Dasar Teknik Elektro: paket kilat

Lembar rumus, langkah-langkah metode utama untuk setiap topik, dan 16 soal latihan, dengan pembahasan lengkap di bagian belakang.

Soal baruKembali ke mata kuliah

Di jendela cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan di perangkat Anda.

1Rumus dan metode

Resistor seri & paralel

Resistor seri
Req = R1 + R2 + …
Resistor paralel
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Dua resistor paralel
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Hukum Ohm
V = I·R
Daya
P = V·I = I²R = V²/R

Metode

  1. Mulailah dari ujung jaringan yang paling jauh dari terminal.
  2. Gabungkan resistor seri dengan menjumlahkannya, dan resistor paralel dengan 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. Gambar ulang rangkaian setelah setiap langkah.
  4. Ulangi sampai tersisa satu resistor di antara terminal.

Analisis simpul

Hukum arus Kirchhoff
ΣIin = ΣIout
Arus cabang
I = (Va − Vb)/R
Simpul referensi
Vground = 0

Metode

  1. Pilih simpul referensi (ground) dan beri label tegangan simpul lainnya.
  2. Tulis hukum arus Kirchhoff di setiap simpul yang tidak diketahui: arus yang keluar melalui setiap cabang sama dengan arus yang masuk.
  3. Nyatakan setiap arus cabang sebagai (Va − Vb)/R.
  4. Selesaikan sistem persamaannya, lalu cari arus yang Anda perlukan.

Thévenin & Norton

Tegangan Thévenin
Vth = Vopen circuit
Resistansi Thévenin
Rth: semua sumber dimatikan, dilihat dari a–b
Arus Norton
IN = Vth/Rth
Arus beban
IL = Vth/(Rth + RL)
Transfer daya maksimum
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

Metode

  1. Lepaskan beban dan tandai kedua terminal a dan b.
  2. Cari tegangan rangkaian terbuka antara a dan b: inilah Vth.
  3. Matikan semua sumber independen dan cari hambatan yang terlihat dari a–b: inilah Rth.
  4. Pasang kembali beban pada rangkaian ekuivalen: Vth seri dengan Rth.
  5. Untuk ekuivalen Norton, konversikan: IN = Vth/Rth, dengan RN = Rth secara paralel.

Transien RC & RL

Konstanta waktu
τ = RC | τ = L/R
Respons
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Kapasitor pada DC
rangkaian terbuka; vC tidak dapat melompat
Induktor pada DC
hubung singkat; iL tidak dapat melompat
Keadaan tunak
t ≈ 5τ

Metode

  1. Cari nilai awal sesaat setelah sakelar berpindah: tegangan kapasitor dan arus induktor tidak dapat melompat.
  2. Cari nilai akhir lama setelah sakelar berpindah: kapasitor berperilaku sebagai rangkaian terbuka, induktor sebagai hubung singkat.
  3. Cari konstanta waktu: τ = RC atau τ = L/R, dengan hambatan yang terlihat oleh kapasitor atau induktor.
  4. Gunakan x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.

Impedansi AC & fasor

Impedansi
ZR = R, ZL = jωL, ZC = 1/(jωC)
Frekuensi sudut
ω = 2πf
Besar dan sudut
|Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
Hukum Ohm dalam fasor
V = I·Z

Metode

  1. Ubah frekuensinya: ω = 2πf.
  2. Cari setiap reaktansi: XL = ωL dan XC = 1/(ωC).
  3. Jumlahkan impedansi seperti resistor, dengan Z = R + jX.
  4. Cari besar |Z| = √(R² + X²) dan sudut φ = atan(X/R), lalu gunakan hukum Ohm dengan fasor.

