Merangkai Hubungan Seri, Paralel dan Kombinasi

a. Tujuan Kegiatan Belajar 2

Setelah mempelajari modul ini siswa harus dapat:

1. Merangkai seri dua atau lebih kompenen kelistrikan
2. Merangkai parallel dua atau lebih kompenen kelistrikan
3. Merangkai kombinasi  tiga atau lebih kompenen kelistrikan
4. Menjelaskan karakteristik rangkaian seri
5. Menjelaskan karakteristik rangkaian paralel
6. Menjelaskan karakteristik rangkaian kombinasi

b. Uraian Materi 2

1. Rangkaian komponen dalam sistem kelistrikan ada tiga macam yaitu rangkaian seri, rangkaian paralel dan rangkaian seri paralel atau kombinasi.
2. Pemahaman jenis dan karakteristik rangkaian sangat penting sebagai dasar memeriksa dan menentukan sumber gangguan pada sistem kelistrikan.

Rangkaian Seri

Aplikasi rangkaian seri sangat banyak digunakan pada kelistrikan otomotif. Maupun alat berat. Sistem starter, pengatur kecepatan motor kipas evaporator AC  merupakan beberapa contoh aplikasi rangkaian seri.

Karakteristik rangkaian seri:

a) Tahanan total (Rt)  merupakan penjumlahan semua tahanan

(Rt ) = R1 + R2

b) Arus yang mengalir pada rangkaian sama besar

I = I1 = I2
I=V/Rt

c) Tegangan total (Vt) merupakan penjumlahan tegangan :
V t = V1 + V2

Besar V1dan V2 adalah:

Tentukan besar Rt, I , I1 , I2, , V1 dan V2, pada rangkaian seri di atas bila diketahui R1=10 Ohm dan R2= 30 Ohm, sedangkan sumber tegangan 12V. 

Solusi: 

a) Tahanan total (Rt) merupakan penjumlahan semua tahanan 

(Rt ) = R1 + R2 

= 10 + 30 

= 40 Ohm 

b) Arus yang mengalir pada rangkaian sama besar I = I1 = I2 

I = V / Rt 

= 12/ 40 = 0,3 Amper 

c) Tegangan total merupakan penjumlahan dari tiap tegangan 

V1 = R1/ Rt x V = 10/40 x 12 = 3 V 

V2 = R2/ Rt x V = 30/40 x 12 = 9 V 

V = V1 + V2 = 3 +9 = 12 V 

Karena besar I sudah dicari maka besar V1 dan V2 dapat pula ditentukan dengan rumus: 

V1 = R1 x I = 10 x 0,3 = 3 V 

V2 = R2 x I = 30 x 0,3 = 9 V 

V = V1 + V2 = 3 + 9 = 12 V 

Rangkaian Paralel

Karakteristik rangkaian parallel: 

a) Tegangan pada rangkaian sama yaitu :

V=V1=V2

b) Besar arus mengalir adalah:

I  =   I_{1  +} I₂

Besar arus mengalir pada rangkaian parallel mengikuti Hukum Kirchoff I, yang menyatakan jumlah arus listrik yang masuk pada suatu titik cabang sama dengan jumlah arus yang keluar pada titik cabang tersebut. 

c) Besar tahanan total (Rt) adalah:

Contoh 1: 

Sistem horn mempunyai 2 horn dengan daya berbeda. Horn LH 12V/ 60 Ohm dan horn RH 12V/ 36 Ohm. Tentukan : 

1. Tahanan horn LH dan RH 
2. Tahanan total 
3. Arus pada horn LH dan RH Arus yang melewati horn switch dan yang melalui fuse.

Solusi :

a). Tahanan horn adalah: 

Horn LH R1 = V² / P = 12² / 60 = 2,4 Ohm

Horn RH R2 = V² / P = 12² / 36 = 4 Ohm

b). Besar tahanan total (Rt) adalah:

Rt = ( R1 x R2) : (R1 +R2)
Rt = (2,4 x 4) : (2,4 + 4)
Rt = 9,6 : 6,4 = 1,5 Ohm

c). Besar arus yang mengalir melalui horn

Horn LH I1 = V/ R1 = 12 / 2,4 = 5 A

Horn RH I2 = V / R2 = 12 / 4 = 3 A

d). Besar arus mengalir melalui horn switch maupun fuse merupakan total arus yang mengalir melalui kedua horn, yaitu:

I = I1 + I2

I = 5 + 3 = 8 A

atau 

I = V / Rt = 12 / 1,5 = 8 A

Arus yang mengalir pada horn switch sangat besar sehingga percikan api pada kontak horn switch besar, horn switch cepat kotor, tahanan kontak meningkat dan bunyi horn lemah. Guna mengatasi permasalahan tersebut maka rangkaian horn dipasang relay. Bila diketahui tahanan lilitan relay sebesar 60 Ohm, tentukan :

a) Tahanan total 

b) Arus pada horn LH dan RH

c) Arus yang melewati horn switch 

d) Arus yang melalui fuse

Solusi:

a) Tahanan total (Rt)

