Aplikasi Listrik Ac [PDF]

Citation preview

APLIKASI LISTRIK AC/DC A. LISTRIK BOLAK BALIK 1.



Pengertian Arus Listrik Bolak Balik (AC) Arus bolak-balik (AC/alternating current) adalah arus listrik dimana besarnya dan



arahnya arus berubah-ubah secara bolak-balik. Berbeda dengan arus searah dimana arah arus yang mengalir tidak berubah-ubah dengan waktu. Bentuk gelombang dari listrik arus bolakbalik biasanya berbentuk gelombang sinusoida, karena ini yang memungkinkan pengaliran energi yang paling efisien. Namun dalam aplikasi-aplikasi spesifik yang lain, bentuk gelombang lain pun dapat digunakan, misalnya bentuk gelombang segitiga (triangular wave) atau bentuk gelombang segi empat (square wave). Di Indonesia sendiri listrik bolak-balik (AC) dipelihara dan berada dibawah naungan PLN, Indonesia menerapkan listrik bolak-balik dengan frekuensi 50Hz. Tegangan standar yang diterapkan di Indonesia untuk listrik bolakbalik 1 (satu) fasa adalah 220 volt. Tegangan dan frekuensi ini terdapat pada rumah anda, kecuali jika anda tidak berlangganan listrik PLN.



Gambar 1: Diagram arus bolak-balik (garis hijau) dan arus searah (garis merah) Diagram arus bolak-balik (garis hijau) dan arus searah (garis merah) Secara umum, listrik bolak-balik berarti penyaluran listrik dari sumbernya (misalnya PLN) ke kantor-kantor atau rumah-rumah penduduk. Namun ada pula contoh lain seperti sinyal-sinyal radio atau audio yang disalurkan melalui kabel, yang juga merupakan listrik arus bolak-balik. Di dalam aplikasi-aplikasi ini, tujuan utama yang paling penting adalah pengambilan informasi yang termodulasi atau terkode didalam sinyal arus bolak-balik tersebut. Lampulampu kota yang dilihat dari kamera yang bergerak. Listrik arus bolak-balik menyebabkan lampu berkelip-kelip yang membuat garis terlihat menjadi bintik-bintik.



Di dalam bidang teknik kelistrikan dikenal adanya dua jenis arus yaitu arus bolakbalik dan arus searah. Di namakan arus bolak balik karena padanya terjadi gerak electron yang berubah-ubah. Dengan ritme yang tetap, electron-elektron itu bergerak bolak-balik. Arus bolak-balik banyak memiliki aliran yang berbentuk sinus. 2.



Sumber Arus Listrik Bolak-Balik Dalam kehidupan sehari-hari kita jumpai alat-alat seperti dinamo sepeda dan



generator. Kedua alat tersebut merupakan sumber arus dan tegangan listrik bolak-balik. Arus bolak-balik atau alternating current (AC) adalah arus dan tegangan listrik yang besarnya berubah terhadap waktu dan dapat mengalir dalam dua arah. Arus bolak-balik (AC) digunakan secara luas untuk penerangan maupun peralatan elektronik. Pada umumnya semua tenaga listrik yang dihasilkan oleh berbagai sumber pembangkit tenaga listrik tersebut adalah berupa arus listrik bolak-balik dan tegangan listrik bolak-balik yang dihasilkan oleh generator yang digerakkan dengan energi yang berasal dari sumber daya alam. Arus dan tegangan listrik bolak-balik yaitu arus dan tegangan listrik yang arahnya selalu berubah-ubah secara kontinu/periodik. Seperti telah dijelaskan pada bab terdahulu dalam hukum Faraday bahwa adanya perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh kumparan akan menyebabkan timbulnya ggl induksi pada ujung-ujung kumparan dan jika antara ujungujung kumparan tersebut dihubungkan dengan sebuah kawat penghantar akan mengalir arus listrik melalui penghantar tersebut. Berdasarkan prinsip hukum Faraday inilah dibuat sebuah generator atau dinamo, yaitu suatu alat yang digunakan untuk mengubah energi mekanik (energi gerak) menjadi energi listrik. Tegangan listrik dan arus listrik yang dihasilkan generator berbentuk tegangan dan arus listrik sinus soidal, yang berarti besarnya nilai tegangan dan kuat arus listriknya sebagai fungsi sinus yang sering dinyatakan dalam diagram fasor (fase vektor). Diagram fasor adalah dimana suatu besaran yang nilainya berubah secara kontinu, fasor dinyatakan dengan suatu vektor yang nilainya tetap berputar berlawanan dengan putaran jarum jam.



