Arus Listrik Bolak-Balik Pengertian Arus bolak-balik Arus bolak-balik (AC/alternating current) adalah arus listrik dimana besarnya dan arahnya arus
berubah-ubah secara bolak-balik. Berbeda dengan arus searah dimana searah dimana arah arus yang mengalir tidak berubah-ubah dengan waktu. Bentuk gelombang dari listrik arus bolak-balik biasanya berbentuk gelombang sinusoida, karena ini yang memungkinkan pengaliran energi yang paling efisien. amun dalam aplikasi-aplikasi spesifik yang lain, bentuk gelombang lain pun dapat digunakan, misalnya bentuk gelombang segitiga (triangular wa!e) atau bentuk gelombang segi empat (s"uare wa!e). #ecara umum, listrik bolak-balik berarti penyaluran listrik dari listrik dari sumbernya (misalnya $%) ke kantorkantor atau rumah-rumah penduduk. amun ada pula contoh lain seperti sinyalsinyal radio sinyal radio atau atau audio yang audio yang disalurkan melalui kabel, yang &uga merupakan listrik arus bolak-balik. 'i dalam aplikasi-aplikasi ini, tu&uan utama yang paling penting adalah pengambilan informasi yang termodulasi atau terkode di dalam sinyal arus bolak-balik tersebut.
Nilai Effektif dan Maksimum Pernahkah anda melihat osciloskop ? Pernahkah anda mengoperasikan mengope rasikan osciloskop? Bagaimana cara membaca grafik gelombang yang dihasilkan dari osciloskop ? Dari mana asal sumber tegangan Bolak-balik tersebut ? Apa yang terjadi dengan arus dan tegangan listrik jika komponen resistor, induktor dan kapasitor dihubungkan dengan sumber tegangan AC ? Apa yang dimaksud dengan resonansi pada rangkaian R--C R--C ? Anda akan bisa menja!ab pertanyaan-pernyataan pertanyaan-pernyataan tersebut setelah mempelajari materi berikut ini yaitu " #$ %ilai %ilai effekt effektif if dan dan %ilai %ilai maksi maksimum mum &$ Resis Resistor tor dalam dalam rang rangkai kaian an AC AC '$ (ndukt (nduktor or dala dalam m rang rangkai kaian an AC AC )$ *apas *apasito itorr dalam dalam rang rangkai kaian an AC +$ Rangk Rangkaia aian n seri Resi Resisto storr dan (ndukt (nduktor or $ Rangkaia Rangkaian n seri seri Resistor Resistor dan *apasit *apasitor or $ Rangkaia Rangkaian n seri Resist Resistor or,, (nduktor (nduktor dan *apasit *apasitor or .elah .elah diurai pada materi sebelumnya / Pada pembahasan (nduksi elektromagnetik 0 tentang generator , dan generator inilah yang merupakan sumber arus dari arus AC , atau yang disebut dengan generator arus bolak-balik$ 1enerator arus bolak-balik terdiri atas sebuah kumparan persegi panjang yang diputar dalam medan magnet homogen$ 1aya gerak listrik yang dihasilkan adalah"
atau dengan "
Pada rangkaian tegangan bolak-balik selalu didapatkan beda tegangan ataupun arus listrik yang berubah secara periodik$ 2leh karena dalam keperluan praktis diperlukan besaran listrik yang mempunyai harga tetap , maka dalam tegangan bolak-balik harga tersebut dinamakan dengan harga efektif$ 3arga efektif arus dan tegangan bolak-balik adalah kuat arus dan tegangan bolak-balik yang dianggap setara dengan arus atau tegangan searah yang menghasilkan jumlah kalor yang sama ketika melalui suatu penghantar dalam !aktu yang sama$
4isalkan ada sebuah penghantar yang mempunyai hambatan r dialiri arus bo lak-balik dalam !aktu setengah periode / 5 .0 maka"
3ubungan antara arus effektif dan arus maksimum dapat ditentukan dengan sebuah rumus "
Demikian juga dengan nilai tegangan effektif dan nilai persamaan "
tegangannya maka terdapat tegangan maksimum dengan
