Arus bolak-balik
Arus bolak-balik (AC/"alternating current") adalah arus listrik di mana besarnya dan arahnya arus berubah-ubah secara bolak-balik. Berbeda dengan arus searah di mana arah arus yang mengalir tidak berubah-ubah dengan waktu. Bentuk gelombang dari listrik arus bolak-balik biasanya berbentuk gelombang sinusoida, karena ini yang memungkinkan pengaliran energi yang paling efisien. Namun dalam aplikasi-aplikasi spesifik yang lain, bentuk gelombang lain pun dapat digunakan, misalnya bentuk gelombang segitiga (triangular wave) atau bentuk gelombang segi empat (square wave).
Secara umum, listrik bolak-balik berarti penyaluran listrik dari sumbernya (misalnya PLN) ke kantor-kantor atau rumah-rumah penduduk. Namun ada pula contoh lain seperti sinyal-sinyal radio atau audio yang disalurkan melalui kabel, yang juga merupakan listrik arus bolak-balik. Di dalam aplikasi-aplikasi ini, tujuan utama yang paling penting adalah pengambilan informasi yang termodulasi atau terkode di dalam sinyal arus bolak-balik tersebut.
Pada tahun 1835, Hippolyte Pixii membuat altenator pertama (pembangkit arus bolak balik). Pixii membuat alat tersebut dengan putaran magnit. Namun pada era ini semua orang berfokus pada pembuatan arus listrik satu arah (DC) jadi penemuan ini tidak begitu sukses pada jaman ini. Pengelolahan Arus bolak balik dimulai pada tahun 1882. Pada dekade ini banyak sekali penemuan yang bersangkutan dengan listrik dari penemu-penemu ternama seperti Thomas Alva Edisson dan Nikola Tesla. Teknologi pembangkit arus listrik bolak balik (AC) mula-mula dibuat pertama kali oleh Sabastian Ferranti dengan Lord Kelvin. Ini termasuk dengan pembuatan transformer mula-mula.
Sistem arus listrik bolak balik di buat di Great Barrington, Massachusetts oleh William Stanley yang di support oleh Westinghouse. Nikola Tesla juga memulai penjualan sistem listrik bolak baliknya di New York, namun gagal karena new york telah mengadopsi sistem litrik satu arah. Pada tahun 1887 C.S. Bradley membuat generator bolak balik 3 fase. Ini adalah alat yang membuat arus listrik bolak balik lebih efisien dan bisa dipakai jaman sekarang. Pada tahun 1900 generator bolak balik 3 fase menjadi prinsip dasar sumber tenaga listrik di dunia.
Adanya arus bolak balik berarti tegangan listrik tersebut juga bolak balik. Tegangan listrik bolak balik bisa direpresentasikan dengan formula ini:
DimanaJumlah puncak-ke-puncak tekanan bolak balik di representasikan dengan perbedaan antara puncak postif ke puncak negatif. tekanan puncak-ke-puncak bisa ditulis dengan hubungan formula_7 or formula_8, yang bernilai formula_9.
Hubungan antara tekanan dan tenaga listrik bolak balik bisa direpresentasikan dengan:
Di bandingkan dengan menggunakan hunbungan, formula_12, Lebih effektif jika menggunakan hasil tengah-tengah (bila mana hasil tengah-tengah bisa didapatkan di manapun). Jadi, Tekanan bolak balik bisa direpresentasikan oleh hasil root mean square (RMS), ditulis dengan formula_13, menjadiMenggunakan Identitas trigonometri, tenaga osilasi menjadi dua kali lipat frekuensi oleh tekanan listrik.
Frekuensi sistem listrik berbeda-beda di negara yang berbeda, tetapi biasanya berkisar di antara 50-60 hertz. Beberapa negara seperti Jepang mempunyai dua frekuensi listrik yang berbed yaitu 50 Hz dan 60 Hz, tergantung dengan pembangkit listrik yang dipakai.
Frekuensi yang berkisar antara 50–60 Hz dipilih dengan alasan yang cukup masuk akal. Arus listrik dengan frekuensi rendah membuat pemakai listrik dengan motor elektrik lebih mudah. Telebih dengan aplikasi yang berhubungan dengan traksi dari kommutator, seperti di kasus rel kereta. Namun dengan memakai frekuensi yang rendah, akan terlihat kedipan di lampu yang sangat mengesalkan apalagi di lampu incadescent.
Transformator atau trafo adalah alat yang memindahkan tenaga listrik arus bolak balik antar dua lilitan kawat atau lebih melalui induksi elektromagnetik. Prinsip transformator membuat arus bolak balik jauh lebih unggul daripada arus satu arah dalam hal transmisi listrik.
Transformator bekerja berdasarkan prinsip Induksi elektromagnetik. Tegangan masukan bolak-balik (AC) pada lilitan primer menimbulkan fluks magnet yang tidak tersambung dengan lilitan sekunder. Fluks bolak-balik ini menginduksikan (terjadi lompatan listrik) gaya gerak listrik (ggl) dalam lilitan sekunder. Jika efisiens baik hampir semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder. Pada kenyataan tidak akan terjadi efisiensi yang sempurna karena energi listrik pada saat fluktuasi berubah menjadi energi panas, yang paling efisien adalah Transformator Toroidal atau Trafo Donat.
Rumus untuk fluks magnet yang ditimbulkan lilitan primer adalah formula_26 dan rumus untuk ggl. induksi yang terjadi di lilitan sekunder adalah formula_27.
Karena kedua kumparan dihubungkan dengan fluks yang sama, maka
formula_28
Dengan menyusun ulang persamaan akan didapat
formula_29
Dari rumus-rumus di atas, didapat pula:
formula_30
Dengan kata lain, hubungan antara tegangan primer dengan tegangan sekunder ditentukan oleh perbandingan jumlah lilitan primer dengan lilitan sekunder.
Perhitungan di atas hanya berlaku apabila kopling primer-sekunder sempurna dan tidak ada kerugian, tetapi dalam praktik terjadi beberapa kerugian yaitu