BAB I

Pendahuluan

1.1 Asal mula arus listrik AC

Akhir abad 19, Nicola Tesla dan George Westinghouse memenangkan

proposal pendistribusian daya dengan menggunakan arus bolak-balik (ac) di

Amerika Serikat mengalahkan Thomas Edison yang mengusulkan arus

searah (dc) untuk pendistribusian. Arus ac memiliki keunggulan efisiensi

energy pada saat dihantarkan sementara pada arus DC Daya berubah

menjadi kalor (panas) yang sangat besar.

Diagram arus bolak-balik (garis hijau) dan arus searah (garis merah)

Arus bolak-balik (AC/alternating current) adalah arus listrik dimana

besarnya dan arahnya arus berubah-ubah secara bolak-balik. Berbeda

dengan arus searah dimana arah arus yang mengalir tidak berubah-ubah

dengan waktu. Bentuk gelombang dari listrik arus bolak-balik biasanya

berbentuk gelombang sinusoida[1], karena ini yang memungkinkan

pengaliran energi yang paling efisien. Namun dalam aplikasi-aplikasi

spesifik yang lain, bentuk gelombang lain pun dapat digunakan, misalnya

bentuk gelombang segitiga (triangular wave)[2] atau bentuk gelombang segi

empat (square wave)[3].

Secara umum, listrik bolak-balik berarti penyaluran listrik dari

sumbernya (misalnya PLN) ke kantor-kantor atau rumah-rumah penduduk.

Namun ada pula contoh lain seperti sinyal-sinyal radio atau audio yang

disalurkan melalui kabel, yang juga merupakan listrik arus bolak-balik. Di

dalam aplikasi-aplikasi ini, tujuan utama yang paling penting adalah

1. fungsi matematika yang berbentuk osilasi halus berulang. 2. adalah nama untuk gelombang non-sinusoidal berbentuk segitiga . bersifat periodik, bagian demi bagiannya linear, dengan fungsi nyata yang kontinu 3. Page 1

pengambilan informasi yang termodulasi atau terkode di dalam sinyal arus

bolak-balik tersebut.

Sumber arus bolak-balik adalah generator arus bolak-balik. Prinsip dasar

generator arus bolak-balik adalah sebuah kumparan berputar dengan

kecepatan sudut ω yang berada didalam medan megnetik. Generator ini

menghasilkan gaya listrik induksi yang berbentuk sinusoida, dapat dinyatakan

secara matematik.

(a) Tegangan bolak-balik dan (b) arus bolak-balik.

V =Vm sin ωt = Vm sin 2πft = Vmsin 2μ T

t

 I =Im sin ωt = Im sin 2πft = Imsin 2μ T

t

 

1. fungsi matematika yang berbentuk osilasi halus berulang. 2. adalah nama untuk gelombang non-sinusoidal berbentuk segitiga . bersifat periodik, bagian demi bagiannya linear, dengan fungsi nyata yang kontinu 3. Page 2

Dengan :

V,I               = tegangan sesat (V), arus sesaat (A)

Vm,Im          = tegangan maksimum (V), arus maksimum (A),

f                 = Frekwensi (Hz),

T                = periode (s),

T                = waktu (s),

ωt              = sudut fase (radian atau derajat).

1. fungsi matematika yang berbentuk osilasi halus berulang. 2. adalah nama untuk gelombang non-sinusoidal berbentuk segitiga . bersifat periodik, bagian demi bagiannya linear, dengan fungsi nyata yang kontinu 3. Page 3

BAB II

Rangkaian Listrik AC

2.1 Isyarat AC

Isyarat AC merupakan bentuk gelombang yang sangat penting dalam

bidang elektronika. Isyarat AC biasa ditulis sebagai :

A sin (w t +q )

dimana A merupakan amplitudo (harga puncak), q adalah fase awal dan w

adalah frekuensi.

Perlu dipertegas di sini bahwa w biasa disebut frekuensi anguler dengan

satuan radian per detik (rad s-1), sedangkan f biasa digunakan untuk

menunjukkan frekuensi dari sumber tegangan dengan satuan hertz (Hz).

Dalam satu periode, fase dari gelombang sinus berubah dengan 1

putaran (cycle), atau 2p radian, karenanya kedua frekuensi mempunyai

hubungan w = 2pf dimana biasanya berharga f = 50 atau 60 Hz.

Alasan utama penggunaan tegangan AC adalah karena kemudahannya

untuk ditransmisikan pada tegangan tinggi dan dengan arus yang rendah,

kemudian dengan mudah tegangannya dapat diturunkan dengan

menggunakan transformator. Beberapa tipe isyarat yang penting untuk

interval frekuensi antara lain:

50 HZ : sumber daya ac

20 - 20000 Hz : isyarat audio

0,5 - 1.5 MHz : radio AM

I - 1000 MHz : komunikasi radio (termasuk TV dan radio FM).

