Transien Ac dan DC Berikut Penjelasannya

Transien Ac dan DC

Listrik yang kita kenal dalam kehidupan sehari-hari, berdasarkan kebergantungannya terhadap waktu dapat dibedakan menjadi dua, yaitu listrik AC dan listrik DC. Listrik AC (Alternating Current) memiliki tegangan maupun kuat arus yang merupakan fungsi periodik terhadap waktu, sedangkan listrik DC (dalam hal ini adalah DC halus) tidak merupakan fungsi waktu. Besarnya amplitudo/beda potensial listrik DC merupakan bilangan yang konstan sepanjang waktu apabila komponen rangkaian tidak berubah nilai.
Rangkaian listrik (electrical transient) adalah suatu manifestasi keluaran dari keadaan perubahan mendadak di dalam rangkaian lsitrik pada saat suatu saklar (switch) membuka, menutup, atau timbulnya gangguan/ kesalahan (fault) pada system tersebut. Waktu transien umumnya sangat singkat dibandingkan dengan waktu keadaan tunak (steady state).

Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk mendalami konsep-konsep dasar elektronika tentang transien DC dan AC. Dan untuk memahami materi yang sedang didiskusikan tentang Transien DC dan AC.
Manfaat penulisan makalah ini adalah mendapatkan ilmu dan pemahaman tentang transien DC dan AC. Manfaat bagi pembaca adalah semoga mendapatkan pengetahuan yang baru dan dapat ditindak lanjuti.

Rangkaian listrik (electrical transient) adalah suatu manifestasi keluaran dari keadaan perubahan mendadak di dalam rangkaian lsitrik pada saat suatu saklar (switch) membuka, menutup, atau timbulnya gangguan/ kesalahan (fault) pada system tersebut. Waktu transien umumnya sangat singkat dibandingkan dengan waktu keadaan tunak (steady state).
Walaupun demikian, masa transien menjadi sangat penting dalam sistem karena pada masa tersebut suatu perubahan mendadak akan termanifestasikan baik dalam bentuk arus maupun tegangan yang kadangkala dalam hal ekstrim akan mengakibatkan kerusakan fatal pada system seperti memacetkan mesin, memutuskan hubungan listrik, mengganggu/menggagalkan sistem komunikasi, dan lain-lain.
Transien dalam sistem listrik mekanis dapat dinyatakan oleh 3 jenis elemen rangkaian listrik berupa resistansi, induktansi, dan kapasitansi. Ketiga jenis elemen listrik yaitu resistor, induktor, dan kapasitor dapat mengeluarkan energi alam dalam jumlah terbatas, seperti misalnya resistor hanya mampu mendisipasi energi lsitrik dalam bentuk panas I2R. Sedangkan induktor dan kapasitor mampu menyimpan masing-masing energi magnetik (1/2)Li2 dan energi elektris (1/2)CV2.
Dalam keadaan tunak (steady state), energi yang tersimpan pada induktor dan kapasitor adalah konstan (untuk sumber konstan) dan sesuai dengan perubahan arus dan tegangan bentuk gelombang sumber bolakbalik (untuk sumber bolak-balik).
Begitu terdapat sedikit perubahan/ gangguan terhadap rangkaian listriknya akan terjadi redistribusi energi yang akan memunculkan kondisi baru, dimana redistribusi energi tersebut tidak dapat terjadi dalam waktu yang sangat cepat tetapi dalam waktu yang yang terbatas pula.
Dan selama interval waktu dalam proses transien akan berlaku prinsip bahwa jumlah energi yang terkonservasi (yang disupply) sama dengan energi tersimpan ditambah dengan energi terdisipasi.
A.    Transien DC (Direct Current)
Transien DC adalah kondisi perubahan beban peralihan dari sejenis arus yang selalu mempunyai arah arus yang sama melalui rangkaian listrik, itu adalah keadaan dimana sumber listrik dalam rangkaian itu mempunyai kutub yang tak berubah yaitu menghasilkan voltase searah (DC).
Tegangan DC (Direct Current) adalah tegangan yang memiliki besar tetap (tidak berubah) secara periodik. Contoh tegangan keluaran dari adaptor, tegangan keluaran dari Power Supply komputer dll. Oleh karena itu orang yang kesetrum tegangan DC rasanya seperti dicubit tanpa merasakan getaran.
Gambar tegangan DC ideal/sempurna

