Rangkaian Arus Bolak- Balik dan Penerapannya

Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
1
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
Tidak semua hal yang penting dapat dihitung,
dan tidak semua hal yang dapat dihitung itu penting.
-Albert Einsten-
i
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
Kata Pengantar
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT. karena berkat
rahmat dan hidayah-Nya penulis telah menyelesaikan buku ini dengan judul
“Arus Bolak-Balik dan Penerapannya”. Buku ini ditulis untuk menjadi salah
satu referensi belajar siswa kelas 12 semester 2.
Dalam penyusunan buku ini penulis banyak mendapat bantuan dari
berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan
terima kasih kepada :
1.
2.
3.
Bapak Drs. Iyon Suyana, M.Si. selaku reviewer yang telah
memberikan bimbingan dan peninjauan dalam pembuatan buku ini;
Kepala Laboratorium Pendidikan Teknologi Dasar FPMIPA UPI yang
telah memberikan ijin eksperimen;
Kepala Laboratorium Elektronika FPMIPA UPI yang telah
memberikan ijin eksperimen;
Penulis sangat berharap buku ini dapat berguna dalam rangka
menambah wawasan serta pengetahuan kita. Penulis juga menyadari
sepenuhnya bahwa didalam buku terdapat kekurangan, baik dalam hal isi
maupun sistematika dan teknik penulisannya. Oleh sebab itu, penulis sangat
mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan buku ini.
Akhirnya semoga buku ini bisa memberikan manfaat bagi penulis dan bagi
pembaca. Aamiin.
Bandung, Januari 2016
Penyusun
ii
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
Daftar Isi
Kalimat Mutiara ................................................................................................ i
Kata Pengantar ................................................................................................. ii
Daftar Isi........................................................................................................... iii
Kompetensi Dasar ............................................................................................. 1
Capaian Pembelajaran ..................................................................................... 2
Peta Konsep ....................................................................................................... 3
Fakta .................................................................................................................. 4
Ticker Timer ................................................................................................... 5
Osiloskop ........................................................................................................ 7
Arus Bolak-Balik .............................................................................................. 8
Karakteristik Rangkaian RLC ...................................................................... 13
Rangkaian Resistif ........................................................................................ 15
Rangkaian Induktif ....................................................................................... 17
Rangkaian Kapasitif .................................................................................... 19
Resistor, Induktor, dan Kapasitor (RLC) .................................................... 21
Impedansi Rangkaian RLC ......................................................................... 24
Penerapan Arus Bolak-Balik ......................................................................... 26
Tuning Frekuensi pada Radio ..................................................................... 27
Alat Penghemat Listrik PLN ...................................................................... 28
Evaluasi ........................................................................................................... 30
Pilihan Ganda .............................................................................................. 30
Esai ............................................................................................................. 33
Glosarium ......................................................................................................... iv
Daftar Pustaka ................................................................................................. vi
iii
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
Kompetensi Dasar
1.1
Bertambah keimanannya dengan menyadari hubungan
keteraturan dan kompleksitas alam dan jagad raya terhadap
kebesaran Tuhan yang menciptakannya.
2.1
Menunjukkan perilaku ilmiah (memiliki rasa ingin tahu,
objektif, jujur, teliti, cermat, tekun, hati-hati, bertanggung
jawab,
terbuka,
kritis,
kreatif,
inovatif,
dan
lingkungan) dalam aktivitas sehari-hari sebagai
peduli
wujud
implementasi sikap dalam melakukan percobaan dan
berdiskusi.
