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​ = 2 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​30 VR2​15 ΩAR4​20 ΩB

Cari resistansi ekuivalen Req yang dilihat sumber V1.

V1 = 30 VR1 = 2 ΩR2 = 15 ΩR3 = 2 ΩR4 = 20 Ω
Req = Ω
2.Resistor seri & paralelSulit
R1​ = 10 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 10 Ω+−V1​18 VR2​4 ΩAR4​12 ΩBR6​5 Ω

Cari resistansi ekuivalen Req yang dilihat sumber V1.

V1 = 18 VR1 = 10 ΩR2 = 4 ΩR3 = 4 ΩR4 = 12 ΩR5 = 10 ΩR6 = 5 Ω
Req = Ω
3.Analisis simpulSedang
R1​5 Ω+−V1​30 VR2​20 Ω−+V2​10 VI2​R3​12 Ω+−V3​10 VA

Tiga cabang terhubung antara simpul A dan ground, seperti pada gambar. Gunakan analisis simpul untuk mencari arus I2 pada cabang 2, yang mengalir ke atas masuk ke simpul A searah panah.

V1 = 30 VR1 = 5 ΩV2 = 10 VR2 = 20 ΩV3 = 10 VR3 = 12 Ω
I2 = A
4.Analisis simpulSulit
R1​ = 30 Ω+−Vs​ = 8 VIx​+−V1​9 VR2​20 ΩAR3​15 ΩBIs​2,5 A

Sumber tegangan Vₛ antara A dan B memiliki terminal + di A, jadi membuat VA − VB = Vₛ. Gunakan analisis simpul dengan supernode untuk mencari arus Ix melalui sumber tegangan, dari A ke B seperti ditunjukkan panah.

V1 = 9 VIs = 2,5 AVs = 8 VR1 = 30 ΩR2 = 20 ΩR3 = 15 Ω
Ix = A
5.Thévenin & NortonSedang
R1​ = 3 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​2 ΩAab

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

V1 = 30 VR1 = 3 ΩR2 = 2 ΩR3 = 8 Ω
IN = A
6.Thévenin & NortonSulit
R1​ = 3 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​30 VR2​4 ΩAIs​0,5 ABRL​10 ΩIL​

Beban RL = 10 Ω dipasang di a–b. Ganti sisa rangkaian dengan ekuivalen Thévenin-nya dan cari arus beban IL.

V1 = 30 VIs = 0,5 AR1 = 3 ΩR2 = 4 ΩR3 = 30 ΩRL = 10 Ω
IL = A
7.Transien RC & RLSedang
+−Vs​12 Vt = 0R = 47 ΩL68 mHi(t)

Induktor tidak dialiri arus sebelum sakelar ditutup pada t = 0. Cari arus i pada t = 1 ms.

Vs = 12 VR = 47 ΩL = 68 mHt = 1 ms
i = A
8.Transien RC & RLSulit
+−Vs​5 Vt = 0R = 6,8 kΩC47 µF+−vC​vC​(0) = 8 V

Tepat sebelum sakelar ditutup pada t = 0, kapasitor bertegangan 8 V dengan polaritas yang ditunjukkan. Berapa lama waktu yang diperlukan agar vC mencapai 6,2 V? Cari t.

Vs = 5 VR = 6,8 kΩC = 47 µFvC(0) = 8 V
t = ms
9.Impedansi AC & fasorSedang
100 V200 HzR = 20 ΩL = 150 mHC = 2,2 µF

Rangkaian RLC seri dihubungkan ke sumber 100 V (rms), 200 Hz. Cari sudut fase φ impedansi, dalam derajat (positif bila arus tertinggal dari tegangan).

V = 100 V (rms)f = 200 HzR = 20 ΩL = 150 mHC = 2,2 µF
φ = °
10.Impedansi AC & fasorSulit
230 V200 HzR = 60 ΩL = 250 mHC = 100 µFI

Rangkaian RLC seri dihubungkan ke sumber 230 V (rms), 200 Hz. Cari arus rms I.

V = 230 V (rms)f = 200 HzR = 60 ΩL = 250 mHC = 100 µF
I = A
11.Daya AC & faktor dayaSedang
120 VR + jXP = 1479 W14,5 A

Sebuah beban induktif mengambil 14,5 A dan 1479 W dari sumber satu fase 120 V (rms). Modelkan sebagai resistansi R yang seri dengan reaktansi X. Cari R.

V = 120 VI = 14,5 AP = 1479 W
R = Ω
12.Daya AC & faktor dayaSulit
P1​ = 19 kWQ1​S1​φ

Sebuah transformator satu fase 50 kVA memasok beban 19 kW pada faktor daya 0,6 tertinggal. Berapa daya nyata tambahan ΔP yang dapat ditambahkan sebagai beban resistif (faktor daya satu) sebelum transformator mencapai rating kVA-nya?

