Penjumlahan Vektor dan Superposisi Tegangan AC: Panduan Praktis

Vektor berperilaku seperti angka pada garis bilangan: mereka dapat ditambah, dikurangi, dikalikan, dan dibagi. Operasi yang paling intuitif adalah penjumlahan, dan artikel ini memandu Anda melalui langkah demi langkahnya, menggunakan vektor geometris dan sumber tegangan arus bolak-balik (AC).

Ketika dua vektor memiliki arah yang sama (yaitu, sudut mereka cocok), magnitudo mereka cukup bertambah, sama seperti dengan skalar:

Dalam istilah listrik, menghubungkan dua sumber tegangan AC yang memiliki sudut fasa yang sama secara seri menghasilkan tegangan gabungan sama dengan jumlah tegangan individu—tepat seperti yang Anda harapkan saat Anda menyambung baterai DC beruntun:

Meskipun AC tidak memiliki polaritas permanen seperti DC, simbol (+) dan (–) pada kawat menunjukkan bagaimana sudut fasa setiap sumber dirujuk. Tanda-tanda ini penting untuk penambahan atau pengurangan tegangan yang benar, poin yang menjadi lebih jelas dalam contoh selanjutnya.

Ketika dua vektor berarah berlawanan—180° di luar fasa—magnitudo mereka dikurangi, mencerminkan pengurangan skalar positif dan negatif:

Secara analog, dua sumber AC yang berlawanan dalam seri akan menghasilkan tegangan bersih yang merupakan selisih keduanya, mirip dengan dua baterai DC yang disambungkan berbalik:

Menentukan apakah dua sumber AC saling menentang memerlukan pemeriksaan baik tanda polaritas mereka dan sudut fasa mereka. Dalam diagram di atas, sumber 6 V menunjukkan – ke +, dan sumber 8 V menunjukkan – ke +, yang menunjukkan susunan aditif dalam DC. Namun, karena satu sumber berada pada 0° dan yang lain pada 180°, mereka sebenarnya saling menentang, menghasilkan tegangan bersih hanya 2 V.

Membalik sambungan kawat pada sumber 8 V (secara efektif memutar fasa-nya sebesar 180°) menghasilkan tegangan bersih yang sama, tetapi dengan tanda polaritas yang dibalik. Fisika yang mendasari tetap tidak berubah: kedua tegangan masih mengurangi.

Dalam semua kasus, tegangan hasil dapat diekspresikan dalam dua bentuk yang ekuivalen: atau 2 V pada 180° dengan simbol (–) di kiri dan (+) di kanan, atau 2 V pada 0° dengan (+) di kiri dan (–) di kanan. Pembalikan kawat pada sumber AC secara matematis identik dengan pergeseran fasa 180°.

Dua cara untuk merepresentasikan tegangan hasil yang sama.

Untuk latihan lebih lanjut, lihat lembar kerja berikut:

• Lembar Kerja Fasa AC
• Lembar Kerja Analisis Jaringan AC