Daya AC & faktor daya

Daya nyata
P = V·I·cos φ
Daya reaktif
Q = V·I·sin φ
Daya semu
S = V·I = √(P² + Q²)
Faktor daya
pf = cos φ = P/S
Kapasitor kompensasi
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(ωV²)

Daya tiga fasa

Hubungan Y
VL = √3·Vph, IL = Iph
Hubungan Δ
VL = Vph, IL = √3·Iph
Daya nyata total
P = √3·VL·IL·cos φ = 3·Iph²·R
Daya semu dan daya reaktif
S = √3·VL·IL, Q = P·tan φ
Kapasitor perbaikan faktor daya
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(3ωV²)
Tegangan pada setiap kapasitor
Δ: VL Y: VL/√3
Daya masukan motor
Pin = Pout/η

Transformator

Rasio lilitan
a = N1/N2 = V1/V2
Rasio arus
I1/I2 = N2/N1 = 1/a
Arus pengenal
I = S/V
Impedansi yang dirujuk
Z1′ = a²·ZL
Rugi tembaga pada beban parsial
Pcu = x²·Pcu,fl
Efisiensi
η = x·S·pf/(x·S·pf + Pcore + x²·Pcu,fl)
Efisiensi maksimum
x = √(Pcore/Pcu,fl)

2Soal latihan

1.Resistor seri & paralelSedang
R1​ = 4 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​15 VR2​3 ΩAR4​4 ΩB

Cari resistansi ekuivalen Req yang dilihat sumber V1.

V1 = 15 VR1 = 4 ΩR2 = 3 ΩR3 = 4 ΩR4 = 4 Ω
Req = Ω
2.Resistor seri & paralelSulit
R1​ = 4 ΩR3​ = 12 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩIR2​AR4​3 ΩBR6​8 Ω

Cari arus IR2 melalui R2.

V1 = 10 VR1 = 4 ΩR2 = 15 ΩR3 = 12 ΩR4 = 3 ΩR5 = 3 ΩR6 = 8 Ω
IR2 = A
3.Analisis simpulSedang
−+Vs​ = 3 VIs​2,5 AAR1​5 ΩR2​2 ΩB

Sumber tegangan Vₛ antara A dan B memiliki terminal + di B, jadi membuat VB − VA = Vₛ. Gunakan analisis simpul dengan supernode untuk mencari tegangan simpul VA (diukur terhadap ground).

Is = 2,5 AVs = 3 VR1 = 5 ΩR2 = 2 Ω
VA = V
4.Analisis simpulSulit
R1​ = 12 ΩIR1​R2​ = 3 ΩR4​ = 15 Ω+−V1​18 VR3​4 ΩAR5​25 ΩBIs​6 A−+V2​24 V

Gunakan analisis simpul untuk mencari arus IR1 melalui R1 searah panah.

V1 = 18 VIs = 6 AV2 = 24 VR1 = 12 ΩR2 = 3 ΩR3 = 4 ΩR4 = 15 ΩR5 = 25 Ω
IR1 = A
5.Thévenin & NortonSedang
R1​ = 8 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​30 VR2​4 ΩAab

Cari resistansi Thévenin Rth dilihat dari terminal a–b.

V1 = 30 VR1 = 8 ΩR2 = 4 ΩR3 = 12 Ω
Rth = Ω
6.Thévenin & NortonSulit
R1​ = 15 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​36 VR2​20 ΩAIs​4 ABab

Cari arus Norton IN: arus yang mengalir dari a ke b jika terminal dihubung singkat.

V1 = 36 VIs = 4 AR1 = 15 ΩR2 = 20 ΩR3 = 3 Ω
IN = A
7.Transien RC & RLSedang
+−Vs​10 Vt = 0R = 50 ΩL22 mHi(t)

Induktor tidak dialiri arus sebelum sakelar ditutup pada t = 0. Cari energi W yang tersimpan dalam induktor pada t = 1 ms, dalam mJ.

Vs = 10 VR = 50 ΩL = 22 mHt = 1 ms
W = mJ
8.Transien RC & RLSulit
+−Vs​20 Vmembuka pada t = 0R1​ = 1 kΩR2​ = 3,3 kΩC33 µF+−vC​

Sakelar telah tertutup sejak lama, jadi rangkaian dalam keadaan tunak. Pada t = 0 sakelar membuka. Cari tegangan kapasitor vC pada t = 150 ms.

