Pengertian Analisis Node Metode Yang Digunakan

Menganalisis jaringan rangkaian merupakan bagian penting dalam merancang atau menggunakan rangkaian yang telah dirancang sebelumnya dan memproses arus dan tegangan pada setiap node atau cabang jaringan rangkaian.

Namun, proses analisis untuk mengetahui arus, tegangan, atau watt suatu node atau cabang agak rumit karena banyak komponen yang saling terhubung.

Analisis yang akurat juga tergantung pada teknologi yang kita pilih untuk menemukan arus atau tegangan. Teknik analisis dasar adalah analisis arus grid dan analisis tegangan node.

Kedua teknologi ini mengikuti aturan yang berbeda dan memiliki batasan yang berbeda. Sebelum menganalisis rangkaian dengan cara yang benar, penting untuk menentukan teknik analisis mana yang terbaik untuk kompleksitas dan waktu yang diperlukan untuk analisis.

Apa yang harus digunakan analisis mesh atau analisis node?

Jawabannya terletak pada fakta berapa banyak sumber tegangan atau arus yang berbeda tersedia di rangkaian atau jaringan tertentu.

Jika jaringan rangkaian target terdiri dari sumber arus, maka analisis node akan lebih mudah dan tidak rumit.

Namun, jika rangkaian tersebut memiliki sumber tegangan, maka teknik analisis grid ini sempurna dan membutuhkan waktu perhitungan yang lebih sedikit.

Di banyak rangkaian, tersedia sumber arus dan tegangan. Dalam kasus ini, jika jumlah sumber arus lebih besar dari jumlah sumber tegangan, maka analisis node masih merupakan pilihan terbaik, dan sumber tegangan perlu diubah menjadi sumber arus yang setara.

Analisis Node

Seperti namanya, Node berasal dari istilah nodel. Apa itu Analisis Node?

Kami menjelaskan analisis arus grid sebelumnya, jadi dalam tutorial ini, kami akan memperkenalkan analisis tegangan node dan cara menggunakannya di jaringan rangkaian, silahkan baca Aplikasi Blok Terminal Listrik di Otomasi Industri

Rangkaian node mungkin memiliki berbagai jenis komponen rangkaian, terminal komponen, dll. Dalam rangkaian di mana setidaknya dua atau lebih elemen rangkaian atau terminal dihubungkan bersama, itu disebut node.

Dalam kasus analisis grid, ada batasannya, yaitu analisis grid hanya dapat dilakukan di rangkaian desain. Rangkaian Planner adalah rangkaian yang dapat digambar pada bidang datar tanpa adanya perpotongan.

Tetapi untuk analisis node, tidak ada batasan seperti itu, karena setiap node dapat diberi tegangan, yang merupakan parameter penting untuk analisis node menggunakan metode analisis node.

Dalam analisis node, langkah pertama adalah menentukan jumlah node dalam jaringan, termasuk planar dan non-planar.

Setelah menemukan node, karena terkait dengan tegangan, diperlukan titik referensi untuk menetapkan level tegangan ke setiap node.

Mengapa? Karena tegangan adalah beda potensial antara dua node. Oleh karena itu, untuk membedakannya diperlukan referensi. Pembedaan ini dilakukan melalui node publik atau bersama sebagai referensi.

Node referensi ini harus nol untuk mendapatkan level tegangan yang sempurna, bukan referensi ground dari rangkaian.

Jadi, jika jaringan rangkaian lima Node memiliki Node referensi. Maka diperlukan untuk menyelesaikan empat Node yang tersisa, total empat persamaan Node diperlukan.

Umumnya, untuk menyelesaikan rangkaian rangkaian menggunakan teknik analisis node dengan jumlah total N Node, diperlukan persamaan Node N-1. Jika semua ini tersedia, jaringan rangkaian mudah diselesaikan.

Penggunaan teknik analisis node untuk melengkapi rangkaian rangkaian memerlukan langkah-langkah berikut.

Temukan Node di rangkaian
Temukan N-1. Persamaan
Temukan tegangan N-1
Terapkan hukum Kirchhoff atau KCL

Gunakan analisis node untuk menemukan tegangan dalam contoh rangkaian

Untuk memahami analisis node, mari kita perhatikan rangkaian berikut,

Seri di atas adalah salah satu contoh terbaik untuk memahami analisis Node. Rangkaian ini sangat sederhana. Ada enam elemen rangkaian.

I1 adalah sumber arus, R1, R2, R3, R4, dan R5 adalah lima resistor. Mari kita pertimbangkan lima resistor ini sebagai lima beban resistif.

Keenam elemen konstituen ini membuat tiga simpul. Oleh karena itu, seperti yang disebutkan sebelumnya, jumlah node telah ditemukan.

Sekarang, ada N-1 node, yang berarti ada 3-1 = 2 node yang tersedia di rangkaian.

Dalam jaringan rangkaian di atas, Node-3 dianggap sebagai node referensi. Ini berarti bahwa tegangan pada Node 3 memiliki tegangan referensi 0V.

Oleh karena itu, perlu untuk memberikan tegangan ke dua node yang tersisa, Node-1 dan Node-2. Oleh karena itu, level tegangan node 1 dan node 2 akan mengacu pada node 3.

Sekarang, mari kita perhatikan gambar berikutnya, yang menunjukkan arah aliran arus dari setiap node.

Pada gambar di atas, hukum Kirchhoff saat ini diterapkan. Jumlah arus yang masuk ke node sama dengan jumlah arus yang keluar dari node. Panah menunjukkan arus inode pada node 1 dan node 2. Sumber arus dari rangkaian adalah I1.

Untuk Node 1, jumlah arus yang mengalir masuk adalah I1, dan jumlah arus yang keluar adalah jumlah arus yang melalui R1 dan R2.

Menurut hukum Ohm, arus R1 adalah (V1 / R1) dan arus R2 adalah ((V1 – V2) / R2).

Oleh karena itu, menerapkan hukum Kirchhoff, persamaan Node-1 adalah

I1= V1/R1+ (V1-V2)/R2 …… [Rumus: 1]

Untuk Node 2, arus yang melalui R2 adalah (V1-V2)/R2, arus yang melalui R3 adalah V2/R3, resistor R4 dan R5 dapat digabungkan untuk mencapai resistansi tunggal R4 + R5, dan arus yang melalui dua resistor akan Ini adalah V2/ (R4 + R5).

Oleh karena itu, dengan menerapkan hukum Kirchhoff saat ini, persamaan Node-2 dapat dibentuk sebagai:

(V2-V1 )/R2+ V2/R3+ V2/(R4 + R5)=0………………[Persamaan:2]

Dengan memecahkan dua persamaan ini, tegangan pada setiap node dapat ditemukan tanpa kerumitan lebih lanjut.

Contoh Analisis Tegangan Node

Mari kita lihat contoh praktis-

Pada rangkaian di atas, 4 beban resistif membentuk 3 node. Node 3 adalah node referensi, dan potensinya adalah 0V. Ada sumber arus I1 yang memberikan arus 10A dan sumber tegangan yang memberikan tegangan 5V.

Untuk mengatasi rangkaian ini dan menentukan arus pada setiap cabang akan digunakan metode analisis node. Dalam proses analisis, karena ada dua Node yang tersisa, diperlukan 2 persamaan Nodel yang terpisah.

Untuk Node-1, menurut hukum Kirchhoff dan hukum Ohm,

I1= VR1+ (V1- V2)/R2

Oleh karena itu, dengan memberikan nilai yang tepat,

10 = V1 / 2 + (V1 - V2) / 1 atau, 20 = 3V1 - 2V2…….[Persamaan:1]

Sama untuk Node-2

(V2 - V1) / R2 + V2/ R3 + V2 / (R4) = 0 atau,

(V2 - V1) / 1+ V2 / 5+ (V2 - 5) / 3 = 0 atau,

15V2 - 15V1 + 3V2 + 5V2 - 25=0

-15V1+ 23V2 = 25 ………………. [Rumus: 2]

Dengan menyelesaikan kedua persamaan ini, kita mendapatkan bahwa nilai V1 adalah 13,08V dan nilai V2 adalah 9,61V.

Rangkaian selanjutnya dibangun dan disimulasikan di PSpice, dan hasil simulasi digunakan untuk memverifikasi hasil perhitungan. Kami mendapatkan hasil yang sama seperti perhitungan di atas, periksa hasil simulasi pada gambar di bawah ini: