Bimbel TES SMAKBO
Bimbel SNBT
Tegangan bolak-balik adalah tegangan apa pun yang bervariasi dalam besaran dan polaritas terhadap waktu. Tegangan dapat bervariasi secara teratur dan dapat diprediksi cara, atau tegangan dapat bervariasi secara tidak teratur dan tidak berulang dengan menghormati waktu. Dalam kedua kasus, tegangan dianggap sebagai tegangan bolak-balik. Gambar di bawah menunjukkan tegangan bolak-balik yang bervariasi secara teratur terhadap waktu.
Arus bolak-balik adalah arus yang besarnya berubah-ubah dan arah. Seperti tegangan bolak-balik, tidak ada batasan pada tingkat perubahan atau bentuk gelombang. Arus bolak-balik hanyalah arus yang berubah besar dan arahnya terhadap waktu.
Arus dan tegangan bolak-balik banyak digunakan untuk mendistribusikan tegangan listrik. Namun, penggunaan tegangan dan arus bolak-balik meluas jauh di luar distribusi tenaga listrik. Semua komunikasi elektronik sistem, komputer elektronik, dan sistem instrumentasi elektronik memerlukan: arus dan tegangan bolak-balik serta tegangan dan arus searah.
Ketika tegangan dan arus bolak-balik memasok tenaga listrik untuk mengoperasikan lainnya perangkat, AC (notasi "AC" adalah penggunaan umum untuk menunjukkan tegangan atau arus bolak-balik atau keduanya) biasanya dihasilkan oleh alternator (generator AC) yang dioperasikan oleh perusahaan listrik. Perangkat elektronik juga dapat digunakan untuk mengembangkan tegangan dan arus AC. Dalam hal ini, sumbernya tegangan dan arus bolak-balik adalah rangkaian yang disebut osilator. Osilator adalah rangkaian elektronika yang mengubah arus DC ke AC.
Frekuensi dan Periode
Tegangan dan arus DC mudah ditentukan besarnya. Tegangan bolak-balik dan arus, bagaimanapun, tidak dapat secara tepat didefinisikan dalam hal besarnya saja. Semua tegangan dan arus bolak-balik memiliki tiga karakteristik : amplitudo, frekuensi, dan fase. Bagian ini terkait dengan karakteristik frekuensi tegangan dan arus AC.
Dinyatakan bahwa setiap tegangan atau arus yang mengubah polaritas atau arah dianggap sebagai AC. Namun, sebagian besar dari semua tegangan AC dan arus berubah besar dan arahnya pada laju yang telah ditentukan. Itu adalah, tegangan AC naik ke nilai maksimum, menurun dari maksimum ke nol, maka naik ke nilai maksimum dari polaritas yang berlawanan, dan sekali lagi menurun ke nol. Ini mengulangi proses ini terus menerus.
Siklus tegangan atau arus bolak-balik terdiri dari satu siklus lengkap transisi dari beberapa titik pada gelombang AC ke titik yang sama pada mengikuti bentuk gelombang AC. Misalnya, satu siklus bentuk gelombang AC dari gambar di atas dapat diukur antara titik a dan d, b dan e, atau c dan f.
Jumlah siklus per detik didefinisikan sebagai frekuensi AC tegangan atau arus. Misalnya, frekuensi saluran listrik umum di Amerika Serikat Serikat adalah 60 siklus per detik (cps), sedangkan frekuensi radio stasiun penyiaran mungkin 106 cps. Stasiun televisi beroperasi pada frekuensi pada urutan 108 cps.
Beberapa hubungan matematika dasar sekarang dapat ditulis berhubungan frekuensi ke waktu satu siklus. Karena frekuensi sama dengan siklus per detik, berikut ini
Tegangan dan Arus Sinusoidal
Bentuk gelombang unik untuk tegangan atau arus AC adalah gelombang sinus. Di sebelumnya bagian, telah dinyatakan bahwa tegangan atau arus bolak-balik mungkin ada bentuk gelombang apapun. Ini memang benar, tetapi fakta ini bisa membuat matematis analisis rangkaian arus bolak-balik sangat melelahkan. Namun, itu bisa saja ditunjukkan secara matematis dan ditunjukkan secara grafis bahwa setiap bentuk gelombang, bagaimanapun tidak teratur, terdiri dari berbagai kombinasi sinusoidal bentuk gelombang. Oleh karena itu, fitur unik dari gelombang sinus adalah itu adalah dasar untuk semua tegangan dan arus AC!
