Resistor dalam Rangkaian AC
Resistor juga dapat digunakan dalam supply Arus Bolak-balik di mana tegangan, arus, dan daya yang dikonsumsi diberikan dalam nilai RMS.
Dalam tutorial sebelumnya kita telah melihat resistor, koneksi mereka dan menggunakan Hukum Ohm untuk menghitung tegangan, arus, dan daya yang terkait dengannya. Dalam semua kasus, baik tegangan dan arus diasumsikan memiliki polaritas, aliran, dan arah yang konstan, dengan kata lain Arus Searah atau DC.
Tetapi ada jenis supply lain yang dikenal sebagai arus Bolak-balik atau AC yang tegangannya mengubah polaritas dari positif ke negatif dan kembali lagi dari waktu ke waktu dan juga arus yang berkenaan dengan tegangan berosilasi bolak-balik. Bentuk berosilasi dari supply AC mengikuti dari bentuk matematika dari Gelombang Sinusoidal yang umumnya disebut "gelombang sinus". Oleh karena itu, tegangan sinusoidal dapat didefinisikan sebagai V(t) = Vmax sin ωt.
Ketika menggunakan resistor murni di rangkaian AC yang memiliki nilai induktansi atau kapasitansi yang dapat diabaikan, prinsip-prinsip yang sama dari Hukum Ohm, aturan rangkaian untuk tegangan, arus dan daya (dan bahkan Hukum Kirchhoff) berlaku seperti yang mereka lakukan untuk rangkaian resistif DC satu-satunya perbedaan saat ini, digunakan dalam jumlah "puncak ke puncak" atau "rms" yang instan.
Saat bekerja dengan tegangan dan arus AC bolak-balik, biasanya hanya menggunakan nilai "rms" untuk menghindari kebingungan. Nilai rms atau "root mean squared" dari bentuk gelombang AC adalah nilai efektif atau DC yang setara untuk bentuk gelombang AC. Juga simbol skematis yang digunakan untuk mendefinisikan sumber tegangan AC adalah dari garis "bergelombang" yang berlawanan dengan simbol baterai untuk DC dan ini ditunjukkan di bawah ini.
Resistor adalah perangkat "pasif", yaitu mereka tidak menghasilkan atau mengkonsumsi energi listrik apa pun, tetapi mengubah energi listrik menjadi panas. Dalam rangkaian DC, rasio linear dari tegangan terhadap arus dalam sebuah resistor disebut resistansi.
Namun, dalam rangkaian AC rasio tegangan terhadap arus ini tergantung pada frekuensi dan perbedaan fasa atau sudut fasa ( φ ) dari supply. Jadi, ketika menggunakan resistor di rangkaian AC jangka Impedansi, simbol Z adalah umumnya digunakan dan kita dapat mengatakan bahwa resistansi DC = impedansi AC, R = Z.
Penting untuk dicatat, bahwa ketika digunakan dalam rangkaian AC, resistor akan selalu memiliki nilai resistif yang sama tidak peduli berapa frekuensi supply dari DC ke frekuensi yang sangat tinggi, tidak seperti Kapasitor dan Induktor.
Untuk resistor di rangkaian AC, arah arus yang mengalir melalui mereka tidak memiliki efek pada perilaku resistor sehingga akan naik dan turun saat tegangan naik dan turun. Arus dan tegangan mencapai maksimum, turun hingga nol dan mencapai minimum pada waktu yang bersamaan. yaitu, mereka naik dan turun secara bersamaan dan dikatakan "dalam-fasa" seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Kita dapat melihat bahwa pada titik mana pun di sepanjang sumbu horizontal bahwa tegangan dan arus sesaat berada dalam fasa karena arus dan tegangan mencapai nilai maksimumnya pada waktu yang sama, yaitu sudut fasa mereka θ adalah 0°. Kemudian nilai-nilai tegangan dan arus sesaat ini dapat dibandingkan untuk memberikan nilai ohmik resistansi hanya dengan menggunakan hukum ohm. Pertimbangkan di bawah rangkaian yang terdiri dari sumber AC dan resistor.
Tegangan sesaat melintasi resistor, VR sama dengan tegangan supply, Vt dan diberikan sebagai:
Arus sesaat yang mengalir dalam resistor akan menjadi:
Karena tegangan melintasi resistor diberikan sebagai VR = I.R, tegangan sesaat melintasi resistor di atas juga dapat diberikan sebagai:
Karena untuk resistor di rangkaian AC sudut fasa φ antara tegangan dan arus adalah nol, maka faktor daya dari rangkaian diberikan sebagai cos 0° = 1.0. Daya dalam rangkaian kapan saja dapat ditemukan dengan mengalikan tegangan dan arus pada saat itu.
