Rumus Teknik Elektro (Persamaan yang Paling Penting)

Electrical4u

Bidang: Listrik Dasar

China

Rumus untuk Teknik Elektro

Teknik elektro adalah cabang yang berurusan dengan studi, desain, dan implementasi berbagai peralatan listrik yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari.

Cabang ini mencakup berbagai topik seperti sistem tenaga, mesin listrik, elektronika daya, ilmu komputer, pemrosesan sinyal, telekomunikasi, sistem kendali, kecerdasan buatan, dan banyak lagi.

Cabang teknik ini penuh dengan rumus dan konsep (hukum) yang digunakan dalam berbagai aspek seperti menyelesaikan rangkaian dan menerapkan peralatan yang berbeda untuk membuat kehidupan manusia lebih mudah dikelola.

Rumus dasar yang umumnya digunakan dalam berbagai subjek teknik elektro tercantum di bawah ini.

Tegangan

Tegangan didefinisikan sebagai perbedaan potensial listrik per satuan muatan antara dua titik dalam medan listrik. Satuan tegangan adalah Volt (V).

(1) $\begin{equation*} Tegangan (V) = \frac{Kerja (W)}{Muatan (Q)} \end{equation*}$

Dari persamaan di atas, satuan tegangan adalah $\frac{joule}{coulomb}$

Arus

Arus listrik didefinisikan sebagai aliran partikel bermuatan (elektron dan ion) yang bergerak melalui konduktor. Arus listrik juga didefinisikan sebagai laju aliran muatan listrik melalui media konduktif terkait waktu.

Satuan arus listrik adalah ampere (A). Dan arus listrik dinyatakan secara matematis dengan simbol ‘I’ atau ‘i’.

(2) $\begin{equation*} I = \frac{dQ}{dt} \end{equation*}$

Hambatan

Hambatan atau hambatan listrik mengukur ketahanan terhadap aliran arus dalam rangkaian listrik. Hambatan diukur dalam ohm (Ω).

Hambatan dari setiap material konduktor sebanding langsung dengan panjang material, dan sebanding terbalik dengan luas konduktor.

$R \propto \frac{l}{a}$

(3) $\begin{equation*} R = \rho \frac{l}{a} \end{equation*}$

Di mana, $\rho$ = konstanta proporsionalitas (hambatan spesifik atau resistivitas bahan konduktor)

Menurut hukum Ohm;

$V \propto I$

(4) $\begin{equation*} Voltage \, V = \frac{I}{R} \, Volt \end{equation*}$

Di mana, R = Hambatan konduktor (Ω)

(5) $\begin{equation*} Arus \, I = \frac{V}{R} \, Ampere \end{equation*}$

(6) $\begin{equation*} Hambatan \, R = \frac{V}{I} Ohm \end{equation*}$

Daya Listrik

Daya adalah laju penggunaan atau penyediaan energi oleh elemen listrik terhadap waktu.

(7) $\begin{equation*} P = \frac{dW}{dt} \end{equation*}$

Untuk Sistem DC

(8) $\begin{equation*} P = VI \end{equation*}$

$\begin{equation*} P = I^2 R \end{equation*}$

Sistem Fasa Tunggal

10) $\begin{equation*} P = VI cos \phi \end{equation*}$

(11) $\begin{equation*} P = I^2 R cos \phi \end{equation*}$

(12) $\begin{equation*} P = \frac{V^2}{R} cos \phi \end{equation*}$

Untuk sistem tiga fase

(13) $\begin{equation*} P = \sqrt{3} V_L I_L cos \phi \end{equation*}$

(14) $\begin{equation*} P = 3 V_ph I_ph cos \phi \end{equation*}$

(15) $\begin{equation*} P = 3 I^2 R cos \phi \end{equation*}$

(16) $\begin{equation*} P = 3 \frac{V^2}{R} cos \phi \end{equation*}$

Faktor Daya

Faktor daya adalah istilah yang sangat penting dalam sistem AC. Faktor daya didefinisikan sebagai rasio antara daya kerja yang diserap beban terhadap daya semu yang mengalir melalui sirkuit.

