LITAR ARUS ULANG ALIK

TAJUK : LITAR ARUS ULANG ALIK (AU)

TUJUAN :Kertas penerangan ini adalah bertujuan untuk menerangkan dan memahami litar asas arus ulang alik dan litar sesiri yang mengandungi R, L dan C.

PENERANGAN :

1.0ARUS ULANG ALIK (AU)

Arus ulang alik merupakan sejenis arus elektrik yang mengalir di dalam dua keadaan sama ada pada nilai negatif ataupun nilai positif. Ia mengalir bermula dari sifar ke maksimum positif, ke sifar dan seterusnya mengalir ke maksimum negatif dan kembali kepada sifar.

1.0.1Bentuk Gelombang AU

Bentuk gelombang AU adalah sama seperti bentuk gelombang sinus dan ia ditunjukkan dalam Rajah 1.1.

Dge

Vm 360O

0O 180o

-Vm

Tempoh (T)

Rajah 1.1 : Gambar Rajah Gelombang AU

Voltan ulang-alik boleh dijanakan dengan dua cara, iaitu:

a) Sama ada pengalir bergerak dan fluks magnet di dalam keadaan diam.

b) Fluks bergerak dan pengalir dalam keadaan diam.

Berdasarkan gambar rajah gelombang AU Rajah1.1 di sebelah, kita dapat menerbitkan persamaan gelombang (1.1)tersebut, iaitu:

(1.1)

di mana Voltan seketika (volt)

Voltan maksimum/puncak (volt)

= sudut fasa berbanding masa (rad/darjah)

(saat).1.1 ISTILAH ISTILAH VOLTAN AU

Daripada bentuk gelombang AU, terdapat beberapa istilah yang perlu diketahui dan difahami iaitu ;

a) (Voltan puncak) merupakan voltan maksimum yang diambil dari rajah gelombang. Bagi gelombang AU voltan puncaknya adalah .

b) (Voltan puncak ke puncak) merupakan nilai yang diambil bermula dari maksimum +ve ke nilai maksimum ve.

c) (Voltan purata) merupakan nilai purata bagi gelombang sinus di mana nilainya adalah merupakan nilai purata yang diambil bagi keluasan di bawah garis gelombang AU. Nilainya adalah merupakan 63.7% daripada nilai voltan maksimum.

d) (Voltan punca min kuasa dua) merupakan nilai yang terpenting di dalam litar elektrik. Kebanyakan meter menunjukkan bacaan di dalam nilai pmkd yang sama dengan 70.7% daripada nilai puncak voltan ulang-alik.

1.2GAMBAR RAJAH GELOMBANG AU

Vm 0.707

0.637

Vpmkd

Va

Vp-p

0o

-Vm

1 kitar

Rajah 1.2 : Gambar Rajah Gelombang AU Dengan Kedudukan Istilahnya.

Bagi satu kitaran lengkap (tempoh) satu bentuk gelombang bersudut 360o terbentuk seperti Rajah 1.2 di atas.

360o = 2 radian

1.2.1Gelombang Sefasa

Vm1

A

Vm2

0o 180o

BRajah 1.3 : Gambar Rajah Gelombang Sefasa

Bagi gambar rajah gelombang 1.3 di sebelah, gelombang A dan gelombang B adalah sefasa kerana tidak terdapat perbezaan sudut di antaranya. Tetapi kedua-duanya mempunyai nilai voltan maksimum yang berbeza . Bagi gelombang A, voltan maksimumnya ialah Vm1 dan gelombang B, voltan maksimumnya Vm2. Oleh itu rangkap bagi kedua-dua gelombang boleh dinyatakan dalam bentuk persamaan trigonometri seperti persamaan (1.6).A :

B :

1.2.2Gelombang Tidak Sefasa

A :

B :

Vm

C :

A B C

0

Rajah 1.4 : Gambar Rajah Gelombang Yang Mengalami Perbezaan Fasa

Di dalam kes ini nilai d.g.e. teraruh dalam ketiga-tiga gelombang adalah sama (Vm) tetapi ianya tidak sampai ke nilai maksimum atau nilai sifar secara serentak. Oleh itu kita katakan di antaranya ada mengalami perbezaan fasa. Jarak perbezaan di antara ketiga-tiganya adalah bergantung kepada nilai sudut fasa ( dan ). Gelombang yang melalui titik sifar (0o) diambil sebagai rujukan.