1.Sumber terhubung
Dengan perkembangan teknologi elektronika saat ini, listrik arus searah (DC) dapat dihasilkan dengan cara merubah Arus bolak-balik (AC) menjadi Arus Searah (DC) dengan menggunakan suatu alat yang disebut Power Supply atau Adaptor.
�  Elemen Elektrokimia
Elemen elektrokimia adalah sumber listrik arus searah dari proses kimiawi. Dalam elemen ini terjadi perubahan energi kimia menjadi energi listrik. Elemen elektrokimia dapat dibedakan berdasarkan lama pemakaiannya sebagai berikut.
1) Elemen Primer
Elemen primer adalah sumber listrik arus searah yang memerlukan penggantian bahan setelah dipakai. Contoh elemen primer sebagai berikut:
a) Elemen Volta
Elemen volta adalah sejenis baterai kuno yang diciptakan oleh Alesandro Volta.. Elemen volta masih diterapkan sampai saat ini. Meskipun bentuknya sudah dimodifikasi. Elemen volta terdiri atas 2 elektroda dari logam yang berbeda yang dicelupkan pada cairan asam atau larutan garam. Pada zaman dahulu, cairan asam atau garam tersebut berupa kain yang dicelup dalam larutan garam/asam.
b) Elemen Daniell
Penemu elemen daniel adalah John Frederic Daniell. Elemen Daniell adalah elemen yang gaya gerak listriknya agak lama karena adanya depolarisator. Depolarisator adalah zat yang dapat menghambat terjadinya polarisasi gas hidrogen. Depolarisator pada elemen ini adalah larutan tembaga (sulfat).

c) Elemen Leclanche
Jenis elemen leclanche ada dua macam, yaitu elemen kering dan basah, terdiri atas dua bejana kaca yang berisi:
-       batang karbon sebagai kutub positif (anoda)
-       batang seng sebagai kutub negatif (katoda)
-       Batu kawi sebagai depolarisator
-       larutan amonium klorida sebagai elektrolit

d) Elemen Kering
Elemen kering adalah sumber arus listrik yang dibuat dari bahan-bahan kering yang tidak dapat diisi kembali (sekali pakai). Elemen ini termasuk elemen primer. Contoh elemen kering antara lain, batu baterai dan baterai perak oksida (baterai untuk jam tangan). Bahan untuk kutub positif digunakan batang karbon, dan untuk kutub negatif  digunakan lempeng seng.
2) Elemen Sekunder
Elemen sekunder adalah sumber arus listrik yang tidak memerlukan penggantian bahan pereaksi (elemen) setelah sumber arus habis digunakan. Sumber ini dapat digunakan kembali setelah diberikan kembali energi (diisi atau disetrum).
Contoh dari elemen sekunder yaitu akumulator (aki). Akumulator adalah termasuk sumber listrik yang dapat menghasilkan Tegangan Listrik Arus Searah (DC). Prinsip kerja dari aumulator adalah berdasarkan proses kimia.
Secara sederhana, prinsip kerja akumulator dapat dijelaskan sebagai berikut.
a) Pemakaian
Pada saat akumulator dipakai, terjadi pelepasan energi dari akumulator menuju lampu. Dalam peristiwa ini, arus listrik mengalir dari kutub positif ke pelat kutub negatif. Setelah akumulator dipakai beberapa saat, pelat kutub negatif dan positif akan dilapisi oleh sulfat. Hal ini menyebabkan beda potensial kedua kutub menjadi sama dan kedua kutub menjadi netral.
b) Pengisian
Setelah kedua kutub netral dan arus tidak mengalir, kita harus menyetrum aki agar dapat digunakan kembali. Pada saat aki diestrum, arah arus berlawanan dengan pada saat digunakan,yaitu dari kutub negatif ke positif. Contoh lainnya seperti batu baterai yang digunakan pada telepon genggam (Hp), laptop, kamera, lampu emergensi dll.
�  Generator Arus Searah
Generator arus searah adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi gerak (mekanis) menjadi energi listrik dengan arus searah. Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker), jenis generator DC yaitu:
1). Generator penguat terpisah
2). Generator shunt
3). Generator kompon
Generator DC terdiri dua bagian, yang pertama stator, yaitu bagian mesin DC yang diam, dan yang kedua, bagian rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box.
Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor.
Prinsip kerja generator ini adalah induksi elektromagnetik (perubahan medan magnet yang terjadi pada kumparan kawat sehingga terjadi arus listrik).
Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara:
� dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik.
� dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.
�  Termoelemen
Termoelemen adalah sumber arus listrik searah dari proses yang terjadi karena adanya perbedaan suhu. Termoelemen mengubah energi panas menjadi energi listrik. Peristiwa ini dikemukakan oleh Thomas John Seebach pada tahun 1826.
Arus yang ditimbulkan dari kejadian ini disebut termoelemen. Semakin besar perbedaan suhu antara A dan B, semakin besar arus yang mengalir. Tetapi, karena arus yang dihasilkan relatif kecil, termoelemen belum dapat dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari.