Smax = 50 kVAP1 = 19 kWpf1 = 0,6
ΔP = kW
13.Daya tiga fasaSedang
ABCVL​ = 400 VIL​ = 120 Acos φ = 0,8tertinggal

Beban tiga fasa seimbang menarik arus saluran 120 A dari sumber dengan tegangan antarsaluran 400 V. Faktor dayanya 0,8 tertinggal. Cari daya nyata total P yang diserap beban dalam kW.

VL = 400 VIL = 120 Acos φ = 0,8
P = kW
14.Daya tiga fasaSulit
P = 100 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Beban tiga fasa seimbang menyerap 100 kW pada faktor daya 0,8 tertinggal dari sumber 400 V (antarsaluran), 60 Hz. Bank kapasitor tiga fasa yang diparalel dengan beban harus menaikkan faktor daya keseluruhan menjadi 0,92 tertinggal. Daya nyatanya tetap sama. Cari daya reaktif total QC yang harus disuplai bank kapasitor, dalam kvar.

P = 100 kWpf1 = 0,8pf2 = 0,92VL = 400 Vf = 60 Hz
QC = kvar
15.TransformatorSedang
480 V240 VIHV​ILV​ = ?15 kVA

Sebuah transformator satu fasa 15 kVA, 480/240 V bekerja pada beban pengenalnya. Anggap ideal. Cari arus ILV pada kumparan tegangan rendah.

S = 15 kVAV1 = 480 VV2 = 240 V
ILV = A
16.TransformatorSulit
150 kVA

Sebuah transformator satu fasa 150 kVA memiliki rugi inti 750 W dan rugi tembaga 2250 W pada beban pengenal. Pada beban Sη,max berapa, dalam kVA, efisiensinya paling tinggi?

S = 150 kVAPcore = 750 WPcu,fl = 2250 W
Sη,max = kVA

3Larutan

1.Resistor seri & paralel

Jawaban: Req = 10,92 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​ = 2 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​30 VR2​15 ΩAR4​20 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 = 2 + 20 = 22 Ω
R2 ∥ 22 = 15·22/(15+22) = 8,919 Ω
Req = R1 + 8,919 = 2 + 8,919 = 10,92 Ω

Jawaban

Req = 10,92 Ω
2.Resistor seri & paralel

Jawaban: Req = 12,91 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​ = 10 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 10 Ω+−V1​18 VR2​4 ΩAR4​12 ΩBR6​5 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 = 10 + 5 = 15 Ω
R4 ∥ 15 = 6,667 Ω
R3 + 6,667 = 10,67 Ω
R2 ∥ 10,67 = 2,909 Ω
Req = R1 + 2,909 = 10 + 2,909 = 12,91 Ω

Jawaban

Req = 12,91 Ω
3.Analisis simpul

Jawaban: I2 = −1,45 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.

KCL di simpul A

Ambil kawat bawah sebagai ground. Setiap cabang mengalirkan (VA − Vk)/Rk keluar dari A, dengan Vk tegangan sumbernya (nol untuk resistor biasa). Arus-arus yang keluar dari A berjumlah nol.

(VA − 30)/5 + (VA − (−10))/20 + (VA − 10)/12 = 0

Selesaikan untuk VA

VA = (30/5 + (−10)/20 + 10/12) / (1/5 + 1/20 + 1/12) = 6,333/0,3333 = 19 V

Arus cabang

Panah menunjuk ke atas melalui cabang, masuk ke simpul A.

I2 = ((−10) − VA)/R2 = ((−10) − 19)/20 = −1,45 A

Jawaban

I2 = −1,45 A

Hasil negatif berarti arus sebenarnya mengalir berlawanan dengan panah.

4.Analisis simpul

Jawaban: Ix = −1,552 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.

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 − 8
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is

Selesaikan

(VA − 9)/30 + VA/20 + (VA − 8)/15 = 2,5
VA·(1/30 + 1/20 + 1/15) = 2,5 + 9/30 + 8/15 = 3,333
VA = 3,333/0,15 = 22,22 V
VB = 14,22 V

Arus melalui sumber tegangan

KCL di simpul A saja: arus yang datang melalui R₁ keluar melalui R₂ dan melalui sumber tegangan.

IR1 = (9 − 22,22)/30 = −0,4407 A
Ix = IR1 − VA/R2 = −0,4407 − 22,22/20 = −1,552 A

Jawaban

Ix = −1,552 A

Hasil negatif berarti arus sebenarnya mengalir berlawanan dengan panah.

5.Thévenin & Norton

Jawaban: IN = 1,304 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​ = 3 ΩR3​ = 8 ΩHUBUNG SINGKATR2​2 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 = 3·2/(3+2) = 1,2 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,2 + 8 = 9,2 Ω
R1​ = 3 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​2 ΩAab+−Vth​

Cari Vth, tegangan rangkaian terbuka

Dengan a–b terbuka, tidak ada arus yang mengalir di R₃, jadi tidak ada jatuh tegangan dan V_b = V_A. R₁ dan R₂ membentuk pembagi tegangan.

