Skip to content

Search ARSTEMA

Type a chapter, term, symptom, or tool.

    Back to the atlas
    Electrical & Control · Chapter 4Applied

    By Kurnia · Published September 30, 2026 · Revised October 29, 2026 · Version 3 · 23 min read

    Arus bolak-balik: sinus, frekuensi, nilai efektif, dan fasor

    Bab ini menjelaskan besaran listrik yang berubah terhadap waktu: pembangkitan tegangan sinus, amplitudo, periode, frekuensi 50 Hz, sudut fasa, nilai rata-rata, nilai efektif, dan fasor sebagai cara menjumlahkan tegangan yang tidak sefase. Bab ini juga menunjukkan mengapa gelombang tidak sinus membuat alat ukur biasa salah baca. Contoh kerja menghitung tegangan puncak dan rating tegangan komponen pada suplai 230 V, menjumlahkan dua tegangan 230 V yang bergeser 120°, serta menghitung frekuensi genset, nilai sesaat, simpangan tegangan suplai, dan pembacaan osiloskop. Impedansi beban, daya AC, dan sistem tiga fasa dibahas pada bab-bab sesudahnya.

    This chapter is still in Indonesian. Its English edition will follow.

    Section you’re reading: Chapter opening

    Sebuah mesin cuci-peras satu fasa di sebuah laundry kecil memakai pengubah frekuensi untuk memutar motornya. Di tutup panelnya ada label peringatan: setelah listrik diputus, tunggu beberapa menit sebelum membuka, karena kapasitor di dalam masih bermuatan. Manual servisnya menyebut tegangan searah pada kapasitor itu sekitar 325 V, padahal pelat nama mesin menulis 230 V. Pada hari yang sama, teknisi yang akan mengganti kapasitor di papan kendali membawa suku cadang berlabel 250 V dengan alasan "listriknya kan 230 V". Dua hal itu tampak bertentangan, dan keduanya dijelaskan oleh satu fakta: angka 230 V adalah nilai efektif, bukan nilai tertinggi tegangan.

    Batas pembahasan

    Bab ini membahas tegangan dan arus sinus satu frekuensi, besaran yang menggambarkannya, nilai efektif yang dipakai PUIL 2020 dan pelat nama, fasor untuk menjumlahkan besaran yang tidak sefase, dan pengantar gelombang tidak sinus. Perilaku resistor, induktor, dan kapasitor terhadap tegangan sinus ada di Bab 5 tentang reaktansi dan impedansi, daya AC di Bab 6, sistem tiga fasa di Bab 8, harmonisa di Bab 10, dan cara ukur dengan multimeter di Bab 15. Pengukuran pada rangkaian bertegangan bukan bagian dari bab ini.

    Dari putaran kumparan ke gelombang sinus

    Bayangkan kumparan persegi dengan NN lilitan dan luas AA yang diputar dengan kecepatan sudut tetap di dalam medan magnet serba sama BB. Fluks yang dilingkupinya berubah menurut kosinus sudut putar, maksimum saat bidang kumparan tegak lurus medan dan nol saat sejajar, dan tegangan induksi yang sebanding dengan laju perubahan fluks itu berubah menurut sinus. Syaratnya ada konduktor, medan magnet, dan gerak relatif atau fluks yang berubah; hukum induksinya dibahas di Bab 11 tentang magnet dan induksi.

    e(t)=NBAωsin⁡(ωt)=Emsin⁡(ωt)e(t) = N B A \omega \sin(\omega t) = E_\text{m} \sin(\omega t)

    dengan e(t)e(t) tegangan sesaat dalam volt, ω\omega kecepatan sudut dalam radian per detik, dan Em=NBAωE_\text{m} = NBA\omega amplitudo. Amplitudo atau nilai puncak (amplitude) adalah nilai terbesar gelombang, diukur dari nol. Asumsinya medan serba sama dan putaran tetap. Generator nyata memakai kutub dan belitan yang dibentuk agar keluarannya mendekati sinus, dan pada generator sinkron frekuensinya ditentukan kecepatan putar dan jumlah kutub:

    f=p n120f = \frac{p \, n}{120}

    dengan ff dalam hertz, pp jumlah kutub, dan nn kecepatan putar dalam putaran per menit. Generator dua kutub harus berputar 3.000 rpm untuk 50 Hz, generator empat kutub cukup 1.500 rpm. Dibaca terbalik, hubungan ini memberi kecepatan sinkron motor induksi di Bab 52 tentang kontrol motor, dan karena frekuensi terikat pada putaran, genset yang melambat saat dibebani juga menurunkan frekuensinya.

    Jaringan memakai arus bolak-balik terutama karena transformator: tegangan bolak-balik dapat dinaikkan untuk penyaluran jarak jauh dan diturunkan untuk pemakaian dengan rugi kecil. Transformator dibahas di Bab 12. Alat yang membutuhkan arus searah, seperti papan kendali elektronik atau bus DC pengubah frekuensi, menyearahkan arus bolak-balik di dalamnya.

