unit2 - arus ulang alik 2

PRINCIPLE OF ELECTRIC & ELECTRONIC

ARUS ULANG ALIK

PENGENALAN

• Arus elektrik terbahagi kepada dua iaitu ;– Arus terus (d.c/a.t) – Arus ulang alik (a.c/a.u)

PERBEZAAN ARUS ULANG ALIK DENGAN ARUS TERUS

Arus terus (a.t)• Arus terus (a.t) mengalir dalam satu arah sahaja. • Bateri atau sel menjanakan arus terus ini. • Aliran arus sehala ini disebabkan oleh kutub bateri

atau sel yang tidak berubah. • Bentuk perubahan arus terus dengan masa adalah

seperti di bawah.

Samb..

Arus ulang alik (a.u)• Arus ulang alik (a.u) adalah arus yang sentiasa

berubah-ubah pengalirannya. • Perubahan arah pengaliran arus dalam litar a.u

disebabkan olah perubahan kekutuban punca voltan yang berselang seli.

• Nilai arus akan meningkat dari sifar ke maksimum pada arah positif dan kemudian menurun ke sifar.

• Seterusnya, nilai arus ini akan menurun ke maksimum pada arah negatif.

• Kemudian, nilai arus naik kembali ke sifar.

SUMBER ARUS ULANG ALIK(A.U)

• sumber bagi arus ulang alik ialah penjana (generator) yang merupakan sebuah mesin yang menggunakan prinsip aruhan elektromagnet dimana ia menukarkan tenaga mekanik kepada tenaga elektrik.

Terdapat 2 cara untuk menjana voltan ulang alik (a.u) iaitu :

a) Pengalir bergerak, fluks medan magnet pegun (diam). (Pengalir memotong fluks)

a) Fluks medan magnet bergerak, pengalir pegun (diam). (Fluks memotong pengalir)

Samb..

• Penukaran tenaga tersebut berdasarkan kepada penghasilan daya gerak elektrik(d.g.e) iaitu apabila terdapatnya pemotongan fluks oleh pengalir (angkir) sebagimana dinyatakan oleh Hukum Faraday bagi aruhan elektromagnet ;

d.g.e teraruh , e = -N d dt

Samb…

• Jika satu litar luar (beban) disambung ke pangalir tunggal itu melalui gealng gelincir, daya gerak elektrik (d.g.e) ulang alik akan terjana kerana ia sentiasa bertukar arah bergantung kepada pergerakan pengalir (atas dan bawah).

• Maka arus ulangalik akan mengalir melalui beban tadi.

• Arah aliran arus dan kekutuban d.g.e bergantung kepada arah medan magnet, juga arah putaran (gerakan) pengalir tersebut.

• Ia boleh ditentukan dengan menggunakan Aturan Tangan Kanan Fleming.

GELOMBANG A.U HASIL KELUARAN PENJANA AU MUDAH

• Apabila gegelung pengalir diputar dalam medan magnet, pemotongan urat daya (fluks magnet) berlaku.

• Proses ini akan menghasilkan arus aruhan. Maka d.g.e akan teraruh pada pengalir.

• Arus aruhan yang terhasil ini akan disalurkan melalui sepasang berus yang disambung ke galvanometer.

Samb..

• Jarum galvanometer akan memesong ke kiri pada setengah pusingan yang pertama dan ke kanan pada setengah pusingan yang berikutnya apabila gelung dipusingkan secara perlahan-lahan.

• Arus aruhan itu bertukar arah bagi setiap separuh pusingan gelung. Ini menunjukkan bahawa arus yang terhasil adalah arus ulang alik (a.u).

AB C D E

arus sifar arus maksimum

positif

(pusingan separuh

pertama)

arus sifar arus maksimum

negatif

(pusingan separuh

kedua)

arus sifar

KEDUDUKAN SIFAT

A,C,E Gelung pengalir selari dengan urat daya. Tiada pemotongan fluks yang berlaku Arus adalah sifar kerana tiada arus aruhan yang

dihasilkan.