Tahanan pada rangkaian terdiri dari:

• R1 (tahanan horn LH ) = 2 4 Ohm
• R2 (tahanan horn RH) = 4 Ohm
• R3 (tahanan relay) = 60 Ohm

Dengan rumus (14) besar Rt adalah

1/ Rt = 1/R1 + 1/ R2 + 1/R3

1/ Rt = 1/2,4 + 1/ 4 + 1/ 60 

Rt = 25/ 60 + 15/ 60 + 1/ 60 = 41/60

Rt = 60/ 41 = 1,463 Ohm

b) Besar arus yang mengalir melalui horn

Horn LH I1 = V/ R1 = 12 /2, 4 = 5 A

Horn RH I2 = V / R2 = 12 / 4 = 3 A

c) Arus yang melalui horn switch merupakan arus yang melewati lilitan relay

I3 = V/ R3 = 12/ 60 = 0,2 A

d) Arus melewati fuse merupakan total arus yang melewati rangkaian

I = I1 + I2 + I 3 = 5 + 3 + 0,2 = 8,2 A

Atau

I = V/ Rt = 12 / 1,463 = 8,2 A

Tabel 5. Perbandingan besar arus yang melewati komponen dalam sistem horn

No	Parameter	Tanpa relay	Dengan relay	Selisih
1	Horn LH Daya Tahanan Arus	60 W 2,4 W 5 A	60 W 2,4 W 5 A	0 0 0
2	Horn RH Daya Tahanan Arus	36 W 4 W 3 A	36 W 4 W 3 A	0 0 0
3	Horn switch	8 A	0,2 A	7,8 A
4	Fuse	8 A	8,2	0,2 A
5	Beban rangkaian	96 W	98,4 W	2,4 W

Dari pemasangan relay pada rangkaian tersebut mampu mengurangi arus yang melalui horn switch sebesar 7,8 A yaitu dari 8 A menjadi 0,2 A sehingga horn switch lebih awet. Dengan menambah relay arus listrik dari baterai bertambah 0,2 A atau beban listrik bertambah 2,4 W.

Rangkaian Seri – Paralel

Tahanan total (Rt) :

Rt = R1 + Rp

Rp merupakan tahanan pengganti untuk R2 dan R3.

Rp = ( R2 x R3) : (R2 +R3)

Rt = R1 + (( R2 x R3) : (R2 +R3))

Tegangan pada rangkaian:

V = V1 + VRp

V1 = R1 / Rt x V 

VRp = Rp / Rt x V

Karena R2 dan R3 paralel maka 

V2 = V3 = Rp / Rt x V 

Besar arus pada R1 = arus total 

I = V/ Rt 

Besar arus pada R2 adalah 

I2 = V2 / R2 

Besar arus pada R3 adalah 

I3 = V3 / R3

Contoh :

Tentukan besar tahanan total (Rt), tegangan pada R1, R2 dan R3 dan besar arus pada R1, R2 dan R3 pada rangkaian di bawah ini bila diketahui R1= 4,5 Ohm, R2=10 Ohm dan R3= 30 Ohm tegangan 12 volt.

Solusi:

a) Mencari tahanan total (Rt) ditentukan dahulu besar tahanan pengganti (Rp) untuk R2 dan R3.

Rp = ( R2 x R3) : (R2 +R3) = (10 x 30) : (10 + 30)

Rp = 300 : 40 = 7,5 Ohm

Rt = R1 + Rp = 4,5 + 7,5 = 12 Ohm

b) Mencari V1 dengan rumus:

V1 = R1 / Rt x V = 4,5 / 12 x 12 = 4,5 V

Karena R2 dan R3 paralel maka 

V2 = V3 = Rp/ Rt x V = 7,5 / 12 x 12 = 7,5 V

c) Besar arus pada R1 = arus total 

I = V/ Rt = 12/ 12 = 1 A

d) Besar arus pada R2 adalah 

I2 = V2 / R2 = 7,5 / 10 = 0,75 A

e) Besar arus pada R3 adalah 

I3 = V3/ R3 = 7,5 / 30 = 0,25 A 

Jembatan Wheatstone merupakan rangkaian seri paralel yang sering digunakan. Penerapan rangkaian ini antara lain pada termometer, intensitas pengukur cahaya, air flow meter dan sebagainya.

Gambar 22. Jembatan Wheatstone

Contoh:

Tegangan yang ditunjukkan volt meter merupakan selisih tegangan pada titik A dengan titik B.

Tegangan pada titik A adalah 

Va = R2/ (R1+R2) x V = 2/ (1+2)x 12= 8 V

Tegangan pada titik B adalah 

Vb = R4/ (R3+R4) x V = 4/ (4+4)x 12= 6 V

Tegangan pada Volt meter adalah 

Va – Vb = 8 – 6 = 2 V

Dengan konsep diatas bila salah satu nilai tahanan berubah maka tegangan pada Volt meter juga berubah.