3.



Harga Efektif (Root-mean-square) dan Harga Rata-Rata (average) Pada listrik arus bolak ballik besarnya GGL (Ԑ), beda potensial (V) dan arus (I) selalu



berubah sebagai fungsi wkatu. Untuk itu perlu suatu besaran yang bersifat tetap, tidak digunakan harga efektif dan harga rata-rata, baik untuk GGl, beda potensial maupun arus. Alat ukur amperemeter AC dan volt meter AC dapat mengukur nilai efektif dari arus dan tegangan bolak balik.nilai efektif arus dan tegangan bolak balik adalah kuat arus dan tegangan yang dianggap setara dengan arus dan tegangan searah yang menghasilkan jumlah energy yang sama ketika melalu suatu pengantar dalam waktu yang sama. Besarnya arus efektifyang mengalir pada sebuah rangakain seperti pada gambar Dibawah dapat dihitung dengan cara sebagai berikut.



a. Harga Efektif (root-mean-square, rms)



Harga efektif arus(Ief = Irms) dari arus listrik bolak balik didefenisikan setara dengan besarnya arus rata-rata yang pada besar hambatan dan selang waktu yang sama,menghasilkan kerja listrik yang sama besar. Untuk arus rata,jika arus sebesar I mengallir pada hambatan R selam selang waktu t akan menghasilkan kerja listrik sebesar:



W = R I2 t Untuk arus rata, I = Ief



W= R I2ef t Kerja yang dihasilkan oleh arus bolak balik pada hambatan R dalam selang waktu t adalah: W= R I2ef t



Dalam waktu setengah periode, energy yang dihasilkan oleh arus efektif adalah Wef = I2ef R T Untuk selang waktu satu periode, harga efektif listrik arus bolak balik



Ief = 2 dt Harga efektif untuk GGL dan arus adalah



Ԑef = p Dan



Ief



p



Biasanya tanda atau keterangan efektif tidak dituliskan.itu berarti yang dimaksud adalah harga efektifnya. Pada umumnya alat-alat ukur listrik bolak balik dikalibrasi untuk harga efektif untuk tegangan sinusoida.



b. Harga rata-rata (average-value) Harga rata-rata arus dari listrik arus bolak balik didefenisikan setara dengan besarnya arus rata yang dalam selang waktu sama memindahkan sejumlah muatan yang sama besarnya.Jika arus rata dengan selang waktu memindahkan sejumlah muatan, q = I t. Listrik arus rata, arus yang mengalir tetap besarnya, berarti arus rata-rata dan arus sesaat sama besarnya, atau



I=Ī q= I t = Ī t Jumlah muatan yang dipindahkan oleh arus bolak balik dalam selang waktu t adalah



Untuk selang waktu satu periode harga rata-rata bagi arus GGL dan tegangan adalah



Untuk arus bolak balik yang mempunyai pola grafik simetrikm, artinya bagian positif dan negative sama besar, maka dalam selang waktu t harga rata-ratanya nol. Dalm hal demikian, harga rata-rata diambil untuk selang waktu setengah periode.



Pada listrik arus bolak balik, GGl serta arusnya mempunyai lebih dari satu arah atau arahnya berubah sebagai fungsi waktu. Sumber Arus bolak balik adalah generator Arus bolak balik. Generator Arus bolak balik terdiri atas sebuah kumpuran persigi yang diputar dlam medan magnet. Arus bolak balik dibedakan antara Arus bolak balik yang mempunyai fungsi atau pola grafik sinusoida dan Arus bolak balik yang non sinusoida seperti pada gambar :



Sumber arus bolak balik adalah generator arus bolak alik, generator arus bolak balik terdiri atas sebuah kumparan persegi yang diputar dalam medan magnet. Gaya gerak listrik (GGL) yang dihasilkan oleh generator arus bolak balik berubah secara periodic menurut fungsi sinus atau cosinus. GGL sinusoida ini dihasilkan oleh sebuah kumparan yang berputar dengan laju sudut tetap.tegangan yang dihasilkan berupa tegangan sinusoida dengan persamaan sebagai berikut:



