MATERI PELAJARAN : RANGKAIAN RLC SERI

Download Materi Lainnya

A.      Pengertian Rangkaian Seri

Sebuah induktor dengan induktansi L dan sebuah resistor dengan hambatan R disambungkan seri ke terminal-terminal sebuah kapasitor bermuatan, membentuk sebuah rangkaian RLC seri. Tiap-tiap induktor yang riil selalu mempunyai hambatan dan lilitannya, dan juga ada hambatan dalam kawat-kawat penyambungnya. Karena hambatan ini, maka energi elektromagnetik dalam rangkaian itu didipasikan dan dikonversikan ke dalam bentuk lain seperti interval dari material rangkaian tersebut. Hambatan dalam sebuah rangkaian listrik adalah analog dengan gesekan dalam sebuah sistem mekanik.

Metoda yang paling mudah untuk menganalisis rangkaian listrik (untuk melihat tanggapan waktu dari rangkaian listrik) adalah metoda transformasi laplace. Sebetulnya metoda ini adalah kelanjutan dari metoda persamaan differensial. Kelebihan dari metoda laplace diantaranya adalah kesederhanaan dalam penghitungannya.

Rangkaian listrik secara umum terbagi menjadi dua kelompok besar, yaitu rangkaian DC serta rangkaian AC. Metoda laplace dapat digunakan untuk kedua jenis rangkaian listrik. Ketika metoda Laplace digunakan untuk menganalisis rangkaian listrik, maka langkah sederhana yang dilakukan adalah dengan mengubah (mentransformasi) variabel domain waktu ke domain s. 

Kapasitor mulai mengosongkan muatannya segera setelah rangkaian itu dilengkapkan. Tetapi karena kehilangan i²R dalam resistor, maka energi magnetic yang di dapat oleh induktor itu ketika kapasitor telah dikosongkan seluruhnya adalah kurang dari energi medan listrik awal dari kapasitor tersebut. Dengan cara yang sama energi kapasitor ketika medan magnetik telah berkurang ke nol adalah masih lebih kecil, dan demikian seterusnya.

B.       Pembagian RLC berdasarkan resonansi 

Resonansi adalah suatu gejala yang terjadi pada arus bolak balik yang mengan dung elemen induktor L dan kapasitor C. Resonansi dibagi menjadi 2 bagian yaitu:

1.         Resonansi pada rangkaian seri(resonansi seri)

Resonansi terjadi bila reaktansi induktif sama dengan reaktansi kapasitif, X  = Xc. Arus pada rangkaian dapat dibagi dua bagian yaitu arus transien dan arus dalam keadaan tunak. Arus transien bergantung pada keadaan awal, seperti fase awal generator dan muatan awal pada kapasitor. Arus keadaan tunak tidak bergantung  pada keadaan awal. Arus transien turun secara exponensial terhadap waktu dan akhirnya bergantung  pada keadaan tunak.  Rangkaian resonansi inilah yang kemudian digunakan untuk mengatasi fenomena merugikan tersebut. Apabila dirancang dengan benar, maka rangkaian resonansi dapat dimanfaatkan untuk operasi transisi penyakelaran pada saat piranti penyakelar bertegangan rendah atau berarus rendah atau malah kedua-duanya. Maka dari itu, aksi penyakelaran dengan metoda resonansi ini sering disebut dibanyak tulisan sebagai metoda penyakelaran lembut (Soft Switching).  

2.         Resonansi pada rangkaian paralel(antiresonansi)

Resonansi paralel terjadi bila suseptansi induktansi pada suatu cabang sama dengan suseptansi kapasitif pada cabang lainnya, B  = Bc. RLC yang dihubungkan paralel pada generator ac. Arus total I dari generator terbagi menjadi tiga arus, arus Ir dalam tahanan, arus Ic dalam ka[asitor, Il daminduktor. Tegangan sesaat V sama untuk semua elemen ini. Arus dalam tahan sefase dengan tegangan dan memiliki amplitudo VIR. Karena beda tegangan pada induktor mendahului arus dalam induktor sebesar 90 dan memiliki amplitudo V/Xl.  Pada saat resonansi, frekuensi generator w sama dengan frekuensi alami w  = 1/  LC dan reaktansi induktif dan kapasitif sama. Arus menyeluruh persis sama dengan arus dalam keadaan tunak untuk resonansi parallel. 

C.       Aplikasi Pada Rangkaian RLC

1.         Rangkaian Penghambat.

Rangkaian ini hanya memperlihatkan sebuah rangkaian yang hanya mengandung sebuah penghambat yang bekerja dengan tegangan gerak elektrik bolak-balik. Dari teorema simpal dan dari definisi resistans maka dapat ditulis :

Ketika arus searah mengalir didalam sebuah resistor, respons yang timbul berupa reaktansi yang sama dengan responsnya terhadap arus searah. Besarnya reaktansi dalam resistor adalah :

2.         Rangkain Kapasitif

Rangkain ini memperlihatkan rangkaian yang hanya mengandung sebuah elemen kapasitif yang bekerja dengan sebuah tegangan  gerak  elektrik. Dari teorema sipal dan dari definisi kapasitans maka dapat ditulis :

Dari hubungan-hubungan ini, maka dapat diperoleh :

sebuah kapasitor akan memberikan reaktansi kapasitif ketika dialiri dengan arus bolak-balik berupa :

Dimana C adalah kapasitansi dari kapasitor. Ketika resistor, induktor dan kapasitor disambung seri, dalam rangkaian timbul impedansi yang dapat dituliskan sebagai :

3.         Rangkain Induksi

 Rangkaian ini memperlihatkan sebuah rangkaian yang hanya mengandung sebuah elemen induktif yang bekerja dengan sebuah tegangan gerak elektrik bolak-balik. Dari teorema simpal dan definisi induktans maka dapat ditulis :

Dari hubungan-hubungan ini maka kita melihat bahwa 

Sebuah induktor akan memberikan respons terhadap arus listrik bolak-balik berupa reaktansi induksi yang dapat ditulis sebagai :

Frekuensi Resonansi, sudut fase sama dengan nol, faktor daya sama dengan I, reaktansi induktif dan kapasitif sama, dan impedansi Z sama dengan R.

Resonansi dibagi menjadi dua bagian yaitu Resonansi pada rangkaian seri(resonansi seri) dan Resonansi pada rangkaian paralel(antiresonansi)

 Resonansi terjadi bila reaktansi induktif sama dengan reaktansi kapasitif, X  = Xc.

Arus transien bergantung pada keadaan awal, sedangkan arus keadaan tunak tidak bergantung  pada keadaan awal. Arus transien turun secara exponensial terhadap waktu dan akhirnya bergantung  pada keadaan tunak.