Vs = 20 VR1 = 1 kΩR2 = 3,3 kΩC = 33 µFt = 150 ms
vC = V
9.Impedansi AC & fasorSedang
12 V500 HzR = 50 ΩL = 50 mHI

Sebuah resistor dan sebuah induktor dihubungkan paralel ke sumber 12 V (rms), 500 Hz. Cari besar impedansi |Z|.

V = 12 V (rms)f = 500 HzR = 50 ΩL = 50 mH
|Z| = Ω
10.Impedansi AC & fasorSulit
230 V200 HzR = 30 ΩL = 50 mHC = 47 µF

Rangkaian RLC seri dihubungkan ke sumber 230 V (rms), 200 Hz. Cari frekuensi resonansi f0 rangkaian.

V = 230 V (rms)f = 200 HzR = 30 ΩL = 50 mHC = 47 µF
f0 = Hz
11.Daya AC & faktor dayaSedang
P = 4 kWQSφ

Motor satu fase menyerap 4 kW pada faktor daya 0,85 tertinggal dari sumber 400 V. Cari arus saluran I.

P = 4 kWpf = 0,85V = 400 V
I = A
12.Daya AC & faktor dayaSulit
P = 40 kWQ1​S1​φ1​QC​

Beban satu fase menyerap 40 kW pada faktor daya 0,65 tertinggal dari sumber 400 V, 50 Hz. Kapasitor yang dipasang paralel menaikkan faktor daya menjadi 0,92. Cari kapasitansi C yang diperlukan.

P = 40 kWpf1 = 0,65pf2 = 0,92V = 400 Vf = 50 Hz
C = µF
13.Daya tiga fasaSedang
ABCVL​ = 208 VIL​ = 80 Acos φ = 0,85tertinggal

Beban tiga fasa seimbang menarik arus saluran 80 A dari sumber dengan tegangan antarsaluran 208 V. Faktor dayanya 0,85 tertinggal. Cari daya nyata total P yang diserap beban dalam kW.

VL = 208 VIL = 80 Acos φ = 0,85
P = kW
14.Daya tiga fasaSulit
P = 200 kWφ1​S1​Q2​QC​

Beban tiga fasa seimbang menyerap 200 kW pada faktor daya 0,75 tertinggal dari sumber 480 V (antarsaluran), 50 Hz. Bank kapasitor tiga fasa yang diparalel dengan beban harus menaikkan faktor daya keseluruhan menjadi 0,95 tertinggal. Daya nyatanya tetap sama. Kapasitor dihubungkan secara Y. Cari kapasitansi Cph setiap kapasitor dalam µF.

P = 200 kWpf1 = 0,75pf2 = 0,95VL = 480 Vf = 50 Hz
Cph = µF
15.TransformatorSedang
RL​ = 60 Ω2014600 VV2​I1​ = ?I2​

Sebuah transformator ideal dengan rasio lilitan N₁:N₂ = 20:1 diberi tegangan 4600 V pada kumparan primernya. Resistor 60 Ω dihubungkan pada kumparan sekunder. Cari arus primer I1.

N1:N2 = 20:1V1 = 4600 VRL = 60 Ω
I1 = A
16.TransformatorSulit
pf 0,8100 kVA, η = 96%

Sebuah transformator satu fasa 100 kVA memiliki rugi inti 800 W. Pada beban pengenal dan faktor daya 0,8 tertinggal, efisiensinya 96%. Cari rugi tembaga beban penuh Pcu,fl dalam watt.

S = 100 kVAPcore = 800 Wpf = 0,8η = 96%
Pcu,fl = W

3Larutan

1.Resistor seri & paralel

Jawaban: Req = 6,182 Ω

Resistor seri dan paralel: dalam seri, arus yang sama mengalir di setiap resistor dan R = R₁ + R₂ + …. Dalam paralel, setiap resistor punya tegangan yang sama dan 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Jaringan tangga disederhanakan satu pasang demi satu pasang hingga tersisa satu resistansi ekuivalen.

R1​ = 4 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​15 VR2​3 ΩAR4​4 ΩB

Gabungkan resistor dari ujung terjauh

Mulai dari ujung yang paling jauh dari sumber dan bergerak kembali ke arahnya. Resistor yang dialiri arus sama terhubung seri; resistor di antara dua simpul yang sama terhubung paralel.

