ARUS BOLAK BALIK

Arus dan tegangan listrik bolak-balik atau alternating current (AC) yaitu arus dan tegangan listrik yang arahnya selalu berubah-ubah secara kontinu/periodik terhadap waktu dan dapat mengalir dalam dua arah.  Arus bolak-balik (AC) digunakan secara luas untuk penerangan maupun peralatan elektronik. Dalam zaman modern sekarang ini kebutuhan akan energi listrik merupakan kebutuhan yang sangat pokok. Pada saat ini hampir semua perkantoran dan industri menggunakan energi listrik yang jumlahnya semakin lama semakin besar. Pemerintah pun berusaha untuk memenuhi kebutuhan energi listrik dengan membangun pembangkit tenaga listrik. Dewasa ini telah banyak dibangun proyek-proyek untuk Pembangkit Tenaga Listrik Negara dengan berbagai sumber tenaga yang digunakan untuk menjalankannya, misalnya PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap), PLTD (Pembangkit Listrik Tenaga Disel), PLTG (Pembangkit Listrik Tenaga Gas/Panas Bumi), PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air), dan sebagainya.

Sumber Arus Dan Tegangan Listrik Bolak-Balik

Dalam kehidupan sehari-hari kita jumpai alat-alat seperti dinamo sepeda dan generator. Kedua alat tersebut merupakan sumber arus dan tegangan listrik bolak-balik. Arus bolak-balik atau alternating current (AC) adalah arus dan tegangan listrik yang besarnya berubah terhadap waktu dan dapat mengalir dalam dua arah. Arus bolak-balik (AC) digunakan secara luas untuk penerangan maupun peralatan elektronik.

Pada umumnya semua tenaga listrik yang dihasilkan oleh berbagai sumber pembangkit tenaga listrik tersebut adalah berupa arus listrik bolak-balik dan tegangan listrik bolak-balik yang dihasilkan oleh generator yang digerakkan dengan energi yang berasal dari sumber daya alam.

Arus dan tegangan listrik bolak-balik yaitu arus dan tegangan listrik yang arahnya selalu berubah-ubah secara kontinu/periodik. Seperti telah dijelaskan pada bab terdahulu dalam hukum Faraday bahwa adanya perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh kumparan akan menyebabkan timbulnya ggl induksi pada ujung-ujung kumparan dan jika antara ujungujung kumparan tersebut dihubungkan dengan sebuah kawat penghantar akan mengalir arus listrik melalui penghantar tersebut. Berdasarkan prinsip hukum Faraday inilah dibuat sebuah generator atau dinamo, yaitu suatu alat yang digunakan untuk mengubah energi mekanik (energi gerak) menjadi energi listrik.

Tegangan listrik dan arus listrik yang dihasilkan generator berbentuk tegangan dan arus listrik sinus soidal, yang berarti besarnya nilai tegangan dan kuat arus listriknya sebagai fungsi sinus yang sering dinyatakan dalam diagram fasor (fase vektor). Diagram fasor adalah menyatakan suatu besaran yang nilainya berubah secara kontinu, fasor dinyatakan dengan suatu vektor yang nilainya tetap berputar berlawanan dengan putaran jarum jam.

Rangkaian Arus Dan Tegangan Listrik Bolak-Balik

Sumber arus bolak-balik adalah generator arus bolak-balik yang prinsip kerjanya pada perputaran kumparan dengan kecepatan sudut ω yang berada di dalam medan magnetik. Sumber ggl bolak-balik tersebut akan menghasilkan tegangan sinusoida berfrekuensi f. Apabila generator tersebut dihubungkan dengan suatu penghantar R dan menghasilkan tegangan maksimum sebesar V_max, maka tegangan dan arus listrik yang melewati penghantar.

