Listrik Bolak – Balik

1. Tegangan dan Arus bolak-balik

Arus bolak-balik (Alternating curent) adalah arus yang besar dan arahnya selalu berubah-ubah secara periodik dan tegangan bolak-balik adalah tegangan yang besar dan arahnya selalu berubah ubah secara periodik. Besarnya arus dan tegangan bolak balik diukur dengan ampermeter dan voltmeter AC. Arus dan tegangan yang ditunjukkan merupakan harga efektifnya bukan harga maksimumnya. Berbeda dengan voltmeter dan ampermeter DC yang menunjukkan tegangan dan kuat arus searah yang sesungguhnya.

  1. Bentuk Tegangan dan Arus Bolak-Balik

Listrik bolak-balik dihasilkan oleh generator listrik bolak-balik atau generator AC. Prinsip dasar generator arus bolak

 

balik adalah sebuah kumparan berputar dengan kecepatan menghasilkan tegangan dan arus listrik induksi yang berbentuk sinusoida. Grafik tegangan berbentuk sinusoida maka

Grafik tegangan sinusoida

Gambar 1 : Grafik tegangan sinusoida

dengan:

V = tegangan sesaat (volt)

Vm = tegangan maksimum (volt)

ω = 2πf = frekuensi-balik (rad/s)sudut tegangan bol t = waktu (s)

q= sudut fase ketika t = 0, biasanya diambil sama dengan nol

Grafik Arus Sinusoida

Grafik arus sinusoida

Gambar 2 : Grafik arus sinusoida

dengan:

I = arus sesaat (A)

Im = arus maksimum (A)

  • Kuat Arus dan Tegangan pada Fasor

Hubungan amplitudo tegangan atau arus bolak balik dengan sudut fase dapat dinyatakan secara grafik dalam diagram fasor. Fasor digunakan untuk melukiskan tegangan atau arus listrik bolak balik. Panjang atau besar fasor menyetakan tegangan/arus maksimum. Arah fasor menyatakan sudut fase gelombang pada saat itu.

fasor

Dari diagram tersebut, sudut fase diukur terhadap sumbu mendatar berlawanan berlawanan arah putaran jarum jam. Karena arah fasor selalu berubah maka perlu ditentukan acuannya. Dalam acuan, nilai tegangan dan arus sesaat sama dengan proyeksi fasor pada sumbu Y.

Contoh Soal

Misalkan ada dua tegangan listrik bolak-balik A dan B yang berbeda fase 90o dari fasor A. Seperti gambar dibawah, gambarlah fasornya

fasor 2

Pembahasan

 

1). Fasor B sebagai acuan. Fasor B ketinggalan 90o dari fasor A. Panjang kedua fasor diambil dari perbandingan nilai maksimum kedua tegangan.

fasor 3

2). Fasor A sebagai acuan. Fasor A dgambarkan mendatar. Fasor B vertikal karena B ketinggalan dari A maka arah arah fasor B digambarkan kebawah.

fasor 4

Nilai Rata-rata dan Nilai Efektif

Untuk menentukan nilai rata-rata dan nilai efektif suatu arus dan tegangan bolak-balik Anda harus mengetahui dulu pengertian tegangan maksimum dan arus maksimum. Tegangan maksimum (Vm) merupakan nilai terbesar tegangan listrik bolak-balik, sedangkan kuat arus maksimum (Im) merupakan nilai maksimum dari arus bolak-balik.

  • Nilai Rata-rata Arus Bolak-Balik (Ir)

Nilai rata-rata arus bolak-balik adalah kuat arus bolak-balik yang nilainya setara dengan kuat arus searah untuk memindahkan sejumlah muatan listrik yang sama dalam waktu yang sama.

Dirumuskan:

arus rata

dengan:

Im= arus maksimum (A)

Ir= arus rata-rata (A)

  • Tegangan Rata-rata Arus Bolak-Balik (Vr) Dirumuskan:

tegangan rata

dengan:

Vr = tegangan rata-rata (volt)
Vm = tegangan maksimum (volt)

3)  Nilai Efektif Arus Bolak-Balik,
Nilai efektif arus bolak-balik adalah arus bolak-balik yang setara dengan arus searah untuk menghasilkan jumlah kalor
yang sama ketika melalui suatu resistor,dalam waktu yang sama.

Dirumuskan:

efektif

dengan:

Ief= arus efektif (A)
Im= arus maksimum (A)

4)  Nilai Efektif Tegangan Bolak-Balik
Nilai efektif tegangan bolak-balik adalah tegangan bolak-balik yang setara dengan arus searah untuk menghasilkan jumlah
kalor yang sama. Dirumuskan:

tegangan efektif

dengan:

Vm= tegangan maksimum (V)

Vef= tegangan efektif (V)

Contoh Soal:
1. Suatu tegangan bolak-balik mempunyai nilai maksimum 140 V. Hitung tegangan efektif dan tegangan rata-ratanya!
Pembahasan:

contoh 1

contoh 2

contoh 3

2. Suatu gelombang sinusoida arus bolak-balik mempunyai nilai maksimum 2 A. Berapa arus DC yang akan
menghasilkan efek panas yang sama dengan arus bolak-balik ini?
P e m b a h a s a n :

contoh 4

5) Alat UkurArus dan Tegangan Bolak-Balik Voltmeter AC dan ampermeter AC dapat digunakan untuk mengukur tegangan efektif
dan arus efektif  khusus untuk arus bolak-balik. Sedangkan alat ukur yang merupakan gabungan dari pengukur beberapa
besaran yaitu kuat arus, tegangan dan hambatan yang disebut avometer/multimeter/multitester. Untuk mengukur ni lai
sesaat dan ni lai maksimum dapat digunakan osiloskop. Osiloskop merupakan alat yang langsung menampilkan bentuk
arus tegangan terhadap waktu.

Hubungan antara Arus, Tegangan, dan Hambatan pada Rangkaian Arus Bolak-Balik
a. Resistor pada Rangkaian Arus Bolak-Balik
Berikut merupakan sebuah rangkaian arus bolak-balik yang terdiri dari sebuah resistor dan generator AC.

arus searah

Gambar 6 Rangkaian resistor dengan sumber tegangan

Menurut hukum II Kirchoff, jumlah aljabar potensial dalam suatu loop = nol

1