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​ = 20 ΩIR1​R3​ = 12 Ω+−V1​30 VR2​6 ΩAR4​5 ΩB

Cari arus IR1 yang dialirkan sumber, yang mengalir melalui R1.

V1 = 30 VR1 = 20 ΩR2 = 6 ΩR3 = 12 ΩR4 = 5 Ω
IR1 = A
2.Resistor seri & paralelSulit
R1​ = 3 ΩR3​ = 10 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​30 VR2​25 ΩAR4​8 ΩBR6​10 Ω

Cari resistansi ekuivalen Req yang dilihat sumber V1.

V1 = 30 VR1 = 3 ΩR2 = 25 ΩR3 = 10 ΩR4 = 8 ΩR5 = 6 ΩR6 = 10 Ω
Req = Ω
3.Analisis simpulSedang
R1​ = 20 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​30 VR2​5 ΩAR4​20 ΩBIs​3 A

Gunakan analisis simpul untuk mencari tegangan simpul VB (diukur terhadap ground).

V1 = 30 VIs = 3 AR1 = 20 ΩR2 = 5 ΩR3 = 4 ΩR4 = 20 Ω
VB = V
4.Analisis simpulSulit
R1​ = 5 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​18 VR3​25 ΩAR5​4 ΩBIs​2,5 A+−V2​36 V

Gunakan analisis simpul untuk mencari tegangan simpul VA (diukur terhadap ground).

V1 = 18 VIs = 2,5 AV2 = 36 VR1 = 5 ΩR2 = 4 ΩR3 = 25 ΩR4 = 8 ΩR5 = 4 Ω
VA = V
5.Thévenin & NortonSedang
R1​ = 10 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​24 VR2​20 ΩAab

Cari resistansi Thévenin Rth dilihat dari terminal a–b.

V1 = 24 VR1 = 10 ΩR2 = 20 ΩR3 = 4 Ω
Rth = Ω
6.Thévenin & NortonSulit
R1​ = 8 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​18 VR2​25 ΩAIs​6 ABRL​4 ΩIL​

Beban RL = 4 Ω dipasang di a–b. Ganti sisa rangkaian dengan ekuivalen Thévenin-nya dan cari arus beban IL.

V1 = 18 VIs = 6 AR1 = 8 ΩR2 = 25 ΩR3 = 15 ΩRL = 4 Ω
IL = A
7.Transien RC & RLSedang
R = 47 Ωt = 0L150 mHi(t)

Induktor mengalirkan arus tunak 2,5 A. Pada t = 0 sakelar menutup loop melalui R dan sumber dilepas, jadi arus induktor meluruh melalui R. Cari arus i pada t = 5 ms.

i(0) = 2,5 AR = 47 ΩL = 150 mHt = 5 ms
i = A
8.Transien RC & RLSulit
+−Vs​24 Vt = 0R = 2,2 kΩC33 µF+−vC​vC​(0) = 6 V

Tepat sebelum sakelar ditutup pada t = 0, kapasitor bertegangan 6 V dengan polaritas yang ditunjukkan. Berapa lama waktu yang diperlukan agar vC mencapai 13,2 V? Cari t.

Vs = 24 VR = 2,2 kΩC = 33 µFvC(0) = 6 V
t = ms
9.Impedansi AC & fasorSedang
12 V200 HzR = 40 ΩL = 250 mHC = 1 µF

Rangkaian RLC seri dihubungkan ke sumber 12 V (rms), 200 Hz. Cari sudut fase φ impedansi, dalam derajat (positif bila arus tertinggal dari tegangan).

V = 12 V (rms)f = 200 HzR = 40 ΩL = 250 mHC = 1 µF
φ = °
10.Impedansi AC & fasorSulit
VfR = 10 ΩL = 50 mHC = 0,47 µF

Sebuah rangkaian RLC seri memiliki R = 10 Ω, L = 50 mH, dan C = 0,47 µF. Cari lebar pitanya B (lebar pita antara frekuensi setengah daya), dalam Hz.

R = 10 ΩL = 50 mHC = 0,47 µF
B = Hz
11.Daya AC & faktor dayaSedang
240 VZ4 + j3 ΩI

Sebuah beban dengan impedansi Z = 4 + j3 Ω dihubungkan ke sumber satu fase 240 V (rms). Cari daya nyata P yang diserapnya.

V = 240 VZ = 4 + j3 Ω
P = W
12.Daya AC & faktor dayaSulit
P = 25 kWQ1​S1​φ1​QC​

Beban satu fase menyerap 25 kW pada faktor daya 0,75 tertinggal dari sumber 240 V, 50 Hz. Kapasitor yang dipasang paralel menaikkan faktor daya menjadi 0,95. Cari kapasitansi C yang diperlukan.