R3 + R4 = 4 + 4 = 8 Ω
R2 ∥ 8 = 3·8/(3+8) = 2,182 Ω
Req = R1 + 2,182 = 4 + 2,182 = 6,182 Ω

Jawaban

Req = 6,182 Ω
2.Resistor seri & paralel

Jawaban: IR2 = 0,4314 A

Resistor seri dan paralel: dalam seri, arus yang sama mengalir di setiap resistor dan R = R₁ + R₂ + …. Dalam paralel, setiap resistor punya tegangan yang sama dan 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Jaringan tangga disederhanakan satu pasang demi satu pasang hingga tersisa satu resistansi ekuivalen.

R1​ = 4 ΩR3​ = 12 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAR4​3 ΩBR6​8 Ω

Gabungkan resistor dari ujung terjauh

Mulai dari ujung yang paling jauh dari sumber dan bergerak kembali ke arahnya. Resistor yang dialiri arus sama terhubung seri; resistor di antara dua simpul yang sama terhubung paralel.

R5 + R6 = 3 + 8 = 11 Ω
R4 ∥ 11 = 2,357 Ω
R3 + 2,357 = 14,36 Ω
R2 ∥ 14,36 = 7,336 Ω
Req = R1 + 7,336 = 4 + 7,336 = 11,34 Ω

Arus dari sumber

Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberi arus yang dialirkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.

IR1 = V1/Req = 10/11,34 = 0,8822 A

Arus melalui R₂

Kurangi jatuh tegangan pada R₁ untuk mendapat tegangan di simpul A, yaitu tegangan pada R₂.

VA = V1 − IR1·R1 = 10 − 0,8822·4 = 6,471 V
IR2 = VA/R2 = 6,471/15 = 0,4314 A

Jawaban

IR2 = 0,4314 A
3.Analisis simpul

Jawaban: VA = 1,429 V

Analisis simpul: pilih simpul referensi, beri nama tegangan simpul yang tidak diketahui, tulis hukum arus Kirchhoff di setiap simpul tersebut memakai hukum Ohm (I = ΔV/R), lalu selesaikan persamaannya.

Bentuk supernode

Sumber tegangan antara A dan B mengalirkan arus yang tidak diketahui, jadi KCL tidak dapat ditulis di A atau B secara terpisah. Lingkupi A, B, dan sumber dalam satu supernode: arus yang masuk sama dengan arus yang keluar.

VB = VA + Vs = VA + 3
VA/R1 + VB/R2 = Is

Selesaikan

VA/5 + (VA + 3)/2 = 2,5
VA = (2,5 − 3/2)/(1/5 + 1/2) = 1,429 V
VB = 1,429 + 3 = 4,429 V

Jawaban

VA = 1,429 V
4.Analisis simpul

Jawaban: IR1 = 0,5274 A

Analisis simpul: pilih simpul referensi, beri nama tegangan simpul yang tidak diketahui, tulis hukum arus Kirchhoff di setiap simpul tersebut memakai hukum Ohm (I = ΔV/R), lalu selesaikan persamaannya.

R1​ = 12 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 15 Ω+−V1​18 VR3​4 ΩAR5​25 ΩBIs​6 A−+V2​24 V

Tentukan simpul

Ground adalah kawat bawah. Tegangan simpul yang diketahui langsung berasal dari sumber (V1 = 18 V, V2 = −24 V). Yang tidak diketahui: VA, VB.

KCL di simpul A

Arus yang keluar dari A melalui resistor sama dengan arus yang dimasukkan sumber ke A.

VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/4 + (VA − 18)/12 + (VA − VB)/3 = 0
0,6667·VA − 0,3333·VB = 1,5

KCL di simpul B

Arus yang keluar dari B melalui resistor sama dengan arus yang dimasukkan sumber ke B.

