VIENIDMY Masuk Mulai latihan

Beranda › Materi › Teknisi Listrik Kelas 1 第一種電気工事士 (ujian tertulis)

Teori Dasar Kelistrikan & Arus Bolak-Balik 3 Fasa

Teknisi Listrik Kelas 1 第一種電気工事士 (ujian tertulis) · 第一種電気工事士(学科試験) · Disusun oleh Tokutei Pass berdasarkan materi resmi; tidak disalin kata per kata.

Hukum Coulomb serta Medan Listrik dan Kapasitansi Kapasitor Pelat Sejajar

Dalam ujian teori Teknisi Listrik Kelas 1 (Dai-isshu Denki Kojishi), Soal 1 selalu berupa perhitungan elektrostatika atau elektromagnetisme. Bidang penting ini tidak ada pada Kelas 2, namun dengan menghafal bentuk rumusnya Anda pasti meraih poin penuh.

Gaya elektrostatik F (N) yang bekerja di antara dua muatan titik Q1 (C) dan Q2 (C) di udara berbanding lurus dengan hasil kali muatan "Q1 × Q2" dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak r (m) "r²". Hukum ini disebut Hukum Coulomb.

Ketika dua pelat logam (elektroda) yang berhadapan dipisahkan sejauh d (m) dan diberi tegangan V (V), timbul medan listrik seragam di antara kedua pelat. Kuat medan listrik E (V/m) dihitung dengan "E = V ÷ d" dan berbanding terbalik dengan jarak d.

Kapasitansi C (F) kapasitor pelat sejajar berbanding lurus dengan luas pelat S (m²) dan permitivitas ε (epsilon) bahan isolator, serta berbanding terbalik dengan jarak antar-pelat d (m) (C = ε × S ÷ d). Semakin luas pelat dan semakin sempit celahnya, semakin banyak muatan listrik yang tersimpan.

Hukum Coulomb serta Medan Listrik dan Kapasitansi Kapasitor Pelat Sejajar

Poin penting


  • Hukum Coulomb: Gaya elektrostatik F sebanding dengan hasil kali muatan "Q1 × Q2" dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak "r²" (jarak 2 kali lipat membuat gaya menjadi 1/4).

  • Kuat medan listrik E (V/m) kapasitor pelat sejajar dihitung dengan "E = V ÷ d" (wajib ubah jarak d ke satuan meter m).

  • Kapasitansi C (F) dinyatakan dengan "C = ε × S ÷ d"; menyisipkan dielektrik berpermitivitas relatif εr akan melipatgandakan kapasitansi sebesar εr kali.

  • Contoh: Kapasitor pelat sejajar dengan jarak antar-pelat d = 4mm (0,004m) diberi tegangan DC V = 200V → Kuat medan listrik E = 200 ÷ 0,004 = 50.000V/m = 50kV/m
KosakataArti
hukum Coulomb
kuat medan listrik (E = V ÷ d)
kapasitansi (C)
permitivitas (ε)

Hubungan Seri-Paralel Kapasitor, Pembagian Tegangan dan Energi Elektrostatik

Ketika tegangan V (V) diberikan pada kapasitor berkapasitansi C (F), muatan listrik Q (C: coulomb) yang tersimpan adalah "Q = C × V", dan energi elektrostatik W (J: joule) yang tersimpan di dalam kapasitor adalah "W = 0,5 × C × V² = 0,5 × Q × V".

Hal yang paling perlu diperhatikan saat ujian adalah konversi satuan. Karena kapasitansi sering diberikan dalam "μF (mikrofarad = 10⁻⁶F)", saat tegangan V bernilai ratusan hingga ribuan volt, kalikan dengan 10⁻⁶ untuk mengubahnya ke satuan joule (J).

Saat menyambung beberapa kapasitor, rumus kapasitansi gabungan C berkebalikan dengan resistor. Hubungan paralel menambah luas pelat sehingga dijumlahkan biasa "C = C1 + C2", sedangkan hubungan seri memakai hasil kali dibagi jumlah "C = (C1 × C2) ÷ (C1 + C2)".

Bila dua kapasitor C1 dan C2 dihubungkan seri pada tegangan sumber V, kedua kapasitor menyimpan muatan Q yang persis sama. Oleh karena itu, tegangan pada tiap kapasitor terbagi berbanding terbalik dengan kapasitansinya, sehingga kapasitor yang lebih kecil menerima tegangan lebih tinggi.