(17) $\begin{equation*} Power \, Factor Cos\phi= \frac{Active \, Power}{Apparent \, Power} \end{equation*}$

Dimensi faktor daya adalah angka tanpa dimensi dalam interval tertutup -1 hingga 1. Ketika beban bersifat resistif, faktor daya mendekati 1, dan ketika beban bersifat reaktif, faktor daya mendekati -1.

Frekuensi

Frekuensi didefinisikan sebagai jumlah siklus per satuan waktu. Frekuensi dinotasikan dengan f dan diukur dalam Hertz (Hz). Satu hertz setara dengan satu siklus per detik.

Secara umum, frekuensi adalah 50 Hz atau 60 Hz.

Periode waktu didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan satu siklus gelombang lengkap, dinotasikan sebagai T.

Frekuensi berbanding terbalik dengan periode waktu (T).

(18) $\begin{equation*} F \propto \frac{1}{T} \end{equation*}$

Panjang Gelombang

Panjang gelombang didefinisikan sebagai jarak antara titik-titik yang berturutan (dua puncak bersebelahan, atau perpotongan nol).

Panjang gelombang didefinisikan sebagai rasio antara kecepatan dan frekuensi untuk gelombang sinusoidal.

(19) $\begin{equation*} \lambda = \frac{v}{f} \end{equation*}$

Kapasitansi

Kapasitor menyimpan energi listrik dalam medan listrik ketika tegangan diberikan. Efek kapasitor dalam rangkaian listrik dikenal sebagai kapasitansi.

Muatan listrik Q yang terakumulasi dalam kapasitor berbanding lurus dengan tegangan yang berkembang di seberang kapasitor.

$Q \propto V$

$Q = CV$

(20) $\begin{equation*} C = \frac{Q}{V} \end{equation*}$

Kapasitansi bergantung pada jarak antara dua pelat (d), luas pelat (A), dan permitivitas bahan dielektrik.

(21) $\begin{equation*} C = \frac{\epsilon A}{d} \end{equation*}$

Induktor

Sebuah induktor menyimpan energi listrik dalam bentuk medan magnet ketika arus listrik mengalir melaluinya. Terkadang, induktor juga dikenal sebagai kumparan, reaktor, atau chokes.

Satuan induktansi adalah henry (H).

Induktansi didefinisikan oleh rasio tautan fluks magnetik (фB), dan arus yang melewati induktor (I).

(22) $\begin{equation*} L = \frac{\phi_B}{I} \end{equation*}$

Muatan Listrik

Muatan listrik adalah sifat fisik suatu zat. Ketika benda ditempatkan dalam medan elektromagnetik, ia akan mengalami gaya.

Muatan listrik dapat positif (proton) dan negatif (elektron), diukur dalam coulomb dan dinotasikan sebagai Q.

Satu coulomb didefinisikan sebagai jumlah muatan yang ditransfer dalam satu detik.

(23) $\begin{equation*} Q = IT \end{equation*}$

Medan Listrik

Medan listrik adalah ruang di sekitar objek bermuatan listrik di mana objek bermuatan listrik lainnya akan mengalami gaya.

Medan listrik juga dikenal sebagai intensitas medan listrik atau kekuatan medan listrik, dinotasikan dengan E.

Medan listrik didefinisikan sebagai perbandingan gaya listrik per muatan uji.

(24)
$\begin{equation*} E = \frac{F}{Q} \end{equation*}$

Untuk kapasitor plat paralel, selisih tegangan antara dua plat dinyatakan sebagai usaha yang dilakukan pada muatan uji Q untuk bergerak dari plat positif ke plat negatif.

$V = \frac{Work done}{charge} = \frac{Fd}{Q} = Ed$

(25) $\begin{equation*} E = \frac{V}{d} \end{equation*}$

Gaya Listrik

Ketika benda bermuatan memasuki medan listrik benda bermuatan lainnya, ia mengalami gaya sesuai dengan hukum Coulomb.

