Dalam kehidupan sehari-hari, kita selalu memanfaatkan listrik dari PLN untuk menyalakan TV, lemari Es, AC dan peralatan elektronika lainnya. Pada dasarnya, listrik yang disupplai PLN untuk pelanggannya adalah sebuah sumber tegangan yang memiliki perubahan secara periodik. Pada satu waktu, tegangan bisa bernilai positif, diwaktu yang lain tegangannya bernilai negatif. Karakteristik yang selalu berubah secara periodik itu lebih kita kenal dengan istilah bolak-balik.
Untuk lebih memahami tentang arus dan tegangan bolak-balik, silakan anda simak pemaparan dibawah ini.
Tegangan Sinusoida.
Tegangan yang disalurkan oleh PLN kepada pelanggan pada dasarnya berbentuk gelombang sinusoida, yang akan berubah pada perioda yang tetap. Gelombang sinusoida bisa berbentuk gelombang fungsi sinus atau gelombang fungsi kosinus. Kedua gelombang tersebut pada dasarnya identik, hanya saja memiliki perbedaan sudut sebesar 900.
Model matematis gelombang sinusoida.
Sebuah tegangan sinusoida berbentuk fungsi sinus memiliki persamaan matematis sbb:
V(t) = Vmax sin (wt + q)
Dimana:
Vmax = amplitude maksimum dari tegangan.
w = kecepatan sudut dalam radian per detik (rad/s).
wt = argument dari gelombang sinusoida
q = Sudut fasa.
Jika digambarkan dalam bentuk grafik, maka gambar1 merupakan bentuk tegangan sinusoida fungsi sinus dengan sudut fasa q = 0
Gambar1. Bentuk Gelombang Sinuisoda fungsi Sinus
Sumbu X merupakan variable derajat atau waktu, sedangkan sumbu Y mewakili amplitude dari tegangan sinusoida. Dari grafik tersebut, terdapat beberapa parameter yang harus anda pahami.
- Tegangan Maksimum (Vmax).
Adalah amplituda tertinggi dari suatu gelombang sinusoida. Dalam satu siklus gelombang, terdapat 2 buah tegangan maksimum, yaitu Vmax dan – Vmax.
Vmax adalah tegangan puncak pada saat gelombang sinusoida pada posisi positif.
– Vmax adalah tegangan puncak pada saat gelombang sinusoida pada posisi negative.
Tegangan maksimum atau tegangan puncak sangat berpengaruh dalam menentukan besarnya tegangan efektif dari sumber tegangan bolak-balik. Semakin besar amplitude tegangan, maka tegangan efektifnya akan semakin tinggi.
Gambar2 merupakan contoh dari 3 buah gelombang sinusoida dengan frekuensi dan fasa yang sama, tetapi berbeda amplitude, yaitu 1 volt, 3 volt dan 5volt.
Gambar2. 3 Buah Gelombang dengan perbedaan fasa 90
Tegangan Efektif (Vrms).
Istilah tegangan efektif atau tegangan RMS muncul karena tegangan dan arus rata-rata tidak banyak membantu dalam perhitungan daya dan energy tegangan bolak-balik AC.
Seperti dibahas pada materi sebelumnya tentang menghitung nilai rata-rata, ternyata nilai rata-rata fungsi sinusoida adalah nol. Hal ini tentu saja tidak banyak membantu kita dalam menghitung besarnya daya yang digunakan pada kurun waktu tertentu. Untuk membantu memecahkan masalah tersebut, maka diperkenalkan istilah tegangan efektif atau tegangan RMS.
Tegangan efektif atau tegangan RMS adalah besarnya tegangan AC bolak-balik yang memiliki dampak yang sama dengan tegangan DC ketika mensuplai suatu beban. Sebagai contoh, sebuah tegangan baterai 5 volt mencatu lampu pijar. Untuk bisa menghasilkan daya yang sama tersebut, maka besarnya tegangan AC yang harus disalurkan adalah sebesar 5V rms.