3.8
Menganalisis rangkaian arus bolak - balik (AC) serta
penerapannya
4.8 Memecahkan masalah terkait rangkaian arus bolak-balik
(AC) dalam kehidupan sehari-hari
1
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
Capaian Pembelajaran
dengan membaca dan mempelajari buku ini, diharapkan :

Peserta didik dapat menguraikan proses terbentuknya arus bolak
balik dari generator AC

Peserta didik dapat menganalisis karakteristik tegangan dan arus
dari rangkaian resistif

Peserta didik dapat menganalisis karakteristik tegangan dan arus
dari rangkaian induktif

Peserta didik dapat menganalisis karakteristik tegangan dan arus
dari rangkaian kapasitif

Peserta didik dapat mendiagramkan rangkaian RLC dengan
diagram fasor

Peserta didik dapat merumuskan impedansi dari rangkaian RLC

Peserta didik dapat menyimpulkan sifat – sifat rangkaian RLC

Peserta didik dapat menerapkan rangkaian arus bolak-balik pada
alat penghemat listrik PLN

Peserta didik dapat mengaitkan rangkaian resonansi dengan
tuning frekuensi pada radio
2
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
Peta Konsep
Alat elektronik
Tuning Frekuensi
berupa
Aplikasi
memiliki
Impedans
i
memiliki
Resistif
Reaktansi
Induktif
Reaktansi
Kapasitif
bersifat
bersifat
bersifat
Resistor
Induktor
Kapasitor
mengalir
pada
mengalir
pada
Arus Bolak - Balik
3
mengalir
pada
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
4
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
-Ticker Timer menghasilkan 50 kali ketukan dalam satu
sekon-
gambar 1. Ticker Timer dengan kerangka luar
(gambar diambil di LPTD FPMIPA UPI pada tanggal 12 oktober 2015)
Gambar 2. Ticker Timer tanpa kerangka luar
5
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
1. Bagian-bagiannya adalah sebagai berikut :
a.
c.
d.
e.
Suatu besi yang dililiti kumparan berfungsi menghasilkan
elektromagnet untuk menggetarkan plat baja.
b. Magnet U berfungsi untuk menginduksi.
Tempat tinta (karbon) yang berfungsi sebagai tempat cetak
ketikan-ketikan pada kertas pita.
Plat baja yang berfungsi sebagai pengetik rekaman waktu pada
kertas karbon.
Kertas pita merupakan tempat hasil cetakan yang berupa titik-titik
yang berasal dari kertas karbon.
2. Prinsip Kerja Ticker Timer
a. Prinsip kerja ticker timer menggunakan aturan tangan kanan dan
induksi elektromagnet. Cara kerja ticker timer membentuk ketikan
berupa titik-titik pada pita ketik dengan selang waktu tetap.
b. Alat ini mempunyai sebuah plat baja yang dapat bergetar 50 kali
setiap sekonnya. Setiap kali bergetar plat baja ini akan membuat
sebuah tanda titik hitam pada kertas pita yang ditarik oleh benda
yang akan diamati geraknya.
c. Cara kerja ticker timer dengan menggunakan aturan tangan kanan,
ibu jari dijadikan sebagai arus, jari telunjuk sebagai induksi
magnetik, dan jari yang lain sebagai arah gaya. Pada ticker timer
kita menggunakan sumber tegangan (arus) dan akan menimbulkan
induksi magnetik serta dapat menunjukkan arah gaya pada saat
ticker timer tersebut bekerja.
d. Pada rangkaian ticker timer terdapat dua buah dioda dan frekuensi
listrik yang dipakai f = 50 Hz. Berarti tiap 1 detik terjadi 50
ketikan. Untuk 10 ketikan diperlukan waktu seperlima (0,2) sekon.
Alat ini dapat bekerja pada tegangan 6V dan 12V AC.
e. Pada dasarnya alat ini bekerja dari energi elektromagnetik yang
kemudian dapat menggerakkan plat baja menghasilkan ketikan
pada kertas karbon yang kemudian tercetak pada kertas pita.
6
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
-Display osiloskop menunjukan gelombang
sinusoidal-
gambar 3. Display Osiloskop
(gambar diambil pada 22 september 2014 di LE FPMIPA UPI)
Sebuah osiloskop merupakan alat berfungsi untuk menampilkan bentuk
gelombang. Alat ini sangat diperlukan untuk menguji rangkaian listrik maupun
rangkaian elektronik.
Pada osiloskop dapat membaca arus dan tegangan dari arus ac yang keduanya
ditampilkan dalam sebuah bentuk gelombang pada layar display dalam bentuk
gelombang sinusoidal.