Coulomb’s Law.png

Seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas, sebuah benda bermuatan positif ditempatkan dalam ruang. Jika kedua benda memiliki polaritas yang sama, benda-benda tersebut saling tolak-menolak. Dan jika kedua benda memiliki polaritas yang berbeda, benda-benda tersebut saling tarik-menarik.

Menurut hukum Coulomb,

(26) $\begin{equation*} F = \frac{Q_1 Q_2}{4 \pi \epsilon_0 d^2 } \end{equation*}$

Menurut hukum Coulomb, persamaan medan listrik adalah;

$E = \frac{F}{Q} = \frac{kQq}{Qd^2}$

(27) $\begin{equation*} E = \frac{kq}{d^2} \end{equation*}$

Fluks Listrik

Menurut hukum Gauss, persamaan fluks listrik adalah;

(28) $\begin{equation*} \phi = \frac{Q}{\epsilon_0} \end{equation*}$

Mesin DC

Back EMF

(29) $\begin{equation*} E_b = \frac{P \phi NZ}{60A} \end{equation*}$

Kerugian pada Mesin DC

Kerugian tembaga

Kerugian tembaga terjadi karena arus yang mengalir melalui lilitan. Kerugian tembaga berbanding lurus dengan kuadrat dari arus yang mengalir melalui lilitan, dan juga dikenal sebagai kerugian I2R atau kerugian ohmik.

Kerugian tembaga armatur: $I_a^2 R_a$

Kehilangan tembaga lapangan shunt: $I_{sh}^2 R_{sh}$

Kehilangan tembaga lapangan seri: $I_{se}^2 R_{se}$

Kehilangan tembaga di antar kutub: $I_a^2 R_i$

Kehilangan kontak sikat: $I_a^2 R_b$

Kehilangan Histeresis

Kehilangan histeresis terjadi karena pembalikan magnetisme inti armatur.

(30) $\begin{equation*} P_h = \eta B_{max}^1.6 f V \end{equation*}$

Kehilangan Arus Eddy

Kehilangan daya yang terjadi akibat aliran arus eddy disebut kehilangan arus eddy.

(31) $\begin{equation*} P_e = K B_{max}^2 f^2 t^2 V \end{equation*}$

Transformer

Persamaan EMF

(32) $\begin{equation*} E = 4.44 \phi_m f T \end{equation*}$

Rasio Putaran

(33) $\begin{equation*} \frac{E_1}{E_2} = \frac{T_1}{T_2} = \frac{V_1}{V_2} = \frac{I_2}{I_1} = a \end{equation*}$

Regulasi Tegangan

(34) $\begin{equation*} V.R. = \frac{E_2 - V_2}{V_2} \end{equation*}$

Motor Induksi

Kecepatan Sinkron

(35) $\begin{equation*} N_s = \frac{120f}{P} \end{equation*}$

Persamaan Torsi

Torsi yang Dihasilkan

(36) $\begin{equation*} T_d = \frac{k s E_{20}^2 R_2}{R_2^2 + s^2 X_{20}^2} \end{equation*}$

Torsi Poros

(37) $\begin{equation*} T_{sh} = \frac{3 E_{20}^2 R_2}{2 \pi n_s (R_2^2 + X_{20}^2) } \end{equation*}$

Medan Elektromagnetik Gulungan

(38) $\begin{equation*} E_1 = 4.44 k_{w1} f_1 \phi T_1 \end{equation*}$

(39) $\begin{equation*} E_2 = 4.44 k_{w2} f_1 \phi T_2 \end{equation*}$

Di mana,

Kw1, Kw2 = Faktor lilitan stator dan rotor, masing-masing

T1, T2 = Jumlah putaran dalam lilitan stator dan rotor

Sumber: Electrical4u.

Pernyataan: Hormati aslinya, artikel yang baik layak dibagikan, jika ada pelanggaran hak cipta silakan hubungi untuk menghapus.