Poin penting


  • Muatan tersimpan adalah "Q = C × V (C)", dan energi elektrostatik adalah "W = 0,5 × C × V² (J)" (ingat 1μF = 10⁻⁶F).

  • Kapasitansi gabungan berkebalikan dengan resistor: paralel dijumlahkan "C1 + C2", sedangkan 2 kapasitor seri memakai "(C1 × C2) ÷ (C1 + C2)".

  • Pada hubungan seri, muatan Q sama besar dan tegangan terbagi berbanding terbalik dengan kapasitansi: "V1 = V × C2 ÷ (C1 + C2)".

  • Contoh: Mengisi kapasitor C = 20μF dengan tegangan DC V = 500V → Energi elektrostatik W = 0,5 × (20 × 10⁻⁶) × 500² = 2,5J
KosakataArti
energi elektrostatik (W = 0,5CV²)
muatan listrik (Q = CV)
kapasitansi gabungan
pembagian tegangan berbanding terbalik kapasitas

Induksi Elektromagnetik, Induktansi Diri dan Karakteristik Kumparan Berinti Besi

Apabila fluks magnet φ (weber: Wb) yang menembus kumparan berubah terhadap waktu, timbul gaya gerak listrik induksi e (V) ke arah yang menentang perubahan tersebut (Hukum Lenz). Ini disebut Hukum Induksi Elektromagnetik Faraday yang menjadi prinsip kerja transformator dan generator.

Besarnya GGL yang timbul saat arus I (A) pada kumparan itu sendiri berubah dinyatakan dengan induktansi diri L (henry: H) sebagai "e = L × (ΔI ÷ Δt)". Energi elektromagnetik yang tersimpan di dalam kumparan adalah "W = 0,5 × L × I² (J)".

Induktansi diri L suatu kumparan berbanding lurus dengan permeabilitas magnetik μ (mu) dan luas penampang S inti besi, berbanding terbalik dengan panjang jalur magnet l, serta berbanding lurus dengan "kuadrat jumlah lilitan N (N²)". Menggandakan lilitan N sebanyak 2 kali membuat induktansi L menjadi 4 kali lipat.

Oleh sebab itu, saat tegangan AC V (frekuensi f) diberikan pada kumparan berinti besi, arus "I = V ÷ XL" dibatasi oleh reaktansi induktif "XL = 2πfL". Jika inti besi ditarik keluar saat beroperasi, permeabilitas μ turun drastis sehingga L dan XL mengecil dan mengakibatkan arus I melonjak sangat besar.

Poin penting


  • GGL induksi diri adalah "e = L × (ΔI ÷ Δt) (V)", dan energi elektromagnetik yang tersimpan pada kumparan adalah "W = 0,5 × L × I² (J)".

  • Induktansi diri L (H) kumparan berbanding lurus dengan permeabilitas μ dan kuadrat jumlah lilitan "N²".

  • Mencabut inti besi dari kumparan yang terhubung ke sumber AC akan menurunkan induktansi L dan membuat arus I meningkat tajam.

  • Contoh: Kumparan dengan induktansi diri L = 0,4H dialiri arus I = 5A → Energi elektromagnetik tersimpan W = 0,5 × 0,4 × 5² = 5J
KosakataArti
hukum induksi elektromagnetik
induktansi diri (L)
permeabilitas magnetik (μ)
energi elektromagnetik (W = 0,5LI²)

Hukum Kirchhoff (Rangkaian 2 Sumber) dan Rangkaian Jembatan Wheatstone

Pada Soal 2 selalu keluar 1 soal perhitungan rangkaian DC. Pada Kelas 1, selain rangkaian seri-paralel biasa, sangat sering keluar rangkaian DC dengan 2 sumber tegangan atau soal mencari beda potensial (tegangan Vab) di antara 2 titik pada rangkaian jembatan.

Hukum Kirchhoff ke-1 (Hukum Arus) menyatakan "jumlah arus yang masuk ke titik cabang sama dengan jumlah arus yang keluar", sedangkan Hukum ke-2 (Hukum Tegangan) menyatakan "pada setiap loop tertutup, jumlah GGL sumber sama dengan jumlah penurunan tegangan (I × R)".

