ARUS dan TEGANGAN LISTRIK BOLAK-BALIK

ARUS
dan TEGANGAN LISTRIK
BOLAK-BALIK
7.8.b
Tegangan dan arus bolak-balik yaitu arus maupun tegangan listrik yang besar dan arahnya selalu
berubah. Tranmisi arus listrik dari sumber instalasi listrik ke pelanggan( ke rumah-rumah pen-duduk
maupun ke pusat industri) menggunakan sistem tegangan arus bolak-balik. Sistem ini le-bih tepat guna ,
oleh karena sebagian besar piranti elektronik menggunaka trafo sebagai sitem power suplaynya. Secara
teknis tranmisi arus AC terdapat beberapa kerugian energi, akibat sifat hamababatan penghantarnya,
namun ini tetap dilakukan mengingat hal tersebut di atas.
A. Identifikasi arus dan tegagan bolak-balik
a. Persamaan Tegangan Bolak-balik
V
Vm
t
V = Vm.sin  .t
b. Diagram fasor
Suatu cara menyatakan hubungan su-dut fase dengan sebuah vector.
V
Vm
V
Vm
t
c. Nilai efektif
 Tegangan Efektif:
Vef =
Vm
Ief =
Im
2
 Arus efektif:
d. Alat Ukur Arus dan Tegangan AC
o Osciloskoop : mengukur nilai maksimum
o AVO-meter : mengukur niali efektif
B. Rangkaian Arus Bolak-balik
a. Resistor dalam rangkaian AC
R
V
Vm
V I
t
2
Fasornya :
V
Vm
I
Im
Resistif murni ( R)
Kuat arusnya sefase dengan tegangan,
sbb:
V= Vm.sin .t
V
I = m .sin .t
R
I = Im .sin .t
b. Induktor dalam rangkaian AC
L
I
V
Resistansi induktif ( XL)
Sifat Induktor dalam arus bolak-balik memberikan hamabatan yang sangat besar. Yang dirumuskan :
XL = .L
XL = 2  . f .L ….. (  )
Sehingga berlaku :
V = Vm sin .t
V
I = m . sin (  t – 90o)
XL
I = Im. sin (  t – 90o
Dalam hal ini dikatakan tegangan menda-hului kuat arus dengan beda fase 90o
c. Kapasitor dalam rangkaian AC
V
Resistansi kapasitif ( XC)
I
Sifat kapasitor dalam rangkaian arus bolk-balik memberikan hambatan yang sangat kecil., yang
dirumuskan :
1
1
XC =
=
.C 2. . f .C
Sehingga berlaku :
V = Vm sin .t
I=
Vm
. sin .(.t  90 o )
XC
I = Im.Sin ( .t  90 o )
Dikatakan kuat arus mendahului tegangan dengan beda fase 90o
d. RLC seri dalam rangkaian AC
 Rangkaian RL
C
B
A
L
R
V
1) Impedanzi rangkaian (Z)
Hambatan yang ditimbulkan akibat kombinasi dari Resistor dangan inductor disebut
inpedanzi,yang satuannya dalam Ohm.
Z
XL
R
Z=
R2  X L
 = ctan.
2
XL
R
2) Hubungan Tegangan :
VAC =
(V AB ) 2  (VBC ) 2
V=
Maka berlaku :
(VR ) 2  (VL ) 2
VZ = (Vm )Z.sin ( .t -  )
(V )
IZ = m Z .sin ( .t   )
Z
 Rangkaian RC
1) Inpedanzi rangkaian ( Z)
R
Z=
R2  X C
 = ctan
2
Xc
R
2) Hubungan Tegangan
VZ =
Maka berlaku :
VR  VC
2
2
VZ = (Vm)z. sin ( .t   )
(V )
IZ = m Z . sin .(.t   )
Z
 Rangakaian RLC
R
XL
XC
VR
VL
VC
V
1) Impedanzi rangkaian
XL
Z
(XL-XC)
R
XC
Z=
R2  ( X L  X C )2
 = arc.tan
(X L  XC )
R
2) Hubungan Tegangan :
V = VR2  (VL  VC ) 2
e. Rangkaian resonansi
Dalam rangkaian RLC seri, akan ber-sifat resistif, bila :
XL= XC
Sehingga :
Z=R
V
I=
R
Dalam keadaan seperti ini akan terjadi resonansi seri, dengan frekuensi sebesar :
fr =
1
2
LC
Keterangan :
f r = frekuensi resonansi ( Hz)
L = induktansi diri (H)
C = kapasitas kapasitor ( F )
Aflikasi rangkaian resonansi seri :
o Pada rangkaian penala (pen-cari gelombang ) pada pesawat penerima radio
CATATAN :
Rangkaian seri RLC akan bersifat :
o Reaktansi kapasitif ,bila XC  XL
o Reaktansi Induktif, bila XL  XC
o Reaktansi resistif, bila XL = XC
C. Daya Listrik pada rangkaian AC
Pada rangkaian arus bolak –balik,tselalu terjadi perbedaan fase antara arus dengan tegangannya..
Dengan demikian daya sesunguhnyadapat ditentukan dengan perumusan berikut :
1
P  Vm .I m. .con
2
Oleh karena : Vm = Vef. 2 dan
Im = Ief. 2
Maka :
P  Ve. f .I e. f cos 
Keterangan :
P = daya listrik ( W)
Vef = tegangan efektif ( V)
Ief = kuat arus efektif ( A)
Cos  = factor daya
 sudut fase.