arus lisrik bolak-balik kelas12 smk

Loading ……

SMK CIJANGKAR CIAWIKAB. TASIKMALAYA

ARUS LISTRIK BOLAK BALIK( A C )

Oleh : Drs. Nana Suryana

Membedakan karakteristik arus listrik bolak-balik dan arus searah yang diamati dengan alat ukur listrik

Mendeskripsikan dan memformulasikan arus dan tegangan sinusoidal Mendeskripsikan dan memformulasikan hubungan nilai maksimum dan nilai efektif

besaran sinusoidal Menafsirkan besaran-besaran listrik sesuai grafik sinus yang ditunjukkan layar

osiloskop Menganalisis rangkaian listrik bolak-balik yang memiliki R-L seri Menganalisis rangkaian listrik bolak-balik yang memiliki R-C seri Menganalisis rangkaian listrik bolak-balik yang memiliki R-L-C seri Mengidentifikasi peristiwa resonansi pada rangkaian R-L-C Menentukan frekuensi resonansi pada rangkaian R-L-C seri Merumuskan energi dan daya listrik arus bolak-balik Menghitung masalah kelistrikan sehari-hari yang berhubungan dengan energi dan

daya listrik Mendeskripsikan cara transmisi dan pemakaian listrik AC dalam kehidupan sehari-

hari

KOMPETENSI DASAR

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i

P S B SMK CJK-KAB. TASIKMALAYABy : Bah Guru

Pengantar

PENGERTIAN ARUS BOLAK-BALIK (AC)

Apabila suatu rangkaian arus bolak-balik diamati dengan alat ukur listrik osiloskop dengan pemasangan seperti pada gambar, maka dapat kita lihat pada alat ukur tersebut sebagai berikut :Jika arus DC diukur dengan osiloskop maka akan terlihat garis lurus pada layar ini menunjukkan bahwa arus tidak mengalami perubahan atau disebut arus searah. Jika arus AC (bolak-balik) diukur dengan osiloskop maka akan tampak pada layar grafik sinusoidal. Jadi arus AC adalah arus/tegangan yang nilainya selalu berubah-ubah terhadap waktu secara periodik.

Generator AC

Alat ukur Osiloskop

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Sumber arus bolak balik adalah generator AC, yang dapat menghasilkan ggl induksi dan berprinsip pada hukum Faraday yang grafiknya berbentuk sinusoidal seperti berikut :

Besar tegangan arus sesaat dinyatakan :

V maks

V min

V/I

π 2π t

V = Vmaks sin ωt I = I maks sinωt

Persamaan tersebut merupakan fungsi sinus dan ggl induksinya disebut ggl sinusoidal atau arus/tegangan sinusoidal.Harga sin ω t disebut sudut fase

ARAH DAN TEGANGAN SINUSOIDAL

Materi 1

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Materi 2

a. Nilai maksimum dan frekuensi

Dengan osiloskop dapat diamati nilai maksimum arus/tegangan dan frekuensi, yang tergambar dalam layar bentuk garis cahaya(trace). Gambar disamping menunjukkan tampilan layar osiloskop. Garis skala vertikal adalah garis skala tegangan dan horizontal untuk skala waktu.Misalkan untuk skala tegangan diatur 2 volt/garis skala dan skala waktu diatur 5 millidetik/garis skala. Dari gambar tersebut dapat ditafsirkan sebagai berikut :Amplitudo gelombang tampak 3 garis skala , ini berarti tegangan maks arus AC : Vm = 3 garis skala x 2 volt/garis skala = 6 volt NEXT

Gbr. Grafik Sinusoidal

NILAI EFEKTIF DAN NILAI MAKSIMUM

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Periode satu gelombang pada layar tampak 4 garis skala, ini berarti bahwa periode T adalah : T = 4 garis skala x 5 mlli detik/garis skala = 20 milli detik = 20/1000 detik = 0,02 detik Jadi frekuensi tegangan AC yang diukur : f = 1/T = 1/0,02 = 50 Hz

b. Nilai Efektif

V ef = V maks = 0,707 V maks

I ef = I maks = 0,707 I maks

NEXT

Yang dimaksud nilai efektif arus dan tegangan adalah kuat arus atau tegangan yang dianggap setara dengan arus atau tegangan searah yang dianggap sama ketika melalui suatu penghantar dalam waktu yang sama

Dinyatakan dengan persamaan : √2

√2

Materi 2

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


NEXT

Contoh :