Ԑ = NBA ω sin ωt Atau



Ԑ = Ԑm sin ωt Dengan : Ԑm = NBA ω = gaya gerak listrik maksimum N = Jumlah lilitan kumparan A = luas kumparan B = besarnya induksi magnetic ω = frekuensi sudut putaran kumparan



Beban listrik dalam rangkaian Arus bolak balik dapat berupa resistor (R), kapasitor (C) dan indictor (L). Pada Arus AC diukur dengan amperemeter AC, besaran yang terukur merupakan nilai rms (root mean square) atau nilai afektif dari arus,untuk melihat bentuk arus.untuk melihat bentuk arus sinusoidal yang dihasilkan oleh sumber bolak balik, dapat digunakan osiloskop. Monitor sebuah osiloskop terbagi-bagi menjadi baris-baris dan kolom-kolom sehingga membentuk sebuah kotak seperti pada gambar :



Dari gambar diatas sumbu vertikal menunjukkan nilai tegangan atau arus yang dihasilkan oleh sumber bolak balik dan sumbu horizontal menunjukkan waktu. Gerak lengkap (bolak-balik) dinamakan satu periode.Jangka waktu satu periode adalah (t) detik (waktu periode).Banyaknya periode setiap detik dinamakan frekuensi,dimana satuan utuk frekuensi adalah Hertz (Hz). Adapun bentuk dari arus bolak-balik adalah: ·



Bentuk tak tentu



·



Bentuk segi empat (blok)



·



Bentuk gigi gergaji



Pada arus juga tegangan bolak-balik,selalu terdapat bagian positif dan bagian negative pada penggambaran sedangkan pada arus searah, hal tersebut tidak terjadi. Demikian pula pada tegangan searah diamana yang ada hanyalah positif atau negative saja. Arus bolak-balik terjadi karena tegangan bolak-bali.Suatu tegnagan bolak-balik juga mempunyai frekuensi, waktu periode, dan sebagainya.Arus bolak-balik ini merupakan yang palng banyak digunakan pada system kelistrikan di dunia, mengingat system ini mudah



dalam pembangkitan dan pendistribusiannya.Pada tegangan bolak-balik, dikenal system satu fasa dan system tiga fasa dan yang paling dominan dipakai adalah system tiga fasa karena mempunyai kelebihan disbanding dengan system satu fasa,dimana: Daya yang disalurkan lebih besar Nilai sesaatnya (Instantenous value) konstan Mudah pembangkitannya (generator sinkron) Sumber ggl bolak-balik tersebut akan menghasilkan tegangan sinusoida berfrekuensi f. Apabila generator tersebut dihubungkan dengan suatu penghantar R dan menghasilkan tegangan maksimum sebesar Vmax, maka tegangan dan arus listrik yang melewati penghantar.



Tegangan sinusoida dapat dituliskan dalam bentuk persamaan tegangan sebagai fungsi waktu, yaitu :



Tegangan yang dihasilkan oleh suatu generator listrik berbentuk sinusoida. Dengan demikian, arus yang dihasilkan juga sinusoida yang mengikuti persamaan :



Dengan : V = Tegangan Listrik AC I = Arus Listrik AC Vmax = Tegangan maksimum Imax = Arus maksimum ω = Kecepatan sudut (2πf) c. Sudut Fase dan Beda Fase Dalam Arus Bolak-Balik Arus dan tegangan bolak-balik (AC) dapat dilukiskan sebagai gelombang sinussoidal, jika besarnya arus dan tegangan dinyatakan dalam persamaan : V = Vmax sin ωt I = Imax sin (ωt + 90o) Di mana ωt atau (ωt + 90o) disebut sudut fase yang sering ditulis dengan lambang θ. Sedangkan besarnya selisih sudut fse antara kedua gelombang tersebut disebut beda fase. Berdasarkan persamaan antara tegangan dan kuat arus listrik tersebut dapat dikatakan bahwa antara tegangan dan kuat arus listrik terdapat beda fase sebesar 90o dan dikatakan arus mendahului tegangan dengan beda fase sebesar 90o. Apabila dilukiskan dalam diagram fasor dapat digambarkan sebagai berikut :