    Amplitudo, periode, frekuensi, dan sudut fasa

    Daur (cycle) adalah satu bagian gelombang yang lengkap, periode (period) TT adalah waktu satu daur, dan frekuensi (frequency) adalah banyaknya daur per detik:

    f=1T,ω=2πff = \frac{1}{T}, \qquad \omega = 2\pi f

    dengan ff dalam hertz (Hz), TT dalam detik, dan ω\omega dalam radian per detik. Jaringan di Indonesia bekerja pada 50 Hz; PUIL 2020 Bagian 1, 11.2 a), memperhitungkan 50 Hz dan 400 Hz untuk arus bolak-balik dan membuka kemungkinan frekuensi lain untuk keperluan khusus. Pada 50 Hz, periodenya 20 ms dan ω=2π×50≈314,16\omega = 2\pi \times 50 \approx 314{,}16 rad/s. Tegangan melewati nol dua kali per daur, sehingga berbalik arah seratus kali setiap detik.

    v(t)=Vmsin⁡(ωt+α)v(t) = V_\text{m} \sin(\omega t + \alpha)

    Pada bentuk umum ini, VmV_\text{m} adalah amplitudo dan α\alpha sudut fasa awal. Sudut fasa (phase angle) adalah posisi gelombang terhadap titik acuan waktu. Buku teks rangkaian sering memakai kosinus; kedua bentuk hanya berbeda 90° pada sudut awalnya. ωt\omega t dihitung dalam radian, tetapi sudut fasa sering ditulis dalam derajat karena yang penting dalam perhitungan teknik adalah beda sudut antargelombang, sehingga saat menghitung nilai sesaat α\alpha harus diubah ke radian lebih dulu, atau ωt\omega t diubah ke derajat.

    Dua gelombang berfrekuensi sama dengan sudut fasa berbeda mencapai puncak pada saat berbeda, dan beda fasenya dapat diubah menjadi beda waktu:

    Δt=φ360∘ T\Delta t = \frac{\varphi}{360^\circ} \, T

    dengan φ\varphi beda fase dalam derajat. Pada 50 Hz, beda fase 120° setara dengan 120360×20=6,67\tfrac{120}{360} \times 20 = 6{,}67 ms. Gelombang yang mencapai puncak lebih dulu disebut mendahului (leading), yang lain tertinggal (lagging); istilah ini dipakai di Bab 5 dan Bab 6.

    Nilai rata-rata dan nilai efektif

    Pada arus searah, 24 V tetap 24 V. Tegangan sinus berubah terus antara puncak positif dan negatif, sehingga dibutuhkan satu angka yang mewakili kemampuannya menyalurkan energi.

    Rata-rata satu daur. Luas gelombang sinus di atas sumbu sama dengan luas di bawahnya, sehingga rata-ratanya dalam satu daur penuh adalah nol. Angka itu tidak berguna untuk energi: pemanas yang dialiri arus bolak-balik menjadi panas, karena panas sebanding dengan kuadrat arus, yang positif ke arah mana pun arus mengalir.

    Rata-rata setengah daur. Untuk satu setengah daur, atau gelombang yang disearahkan penuh, rata-ratanya adalah

    Vrata=2πVm≈0,637 VmV_\text{rata} = \frac{2}{\pi} V_\text{m} \approx 0{,}637 \, V_\text{m}

    Nilai ini dipakai untuk menghitung muatan yang dipindahkan pada penyearah dan menjadi dasar kerja alat ukur yang merespons rata-rata.

    Nilai efektif. Nilai efektif (effective value) arus bolak-balik adalah nilai arus searah yang menghasilkan panas yang sama pada resistor yang sama dalam waktu yang sama. Karena daya panas sebanding dengan kuadrat arus, nilai efektif diperoleh dengan menguadratkan gelombang, merata-ratakannya selama satu periode, lalu mengambil akarnya, sehingga disebut juga nilai rms (root mean square):

    V=1T∫0Tv2(t) dtV = \sqrt{\frac{1}{T}\int_0^T v^2(t)\, dt}

    Untuk sinus, rata-rata sin⁡2\sin^2 dalam satu periode adalah 12\tfrac{1}{2}, sehingga

    V=Vm2≈0,707 Vm,Vm=2 V≈1,414 VV = \frac{V_\text{m}}{\sqrt{2}} \approx 0{,}707 \, V_\text{m}, \qquad V_\text{m} = \sqrt{2}\, V \approx 1{,}414 \, V

    Hubungan 2\sqrt{2} ini hanya berlaku untuk sinus murni. Faktor puncak (crest factor) adalah perbandingan puncak terhadap nilai efektif, 1,414 untuk sinus, dan faktor bentuk (form factor) adalah perbandingan nilai efektif terhadap rata-rata setengah daur, π/(22)≈1,11\pi/(2\sqrt{2}) \approx 1{,}11 untuk sinus. Untuk suplai 230 V:

    BesaranRumusNilai untuk 230 V
    Nilai efektifVV230 V
    Nilai puncak2 V\sqrt{2}\,V325 V (ke arah positif dan negatif)
    Nilai puncak ke puncak22 V2\sqrt{2}\,V650 V
    Rata-rata setengah daur2πVm\tfrac{2}{\pi}V_\text{m}207 V (tanda mengikuti setengah daur)
    Rata-rata satu daurtidak ada0 V

    Mengapa nilai efektif yang dipakai

    Pemanas 2 kW pada mesin cuci menghasilkan panas yang sama bila dialiri 230 V bolak-balik atau 230 V searah. Resistansinya 2302/2 000=26,45230^2/2\,000 = 26{,}45 Ω, dan daya sesaatnya pada suplai bolak-balik naik turun antara nol dan 4 kW dua kali per daur, dengan rata-rata 2 kW. Karena energi dan panas konduktor ditentukan nilai efektif, tegangan dan arus bolak-balik selalu dinyatakan dengan nilai efektif kecuali disebut lain, dan Bab 6 merinci daya sesaatnya.

    PUIL 2020 menetapkan hal yang sama sebagai konvensi: dalam bagian proteksi untuk keselamatan, voltase (istilah PUIL untuk tegangan) bolak-balik berarti nilai efektifnya kecuali dinyatakan lain (Bagian 4-41, 410.3.1). Peralatan harus sesuai dengan tegangan nominal instalasi dan arus desainnya, keduanya nilai efektif untuk arus bolak-balik (Bagian 5-51, 512.1.1 dan 512.1.2), dan catatan pada 512.1.1 menambahkan bahwa untuk peralatan tertentu, tegangan tertinggi dan terendah dalam layanan normal perlu diperhitungkan. Catatan itu menjadi dasar Contoh 1.

    Tegangan nominal dan rentangnya

    Tegangan nominal sistem tegangan rendah Indonesia adalah 230/400 V: 230 V antara konduktor fasa dan netral, 400 V antara dua konduktor fasa. Angka ini berasal dari IEC 60038, yang dirujuk PUIL 2020 untuk tegangan dan frekuensi standar (Bagian 1, 132.2.3) dan menurut prakata Bagian 4-44 telah diadopsi sebagai SNI IEC 60038:2013.

    Menurut IEC 60038, tegangan di terminal suplai dalam kondisi operasi normal dianjurkan tidak menyimpang lebih dari ±10% dari nominal, jadi sekitar 207 sampai 253 V dengan puncak sampai sekitar 358 V; di terminal peralatan batas bawahnya lebih rendah karena susut tegangan di dalam instalasi. Batas atas 253 V yang menentukan rating komponen. PUIL 2020 meminta perancang mengetahui tegangan, toleransi, dan frekuensi suplai dari operator jaringan (132.2 dan 132.2.3); mutu tegangan dari operator jaringan dibahas di Bab 13.

    Fasor

    Karena semua tegangan dan arus dalam jaringan berfrekuensi sama, satu gelombang berbeda dari yang lain hanya pada besar dan sudut fasanya. Fasor (phasor) adalah panah yang menyimpan tepat dua informasi itu: panjangnya menyatakan besar gelombang dan sudutnya menyatakan sudut fasa.

    Bayangkan panah sepanjang VmV_\text{m} yang berputar berlawanan arah jarum jam dengan kecepatan sudut ω\omega mengelilingi titik asal. Proyeksi ujungnya ke sumbu tegak setiap saat sama dengan Vmsin⁡(ωt+α)V_\text{m}\sin(\omega t + \alpha), atau ke sumbu mendatar bila buku memakai kosinus. Semua panah dalam satu rangkaian berputar bersama, sehingga posisi relatifnya tetap, dan diagram fasor adalah potret semua panah itu pada satu saat acuan, biasanya t=0t = 0, dengan setiap fasor ditulis besar dan sudutnya.

    Buku teks rangkaian sering memakai amplitudo sebagai panjang fasor, sedangkan praktik instalasi memakai nilai efektif, angka di pelat nama dan alat ukur. Rak ini memakai nilai efektif, misalnya Vˉ=230∠0∘\bar{V} = 230\angle 0^\circ V, yang berarti v(t)=325sin⁡(ωt)v(t) = 325\sin(\omega t) V, karena proyeksi panah harus dikalikan 2\sqrt{2} untuk memperoleh nilai sesaat. Hasil penjumlahan tetap benar selama semua fasor dalam satu perhitungan memakai kebiasaan yang sama; yang tidak boleh adalah mencampur amplitudo dan nilai efektif.

    Fasor yang sudutnya lebih besar, diukur berlawanan arah jarum jam, mendahului fasor lain: arus yang tertinggal 30° dari tegangan digambar 30° searah jarum jam dari panah tegangan. Bab 5 menunjukkan bahwa resistor membuat arus sefase dengan tegangan, induktor membuatnya tertinggal, dan kapasitor membuatnya mendahului.