Oleh itu daripada rajah perbezaan gelombang di atas, dapat disimpulkan bahawa;

a) Gelombang B sebagai rujukan bagi ketiga-tiganya.

b) Gelombang A mendahului gelombang B dengan .

c) Gelombang C menyusuli gelombang B dengan .

Rangkap bagi ketiga-tiga gelombang di atas boleh diungkapkan dalam bentuk persamaan trigonometri seperti persamaan (1.7).

a) Gelombang B :

b) Gelombang A : (1.7)

c) Gelombang C :

1.3GAMBAR RAJAH VEKTOR / FASAGambar rajah vektor merupakan satu kaedah bergambar di dalam menyampaikan maklumat-maklumat yang terkandung di dalam sesuatu gelombang sinus. Caranya adalah dengan melukiskan vektor nilai punca min kuasa dua (pmkd) bagi gelombang tersebut berdasarkan kepada sudut anjakan fasanya.

V2 = Vm2

V1 = Vm1

V3 = Vm3

0o

Rajah 1.5 : Gambar Rajah Gelombang

Gambar rajah vektor bagi gelombang dalam Rajah 1.5 di atas adalah seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 7.6 di sebelah. Daripada Gambar rajah vektor tersebut, kita dapat menyampaikan maklumat-maklumat yang terkandung dalam Gambar rajah gelombang dalam bentuk yang lebih ringkas dan mudah difahami. Panjang atau pendek anak panah yang dilukis bergantung kepada nilai puncak ( setiap gelombang. Nilai voltan, diambil sebagai rujukan kerana ia bermula dari sifar (0o).

90o

180o

0o

270o

Rajah 1.6 : Gambar Rajah Vektor1.4RINTANGAN TULIN (R)

R

I + -

Rajah 1.7 : Gambar rajah Litar Rintangan Tulin

Apabila voltan ulang alik dikenakan kepada satu litar yang terdiri daripada perintang, arus ulang alik yang mengalir di dalam litar tersebut boleh ditentukan dengan menggunakan Hukum Ohm, seperti persamaan (1.7).

(1.7)

Di dalam litar berintangan tulin AU, arus dan voltan dalah sefasa kerana tidak terdapat anjakan sudut. Dengan itu gambar rajah gelombang dan gambar rajah vektor yang mewakili voltan dan arus bagi litar berintangan tulin ditunjukkan dalam Rajah 1.8.

90o

0o

180o

0o

180o

270o

(a) (b)

Rajah 1.8 : Gambar Rajah Gelombang (a) dan Rajah Vektor (b) Dalam Rintangan

Tulin

1.4.1Kesan rintangan dalam litar AUa) Jika rintangan bertambah maka arus akan berkurangan.

b) Jika rintangan berkurangan maka arus akan bertambah.

c) Nilai arus ulang alik yang mengalir pada sebarang titik di dalam litar yang

mengandungi rintangan tulin adalah tidak dipengaruhi oleh nilai frekuensi litar

tersebut.

1.5ARUHAN TULIN DALAM LITAR AUa) Aruhan adalah satu hak milik campuran seperti gelung aruhan yang menyimpan tenaga di dalam medan elektromagnet.

b) Apabila arus elektrik mengalir dalam gelung aruhan, gelung ini akan menjadi elektromagnet. Elektromagnet ini menghasilkan voltan aruhan yang menentang pengaliran arus yang mengalir di dalam litar gelung tersebut.

c) Penentangan voltan aruhan terhadap pengaliran arus elektrik di dalam gelung aruhan ini dinamakan regangan berkearuhan/regangan induktif ,

L

I

+ -

Rajah 1.9 : Gambar rajah Litar Aruhan Tulin

Di dalam litar arus Ulang alik AU yang hanya mengandungi aruhan sahaja, arus akan menyusuli (mengekori) voltan bekalan dengan beza fasa sebanyak 90o. Oleh itu, Gambar rajah gelombang dan Gambar rajah vektor bagi litar beraruhan tulin adalah seperti Rajah 1.10.