Dari hasil pengujian tersebut, diketahui bahwa listrik yang mengalir di
rumah-rumah dari PLN adalah arus listrik bolak-balik yang berfase (fase).
7
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
8
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
Sadarkah kita bagaimana lampu dan peralatan rumah di dalam rumah kita
bisa bekerja? Dengan adanya arus listrik yang mengalir pada alat-alat rumah
tangga itu bukan? Lalu seperti apa arus listrik yang dialirkan kepada alat-alat
rumah tangga dan juga lampu-lampu yang ada di rumah kita? Jawabannya arus
yang mengalir ke rumah kita adalah arus yang dihasilkan oleh generator lalu
didistribusikan oleh Perusahaan Listrik Negara (PLN) ke rumah-rumah kita.
Arus listrik yang berasal dari PLN ini adalah arus bolak-balik atau disebut
dengan arus AC (alternating current). Arus listrik AC merupakan arus listrik
yang arahnya bolak-balik pada sebuah rangkian listrik yang dihasilkan oleh
generator AC.
Sekarang setelah arus bolak balik atau arus AC terbentuk dari generator
bagaimana arus ini bisa sampai ke rumah kita? Ternyata arus listrik ini
dilewatkan pada alat yang bernama transformator, yaitu alat yang dipergunakan
untuk menaikkan ataupun menurunkan tegangan arus AC.
Transmisi daya listrik jarak jauh yaitu pembangkit listrik biasanya
dibangun jauh dari pemukiman penduduk. Proses pengiriman daya listrik
kepada pelanggan yang jaraknya jauh disebut transmisi daya listrik jarak jauh.
Untuk menyalurkan energi listrik dari pembangkit listrik ke konsumen yang
jauh, tegangan yang dihasilkan generator pembangkit listrik perlu dinaikan
mencapai ratusan ribu volt. Untuk itu, diperlukan trafo step up. Tegangan tinggi
ditransmisikan melalui kabel jaringan listrik yang panjang menuju konsumen.
Sebelum masuk ke rumah-rumah konsumen tegangan listrik diturunkan
menggunakan trafo step down sehingga menghasilkan tegangan listrik 220 volt.
Transmisi jarak jauh ini dapat dilakukan dengan menggunakan tegangan besar
dan arus yang kecil. Dengan cara itu akan diperoleh beberapa keuntungan, yaitu
9
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
energi yang hilang dalam perjalanan dapat dikurangi dan kawat penghantar
yang diperlukan dapat lebih kecil serta harganya lebih murah.
Tenaga listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik besar dengan
tegangan dari 11 kv sampai 24 kv, kemudian dinaikan tegangannya oleh gardu
induk dengan transformator step up hingga tegangannya mencapai 70 kv, 220
kv, atau 500 kv yang kemudian disalurkan melalui saluran transmisi. Tujuan
menaikan tegangan ialah untuk kerugian daya listrik pada saluran transmisi,
dimana dalam hal ini dengan daya yang sama bila nilai tegangannya diperbesar,
maka arus yang mengalir semakin kecil sehingga kerugian daya juga akan
diperkecil. Kerugian daya sebanding dengan kuadrat arus yang mengalir.
Transformator sederhana terdiri atas dua kumparan kawat, yaitu kumparan
primer dan kumparan sekunder. Kumparan tersebut dililitkan pada inti besi,
seperti gambar di bawah ini:
gambar 4. Sketsa Transformator
Ada saat arus bolak-balik melalui kumparan primer, kumparan dan inti
besi tersebut menjadi bersifat magnet. Karena arusnya berubah-ubah (arus
bolak-balik), maka medan magnet yang dihasilkan juga berubah. Perubahan
medan magnet ini menghasilkan arus induksi pada kumparan sekunder. Arus
induksi yang terjadi pada kumparan sekunder menunjukkan bahwa pada ujung-
10
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
ujung kumparan sekunder terdapat beda potensial. Jika beda potensial pada
kumparan sekunder lebih besar daripada beda potensial kumparan primer, maka
transformator tersebut merupakan transformator penaik tegangan (step up).
