Rangkaian Seri Resistor, Induktor, dan Kapasitor pada Arus Bolak-Balik 1 Fase

Rangkaian seri resistor (R), induktor (L), dan kapasitor (C) pada arus bolak-balik Ketika ketiga komponen tersebut dirangkai dengan arus bolak-balik maka akan menghasilkan pengaruh yang berbeda pada arus dan tegangan. Rangkaian tersebut dapat disimbolkan dengan R + L + C. 

Gambar rangkaian resistor, induktor, dan kapasitor dirangkai secara seri dengan arus listrik bolak-balik

 Impedansi (Z) adalah nilai hambatan yang dihasilkan dari beban berupa resistor dengan induktor / resistor dengan kapasitor / resistor dengan induktor dan kapasitor. Untuk mengetahui nilai impedansi (Z) pada rangkaian seri resistor, induktor dan kapasitor dapat dilakukan dengan mengetahui nilai masing-masing reaktansi pada induktor dan kapasitor dengan menggunakan rumus :

1. Reaktansi Induktif (X_L)

Keterangan :
X_L = Rekatansi induktif (Ω)
π = 3,14 atau 22/7
ƒ = Frekuensi (Hz)
L = Nilai induktansi pada Induktor (H)

2. Reaktansi Kapasitif  (X_C)

Keterangan :
X_C = Reaktansi kapasitif (Ω)
π = 3,14 atau 22/7
&fonf; = Frekuensi (Hz)
C = Nilai kapasitas kapasitor (F)

Jika nilai nilai reaktansi induktif (X_L) dan nilai reaktansi kapasitif (X_C) telah diketahui selanjutnya menghitung nilai impedansi (Z) dengan persamaan berikut :

Keterangan :
Z = Impedansi (Ω)
R = Hambatan atau resistansi pada resistor (Ω)
X_L = Reaktansi induktif pada Induktor (Ω)
X_C = Reaktansi kapasitif pada kapasitor (Ω)

Untuk mengetahui nilai tegangan (V) pada sumber, dapat dilakukan dengan mengetahui nilai tegangan pada masing-masing beban dan menggunakan rumus berikut :

Keterangan :
V = Tegangan sumber (V)
V_R = Tegangan pada resistor (V)
V_L = Tegangan pada induktor (V)
V_C = tegangan pada kapasitor (V)

Jika nilai tegangan sumber telah diketahui maka nilai Arus listik (I) yang mengalir pada beban impedansi dapat diketahui menggunakan rumus :

Keterangan :
I = Arus yang mengalir pada rangkaian (A)
V = Tegangan pada rangkaian (V)
Z = Nilai beban impedansi pada rangkaian (Ω)

Faktor daya (Cosφ)dapat ditentukan dengan persamaan berikut :

Keterangan :
V_R = Tegangan pada resistor (V)
V_Z = Tegangan total pada beban impedansi (V)
R = Hambatan atau resistansi pada resistor (Ω)
Z = Nilai impedansi pada rangakaian (Ω)

Terdapat tiga kemungkinan sifat pada rangkaian seri resistor, induktor dan kapasitor dengan arus bolak-balik yaitu :

1. Jika nilai tegangan pada induktor lebih besar dari pada tegangan pada kapasitor (V_L > V_C), maka rangkaian akan bersifat induktf dan arus lag (ketinggalan) dari tegangan.
2. Jika nilai tegangan pada induktor lebeih kecil dari pada tegangan pada kapasitor (V_L < V_C), maka rangkaian akan bersifat kapasitif dan arus lead (mendahului) dari tegangan.
3. Jika nilai tegangan pada induktor sama dengan tegangan pada kapasitor (V_L = V_C), maka rangkaian akan bersifat resistif dan arus akan se fase dengan tegangan.

Contoh soal perhitungan nilai impedansi (Z) pada rangkaian R + L + C dengan arus listrik bolak-balik:

1. Seorang anak akan melakukan percobaan merangkai resistor, induktor dan kapasitor secara seri dengan sumber tegangan yang memiliki nilai frekuensi sebesar 50 Hz. Berapakah nilai impedansi pada rangkaian tersebut jika diketahui nilai R = 10 Ω, L = 150 mH, dan C = 300μF ?

Gambar rangkaian 

Diketahui : ƒ = 50Hz
                 R = 10 Ω
                 L = 150 mH = 0,1 H
                 C = 300 μF = 3 x 10-4 F
Ditanya    : Z = ?
Jawab      :
Langkah pertama menghitung nilai reaktansi induktif (X_L) dan reaktansi kapasitif (X_C) :\

Selanjutnya menghitung nilai impedansi (Z) :