0o

180o

90o

270o

(a) (b)

Rajah 1.10 : Gambar Rajah Gelombang (a) dan Rajah Vektor (b) dalam AruhanTulin

AU.1.5.1Kesan Aruhan Di Dalam Litar A.U.a) Penentangan bagi pengaliran arus yang digambarkan oleh aruhan dikenali sebagai regangan induktif. Ia adalah senilai dengan rintangan perintang.

b) Regangan induktif adalah bergantung kepada frekuensi, di mana apabila frekuensi bertambah, voltan turut bertambah dan seterusnya regangan turut bertambah.

1.6KEMUATAN TULIN DI DALAM LITAR AU

Di dalam litar arus Ulang alik yang mengandungi pemuat sahaja, arus akan mendahului voltan bekalan sebanyak 90o.

C

I + -

Rajah 1.11: Kemuatan Tulin Dalam Litar AU.

0o

180o

90o

(a) (b)

Rajah 1.12 : Gambar rajah Gelombang (a) dan Rajah Vektor (b) dalam Kemuatan

Tulin

1.6.1Kesan Kemuatan Dalam Litar AU

a) Penentangan bagi pengaliran arus yang digambarkan oleh pemuat dikenali sebagai regangan kapasitif, .

b) Regangan kapasitif adalah senilai dengan rintangan bagi perintang.

c) Regangan kapasitif adalah bergantung kepada nilai frekuensi bekalan, di mana apabila frekuensi bekalan bertambah, maka nilai regangan kapasitif akan turut bertambah.

1.7LITAR RINTANGAN DAN ARUHAN ( RL ) SESIRI Pearuh dipasang secara sesiri dengan perintang. Dalam litar sesiri nilai arus sama pada setiap beban, maka arus (I) dijadikan faktor rujukan dalam Gambar rajah vektor seperti yang ditunjukkan oleh Rajah 1.14 .

R L

I

+ - + -

Rajah 1.13 : Gambar Rajah Litar RL Sesiria) Dalam litar Rajah 1.13 di atas, arus akan dihadkan nilainya oleh rintangan dan regangan induktif. Ini menjadikan arus yang melalui rintangan R, berada sefasa dengan voltan dan apabila arus mengalir melalui regangan induktif , ia akan mengekori voltan sebanyak 90o.

b) Kita akan dapat membina Gambar rajah vektor bagi menggambarkan kedudukan voltan susut melintangi rintangan () dan aruhan (. Seterusnya, menentukan voltan yang dibekalkan (.

Rajah 1.14 : Gambar rajah Vektor bagi Litar RL Sesiri

Daripada Gambar rajah vektor 1.14, kita boleh mendapatkan hubungan di antara voltan bekalan dengan voltan yang melintangi rintangan dan voltan yang melintangi aruhan dengan menggunakan Teorem Pitaghoras seperti persamaan (1.8).

di mana ; dan .

1.7.1Segitiga Galangan RL

Galangan ditakrifkan sebagai jumlah halangan yang wujud di dalam litar AU.

Simbol : dan unitnya : Ohm .

Daripada Gambar rajah vektor 7.14, kita dapat mengeluarkan satu Gambar rajah segitiga yang menghubungkan rintangan (), regangan berkearuhan (dan galangan (), yang dikenali sebagai Gambar rajah segitiga galangan.

Rajah 1.15 : Segitiga Galangan R L

Daripada Rajah 1.15, dengan menggunakan Teorem Pithagoras satu formula galangan untuk litar RL sesiri dapat diterbitkan seperti persamaan (1.9).

di mana, ()

1.7.2Arus Dan Voltan Dalam Litar RL Sesiri

Daripada analisi litar RL kita dapat menerbitkan beberapa formula antaranya ;

a)Arus litar,

b)Voltan susut setiap komponen

dan , (1.10)

c) Sudut fasa

d)Faktor kuasa ,.