Sebaliknya jika beda potensial kumparan sekunder lebih kecil daripada beda
potensial
kumparan
primer,
maka
transformator
tersebut
merupakan
transformator penurun tegangan (step down). Besar beda potensial pada
kumparan sekunder bergantung pada jumlah lilitan kumparan sekunder
dibandingkan dengan jumlah lilitan pada kumparan primer. Jika jumlah lilitan
pada kumparan sekunder semakin banyak, maka beda potensial pada kumparan
sekunder juga semakin besar. Sebaliknya jika jumlah lilitan pada kumparan
sekunder semakin sedikit, maka beda potensial pada kumparan sekunder juga
semakin kecil. Secara matematis hubungan antara jumlah lilitan dengan beda
potensial pada kumparan transformator dapat dirumuskan :
……………………………….. (1)
Di bawah ini terdapat gambaran bagaimana listrik dari pembangkit dapat
sampai ke rumah-rumah :
gambar 5. Distribusi Listrik Hingga ke Rumah-rumah
(gambar diambil dari ilmulistrik.com)
11
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
Dari uraian di atas dapat kita ketahui bahwa listrik di rumah kita
merupakan listrik AC yang memiliki tegangan 220 volt. Hal tersebut dapat
dibuktikan
dengan
mencolokkan
kabel
ke
stop
contact,
kita tidak
memperhatikan polaritasnya karena pada arus AC polaritasnya berubah-ubah.
Sehingga, arus dan tegangannya berubah terhadap waktu. Melalui osiloskop,
kita dapat mengetahui bahwa tegangan berubah terhadap waktu dengan
ditunjukkan oleh bentuk gelombangnya yang sinusoidal.
Gelombang sinusoidal menyatakan bahwa arus dan tegangan listrik bolak –
balik, arahnya selalu berubah-ubah secara kontinu/periodik terhadap waktu.
Sering kali kita mendengar bahwa frekuensi PLN adalah 50 Hz. Apabila kita
sudah memahami apa itu arus bolak-balik maka kita dapat mengetahui apa
maksudnya. Jika pergantian kutub terjadi 80 kali dalam satu detik, maka dapat
dikatakan frekuensi sumber AC tersebut adalah 80 Hz, berarti untuk frekuensi
50 Hz sumber AC tersebut terjadi pergantian kutub sebanyak 50 kali dalam
satu detik.
12
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
13
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
Arus dan tegangan bolak-balik dapat kita nyatakan sebagai
fungsi sinus waktu :
………………………………………….. (2)
………………………………………… (3)
Dengan
dan
menyatakan nilai maksimum dari arus
dan tegangan. Gelombang sinusoidal memiliki frekuensi yang sama
dan memiliki perbedaan fase yang menyatakan perbedaan sudut di
antara keduanya. Terdapat istilah mendahului, tertinggal, sefase, dan
beda fase yang digunakan untuk menunjukkan hubungan antara satu
gelombang dengan gelombang yang lainnya melalui persamaan umum
gelombang. Dalam hal ini kita nyatakan perbedaan sudut atau fase
gelombangnya dengan cara grafis menggunakan domain ruang atau
diagram fasor. Diagram fasor merupakan diagram yang menyatakan
suatu besaran dengan vektor.
Fasor berasal dari bahasa Inggris phasor (fasa vector atau
vektor fase). Fasor itu sendiri merupakan suatu garis yang diproyeksi
melalui nilai sumbu vertikal pada gelombang sinus. Proyeksi vertikal
dari garis ini adalah
vertikalnya adalah
, dengan
dan proyeksi
. Jika kita memberi simbol V pada
proyeksi vertikalnya, maka diperoleh persamaan
yaitu persamaan untuk suatu tegangan sinusoidal. Apabila fasor
memiliki panjang sebesar
gelombang tersebut menunjukkan nilai
tegangan. Namun, bila fasor memiliki panjang sebesar I m, gelombang
14
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
tersebut menunjukkan nilai arus, maka untuk persamaan arus
…………………………………………………… (4)
…………………………………………………… (5)
a.
