Rumus Kejuruteraan Elektrik (Persamaan Paling Penting)

Electrical4u

Medan: Elektrik Asas

China

Rumus untuk Kejuruteraan Elektrik

Kejuruteraan elektrik adalah cabang yang berkaitan dengan kajian, reka bentuk, dan pelaksanaan pelbagai peralatan elektrik yang digunakan dalam kehidupan seharian.

Ia merangkumi pelbagai topik seperti; sistem kuasa, mesin elektrik, elektronik kuasa, sains komputer, pemprosesan isyarat, telekomunikasi, sistem kawalan, kecerdasan buatan, dan banyak lagi.

Cabang kejuruteraan ini penuh dengan rumus dan konsep (undang-undang) yang digunakan dalam pelbagai aspek seperti menyelesaikan litar dan melaksanakan peralatan yang berbeza untuk memudahkan kehidupan manusia.

Rumus asas yang biasa digunakan dalam pelbagai subjek kejuruteraan elektrik disenaraikan di bawah.

Voltage

Voltage ditakrifkan sebagai beza potensi elektrik per unit cas antara dua titik dalam medan elektrik. Unit voltage ialah Volt (V).

(1) $\begin{equation*} Voltage (V) = \frac{Work done (W)}{Charge (Q)} \end{equation*}$

Dari persamaan di atas, unit voltage ialah $\frac{joule}{coulomb}$

Arus

Arus elektrik didefinisikan sebagai aliran partikel bermuatan (elektron dan ion) yang bergerak melalui konduktor. Ia juga didefinisikan sebagai kadar aliran muatan elektrik melalui medium konduktif terhadap waktu.

Unit arus elektrik adalah ampere (A). Dan arus elektrik dinotasikan secara matematika dengan simbol ‘I’ atau ‘i’.

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

Rintangan

Rintangan atau rintangan elektrik mengukur penentangan terhadap aliran arus dalam litar elektrik. Rintangan diukur dalam ohm (Ω).

Rintangan bahan konduksi mana-mana adalah berkadar langsung dengan panjang bahan, dan berkadar songsang dengan luas konduktor.

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

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

Di mana, $\rho$ = pemalar proporsional (ketahanan spesifik atau resistiviti bahan konduktor)

Berdasarkan hukum Ohm;

$V \propto I$

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

Di mana, R = Rintangan penghantar (Ω)

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

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

Kuasa Elektrik

Kuasa adalah kadar tenaga yang dibekalkan atau dikonsumsi oleh elemen elektrik berkenaan dengan masa.

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

Untuk Sistem DC

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

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

Untuk 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 fasa

(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 Kuasa

Faktor kuasa adalah istilah yang sangat penting dalam sistem AC. Ia didefinisikan sebagai nisbah kuasa kerja yang diserap oleh beban kepada kuasa semula jadi yang mengalir melalui litar.

(17) $\begin{equation*} Faktor \, Kuasa \, Cos\phi= \frac{Kuasa \, Aktif}{Kuasa \, Semula \, Jadi} \end{equation*}$

Dimensi faktor kuasa adalah nombor tanpa unit dalam selang tertutup -1 hingga 1. Apabila beban adalah resistif, faktor kuasa mendekati 1 dan apabila beban adalah reaktif, faktor kuasa mendekati -1.

Frekuensi

Frekuensi didefinisikan sebagai jumlah siklus per unit waktu. Ia dilambangkan dengan f dan diukur dalam Hertz (Hz). Satu hertz sama dengan satu siklus per detik.

Secara umum, frekuensi adalah 50 Hz atau 60 Hz.

Periode waktu didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan untuk menghasilkan satu siklus gelombang lengkap, dilambangkan dengan 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 berurutan (dua puncak yang bersebelahan, atau persimpangan nol).

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

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

Kapasitansi

Kapasitor menyimpan tenaga elektrik dalam medan elektrik apabila voltan diberikan. Kesan kapasitor dalam litar elektrik dikenali sebagai kapasitansi.

Muatan elektrik Q yang terakumulasi dalam kapasitor adalah berbanding lurus dengan voltan yang dibangunkan merentasi kapasitor tersebut.

$Q \propto V$

$Q = CV$

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

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

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

Induktor

Sebuah induktor menyimpan tenaga elektrik dalam bentuk medan magnet apabila arus elektrik mengalir melaluinya. Kadang-kadang, induktor juga dikenali sebagai gegelung, reaktor, atau chokes.

Unit inductance adalah henry (H).

Inductance ditakrifkan oleh nisbah tautan fluks magnet (фB), dan arus yang melewati induktor (I).

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

Caj Elektrik

Caj elektrik adalah sifat fizikal bahan. Apabila sebarang jirim diletakkan dalam medan elektromagnet, ia akan mengalami daya.

Caj elektrik boleh positif (proton) dan negatif (elektron), diukur dalam coulomb dan ditandakan sebagai Q.

Satu coulomb ditakrifkan sebagai jumlah caj yang dipindahkan dalam satu saat.

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

Medan Elektrik

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

Medan elektrik juga dikenal sebagai intensiti medan elektrik atau kekuatan medan elektrik, yang dinyatakan dengan E.

Medan elektrik didefinisikan sebagai perbandingan gaya elektrik per muatan uji.

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

Untuk kapasitor plat paralel, perbezaan voltan antara dua plat dinyatakan sebagai kerja yang dilakukan pada muatan uji Q untuk bergerak dari plat positif ke plat negatif.

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

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

Daya Elektrik

Apabila objek yang bercas memasuki medan elektrik objek yang bercas lain, ia akan mengalami daya mengikut hukum Coulomb.

Coulomb’s Law.png

Seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas, objek yang bercas positif diletakkan dalam ruang. Jika kedua-dua objek mempunyai polariti yang sama, objek-objek tersebut akan saling tolak. Dan jika kedua-dua objek mempunyai polariti yang berbeza, objek-objek tersebut akan saling tarik.

Mengikut hukum Coulomb,

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

Mengikut undang-undang Coulomb, persamaan medan elektrik adalah;

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

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

Arus Elektrik

Mengikut undang-undang Gauss, persamaan arus elektrik adalah;

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

Mesin DC

EMF Balik

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

Kehilangan dalam Mesin DC

Kehilangan tembaga

Kehilangan tembaga berlaku disebabkan oleh arus yang mengalir melalui pembungkusan. Kehilangan tembaga adalah secara langsung berkadar dengan kuasa dua arus yang mengalir melalui pembungkusan, dan juga dikenali sebagai kehilangan I2R atau kehilangan ohmik.

Kehilangan tembaga armatur: $I_a^2 R_a$

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

Kehilangan tembaga medan siri: $I_{se}^2 R_{se}$

Kehilangan tembaga dalam interpole: $I_a^2 R_i$

Kehilangan kontak kuas: $I_a^2 R_b$

Kehilangan Histeresis

Kehilangan histeresis berlaku disebabkan oleh pembalikan magnetisme inti armatur.

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

Kehilangan Arus Eddy

Kehilangan kuasa yang berlaku disebabkan oleh aliran arus eddy dikenali sebagai kehilangan arus eddy.

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

Pengubah Tegangan

Persamaan EMF

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

Nisbah Putaran

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

Peraturan Voltan

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

Motor Induksi

Kelajuan Sinkron

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

Persamaan Tork

Tork yang Dicipta

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

Daya Pemutaran

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

EMF Pembungkusan

(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 = Bilangan putaran dalam lilitan stator dan rotor

Sumber: Electrical4u.

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