Bab 11 Arus Bolak Balik (AC)Pashor dan Arus BolakBalikHambatan dan ReaktansiRangkaian Seri R-L-CDaya dalam Rangkaian Arus BolakResonansi dalam Rangkaian Arus Bolak BalikTranspormator

a. Pashor dan Arus Bolak BalikArus bolak balik (AC) adalah arus yang berubah dari satu arah ke arah yang berlawanan secara berulang-ulang. Dengan harga pada arah yang satu dinyatakan positif (+) dan arah yang berlawanan dinyatakan negatif (-), maka dengan kata lain arus bolak balik adalah arus yang berubah-ubah dari harga yang positif ke harga yang negatif secara berulang-ulang.

Grafik arus searah dan arus bolak balikiiittt+_Arus searahArus searahArus bolak balik

Diagram Phasor Merupakan gambar anak panah yang digunakan untuk menyatakan suatu besaran bolak balik, misalnya tegangan bolak balik V atau arus bolak balik I.Panjang anak panah menyatakan nilai maksimum dari besaran yang dimaksud. Phasor dibayangkan berputar dengan laju sudut tetap sebesar . Karena phasor berputar, sudutnya terhadap suatu garis atau sumbu berubah terus. Sudut ini menyatakan sudut fase atau t besaran bolak balik itu pada saat t.

Diagram phasor untuk tegangan V0I0Diagram phasor utk V dan I dgn beda fase 0 (fase V dan I sama)

90I0Beda faseDiagram phasor utk V dan I dgn beda fase 900

b. Hambatan dan Reaktansi HambatanRangkaian yang berisi sumber tegangan dan penghambat dengan hambatan R (hambatan murni) disebut Rangkaian Resistif.VmaksImaksV=Vmaks.Sin tI=Imaks.Sin t

t

Rankaian AC dengan beban resistorGrafik arus dan tegangan pd resistor dalam rangkaian AC

Pada rangkaian resistif berlaku rumus; V = Vmaks.Sin tI = Imaks.Sin tVmaks = Imaks.RV = I.R

ReaktansiReaktansi di bagi menjdi 2, yaitu;Reaktansi InduktifReaktansi Kapasitif

Reaktansi Induktif (XL)Terdapat pada rankaian induktif yaitu rangkaian yang terdiri dari sebuah induktor L yg dihubungkan dengan sumber tegangan AC.VmaksImaksV=Vmaks.Cos t =Vmaks.Sin(t+ )I=Imaks.Sin t

t

Besar arus dan tegangan pada rangkaian induktif, dirumuskan;

I = Imaks.Sin tV = Vmaks.Cos t =Vmaks.Sin(t+ )

Besar reaktansi induktif(XL) dirumuskan sbbXL = L atau XL = 2 f LVmaks = XL ImaksVL = XL IKet. = frekwensi sudut (rad/) f = frekwensi (Hz) Vmaks = tegangan maksimum pd induktor(volt) VL = tegannag pd ujung-ujung indoktor(volt)

Reaktansi kapasitif (XC)Terdapat pada rangkaian kapasitif, yaitu rangkaian yg terdiri dari kapsitor C yg dihubungkan dengan tegangan AC.VmaksImaksV=Vmaks.Sin (t- )I=Imaks.Sin t

t

Pada rangkaian kapasitif brlaku rumus-rumus sbb;Ket. V = tegangan sesaat (rata-rata) pd kapasitor Vmaks = tegangan maksimum pd kapasitor Vc = tegangan pd ujung2 kapasitor

c. Rangkaian seri R-L-CBerlaku rumus;

VLVCVL - VCVVRZ = impendansi (ohm)

Apabila XL>XC, maka rangkaian bersifat induktif, karena positifApabila XL

d. Daya dalam Rangkaian Arus Bolak BalikDaya sesaat atau daya semu yang mengalir pada rangkaian arus bolak balik dirumuskan

Sementara daya sesungguhnya atau daya aktif drumuskan sbb; P=Vef Ief cos P=Ief2Z cos P= Ief2R cos =

RZDengan cos = faktor daya

e. Resonansi dalam Rangkaian Arus Bolak BalikAtau disebut juga rangkaian resonansi, yaitu rangkaian yang menghasilkan resonansi arus listrik, misalnya terdapat pada rangkaian pesawat penerima radio.

Pada keadaan resonansi XL Xc=0, yg berarti XL = Xc, yg berarti pula , sehingga diperoleh;

Pd keaadan resonansi berlaku I= ,sebab Z=R. Karena maka diperoleh;

f. TransformatorPengertian DasarKata TRANSFORMATOR berasal dari kata TRANSFORMASI yang berarti PERUBAHAN. Jadi Transformator atau biasa disingkat dengan kata TRAFO adalah suatu peralatan listrik yang tidak berputar yang meneruskan tenaga listrik dari satu rangkaian ke rangkaian lain dengan frekuensi yang sama, dan dengan tegangan yang berubah melalui rangkaian magnetik.

