Rangkaian Induktif Rangkaian Arus Bolak – Balik

LISTRIK untuk SMP KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: RANGKAIAN ARUS BOLAK BALIK DAN GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK KELOMPOK KOMPETENSI G 55 Modul Pengemabnagan Keprofesian Berkelanjutan Guru Mata Pelajaran Fisika SMA 2 2 2 2 2 C L X X I R I V − + = 2 2 C L X X R I V − + = Untuk rangkaian RLC seri, berlaku persamaan sebagai berikut: IZ V = ...................... 2.34 Dimana Z adalah impedansi rangkaian, sehingga didapat: 2 2 C L X X R Z − + = ...................... 2.35 Impedansi pada rangkaian seri RLC merupakan hambatan total rangkaian yang berasal dari hambatan R, reaktansi kapasitif X C , dan reaktansi induktif X L . Perlu diingat, seperti halnya reaktansi kapasitif dan reaktansi induktif yang bergantung pada frekuensi, impedansi rangkaian RLC seri pun bergantung pada frekuensi, yang dinyatakan dengan persamaan: 2 2 2 1 2     − + = fC fL R Z π π ...................... 2.36 Arus yang mengalir pada seluruh komponen rangkaian seri RLC adalah sama besar, oleh karena itu berlaku Sehingga diagram fasor tegangan pada Gambar 2.15b dapat diganti dengan diagram fasor impedansi Z, R, X L , dan X C seperti Gambar 2.16. Berdasarkan Gambar 2.15b dan 2.32, tangen sudut fase antara fasor arus dan fasor tegangan adalah: R X X V V V tg C L R C L − = − = φ ...................... 2.37 Sudut fase φ sangat penting karena mempunyai pengaruh besar pada daya disipasi oleh rangkaian. Ingat, pada nilai rata-rata, hanya resistor yang ”menghabiskan” daya; yaitu R I P rms 2 = . Berdasarkan Gambar 2.16b: Gambar 2.16 Diagram fasor impedansi 56 KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: RANGKAIAN ARUS BOLAK BALIK DAN GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK KELOMPOK KOMPETENSI G PPPPTK IPA Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan - Kemdikbud Z R Z I R I V V rms rms R = = = φ cos sehingga φ cos Z R = Oleh karena itu daya dapat dinyatakan sebagai; φ φ cos cos 2 Z I I Z I P rms rms rms = = φ cos rms rms V I P = ...................... 2.38 Dimana V rms adalah tegangan efektif generator. Besaran cos φ disebut faktor daya rangkaian. Berdasarkan persamaan 2.37, jika hambatan R = 0, maka cos = = Z R φ . Sehingga cos = = φ rms rms V I P , hasil ini diharapkan karena baik kapasitor maupun induktor tidak menggunakan energi rata- rata. Sebaliknya, jika hanya ada hambatan R saja, maka R X X R Z C L = − + = 2 2 dan 1 cos = = Z R φ . Dalam kasus ini rms rms rms V I I P = = φ cos V rms , dimana persamaan ini merupakan daya disipasi rata-rata di dalam resistor.

g. Sifat Rangkaian

Berdasarkan selisih nilai reaktansi induktif X L dengan reaktansi kapasitif X C dikenal tiga jenis sifat rangkaian, yaitu: 1 Rangkaian bersifat induktif C X X L 〉 , beda sudut fase antara tegangan dan kuat arus bernilai positif 〉 φ tg dan tegangan mendahului arus sebesar φ , yaitu 2 π φ ≤ ≤ . 2 Rangkaian bersifat kapasitif C X X L 〈 , beda sudut fase antara tegangan dan kuat arus bernilai negatif 〈 φ tg dan tegangan tertinggal dari arus sebesar φ , yaitu 2 π φ ≤ ≤ . 3 Rangkaian bersifat resistif C X X L = , tegangan sefase dengan arus, dan disebut juga rangkaian dalam keadaan resonansi. LISTRIK untuk SMP KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: RANGKAIAN ARUS BOLAK BALIK DAN GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK KELOMPOK KOMPETENSI G 57 Modul Pengemabnagan Keprofesian Berkelanjutan Guru Mata Pelajaran Fisika SMA Agar lebih mudah memahami sifat rangkaian tersebut bisa Anda perhatikan Gambar 2.17 di bawah ini. Gambar 2.17 Diagram fasor untuk sifat rangkaian, a induktif b kapasitif c resistif Seperti telah kita ketahui bahwa rangkaian seri RLC dipengaruhi oleh frekuensi. Sementara itu banyak sekali variasi rangkaian yang dapat dibentuk dari resistor, kapasitor, dan induktor. Dengan menganalisa kemungkinan suatu rangkaian, akan membantu kita dalam memahami pengaruh nilai ekstrim frekuensi terhadap tingkah laku kapasitor dan induktor. Gambar 2.18 menunjukkan suatu rangkaian RLC pada frekuensi sangat kecil. Ketika frekuensi mendekati nol seperti dalam rangkaian dc, reaktansi kapasitif menjadi sangat besar sehingga tidak ada muatan yang dapat mengalir melalui kapasitor. Keadaan ini sama dengan jika seandainya kapasitor tidak terhubung dengan rangkaian sehingga menjadi terbuka. Pada saat frekuensi mencapai nilai batas nol, reaktansi induktif berkurang menjadi sangat kecil. Sehingga induktor tidak menghambat arus dc. Keadaan ini sama seperti jika induktor diganti oleh kawat yang hambatannya nol.