Hubungan Antara tegangan puncak dan tegangan efektif.
Seperti yang telah dibahas pada materi menghitung tegangan efektif, maka hubungan antara tegangan maksimum atau tegangan puncak dan tegangan efektif adalah:
Vmax = √2 Vrms
Vmax = 1.414 Vrms
Pada contoh diatas, jika Vrms adalah 5Volt, maka tegangan maksimumnya adalah:
Vmax = 1.414 * 5 = 7.07V.
Dengan demikian, untuk bisa memberikan dampak yang sama dengan tegangan DC 5Vdc, maka beban harus disuplai dengan tegangan AC yang memiliki tegangan maksimum Vmax= 7.07Vac
Gambar3 adalah contoh dari 3 buah gelombang dengan tegangan puncak dan tegangan RMS yang berbeda-beda.
Gambar3. 3 Buah Gelombang dengan Tegangan puncak dan tegangan efektif yang berbeda-beda
Frekuensi, Perioda dan Kecepatan Sudut.
Frekuensi (f).
Frekuensi adalah banyaknya gelombang penuh dalam 1 detik. Semakin banyak gelombang penuh yang terbentuk dalam 1 detik, maka frekuensinya semakin tinggi. Satuan dari frekuensi adalah Hertz.
Sebagai contoh, Jaringan PLN memiliki frekuensi 50 Hertz, artinya dalam satu detik terbentuk 50 buah gelombang penuh.
Perioda (T).
Perioda adalah waktu yang dibutuhkan untuk membentuk satu buah gelombang penuh. Semakin cepat waktu yang dibutuhkan dalam membuat sebuah gelombang, maka semakin banyak gelombang yang terbentuk dalam satu detik. Satuan dari perioda adalah detik.
Hubungan Frekuensi dan Perioda.
Semakin besar frekuensi suatu gelombang, maka waktu yang dibutuhkan untuk membentuk satu buah gelombang semakin kecil. Dengan demikian, hubungan frekuensi dan perioda adalah:
F = 1/T
Kecepatan Sudut (w).
Kecepatan sudut adalah kecepatan suatu gelombang untuk melakukan suatu putaran dalam 1 detik. Satuan dari kecepatan sudut adalah radian per detik.
Kecepatan sudut berkaitan secara langsung dengan frekuensi gelombang. Semakin tinggi kecepatan suatu gelombang, maka semakin besar frekuensinya. Dengan kata lain, semakin banyak gelombang penuh yang terbentuk dalam satu detik. Semakin banyak gelombang penuh yang terbentuk dalam satu detik, semakin sedikit waktu yang dibutuhkan untuk membuat satu gelombang penuh.
Hubungan Kecepatan sudut, frekuensi dan perioda.
w = 2Ï€f
w = 2Ï€/T
Sudut Fasa.
Sudut fasa digunakan untuk menggambarkan pergeseran sudut suatu gelombang. Sudut fasa sangat berpengaruh terhadap tegangan nilai tegangan sesaat dan faktor daya.
Jika terjadi pergeseran sudut, sudut fasa bisa bernilai positif ataupun negatif.
Sudut fasa bernilai negative mengandung arti bahwa gelombang tertinggal (lagging).
Sudut fasa bernilai positif mengandung arti bahwa gelombang mendahului (leading).
Gambar dibawah ini menunjukan bentuk 3 buah gelombang yang memiliki sudut fasa berbeda. Gelombang pertama memiliki sudut fasa 0 dengan persamaan X = sin (wt + 00), gelombang kedua memiliki sudut fasa positif 90 derajat dengan persamaan Y = sin (wt + 900) dan gelombang ketiga memiliki sudut fasa negative 90 derajat dengan persamaan Z = sin (wt – 900).
Gambar4. 3 buah gelombang dengan sudut fasa yang berbeda-beda.
Sumber : trafoinstrumen.wordpress.com
