Memahami Daya dalam Rangkaian AC Resistif dan Reaktif

Dalam sistem AC 120-V, 60-Hz fasa tunggal, beban resistif murni menarik 2 A (RMS) dan dissipasi 240 W. Karena beban tidak memiliki reaktansi, gelombang tegangan dan arus sinkron, dan gelombang daya selalu positif.

Di bawah ini adalah skematik rangkaian resistif dasar:

Saat Anda memplot tegangan, arus, dan daya instan, kurva tegangan dan arus tumpang tindih, sementara kurva daya berada sepenuhnya di atas garis nol, mencerminkan dissipasi energi yang berkelanjutan. Gelombang daya berosilasi pada dua kali frekuensi tegangan atau arus karena daya adalah hasil kali dari keduanya.

Beban Reaktif Murni

Rangkaian dengan hanya induktor (atau kapasitor) berperilaku berbeda. Tegangan memimpin arus sebesar 90°, dan daya instan berosilasi di atas dan di bawah nol, berarti energi secara bergantian diserap dari dan dikembalikan ke sumber. Transfer energi bersih selama satu siklus adalah nol.

Skematik typikal:

Beban Campuran Resistif-Reaktif

Ketika resistansi dan induktansi bersama, impedansi kompleks:

• Resistansi, R = 60 Ω
• Reaktansi induktif, X_L = 2πfL = 2π·60·0.160 = 60,319 Ω
• Impedansi, Z = R + jX_L = 60 + j60,319 Ω ≈ 85,078 Ω ∠ 45,152°

Dengan pasokan 120-V RMS, arus RMS adalah:

$$ I = \frac{V}{|Z|} = \frac{120\,\text{V}}{85,078\,\Omega} \approx 1,41\,\text{A} $$

Induktor itu sendiri tidak dissipasi daya nyata; ia hanya menyimpan dan mengembalikan energi. Resistor dissipasi bagian nyata dari daya, jadi beban mengonsumsi lebih banyak energi daripada yang dikembalikan.

Gelombang ilustratif:

Perhatikan bahwa gelombang daya menghabiskan lebih banyak waktu di atas garis nol daripada di bawahnya, mengonfirmasi absorpsi energi bersih.

Kesimpulan Utama

• Hanya resistif: Tegangan dan arus sinkron; semua daya dissipasi sebagai panas.
• Hanya reaktif: Tegangan dan arus 90° tidak sinkron; tidak ada daya yang dissipasi bersih.
• Campuran: Sudut fasa di antara 0° dan 90°; beberapa disimpan/dikembalikan oleh reaktansi, sementara resistor dissipasi sisanya.

Karena gelombang daya instan memiliki perilaku frekuensi dan fasa yang berbeda dari tegangan atau arus, paling akurat untuk menghitung daya menggunakan magnitudo skalar dari tegangan, arus, resistansi, dan reaktansi daripada aljabar kompleks.

Lembar Kerja Terkait: Lembar Kerja Daya AC