Grafik arus dan tegangan sebagai fungsi waktu dengan beda fase 90o



d. Nilai Efektif Arus dan Tegangan Listrik Bolak-Balik Nilai tegangan dan arus bolak-balik selalu berubah secara periodik sehingga menyebabkan, kesulitan dalam mengadakan pengukurannya secara langsung. Oleh karena itu, untuk mengukur besarnya tegangan dan kuat arus listrik bolak balik (AC = Alternating Current) digunakan nilai efektif. Yang dimaksud dengan nilai efektif arus dan tegangan bolak balik yaitu nilai arus dan tegangan bolak-balik yang setara dengan arus searah yang dalam waktu yang sama jika mengalir dalam hambatan yang sama akan menghasilkan kalor yang sama. Semua alat-alat ukur listrik arus bolak-balik menunjukkan nilai efektifnya. Hubungan antara nilai efektif dan nilai maksimum dapat dinyatakan dalam persamaan :



dan e. Nilai Rata-Rata Arus Listrik Bolak-Balik Nilai rata-rata arus bolak-balik yaitu nilai arus bolak-balik yang setara dengan arus searah untuk memindahkan sejumlah muatan listrik yang sama dalam waktu yang sama pada sebuah penghantar yang sama. Hubungan antara nilai arus dan tegangan listrik bolak-balik dengan nilai arus dan tegangan maksimumnya dinyatakan dalam persamaan :



Di mana : Ir = kuat arus rata-rata Imax = kuat arus maksimum Pada saluran transmisi dikenal adanya jatuh tegangan yang terjadi pada sepanjang saluran transmisi.Tegangan AC dalam saluran tergantung dari impedansi dan admitansi saluran serta beban dan faktor daya.Jatuh tegangan relative dinamakan regulasi tegangan (voltage regulation).



4.



IMPEDANSI, TEGANGAN DAN ARUS BOLAK-BALIK Dalam rangkaian sederhana bolak-balik umumnya terdapat komponen resistor,



inductor dan kapasitor. Pada masing-masing komponen tersebut bila dialiri arus listrik AC akan timbul impedansi, tegangan dan arus. a.



Impedansi Impedasnsi yaitu hambatan atau reaksi pada rangkaian arus bolak-balik. Hambatan



pada resistor dinamakan reaktansi resistantif ( XR ), pada kapasitor dinamakan reaktansi



kapastiif ( XC ), dan pada inductor dinamakan reaktansi induktif ( XL ). Besarnya masingmasing hambatan tersebut adalah :



Jika komponen tersebut dalam rangkaian seri seperti di atas, maka impedansinya adalah :



Impedansi merupakan nilai dari hambatan total pada rangkaian listrik arus AC, maka nilai dari impedansi selalu berbanding terbalik dengan besarnya arus listrik. Karena, impedansi bersifat menghambat arus yang lewat sehingga menyebabkan arus yang mengalir menjadi semakin kecil. Secara matematis, hal ini dapat dituliskan sebagai berikut :



Dengan I = Arus Listrik (Ampere) V = Tegangan Listrik (Volt)



Z = Impedansi (Ohm) Dalam teknik elektro, impedansi adalah ukuran sejauh mana rangkaian menghambat aliran listrik. Semua bahan memiliki beberapa tingkat hambatan listrik, yang menyebabkan beberapa energi akan hilang sebagai panas, dan mengurangi aliran arus. Dalam kasus arus searah (DC), impedansi sama dengan resistansi, dan semata-mata tergantung pada bahan dari mana sirkuit dibuat. Namun, untuk arus bolak (AC), dua faktor tambahan dapat berkontribusi terhadap impedansi yakni: kapasitansi dan induktansi. Bersama ini dikenal sebagai reaktansi, yang merupakan ukuran dari hambatan terhadap perubahan arus yang tergantung pada frekuensi, dan pada komponen sirkuit. Arus bolak-balik terus berubah arah, dan melakukannya pada frekuensi yang diberikan, yang diukur dalam Hertz (Hz), atau siklus per detik. Biasanya, listrik disuplai pada 50 atau 60 Hz, tetapi ini dapat diubah untuk aplikasi khusus. Frekuensi dapat ditampilkan sebagai gelombang pada osiloskop dalam hal arus atau tegangan, dengan jarak dari puncak ke puncak mewakili siklus lengkap. Tingkat reaktansi di sirkuit tergantung pada frekuensi pasokan AC. Lebih khusus, reaktansi kapasitif menurun dengan meningkatnya frekuensi, sedangkan reaktansi induktif akan meningkat.



b.