1. Pada sebuah osiloskop menampilkan tegangan gelombang AC pada layar ketika dihubungkan dengan rangkaian arus AC. Bila skala

tegangan diatur pada 2 volt/1 cm dan skala horizontal diatur 5 millidetik/cm, tiap kotak mempunyai ukuran 1 cm. Tentukanlah :

a. Tegangan maks sumber ACb. Tegangan puncak ke puncak sumberACc. Frekuensi sumber tegangand. Tegangan efektif sumber tegangan

Penyelesaian :a. Pada layar tampak tinggi simpangan

maksimum gelombang 5 cm. Berarti tegangan maksimum :

Vm = 5 cm x 2V/cm = 10 volt

b. Tegangan dari puncak-ke puncak (Vpp) Vpp = 2 . Vmaks = 2 . 10 volt = 20 volt

Gbr. Layar osiloskop

Materi 2

Gbr. Layar osiloskop

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Materi 2

c. Frekuensi sumber AC Pada layar tampak periode satu gelombang adalah 8 cm, besar periode : T = 8 cm x 5 milii detik/cm = 40 mili detik = 40 x 10⁻³ detik = 0,04 detik jadi besar f = 1/T = 1/4 x 10⁻² = 100/4 = 25 Hz

d. Tegangan efektif sumber AC V ef = Vmaks/√2 = Vmaks x 0,707 = 20 x 0,707 = 14,14 volt

2. Perhatikan gambar berikut !

Tentukanlah :a. Besar tegangan maks dan

tegangan efektifb. Bila f = 50 Hz, tentukan

tegangan saat 0,015 sekon

12 V

12 V

Next

π 2π

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Materi 2

Jawab :a. V maks = ½ p-p = ½ x 24 = 12 volt

V ef = V maks = 12 = 12 x ½√2 = 6√2 volt √2 √2

b. V sesaat = V maks sin ω t = 12 sin 2πft = 12 . Sin 2. 180⁰ . 50 . 0,015 = 12 sin 270 = 12 (1) = 12 volt

Back

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Materi 3

MACAM-MACAM HAMBATAN DALAM RANGKAIAN LISTRIK AC

1. Resistor dalam rangakaian AC. Jika sebuah resistor/hambatan dilalui arus bolak balik, maka

tegangan dan arusnya dikatakan sefase, sehingga jika ditinjau secara vektor berimpit seperti gambar berikut :

V

IR

AC

I V

Diagram Fasor

Hk. Ohm : V = I . R

V = V maks sin ωt I = I maks sin ωt

Next

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Materi 32. Induktor dalam rangakaian AC.

Jika sebuah induktor dilalui arus bolak balik, maka tegangan akan mendahului arus sebesar 90⁰ sehingga jika ditinjau secara vektor kurvanya ditunjukkan seperti gambar berikut :

L

AC

I

I

V

Diagram Fasor

Rangkaian induktor

V = V maks sin ωtI = I maks sin (ωt – 90⁰)

V mendahului I dengan beda fase 90⁰

VL

Next

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Materi 3Hukum Ohm pada pada rangkaian :

V = I. XL sedang XL = ω . L atau XL = 2πf.L

Dimana :

XL = reaktansi induktif (Ω)L = induktansi (Henry)f = frekuensi (Hz)

3. Kapasitor dalam rangkaian ACJika sebuah kapasitor dilalui arus bolak-balik, maka fase tegangan akan tertinggal 90⁰ terhadap arusnnya (lagging), sehingga kurva dan diagram fasornya seperti berikut :

AC

C

IV

I

V

Rangkaian Kapasitor

Diagram FasorNext

½π

Tertinggal 90⁰

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Materi 3Hukum Ohm pada pada rangkaian :

V = I. XC sedang XC = 1 / ωC atau XC = 1/2πf.C

Dimana :XC = reaktansi kafasitif (Ω)C = kapasitansi (Farad)f = frekuensi (Hz)

V = V maks sinωtI = I maks sin(ωt + 90⁰ )V tertinggal I dengan beda fase 90⁰

Contoh :1. Sebuah sumber tegangan AC 110 volt/50 Hz dihubungkan dengan beban

masing-masing resistor 50 ohm, inductor 200mH, dan kapasitor 100µ F. Tentukan kuat arus yang mengalir pada masing-masing beban!

