Sifat-sifat Arus dan Tegangan Bolak-Balik

1. Pengertian Arus dan Tegangan 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. Keuntungan dari penggunaan arus AC ini adalah tegangannya dapat dinaikkan dan diturunkan dengan transformator.

Arus bolak-balik dapat dihasilkan dengan induksi magnetik dalam sebuah generator AC. Tegangan listrik yang dihasilkan dari generator pada pusat pembangkit listrik kurang tinggi untuk transmisi jarak jauh yang efisien. Tegangan tersebut dinaikkan dengan transformator step-up agar transfmisi jarak jauh menjadi efisien. Sebelum didistribusikan ke konsumen, tegangan diturunkan kembali dengan transformator step-down agar lebih aman.

Arus dan tegangan bolak-balik yaitu arus dan tegangan listrik yang arahnya selalu berubah-ubah secara kontinu/periodik. Seperti telah dijelaskan sebelumnya dalam hukum Faraday bahwa adanya perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh kumparan akan menyebabkan timbulnya ggl induksi pada ujung-ujung kumparan dan jika antara ujung-ujung

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 menyatakan suatu besaran yang nilainya berubah secara kontinu. fasor dinyatakan dengan suatu vektor yang nilainya tetap berputar berlawanan dengan putaran jarum jam. Sebuah fasor memiliki sifat yang sama dengan vektor, yaitu mempunyai nilai dan arah. Besar fasor sama dengan amplitudo gelombang, sedangkan sudut antara fasor dan sumbu x positif sama dengan sudut fasenya.

Apabila sebuah generator dihubungkan dengan suatu penghantar R dan menghasilkan tegangan maksimum sebesar Vmax, maka tegangan dan arus listrik yang melewati penghantar tersebut dinyatakan :

2. Pengertian Sudut Fase dan Beda Fase dalam Arus Bolak-Balik

Arus dan tegangan bolak-balik (AC) dapat dilukiskan sebagai gelombang sinussoidal, misalkan jika dalam suatu rangkaian ada arus dan tegangan yang besarnya dinyatakan dalam persamaan :

wt atau (wt + 90^o) disebut sudut fase yang sering ditulis dengan lambang q. Sedangkan besarnya selisih sudut fase 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 90^o dan dikatakan arus mendahului tegangan dengan beda fase sebesar 90^o.

3. Nilai Efektif Arus dan Tegangan Bolak- Balik

Nilai efektif arus dan tegangan bolak balik merupakan 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. 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. Alat-alat ukur listrik arus bolak-balik menunjukkan nilai efektifnya.

Hubungan antara nilai efektif dan nilai maksimum dapat dinyatakan dalam persamaan :

dengan:

V_ef = tegangan efektif

I_ef = kuat arus efektif

V_max= tegangan maksimum

I_max = Kuat arus maksimum

4. Nilai Rata-Rata Arus Bolak-Balik

Nilai rata-rata arus bolak-balik adalah 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 arus bolak-balik dengan nilai arus dan tegangan maksimumnya dinyatakan dalam persamaan :

dengan:

V_r = tegangan rata-rata

I_r = kuat arus rata-rata

V_max = tegangan maksimum

I_max = kuat arus maksimum

5. Alat Ukur Arus dan Tegangan Bolak-Balik

Arus dan tegangan listrik bolak-balik masing-masing dapat diukur menggunakan amperemeter dan voltmeter AC. Pada dasarnya alat ukur lisrik arus bolak-balik tidak menunjukkan nilai yang sesungguhnya, melainkan nilai efektifnya. Misalkan pada alat ukur amperemeter AC dan voltmeter AC, dari hasil pembacaan pada skala alat tersebut bukan merupakan nilai yang sesungguhnya, akan tetapi merupakan nilai efektifnya. Contohnya jika jarum amperemeter AC menunjukkan angka 20 A, berarti arus efektifnya 20A atau arus maksimumnya 20 A x akar 2. Ketika jarum voltmeter AC menunjukkan angka 220 V, berarti tegangan efektifnya 220 V atau tegangan maksimumnya 220 V x akar 2.

Sedangkan untuk melihat nilai yang sesungguhnya, misalkan nilai maksimumnya atau untuk mengetahui tegangan puncak ke puncak yang sering disebut Vp-p dapat digunakan alat ukur yang disebut dengan CRO yaitu singkatan dari Cathoda Rays Osciloskop.

*google image

Ketika digunakan untuk mengukur arus atau tegangan bolak-balik, pada layar CRO dapat terlihat bentuk grafik dari arus atau tegangan bolak-balik terhadap waktu. Pada prinsipnya pada sebuah CRO terdapat tombol pengatur vertikal (penguat tegangan) yang sering disebut Volt/Dive dan tombol pengatur horisontal yang sering disebut sweeptime yang menyatakan lamanya waktu sapuan ke arah horisontal. Dengan memerhatikan skala yang dapat diatur pada panel CRO, kita dapat menentukan nilai arus atau tegangan maksimum dan periodenya.