Jika sumber tegangan sinus dihubungkan dengan sebuah rangkaian seri

yang terdiri dari resistor (R), kapasitor (C) dan induktor (L); maka semu

tegangan dan arus akan berbentuk sinus dengan frekuensi yang sama. Untuk

proses penjumlahan dan pengurangan tegangan dan arus dapat digunakan

hukum Kirchhoff.

1. fungsi matematika yang berbentuk osilasi halus berulang. 2. adalah nama untuk gelombang non-sinusoidal berbentuk segitiga . bersifat periodik, bagian demi bagiannya linear, dengan fungsi nyata yang kontinu 3. Page 4

2.2 Reaktansi Induktif

Berbeda dengan rangkaian AC resitif dimana arus dan tegangan se-

phasa, pada rangkaian AC induktif phasa tegangan mendahului 90° terhadap

arus. Jika digambarkan diagram phasor-nya maka arus mengarah ke sumbu

‘X’ positif (kanan) dan tegangan mengarah ke sumbu ‘Y’ positif (atas)

seperti yang diilustrasikan oleh gambar.

Hambatan aliran elektron ketika melewati induktor pada rangkaian AC

disebut sebagai ‘Reaktansi Induktif’, reaktansi dihitung dalam satuan Ohm

(Ω) sama hal-nya seperti resistansi. Simbol reaktansi induktif adalah 'XL',

pada rangkaian AC sederhana, reaktansi induktif dapat dihitung

menggunakan persamaan berikut.

XL = 2 ∙ π ∙ f ∙ L

Dimana :

XL = Reaktansi induktif (Ohm / Ω)

1. fungsi matematika yang berbentuk osilasi halus berulang. 2. adalah nama untuk gelombang non-sinusoidal berbentuk segitiga . bersifat periodik, bagian demi bagiannya linear, dengan fungsi nyata yang kontinu 3. Page 5

π= Pi ≈ 3,14

f= Frekuensi (Hertz / Hz)

L= Induktansi (Henry / H)

Reaktansi induktif berbanding lurus terhadap frekuensi, jika frekuensi

meningkat maka reaktansi induktif juga akan meningkat atau membesar dan

begitu juga sebaliknya.

Karakteristik disipasi daya induktor pada rangkaian AC diperlihatkan

oleh kurva hijau di atas. Tidak seperti pada resistor dimana resistor selalu

ter-disipasi daya dan kelebihan energi-nya dilepaskan dalam bentuk energi

panas, induktor pada rangkaian AC tidak ter-disipasi daya dengan kata lain

disipasi daya induktor pada rangkaian AC sama dengan ‘0’ (Nol). Mengapa

demikian karena pada saat disipasi daya induktor bernilai positif, daya ini

diserap oleh induktor tetapi ketika daya disipasi induktor bernilai negatif,

daya disalurkan ke rangkaian. Karena disipasi daya yang diserap dan

disalurkan sama besar maka disipasi daya pada induktor sama dengan ‘0’

(Nol). Ini berlaku hanya pada induktor ideal (R induktor = 0Ω).

2.3 Reaktansi kapasitif

1. fungsi matematika yang berbentuk osilasi halus berulang. 2. adalah nama untuk gelombang non-sinusoidal berbentuk segitiga . bersifat periodik, bagian demi bagiannya linear, dengan fungsi nyata yang kontinu 3. Page 6

Ketika arus dan tegangan melewati kapasitor pada rangkaian AC, phasa

arus mendahului 90° phasa tegangan. Jika digambarkan diagram phasor-nya

maka arus (I) ke arah sumbu 'X' positif (kanan) dan tegangan ke arah sumbu

'Y' negatif (bawah).

Hambatan aliran elektron ketika melewati kapasitor pada rangkaian

AC disebut sebagai ‘Reaktansi Kapasitif’, reaktansi kapasitif dihitung dalam

satuan Ohm (Ω) sama hal-nya seperti resistansi dan reaktansi induktif.

Simbol reaktansi induktif adalah 'XC', pada rangkaian AC sederhana,

reaktansi kapasitif dapat dihitung menggunakan persamaan berikut.

Dimana :

XC = Reaktansi kapasitif (Ohm / Ω)

1. fungsi matematika yang berbentuk osilasi halus berulang. 2. adalah nama untuk gelombang non-sinusoidal berbentuk segitiga . bersifat periodik, bagian demi bagiannya linear, dengan fungsi nyata yang kontinu 3. Page 7

π = Pi ≈ 3,14

f = Frekuensi (Hertz / Hz)

C = Kapasitansi (Farad / F)

Reaktansi kapasitif berbanding terbalik terhadap frekuensi, jika frekuensi

meningkat maka reaktansi kapasitif akan menurun dan begitu juga

sebaliknya.

Karakteristik disipasi daya kapasitor pada rangkaian AC sama

seperti pada karakteristik daya induktor yaitu sama dengan ‘0’ (Nol), karena

daya yang diserap dan disalurkan oleh kapasitor sama besar dan ini hanya

berlaku untuk kapasitor ideal.