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 30·2/(3+2) = 12 V
IN​1,304 ARth​9,2 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 = 12/9,2 = 1,304 A
6.Thévenin & Norton

Jawaban: IL = 0,7911 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​ = 3 ΩR3​ = 30 ΩHUBUNG SINGKATR2​4 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 = 3·4/(3+4) = 1,714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,714 + 30 = 31,71 Ω
R1​ = 3 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​30 VR2​4 ΩAIs​0,5 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) = 17,14 + 0,5·1,714 = 18 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 18 + 0,5·30 = 33 V
Rth​ = 31,71 Ω+−Vth​33 VRL​10 ΩIL​

Hubungkan beban ke ekuivalen Thévenin

Sumber Thévenin dan R_th seri berperilaku persis seperti rangkaian asli di a–b, jadi beban melihat loop seri sederhana.

IL = Vth/(Rth + RL) = 33/(31,71 + 10) = 0,7911 A
7.Transien RC & RL

Jawaban: i = 0,1274 A

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 = 68 mH / 47 Ω = 1,447 ms
i(∞) = Vs/R = 12/47 = 0,2553 A

Arus pada waktu tertentu

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,2553·(1 − e−1/1,447) = 0,1274 A

Jawaban

i = 0,1274 A
8.Transien RC & RL

Jawaban: t = 292,8 ms

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.

Nilai awal, nilai akhir, konstanta waktu

Tegangan kapasitor tidak dapat melompat, jadi dimulai dari nilai tersimpannya dan menuju tegangan sumber.

vC(0) = 8 V, vC(∞) = Vs = 5 V
τ = R·C = 6,8 kΩ · 47 µF = 319,6 ms
vC(t) = 5 + (8 − 5)·e−t/τ

Selesaikan untuk waktu

6,2 = 5 + (3)·e−t/τ → e−t/τ = (6,2 − 5)/(8 − 5) = 0,4
t = τ·ln((8 − 5)/(6,2 − 5)) = 319,6·ln(2,5) = 292,8 ms

Jawaban

t = 292,8 ms
9.Impedansi AC & fasor

Jawaban: φ = −83,41 °

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

ω = 2πf = 2π·200 = 1257 rad/s
XL = ωL = 1257·0,15 = 188,5 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(1257·2,2·10⁻⁶) = 361,7 Ω

Impedansi

Dalam seri, impedansi dijumlahkan sebagai bilangan kompleks: Z = R + j(XL − XC).

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(20² + (−173,2)²) = 174,4 Ω

Sudut fase

φ = arctan((XL − XC)/R) = arctan(−173,2/20) = −83,41°

Jawaban

φ = −83,41°
10.Impedansi AC & fasor

Jawaban: I = 0,7371 A

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

ω = 2πf = 2π·200 = 1257 rad/s
XL = ωL = 1257·0,25 = 314,2 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(1257·100·10⁻⁶) = 7,958 Ω

Impedansi

Dalam seri, impedansi dijumlahkan sebagai bilangan kompleks: Z = R + j(XL − XC).

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(60² + (306,2)²) = 312 Ω

Arus

Arus yang sama mengalir melalui setiap elemen rangkaian seri.

I = V/|Z| = 230/312 = 0,7371 A

Jawaban

I = 0,7371 A
11.Daya AC & faktor daya

Jawaban: R = 7,034 Ω

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.

Resistansi dari daya nyata

R = P/I² = 1479/14,5² = 7,034 Ω

Jawaban

R = 7,034 Ω
12.Daya AC & faktor daya

Jawaban: ΔP = 24,11 kW

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 beban yang ada

Q1 = 19·tan(arccos 0,6) = 25,33 kvar

Daya nyata total terbesar

Pada rating penuh S = Smax, dan Q tidak diubah oleh beban resistif.

P = √(Smax² − Q1²) = √(50² − 25,33²) = 43,11 kW

Daya nyata tambahan

ΔP = 43,11 − 19 = 24,11 kW

Jawaban

ΔP = 24,11 kW
13.Daya tiga fasa

Jawaban: P = 66,51 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 = √3·400·120 = 83,14 kVA

Daya nyata

P = S·cos φ = 83,14·0,8 = 66,51 kW

Jawaban

P = 66,51 kW
14.Daya tiga fasa

Jawaban: QC = 32,4 kvar

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 = 100·tan(acos 0,8) = 100·0,75 = 75 kvar
Q2 = 100·tan(acos 0,92) = 100·0,426 = 42,6 kvar

Daya reaktif dari kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 32,4 kvar

Jawaban

QC = 32,4 kvar
15.Transformator

Jawaban: ILV = 62,5 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.

Arus pengenal

Kedua kumparan membawa daya semu yang sama.

ILV = S/V = 15000/240 = 62,5 A

Jawaban

ILV = 62,5 A
16.Transformator

Jawaban: Sη,max = 86,6 kVA

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.

Rugi tembaga sama dengan rugi inti

x²·2250 = 750 → x = √(750/2250) = 0,5774

Beban pada efisiensi maksimum

Sη,max = x·S = 0,5774·150 = 86,6 kVA

Jawaban

Sη,max = 86,6 kVA

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