Dalam gelombang sinus, satu siklus lengkap diwakili oleh 360° atau 2π radian. Oleh karena itu, jika periode gelombang sinus adalah 0,2 s, maka setiap derajat dari siklus mewakili 0,556 ms. Setiap saat, nilai sesaat dari gelombang sinus sama dengan produk dari nilai maksimum gelombang sinus dan sinus sudut terhadap waktu. Persamaan untuk gelombang sinus dari tegangan adalah
di mana θ adalah sembarang sudut.
Persamaan untuk gelombang sinus arus ditulis dengan cara yang sama.
Gambar di bawah ini adalah gelombang tegangan sinus, menunjukkan substitusi sudut mengukur dalam derajat dan radian untuk waktu.
Selain representasi grafis dari gelombang sinus, seperti di gambar di atas, gelombang sinus dapat diwakili oleh vektor radius, atau fasor.
Fasor memiliki besaran konstan yang sama dengan nilai maksimum sinus gelombang, dan nilai sesaat dari gelombang sinus adalah produk dari fasor dan sinus sudut antara fasor dan titik asal. Fasor representasi sangat berguna dalam menambah dan mengurangi bolak-balik tegangan dan arus. Gambar di bawah mengilustrasikan representasi fasor untuk gelombang sinus dari gambar di atas.
Diskusi representasi fasor gelombang sinus mengarah secara logis ke yang lain konsep yang berguna. Kecepatan sudut biasanya dikaitkan dengan rotasi mesin. Namun, fasor yang mewakili gelombang sinus dapat divisualisasikan sebagai: vektor berputar, dan karena itu juga memiliki kecepatan sudut. Seperti yang ditunjukkan dalam pada gambar di atas, arah putaran positif adalah berlawanan arah jarum jam (ccw).
Kecepatan adalah perbandingan jarak dengan waktu. Kecepatan sudut sinus gelombang adalah "jarak" dari satu siklus, dalam radian, dibagi dengan periode gelombang sinus. Kecepatan sudut diwakili oleh omega huruf kecil (ω).
Namun, T = 1/f. Jika nilai T ini diganti ke dalam persamaan di atas, maka
Persamaan untuk gelombang tegangan sinus dan gelombang arus sinus mungkin ditulis ulang dalam persamaan di atas. Kecepatan sudut sinus gelombang adalah konstan, dan sudut tertentu dari gelombang sinus setiap saat merupakan fungsi langsung dari waktu. Oleh karena itu, jika kecepatan sudut dikalikan dengan waktu dalam detik, hasil kali adalah sudut dalam radian.
Persamaan untuk gelombang tegangan sinus dan gelombang sinus arus, ketika radian ukuran yang digunakan, ditulis
Sudut Fase dan Perbedaan Fase
Telah dicatat bahwa semua tegangan dan arus AC memiliki tiga karakteristik; frekuensi, amplitudo, dan fase. Pada bagian ini, karakteristik fase gelombang sinus akan dibahas.
Dalam persamaan gelombang sinus, variabel bebasnya adalah waktu, di keduanya representasi dari gelombang sinus, dengan grafik atau dengan fasor, notasi sudut telah diganti dengan waktu. Ini harus jelas dari persamaan gelombang sinus bahwa semua sinusoid memiliki nilai nol pada saat sudut ekuivalen waktu adalah nol. Adalah konvensional untuk merepresentasikan gelombang sinus sebagai mulai dari 0°.
Namun, sama-sama diperbolehkan untuk mempertimbangkan sinus gelombang sebagai mulai dari titik lain pada siklusnya. Gambar di atas mengilustrasikan gelombang sinus tegangan yang tidak nol pada awal siklusnya.
Ketika gelombang sinus dianggap mulai pada magnitudo selain nol, fakta harus ditunjukkan dalam persamaan gelombang. Sudut perpindahan gelombang dari 0° ke titik pada siklusnya di mana gelombang dianggap mulai adalah sudut fasanya. Misalnya pada gambar di atas θ adalah sudut fase gelombang.
