Arus Bolak Balik [PDF]

Citation preview

SMK Islam Ciawang - XII TKJ



ARUS BOLAK – BALIK A. PENGERTIAN ARUS LISTRIK BOLAK-BALIK 1. Membedakan Tegangan Ac Dan Teganga Dc Arus bolak-balik atau alternating current (AC) sangat berbeda dengan arus searah. Besarnya tegangan arus searah atau direct current (DC) selalu tetap terhadap waktu, sedangkan besarnya tegangan AC selalu berubah terhadap waktu. Tegangan pada listrik arus bolakbalik membentuk sinusoidal sedangkan tegangan pada listrik arus searah membentuk garis lurus. Perbedaan tegangan DC dan AC dapat kita amati dengan menggunakan alat ukur yang disebut osiloskop.



Pada tegangan AC terdapat tegangan puncak dan tegangan efektif. Tegangan puncak yaitu tegangan maksimal dari listrik AC sedangkan tegangan efektif yaitu tegangan yang terukur saat diukur dengan voltmeter. Hubungan matematis antara tegangan puncak atau tegangan max dengan tegangan efektif yaitu: V 𝑒𝑓𝑒𝑘𝑡𝑖𝑓 =



1 2



. 𝑉 𝑚𝑎𝑥



dan



𝑉 𝑚𝑎𝑥 = 2 . V efektif



2. Arus Dan Tegangan Sinusoidal



Sumber arus bolak-balik adalah generator ac yang dapat menghasilkan ggl induksi sebesar V = V maks . sin ωt



Pada rangkaian arus bolak-balik yang mempunyai hambatan R berlaku juga hukum Ohm. Dengan demikian



𝑖=



𝑉 𝐴𝐵 𝑅



=



𝑉𝑚 𝑠𝑖𝑛 𝜔 𝑡 𝑅



SMK Islam Ciawang - XII TKJ



Harga 𝑉𝑚 = 𝑖𝑚 R sehingga dapat di peroleh : i = im . sin . ωt



B. 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. 1. 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 masing-masing hambatan tersebut adalah : XL = ω . L



XC =



1 ω .C



XR = R



ω=2.π.f



XL = reaktansi induktif ( Ω ) XC = reaktansi kapasitif ( Ω ) XR = reaktansi resistantif ( Ω ) L = inductor (H, Henry ) C = kapasitor ( F, farad ) R = resistor ( Ω ) ω = kecepatan sudut (rad/s) f = frekuensi ( Hz ) Jika komponen tersebut dalam rangkaian seri seperti di atas, maka impedansinya adalah :



𝑍 = 𝑋𝑅2 + ( 𝑋𝐿 + 𝑋𝐶 )2 Z= impedansi ( Ω )



2. Tegangan Dan Arus Bolak – Balik Besarnya tegangan total pada rangkaian arus bolak – balik di atas yaitu:



SMK Islam Ciawang - XII TKJ



𝑉 = 𝑉𝑅2 + 𝑉𝐿 − 𝑉𝐶 )2



V = tegangan total ( volt ) VR = tegangan pada resistor (volt ) VL = tegangan pada inductor ( volt ) VC = tegangan pada kapasitor ( volt ) Rangkaian di atas merupakan rangkaian seri, sehingga besarnya arus yang mengalir pada rangkaian tersebut sama besar : I = IR = IL = IC



3. Hubungan Impedansi, Tegangan Dan Arus Bolak-Balik Secara matematis, hubungan hambatan, tegangan dan arus AC sama dengan pada arus DC berlaku hukum Ohm :



V=I.Z



VC = I . XC



VL = I . XL



VR = I . XR



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:



tan θ =



𝑋 𝐿 −𝑋 𝐶 𝑋𝑅



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



SMK Islam Ciawang - XII TKJ



XL = XC



𝑓𝑟 =



1 2𝜋



.



1 𝐿 .𝐶



fr = frekuensi resonansi ( Hz )



C. KAPASITOR DALAM RANGKAIAN ARUS BOLAK-BALIK 1. 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:



V = Vm.sin.ωt



dan



i = im . sin ( ωt + 90 )



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 90𝑜 atau ½ π , dengan tegangan ketinggalan oleh arus atau arus mendahului tegangan. Bila peristiwa tersebt dilukiskan dalam bentuk fasor, akan tampak seperti pada gambar 3. Reaktansi Kapasitif Hambatan yang timbul pada kapasitor yang dihubungkan dengan rangkaian arus bolak-balik disebut reaktansi kapasitif. Besarnya reaktansi kapasitif di rumuskan : XC =



1 𝜔𝐶



Karena ω = 2π f , maka :



XC =



1 2𝜋𝑓𝐶



Dengan : XC = reaksi kapasitif ( Ω ) ω = frekuensi sudut arus ac ( rad/ s) f = rekuensi arus AC ( Hz) C = kapasitas kapasitor ( Farad / F )



SMK Islam Ciawang - XII TKJ



D. 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 : P = i2ef . R = ief . VR Dalam hal ini VR adalah komponen tegangan yang sefase dengan arus, dengan demikian maka : P = V. i . cos θ Dengan: V = tegangan efektif i = kuat arus efektif θ = sudut fase antara V dan i besaran cos θ disebut factor daya pada rangkaian. Karena θ dapat berubah, maka daya rangkaian AC pun dapat berubah menurut besarnya sudut fase. Jika pada rangkaian hanya ada R, atau tidak ada L dan C, maka θ = 0 sehinggan cos θ = 1 . dalam keadaan itu , P = V . i E. PEMAKAIAN ARUS LISRIK AC 1. Transmisi Tenaga Listrik Listrik dari PLN yang kita pakai di rumah adalah listrik arus bolak-balik ( AC ) .Listrik bisa masuk ke rumah kita melalui suatu cara yang disebut transmisi tenaga listrik 2. Pemakaian Listrik Di Rumah Kita Arus listrik masuk ke rumah kita melalui kWh meter dan pembatas daya. Alat kWh meter berfungsi untuk mengatur banyaknya energy listrik yang digunakan, sedangkan pembatas daya berfungis untuk membatasi daya maksimum yang dapat di gunakan di rumah kita.