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 Vmax, 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
Vmax = Tegangan maksimum
Imax = 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 = Vmax sin ωt
I = Imax sin (ωt + 90o)
Di mana ωt atau (ωt + 90o)
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 90o dan dikatakan arus mendahului tegangan dengan beda fase sebesar 90o. Apabila dilukiskan dalam diagram fasor dapat digambarkan sebagai berikut :
Grafik arus dan tegangan sebagai fungsi waktu dengan beda fase 90o
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
Nilai Rata-Rata Arus Listrik Bolak-Balik
Nilai rata-rata arus bolak-balik yaitu
nilai arus bolak-balik yang setara dengan arus searah untuk memindahkan
sejumlah muatan listrik yang sama dalam waktu yang sama pada sebuah
penghantar yang sama. Hubungan antara nilai arus dan tegangan listrik bolak-balik dengan nilai arus dan tegangan maksimumnya dinyatakan dalam persamaan :
di mana :
Ir = kuat arus rata-rata
Imax = kuat arus maksimum
Imax = kuat arus maksimum