Rangkaian Resistif
gambar 6. Rangkaian Resistif
keterangan :
= Hambatan / Resistor (bersifat resistif)
= Sumber tegangan bolak-balik
15
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
Gambar diatas merupakan rangkaian AC yang mengandung
resistor murni dengan hambatan listrik sebesar R. Rangkaian ini
dinamakan rangkaian resistif yang dialiri arus AC. Besar
tegangan pada arus hambatan berubah-ubah secara sinusoidal,
demikian juga dengan kuat arusnya. Antara kuat arus dan
tegangan tidak ada perbedaan fase, artinya pada saat tegangan
maksimum, kuat arusnya juga mencapai harga maksimum.
Sehingga untuk rangkaian resistor (resistif) tegangan pada
resistor
sama dengan tegangan sumber V, yaitu :
………………………………………………... (6)
;
Grafik dan diagram fasor untuk rangkaian resistat arus bolakbalik adalah sebagai berikut:
gambar 7. Grafik Rangkaian Resistif
16
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
V
V
m
i
im
gambar 8. Diagram Fasor Rangkaian Resistif
b. Rangkaian Induktif
gambar 9. Rangkaian Induktif
keterangan :
= Kumparan / Induktor (bersifat induktif)
= Sumber tegangan bolak-balik
Kumparan kawat yang dililitkan pada inti besi yang
memiliki hambatan kawat nol merupakan sebuah induktor.
Gambar diatas merupakan induktor yang dialiri arus AC,
rangkaian tersebut dinamakan rangkaian induktif yang akan
muncul hambatan pada induktor. Menurut Lenz, jika induktor
tersebut dialiri arus bolak-balik maka akan terjadi perubahan
fluks magnetik yang menimbulkan GGL induksi akan
melawan dan menahan arus yang datang, sehingga muncul
hambatan pada induktor. GGL induksi pada kumparan
17
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
sebanding dengan laju kenaikan arus masuk, dengan
konstanta pembandingnya adalah nilai induktansi diri (L).
……………………………………… (6)
Tegangan pada induktor sama dengan tegangan pada
sumber AC dimana
sehingga :
…………………………………….. (7)
18
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
Dari persamaan tersebut, tampak bahwa pada rangkaian
induktif ini terdapat beda fase antara arus dan tegangan, yaitu
sebesar sudut fase sebesar
. Sehingga grafik dan diagram
fasor untuk rangkaian induktif ini adalah :
gambar 10. Grafik dan Diagram Fasor Rangkaian Induktif
V
m
Im
gambar 11. Grafik dan Diagram Fasor Rangkaian Induktif
c. Rangkaian Kapasitif
gambar 12. Rangkaian Kapasitif
keterangan :
= Kapasitor (bersifat kapasitif)
= Sumber tegangan bolak-balik
19
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
Gambar diatas merupakan rangkaian arus yang hanya
mengandung kapasitor murni dengan kapasitas sebesar C,
dialiri arus bolak-balik maka pada kapasitor tersebut akan
timbul resistansi semu atau disebut juga dengan istilah
reaktansi kapasitif.
Ketika kapasitor dialiri arus DC terjadi aliran arus yang
berkurang secara eksponensial terhadap waktu, maka plat
akan terisi hingga memiliki tegangan yang sama dengan
sumber tegangan pada rangkaian tersebut. Namun, berbeda
halnya ketika kapasitor dialiri arus AC, dalam hal ini terjadi
beda potensial yang berubah sehingga arus tetap mengalis.
Tegangan pada kapasitor pada rangkaian ini sama dengan
tegangan pada sumber AC,
, sehingga
muatan listrik (Q) dapat disimpan oleh sebuah kapasitor
dengan kapasitas C adalah
20
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
…………………………………………. (8)
Dari persamaan tegangan dan arus diatas, maka grafik
dan diagram fasor untuk rangkaian kapasitor murni yang
dialiri arus AC ini adalah
gambar 13. Grafik Rangkaian Kapasitif
Im
Vm
gambar 14. Diagram Fasor Rangkaian Kapasitif
d.