Pada rangkaian jembatan Wheatstone yang menyusun 4 resistor R1, R2, R3, R4 berbentuk belah ketupat, bila hasil kali resistor yang berhadapan sama besar "R1 × R4 = R2 × R3", maka tercapai keadaan seimbang dan arus yang melewati galvanometer (atau amperemeter) di tengah menjadi 0 A.

Untuk mencari beda potensial Vab antara 2 titik tengah a–b pada jembatan yang tidak seimbang, tetapkan titik acuan (0 V), hitung potensial Va dan Vb secara terpisah dari rasio pembagian tegangan tiap cabang, lalu ambil selisihnya "Vab = |Va − Vb|".

Poin penting


  • Hukum Kirchhoff 1: "Arus masuk titik cabang = arus keluar"; Hukum 2: "Jumlah GGL = jumlah jatuh tegangan pada rangkaian tertutup".

  • Syarat seimbang jembatan Wheatstone adalah hasil kali sisi berhadapan "R1 × R4 = R2 × R3", di mana arus cabang tengah menjadi 0 A.

  • Tegangan Vab antara 2 titik a–b dihitung cepat dengan mencari potensial pembagian tegangan Va dan Vb pada tiap cabang seri lalu dikurangkan.

  • Contoh: Terhadap sumber 100V, cabang kiri berisi seri 20Ω dan 30Ω sedangkan cabang kanan berisi seri 25Ω dan 25Ω → Potensial titik tengah Va = 100 × 30 ÷ 50 = 60V dan Vb = 100 × 25 ÷ 50 = 50V, sehingga beda potensial Vab = 60 − 50 = 10V
KosakataArti
hukum Kirchhoff
rangkaian jembatan Wheatstone
syarat keseimbangan (R1 × R4 = R2 × R3)
beda potensial (Vab)

AC Gelombang Sinus (Periode, Frekuensi, Frekuensi Sudut) dan Reaktansi Saat Frekuensi Berubah

Soal 3 menguji rangkaian AC 1 fasa. Waktu yang dibutuhkan gelombang sinus AC untuk menempuh 1 gelombang penuh disebut "periode T (s: detik)", dan jumlah gelombang per detik disebut "frekuensi f (Hz: hertz)", dengan hubungan "f = 1 ÷ T".

Sudut (radian) yang ditempuh per detik disebut "frekuensi sudut ω (omega: rad/s)", dihitung dengan "ω = 2πf = 2π ÷ T (π ≈ 3,14)". Saat frekuensi f = 50Hz (periode T = 20ms = 0,02s), frekuensi sudutnya adalah "ω = 2 × 3,14 × 50 = 314 rad/s".

Nilai maksimum Vm gelombang sinus adalah √2 kali nilai efektif V (Vm = √2 × V ≈ 1,41 × V), dan nilai rata-rata Vav adalah 2 ÷ π kali nilai maksimum. Angka tegangan 100V atau 200V sehari-hari semuanya menunjukkan "nilai efektif (RMS)".

Reaktansi induktif kumparan "XL = ωL = 2πfL (Ω)" sebanding dengan frekuensi f, sedangkan reaktansi kapasitif kapasitor "XC = 1 ÷ (ωC) = 1 ÷ (2πfC) (Ω)" berbanding terbalik dengan frekuensi f. Jika frekuensi sumber berubah dari 50Hz ke 60Hz (1,2 kali), XL naik 1,2 kali dan XC turun menjadi 1 ÷ 1,2 kali.

Poin penting


  • Frekuensi adalah "f = 1 ÷ T (Hz)", frekuensi sudut adalah "ω = 2πf (rad/s)"; jika f = 50Hz (T = 20ms) maka "ω ≈ 314 rad/s".

  • Nilai maksimum AC gelombang sinus adalah √2 kali nilai efektif: "Vm = √2 × V".

  • Kumparan "XL = 2πfL" berbanding lurus dengan frekuensi f, sedangkan kapasitor "XC = 1 ÷ (2πfC)" berbanding terbalik dengan frekuensi f.