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/25 + (VB − VA)/3 + (VB − (−24))/15 = 6
−0,3333·VA + 0,44·VB = 4,4

Selesaikan

Δ = (0,6667)(0,44) − (−0,3333)(−0,3333) = 0,1822
VA = Δ1/Δ = 2,127/0,1822 = 11,67 V
VB = Δ2/Δ = 3,433/0,1822 = 18,84 V

Jawaban

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (18 − 11,67)/12 = 0,5274 A
5.Thévenin & Norton

Jawaban: Rth = 14,67 Ω

Teorema Thévenin: setiap jaringan linear dua terminal berperilaku seperti satu sumber tegangan Vth yang seri dengan resistansi Rth. Teorema Norton menyatakan jaringan yang sama sebagai sumber arus IN = Vth/Rth yang paralel dengan Rth.

R1​ = 8 ΩR3​ = 12 ΩHUBUNG SINGKATR2​4 ΩAabRth​

Cari Rth dengan semua sumber dimatikan

Ganti sumber tegangan dengan hubung singkat dan sumber arus dengan rangkaian terbuka, lalu lihat rangkaian dari a–b.

R1 ∥ R2 = 8·4/(8+4) = 2,667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,667 + 12 = 14,67 Ω
6.Thévenin & Norton

Jawaban: IN = 5,778 A

Teorema Thévenin: setiap jaringan linear dua terminal berperilaku seperti satu sumber tegangan Vth yang seri dengan resistansi Rth. Teorema Norton menyatakan jaringan yang sama sebagai sumber arus IN = Vth/Rth yang paralel dengan Rth.

R1​ = 15 ΩR3​ = 3 ΩHUBUNG SINGKATR2​20 ΩATERBUKABabRth​

Cari Rth dengan semua sumber dimatikan

Ganti sumber tegangan dengan hubung singkat dan sumber arus dengan rangkaian terbuka, lalu lihat rangkaian dari a–b.

R1 ∥ R2 = 15·20/(15+20) = 8,571 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 8,571 + 3 = 11,57 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​36 VR2​20 ΩAIs​4 ABab+−Vth​

Cari Vth, tegangan rangkaian terbuka

Dengan a–b terbuka, satu-satunya jalur Iₛ adalah melalui R₃ ke simpul A. Cari V_A dengan superposisi V₁ dan Iₛ, lalu tambahkan jatuh tegangan pada R₃.

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 20,57 + 4·8,571 = 54,86 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 54,86 + 4·3 = 66,86 V
IN​5,778 ARth​11,57 Ωab

Ekuivalen Norton

Sumber Norton adalah rangkaian yang sama dilihat sebagai sumber arus paralel dengan R_th. Arusnya adalah arus hubung singkat di a–b.

IN = Vth/Rth = 66,86/11,57 = 5,778 A
7.Transien RC & RL

Jawaban: W = 0,354 mJ

Transien orde satu: pada rangkaian dengan satu kapasitor atau satu induktor, setiap tegangan dan arus berubah secara eksponensial dari nilai awal ke nilai akhir: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, dengan τ = RC atau τ = L/R. Setelah sekitar 5τ rangkaian sudah stabil.

Konstanta waktu dan arus akhir

Lama setelah sakelar ditutup, induktor berperilaku seperti hubung singkat, jadi arus akhir hanya ditentukan oleh R.

τ = L/R = 22 mH / 50 Ω = 0,44 ms
i(∞) = Vs/R = 10/50 = 0,2 A

Arus pada waktu tertentu

i(t) = 0,2·(1 − e−1/0,44) = 0,1794 A

Energi tersimpan

W = ½·L·i² = ½·22·0,1794² = 0,354 mJ

Jawaban

W = 0,354 mJ
8.Transien RC & RL

Jawaban: vC = 3,871 V

Transien orde satu: pada rangkaian dengan satu kapasitor atau satu induktor, setiap tegangan dan arus berubah secara eksponensial dari nilai awal ke nilai akhir: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, dengan τ = RC atau τ = L/R. Setelah sekitar 5τ rangkaian sudah stabil.