Resistor, Induktor, dan Kapasitor (RLC)
Setelah membahas mengenai arus dan tegangan pada
setiap rangkaian dari rangkaian resistif, induktif, dan kapasitif
21
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
maka kita dapat merangkai ketiganya sebagai rangkaian seri
dengan menggunakan rangkaian arus AC, seperti ditunjukkan
pada rangkaian dibawah ini :
gambar 15. Rangkaian RLC
Komponen listrik yang dipasang seri memiliki arus yang
sama yaitu
jika kita ubah dalam bentuk
eksponensial maka persamaannya menjadi
.
Namun, untuk tegangan pada setiap komponen tersebut
berbeda tetapi tegangan ketiga komponen harus sama dengan
tegangan sumber arusnya.
Pada Resistor (R) :
Pada Induktor (L) :
Pada Kapasitor (C) :
22
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
Sehingga didapat :
dimana,
…………………………….. (9)
Z : Impedansi
Sehingga, diagram fasor untuk RLC adalah :
VL
VR
VC
gambar 16. Diagram Fasor Rangkaian RLC
VL
V
VL - VC
V
m
V
gambar 17. Diagram
Fasor Rangkaian RLC
R
C
23
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
e.
Impedansi Rangkaian RLC
Efek hambatan total yang dilakukan oleh resistor
induktor
, dan kapasitor
,
dalam rangkaian arus bolak-
balik dapat kita gantikan dengan sebuah hambatan pengganti
yang kita sebut dengan impedansi
rangkaian RLC.
……………………………………………. (10)
Sifat rangkaian RLC dapat digolongkan berdasarkan
perbedaan reaktansi induktif, kapasitif, dan resistif, atau
resonansi :
1.
Rangkaian bersifat induktif jika
yaitu
2.
tertinggal
dari
tegangan
Rangkaian bersifat kapasitif jika
yaitu
3.
arus
atau
arus
mendahului
sebesar
atau
tegangan
Rangkaian bersifat resistif atau resonansi jika
atau
yaitu arus sefase dengan tegangan.
24
sebesar
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
Frekuensi
sumber
yang
menyebabkan
terjadinya
resonansi disebut frekuensi resonansi dan besarnya dapat
ditentukan sebagai berikut :
…………………………………………. (11)
……………………………………(12)
Saat terjadinya resonansi berlaku impedanasi rangkaian
bernilai minimum
maksimum
dan kuat arus rangkaian bernilai
.
Gambar 18. grafik rangkaian RLC
25
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
26
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
-Rangkaian Resonansi dan Pemanfatannya
untuk Tuning Frekuensi pada RadioRangkaian RLC akan beresonansi dengan suatu cara yang sama yaitu
sebagai Rangkaian LC, bersamaan dengan terbentuknya osilator harmonik.
Pada tiap-tiap osilasi akan menyebabkan sirkuit menjadi mati dari waktu
ke waktu apabila tidak seterusnya dijalani dengan sumber. Hal inilah yang
menjadi perbedaan dan terlihat pada resistor. Reaksi ini yang disebut
sebagai redaman.
Pada penggunaan arus AC untuk sebuah rangkaian RLC yang seri,
akan menyebabkan arus listrik dapat hambatan dari R, L, dan C. Impedansi
(Z) adalah nama dari hambatan yang terjadi tersebut. Bila ditelaah lebih
lanjut, penggabungan dengan cara vektor antara R, XL, dan XC itu yang
disebut dengan impedansi dan besarannya diketahui dengan satuan Z
tersebut.
Untuk sirkuit yang terdapat pada gambar 14 ini terdapat berbagai
macam jenis dari RLC. Hal ini menyebabkan rangkaian RLC adalah jenis
yang paling banyak dipakai diantara banyaknya jenis rangkaian osilator.
Pada televisi ataupun radio, terdapat alat penerima yang disebut tuning.
Rangkaian tuning ini sangat penting, karena penggunaannya yang untuk
memilih rentang dari frekuensi sempit pada gelombang radio.
gambar 17. Tuning pada Radio
27
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
-Alat Penghemat Listrik PLNRangkaian Penghemat Listrik adalah suatu rangkaian yang dibuat atau
dirancang dengan tujuan untuk menghemat penggunaan daya pada alat
elektronik. Rangkaian ini sering digunakan dalam pembuatan stabilizer.