Kegunaan Transformator

1. Untuk menyesuaikan tegangan setempat dengan tegangan padaperalatan listrikMisalnya kita mempunyai peralatan listrik dengan tegangan 220 volt makadipasang pada suatu tempat yang tegangannya 110 volt, maka kita pergunakantrafo untuk menyesuaikan tegangan 110 volt tersebut menjadi 220 volt, sepertigambar

110 voltTRAFO220 voltPralatan ListrikIII

Keterangan ;Sisi PrimerSisi Sekunder

2. Pada sistim Tenaga Listrik

Trafo pada sistim tenaga listrik disebut : TRAFO TENAGA. Trafo tenaga inidapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu :a. STEP UP TRANSFORMER atau trafo penaik tegangan yaitu untukmenaikkan tegangan Pusat Pembangkit menjadi tegangan tinggi untuk diTransmisikan.b. STEP DOWN TRANSFORMER atau Trafo penurun tegangan yaitu untukmenurunkan tegangan saluran transmisi ke tegangan yang lebih rendah(tegangan pemakai).Disamping itu dikenal pula TRAFO DISTRIBUSI untuk merubah tegangandistribusi primer ke tegangan distribusi sekunder untuk di distribusikan kekonsumen.

3. Untuk Pengukuran dari besaran listrik

Trafo yang digunakan untuk pengukuran besaran listrik (yaitu tegangandan arus yang tinggi) ini disebut TRAFO INSTRUMEN atau TRAFOPENGUKURAN . Trafo instrumen ada dua macam yaitu :1. Trafo tegangan (digunakan pada volt meter)2. Trafo arus (digunakan pada ammeter/amperemeter)4. Dalam bidang Elektronika

Dalam bidang elektronika transformator digunakan antara lain :1. Sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban.2. Untuk memisahkan satu rangkaian dari rangkaian yang lain.3. Untuk menghambat arus searah sambil tetap melakukan arus bolak-balikantar rangkaian.

Klasifikasi Trafo

a. Berdasarkan jumlah fasanya.Trafo dibedakan atas 2 macam, yaitu :1. Trafo tunggal atau trafo satu fasa.2. Trafo fasa banyak.b. Berdasarkan arah fluksi magnetBerdasarkan cara melilitkan kumparan pada inti besinya atau berdasarkanjalannya fluksi magnet pada inti besi, Trafo dibedakan atas 2 macam, yaitu:1. Transformator Inti atau Core Type Transformator2. Transformator Mantel atau Shell Type Transformator

Perbandingan tegangan

Tegangan pada kumparan pada sebuah transformator, berbanding lurus denganjumlah lilitan pada kumparan. Hubungan dijelaskan pada persamaan berikut ini :Keterangan ;Vp = tegangan pada kumparan primerVs = tegangan pada kumparan sekunderNp = jumlah lilitan pada kumparan primerNs = jumlah lilitan pada kumparan sekunder

Perbandingan dari tegangan primer dan tegangan sekunder diketahui sebagai perbandingan tegangan atau voltage ratio (VR). Sedangkan perbandingan dari lilitan primer dan lilitan sekunder disebut dengan perbandingan lilitan atau turns ratio (TR) dengan memasukkan ke persamaan 5-1 dapat diketahui bahwa perbandingan tegangan sebanding dengan perbandingan lilitan.

VR = TR Sebuah perbandingan tegangan 1:5 berarti setiap 1 volt pada bagian primer terjadi tegangan 5 volts pada tegangan sekunder.0

Contoh soal 5.3 :Sebuah trafo daya mempunyai perbandingan lilitan 1:4. Jika kumparan sekundermempunyai 5000 lilitan dan tegangan sekunder 60 volts, hitunglah perbandingantegangan Vp dan NpPenyelesaian :

Perbandingan kuat arusKuat arus pada kumparan transformator adalah berbanding terbalik dengantegangan. Persamaan tersebut ditunjukkan :Dimana :Ip = kuat arus kumparan primerIs = kuat arus kumparan sekunder

Karena perbandingan tegangan sebanding dengan perbandingan lilitan,persamaan kuat arus dan perbandingan lilitan dapat dituliskan sbb:

Contoh soal 5.4Sebuah transformator beroperasi pada sisi primer 120 volt dan mengalir kuatarus 4 ampere. Hitunglah kuat arus pada bagian sekunder jika tegangandinaikkan menjadi 500 v.Penyelesaian :