Selengkapnya tentang “polaritas” AC

Bilangan kompleks berguna untuk analisis rangkaian AC karena menyediakan metode yang mudah digunakan untuk menunjukkan pergeseran fasa secara simbolis antara besaran AC seperti tegangan dan arus.

Namun, bagi kebanyakan orang, kesetaraan antara vektor abstrak dan besaran rangkaian nyata bukanlah hal yang mudah untuk dipahami. Sebelumnya dalam bab ini, kita melihat bagaimana sumber tegangan AC diberikan angka tegangan dalam bentuk kompleks (besarnya dan sudut fase), serta tanda polaritas.

Karena arus bolak-balik tidak memiliki "polaritas" yang ditetapkan seperti arus searah, tanda-tanda polaritas ini dan hubungannya dengan sudut fase cenderung membingungkan. Bagian ini ditulis dalam upaya untuk mengklarifikasi beberapa masalah ini.

Tegangan pada dasarnya adalah relatif kuantitas. Ketika kita mengukur tegangan, kita memiliki pilihan bagaimana kita menghubungkan voltmeter atau alat pengukur tegangan lainnya ke sumber tegangan, karena ada dua titik di mana tegangan itu ada, dan dua kabel uji pada instrumen yang akan digunakan untuk membuat tegangan. koneksi.

Di sirkuit DC, kami menunjukkan polaritas sumber tegangan dan tegangan turun secara eksplisit, menggunakan simbol "+" dan "-", dan menggunakan kabel uji meter berkode warna (merah dan hitam). Jika voltmeter digital menunjukkan tegangan DC negatif, kita tahu bahwa kabel ujinya terhubung "mundur" ke tegangan (kabel merah terhubung ke "-" dan kabel hitam ke "+").

Baterai memiliki polaritas yang ditunjuk dengan cara simbologi intrinsik:sisi garis pendek baterai selalu sisi negatif (-) dan sisi garis panjang selalu positif (+):(Gambar di bawah)

Polaritas baterai konvensional.

Meskipun secara matematis benar untuk mewakili tegangan baterai sebagai angka negatif dengan tanda polaritas terbalik, itu akan jelas tidak konvensional:(Gambar di bawah)

Penandaan polaritas yang tidak biasa.

Menafsirkan notasi tersebut mungkin lebih mudah jika tanda polaritas "+" dan "-" dipandang sebagai titik referensi untuk kabel uji voltmeter, "+" berarti "merah" dan "-" berarti "hitam". Voltmeter yang terhubung ke baterai di atas dengan kabel merah ke terminal bawah dan kabel hitam ke terminal atas memang menunjukkan tegangan negatif (-6 volt).

Sebenarnya, bentuk notasi dan interpretasi ini tidak biasa seperti yang Anda kira:ini biasa ditemui dalam masalah analisis jaringan DC di mana tanda polaritas "+" dan "-" awalnya digambar menurut tebakan, dan kemudian ditafsirkan sebagai benar. atau "mundur" sesuai dengan tanda matematika dari angka yang dihitung.

Namun, di sirkuit AC, kami tidak berurusan dengan jumlah tegangan "negatif". Sebagai gantinya, kami menjelaskan sejauh mana satu tegangan membantu atau menentang yang lain dengan fase :pergeseran waktu antara dua bentuk gelombang. Kami tidak pernah menggambarkan tegangan AC sebagai tanda negatif, karena fasilitas notasi kutub memungkinkan vektor menunjuk ke arah yang berlawanan.

Jika satu tegangan AC secara langsung berlawanan dengan tegangan AC lainnya, kita cukup mengatakan bahwa yang satu berbeda fase 180o dengan yang lain.

Namun, tegangan relatif antara dua titik, dan kita memiliki pilihan bagaimana menghubungkan alat pengukur tegangan antara dua titik tersebut. Tanda matematis dari pembacaan voltmeter DC hanya memiliki arti dalam konteks koneksi kabel ujinya:terminal mana yang bersentuhan dengan kabel merah, dan terminal mana yang disentuh oleh kabel hitam.

Demikian pula, sudut fase tegangan AC hanya memiliki arti dalam konteks mengetahui mana dari dua titik yang dianggap sebagai titik "referensi". Karena fakta ini, tanda polaritas “+” dan “-” sering ditempatkan oleh terminal tegangan AC dalam diagram skematik untuk memberikan sudut fase yang dinyatakan sebagai kerangka acuan.

Pembacaan Voltmeter per Sambungan Test Lead

Mari kita tinjau prinsip-prinsip ini dengan beberapa bantuan grafis. Pertama, prinsip menghubungkan sambungan kabel uji dengan tanda matematis indikasi voltmeter DC:(Gambar di bawah)

Warna timah uji memberikan kerangka acuan untuk menafsirkan tanda (+ atau -) indikasi meteran.

Tanda matematis dari tampilan voltmeter DC digital hanya memiliki arti dalam konteks koneksi kabel ujinya. Pertimbangkan penggunaan voltmeter DC dalam menentukan apakah dua sumber tegangan DC saling membantu atau berlawanan, dengan asumsi bahwa kedua sumber tidak berlabel polaritasnya.