Produk – Produk tersebut memiliki rancangan yang akan memanipulasi
dan mengatur pemakaian listrik untuk menjalankan perangkat elektronik.
Rangkaian yang diaplikasikan dengan metode yang sedemikian rupa ini
juga bersifat fleksibel karena dapat pula diterapkan dalam perancangan
rangkaian listrik di perumahan.
gambar 18. Bagian Dalam Alat Penghemat Listrik
Tidak ada rangkaian khusus di dalam alat ini. Hanya sebuah kapasitor
dengan kapasitas 10µf saja dengan kemampuan tegangan kerja hingga
400V.
Pada saat setiap perangkat elektronik dinyalakan selalu terdapat
lonjakan tegangan sementara / cosinus pada arus listrik AC meningkat
besarannya dan ini bisa terbaca di alat ukur Voltmeter. Lonjakan inilah -
28
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
yang jika bisa direduksi/diturunkan maka akan cukup berpengaruh
terhadap pemakaian listrik dan komponen yang bisa mengurangi tejadinya
peak pada cosinus arus listrik ini adalah kapasitor yaitu dengan cara
memfilternya terlebih dahulu.
Gambar 19. Rangkaian Alat Penghemat Listrik
Rangkaian Penghemat Listrik akan bekerja secara optimal jika komponen yang
digunakan terutama kapasitor dapat berfungsi secara efektif dan efisien.
29
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
Evaluasi
I. Jawablah pertanyaan berikut dengan memilih jawaban yang dianggap
paling benar!
1.
Suatu rangkaian seri R, L, dan C dihubungkan dengan tegangan bolakbalik. Apabila induktansi 1/25π2 H dan kapasitas kapasitor 25 μF, maka
resonansi rangkaian terjadi pada frekuensi … .
A.
B.
C.
D.
E.
2.
0,5 kHz
1,0 kHz
2,0 kHz
2,5 kHz
7,5 kHz
Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut!
R=
60 Ω
XL =
60 Ω
XC =
60 Ω
Jika tegangan maksimum sumber arus bolak-balik = 200 V, maka
besar kuat arus maksimum yang mengalir pada rangkaian adalah … .
A.
B.
C.
D.
E.
1,5 A
2,0 A
3,5 A
4,0 A
5,0 A
30
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
3.
Perhatikan gambar rangkaian RLC berikut!
500 Ω
8H
5 μF
V = 50 sin 100t v
Besar impedansi pada rangkaian tersebut adalah … .
A.
B.
C.
D.
E.
4.
1600 Ω
1500 Ω
1300 Ω
800 Ω
600 Ω
Rangkaian seri pada gambar di bawah memiliki impedansi minimum
jika R = 100 Ω, L = 0,1 H dan C = 10−3π−2 F.
Frekuensi tegangan bolak-balik yang terpasang adalah … .
A. 10π Hz
B. 25π Hz
C. 50 Hz
D. 100 Hz
E. 150 Hz
5.
Rangkaian R–L–C disusun seperti gambar di bawah ini
31
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
Grafik gelombang sinus yang dihasilkan jika XL > XC adalah ... .
A.
B.
C.
D.
E.
32
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
II. Jawablah pertanyaan berikut dengan benar!
1. Diberikan sebuah gambar rangkaian listrik arus bolak-balik yang terdiri
sebuah resistor (R), sebuah induktor (L), sebuah kapasitor (C) dan
sebuah sumber listrik arus bolak-balik.
8Ω
A
800 μF
32 mH
B
C
D
V = 120 sin (125)t volt
Tentukan :
A. Nilai frekuensi sudut sumber listrik
B. Nilai frekuensi sumber listrik
C. Nilai periode sumber listrik
D. Nilai tegangan maksimum sumber listrik
E. Nilai tegangan antara titik A dan B
F.
Nilai tegangan antara titik B dan C
G. Nilai tegangan antara titik C dan D
H. Nilai tegangan antara titik A dan C
I.
Nilai tegangan antara titik B dan D
J.