Persamaan untuk bentuk gelombang tegangan dari gambar di atas ditulis
Gambar di bawah mengilustrasikan gelombang arus sinus yang dijelaskan oleh persamaan
Dalam rangkaian AC yang mengandung kapasitansi, induktansi, atau keduanya, sudut fasa arus dan tegangan dapat berbeda satu sama lain. Artinya, arus dalam sirkuit dapat mencapai maksimum atau minimum pada waktu yang berbeda dari tegangan. Selisih waktu antara besaran-besaran yang berselang-seling ini disebut perbedaan fase dan dinyatakan dalam derajat. Perbedaan fase mungkin juga menyatakan perpindahan waktu antara gelombang frekuensi yang berbeda yang ada di sirkuit yang sama.
Harus jelas bahwa perbedaan fase antara gelombang sinus yang berbeda frekuensi terus berubah. Namun, seringkali lebih mudah untuk mengekspresikan perbedaan fase antara sinyal frekuensi yang berbeda di beberapa instan tertentu dalam waktu. Ketika jumlah bergantian dengan frekuensi yang sama mencapai maxima positif (atau titik referensi nyaman lainnya pada siklus) pada saat yang sama, kuantitas dikatakan dalam fase: fase perbedaan di antara mereka adalah 0°.
Gambar di bawah menunjukkan dua fasor dengan frekuensi yang sama yang dipindahkan satu sama lain oleh θ°. v1 dikatakan sebagai yang terdepan v2 oleh θ° (putaran berlawanan arah jarum jam dari fasor, seperti disebutkan sebelumnya, adalah arah positif).
Perhatikan bahwa perbedaan fase antara v1 dan v2 adalah jumlah sudut β dan α. Dapat dinyatakan bahwa v1 memimpin sumbu referensi dengan β derajat, dan v2 tertinggal dari referensi yang sama ini sebesar α derajat. Gambar di bawah mengilustrasikan dua arus yang berada di fase satu sama lain. Bagian A adalah representasi fasor dari arus ini, dan Bagian B menunjukkan arus sebagai sinusoida.
Nilai Rata-rata Gelombang Sinus
Nilai rata-rata dari setiap arus atau tegangan adalah nilai yang akan ditunjukkan oleh meteran DC. Konsep ini memiliki nilai khusus dalam elektronik, karena banyak tegangan dan arus adalah kombinasi dari DC dan sinusoidal. Itu konsep nilai rata-rata sangat penting dalam rangkaian penyearah.
Nilai rata-rata dari setiap kurva adalah area yang dilingkupi oleh kurva dibagi oleh dasar kurva. Gambar di bawah menunjukkan satu siklus pulsa persegi panjang tegangan, dan menggambarkan nilai rata-rata pulsa ini selama satu siklus.
Jelas bahwa nilai rata-rata gelombang sinus selama satu siklus penuh adalah nol, karena rata-rata setengah siklus persis sama tetapi berlawanan dalam polaritas dengan rata-rata setengah lainnya. Nilai rata-rata gelombang sinus biasanya diperoleh dengan mengasumsikan bahwa itu telah diperbaiki. Artinya, keduanya setengah dari bentuk gelombang dianggap positif. Gelombang sinus yang diperbaiki adalahditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Perhitungan nilai rata-rata gelombang sinus dilakukan dengan kalkulus integral. Proses ini menghasilkan nilai rata-rata kurva dari 0 sampai π radian. Nilai rata-rata ini juga dari gelombang sinus penuh siklus dan sering disebut sebagai rata-rata nilai yang diperbaiki. Rata-rata nilai tegangan yang diperbaiki adalah
Nilai rata-rata yang diperbaiki dari gelombang arus sinus adalah
Nilai Efektif Gelombang Sinus
Nilai efektif dari bentuk gelombang arus atau tegangan adalah nilai yang diinginkan menghilangkan daya yang sama dengan arus atau tegangan DC sama secara numerik. Misalnya, arus AC dengan nilai efektif 2 amp menghilang persis sama daya sebagai 2-amp DC. Perhatikan bahwa tidak ada pertimbangan yang diberikan pada bentuk gelombang arus AC; kami hanya menyatakan bahwa arus efektif AC 2-amp mengembangkan daya yang sama dengan 2-amp DC. Singkatnya, nilai efektif didefinisikan dalam hal disipasi daya.
Nilai efektif sering disebut sebagai nilai root-mean-square (rms). Nilai efektif gelombang sinus adalah
Perhatikan bahwa huruf kecil digunakan untuk menunjukkan nilai sesaat dari arus atau tegangan setiap kali arus atau tegangan variabel dengan waktu. Nilai arus atau tegangan tertentu ditunjukkan dengan huruf kapital (Vmaks, Imaks, dll.).
Tidak ada komentar:
Posting Komentar