Menggunakan voltmeter untuk mengukur di sumber pertama:(Gambar di bawah)

(+) Pembacaan menunjukkan hitam adalah (-), merah adalah (+).

Pengukuran pertama +24 di seberang sumber tegangan sebelah kiri memberi tahu kita bahwa ujung hitam meteran benar-benar menyentuh sisi negatif dari sumber tegangan #1, dan ujung merah meteran benar-benar menyentuh positif. Jadi, kita tahu bahwa sumber #1 adalah baterai yang menghadap ke arah ini:(Gambar di bawah).

Sumber 24V terpolarisasi (-) ke (+).

Mengukur sumber tegangan lain yang tidak diketahui:(Gambar di bawah)

(-) Membaca menunjukkan hitam (+), merah (-).

Namun, pembacaan voltmeter kedua ini adalah negatif (-) 17 volt, yang memberi tahu kita bahwa kabel tes hitam sebenarnya menyentuh sisi positif dari sumber tegangan #2, sedangkan kabel tes merah sebenarnya menyentuh sisi negatifnya. Jadi, kita tahu bahwa sumber #2 adalah baterai yang menghadap berlawanan arah:(Gambar di bawah)

Sumber 17V terpolarisasi (+) ke (-)

Seharusnya jelas bagi setiap siswa listrik DC yang berpengalaman bahwa kedua baterai ini berlawanan satu sama lain. Menurut definisi, tegangan yang berlawanan kurangi dari satu sama lain, jadi kita kurangi 17 volt dari 24 volt untuk mendapatkan tegangan total pada keduanya:7 volt.

Namun, kita dapat menggambar dua sumber sebagai kotak yang tidak mencolok, diberi label dengan angka tegangan tepat yang diperoleh voltmeter, tanda polaritas yang menunjukkan penempatan kabel uji voltmeter:(Gambar di bawah)

Pembacaan voltmeter seperti yang dibaca dari meter.

Signifikansi Penandaan Polaritas

Menurut diagram ini, tanda polaritas (yang menunjukkan penempatan kabel uji meteran) menunjukkan sumber membantu satu sama lain. Menurut definisi, membantu sumber tegangan tambahkan satu sama lain untuk membentuk tegangan total, jadi kami menambahkan 24 volt ke -17 volt untuk mendapatkan 7 volt:masih merupakan jawaban yang benar.

Jika kita membiarkan tanda polaritas memandu keputusan kita untuk menambah atau mengurangi angka tegangan—apakah tanda polaritas tersebut mewakili benar polaritas atau hanya orientasi kabel uji meter—dan sertakan tanda matematis dari angka tegangan tersebut dalam perhitungan kami, hasilnya akan selalu benar.

Sekali lagi, tanda polaritas berfungsi sebagai kerangka referensi untuk menempatkan tanda-tanda matematika angka tegangan dalam konteks yang tepat.

Hal yang sama berlaku untuk tegangan AC, kecuali sudut fase pengganti tanda matematis . Untuk menghubungkan beberapa tegangan AC pada sudut fasa yang berbeda satu sama lain, kita memerlukan tanda polaritas untuk memberikan kerangka acuan untuk sudut fasa tegangan tersebut. (Gambar di bawah)

Ambil contoh rangkaian berikut:

Sudut fase menggantikan tanda ±.

Tanda polaritas menunjukkan kedua sumber tegangan ini saling membantu, jadi untuk menentukan tegangan total melintasi resistor kita harus menambahkan angka tegangan 10 V 0° dan 6 V 45° bersama-sama untuk mendapatkan 14,861 V 16,59°.

Namun, akan sangat dapat diterima untuk menyatakan sumber 6 volt sebagai 6 V 225 °, dengan rangkaian tanda polaritas terbalik, dan masih mencapai tegangan total yang sama:(Gambar di bawah)

Membalikkan kabel voltmeter pada sumber 6V akan mengubah sudut fase sebesar 180°.

6 V 45 ° dengan negatif di sebelah kiri dan positif di sebelah kanan persis sama dengan 6 V 225 ° dengan positif di kiri dan negatif di kanan:pembalikan tanda polaritas dengan sempurna melengkapi penambahan 180 ° ke penunjukan sudut fase:(Gambar di bawah)

Membalikkan polaritas menambahkan 180° ke sudut fase

Tidak seperti sumber tegangan DC, yang simbolnya secara intrinsik menentukan polaritas melalui garis pendek dan panjang, simbol tegangan AC tidak memiliki tanda polaritas intrinsik. Oleh karena itu, tanda polaritas apa pun harus dimasukkan sebagai simbol tambahan pada diagram, dan tidak ada satu cara yang "benar" untuk menempatkannya.

Namun, mereka harus berkorelasi dengan sudut fase yang diberikan untuk mewakili hubungan fase sebenarnya dari tegangan tersebut dengan tegangan lain di sirkuit.

TINJAUAN:

• Penandaan polaritas terkadang diberikan pada tegangan AC dalam skema rangkaian untuk memberikan kerangka acuan untuk sudut fasenya.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Analisis Jaringan AC