Diketahui :V = 110 volt, f = 50 Hz, R = 50 ΩL = 200 mH = 0,2 HC = 100 µF = 100 . 10⁻⁶ F = 1. 10⁻⁴

Next

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Materi 3

Back

Jawab :

IR = V/R = 110 V = 2,2 A 50IL = V/XL = V = 110 = 110 = 1, 75 A 2πf.L 2 . 3,14. 50 . 0,2 62,8

I C = V/XC = 110 = 110 . 2 . 3,14 . 50 . 10⁻⁴ A = 34540 . 10⁻⁴ = 3,454 A 1/2πfC

2. Sebuah induktor murni mempunyai induktansi 2 x 10⁻² Henry dipasang pada rangkaian arus bolak-balik yang frekuensinya 50 Hz. Berapakah reaktansi induktif rangkaian tersebut ?

Jawab :L = 2 x 10⁻² henry , f = 50 HzXL = 2πf x L = 2 x 3,14 x 50 x 2 . 10⁻² = 6,28 Ω

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Materi 4

RANGKAIAN KOMBINASI DALAM LISTRIK AC

Dalam rangkaian AC jarang kita jumpai adanya beban murni, biasanya merupakan kombinasi dari beberapa beban, sehingga kita mengenal pengertian impedansi rangkaian (Z) yang merupakan beban gabungan, dengan begitu kita mengenal faktor daya, yang besarnya :

Cos θ = R Z

Cos θ = faktor dayaR = hambatan (ohm)Z = impedansi (ohm)

1. Rangkaian R - L

Rangkaian murni R dengan induktor (L) yang disusun seri yang dihubungkan dengan sumber tegangan AC, maka :-arus i sefase dengan VR- arus I ketinggalan 90⁰ oleh tegangan VLPerhatikan gambar berikut ini!

Next

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Materi 4

Next

XLR

θ

Rangkaian seri R - L

Diagram Fasor

Kurva VL, VR terhadap t

Pada rangkaian seri R – L berlaku : V² = VR² + VL² V = V²R + V²L

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Maka besar hambatan total (impedansi Z), dinyatakan :

Z = R² + X²L Faktor daya (cosθ) Cos θ = R / Z = VR/V

Materi 4

Penyelesaian : L = 10⁻² H , R = 10 Ω, f = 50 Hz, V = 50 volt - Dit. Kuat arus I…?Jawab :XL = 2πf.L = 2 x 3,14 x 50 x 10⁻² = 3,14 ΩZ = R² + X²L = 10² + 3,14² = 10,48 ΩI = V / Z = 50 / 10,48 = 4,77 A

XL

R

Z

θ

Perhatikan gambar di bawah :

Contoh : Sebuah induktor dengan induktansi 10⁻² H dipasang seri dengan hambatan sebesar 10Ω dengan frekuensi 50 Hz dan tegangan 50 V. Berapakah kuat arus yang mengalir pada rangkaian?

Next

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Materi 4

XC

Rangkaian seri R - C

θ

Diagram Fasor Kurva VR, VC, Vab terhadap t

VCVab

VRI

R

Pada rangkaian seri R – L berlaku : V² = VR² + VC² V = V²R + V²C

Next

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Materi 4

Contoh soal :1. Suatu kapasitor 5 μF dipasang pada rangkaian arus bolak-balik dengan frekuensi 100 Hz. Berapa arus yang mengalir jika tegangan pada kapasitor 20 volt.

Maka besar hambatan total (impedansi Z), dinyatakan :

Z = R² + X²C Faktor daya (cosθ) Cos θ = R / Z = VR/V

Next

Ket :Z = impedansi (ohm)Xc = Reaktansi kapasitif (ohm)

θ

XC

RI

Z

Diket : C = 5 μF = 5 . 10⁻⁶ F, f = 100 Hz, V = 20 voltDitanyakan : IJawab : Xc = 1 / 2πf.C = 1 / 2 . 3,14 . 100 . 5 x 10⁻⁶ = 318,5 ΩJadi I = V/Xc = 20 / 318,5 = 0,063 A

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Materi 4

2. Suatu rangkaian seri arus bolak-balik terdiri dari R = 100Ω, dan kapasitor dengan rektansi kapasitif XC = 150Ω. Tentukanlah : a. Harga VR, VC, V, θ, dan Z bila kuat arus yang mengalir 2A. b. Lukiskan diagram fasor I dan V