1.8LITAR RINTANGAN DAN KEMUATAN ( RC ) SESIRI

Pemuat dipasang sesiri dengan rintangan. Dalam litar sesiri nilai arus sama pada setiap beban, maka arus (I) dijadikan faktor rujukan dalam Gambar rajah vektor.

R C

I

+ - + -

Rajah 1.16 : Gambar rajah Litar RC Sesiria) Dalam litar Rajah 1.16 di atas, arus akan dihadkan nilainya oleh rintangan (R) dan regangan kapasitif (. Ini menjadikan arus yang melalui rintangan R, berada sefasa dengan voltan dan apabila arus mengalir melalui regangan kapasitif, ia akan mendahului voltan sebanyak 90o.

b) Kita akan dapat membina Gambar rajah vektor bagi menggambarkan kedudukan voltan susut melintangi rintangan (dan kemuatan (menentukan nilai voltan bekalan ( seperti Rajah 1.17.

Rajah 1.17 : Gambar rajah Vektor bagi Litar RC Sesiri

1.8.1Segitiga Galangan RC

Daripada Gambar rajah vektor 1.17, kita dapat mengeluarkan satu Gambar rajah segitiga galangan RC seperti Rajah 1.18 di bawah.

Rajah 1.18 : Segitiga Galangan R L

Daripada Rajah 1.18, dengan menggunakan Teorem Pithagoras satu formula galangan untul litar RC sesiri dapat diterbitkan seperti persamaan (1.10).

Formula formula lain yang boleh diterbitkan adalah seperti persamaan (1.12) di

bawah.

a)Arus litar,

b)Voltan susut setiap komponen

dan , (1.12)

c) Sudut fasa

d)Faktor kuasa ,.

1.9LITAR RLC SESIRI DALAM LITAR AUDalam litar RLC sesiri pearuh (L) dan pemuat (C) disambung sesiri dengan perintang (R) dan dibekalakan dengan voltan AU. Arus (I) dijadikan faktor rujukan dalam Gambar rajah vektor kerana ia adalah sama pada setiap beban atau komponen.

R L C

I

+ - + - + -

Rajah 1.19 : Gambar Rajah Litar RLC Sesiri

1.9.1Gambar Rajah Vektor dan Segitiga Galangan

Sebelum gambar rajah vektor dilukis di dalam litar RLC sesiri, terdapat dua (2) syarat yang mesti diberi perhatian iaitu ;

a)Regangan berkearuhan lebih besar daripada regangan berkemuatan,

>

b)Regangan berkemuatan lebih besar daripada regangan berkearuhan,

>

1.9.1.1 Gambar Rajah Vektor Untuk >

I

(a). (b).Rajah 1.20 : Gambar Rajah Vektor (a) Dan Segitiga Galangan (b) >

Oleh itu, formula-formula yang diperolehi daripada Rajah 1.20 di atas, lebih kurang sama dengan formula-formula di dalam persamaan (1.10) dan (1.12). Perbezaan hanya wujud pada formula yang melibatkan pembolehubah dan sahaja.a)Galangan litar,

b)Arus litar,

c)Voltan susut setiap komponen

, dan (1.12)

c) Sudut fasa

d)Faktor kuasa ,.

1.9.2.2 Gambar Rajah Vektor Untuk >

I

-

(a). (b). Rajah 1.20 : Gambar Rajah Vektor (a) Dan Segitiga Galangan (b) Untuk >

Formula-formula yang terhasil sama dengan persamaan (1.12). Perbezaan hanya terdapat pada sudut fasa sahaja iaitu yang melibatkan tanda ve yang menunjukkan arah sudut.

a)Sudut fasa,

1.10FAKTOR KUASA,

Faktor kuasa boleh diungkapkan di dalam bentuk peratus (%) atau nombor pecahan. Ia dikenali sebagai dan disebut sebagai mendahulu (lead) atau mengekor (lag), di mana ialah sudut fasa di antara voltan dan arus.

a)Faktor kuasa ialah nisbah di antara kuasa sebenar terhadap kuasa ketara.

c) Faktor kuasa juga ditakrifkan sebagai nisbah di antara rintangan terhadap

galangan.

c)Faktor kuasa mendahulu apabila arus mendahului voltan jika voltan diambil sebagai faktor rujukan dan nilainya ialah positif (+ve).

d)Faktor kuasa mengekor apabila arus mengekori voltan jika voltan diambil sebagai faktor rujukan dan nilainya ialah negatif (-ve).

e)Faktor kuasa yang paling baik ialah satu ( dan yang menghampiri satu.