Tegangan Dan Arus Bolak – Balik



Sumber arus bolak-balik adalah generator arus bolak-balik yang prinsip kerjanya pada perputaran kumparan dengan kecepatan sudut ωyang berada di dalam medan magnetik. Sumber ggl bolak-balik tersebut akan menghasilkan tegangan sinusoida berfrekuensi f. Dalam suaturangkaian listrik, simbol untuk sebuah sumber tegangan gerak elektrik bolakbalik adalah . Besarnya tegangan total pada rangkaian arus bolak – balik di atas yaitu:



Rangkaian di atas merupakan rangkaian seri, sehingga besarnya arus yang mengalir pada rangkaian tersebut sama besar :



3.



Hubungan Impedansi, Tegangan Dan Arus Bolak-Balik Secara matematis, hubungan hambatan, tegangan dan arus AC sama dengan pada arus



DC berlaku hukum Ohm :



Diagram Pashor



Hubungan antara R, L, C dan Z dapat dinyatakan dalam suatu diagram yang dinamakan diagram pashor. Hubungan XR, XL. Dan XC di gambarkan dalam suatu system sumbu koordinat seperti pada gambar:



θ = beda fase antara tegangan ( V ) dan arus ( I ) pada rangkaian listrik AC b. Resonansi Resonansi yaitu keadaan dimana XL = XC . keadaan ini dapat terjadi pada frekuensi tertentu. Frekuensi saat terjadinya resonansi disebut frekuensi resonansi besarnya ;



5.



1.



KAPASITOR DALAM RANGKAIAN ARUS BOLAK-BALIK



Pada Ragkaian Kapasitif Arus Mendahului Tegangan Sebuah kapasitor (C) yan dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik ditunjukkan



pada gambar. Rangkaian seperti ini disebut rangkaian kapasitif. Besarnya arus dan tegangan pada rangkaian kapasitif dinyatakan dengan persamaan:



2.



Beda Fase Pada Rangkaian Kapasitif Dengan melihat grafik sinusoidal dapat dinyatakan bahwa beda fase atau selisih



fase anatara arus dan tegangan pada rangkaian kapasitif adalah 90 derajat ½ π , dengan tegangan ketinggalan oleh arus atau arus mendahului tegangan. 3.



Reaktansi Kapasitif Hambatan yang timbul pada kapasitor yang dihubungkan dengan rangkaian arus bolak-



balik disebut reaktansi kapasitif. Besarnya reaktansi kapasitif di rumuskan :



6.



DAYA PADA RANGKAIAN AC Inductor murni L dan kapasitor murni C yang berbeda dalam rangkaian AC tidak



pernah membuang energy listrik, tetapi hanya melakukan pengalihan bolak-balik energy dari rangkaian ke medan magnetic atau medan listrik. Lain halnya dengan arus yang mengalir melaui penghambat R . di dalam R , energy di ubah menjadi kalor yang tidak dapat di ubah kembali ,menjadi listrik. Besarnya energy listrik per satuan waktu yang di ubah menjadi kalor disebut daya listrik. Daya listrik pada rangkaian AC identik dengan daya lisrik pada rangkaian DC yaitu :



Dalam hal ini VR adalah komponen tegangan yang sefase dengan arus, dengan demikian maka :



7.



Pengaplikasian arus bolak balik dalam kehidupan sehari hari a. Pemasangan Jaringan Transmisi Listrik AC di Jalan Dari pembangkit listrik menuju ke pelanggan yaitu rumah tinggal, pertokoan, industri



maupun instansi. Arus AC juga dapat diubah menjadi arus DC dengan memakai Trafo. Arus



listrik DC dikirim/ditransmisikan melalui sistem jaringan bertegangan tinggi. Sistem tegangan tinggi dipilih dan bukan sistem arus tinggi sebab berkaitan dengan luas penampang penghantar.



b.



Pengamanan Jaringan Listrik AC dalam Rumah



Pemakaian daya listrik jaringan listrik AC (arus bolak-balik) di rumah atau di kantor dibatasi oleh pemutus daya yang dipasang bersama dengan KWh meter. Jika arus listrik melebihi ketentuan maka dengan adanya pemutusan daya secara otomatis akan menurunkan



saklar. Untuk keamanan pada alat-alat listrik rumah tangga biasanya pada masing-masing alat dipasang sekering Pemasangan sekering pada alat listrik untuk mengantisipasi adanya arus yang tiba-tiba membesar yang memungkinkan alat listrik dapat rusak atau terbakar. Dengan adanya sekering, jika arus tiba-tiba membesar maka sekering akan putus dan alat listrik tidak rusak.



c. Pemakaian Alat-Alat Rumah Tangga Arus AC pada umumnya digunakan pada peralatan elektronik seperti kipas angin, kulkas, kompor, listrik, teko listrik, TV, setrika.