Tegangan sinusoida dapat dituliskan dalam bentuk persamaan tegangan sebagai fungsi waktu, yaitu :

Tegangan yang dihasilkan oleh suatu generator listrik berbentuk sinusoida. Dengan demikian, arus yang dihasilkan juga sinusoida yang mengikuti persamaan :

Dengan :

V = Tegangan Listrik AC

I = Arus Listrik AC

V_max = Tegangan maksimum

I_max = Arus maksimum

ω = Kecepatan sudut (2πf)

Pengertian Sudut Fase dan Beda Fase Dalam Arus Bolak-Balik

Arus dan tegangan bolak-balik (AC) dapat dilukiskan sebagai gelombang sinussoidal, jika besarnya arus dan tegangan dinyatakan dalam persamaan :

V = V_max sin ωt

I = I_max sin (ωt + 90o)

Di mana ωt atau (ωt + 90^o) disebut sudut fase yang sering ditulis dengan lambang θ. Sedangkan besarnya selisih sudut fse antara kedua gelombang tersebut disebut beda fase. Berdasarkan persamaan antara tegangan dan kuat arus listrik tersebut dapat dikatakan bahwa antara tegangan dan kuat arus listrik terdapat beda fase sebesar 90^o dan dikatakan arus mendahului tegangan dengan beda fase sebesar 90^o. Apabila dilukiskan dalam diagram fasor dapat digambarkan sebagai berikut :

Grafik arus dan tegangan sebagai fungsi waktu dengan beda fase 90^o

Nilai Efektif Arus dan Tegangan Listrik Bolak-Balik

Nilai tegangan dan arus bolak-balik selalu berubah secara periodik sehingga menyebabkan, kesulitan dalam mengadakan pengukurannya secara langsung. Oleh karena itu, untuk mengukur besarnya tegangan dan kuat arus listrik bolak balik (AC = Alternating Current) digunakan nilai efektif. Yang dimaksud dengan nilai efektif arus dan tegangan bolak balik yaitu nilai arus dan tegangan bolak-balik yang setara dengan arus searah yang dalam waktu yang sama jika mengalir dalam hambatan yang sama akan menghasilkan kalor yang sama. Semua alat-alat ukur listrik arus bolak-balik menunjukkan nilai efektifnya. Hubungan antara nilai efektif dan nilai maksimum dapat dinyatakan dalam persamaan :

        dan      

Rangkaian RC (Resistor-Kapasitor) adalah suatu rangkaian listrik yang memiliki kombinasi komponen resistor dan kapasitor dimana komponen tersebut biasanya dipasang secara seri atau sejajar. Walaupun sering dijumpai rangkaian dengan resistor dan kapasitor yang dipasang berdampingan secara seri rangaian ini juga dapat dipasang secara paralel. Pada satu susunan rangkaian komponen resistor dan kapasitor juga dapat memiliki jumlah banyak atau lebih dari satu. Rangkaian ini biasa disebut R-C Filter atau R-C Network. Karena memiliki resistor maka dalam rangkaian ini terdapat efek resistansi, begitu pula pada kapasitor yang menghasilkan kapasitansi. Catatan penting adalah rangkaian ini harus disusun berdasar aturan yang benar agar bias dijalankan.

Gambar Skema Rangkaian RC

Rangkaian RC (Resistor-Kapasitor) Circuits digunakan dalam penyaringan sinyal dengan memberikan tahanan atau blok. Tahanan tersebut dihasilkan oleh resistor melalui kemampuan resistansi . Selanjutnya sinyal juga akan disimpan dalam kapasitor melalui efek kapasitansi. Mengingat kembali bahwa resistor adalah komponen yang memungkinkan adanya hambatan untuk Manahan aliran arus listrik dan kapasitor yang berfungsi untuk menyimpan sementara arus listrik yang lewat maka metode penyaringan sinyal yang tepat telah ditemukan. Jika dikaitkan pada hukum kirchoff maka pada rangkaian ini dengan mengabaikan unsur ekstern maka kita akan mengetahui bahwa arus yang mengalir pada resistor dan kapasitor memiliki nilai sama.