1.11KUASA DI DALAM LITAR ARUS ULANG ALIK

Terdapat tiga (3) kuasa yang wujud di dalam litar AU iaitu;

a)Kuasa ketara, S

b)Kuasa sebenar, P

c)Kuasa regangan, Q

1.11.1

Kuasa Ketara, S

Kuasa yang berkurang kerana kewujudan regangan yang menyebebkan arus dan voltan terpisah iaitu tidak sefasa. Pemisahan arus dan voltan ini menyebabkan kuasa dalam litar akan berkurang.

Simbol : S , Unit : VoltanAmpere (VA)

Kuasa Ketara = Voltan x Arus

1.11.2 Kuasa Sebenar, P

Kuasa sebenar juga dikenali sebagai kuasa aktif dan merupakan

kuasa yang digunakan atau diserap oleh komponen perintang dalam

litar AU.

Simbol : P , Unit : Watt (W)

Kuasa Sebenar = Voltan x Arus x Faktor kuasa

1.11.3

Kuasa Regangan, Q

Kuasa regangan juga dikenali sebagai kuasa reaktif dan merupakan

kuasa yang digunakan atau diserap oleh komponen pemuat atau

pearuh di dalam litar AU.

Simbol : Q , Unit : Voltan Ampere Regangan (VAR)

Kuasa Regangan = Voltan x Arus x Sin

1.11.4

Segitiga Kuasa

Perhubungan di antara kuasa ketara, kuasa sebenar dan kuasa regangan boleh digambarkan melalui gambar rajah segitiga yang dikenali sebagai Segitiga Kuasa.

S = VI

Q

P

Rajah 1.21 : Gambar Rajah Segitiga Kuasa

Kuasa ketara,

Kuasabenar,

Kuasa regangan (reaktif),

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

1.3)

Tahukah anda bagaimana cara untuk mengingati beza fasa voltan dan arus? Gunakan perkataan CIVIL.

C I V I L

C ( KEMUATAN ) I V (Arus Mendahului Voltan Sebanyak 90o )

L (ARUHAN) V I (Voltan Mendahului Arus Sebanyak 90o)

(1.2)

Untuk pengetahuan pelajar, apabila nilai EMBED Equation.3 > EMBED Equation.3 ia dinamakan litar berkemuatan dan nilai EMBED Equation.3 > EMBED Equation.3 ia dinamakan litar berkearuhan.

EMBED Equation.3

(1.6)

(1.4)

(1.5)

Vpmkd juga dikenali sebagai

voltan purata ganda dua (Vppgd)

(1.8)

EMBED Equation.3 EMBED Equation.3

(1.9)

EMBED Equation.3 EMBED Equation.3

(1.11)

Formula yang terdapat di dalam litar RL hampir sama dengan formula yang ada di dalam litar RC. Cuma terdapat sedikit perbezaan pada sudut fasa dan yang melibatkan pembolehubah EMBED Equation.3 sahaja.

Perhatian !!!!

Kesilapan yang selalu dilakukan oleh pelajar ialah tidak menukarkan nilai kemuatan (C) dan aruhan (L) kepada nilai regangan EMBED Equation.3 dan EMBED Equation.3 terlebih dahulu.

Untuk pengetahuan pelajar,

Galangan (Z), boleh juga diungkapkan dalam bentuk nombor kompleks iaitu EMBED Equation.3 dan EMBED Equation.3 .

EMBED Equation.3 EMBED Equation.3

(1.15)

EMBED Equation.3 EMBED Equation.3

(1.15)

(1.13)

(1.14)

EMBED Equation.3 EMBED Equation.3

(1.16)

Tahukah Anda ?

Rintangan dan regangan ( EMBED Equation.3 atau EMBED Equation.3 adalah berbeza walaupun unitnya sama ( EMBED Equation.3 .