    Jumlah dua tegangan sinus berfrekuensi sama adalah sinus berfrekuensi sama pula, tetapi besarnya tidak sama dengan jumlah angka efektifnya kecuali keduanya sefase, karena puncak keduanya tidak terjadi bersamaan. Selain secara grafis dengan menyambung panah ujung ke pangkal atau dengan jajaran genjang, penjumlahan dikerjakan lebih pasti dengan menguraikan fasor menjadi komponen mendatar dan tegak, menjumlahkan komponen sejenis, lalu menyusunnya kembali:

    Vx=V1cos⁡α1+V2cos⁡α2,Vy=V1sin⁡α1+V2sin⁡α2V_x = V_1 \cos\alpha_1 + V_2 \cos\alpha_2, \qquad V_y = V_1 \sin\alpha_1 + V_2 \sin\alpha_2V=Vx2+Vy2,α=arctan⁡VyVxV = \sqrt{V_x^2 + V_y^2}, \qquad \alpha = \arctan\frac{V_y}{V_x}

    Sudut hasil dibaca dengan memperhatikan kuadran, yaitu tanda VxV_x dan VyV_y. Pengurangan fasor adalah penjumlahan dengan fasor yang diputar 180°. Contoh 2 memakai cara ini.

    Gelombang tidak sinus dan pembacaan alat ukur

    Inverter sederhana yang mengubah tegangan aki menjadi tegangan bolak-balik dapat menghasilkan gelombang persegi, sinus termodifikasi, atau modulasi lebar pulsa. Beban elektronik seperti catu daya papan kendali, lampu LED, dan penyearah pengubah frekuensi mengambil arus dalam denyut pendek di sekitar puncak tegangan; arusnya tetap berulang 50 kali per detik tetapi jauh dari sinus, dan bila banyak beban seperti itu tersambung, puncak tegangan suplai dapat menjadi rata.

    Setiap gelombang berulang dapat diuraikan menjadi satu sinus pada frekuensi dasar dan sinus lain pada kelipatan frekuensinya. Harmonisa (harmonic) adalah komponen pada kelipatan frekuensi dasar itu, dan akibatnya dibahas di Bab 10. Bagi bab ini, akibat terpentingnya adalah rumus Vm=2 VV_\text{m} = \sqrt{2}\,V dan faktor bentuk 1,11 tidak berlaku lagi.

    Banyak alat ukur murah menyearahkan sinyal, mengukur rata-ratanya, lalu mengalikannya dengan 1,11 agar tampilannya benar untuk sinus. Gelombang persegi berpuncak 230 V mempunyai nilai efektif dan rata-rata setengah daur yang sama-sama 230 V, sehingga alat itu menampilkan 1,11×230≈2551{,}11 \times 230 \approx 255 V, sekitar 11% terlalu tinggi, sedangkan untuk arus berdenyut berfaktor puncak tinggi alat yang sama cenderung terlalu rendah. Alat true RMS menghitung nilai efektif dari bentuk gelombang sebenarnya dalam batas faktor puncak dan lebar pita yang ditulis pabrikannya.

    Contoh kerja

    Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya. Pengukuran yang disebut dalam contoh dikerjakan personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD.

    Contoh 1: tegangan puncak dan rating tegangan komponen pada suplai 230 V. Papan kendali mesin di pembuka bab disuplai 230 V dan memuat tiga jenis komponen yang terhubung ke tegangan jaringan: kapasitor elektrolit di belakang penyearah jembatan, kapasitor peredam interferens antara fasa dan netral, dan varistor pelindung. Suku cadang yang tersedia berlabel 250 V. Sesuai catatan 512.1.1, rating dibandingkan dengan tegangan tertinggi dalam layanan normal, bukan angka nominal. Dengan toleransi ±10% IEC 60038 dan puncak yang dialami isolasi setiap setengah daur:

    Vmaks=1,10×230=253 V,Vm=2×230≈325 V,Vm,maks=2×253≈358 VV_\text{maks} = 1{,}10 \times 230 = 253\ \text{V}, \qquad V_\text{m} = \sqrt{2} \times 230 \approx 325\ \text{V}, \qquad V_\text{m,maks} = \sqrt{2} \times 253 \approx 358\ \text{V}

    Penyearah jembatan mengisi kapasitor elektrolit sampai mendekati puncak dikurangi tegangan maju dua dioda sekitar 1,4 V, jadi sekitar 358−1,4≈356358 - 1{,}4 \approx 356 V searah pada tegangan tertinggi. Komponen berating searah dibandingkan dengan angka puncak: kapasitor 250 V searah akan dibebani sekitar 140% dari ratingnya dan tidak boleh dipakai, sedangkan rating 400 V searah memberi rasio 400/358≈1,12400/358 \approx 1{,}12. Itulah alasan kapasitor bus DC alat satu fasa 230 V berating di atas puncak tertinggi dan manual mesin menyebut sekitar 325 V pada bus DC-nya.

    Kapasitor peredam dan varistor yang dirancang untuk dipasang langsung pada jaringan umumnya berating volt a.b. efektif, dan pabrikan sudah memperhitungkan puncaknya, sehingga yang dibandingkan adalah tegangan efektif tertinggi, 253 V. Rating 250 V a.b. tidak memberi cadangan pada batas atas toleransi; rating di atas 253 V, misalnya 275 V a.b., memberi cadangan. Untuk peredam interferens, pabrikan juga menetapkan kelas keselamatannya, dan penggantinya harus sejenis.

    Angka di atas menyangkut tegangan kerja terus-menerus, dan ketahanan impuls diperiksa terpisah: untuk lonjakan singkat akibat petir dan penyakelaran, PUIL 2020 Bagian 4-44 menetapkan tegangan ketahanan impuls pengenal minimum per kategori tegangan lebih (443.6.2 dan Tabel 443.2): pada 230/400 V, 6 kV untuk kategori IV di awal instalasi, 4 kV untuk kategori III seperti panel dan kotak kontak, 2,5 kV untuk kategori II seperti peranti rumah tangga, dan 1,5 kV untuk kategori I, peralatan elektronik peka yang hanya boleh dipakai bila proteksi surja dipasang di luar peralatan untuk membatasi tegangan lebih transien. Nilai itu diterapkan antara konduktor aktif dan PE (catatan kaki c), bukan rating komponen fasa-netral seperti varistor dan kapasitor peredam. Koordinasi isolasinya, termasuk jarak bebas (clearance) dan jarak rambat (creepage), mengikuti IEC 60664-1 yang dirujuk 443.6.1, dan dibahas di Bab 35 tentang tegangan lebih dan proteksi surja.

    Kapasitor bus DC yang menyimpan muatan pada ratusan volt juga menjadi alasan label waktu tunggu di pembuka bab, karena energinya tetap ada setelah suplai diputus, seperti dibahas di Bab 1 · Keselamatan tentang energi tersimpan dan Bab 10 · Laundry tentang washer-extractor.

    Contoh 2: menjumlahkan dua tegangan 230 V yang bergeser 120°. Dua konduktor fasa masing-masing bertegangan 230 V terhadap netral, dan tegangan kedua tertinggal 120° dari yang pertama. Seorang peserta pelatihan menduga voltmeter di antara keduanya akan membaca 460 V, karena "dua kali 230", atau 0 V, karena "tegangannya sama besar". Dengan tegangan pertama sebagai acuan dan panjang fasor sama dengan nilai efektif, komponennya (jj hanya menandai komponen tegak) dan jumlahnya adalah

    Vˉ1=230+j0,Vˉ2=230∠−120∘=−115−j199,2,Vˉ1+Vˉ2=115−j199,2≈230∠−60∘ V\bar{V}_1 = 230 + j0, \quad \bar{V}_2 = 230\angle -120^\circ = -115 - j199{,}2, \quad \bar{V}_1 + \bar{V}_2 = 115 - j199{,}2 \approx 230\angle -60^\circ\ \text{V}

    Jumlahnya 230 V, bukan 460 V, karena kedua panah membentuk dua sisi segitiga sama sisi. Jumlah ini muncul bila salah satu tegangan terbalik polaritasnya, misalnya ujung satu belitan tertukar pada sambungan trafo atau motor, sehingga yang semula selisih 400 V menjadi 230 V; pada sistem tiga fasa setimbang, jumlah ini juga sama dengan negatif tegangan fasa ketiga. Voltmeter mengukur selisih Vˉ12=Vˉ1−Vˉ2\bar{V}_{12} = \bar{V}_1 - \bar{V}_2, yaitu Vˉ1\bar{V}_1 ditambah Vˉ2\bar{V}_2 yang dibalik arahnya:

    Vˉ12=345+j199,2,∣Vˉ12∣=3452+199,22≈398 V,α=30∘\bar{V}_{12} = 345 + j199{,}2, \qquad |\bar{V}_{12}| = \sqrt{345^2 + 199{,}2^2} \approx 398\ \text{V}, \quad \alpha = 30^\circ

    Hasilnya sama dengan 3×230≈398\sqrt{3} \times 230 \approx 398 V, yang dibulatkan menjadi 400 V dalam penamaan tegangan standar, dan tegangan antarfasa itu mendahului tegangan fasa pertama 30°. Menjumlahkan atau mengurangkan angka efektif tanpa sudut fasa memberi hasil salah, kecuali kedua tegangan sefase atau berlawanan fase tepat 180°; hubungan ini asal pasangan 230/400 V yang dibahas di Bab 8.