B,D Gelung bersudut tepat dengan urat daya magnet. Kadar pemotongan urat daya adalah maksimum. Arus aruhan yang terhasil adalah maksimum.

B Kedudukan pusingan separuh pertama. Arah arus aruhan adalah bertentangan dengan arus pada

kedudukan D.

D Kedudukan pusingan separuh kedua. Arah arus adalah bertentangan dengan arah arus pada kedudukan B.

• Apabila gelung dawai berputar pada halaju sudut malar di dalam magnet tertentu, suatu d.g.e a.u yang sinusoidal akan terbentuk.

• Bentuk gelombang sinus yang terhasil oleh penjanaan arus elektrik adalah seperti di bawah;

SU

t

i

Rajah 2.3 : Graf sin bagi arus ulang alik

• Sekarang kita perhatikan satu bentuk gelombang sinus yang terhasil.

• Terdapat beberapa istilah asas dalam gelombang ulang alik yang perlu diketahui.

Samb..

Kitar• Gelombang yang lengkap dipanggil satu kitar. Ia

terdiri dari separuh kitar positif dan separuh kitar negatif.

• A B : ½ kitar positif• B C : ½ kitar negatif

• Maka, A C : 1 kitar

Samb..

Tempoh (kalaan)• Masa yang diambil untuk melengkapkan satu

kitar dipanggil tempoh (kalaan) bagi gelombang tersebut.

• Simbol : T• Unit : saat (s)

Samb..

Frekuensi• Bilangan kitar lengkap yang diperolehi bagi

sesuatu tempoh masa dinamakan frekuensi.• Simbol : f• Unit : Hertz (Hz)• Formula : f =

Samb..

Nilai puncak (amplitud)• Nilai puncak atau amplitud bagi gelombang

sinus adalah nilai maksima bagi voltan/arus.• Simbol : Vp (Vm)• Unit : Volt (V)

Voltan puncak ke puncak• Voltan puncak ke puncak (Vpp) adalah nilai

voltan dari voltan puncak kitar positif sehingga voltan puncak kitar negatif.

• Jadi, Vpp = 2Vp

Samb…

Nilai pmkd (purata min kuasa dua) / nilai berkesan (rms)

• Nilai berkesan bagi sesuatu gelombang sinus/ulangalik ialah nilai voltan/arus ulangalik yang akan memberikan kesan pemanasan (haba) yang sama seperti arus terus (a.t) pada satu litar yang sama dan pada jangkamasa yang sama.

• Nilai pmkd juga dikenali sebagai nilai berkesan (rms value).

Nilai ketika• Nilai yang berada di mana-mana sahaja antara

nilai puncak positif dengan negatif akan berbeza bergantung kepada masa yang ditentukan.

Nilai purata/min• Purata nilai ½ kitar arus/voltan

NILAI BAGI e = Em sin ( t + )

• Gelombang voltan yang dihasilkan oleh penjanaan arus ulang alik dihuraikan oleh persamaan;

Dimana, e = Beza keupayaan seketika Em = Beza keupayaan maksismum atau

amplitud voltan = Halaju sudut, 2f atau 2 T

e = Em sin t

Samb..

• Untuk satu pusingan lengkap, pengalir berputar 360o.

• Tetapi jika diukur dalam radian, satu pusingan lengkap mewakili 2 radian.

• Tempoh masa untuk satu pusingan lengkap ialah T.

360o

2 rad

1 pusingan lengkap

T

SAMB..

• Maka, untuk 1 saat, sudut putaran pengalir adalah;

• Atau

• Maka, sudut fasa pada sebarang ketika t ialah;

halaju sudut = 360o darjah/saat T

halaju sudut = 2 rad/saat T

sudut = 2 t radian T

Samb..