�  Sel Surya (Solar Cell)
Sel surya atau sel photovoltaic, adalah sebuah alat semikonduktor yang terdiri dari sebuah wilayah-besar dioda p-n junction, di mana, dalam hadirnya cahaya matahari mampu menciptakan energi listrik yang berguna. Pengubahan ini disebut efek photovoltaic. Bidang riset berhubungan dengan sel surya dikenal sebagai photovoltaics.
Sel surya memiliki banyak aplikasi. Mereka terutama cocok untuk digunakan bila tenaga listrik dari grid tidak tersedia, seperti di wilayah terpencil, satelit pengorbit bumi, kalkulator genggam, pompa air, dll. Sel surya (dalam bentuk modul atau panel surya) dapat dipasang di atap gedung di mana mereka berhubungan dengan inverter ke grid listrik dalam sebuah pengaturan net metering. Prinsip kerjanya sebagai berikut.
Jika pelat foil alumunium terkena cahaya matahari, maka pelat alumunium akan panas dan diteruskan ke pelat silikon. Silikon bersifat semikonduktor, sehingga pada suhu yang tinggi, elektron-elektron akan terlepas dan menempel pada foil alumunium dan muatan-muatan positifnya menempel pada foil besi. Jika kedua foil dihubungkan melalui rangkaian luar, maka akan menimbulkan aliran elektron. Ini karena pada kedua foil tersebut, terdapat perbedaan potensial. Potensial yang dibangkitkan oleh sel surya sangat kecil sehingga membutuhkan banyak sekali sel Sel surya juga terlalu mahal sehingga penggunaannya sangat terbatas pada alat-alat tertentu saja.
Besar arusnya pun sangat bergantung pada intensitas cahaya yang menembus pelat, jumlah sel yang ada, dan luas penampang yang terkena cahaya. Contoh barang yang telah menggunakan tenaga surya yaitu, mobil listrik tenaga surya dan sumber energi pada satelit.
2.      Sumber terputus
�  Putusnya electron pada konduktor
�  Terputusnya loop dari bahan konduktor
�  Tidak adanya energy yang mendorong listrik statis yang mengalir di konduktor
�  Rangkaian berisi sumber tegangan putus, maka tegangan penuh akan berada pada titik yang putus tersebut.

B.     Transien AC (Alternating Current)
Transien AC adalah kondisi perubahan beban peralihan dari sejenis arus yang mempunyai arah bolak-balik karena sumber arus listrik menghasilkan voltase bolak-balik karena sumber arus listrik menghasilkan voltase bolak-balik (voltase alternating).
Tegangan AC (Alternating Current) adalah tegangan yang besarnya selalu berubah-ubah secara periodik. Tegangan AC dapat dilihat dengan menggunakan CRO (Cathode Ray Oscilloscope). Contoh : tegangan PLN memiliki besar 220 VAC dengan periode ayunan  50-60 kali per detik atau biasa dalam bahasa teknik dituliskan dengan istilah frekuensi = 50-60Hz. Oleh karena itu orang yang kesetrum tegangan AC rasanya seperti bergetar dan bergoyang inul.
Gambar tegangan AC ideal/sempurna tanpa cacat