B. LISTRIK SEARAH Arus listrik searah (Direct Current atau DC) adalah aliran elektron dari suatu titik yang energi potensialnya tinggi ke titik lain yang energi potensialnya lebih rendah. Arus



searah dulu dianggap sebagai arus positif yang mengalir dari ujung positif sumber arus listrik ke ujung negatifnya. Pengamatan-pengamatan yang lebih baru menemukan bahwa sebenarnya arus searah merupakan arus negatif (elektron) yang mengalir dari kutub negatif ke kutub positif. Aliran elektron ini menyebabkan terjadinya lubang-lubang bermuatan positif, yang “tampak” mengalir dari kutub positif ke kutub negatif. Contoh dari penggunaan listrik arus searah yaitu penyaluran tenaga listrik komersil yang pertama (dibuat oleh Thomas Alfa Edison di akhir abad ke 19) menggunakan listrik arus searah. Generator komersiel yang pertama di dunia juga menggunakan listrik arus searah. Di tahun 1883, Nicola Tesla dianugerahi hak paten untuk penemuannya, arus bolak-balik fase banyak. Pada bulan Mei 1883, dia menyampaikan kuliah klasik kepada The American Institute of Electrical Engineers:”A New System of Alternating Current Motors and Tranformers.” Karena listrik arus bolak-balik lebih mudah digunakan dibandingkan dengan listrik arus searah untuk transmisi (penyaluran) dan pembagian tenaga listrik, di zaman sekarang hampir semua transmisi tenaga listrik menggunakan listrik arus bolak-balik. Walaupun begitu, pada saat pertama peluncuran arus listrik bolak-balik, arus listrik searah masih tetap digunakan. Bahkan, ada yang tidak mau menerima arus bolak-balik.



Gambar 22. Arus listrik Searah



Dengan perkembangan teknologi elektronika saat ini, listrik arus searah (DC) dapat dihasilkan dengan cara merubah Arus bolak-balik (AC) menjadi Arus Searah (DC) dengan menggunakan suatu alat yang disebut Power Supply atau Adaptor. Sebagai dasar dari rangkaian Power Supply adalah sebuah komponen diode yang dapat berfungsi sebagai penyearah, artinya adalah dapat merubah dan menyearahkan arus bolak-balik (AC) menjadi Arus Searah (DC).



Gambar 23. Arus Listrik Searah dan Arus Listrik Bolak Balik Pengamatan-pengamatan yang lebih baru menemukan bahwa sebenarnya arus searah merupakan arus negatif (elektron) yang mengalir dari kutub negatif ke kutub positif. Aliran elektron ini menyebabkan terjadinya lubang-lubang bermuatan positif, yang telihat /tampak mengalir dari kutub positif ke kutub negatif. Yang dimaksud dengan sumber listrik arus searah (DC) adalah alat/benda yang menjadi sumber listrik arus searah (DC) dan menghasilkan arus DC secara permanent.Sumber listrik arus searah (DC) yang paling banyak dikenal adalah sumber listrik DC yang membangkitkan listrik secara kimia. Elemen Elektro Kimia Menurut Neinst, batang logam yang dimasukan dalam larutan asam sulfat akan melepaskan ion-ion positif ke dalam larutan itu, oleh karena itu, logam tersebut menjadi bermuatan negative. Sedangkan larutan tersebut menjadi muatan positif. Beda potensial tersebut dinamakan tegangan larutan elektrolit .Dengan perkembangan teknologi elektronika saat ini, listrik arus searah (DC) dapat dihasilkan dengan cara merubah Arus bolak-balik (AC) menjadi Arus Searah (DC) dengan menggunakan suatu alat yang disebut Power Supply atau Adaptor.Sebagai dasar dari rangkaian Power Supply adalah sebuah komponen diode yang dapat berfungsi sebagai penyearah, artinya adalah dapat merubah dan menyearahkan arus bolak-balik (AC) menjadi Arus Searah (DC). 1.



Sumber sumber Arus Listrik Searah



Semua sumber listrik yang dapat menimbulkan arus listrik tetap terhadap waktu dan arah tertentu disebut sumber-sumber listrik arus searah. Sumber listrik arus searah dibagi menjadi empat macam. a. Elemen Elektrokimia Elemen elektrokimia adalah sumber listrik arus searah dari proses kimiawi. Dalam elemen ini terjadi perubahan energi kimia menjadi energi listrik. Elemen elektrokimia dapat dibedakan berdasarkan lama pemakaiannya sebagai berikut. 1) Elemen Primer Elemen primer adalah sumber listrik arus searah yang memerlukan penggantian bahan setelah dipakai. Contoh elemen primer sebagai berikut: a) Elemen Volta Elemen volta adalah sejenis baterai kuno yang diciptakan oleh Alesandro Volta.. Elemen volta terdiri dari tumpukan batang seng, kain yang direndam dalam larutan asam, dan



batang tembaga secara bergantian. Elemen volta terdiri atas 2 elektroda dari logam yang berbeda yang dicelupkan pada cairan asam atau larutan garam. Pada zaman dahulu, cairan asam atau garam tersebut berupa kain yang dicelup dalam larutan garam/asam. Kelebihan elemen volta adalah memiliki bagian yang sederhana dan dijadikan sebagai dasar pengembangan bagi elemen-elemen yang lain. Sedangkan kelemahan elemen adalah hanya dapat bekerja dalam waktu yang pendek sehingga tidak cocok untuk kehidupan sehari-hari.



Gambar 24. Elemen volta b) Elemen Daniell Penemu elemen daniel adalah John Frederic Daniell. Elemen Daniell adalah elemen yang gaya gerak listriknya agak lama karena adanya depolarisator. Depolarisator adalah zat yang dapat menghambat terjadinya polarisasi gas hidrogen. Depolarisator pada elemen ini adalah larutan tembaga (sulfat). c) Elemen Leclanche Jenis elemen leclanche ada dua macam, yaitu elemen kering dan basah, terdiri atas dua bejana kaca yang berisi: o o o o



batang karbon sebagai kutub positif (anoda) batang seng sebagai kutub negatif (katoda) Batu kawi sebagai depolarisator larutan amonium klorida sebagai elektrolit



d) Elemen Kering Elemen kering adalah sumber arus listrik yang dibuat dari bahan-bahan kering yang tidak dapat diisi kembali (sekali pakai). Elemen ini termasuk elemen primer. Contoh elemen kering antara lain, batu baterai dan baterai perak oksida (baterai untuk jam tangan). Bahan untuk kutub positif digunakan batang karbon, dan untuk kutub negatif digunakan lempeng seng. 2) Elemen Sekunder



Elemen sekunder adalah sumber arus listrik yang tidak memerlukan penggantian bahan pereaksi (elemen) setelah sumber arus habis digunakan. Sumber ini dapat digunakan kembali setelah diberikan kembali energi (diisi atau disetrum).Contoh dari elemen sekunder yaitu akumulator (aki). Akumulator adalah termasuk sumber listrik yang dapat menghasilkan Tegangan Listrik Arus Searah (DC). Prinsip kerja dari aumulator adalah berdasarkan proses kimia. Prinsip kerja dari akumulator adalah berdasarkan proses kimia. Secara sederhana, prinsip kerja akumulator dapat dijelaskan sebagai berikut. a) Pemakaian Pada saat akumulator dipakai, terjadi pelepasan energi dari akumulator menuju lampu. Dalam peristiwa ini, arus listrik mengalir dari kutub positif ke pelat kutub negatif. Setelah akumulator dipakai beberapa saat, pelat kutub negatif dan positif akan dilapisi oleh sulfat. Hal ini menyebabkan beda potensial kedua kutub menjadi sama dan kedua kutub menjadi netral. b) Pengisian Setelah kedua kutub netral dan arus tidak mengalir, kita harus menyetrum aki agar dapat digunakan kembali. Pada saat aki diestrum, arah arus berlawanan dengan pada saat digunakan,yaitu dari kutub negatif ke positif. Contoh lainnya seperti batu baterai yang digunakan pada telepon genggam (Hp), laptop, kamera, lampu emergensi dll. 2. Generator Arus Searah Generator arus searah adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi gerak (mekanis) menjadi energi listrik dengan arus searah. Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker), jenis generator DC yaitu: 1). Generator penguat terpisah 2). Generator shunt 3). Generator kompon Generator DC terdiri dua bagian, yang pertama stator, yaitu bagian mesin DC yang diam, dan yang kedua, bagian rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box. Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor. Prinsip kerja generator ini adalah induksi elektromagnetik (perubahan medan magnet yang terjadi pada kumparan kawat sehingga terjadi arus listrik). Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara: • dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik. • dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC. 3. Termoelemen



