cites.illinois.edu)
Padahal, apabila kita lihat kembali sekian banyak frekuensi yang pernah muncul pada awal-awal perkembangan listrik, baik 50 Hz atau 60 Hz relatif sama saja dibandingkan dengan frekuensi rendah 25 Hz ataupun frekuensi tinggi 133 Hz yang pernah muncul dan beroperasi.
Akibat interkoneksi yang semakin meluas serta faktor industrialisasi dan kolonialisasi juga, sekarang ini frekuensi 50 Hz digunakan oleh kebanyakan negara di dunia, sementara 60 Hz populer di negara-negara Amerika Utara. Jepang adalah kasus khusus karena menjadi negara yang memiliki dua sistem frekuensi 50 Hz dan 60 Hz sekaligus.
2. Awalnya adalah :
dan kita ketahui bahwa pada materi arah medan magnet kita menemukan rumus :
wb
disebut reluktansi
Maka akan kita dapatkan :
Jadi, sekarang :
4. *Reluktansi terjadi dari seberapa sulit garis gaya magnet melewati sebuah benda. Secara teknis, reluktansi adalah sebuah ukuran kebalikan dari benda yang memiliki fluks magnet.
*Fluks Bocor; kebocoran fluks terjadi karena ada beberapa fluks yang tidak menembus inti besi dan hanya melewati salah satu kumparan transformator saja. Fluks yang bocor ini akan menghasilkan induktansi diri pada lilitan primer dan sekunder sehingga akan berpengaruh terhadap nilai daya yang disuplai dari sisi primer ke sisi sekunder transformator. Fluks Bocor juga bisa dikatan saat Bagian fluks magnetik yang hanya melingkupi kumparan 1
result, the total magnetic field becomes stronger. To compare the magnetic strength of different coils, and to obtain a basis for measuring the magnetomotive force of an electromagnet, the number of turns of wire is multiplied by the number of amperes of current carried by the wire and the result is called Ampere-Turns (NI). The ampere-turn is the unit for measuring the magnetomotive force of a current-carrying coil. In a formula, the magnetomotive force in ampere-turns can be expressed as:
F = NI
F = magnetomotive force in ampere-turns N = number of turns
I = current in amperes
Dari pernyataan diatas dapat dikatakan bahwa amper turn digunakan untuk membandingkan kekuatan magnetik kumparan yang berbeda, dan untuk mendapatkan dasar untuk mengukur kekuatan magnetomotive dari elektromagnet, jumlah putaran kawat dikalikan dengan jumlah ampere arus dibawa oleh kawat dan hasilnya disebut Ampere-Turns (NI)
Jawaban :
DAFTAR PUSTAKA
Korps Asisten Laboratorium Fenomena Medan Elektromagnetik.2015.Modul Praktikum Fenomena Medan Elektromagnetik.Jurusan Teknik Elektro
Universitas Sriwijaya: Inderalaya
pengukuran-listrik.html. (Diakses pada tanggal 14 September 2015 di Palembang)
_____. 2015. Analisis Arus AC Pada Induktor. elektronika/2015/analisa-arus-ac-pada-induktor.html. (Diakses pada tanggal 14
September 2015 di Palembang)
_____. 2015. Hubungan Impedansi Dengan Reaktansi. http://kusumandarutp. blogspot.co.id/2015/07/hubungan-impedansi-dengan-reaktansi.html.(Diakses
pada tanggal 14 September 2015 di Palembang)
___. 2015. Reaktansi Induktif Pada Rangkaian. http://bagi-ilmu-elektronika.blogspot. co.id/2015/03/reaktansi-induktif-pada-rangkaian-ac.html (Diakses pada tanggal
14 September 2015 di Palembang) Lampiran
Gambar Lampiran
Saat f = 10 Hz , L = 4,2 H, dan V= 6 V
Saat f = 12 Hz , L = 4,2 H, dan V= 5 V
Saat f = 12 Hz , L = 4,2 H, dan V= 7 V
Saat f = 12 Hz , L = 4,2 H, dan V= 9 V
Saat f = 14 Hz , L = 4,2 H, dan V= 8 V
Saat f = 16 Hz , L = 4,2 H, dan V= 5 V
Saat f = 16 Hz , L = 4,2 H, dan V= 7 V
Saat f = 16 Hz , L = 4,2 H, dan V= 9 V
Gambar Grafik
Saat f = 12 Hz , L = 4,2 H
Saat f = 16 Hz , L = 4,2 H
Gambar Alat
o ELECTROMAGNETISM TRAINER 12-100
o FUNCTION GENERATOR 4-16 KHZ, 20 V PK-PK SINE