1.      Sumber terhubung

Sumber arus listrik AC kependekan dari Alternating Current, dikenal dengan arus bolak-balik karena merupakan sumber arus yang dihasilkan oleh generator dan PLN. Arus AC ini dikatakan bolak-balik karena arus yang mengalir tidak tetap yaitu dari positif ke negatif dan dari negatif ke positif. Frekuensi arus listrik yang bersumber dari PLN ditetapkan sebesar 50 Hz.
�  Dinamo arus AC
Prinsip kerja dinamo sama dengan generator yaitu memutar kumparan di dalam medan magnet atau memutar magnet di dalam kumparan. Bagian dinamo yang berputar disebut rotor. Bagian dinamo yang tidak bergerak disebut stator.
Pada dinamo arus bolak-balik menggunakan cincin ganda (dua cincin). Alat pembangkit listrik arus bolak balik yang paling sederhana adalah dinamo sepeda. Tenaga yang digunakan untuk memutar rotor adalah roda sepeda. Jika roda berputar,kumparan atau magnet ikut berputar. Akibatnya, timbul GGL induksi pada ujung-ujung kumparan dan arus listrik mengalir. Makin cepat gerakan roda sepeda, makin cepat magnet atau kumparan berputar. Makin besar pula GGL induksi  dan arus listrik yang dihasilkan. Jika dihubungkan dengan lampu, nyala lampu makin terang. GGL induksi pada dinamo dapat diperbesar dengan cara putaran roda dipercepat, menggunakan magnet yang kuat (besar), jumlah lilitan diperbanyak, dan menggunakan inti besi lunak di dalam kumparan.
Dinamo adalah mesin listrik atau pembangkit tenaga listrik. Alat untuk mengubah energy kinetic menjadi tenaga listrik. Jika dynamo itu menghasilkan arus bolak-balik (AC), maka sering disebut alternator.
Dalam dynamo, kumparan berada dalam ruangan bermedan magnet homogeny. Jika kumparan berputar, maka fluks magnet yang menembus kumparan itu selalu berubah-ubah setiap waktu. Menurut Faraday hal ini mengakibatkan timbulnya arus listrik yang disebut arus imbas (arus induksi) berupa arus bolak-balik (AC). Jika dilihat dengan osiloskop, grafik arus listrik ini berupa fungsi sinusoida.
Dynamo yang menghasilkan arus listrik searah (DC) mempunyai prinsip sama, hanya pada dynamo ini menggunakan cincin belah atau komutator sebagai penyearah. Dengan demikian, pada saat kumparan berputar, selalu menghasilkan arus imbas yang arahnya selalu tetap setiap selang putaran 180� (p) sedangkan grafik arus listrik terhadap waktu berupa parabola yang selalu positif. 
�  Generator
Generator AC sering disebut alternator. Arus listrik yang dihasilkan berupa  arus  bolak-balik.  Ciri  generator  AC  menggunakan  cincin ganda.
Generator  AC  dapat  diubah  menjadi  generator  DC  dengan  cara mengganti cincin ganda dengan sebuah komutator. Sebuah  generator  AC  kumparan  berputar   di  antara  kutub- kutub  yang  tak  sejenis  dari  dua  magnet  yang  saling  berhadapan. Kedua  kutub  magnet  akan  menimbulkan  medan  magnet.  Kedua ujung  kumparan  dihubungkan  dengan  sikat  karbon  yang  terdapat pada  setiap  cincin.  Kumparan  merupakan  bagian  generator  yang berputar  (bergerak) disebut  rotor. Magnet  tetap merupakan bagian generator   yang   tidak   bergerak   disebut   stator.  
2.      Sumber terlepas
�  Generator arus AC
Generator arus bolak-balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik arus bolak-balik.
Generator  Arus Bolak-balik sering disebut juga seabagai Alternator.
Generator arus bolak-balik dibagi menjadi dua jenis :
    a. Generator arus bolak-balik 1 fasa
    b. Generator arus bolak-balik 3 fasa
Konstruksi generator AC
    � Stator, yakni bagian diam yang mengeluarkan tegangan bolak balik.
    � Rotor, yakni bagian bergerak yang menghasilkan medan magnit yang menginduksikan ke stator.

�  Dinamo arus AC
Alat pembangkit listrik arus bolak balik yang paling sederhana adalah dinamo sepeda.Dinamo sepeda ada yang menerapkan magnet sebagai stator (bagian yang diam) dan kumparan sebagai rotor (bagian yang berputar), tetapi pada umumnya menggunakan magnet sebagai rotor.Magnet berputar dekat kumparan yang berinti besi sebagai stator. Akibat perputaran magnet, garis gaya magnet yang memotong kumparan berubah-ubah akibatnya timbul GGL induksi pada ujung-ujung kumparan. Arus induksi akan mengalir sehingga lampu menyala, semakin cepat perputaran roda sepeda semakin terang nyala lampu.  

�  Power supply
Power supply atau catu daya adalah sebuah perangkat atau system yang memasok listrik atau energy ke output yang dihubungkan pada beban atau kelompok beban.              Sumber listrik AC dibutuhkan untuk menyalakan peralatan utama, tapi hampir semua sirkuit elektronik memerlukan pasokan DC stabil. Sebuah rangkaian penyearah sederhana yang dijelaskan di sini mengubah masukan dari sumber AC menjadi tegangan DC.

Transien merupakan sumber tegangan atau sumber arus mempunyai nilai yang merupakan fungsi dari atau berubah terhadap waktu.
Transien DC merupakan sumber tegangan maupun sumber arus yang digunakan mempunyai nilai yang tetap (konstan).Transien DC berguna untuk mengetahui titik operasi rangkaian dalam keadaan tanpa sinyal. Dan dengan berkembangnya tekhnologi saat ini, transien DC dapat dihasilkan dari merubah transien AC menjadi transien DC dengan menggunakan alat yang disebut dengan adaptor.
Transien AC merupakan tegangan yang besarnya selalu berubah-ubah secara periodik. Tegangan AC dapat dilihat dengan menggunakan CRO (Cathode Ray Oscilloscope). Arus AC ini dikatakan bolak-balik karena arus yang mengalir tidak tetap yaitu dari positif ke negatif dan dari negatif ke positif.

Baca Artikel Terkait: