Mengenal beban Resitif induktif dan kapasitif beserta contohnya

Mengenal Beban Resistif, Induktif dan Kapasitif ,Berserta Contohnya

          Sistem rangkaian listrik AC memiliki karakteristik yang berbeda dengan rangkaian DC. Kita mengenal rangkaian listrik AC merupakan jaringan distribusi yang luas yang menghubungkan antara pembangkit tenaga listrik dengan beban-beban listrik seperti rumah-rumah, perindustrian, perkotaan, rumah sakit, dan lain sebagainya. Hal ini tentu sangat berbeda dengan jaringan listrik DC yang kita kenal, yakni yang berukuran kecil-kecil seperti rangkaian elektronik pada televisi, DVD player, atau juga smartphone. Perbedaan penggunaan listrik AC dan DC tersebut karena untuk mendistribusikan listrik dari pembangkit ke daerah yang jauh jaraknya dibutuhkan nilai tegangan listrik yang tinggi untuk mengurangi kerugian distribusi, dan pembangkitan listrik tegangan tinggi lebih mudah dilakukan pada listrik bolak-balik. Sedangkan untuk membangkitkan voltase sangat tinggi pada listrik DC dibutuhkan biaya yang jauh lebih mahal daripada listrik AC. 

Sistem Jaringan Listrik AC
(Sumber)

Jaringan pada listrik AC memiliki tiga jenis beban listrik yang harus ditopang oleh pembangkit listrik. Ketiga beban tersebut yaitu beban resistif, beban induktif, dan beban kapasitif. Ketiganya memiliki karakteristik yang berbeda satu sama lainnya. 

Beban Resistif

Beban resistif adalah beban listrik pada rangkaian listrik AC, yang diakibatkan oleh peralatan listrik dengan sifat resistif murni, sehingga beban tersebut tidak mengakibatkan pergeseran fasa arus maupun tegangan listrik jaringan.

Beban resistif dihasilkan oleh alat-alat listrik yang bersifat murni tahanan (resistor) seperti pada elemen pemanas dan lampu pijar. Beban resistif ini memiliki sifat yang "pasif", dimana ia tidak mampu memproduksi energi listrik, dan justru menjadi konsumen energi listrik. Resistor bersifat menghalangi aliran elektron yang melewatinya (dengan jalan menurunkan tegangan listrik yang mengalir), sehingga mengakibatkan terkonversinya energi listrik menjadi panas. Dengan sifat demikian, resistor tidak akan merubah sifat-sifat listrik AC yang mengalirinya. Gelombang arus dan tegangan listrik yang melewati resistor akan selalu bersamaan membentuk bukit dan lembah. Dengan kata lain, beban resistif tidak akan menggeser posisi gelombang arus maupun tegangan listrik AC.  

  

Gelombang Sinusoidal Beban Resistif Listrik AC

Nampak pada grafik di atas, karena gelombang tegangan dan arus listrik berada pada fase yang sama maka nilai dari daya listrik akan selalu positif. Inilah mengapa beban resistif murni akan selalu ditopang oleh 100% daya nyata. 

Beban Induktif

Beban induktif diciptakan oleh lilitan kawat (kumparan) yang terdapat di berbagai alat-alat listrik seperti motor, trafo, dan relay. Kumparan dibutuhkan oleh alat-alat listrik tersebut untuk menciptakan medan magnet sebagai komponen kerjanya. Pembangkitan medan magnet pada kumparan inilah yang menjadi beban induktif pada rangkaian arus listrik AC. 

Animasi Motor Listrik Induksi
(Sumber)

Untuk memudahkan diskusi kita, mari kita ambil contoh sebuah motor induksi AC untuk membahas beban induktif ini. Motor induksi bekerja dengan mengandalkan medan magnet yang dibangkitkan pada sisi stator untuk menginduksi rotor, sehingga pada rotor tercipta medan magnet lawan yang akan mengikuti medan magnet berputar pada sisi stator (simak pembahasan lengkapnya pada artikel Macam-Macam Motor Listrik AC). Beban untuk membangkitkan medan magnet putar pada stator motor induksi tersebut, tentu membutuhkan energi listrik khusus. Beban induktif pada motor induksi inilah yang ditanggung oleh daya reaktif sumber listrik AC. Sedangkan daya listrik yang dibutuhkan motor induksi tersebut untuk memutar beban yang terkopling pada porosnya, disebut dengan daya nyata. Jumlah resultan daya reaktif dan daya nyata disebut sebagai daya semu. 

 

Rangkaian Listrik AC Dengan Beban Induktif
(Sumber)

Kumparan memiliki sifat untuk menghalangi terjadinya perubahan nilai arus listrik. Seperti yang kita ketahui bersama bahwa listrik AC memiliki nilai arus yang naik turun membentuk gelombang sinusoidal. Perubahan arus listrik yang naik turun inilah yang dihalangi oleh komponen kumparan di dalam sebuah rangkaian listrik AC. Terhalangnya perubahan arus listrik ini mengakibatkan arus listrik menjadi tertinggal beberapa derajat oleh tegangan listrik pada grafik sinusoidal arus dan tegangan listrik AC. 

  

Gelombang Listrik AC dengan Beban Induktif Murni
(Sumber)

Nampak pada gelombang sinusoidal listrik AC di atas, bahwa jika sebuah sumber listrik AC diberi beban induktif murni, maka gelombang arus listrik akan tertinggal sejauh 90° oleh gelombang tegangan. Atas dasar inilah beban induktif dikenal dengan istilah beban lagging (arus tertinggal tegangan). Nampak pula bahwa dikarenakan pergeseran gelombang arus listrik di atas, maka nilai daya listrik menjadi bergelombang sinusoidal. Pada seperempat gelombang pertama daya diserap oleh beban induktif, namun pada seperempat gelombang kedua daya dikembalikan lagi ke sumber listrik AC. Hal ini menunjukkan bahwa beban induktif murni tidak meng-"konsumsi" daya nyata sedikitpun, beban induktif murni hanya memakai daya reaktif saja. 

Beban Kapasitif

Beban kapasitif merupakan kebalikan dari beban induktif. Jika beban induktif menghalangi terjadinya perubahan nilai arus listrik AC, maka beban kapasitif bersifat menghalangi terjadinya perubahan nilai tegangan listrik. Sifat ini menunjukkan bahwa kapasitor bersifat seakan-akan menyimpan tegangan listrik sesaat.   

 

Rangkaian Listrik AC dengan Beban Kapasitif
(Sumber)

Gambar di atas merupakan ilustrasi rangkaian listrik AC dengan beban kapasitor murni. Mendapatkan supply tegangan AC naik dan turun, maka kapasitor akan menyimpan dan melepaskan tegangan listrik sesuai dengan perubahan tegangan masuknya. Fenomena inilah yang mengakibatkan gelombang arus AC akan mendahului (leading) tegangannya sejauh 90°. 

  

Gelombang Listrik AC dengan Beban Kapasitif Murni
(Sumber)

Gambar di atas adalah gelombang sinusoidal tegangan dan arus listrik AC pada beban kapasitor murni. Nampak jika kita plot daya listrik yang dibutuhkan untuk menanggung beban kapasitor juga berbentuk sinusoidal. Daya listrik bernilai positif (daya diserap kapasitor) pada setengah pertama gelombang sinusoidal daya, serta negatif (daya dikeluarkan kapasitor) pada setengah gelombang kedua.