Ada besaran-besaran lain yang penting yang terdapat pada pembahasan Arus dan .egangan AC , yakni " #$ 6rekuensi f /370 arus bolak-balik, frekuensi sudut dihubungkan oleh persamaan berikut "
/rad8s0 dan Periode .,
karena
&$ 6ase, beda fase, terlambat dan mendahului 9ika kuat arus i# : ; ketika t : ; maka dapat ditulis arus ini memiliki frekuensi sudut,
$ Arus lain
$ *edua
, dan amplitudo, (m, yang sama, tetapi
berbeda fase
dan
$
*edua arus ini berbeda fase sebesar
/rad0 dimana, i&mendahului i# dengan
sudut , atau i# terlambat terhadap i& dengan sudut $ Dua besaran bolakbalik yang berbeda, misalnya arus dan tegangan dapat juga berbeda fase ketika nilai keduanya berubah dengan frekuensi sama$ '$ %ilai rata-rata besaran arus dan tegangan pada AC mempunyai nilai sama dengan nol karena grafik fungsi sinus untuk besaran keduanya adalah simetris terhadap sumbu !aktu$ *arena arus dan tegangan rata-rata sama dengan nol , maka dalam AC nilai rata-rata tidak berarti$ Arus atau tegangan AC yang diukur oleh alat ukur AC bukanlah harga rata-rata tetapi harga effektifya$ )$ Besaran-besaran yang ada di AC apabila diukur dengan menggunakan Amperemeter,
•
•
memperoleh nilai maksimummya$ =ebuah 2sciloskop diatur skala penguat
8cm dan !aktu hori7ontalnya pada #; milisekon8 cm$ *etika suatu sumber tegangan AC memberikan sinyal pada layar osciloskop seperti tampak pada gambar berikut " =kala 8 cm$ =edangkan skala hori7ontal : skala !aktu : #; ms8cm Pada grafik tampak bah!a jarak antara puncak atas ke puncak ba!ah adalah cm , berarti tegangan puncak ke puncak : ) : &)
dihitung
: #8@; $ #;-' sekon : #&,+ 37
Induktor dalam rangkaian AC (nduktor berfungsi sebagai" #$ tempat terjadinya gaya magnet &$ pelipat tegangan '$ pembangkit getaran Berdasarkan kegunaannya (nduktor bekerja pada" #$ frekuensi tinggi pada spul antena dan osilator &$ frekuensi menengah pada spul 46 '$ frekuensi rendah pada trafo input, trafo output, spul speaker, trafo tenaga, spul relay dan spul penyaring .erjadinya 4edan 4agnet (nduktansi Bolak-balik Bila dua kumparan ditempatkan berdekatan satu sama lain dan salah satu kumparan / #0 diberi arus listrik AC, pada # akan terjadi fluks magnet$ 6luk magnet ini akan melalui kumparan kedua / &0 dan akan membangkitkan emf / elektro motori
(nduktor terhubung sumber tegangan AC Perla!anan yang diberikan kumparan tersebut dinamakan reaktansi induktif$ Reaktansi (nduktif ini diberi simbol dalam satuan 2hm$ *eterangan " adalah '$#) 6 adalah frek!ensi arus bolak-balik / 370 % *+f% adalah (nduktansi / 3enry 0 adalah kecepatan sudut / &f0 adalah reaktansi induktif / E 0 Pengisian (nduktor
Bila kita mengalirkan arus listrik (, maka terjadilah garis-garis gaya magnet $ Bila kita mengalirkan arus melalui spul atau coil / kumparan 0 yang dibuat dari kabel yang digulung,a akan terjadi garis-garis gaya dalam arah sama membangkitkan medan magnet$ *ekuatan medan magnet sama dengan jumlah garis-garis gaya magnet dan berbanding lurus dengan hasil kali dari jumlah gulungan dalam kumparan dan arus listrik yang melalui kumparan tersebut$ Contoh rangkaian "
Rangkaian Pengisian (nduktasi dengan tegangan DC Bila arus bolak F balik mengalir pada induktor, maka akan timbul gaya gerak listrik /ggl0 induksi 3al ini berarti antara arus dan tegangan berbeda fase sebesar G 8& : H; ; dan arus tertinggal /lag0 dari tegangan sebesar H; ;$ &Gf merupakan perla!anan terhadap aliran arus