Next

Penyelesaian :Diket : R = 100Ω, Xc = 150ΩJawab : VR, Vc, V, θ, dan ZVR = I . R = 2 x 200 = 400 volt, Xc = I . VC = 2 x 150 = 300 voltV² = VR² + Vc² V² = (400)² + (300)² V = 500 voltTg θ = Vc/VR = 300 / 400 = ¾ θ = 37⁰Z² = R² + Xc² = (200)² + (150)² Z = 250 Ω

Diagram Fasor :θ

VC

VR

Z

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Materi 4

3. Rangkaian seri R – L – C dan Frekuensi Resonansi

Gambar di bawah menunjukkan rangkaian arus bolak-balik yang mempunyai hambatan R, induktor ( L ), dan kapasitor ( C ) yang disusun secara seri. Besarnya tegangan pada ujung-ujung R, L, dan C sesuai dengan Hk. Ohm, yaitu :-VR = I . R (VR sefase dengan i)- VL = I . XL (VL mendahului 90⁰ terhadap VR)-VC = I . XC (VC tertinggal 90⁰ terhadap I dan VR)

XC

Rangkaian seri R -L- C

R XL

AC

VR

VL - VC

VC

VL

Diagram Fasor :

θ

V

Next

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Materi 4

Besarnya tegangan total (V) pada rangkaian merupakan penjumlahan vektor dari VR, VL, dan VC yang dinyatakan dengan persamaan :

V² = VR² + ( VL – VC)²

V = VR² + (VL-VC)²

Next

Karena (VL - VC ) membentuk sudut 90⁰ terhadap VR, dan I sefase dengan VR , maka (VL- Vc) juga membentuk sudut terhadap R. Sehingga impedansi (Z) dari rangkaian R-L-C seri merupakan penjumlahan secara vektor juga.

Z² = R² + (XL – XC)²

Z = R² + (XL – XC)² θ

Z

R

XL-XcSudut pergeseran fase :

Tg θ = VL – Vc atau VRTg θ = XL - Xc R

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Materi 4

Back

Kemungkinan-kemungkinan pada persamaan di atas adalah :

Apabila : 1. XL > XC maka tgθ positif berarti tegangan V mendahului arus I2. XL < XC maka tgθ negatif berarti tegangan V tertinggal arus I3. XL = XC maka tgθ menjadi nol, berarti Z = R dalam rangkaian

akan terjadi “resonansi” yang besarnya dinyatakan sebagai berikut :

XL = Xc ωL = 1/ωc

ω² = 1/Lc ω = 1/√ Lc 2πf = 1 / √Lc

f = 1 1 2π Lc

f = frekuensi (Hz)L = induktansi (H)C = kafasitansi (farad)

Contoh soal lihat di modul Fis Kelas 12 , hal 11 dan 12 !

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Materi 5

D. Usaha dan Daya Listrik Bolak-Balik (AC)

Dengan memperhatikan bahwa dalam rangkaian listrik AC ada pergeseran fase antara V dan I , maka kita mengenal adanya faktor daya(cos θ ).

Sehingga rumus daya P = V. I, hanya berlaku jika factor daya Cos θ = 1 dan merupakan daya semu (Ps). Sedang daya riil merupakan daya listrik terpakai yang besarnya dipengaruhi oleh faktor daya.

Jadi : P = V. I. cos θ, dimana cosθ = VR = R V ZDimana : P = daya (watt) V = tegangan ( Volt) I = kuat arus ( ampere) Cosθ = faktor daya

θ

V

VR

VL

Next

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Materi 5

1. Sebuah motor listrik memiliki impedansi (Z) 20 ohm dan sebuah hambatan 12 ohm bekerja pada tegangan 220 V/50 Hz , tentukan daya semu dan daya rillnya?

Diketahui : Z = 20 ohm, V = 220 volt, f = 50 Hz, dan R = 12 ohm Jawab : a. Cosθ = R = 12 = 0,6 Ω

Z 20

I = V/Z = 220 volt/20Ω = 11 Ω

Ps = V . I = 220 x 11 = 2420 watt

b. P = V . I cosθ = 220 . 11 . 0,6 = 1452 watt

Back

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Latihan Soal

SMK CIJANGKAR

PENGANTAR

Materi 1

Materi 2

Materi 3

Materi 4

Materi 5

Latihan soal

S e l e s a i


Sekian, Rajin Belajar Ya !

arus lisrik bolak-balik kelas12 smk

Documents