Kemudian daya (P), dikonsumsi oleh rangkaian diberikan sebagai P = Vrms Ι cos Φ dalam watt. Tetapi karena cos (Φ) = 1 dalam rangkaian murni resistif, daya yang dikonsumsi hanya diberikan sebagai, P = Vrms Ι sama dengan Hukum Ohm.
Ini kemudian memberi kita bentuk gelombang "Daya" dan yang ditunjukkan di bawah ini sebagai serangkaian pulsa positif karena ketika tegangan dan arus keduanya dalam setengah positif dari siklus daya yang dihasilkan adalah positif. Ketika tegangan dan arus keduanya negatif, hasil dari kedua nilai negatif tersebut menghasilkan pulsa daya positif.
Kemudian daya yang dihamburkan (disipasi) dalam beban resistif murni yang diumpankan dari supply AC rms sama dengan resistor yang terhubung ke supply DC dan diberikan sebagai:
Dimana:
P adalah daya rata-rata dalam Watt
Vrms adalah tegangan supply rms dalam Volt
Irms adalah arus supply rms di Amp
R adalah resistansi resistor dalam Ohm (Ω) - harus benar-benar Z untuk menunjukkan impedansi
Efek pemanasan yang dihasilkan oleh arus bolak-balik dengan nilai maksimum Imax tidak sama dengan arus DC dengan nilai yang sama. Untuk membandingkan efek pemanasan AC ke DC yang setara, nilai rms harus digunakan. Setiap elemen pemanas resistif seperti Pemanas Elektrik, Pemanggang Roti, Ketel, Setrika, Pemanas Air, dll. Dapat digolongkan sebagai rangkaian AC resistif dan kami menggunakan resistor di rangkaian AC untuk menghangatkan rumah dan memanaskan air kami.
Dalam tutorial sebelumnya kita telah melihat resistor, koneksi mereka dan menggunakan Hukum Ohm untuk menghitung tegangan, arus, dan daya yang terkait dengannya. Dalam semua kasus, baik tegangan dan arus diasumsikan memiliki polaritas, aliran, dan arah yang konstan, dengan kata lain Arus Searah atau DC.
Tetapi ada jenis supply lain yang dikenal sebagai arus Bolak-balik atau AC yang tegangannya mengubah polaritas dari positif ke negatif dan kembali lagi dari waktu ke waktu dan juga arus yang berkenaan dengan tegangan berosilasi bolak-balik. Bentuk berosilasi dari supply AC mengikuti dari bentuk matematika dari Gelombang Sinusoidal yang umumnya disebut "gelombang sinus". Oleh karena itu, tegangan sinusoidal dapat didefinisikan sebagai V(t) = Vmax sin ωt.
Ketika menggunakan resistor murni di rangkaian AC yang memiliki nilai induktansi atau kapasitansi yang dapat diabaikan, prinsip-prinsip yang sama dari Hukum Ohm, aturan rangkaian untuk tegangan, arus dan daya (dan bahkan Hukum Kirchhoff) berlaku seperti yang mereka lakukan untuk rangkaian resistif DC satu-satunya perbedaan saat ini, digunakan dalam jumlah "puncak ke puncak" atau "rms" yang instan.
Saat bekerja dengan tegangan dan arus AC bolak-balik, biasanya hanya menggunakan nilai "rms" untuk menghindari kebingungan. Nilai rms atau "root mean squared" dari bentuk gelombang AC adalah nilai efektif atau DC yang setara untuk bentuk gelombang AC. Juga simbol skematis yang digunakan untuk mendefinisikan sumber tegangan AC adalah dari garis "bergelombang" yang berlawanan dengan simbol baterai untuk DC dan ini ditunjukkan di bawah ini.
Representasi Simbol Supply DC dan AC
Resistor adalah perangkat "pasif", yaitu mereka tidak menghasilkan atau mengkonsumsi energi listrik apa pun, tetapi mengubah energi listrik menjadi panas. Dalam rangkaian DC, rasio linear dari tegangan terhadap arus dalam sebuah resistor disebut resistansi.
Namun, dalam rangkaian AC rasio tegangan terhadap arus ini tergantung pada frekuensi dan perbedaan fasa atau sudut fasa ( φ ) dari supply. Jadi, ketika menggunakan resistor di rangkaian AC jangka Impedansi, simbol Z adalah umumnya digunakan dan kita dapat mengatakan bahwa resistansi DC = impedansi AC, R = Z.
Penting untuk dicatat, bahwa ketika digunakan dalam rangkaian AC, resistor akan selalu memiliki nilai resistif yang sama tidak peduli berapa frekuensi supply dari DC ke frekuensi yang sangat tinggi, tidak seperti Kapasitor dan Induktor.
Untuk resistor di rangkaian AC, arah arus yang mengalir melalui mereka tidak memiliki efek pada perilaku resistor sehingga akan naik dan turun saat tegangan naik dan turun. Arus dan tegangan mencapai maksimum, turun hingga nol dan mencapai minimum pada waktu yang bersamaan. yaitu, mereka naik dan turun secara bersamaan dan dikatakan "dalam-fasa" seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Hubungan Diagram V-I Fasa dan Vektor
Kita dapat melihat bahwa pada titik mana pun di sepanjang sumbu horizontal bahwa tegangan dan arus sesaat berada dalam fasa karena arus dan tegangan mencapai nilai maksimumnya pada waktu yang sama, yaitu sudut fasa mereka θ adalah 0°. Kemudian nilai-nilai tegangan dan arus sesaat ini dapat dibandingkan untuk memberikan nilai ohmik resistansi hanya dengan menggunakan hukum ohm. Pertimbangkan di bawah rangkaian yang terdiri dari sumber AC dan resistor.
VR = Vmax sin ωt
Arus sesaat yang mengalir dalam resistor akan menjadi:
Karena tegangan melintasi resistor diberikan sebagai VR = I.R, tegangan sesaat melintasi resistor di atas juga dapat diberikan sebagai:
VR = Imax R sin ωt
Dalam rangkaian AC seri resistif murni, semua tegangan yang turun pada resistor dapat ditambahkan bersama-sama untuk menemukan total tegangan rangkaian karena semua tegangan berada dalam fasa satu sama lain. Demikian juga, dalam rangkaian AC paralel resistif murni, semua arus cabang individu dapat ditambahkan bersama-sama untuk menemukan arus rangkaian total karena semua arus cabang dalam fasa satu sama lain.Karena untuk resistor di rangkaian AC sudut fasa φ antara tegangan dan arus adalah nol, maka faktor daya dari rangkaian diberikan sebagai cos 0° = 1.0. Daya dalam rangkaian kapan saja dapat ditemukan dengan mengalikan tegangan dan arus pada saat itu.
Kemudian daya (P), dikonsumsi oleh rangkaian diberikan sebagai P = Vrms Ι cos Φ dalam watt. Tetapi karena cos (Φ) = 1 dalam rangkaian murni resistif, daya yang dikonsumsi hanya diberikan sebagai, P = Vrms Ι sama dengan Hukum Ohm.
Ini kemudian memberi kita bentuk gelombang "Daya" dan yang ditunjukkan di bawah ini sebagai serangkaian pulsa positif karena ketika tegangan dan arus keduanya dalam setengah positif dari siklus daya yang dihasilkan adalah positif. Ketika tegangan dan arus keduanya negatif, hasil dari kedua nilai negatif tersebut menghasilkan pulsa daya positif.
Gelombang Daya dalam Resistansi Murni
Kemudian daya yang dihamburkan (disipasi) dalam beban resistif murni yang diumpankan dari supply AC rms sama dengan resistor yang terhubung ke supply DC dan diberikan sebagai:
P adalah daya rata-rata dalam Watt
Vrms adalah tegangan supply rms dalam Volt
Irms adalah arus supply rms di Amp
R adalah resistansi resistor dalam Ohm (Ω) - harus benar-benar Z untuk menunjukkan impedansi
Efek pemanasan yang dihasilkan oleh arus bolak-balik dengan nilai maksimum Imax tidak sama dengan arus DC dengan nilai yang sama. Untuk membandingkan efek pemanasan AC ke DC yang setara, nilai rms harus digunakan. Setiap elemen pemanas resistif seperti Pemanas Elektrik, Pemanggang Roti, Ketel, Setrika, Pemanas Air, dll. Dapat digolongkan sebagai rangkaian AC resistif dan kami menggunakan resistor di rangkaian AC untuk menghangatkan rumah dan memanaskan air kami.
Contoh: Resistor di Rangkaian AC No.1
Elemen pemanas 1000 Watt (1kW) terhubung ke tegangan supply 250V AC. Hitung impedansi (resistansi AC) elemen saat panas dan jumlah arus yang diambil dari supply.Contoh: Resistor di Rangkaian AC No.2
Hitung daya yang dikonsumsi oleh elemen resistif 100Ω yang tersambung pada catu daya 240v.
Karena hanya ada satu komponen yang terhubung ke supply, resistor, kemudian VR = VS
Kemudian untuk meringkas, dalam Resistansi AC ohmik murni, arus dan tegangan keduanya dikatakan "dalam-fasa" karena tidak ada perbedaan fasa di antara mereka. Arus yang mengalir melalui resistor berbanding lurus dengan tegangan yang melewatinya dengan hubungan linear dalam rangkaian AC yang disebut Impedansi.
Seperti halnya rangkaian DC, Hukum Ohm dapat digunakan saat bekerja dengan resistor di rangkaian AC untuk menghitung tegangan, arus, dan daya resistor.