Oleh kerana f = 1 TMaka, sudut = 2ft radSudut = t rad,di mana; = 2f atau 2 T Maka, bentuk gelombang diwakili oleh persamaan; e = Em sin t

TAKRIFAN BAGI KITAR, FREKUENSI DAN KALAAN, NILAI PUNCAK DAN AMPLITUDKitar• Untuk satu kitar lengkap, pengalir di dalam penjana

berputar dalam satu pusingan lengkap. • Di sini, voltan keluaran akan mengalami perubahan

bentuk sinus. 1 kitar lengkap

Frekuensi dan Kalaan• Frekuensi 1 Hertz (Hz) ditakrifkan sebagai satu

kitaran lengkap dalam tempoh 1 saat.• Apabila suatu gelombang menempuh

perubahan untuk satu kitar yang lengkap dalam tempoh 1 saat, maka gelombang itu mempunyai frekuensi 1 hertz (Hz).

• Frekuensi sesuatu bentuk gelombang biasanya diperolehi dengan menyonsangkan tempoh masanya.

f = 1 T• Manakala, kalaan pula bermaksud masa yang

diambil untuk melengkapkan satu kitar bagi gelombang tersebut.

Samb…

Nilai Puncak Atau Amplitud

Amplitud ditakrifkan sebagai nilai tinggi puncak sesuatu gelombang sinus.

Amplitud

Amplitud

PENYATAAN BAHAWA

Nilai ppgd = 0.707 nilai puncak• Nilai ppgd (punca purata ganda dua) atau nilai

berkesan bagi gelombang voltan berbentuk sinus adalah bersamaan dengan 0.707 di darab dengan nilai puncak iaitu ;

di mana 0.707 =

Nilai ppgd = 0.707 Vp

2

1

Contoh :

• Kirakan nilai ppgd gelombang voltan di bawah.

V (ac) V(dc) 14.14V 10V t t

V(ac)= 14.14V setara dengan 10V(dc)

Nilai ppgd gelombang voltan = Vp = 0.707 14.14 = 10 Vdc

2

1

Nilai purata = 0.637 nilai puncak

• Nilai purata satu gelombang sinus bagi setengah kitar positif ialah nilai puncak ke puncak dibahgi dengan iaitu ;

Samb…

Maka, nilai purata = Vp-p = 2Vp nilai setengah kitar

Nilai purata = 2 Vp

= 0.637Vp

Faktor bentuk = nilai p.p.g.d / nilai purata = 1.11

Faktor bentuk merupakan nisbah bagi nilai ppgd kepada nilai purata.

Faktor bentuk = nilai ppgd nilai purata

= 0.707 nilai puncak 0.637 nilai puncak= 1.11

Faktor Puncak = nilai puncak / 0.707 nilai puncak = 1.414

Faktor puncak ialah nisbah bagi nilai puncak kepada nilai ppgd.

Faktor puncak = nilai puncak nilai ppgd

= nilai puncak . 0.707 nilai puncak= 1.414

Contoh 1:

TERIMA KASIH

ADA SOALAN ?

Jawapan 1

Kirakan dan dapatkan Vp, Vp-p, Vppgd, Vpurata dan frekuensi.i) Vp = 30V

ii) Vp-p = 30 2

= 60 Vp-p

iii) Vppgd= Vmax 0.707

= 30 0.707= 21.21 V

iv) Vpurata = Vmax 0.637

= 30 0.637= 19.11 V

v) f = = = 20 Hz

t

105.0

1

Contoh 2:

Persamaan untuk suatu arus ulang alik ialahI = 70.71 sin 520tTentukan :

a) Nilai puncak arus.b) Nilai ppgd arus.c) Nilai purata arus.d) Frekuensi gelombang.e) Arus selepas 0.0015 saat melalui 0 pada kenaikan

positif

Jawapan 2

a) Nilai puncak arus, Ip = 70.71

b) Nilai ppgd arus, Ippgd = 70.71 0.707 = 50 A

c) Nilai purata arus, Ipurata = 70.71 0.637 = 45 A

d) f = = = 82.8 Hz e) I = 70.71 sin 520 (0.0015s)

= 70.71 sin 0.78= 70.71 (0.7)= 49.7 A

2 2

520