Rintangan menentang arah aliran arus di dalam litar AT dan AU.

Regangan ( EMBED Equation.3 atau EMBED Equation.3 menentang arah aliran arus di dalam litar AU sahaja. Begitu juga dengan galangan (Z), di mana ia hanya menentang arah aliran arus di dalam AU sahaja.

AJY2009 @ ADTECSA

1

_1095575695.unknown

_1095593542.unknown

_1095595115.unknown

_1095596275.unknown

_1095599357.unknown

_1095600887.unknown

_1095618485.unknown

_1095620374.unknown

_1095621713.unknown

_1095625561.unknown

_1095662548.unknown

_1102493941.unknown

_1317129026.unknown

_1317129067.unknown

_1317128939.unknown

_1095662999.unknown

_1095670037.unknown

_1095670065.unknown

_1095670021.unknown

_1095662992.unknown

_1095661762.unknown

_1095662067.unknown

_1095662308.unknown

_1095661928.unknown

_1095658849.unknown

_1095661291.unknown

_1095661628.unknown

_1095661219.unknown

_1095658793.unknown

_1095623040.unknown

_1095623245.unknown

_1095624997.unknown

_1095624075.unknown

_1095624087.unknown

_1095623398.unknown

_1095622243.unknown

_1095622244.unknown

_1095622765.unknown

_1095621923.unknown

_1095621440.unknown

_1095621503.unknown

_1095621593.unknown

_1095620550.unknown

_1095621429.unknown

_1095621171.unknown

_1095621192.unknown

_1095620551.unknown

_1095620422.unknown

_1095619726.unknown

_1095620354.unknown

_1095618528.unknown

_1095618142.unknown

_1095618158.unknown

_1095617641.unknown

_1095599524.unknown

_1095599905.unknown

_1095600658.unknown

_1095600877.unknown

_1095600054.unknown

_1095599851.unknown

_1095599488.unknown

_1095599435.unknown

_1095596755.unknown

_1095596860.unknown

_1095599101.unknown

_1095596799.unknown

_1095596680.unknown

_1095596722.unknown

_1095596304.unknown

_1095595391.unknown

_1095595434.unknown

_1095595769.unknown

_1095596116.unknown

_1095595654.unknown

_1095595653.unknown

_1095595554.unknown

_1095595410.unknown

_1095595244.unknown

_1095595264.unknown

_1095595140.unknown

_1095594306.unknown

_1095594771.unknown

_1095594907.unknown

_1095594715.unknown

_1095594748.unknown

_1095594365.unknown

_1095593614.unknown

_1095593732.unknown

_1095594082.unknown

_1095593584.unknown

_1095579498.unknown

_1095580912.unknown

_1095584979.unknown

_1095593337.unknown

_1095581742.unknown

_1095581922.unknown

_1095584509.unknown

_1095581540.unknown

_1095579682.unknown

_1095580673.unknown

_1095580688.unknown

_1095579655.unknown

_1095577351.unknown

_1095579278.unknown

_1095577733.unknown

_1095576245.unknown

_1095576384.unknown

_1095576396.unknown

_1095576354.unknown

_1095575954.unknown

_1095570843.unknown

_1095572118.unknown

_1095573139.unknown

_1095573958.unknown

_1095574099.unknown

_1095574414.unknown

_1095574191.unknown

_1095573976.unknown

_1095573766.unknown

_1095573839.unknown

_1095573181.unknown

_1095572803.unknown

_1095573108.unknown

_1095572788.unknown

_1095570993.unknown

_1095571044.unknown

_1095570870.unknown

_1095529243.unknown

_1095534162.unknown

_1095534264.unknown

_1095535430.unknown

_1095535469.unknown

_1095570803.unknown

_1095534302.unknown

_1095534163.unknown

_1095532592.unknown

_1095533553.unknown

_1095534063.unknown

_1095532876.unknown

_1095532366.unknown

_1092084221.unknown

_1092084257.unknown

_1092084030.unknown

_1092084174.unknown

_1092084063.unknown

_1091877786.unknown