  • Contoh: Rangkaian seri dengan XL = 10Ω dan XC = 12Ω pada 50Hz dihubungkan ke sumber 60Hz (1,2 kali) → Nilai baru XL' = 10 × 1,2 = 12Ω dan XC' = 12 ÷ 1,2 = 10Ω, sehingga reaktansi gabungan X = 12 − 10 = 2Ω
KosakataArti
periode (T) dan frekuensi (f)
frekuensi sudut (ω = 2πf)
reaktansi induktif (XL)
reaktansi kapasitif (XC)

Rangkaian Seri/Paralel R-L-C AC 1 Fasa, Resonansi dan Penyearah Setengah Gelombang

Pada rangkaian seri resistor R dan reaktansi XL, XC, impedansi gabungan Z (Ω) adalah "Z = √(R² + (XL − XC)²)" dan faktor daya cosθ adalah "cosθ = R ÷ Z". Saat XL = XC terjadi resonansi seri di mana reaktansi saling meniadakan sehingga "Z = R dan faktor daya cosθ = 1 (100%)".

Sebaliknya, pada rangkaian paralel cabang resistor R dan cabang reaktansi X, tiap cabang menerima tegangan sumber V yang sama. Karena arus resistor "IR = V ÷ R" dan arus reaktansi "IX = V ÷ X" berbeda fasa 90 derajat, arus totalnya "I = √(IR² + IX²)" dan faktor dayanya "cosθ = IR ÷ I".

Selain itu, soal langganan di nomor 4 adalah menghitung konsumsi daya P pada "rangkaian penyearah setengah gelombang" yang menghubungkan sumber AC (nilai efektif V) secara seri dengan 1 buah "dioda semikonduktor" ideal dan resistor R.

Karena dioda hanya melewatkan arus ke satu arah (arah maju), dalam 1 periode AC arus hanya mengalir pada setengah siklus positif dan bernilai 0 A pada setengah siklus negatif. Akibatnya, daya rata-rata P yang dikonsumsi resistor R menjadi "setengahnya (1/2)" dibanding tanpa dioda, yaitu "P = V² ÷ (2 × R) (W)".

Rangkaian Seri/Paralel R-L-C AC 1 Fasa, Resonansi dan Penyearah Setengah Gelombang

Poin penting


  • Pada rangkaian paralel R-X, gunakan segitiga siku-siku arus untuk menghitung arus total "I = √(IR² + IX²)" dan faktor daya "cosθ = IR ÷ I".

  • Pada keadaan resonansi XL = XC, arus reaktif atau tegangan reaktansi saling meniadakan sehingga faktor daya seluruh rangkaian cosθ = 1 (100%).

  • Pada penyearah setengah gelombang 1 dioda, arus hanya mengalir setengah siklus sehingga konsumsi daya resistor R menjadi setengahnya: "P = V² ÷ (2 × R) (W)".

  • Contoh: Menyambung seri dioda dan resistor R = 10Ω ke sumber AC sinus bernilai efektif V = 100V → Konsumsi daya P = 100² ÷ (2 × 10) = 500W (hati-hati jebakan 1.000W!)
KosakataArti
impedansi (Z) dan faktor daya (cosθ)
keadaan resonansi (XL = XC)
rangkaian penyearah setengah gelombang
dioda semikonduktor

Rangkaian AC 3 Fasa 3 Kawat Simetris (Hubungan Y, Hubungan Δ, Transformasi Δ-Y)

Soal 5 selalu berupa perhitungan rangkaian AC 3 fasa. Pada hubungan bintang (Y), arus saluran Il sama dengan arus fasa Ip (Il = Ip), dan tegangan antar-saluran Vl adalah √3 kali tegangan fasa Vp (Vl = √3 × Vp, sehingga Vp = Vl ÷ √3).

Sebaliknya, pada hubungan delta (Δ), tegangan antar-saluran Vl sama dengan tegangan fasa Vp (Vl = Vp), dan arus saluran Il adalah √3 kali arus fasa Ip (Il = √3 × Ip). Daya 3 fasa P pada kedua hubungan adalah "P = √3 × Vl × Il × cosθ = 3 × Ip² × R (W)".

Teknik terpenting di Kelas 1 adalah "transformasi ekuivalen Δ-Y". Beban 3 resistor masing-masing RΔ (Ω) yang dihubungkan Δ sepenuhnya ekuivalen dengan beban hubungan Y yang nilai hambatannya dijadikan "sepertiga (RY = RΔ ÷ 3)" (sebaliknya, mengubah beban Y ke Δ melipatgandakan arus dan daya menjadi 3 kali).