P = 25 kWpf1 = 0,75pf2 = 0,95V = 240 Vf = 50 Hz
C = µF
13.Daya tiga fasaSedang
ABCVL​ = 690 VIL​ = 150 Acos φ = 0,75tertinggal

Beban tiga fasa seimbang menarik arus saluran 150 A dari sumber dengan tegangan antarsaluran 690 V. Faktor dayanya 0,75 tertinggal. Cari daya nyata total P yang diserap beban dalam kW.

VL = 690 VIL = 150 Acos φ = 0,75
P = kW
14.Daya tiga fasaSulit
P = 80 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Beban tiga fasa seimbang menyerap 80 kW pada faktor daya 0,8 tertinggal dari sumber 415 V (antarsaluran), 50 Hz. Bank kapasitor tiga fasa yang diparalel dengan beban harus menaikkan faktor daya keseluruhan menjadi 0,9 tertinggal. Daya nyatanya tetap sama. Cari daya reaktif total QC yang harus disuplai bank kapasitor, dalam kvar.

P = 80 kWpf1 = 0,8pf2 = 0,9VL = 415 Vf = 50 Hz
QC = kvar
15.TransformatorSedang
6600 V230 VIHV​ILV​ = ?150 kVA

Sebuah transformator satu fasa 150 kVA, 6600/230 V bekerja pada beban pengenalnya. Anggap ideal. Cari arus ILV pada kumparan tegangan rendah.

S = 150 kVAV1 = 6600 VV2 = 230 V
ILV = A
16.TransformatorSulit
pf 0,95250 kVA, 50% beban

Sebuah transformator satu fasa 250 kVA memiliki rugi inti 1000 W dan rugi tembaga 4000 W pada beban pengenal. Transformator menyuplai 50% dari kVA pengenalnya pada faktor daya 0,95 tertinggal. Cari rugi total Ploss dalam watt pada beban ini.

S = 250 kVAPcore = 1000 WPcu,fl = 4000 Wx = 0,5pf = 0,95
Ploss = W

3Larutan

1.Resistor seri & paralel

Jawaban: IR1 = 1,228 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​ = 20 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​30 VR2​6 ΩAR4​5 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 = 12 + 5 = 17 Ω
R2 ∥ 17 = 6·17/(6+17) = 4,435 Ω
Req = R1 + 4,435 = 20 + 4,435 = 24,43 Ω

Arus dari sumber

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

IR1 = V1/Req = 30/24,43 = 1,228 A

Jawaban

IR1 = 1,228 A
2.Resistor seri & paralel

Jawaban: Req = 12,5 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​ = 3 ΩR3​ = 10 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​30 VR2​25 ΩAR4​8 ΩBR6​10 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 = 6 + 10 = 16 Ω
R4 ∥ 16 = 5,333 Ω
R3 + 5,333 = 15,33 Ω
R2 ∥ 15,33 = 9,504 Ω
Req = R1 + 9,504 = 3 + 9,504 = 12,5 Ω

Jawaban

Req = 12,5 Ω
3.Analisis simpul

Jawaban: VB = 21,43 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.

R1​ = 20 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​30 VR2​5 ΩAR4​20 ΩBIs​3 A

Tentukan simpul

Ground adalah kawat bawah. Tegangan simpul yang diketahui langsung berasal dari sumber (V1 = 30 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/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/5 + (VA − 30)/20 + (VA − VB)/4 = 0
0,5·VA − 0,25·VB = 1,5

KCL di simpul B

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

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/20 + (VB − VA)/4 = 3
−0,25·VA + 0,3·VB = 3

Selesaikan

Δ = (0,5)(0,3) − (−0,25)(−0,25) = 0,0875
VA = Δ1/Δ = 1,2/0,0875 = 13,71 V
VB = Δ2/Δ = 1,875/0,0875 = 21,43 V

Jawaban

VB = 21,43 V
4.Analisis simpul

Jawaban: VA = 16,41 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.

R1​ = 5 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​18 VR3​25 ΩAR5​4 ΩBIs​2,5 A+−V2​36 V

Tentukan simpul

Ground adalah kawat bawah. Tegangan simpul yang diketahui langsung berasal dari sumber (V1 = 18 V, V2 = 36 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/25 + (VA − 18)/5 + (VA − VB)/4 = 0
0,49·VA − 0,25·VB = 3,6

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/4 + (VB − VA)/4 + (VB − 36)/8 = 2,5
−0,25·VA + 0,625·VB = 7

Selesaikan

Δ = (0,49)(0,625) − (−0,25)(−0,25) = 0,2438
VA = Δ1/Δ = 4/0,2438 = 16,41 V
VB = Δ2/Δ = 4,33/0,2438 = 17,76 V

Jawaban

VA = 16,41 V
5.Thévenin & Norton

Jawaban: Rth = 10,67 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​ = 10 ΩR3​ = 4 ΩHUBUNG SINGKATR2​20 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 = 10·20/(10+20) = 6,667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6,667 + 4 = 10,67 Ω
6.Thévenin & Norton

Jawaban: IL = −4,498 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​ = 8 ΩR3​ = 15 ΩHUBUNG SINGKATR2​25 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 = 8·25/(8+25) = 6,061 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6,061 + 15 = 21,06 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​18 VR2​25 ΩAIs​6 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) = 13,64 + (−6)·6,061 = −22,73 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −22,73 + (−6)·15 = −112,7 V
Rth​ = 21,06 Ω−+Vth​112,7 VRL​4 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) = −112,7/(21,06 + 4) = −4,498 A
7.Transien RC & RL

Jawaban: i = 0,5218 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

τ = L/R = 150 mH / 47 Ω = 3,191 ms

Peluruhan arus

i(t) = 2,5·e−5/3,191 = 0,5218 A

Jawaban

i = 0,5218 A
8.Transien RC & RL

Jawaban: t = 37,09 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) = 6 V, vC(∞) = Vs = 24 V
τ = R·C = 2,2 kΩ · 33 µF = 72,6 ms
vC(t) = 24 + (6 − 24)·e−t/τ

Selesaikan untuk waktu

13,2 = 24 + (−18)·e−t/τ → e−t/τ = (13,2 − 24)/(6 − 24) = 0,6
t = τ·ln((6 − 24)/(13,2 − 24)) = 72,6·ln(1,667) = 37,09 ms

Jawaban

t = 37,09 ms
9.Impedansi AC & fasor

Jawaban: φ = −85,25 °

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/(1257·1·10⁻⁶) = 795,8 Ω

Impedansi

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(40² + (−481,6)²) = 483,3 Ω

Sudut fase

φ = arctan((XL − XC)/R) = arctan(−481,6/40) = −85,25°

Jawaban

φ = −85,25°
10.Impedansi AC & fasor

Jawaban: B = 31,83 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|.

Frekuensi resonansi

f0 = 1/(2π·√(0,05·0,47·10⁻⁶)) = 1038 Hz

Faktor kualitas

Q membandingkan reaktansi pada resonansi dengan resistansi: Q = ω₀L/R.

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/10)·√(0,05/(0,47·10⁻⁶)) = 32,62

Lebar pita

B = f0/Q = 1038/32,62 = 31,83 Hz

Jawaban

B = 31,83 Hz
11.Daya AC & faktor daya

Jawaban: P = 9216 W

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

|Z| = √(4² + 3²) = 5 Ω
I = V/|Z| = 240/5 = 48 A

Daya nyata

P = I²·R = 48²·4 = 9216 W

Jawaban

P = 9216 W
12.Daya AC & faktor daya

Jawaban: C = 764,3 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 = 25·tan(41,41°) = 22,05 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 25·tan(18,19°) = 8,217 kvar
QC = Q1 − Q2 = 13,83 kvar

Kapasitansi

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

C = QC/(2πf·V²) = 13831/(2π·50·240²) = 764,3 µF

Jawaban

C = 764,3 µF
13.Daya tiga fasa

Jawaban: P = 134,5 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 = √3·690·150 = 179,3 kVA

Daya nyata

P = S·cos φ = 179,3·0,75 = 134,5 kW

Jawaban

P = 134,5 kW
14.Daya tiga fasa

Jawaban: QC = 21,25 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 = 80·tan(acos 0,8) = 80·0,75 = 60 kvar
Q2 = 80·tan(acos 0,9) = 80·0,4843 = 38,75 kvar

Daya reaktif dari kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 21,25 kvar

Jawaban

QC = 21,25 kvar
15.Transformator

Jawaban: ILV = 652,2 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 = 150000/230 = 652,2 A

Jawaban

ILV = 652,2 A
16.Transformator

Jawaban: Ploss = 2000 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.

Rugi tembaga pada beban ini

Pcu = x²·Pcu,fl = 0,25·4000 = 1000 W

Rugi total

Rugi inti sama pada beban berapa pun.

Ploss = 1000 + 1000 = 2000 W

Jawaban

Ploss = 2000 W

Efisiensi pada beban ini adalah η = 98,34%.

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