Impedansi

Impedansi merupakan total dari resistansi dan reaktansi komponen

pada suatu rangkaian AC. Impedansi disimbolkan oleh huruf kapital ‘Z’ dan

1. fungsi matematika yang berbentuk osilasi halus berulang. 2. adalah nama untuk gelombang non-sinusoidal berbentuk segitiga . bersifat periodik, bagian demi bagiannya linear, dengan fungsi nyata yang kontinu 3. Page 8

dihitung dalam satuan Ohm (Ω). Dalam matematika impedansi rangkaian R,

L, C yang dirangkai seri dituliskan dalam bentuk persamaan:

Dimana :

Z = Impedansi (Ohm / Ω)

R = Resistansi (Ohm / Ω)

XL = Reaktansi induktif (Ohm / Ω)

XC = Reaktansi kapasitif (Ohm / Ω)

Jika pada suatu rangkaian AC hanya terdiri dari R dan L yang

dirangkai seri digunakan persamaan:

Sedangkan jika pada suatu rangkaian AC hanya terdiri dari R dan C

yang dirangkai seri digunakan persamaan:

Lalu, bagaimana menghitung impedansi pada rangkaian AC dimana

terdapat R-L-C yang dirangkai secara paralel? Impedansi pada rangkaian R-

L-C paralel sama dengan tegangan total dibagi dengan arus total.

1. fungsi matematika yang berbentuk osilasi halus berulang. 2. adalah nama untuk gelombang non-sinusoidal berbentuk segitiga . bersifat periodik, bagian demi bagiannya linear, dengan fungsi nyata yang kontinu 3. Page 9

Dimana:

ZT = Impedansi total (Ohm / Ω)

VT = Tegangan total (Volt / V)

IT = Arus total (Ampere / A)

Untuk mencari arus total (IT) pada R-C-L paralel digunakan

persamaan berikut ini.

Dimana:

IT = Arus total (Ampere / A)

IR = Arus yang melewati resistor (Ampere / A)

IC = Arus yang melewati kapasitor (Ampere / A)

IL = Arus yang melewati induktor (Ampere / A)

Rangkaian penyearah gelombang merupakan rangkaian yang

berfungsi untuk merubah arus bolak-balik (Alternating Current / AC)

menjadi arus searah (Direct Current / DC). Komponen elektronika yang

berfungsi sebagai penyearah adalah dioda, karena dioda memiliki sifat hany\

a memperbolehkan arus listrik melewati-nya dalam satu arah saja.

Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang Rangkaian penyearah

setengah gelombang merupakan rangkaian penyearah sederhana yang hanya

dibangun menggunakan satu dioda saja, seperti diilustrasikan pada gambar

berikut ini.

1. fungsi matematika yang berbentuk osilasi halus berulang. 2. adalah nama untuk gelombang non-sinusoidal berbentuk segitiga . bersifat periodik, bagian demi bagiannya linear, dengan fungsi nyata yang kontinu 3. Page 10

Prinsip kerja dari rangkaian penyearah setengah gelombang ini adalah

pada saat setengah gelombang pertama (puncak) melewati dioda yang

bernilai positif menyebabkan dioda dalam keadaan ‘forward bias’ sehingga

arus dari setengah gelombang pertama ini bisa melewati dioda.

1. fungsi matematika yang berbentuk osilasi halus berulang. 2. adalah nama untuk gelombang non-sinusoidal berbentuk segitiga . bersifat periodik, bagian demi bagiannya linear, dengan fungsi nyata yang kontinu 3. Page 11

BAB III

PENUTUP

Kesimpulan

Arus AC (bolak-balik) adalah arus listrik yang nilainya berubah-berubah

terhadap satuan waktu. Sedangkan arus DC (searah) adalah arus listrik yang

nilainya tetap terhadap satuan waktu. Perbedaan listrik arus AC dan DC dapat

dilihat melalui bentuk gelombang dan metode penggunaannya. Listrik arus AC

lebih berbahaya dari pada arus DC. Namun, pendapat ini tidak berlaku jika nilai

tegangan aliran listrik yang terjadi kecil.

1. fungsi matematika yang berbentuk osilasi halus berulang. 2. adalah nama untuk gelombang non-sinusoidal berbentuk segitiga . bersifat periodik, bagian demi bagiannya linear, dengan fungsi nyata yang kontinu 3. Page 12

DAFTAR PUSTAKA

http://philinyolanda.blogspot.com/2012/11/v-behaviorurldefaultvmlo_4256.html

http://id.answers.yahoo.com/question/index?qid=20121211230909AAADqLC

1. fungsi matematika yang berbentuk osilasi halus berulang. 2. adalah nama untuk gelombang non-sinusoidal berbentuk segitiga . bersifat periodik, bagian demi bagiannya linear, dengan fungsi nyata yang kontinu 3. Page 13