Dengan transformasi ini, baik pada rangkaian yang memiliki hambatan saluran r maupun rangkaian gabungan beban Y dan beban Δ paralel, cukup ubah beban Δ menjadi hubungan Y "RY = RΔ ÷ 3" lalu hitung arus saluran Il dengan mudah menggunakan rangkaian ekuivalen 1 fasa.

Rangkaian AC 3 Fasa 3 Kawat Simetris (Hubungan Y, Hubungan Δ, Transformasi Δ-Y)

Poin penting


  • Hubungan Y: "Vp = Vl ÷ √3, Il = Ip"; Hubungan Δ: "Vp = Vl, Il = √3 × Ip"; Daya 3 fasa: "P = √3 × Vl × Il × cosθ = 3 × Ip² × R".

  • Transformasi ekuivalen Δ-Y: Impedansi ZΔ pada hubungan Δ dapat diganti dengan hubungan Y bernilai 1/3 yaitu "ZY = ZΔ ÷ 3".

  • Jika beban Y (R tiap fasa) dan beban Δ (R tiap fasa) dihubungkan paralel pada sumber V yang sama, sisi Δ menarik arus saluran 3 kali sisi Y dan total arus saluran menjadi "4V ÷ (√3R)".

  • Contoh: Sumber 3 fasa tegangan saluran V = 200V dihubungkan ke beban Y dengan R = 8Ω, XL = 6Ω (Z = 10Ω) tiap fasa → Tegangan fasa Vp = 200 ÷ 1,73 ≈ 115,6V, arus saluran Il = 115,6 ÷ 10 ≈ 11,6A, tegangan pada R adalah VR = 11,6 × 8 ≈ 92,5V
KosakataArti
hubungan Y (hubungan bintang)
hubungan Δ (hubungan segitiga/delta)
transformasi ekuivalen Δ-Y (RY = RΔ ÷ 3)
konsumsi daya 3 fasa

Poin yang Sering Keluar di Ujian & Cara Menghafal

Pada hitungan kapasitor Soal 1, konversi satuan "1μF = 10⁻⁶F" dan "1mm = 10⁻³m" adalah penentu kemenangan. Pada rumus energi elektrostatik "W = 0,5 × C × V²", pilihan jawaban selalu menyediakan angka jebakan 2 kali lipat akibat lupa mengalikan 0,5.

Soal "rangkaian penyearah setengah gelombang dengan 1 dioda" pada Soal 4 adalah soal bonus yang sangat sering muncul. Karena hanya separuh atas gelombang yang lewat, langsung jawab konsumsi daya P adalah separuh rangkaian AC biasa: "P = V² ÷ (2R)".

Pada Soal 5 tentang AC 3 fasa, soal rumus aljabar untuk daya P atau arus I juga sering keluar. Bila impedansi 1 fasa hubungan Δ adalah "Z = √(R² + X²)", maka arus fasa "Ip = V ÷ Z" dan daya total 3 fasa adalah "P = 3 × Ip² × R = 3V²R ÷ (R² + X²)".

Poin penting


  • Paket 3 rumus kapasitor: Medan listrik "E = V ÷ d (V/m)", Muatan "Q = CV (C)", Energi elektrostatik "W = 0,5CV² (J)".

  • Syarat seimbang jembatan: Saat hasil kali resistor berhadapan sama besar "R1 × R4 = R2 × R3", arus di cabang tengah adalah 0 A.

  • Ketika frekuensi f naik dari 50Hz → 60Hz (1,2 kali), XL kumparan menjadi "1,2 kali" dan XC kapasitor menjadi "1 ÷ 1,2 kali".

  • Aturan mutlak penyearah setengah gelombang: Memasang 1 dioda membuat konsumsi daya resistor R menjadi separuhnya "P = V² ÷ (2R)".

  • Aturan transformasi Δ-Y: Resistor RΔ hubungan Δ ekuivalen dengan "RY = RΔ ÷ 3" hubungan Y; untuk resistor bernilai sama, hubungan Δ menghasilkan arus dan daya 3 kali hubungan Y.
KosakataArti
konversi satuan (μF, mm)
daya penyearah setengah gelombang (V² ÷ 2R)
resonansi seri dan resonansi paralel
rangkaian ekuivalen per fasa

Teori Dasar Kelistrikan

Latihan soal bab ini di aplikasi

Referensi resmi

Zalo