Rangkaian Pengisian (nduktasi dengan tegangan AC Pengosongan (nduktor Bila arus listrik l sudah memenuhi lilitan , maka terjadilah arus akan bergerak berla!anan arah dengan proses pengisian sehingga pembangkitan medan magnet dengan garis gaya magnet yang sama akan menjalankan fungsi dari lilitan tersebut makin tinggi nilai / induktansi0 yang dihasilkan maka makin lama proses pengosongannya$
Rangkaian Pengosongan (nduktasi 1rafik Arus Pengisian dan Pengosongan *eterangan " t adalah !aktu pengisian / detik 0 adalah induktansi / 3enri 0 R adalah hambatan /I0 4enghitung (mpedansi (nduktor =etelah diperoleh nilan maka (mpedansi dapat di hitung " J disebut impedansi =eri dengan satuan E /ohm0 Dari gambar dengan > R disebut sudut fase atau beda fase$ Cosinus sudut tersebut disebut dengan faktor daya dengan rumus"
=ehingga yang dimaksud dengan factor daya adalah " - Cosinus sudut yang lagging atau leading$ - Perbandingan R8J : resistansi 8 impedansi - Perbandingan daya sesungguhnya dengan daya semu$ =ifat (nduktor terhadap arus AC dan DC
Rangkaian induktor terhadap AC Bila arus bolak F balik mengalir pada induktor, maka akan timbul gaya gerak listrik /ggl0 induksi yang besarnya"
bila e : m sin Kt, maka"
e : m sin Kt i : (m sin /Kt F H;0, maka"
Besarnya : &$G$f$ dengan ketentuan " adalah reaktansi induktif /E0 G adalah ', #) f adalah frekuensi /370 adalah induktansi /30 1elombang arus dan tegangan Rumus yang Berhubungan dengan (nduktor a$ 9umlah ilitan *a!at sebuah (nduktor *eterangan " % adalah jumlah lilitan p adalah panjang ka!at /centi meter0 r adalah jari-jari ka!at /centi meter0 adalah induktansi / henry 0 b$ Reaktansi (nduktif *eterangan " adalah reaktansi induktif /E0 % *+f% G adalah ', #) f adalah frekuensi /370 adalah induktansi /30 c$ 4enghitung (mpedansi Rangkaian R seri *eterangan " J adalah impedansi R adalah hambatan /I0 adalah induktansi / henry 0 d$ 4enghitung (mpedansi Rangkaian R paralel *eterangan " J adalah impedansi R adalah hambatan /I0 adalah induktansi / henry 0 e$ %ilai 6aktor *ualitasnya /L0
*eterangan " L adalah factor Mualitas adalah reaktansi induktif /I0 R adalah Resistansi /I0 f$ Rangkaian dan C =eri "
*eterangan " L adalah factor daya ># adalah tegangan />0 Kapasitor dalam rangkaian AC =ebuah *apasitor jika dihubungkan dengan sumber tegangan AC akan terlihat seperti gambar berikut " =elanjutnya rangkaian ini disebut dengan Rangkaian *apasitif 4urni *apasitor yang diberi .egangan AC akan teraliri Arus istrik "
=esuai dengan 3ukum 2hm bah!a
maka .egangannya "
Rangkaian *apasitif murni hanya memiliki kapasitansi C$ Nntuk fasor ( m mendatar dengan fase
sedang fasor >m dengan sudut fase /
- H;;0$ 9adi pada rangkaian
kapasitif murni tegangan terlambat terhadap arus sebesar H; ; atau
mendahului tegangan sebesar
rad atau arus
$
Bentuk diagram fasor dan grafik gelombang pada rangkaian kapasitor murni sebagai berikut " Dalam rangkaian murni induktif yang berfungsi menghambat arus adalah reaktansi kapasitif / C0 yang dirumuskan sebagai "
atau
Rangkaian RC dan Resonansi Rangkaian RC merupakan rangkaian baik yang dihubungkan dengan paralel ataupun secara seri, namun rangkaian tersebut harus terdiri dari kapasitorOinduktorO dan resistor$ Penamaan RC sendiri juga memiliki alasan tersendiri, yaitu disebabkan nama yang menjadi symbol listrik biasanya pada kapasitansiO induktansi dan ketahanannya masingmasing$ Rangkaian ini akan beresonansi dengan suatu cara yang sama yaitu-sebagai Rangkaian C, bersamaan dengan terbentuknya osilator harmonik$ Pada tiap-tiap osilasi akan