Unit 3 dasar listrik ac

Politeknik Negeri Malang

Unit 3 Dasar Listrik Arus Bolak-balik

Tujuan

Setelah selesai mempelajari bagian ini, mahasiswa diharapkan akan mampu :

1. Menjelaskan keunggulan arus bolak-balik dibandingkan dengan arus searah..

2. Menggambarkan gelombang arus searah dan arus bolak-balik..

3. Menjelaskan pembangkitan ggl bolak-balik.

4. Mendefinisikan istilah harga sesaat, harga puncak, harga rata-rata, harga efektif dari arus bolak-balik (AC).

5. Membedakan frekuensi dan periode.

3.1 Pembanglitan Gaya Gerak Listrik (GGL) Bolak-balik

Tegangan bolak-balik dimulai dari nol, bertambah ke harga positif maksimum, berkurang ke nol, bertambah ke harga negatif maksimum dan kemudian berkurang kembali ke nol. Perubahan akan berlanjut dan berulang sendiri dengan cara yang sama (Gambar 3.1.b)

(a) (b)

Gambar 3.1. Metode grafis membuat gelombang sinus

Bentuk gelombang tegangan yang dihasilkan oleh konduktor yang berotasi di medan magnet disebut 'Gelombang Sinus'. Harga tegangan sesaat ditentukan oleh sinus sudut antara arah gerakan konduktor dan medan.

06. TeoriListrik Terapan Abdul Manaf 4/13/2023

17


Harga sesaat tegangan diberikan oleh:e = Vmaks sin

di mana: e = tegangan sesaatVm = harga maksimum tegangan = sudut antara konduktor dan medan

Contoh 1Tegangan bolak-balik memiliki harga maksimum sebesar 100 volt. Berapakah tegangan sesaat 60 setelah dimulainya siklus ? (Lihat Gambar 3.2)

Penyelesaian :

Gambar 3.2. Diagram untuk contoh 1

e = Vmaks sin = 100 sin 60 = 100 0,866

e = 86,6 volt

3.2 Harga Rata-rata dan Harga Efektif

Harga Puncak (Peak) atau Harga Maksimum

Seperti namanya harga ini adalah harga maksimum di mana bentuk gelombang meningkat selama setengah siklus pertama. Dalam beberapa hal harga puncak ke puncak (peak to peak) juga digunakan, dan harganya adalah dua kali harga puncak seperti yang diperlihatkan di Gambar 3.3. Harga puncak tegangan penting saat kita mempertimbangkan tekanan listrik di isolator, namun kecuali untuk pertimbangan desain harga puncak jarang digunakan untuk menspesifikasikan tegangan atau arus bolak-balik.


18


Gambar 3.3. Harga Puncak

Harga Rata-rata

Gelombang sinus memiliki jumlah tegangan positif dan negatif yang sama dalam satu siklus, akibatnya rata-rata dalam satu periode adalah nol. Karena itu harga rata-rata gelombang sinus ditentukan hanya pada setengah siklus positif saja. (Gambar 3.4).

Gambar 3.4. Harga rata-rata

Untuk menentukan harga rata-rata dapat juga dilakukan secara matematis yaitu luas grafik gelombang sinus dibagi dengan waktunya.

Vrata-rata =

Vrata-rata =


19

Rata-rata Puncak

Harga puncak Harga puncakke puncak


Jadi harga rata-rata gelombang sinus adalah 0,637 kali harga maksimum. Untuk tegangan dan arus:

Vrata-rata = 0,637 Vpuncak

Irata-rata = 0,637 Ipuncak

Harga Efektif (Harga RMS)

Arus bolak-balik dikatakan memiliki harga efektif satu ampere jika menghasilkan panas, untuk suatu nilai resistansi yang diberikan, yang sama seperti panas yang diberikan oleh satu ampere arus searah. Perhatikan rangkaian yang diperlihatkan di Gambar 3.5. Jika R variable diatur sehingga lampu memiliki kecemerlangan yang sama pada kedua posisi sakelar, maka panas yang dihasilkan oleh arus bolak-balik harus akan sama dengan panas yang dihasilkan oleh arus searah. Bisa dikatakan bahwa harga efektif arus bolak-balik adalah harga arus searahnya.