Tegangan awal kapasitor

Dalam keadaan tunak kapasitor adalah rangkaian terbuka, jadi R₁ dan R₂ membentuk pembagi tegangan. Tegangan kapasitor tidak dapat melompat saat sakelar membuka.

vC(0) = 20·3,3/(1 + 3,3) = 15,35 V

Konstanta waktu setelah sakelar membuka

τ = R2·C = 3,3·33 = 108,9 ms

Pengosongan

vC(t) = 15,35·e−150/108,9 = 3,871 V

Jawaban

vC = 3,871 V
9.Impedansi AC & fasor

Jawaban: |Z| = 47,64 Ω

Rangkaian AC dengan fasor: resistor, induktor, dan kapasitor memiliki impedansi R, jωL, dan 1/(jωC), dengan ω = 2πf. Dalam seri, impedansi dijumlahkan seperti resistansi, tetapi sebagai bilangan kompleks. Arus dan tegangan rms mengikuti hukum Ohm dengan |Z|.

Reaktansi

XL = ωL = 2π·500·0,05 = 157,1 Ω

Arus cabang

Kedua cabang terhubung langsung ke sumber, jadi masing-masing mendapat tegangan penuh V.

IR = V/R = 12/50 = 0,24 A
IX = V/XL = 12/157,1 = 0,07639 A

Arus total

Arus resistor sefasa dengan V dan arus reaktif berbeda fasa 90°, jadi keduanya dijumlahkan seperti sisi-sisi segitiga siku-siku.

I = √(IR² + IX²) = √(0,24² + 0,07639²) = 0,2519 A

Impedansi

|Z| = V/I = 12/0,2519 = 47,64 Ω

Jawaban

|Z| = 47,64 Ω
10.Impedansi AC & fasor

Jawaban: f0 = 103,8 Hz

Rangkaian AC dengan fasor: resistor, induktor, dan kapasitor memiliki impedansi R, jωL, dan 1/(jωC), dengan ω = 2πf. Dalam seri, impedansi dijumlahkan seperti resistansi, tetapi sebagai bilangan kompleks. Arus dan tegangan rms mengikuti hukum Ohm dengan |Z|.

Resonansi

Saat resonansi, reaktansi induktif dan kapasitif saling meniadakan: ωL = 1/(ωC). Frekuensi sumber tidak berpengaruh.

f0 = 1/(2π√(LC)) = 1/(2π·√(0,05·47·10⁻⁶)) = 103,8 Hz

Jawaban

f0 = 103,8 Hz
11.Daya AC & faktor daya

Jawaban: I = 11,76 A

Daya AC: daya semu S = V·I (VA) terbagi menjadi daya nyata P = S·cos φ (W), yang melakukan kerja berguna, dan daya reaktif Q = S·sin φ (var), yang bolak-balik antara sumber dan beban. Faktor daya adalah cos φ. Kapasitor paralel memasok daya reaktif secara lokal, sehingga arus saluran turun untuk daya nyata yang sama.

Arus saluran

Hanya bagian nyata dari daya yang melakukan kerja, jadi bagi dengan faktor daya.

I = P/(V·cos φ) = 4000/(400·0,85) = 11,76 A

Jawaban

I = 11,76 A
12.Daya AC & faktor daya

Jawaban: C = 591,4 µF

Daya AC: daya semu S = V·I (VA) terbagi menjadi daya nyata P = S·cos φ (W), yang melakukan kerja berguna, dan daya reaktif Q = S·sin φ (var), yang bolak-balik antara sumber dan beban. Faktor daya adalah cos φ. Kapasitor paralel memasok daya reaktif secara lokal, sehingga arus saluran turun untuk daya nyata yang sama.

Daya reaktif sebelum dan sesudah

Daya nyata P tidak berubah; hanya daya reaktif yang ditarik dari sumber yang berubah.

Q1 = P·tan φ1 = 40·tan(49,46°) = 46,77 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 40·tan(23,07°) = 17,04 kvar
QC = Q1 − Q2 = 29,73 kvar

Kapasitansi

Kapasitor yang dipasang pada sumber memasok Q = V²·ωC.