Termoelemen adalah sumber arus listrik searah dari proses yang terjadi karena adanya perbedaan suhu. Termoelemen mengubah energi panas menjadi energi listrik. Peristiwa ini dikemukakan oleh Thomas John Seebach pada tahun 1826. Arus yang ditimbulkan dari kejadian ini disebut termoelemen. Semakin besar perbedaan suhu antara A dan B, semakin besar arus yang mengalir. Tetapi, karena arus yang dihasilkan relatif kecil, termoelemen belum dapat dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. 4. Sel Surya (Solar Cell) Sel surya atau sel photovoltaic, adalah sebuah alat semikonduktorr yang terdiri dari sebuah wilayah-besar dioda p-n junction, di mana, dalam hadirnya cahaya matahari mampu menciptakan energi listrik yang berguna. Pengubahan ini disebut efek photovoltaic. Bidang riset berhubungan dengan sel surya dikenal sebagai photovoltaics. Sel surya memiliki banyak aplikasi. Mereka terutama cocok untuk digunakan bila tenaga listrik dari grid tidak tersedia, seperti di wilayah terpencil, satelit pengorbit bumi, kalkulator genggam, pompa air, dll. Sel surya (dalam bentuk modul atau panel surya) dapat dipasang di atap gedung di mana mereka berhubungan dengan inverter ke grid listrik dalam sebuah pengaturan net merting. Prinsip kerjanya sebagai berikut. Jika pelat foil alumunium terkena cahaya matahari, maka pelat alumunium akan panas dan diteruskan ke pelat silikon. Silikon bersifat semikonduktor, sehingga pada suhu yang tinggi, elektron-elektron akan terlepas dan menempel pada foil alumunium dan muatanmuatan positifnya menempel pada foil besi. Jika kedua foil dihubungkan melalui rangkaian luar, maka akan menimbulkan aliran elektron. Ini karena pada kedua foil tersebut, terdapat perbedaan potensial. Potensial yang dibangkitkan oleh sel surya sangat kecil sehingga membutuhkan banyak sekali sel Sel surya juga terlalu mahal sehingga penggunaannya sangat terbatas pada alat-alat tertentu saja. Besar arusnya pun sangat bergantung pada intensitas cahaya yang menembus pelat, jumlah sel yang ada, dan luas penampang yang terkena cahaya. Contoh barang yang telah menggunakan tenaga surya yaitu, mobil listrik tenaga surya dan sumber energi pada satelit. 2. Rangkaian Listrik Arus Searah Arus listrik yang mengalir hanya ke satu arah disebut arus searah (direct current, disingkat DC). Arus listrik yang lebih banyak dipakai orang ialah arus bolak – balik (alternating current, disingkat AC ).



Gambar 25. Rangkaian arus searah sederhana a. Hukum Ohm



Gambar 26. Hukum ohm :tegangan titik A dan B Dari gambar di atas, Beda potensial/tegangan antara titik A dan B sebanding dengan besar kuat arus dan sebanding dengan besar hambatan listrik. Hukum Ohm: Kuat arus yang melalui suatu konduktor ohm adalah sebanding (berbanding lurus) dengan beda potensial antara ujung-ujung konduktor asalkan suhu konduktor tetap.



1. Rangkaian Hambatan Seri Dan Paralel Komponen-komponen listrik seperti lampu, radio, TV, setrika dan sebagainya, dapat di rangkai (disusun) seri, parallel, atau gabungan seri dan parallel



Gambar 27. Lampu yang disusun seri dan parallel a. Rangkaian seri Pada rangkaian seri di atas , berlaku :



b. Rangkaian parallel



Pengaplikasian Listrik DC atau Bolak Balik Pemakaian listrik DC (arus searah) sebagai sumber tegangan banyak dipakai pada berbagai peralatan elektronik atau otomotif. Lap top, televisi, radio, tape recorder, kamera,dan peralatan lain sering menggunakan listrik DC sebagai power supplynya.