    Contoh 3: frekuensi genset hotel saat dibebani. Genset cadangan hotel memakai generator empat kutub. Pada 1.500 rpm, f=pn/120=4×1 500/120=50f = pn/120 = 4 \times 1\,500/120 = 50 Hz. Saat pompa dan lift menyala bersamaan, putarannya turun ke 1.470 rpm:

    f=4×1 470120=49 Hz,T=149 Hz≈20,4 msf = \frac{4 \times 1\,470}{120} = 49\ \text{Hz}, \qquad T = \frac{1}{49\ \text{Hz}} \approx 20{,}4\ \text{ms}

    Frekuensi turun 2%, dan kecepatan sinkron motor induksi empat kutub yang dicatu genset itu ikut turun ke 1.470 rpm. Frekuensi yang menyimpang menandakan putaran mesin penggerak berubah, bukan kesalahan alat ukur. Batas frekuensi yang dapat diterima dibaca dari data genset dan beban, dan penyetelan pengatur putarannya dikerjakan personel yang berwenang atas genset itu.

    Contoh 4: nilai sesaat 4 ms setelah lintas nol. Perekam kualitas daya di panel laundry mencatat kejadian 4 ms setelah tegangan 230 V 50 Hz melewati nol ke arah positif. Dengan v(t)=Vmsin⁡(ωt)v(t) = V_\text{m}\sin(\omega t):

    ωt=314,16×0,004=1,257 rad=72∘,v=325,3×sin⁡72∘≈309 V\omega t = 314{,}16 \times 0{,}004 = 1{,}257\ \text{rad} = 72^\circ, \qquad v = 325{,}3 \times \sin 72^\circ \approx 309\ \text{V}

    Bila 1,257 dimasukkan ke kalkulator yang disetel derajat, hasilnya sekitar 7,1 V; satuan sudut yang tidak konsisten membuat tafsir rekaman salah.

    Contoh 5: tegangan suplai rumah sakit di luar rentang anjuran. Perekam di terminal suplai rumah sakit mencatat 204 V pada beban puncak siang dan 249 V pada malam hari, sedangkan rentang anjuran IEC 60038 adalah 207 sampai 253 V.

    204−230230×100 %≈−11,3 %,249−230230×100 %≈+8,3 %\frac{204 - 230}{230} \times 100\ \% \approx -11{,}3\ \%, \qquad \frac{249 - 230}{230} \times 100\ \% \approx +8{,}3\ \%

    Angka siang berada di luar batas bawah 10%, sedangkan angka malam masih di dalam rentang dengan puncak sekitar 352 V. Catatan siang dilaporkan ke pengelola instalasi untuk dibicarakan dengan operator jaringan, sejalan dengan PUIL 2020 132.2.3. Bila perekam dipasang di terminal peralatan, susut tegangan instalasi diperhitungkan lebih dulu sebelum suplai disalahkan.

    Contoh 6: membaca puncak ke puncak pada osiloskop. Rekaman osiloskop dengan probe diferensial di kotak kontak ruang setrika laundry menunjukkan 640 V puncak ke puncak yang tampak sinus. Amplitudonya 320 V, sehingga nilai efektifnya 320/2≈226,3320/\sqrt{2} \approx 226{,}3 V, wajar untuk suplai 230 V. Bila 640 V dikira amplitudo, hasilnya 452,5 V, dan teknisi keliru menyimpulkan ada tegangan lebih.

    Kondisi berhenti

    Hentikan pekerjaan atau keputusan bila salah satu keadaan berikut ditemukan, dan serahkan kepada pihak yang disebut di butirnya.

    1. Panel atau papan berkapasitor bus DC akan dibuka sebelum waktu tunggu pada labelnya lewat sesudah listrik diputus. Tunggu sesuai label, karena energi kapasitor tetap ada sesudah suplai diputus (Bab 1 · Keselamatan tentang energi tersimpan).
    2. Suku cadang untuk tegangan jaringan berating di bawah puncak tertinggi (rating searah) atau di bawah tegangan efektif tertinggi (rating a.b.), atau kapasitor peredam interferens pengganti tidak sejenis kelas keselamatannya. Komponen itu tidak dipasang, dan rating pengganti mengikuti data pabrikan peralatan.
    3. Tegangan jaringan akan diukur tanpa personel kompeten, alat berkategori ukur sesuai, dan APD, atau dengan osiloskop tanpa probe diferensial. Pengukuran ditunda sampai perlengkapan dan personel itu tersedia.
    4. Frekuensi genset menyimpang dari nominal. Penyetelan pengatur putaran diserahkan kepada personel yang berwenang atas genset itu, dengan batas dari data genset dan beban.
    5. Tegangan di terminal suplai tercatat di luar 207 sampai 253 V atau terus berada di atas nominal. Catatannya dilaporkan ke pengelola instalasi untuk ditelusuri bersama operator jaringan.
    6. Gelombang yang tidak sinus akan dinilai dengan alat yang merespons rata-rata, atau puncaknya dihitung dengan 2\sqrt{2}. Hasil itu tidak dipakai sebelum diukur dengan alat true RMS dalam batas spesifikasinya.

    Salah tafsir yang sering terjadi

    Guess what’s wrong first, then open the explanation.

    Common misconception

    Suplai 230 V tidak pernah lebih dari 230 V.

    Why is it wrong?

    Angka 230 V adalah nilai efektif; tegangan sesaatnya naik sampai sekitar 325 V pada nominal dan 358 V pada batas atas toleransi. Salah tafsir ini membuat orang memasang komponen berating searah 250 V pada tegangan jaringan.

    Common misconception

    Semua alat ukur AC menunjukkan nilai efektif.

    Why is it wrong?

    Pernyataan ini muncul di buku ajar sekolah kejuruan. Alat yang merespons rata-rata hanya benar untuk sinus murni, sehingga pada keluaran inverter, catu daya elektronik, dan pengubah frekuensi hanya alat true RMS yang dapat dipercaya dalam batas spesifikasinya.

    Common misconception

    Nilai maksimum dihitung dari puncak ke puncak.

    Why is it wrong?

    Amplitudo diukur dari nol ke puncak, dan puncak ke puncak adalah dua kali amplitudo untuk gelombang simetris. Kekeliruan ini menggandakan hitungan (Contoh 6).

    Common misconception

    "Tegangan standar Indonesia 220 V" atau "220/380 V".

    Why is it wrong?

    Angka ini dari sistem sebelum penyelarasan ke IEC 60038; yang berlaku 230/400 V, walaupun ada buku ajar yang menyebut 230 V dan 220 V pada halaman yang sama.

    Common misconception

    Rata-rata AC nol, jadi arus AC tidak memanaskan kabel.

    Why is it wrong?

    Rata-rata satu daur memang nol, tetapi panas sebanding dengan kuadrat arus yang selalu positif, sehingga nilai efektif yang dipakai untuk kemampuan hantar arus kabel dan rating pengaman.

    Hubungan dengan bab lain

    Bab 1 memberi hukum Ohm, daya, dan rangkaian seri-paralel pada arus searah, yang berlaku pada nilai sesaat dan, untuk beban resistif, pada nilai efektif. Bab 3 tentang norma kelistrikan menjelaskan kedudukan PUIL 2020 dan IEC 60038. Bab 5 memakai fasor untuk resistor, induktor, dan kapasitor, Bab 6 memakai nilai efektif dan beda fase untuk daya, dan Bab 8 memakai penjumlahan fasor 120°.

    Latihan dan pembahasan

    Tuliskan rumus, satuan, dan asumsi yang dipakai. Angka dalam soal adalah data latihan, dan setiap pengukuran dalam soal dilakukan personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD.

    Try to answer first, then open the worked solution.

    1. Pengubah frekuensi tiga fasa pada mesin cuci-peras besar disuplai 400 V antarfasa. Hitung puncak tegangan antarfasa pada tegangan nominal dan pada batas atas toleransi +10%. Bus DC-nya disusun dari dua kapasitor 400 V searah yang dihubung seri. Jelaskan mengapa satu kapasitor 400 V saja tidak cukup.

      See the worked solution

      Vm=2×400≈566V_\text{m} = \sqrt{2} \times 400 \approx 566 V pada nominal; pada +10%, tegangan antarfasa 440 V dan puncaknya 2×440≈622\sqrt{2} \times 440 \approx 622 V. Penyearah tiga fasa mengisi bus DC mendekati puncak antarfasa, sehingga satu kapasitor 400 V dibebani jauh di atas ratingnya, sedangkan dua kapasitor 400 V seri menahan sampai 800 V bila tegangan terbagi rata, yang dijaga rancangan pabrikan.

    2. Hitung periode, kecepatan sudut, dan beda waktu antara puncak dua gelombang 50 Hz yang berbeda fase 90°.

      See the worked solution

      T=1/50=0,02T = 1/50 = 0{,}02 s =20= 20 ms, ω=2π×50≈314,16\omega = 2\pi \times 50 \approx 314{,}16 rad/s, dan Δt=(90/360)×20=5\Delta t = (90/360) \times 20 = 5 ms. Beda fase 90° berarti puncak gelombang yang tertinggal terjadi seperempat daur setelah puncak gelombang yang mendahului.

    3. Dua tegangan sinus 50 Hz dihubung seri: 230∠0∘230\angle 0^\circ V dan 12∠−40∘12\angle -40^\circ V. Hitung besar dan sudut jumlahnya, lalu bandingkan dengan jumlah angka efektifnya.

      See the worked solution

      Komponen tegangan kedua 12cos⁡40∘≈9,1912\cos 40^\circ \approx 9{,}19 dan −12sin⁡40∘≈−7,71-12\sin 40^\circ \approx -7{,}71, sehingga Vx=239,19V_x = 239{,}19 dan Vy=−7,71V_y = -7{,}71, besarnya 239,192+7,712≈239,3\sqrt{239{,}19^2 + 7{,}71^2} \approx 239{,}3 V dan sudutnya arctan⁡(−7,71/239,19)≈−1,85∘\arctan(-7{,}71/239{,}19) \approx -1{,}85^\circ. Jumlah angka efektif memberi 242 V, sekitar 2,7 V terlalu besar, karena hasil aritmetika selalu sama dengan atau lebih besar daripada besar jumlah fasor.