C = QC/(2πf·V²) = 29725/(2π·50·400²) = 591,4 µF

Jawaban

C = 591,4 µF
13.Daya tiga fasa

Jawaban: P = 24,5 kW

Sistem tiga fasa seimbang: pada hubungan Y (bintang) tegangan antarsaluran adalah √3 kali tegangan fasa, VL = √3·Vph, dan arus saluran sama dengan arus fasa. Pada hubungan Δ (delta) tegangan antarsaluran sama dengan tegangan fasa dan arus saluran adalah √3 kali arus fasa, IL = √3·Iph. Daya total adalah tiga kali daya satu fasa: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ.

Daya semu

S = √3·VL·IL = √3·208·80 = 28,82 kVA

Daya nyata

P = S·cos φ = 28,82·0,85 = 24,5 kW

Jawaban

P = 24,5 kW
14.Daya tiga fasa

Jawaban: Cph = 1529 µF

Sistem tiga fasa seimbang: pada hubungan Y (bintang) tegangan antarsaluran adalah √3 kali tegangan fasa, VL = √3·Vph, dan arus saluran sama dengan arus fasa. Pada hubungan Δ (delta) tegangan antarsaluran sama dengan tegangan fasa dan arus saluran adalah √3 kali arus fasa, IL = √3·Iph. Daya total adalah tiga kali daya satu fasa: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ. Perbaikan faktor daya: kapasitor menyuplai daya reaktif secara lokal, QC = P·(tan φ1 − tan φ2). Masing-masing dari ketiga kapasitor menyuplai QC/3 = V²·ω·C, dengan V tegangan pada kapasitor tersebut: VL pada bank Δ, VL/√3 pada bank Y.

Daya reaktif sebelum dan sesudah

Daya nyata tidak berubah, sehingga setiap faktor daya menentukan daya reaktifnya: Q = P·tan φ.

Q1 = 200·tan(acos 0,75) = 200·0,8819 = 176,4 kvar
Q2 = 200·tan(acos 0,95) = 200·0,3287 = 65,74 kvar

Daya reaktif dari kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 110,6 kvar

Kapasitansi per fasa

Pada bank Y, setiap kapasitor terhubung di antara satu saluran dan titik bintang.

V = 480/√3 = 277,1 V, ω = 2π·50 = 314,2 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 36882/(314,2·277,1²) = 1529 µF

Jawaban

Cph = 1529 µF
15.Transformator

Jawaban: I1 = 0,1917 A

Transformator ideal: tegangan sebanding dengan jumlah lilitan dan arus berbanding terbalik: V₁/V₂ = N₁/N₂ = a dan I₁/I₂ = N₂/N₁ = 1/a, sehingga daya masuk sama dengan daya keluar, V₁·I₁ = V₂·I₂. Impedansi beban Z di sisi sekunder terlihat sebagai a²·Z dari sisi primer.

Tegangan dan arus sekunder

V2 = 4600/20 = 230 V
I2 = 230/60 = 3,833 A

Arus primer

Transformator ideal tidak memiliki rugi-rugi: V₁·I₁ = V₂·I₂.

I1 = I2/20 = 0,1917 A

Jawaban

I1 = 0,1917 A

Periksa: beban yang terlihat dari sisi primer adalah a²·RL = 24000 Ω, dan 4600/24000 memberikan arus yang sama.

16.Transformator

Jawaban: Pcu,fl = 2533 W

Rugi-rugi transformator: rugi inti (histeresis dan arus pusar) bergantung pada tegangan dan sama pada beban berapa pun. Rugi tembaga pada kumparan sebanding dengan kuadrat arus, sehingga pada fraksi x dari beban pengenal besarnya x²·Pcu,fl. Efisiensi η = Pout/(Pout + Pcore + Pcu), dengan Pout = x·S·pf. Efisiensi paling tinggi pada beban saat rugi tembaga sama dengan rugi inti.

Daya keluaran dan masukan

Pout = 100·0,8 = 80 kW
Pin = 80000/0,96 = 83333 W

Rugi total dan rugi tembaga

Ploss = 83333 − 80000 = 3333 W
Pcu,fl = 3333 − 800 = 2533 W

Jawaban

Pcu,fl = 2533 W

ExamProblems · examproblems.com/courses/electrical-engineering-fundamentals