Gambar 3.5. Membandingkan arus bolak-balik dengan ars searah

IRMS = 0,707 x Ipeak


20

IRMS Ipeak

V rata – rata = 0,637 V max


Gambar 3.6. Hubungan antara IRMS dan Iharga puncak.

Khususnya untuk arus dan tegangan:VRMS = 0,707 Vpuncak

I RMS = 0,707 Ipuncak

Contoh 1

Suatu tegangan dengan persamaan V= 100 sin 314 tdiberikan pada hambatan 50 ohm. Hitunglah daya yang diserap oleh hambatan tersebut.

Ppada R = Ieff2 R atau Veff

Veff = 0,707 Vmax = 100.0,707 = 70,7 volt

atau

Contoh 2Untuk tegangan sinus yang memiliki harga puncak sebesar 500 volt tentukan:

(a) harga rata-rata(b) harga RMS

Penyelesaian:(a) Rata-rata

Vrata-rata = 0,637 Vpuncak

= 0,637 500= 318,5 volt

(b) RMS VRMS = 0,707 ´ Vpuncak

= 0,707 500= 353,5 volt

Contoh 3Untuk tegangan yang memiliki harga efektif sebesar 440 volt, tentukan:

(a) harga puncak atau maksimum(b) harga puncak ke puncak

.(a) harga puncak


21


VRMS = 0,707 Vpuncak

440 = 0,707 Vpuncak

Vpuncak =

= 622,35 volt

(b) Harga Puncak ke PuncakHarga puncak ke puncak = dua kali harga puncak Vpp = 2 x Vp = 2 622,35Vpp = 1244,7 volt

3.3 Frekuensi dan PeriodeFrekuensi dari suatu tegangan atau arus bolak-balik adalah jumlah siklus yang diselesaikan dalam satu detik. Unit di mana frekuensi diukur adalah 'Hertz', satu Hertz sebanding dengan frekuensi satu siklus per detik. Jika satu siklus diselesaikan dalam satu detik maka frekuensi adalah satu Hertz. Simbol untuk Hertz adalah Hz. Jika sebuah kumparan berotasi 3600 RPM, itu akan sama dengan 60 putaran per detik, atau 60 siklus dapat dihasilkan dalam satu detik, maka dikatakan frekuensinya sebesar 60 Hz.Rentang waktu, atau periode, dari satu siklus adalah kebalikan frekuensi.

Periode (T)

Periode dari suatu gelombang adalah waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus penuh.

Gambar 3.7. Siklus, periode dan frekuensi

Pada Gambar 3.7 dapat dilihat bahwa waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan 1 siklus adalah 0,5 detik. Karena itu, periode gelombang tersebut adalah 0,5 detik.


22

1 detik

Frekuensi2 Hz

Periode 0,5 detik


Pada Gambar 3.13 dapat dikatakan frekuensinya 2 Hz. Yaitu dua siklus diselesaikan dalam satu detik. Untuk menentukan periode gelombang dengan frekuensi 50 Hz, dapat kita lakukan dengan mudah yaitu membagai satu detik dengan 50, Dalam gelombang 50 Hz, diperlukan waktu 0,02 detik untuk menyelesaikan satu siklus.

Untuk menentukan periode gelombang dapat ditemukan jika frekuensi diketahui.Rumus ini dapat ditulis:

Di mana: T = periodef = frekuensi

Contoh 4Hitung periode 1 siklus tegangan yang memiliki frekuensi sebesar 60 Hertz.Penyelesaian :


23

Education

Unit 3 dasar listrik ac