    4. Sebuah inverter murah menghasilkan gelombang persegi dengan puncak 230 V, yang diukur dengan multimeter yang merespons rata-rata dan dikalibrasi untuk sinus. Angka mana yang paling mungkin tampil: (a) 207 V, (b) 230 V, (c) 255 V, atau (d) 325 V? Jelaskan.

      See the worked solution

      Jawaban (c): nilai efektif dan rata-rata setengah daur gelombang persegi itu sama-sama 230 V, dan alat rata-rata mengalikan rata-rata dengan 1,11, sehingga tampil sekitar 255 V. Pilihan (b) adalah nilai efektif sebenarnya, yang hanya ditampilkan alat true RMS, sedangkan (a) dan (d) adalah rata-rata setengah daur dan puncak sinus 230 V.

    5. Tegangan di sebuah laundry sering mencapai 248 V pada malam hari. Varistor pelindung pada papan kendali mesin berating 250 V a.b. Apakah rating itu layak? Jelaskan dengan acuan toleransi tegangan.

      See the worked solution

      Tidak layak sebagai pilihan desain: batas atas toleransi IEC 60038, 1,10×230=2531{,}10 \times 230 = 253 V, di atas rating 250 V a.b., dan 248 V hanya 2 V di bawah rating. Mendekati rating, puncak tegangan mendekati tegangan varistor sehingga arus bocor, pemanasan, dan penuaannya naik, dan tegangan lebih sementara yang besar dapat membawanya ke daerah hantar dan kerusakan termal. Rating di atas 253 V, misalnya 275 V a.b., lebih tepat, dan tegangan yang terus di atas nominal dilaporkan ke pengelola instalasi untuk ditelusuri.

    6. Rekaman osiloskop dengan probe diferensial memperlihatkan puncak tegangan suplai sekitar 300 V, sedangkan alat true RMS membaca 230 V. Hitung faktor puncaknya, tafsirkan bentuk gelombangnya, dan jelaskan akibatnya bagi catu daya yang mengisi kapasitor dari puncak tegangan.

      See the worked solution

      Faktor puncak =300/230≈1,30= 300/230 \approx 1{,}30, lebih kecil dari 1,414, jadi puncak gelombang menjadi rata, biasanya karena banyak beban elektronik mengambil arus di sekitar puncak dan menimbulkan susut tepat pada saat itu. Catu daya yang mengisi kapasitor dari puncak hanya mendapat sekitar 300 V searah, bukan 325 V, sehingga cadangan tegangannya berkurang saat suplai juga rendah. Pembacaan 230 V pada alat true RMS tetap benar, tetapi puncaknya tidak boleh dihitung dengan 2×230\sqrt{2} \times 230.

    Referensi

    External sources

    • IEC 60038:2009+AMD1:2021 CSV, IEC standard voltageswebstore.iec.ch
    • IEC 60038:2009, IEC standard voltages, klausul 4.1 (pratinjau resmi)cdn.standards.iteh.ai

    Revision history

    DateVersionChange
    October 29, 20263Revised to the chapter standard
    October 20, 20262Expanded in wave R10: worked examples, stop conditions, and cross-chapter references
    September 30, 20261First published

    How to cite

    Kurnia (2026). Arus bolak-balik: sinus, frekuensi, nilai efektif, dan fasor. ARSTEMA Academy. Revised October 29, 2026. arstema.com/academy/konsep/arus-bolak-balik-sinus-frekuensi-nilai-efektif-dan-fasor

    Self-check · 3 questions

    Check your understanding before moving on

    Write your answer in your own words, then compare it with the worked solution from this chapter’s exercises. The system doesn’t judge open answers as right or wrong; you decide which parts you’ve understood.

    0/3rated
    1

    Pengubah frekuensi tiga fasa pada mesin cuci-peras besar disuplai 400 V antarfasa. Hitung puncak tegangan antarfasa pada tegangan nominal dan pada batas atas toleransi +10%. Bus DC-nya disusun dari dua kapasitor 400 V searah yang dihubung seri. Jelaskan mengapa satu kapasitor 400 V saja tidak cukup.

    2

    Hitung periode, kecepatan sudut, dan beda waktu antara puncak dua gelombang 50 Hz yang berbeda fase 90°.

    3

    Dua tegangan sinus 50 Hz dihubung seri: 230∠0∘230\angle 0^\circ V dan 12∠−40∘12\angle -40^\circ V. Hitung besar dan sudut jumlahnya, lalu bandingkan dengan jumlah angka efektifnya.

    Self-assessment progress0%

    Nearby chapters

    NextReaktansi dan impedansi pada beban nyata

    Reading order by shelf: Electrical & Control · Chapter 5.

    PreviousMembaca norma kelistrikan: PUIL 2020, PUIL 2000 sebagai cadangan, IEC, dan regulasi

    Reading order by shelf: Electrical & Control · Chapter 3.

    Same disciplineTegangan, arus, resistansi, dan daya

    Bab lain dalam Teknik Elektro dan Elektronika.