Nilai tegangan antara titik A dan D
33
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
Glosarium
Arus listrik
: banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari
pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu
titik dalam rangkaian listrik tiap satuan waktu.
Fase
: pergeseran periode waktu arus bolak-balik dari posisi
baris nol.
Frekuensi
: jumlah getaran yang terjadi dalam waktu satu detik
atau banyaknya gelombang/getaran listrik yang
dihasilkan tiap detik.
Gelombang sinusoidal : gelombang yang berbentuk fungsi sinus seperti yang
digunakan dalam trigonometri.
Generator
: suatu alat yang dapat mengubah tenaga mekanik
menjadi energi listrik.
GGL induksi
: beda potensial yang terjadi pada ujung-ujung
kumparan karena pengaruh induksi elektromagnetik.
Impedansi
: hambatan total dari resistor, induktor dan kapasitor
yang dihbungkan pada tegangan bolak-balik
Osilator
: suatu rangkaian yang menghasilkan keluaran yang
amplitudonya berubah-ubah secara periodik dengan
waktu
Peak
: tegangan puncak gelombang
Rangkaian Induktif
: rangkaian yg hanya terdiri atas induktor (kumparan)
dengan mengabaikan hambatan pada kawat kumparan.
Rangkaian Kapasitif
: rangkaian yg hanya terdiri atas kapasitor dengan
mengabaikan hambatan pada kawat kumparan.
Rangkaian Resistif
: rangkaian yang hanya mengandung hambatan (R) saja.
iv
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
Resonansi
: proses bergetarnya suatu benda dikarenakan ada benda
lain yang bergetar, hal ini terjadi karena suatu benda
bergetar pada frekuensi yang sama dengan frekuensi
benda yang terpengaruhi.
Stabilizer
: alat untuk menjaga agar tegangan arus listrik pada
instalasi listrik tetap normal atau tetap stabil.
Stop contact
: sebuah alat pemutus ketika terjadi kontak antara arus
positif, arus negatif dan grounding pada instalasi listrik.
v
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
Daftar Pustaka
Silabus Mata Pelajaran Fisika Kelas XIII Kurikulum 2013. Jakarta :
Kementerian Pendidikan Dasar dan Menengah dan Kebudayaan.
Setijasa, Hery. (2013). Proses dan Sistem Penyaluran Tenaga Listrik oleh
PT.PLN (Persero). RBITH, 9 (1), hlm. 19 – 27.
Kanginan, Marthen. (2007). Fisika untuk SMA kelas XII. Jakarta: Penerbit
Erlangga.
Halliday dan Resnick. (1991). Fisika Jilid 2 (Terjemahan). Jakarta:
Penerbit Erlangga.
Sutrisno. (1986). Elektronika Teori dan Penerapannya. Bandung ; Penerbit
ITB.
Onny. Prinsip Kerja Generator AC. [Online] Tersedia di : http://artikelteknologi.com/prinsip-kerja-generator-ac/2/. [diakses 16 September
2015].
Editor Rangkaian Elektronika. Fungsi Trafo. [Online] Tersedia di :
http://rangkaianelektronika.info/fungsi-trafo/. [diakses 16 September
2015].
Admin Bsierad. (2015). Sistem Grounding Listrik Rumah. [Online]
Tersedia
di
:
http://www.bsierad.com/sistem-grounding-listrik-
rumah/. [diakses 16 September 2015].
Ridwan, Kausar. (2014). Stopwatch dan Alat Ukur Waktu Lainnya.
[Online]
Tersedia
di
http://kausarmugoe.blogspot.co.id/2014/11/stopwatch-dan-alat-ukurwaktu-lainnya.html. [diakses 15 Oktober 2015].
vi
:
Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya
Fatma.
Rangkaian
RLC.
[Online]
Tersedia
di
:
http://elektronikadasar.info/rangkaian-rlc.htm. [diakses 15 Oktober
2015].
Admin Komponenelektronika.biz. (2014). Rangkaian Penghemat Listrik.
[Online[ Tersedia di : http://komponenelektronika.biz/rangkaianpenghemat-listrik.html. [diakses 15 Oktober 2015].
vii