Pada Rangkaian resistor capacitor, besarnya arus yang mengalir dalam suatu rangkaian akan memiliki nilai yang sama dengan Q atau muatan yang ada pada kapasitor. Fenomena tersebut akan terjadi dalam selang waktu yang lama. Perubahan besarnya arus dan muatan kapasitor dapat dihitung secara linear melalui metode grafik. Selain itu GGL atau yang apabila dipanjangkan menjadi Gaya Gerak Listrik akan memiliki nilai hambatan yang sama dengan tahanan yang dipunyai oleh resistor dan kapasitior. Selang waktu rata – rata pun dapat dicari dengan memperhatikan banyaknya muatan dan tahanan ada pada rangkaian. Dengan demikian sesederhana apapu suatu Rangkaian RC, konsep yang matang dan kejelian yang tinggi amat sangat diperlukan dalam pembuatan rangkaian ini.

Demikian penjelasan singkat mengenai rangkaian RC (Resistor-Kapasitor), semoga artikel rangkaian kali ini dapat berguna dan bermanfaat bagi anda semua. Baca juga artikel menarik lainnya, seperti Rangkaian Star Delta, Rangkaian Inverter 1000 Watt, Rangkaian Digital dan Rangkaian Lampu LED.

 Rangkaian RL, RC, LC dan RLC merupakan gabungan antara resistor, induktor dan/atau kapasitor yang disusun secara seri. sebelum membahas lebih lanjut keempat jenis rangkaian di atas, perlu diketahui terlebih dahulu bahwa arus dan tegangan yang digunakan merupakan arus efektif (I_ef) dan tegangan efektif (V_ef). sedangkan pada rangkaian resistif, induktif dan kapasitif murni pada pembahasan sebelumnya menggunakan arus dan tegangan maksimal.

Arus Efektif Sumber

Z = impedansi rangkaian (ohm)
Rumus impedansi rangkaian (Z) akan dibahas pada tiap-tiap jenis rangkaian di atas. Jika besarnya arus efektif telah diketahui maka besarnya tegangan tiap-tiap komponen dapat dicari dengan rumus-rumus :



Keterangan :
V_R = tegangan pada komponen resistor (V)
V_L = tegangan pada komponen induktor (V)
V_C = tegangan pada komponen kapasitor (V)

a. Rangkaian Seri R-L

setelah diketahui besarnya impedansi rangkaian (Z) maka dapat kita cari besarnya arus efektif (Ief) atau tegangan efektif (V_ef). hubungan antara tegangan efektif dan tegangan antar komponen sebagai berikut :

ingat besarnya tegangan (V) yang diperoleh dari rumus di atas = tegangan efektif (Vef)
dan besarnya sudut fase rangkaian :


setelah diketahui besar tan dari sudut fase maka besar sudut fasenya dapat dicari.

b. Rangkaian Seri R-C

besarnya tegangan efektif :

dan besarnya sudut fase rangkaian :


c.Rangkaian Seri L-C
 rumus pada rangkaian ini lebih sederhana, yang penting terpenuhi syarat-syaratnya :



dan besarnya impedansi rangkaian (Z) :




d. Rangkaian Seri R-L-C
rangkaian ini merupakan rangkaian yang terlengkap komponenya, yakni terdapat resistor, induktor dan kapasitor. Sekaligus merupakan bentuk umum dari rumus-rumus dalam rangkaian yang dibahas sebelumnya. Artinya cukup menghafal dan memahami rumus-rumus dalam rangkaian ini maka rumus-rumus pada ketiga jenis rangkaian yang dibahas sebelumnya menjadi lebih paham dan tidak perlu dihafalkan.
impedansi rangkaian :

tegangan efektif rangkaian :

sudut fase rangkaian :

Cara penggunaan rumus-rumus dalam rangkaian R-L-C untuk jenis rangkaian lainnya :
- dalam rangkaian R-L tidak ada komponen kapasitor (C) maka nilai Xc dan Vc nya = nol (0).
- dalam rangkaian R-C tidak ada komponen induktor (L) maka nilai X_L dan V_L nya = nol (0).
- dalam rangkaian L-C tidak ada komponen resistor (R) maka nilai R dan V_R nya = nol (0).