menyebabkan sirkuit menjadi mati dari !aktu-ke!aktu apabila tidak seterusnya dijalani dgn sumber, hal inilah yang menjadi perbedaan dan terlihat pada resistor$ Reakasi ini yang disebut sebagai redaman$ Reaksi lainnya berupa resistensi pada sejumlah resistor tidak bisa kita hindari disirkuit yg nyata, hal sama tetap akan terjadi !alaupun tidak dengan kekhususan tertentu kita memasukkannya sbg komponen$ 9adi, kenyataannya bah!a sirkuit C murni itu merupakan sesuatu yang hanya ideal apabila diterapkan secara teoritis$ Pada penggunaan arus AC untuk sebuah rangkaian RC yang seri, akan menyebabkan arus listrik dapat hambatan dr RO C$ (mpedansi /J0 adalah nama dari hambatan yang terjadi tersebut$ Bila ditelaah lebih lanjut, penggabungan dengan cara
Nntuk sirkuit ini terdapat berbagai macam jenis dari RC$ 3al ini menyebabkanrangkaian RC adalah jenis yang paling banyak dipakai diantara banyaknya jenis rangkaian osilator$ Pada tele
=irkuti yang disetel adalah nama lain yang sering disebut sebagai rangkaian RC$ Penggunaan rangkaian ini bisa dipakai untuk band stop filter ataupun pada band pass filter$ Contoh dari band pass filter adalah tuning aplikasi$ Penggambaran dari filter RC sendiri adalah sbg sirkuti kedua order, artinya bah!a tiap-tiap arus maupun tegangan di rangkaian bisa digambarkan dgn persamaan diferensial orde ke-& dlm analysis rangkaian$ Dalam Rangkaian RC terdapat ' elemen penting yang bisa dikombinasi dlm beberapa topologi yg beda-beda$ *ombinasi ketiga elemen tersebut bisa dengan cara paralel ataupun seri, karenanya disebut sebagai rangkaian yang sederhana dlm konsepnya serta mudah sekali untuk melakukan analisa terhadapnya$%amun bisa diatur sedemikian rupa untuk keperluan yang praktis dalam sirkuit yg nyata$ Demikian semoga informasi mengenai Rangkaian RC ini cukup bermanfaat ya$ esonansi ter&adi saat besarnya reaktansi induktif (%) reaktansi kapasitif (C) dan besarnya resonansi
fres frekuensi resonansi () saat ter&adi resonansi (%C) maka harga impedansi rangkaian mencapai nilai minimum dan besarnya samadengan nilai resistornya. saat impedansi minimum inilah arus yang mengalir mencapai maksimum.
Pemakaian Listrik AC Berbeda dengan listrik DC, listrik AC /Alternating Curre nt0 dapat mengalir bolak-balik dalam rangkaian$ Rangkaian ini disebabkan oleh sumber yang menghasilkan arus bolakbalik$ Bentuk grafik yang dihasilkan dari rangkaian AC adalah bentuk sinusoida$ Ada ' jenis rangkaian arus AC yaitu rangkaian yang mengandung Resistor, *apasitor, rangkaian yang dan mengandung inductor$ Rangkaian yang mengandung Resistor dianggap Resisip, rangkaian yang mengandung *apasitor dianggap kapasitip, dan rangkaian yang mengandung (nduktor dianggap induktif$ Rangkaian yang hanya mengandung resistor disebut rangkaian Resitif 4urni pada resistor ini arus dan tegangan adalah sefase$ Rangkaian yang mengandung kapasitor saja disebut Rangkaian C-murni, rangkaian ini akan mengalirkan arus listrik sedangkan rangkaian yang mengandung inductor saja disebut -murni, rangkaian ini akan mengalirkan arus listrik$ *etiga komponen ini juga dapat digabungkan, sehingga akan membentuk rangkaian tertentu$ istrik AC dapat diubah menjadi DC dengan menggunakan alat yaitu diode, sedangkan arus DC dapat diubah dengan menggunakan alat yang disebut con
listrik merupakan energy yang murah dan dapat diperbaharui$ istrik merupakan energy masa depan yang harus dikembangkan dan dijaga secara terus menerus$ Perhatikan dengan baik Q .ele
