Keadaan Tidak Seimbang

BAB I
PENDAHULUAN

1.1     Latar Belakang

Arus bolak –balik adalah arus listrik dimana besarnya dan arahnya arus berubah – ubah secara bolak – balik . Berdeda dengan arus searah dimana arah arus yang mengalir tidak berubah – ubah dengan waktu. Secara umum listrik bolak – balik berarti penyaluran listrik dari sumber yang kerumah –rumah penduduk . Namun ada pula contoh lain seperti sinyal-sinyal radio atau audio yang disalurkan melalui kabel , yang juga merupakan listrik arus bolak – balik

Rangkaian jembatan adalah rangkaian pasif yang digunakan untuk mengukur impedansi dengan teknik penyesuaian potensial. Dalam rangkaian ini, seperangkat impedansi yang telah diketahui secara akurat diatur nilaianya dalam hubungannya terhadap satu yang belum diketahui sampai suatu kondisi yang ada dimana perbedaan potensial antara dua titik dalam rangkaian adalah nol, yaitu setimbang. Kondisi ini menetapkan sebuah persamaan yang digunakan untuk menemukan impedansi yang tidak diketahui berkenaan dengan nilai-nilai yang diketahui.

rangkaian jembatan dikatakan seimbang apabila arus yang mengalir pada cabang yang menghubungkan dua lengan dari jembatan tersebut sama dengan nol ampere. Jembatan Maxwell,. Jenis jembatan ini digunakan untuk menghitung induktansi dan juga dapat menghitung suatu resistansi yang diseri dengan induktor dimana resistansi seri ini memiliki nilai yang relatif besar dengan reaktansi induktif dari induktor (XL = ωL). Jembatan Maxwell digunakan untuk mengukur induktansi yang belum diketahui dengan membandingkan terhadap kapasitansi yang diketahui.

Jembatan Arus AC

1

1.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah yang terdapat pada makalah ini yaitu:

1.   Bagaimana keadaan tidak seimbang pada jembatan arus bolak balik?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan pembuatan makalah ini yaitu:

1.      Untuk mengetahui keadaan tidak seimbang pada jembatan arus bolak balik.

Jembatan Arus AC

2

BAB II
PEMBAHASAN

2.1   Rangkaian Jembatan AC

Rangkaian jembatan adalah rangkaian pasif yang digunakan untuk mengukur impedansi dengan teknik penyesuaian potensial. Dalam rangkaian ini, seperangkat impedansi yang telah diketahui secara akurat diatur nilaianya dalam hubungannya terhadap satu yang belum diketahui sampai suatu kondisi yang ada dimana perbedaan potensial antara dua titik dalam rangkaian adalah nol, yaitu setimbang. Kondisi ini menetapkan sebuah persamaan yang digunakan untuk menemukan impedansi yang tidak diketahui berkenaan dengan nilai-nilai yang diketahui.

Bila kita ingin mengukur harga induktansi dan kapasitansi,maka metode yang mudah dan baik adalah menggunakan jembatan arus bolak balik (AC bridge). Jembatan AC ini hampir sama dengan jembatan DC (wheatstone), tetapi menggunakan sumber AC dengan fekuensi tertentu. Bentuk rangkaiannya dapat dilihat pada gambar berikut ini:

Dalam keeadaan seimbang jembatan arus bolak balik dapat dirumuskan sebagai:

₁ =  ₂

_{1  1} = _{2  2}

Jembatan Arus AC

3

1 ⁼ 3 ⁼        _{1 +  3}

2 ⁼ 4 ⁼ _{2 +                      4}

Keterangan:

E            = Sumber tegangan

Z1...Z4  = impedansi masing –masing cabang

I1...I4   =Arus yang melalui impedansi Z1...Z4

E1...E4  = Jatuh yegangan pada impedansi Z1...Z4

Dari persamaan tersebut diatas dapat diperoleh persamaan sebagai berikut:

Untuk syarat keseimbangan, maka tidak hanya memperhatikan besarannya saja, tetapi juga sudut fasanya.persyaratan kesetimbangan jembatan memerlukan bahwa beda potensial dari A ke C adalah 0. Ini akan terjadi bila penurunan tegangan dari B ke A sama dengan penurunan tegangan dari B ke C untuk besar (magnitudo) dan fasa.

Nilai suatu tahanan dapat diketahui rangkaian jembatan DC dalam hal mana pada kondisi setimbang dicapai apabila:

Rx = R3 (R2 / R1)

Nilai capasitansi dan induktansi juga dpt ditentukan dengan cara yang sama dengan rangkaian jembatan AC dimana sbg sumber digunakan AC dan galvanometer diganti dengan detektor nol (vibration galvano meter).

Kondisi setimbang pada jembatan AC yaitu apabila E pada A-C sama dgn nol, dan ini terpenuhi kalau tegangan antara B-A sama dengan B-C baik dalam amplitudu maupun dalam fasenya. Dalam notasi kompleks dapat dituliskan:

EB-A = EB-C	atauI1  x Z1  = I2 x Z2
Jembatan Arus AC	4

Dimana arus maupun impedansi dalam bilangan kopleks

Agar arus detektor nol (kondisi setimbang) maka

I1  =   E / (Z1 + Z2)     I2  =    E / (Z3 + Z4)

Sehingga diperoleh:

Z1  Z4   =    Z2  Z3

jika menggunakan admitansi sebagai pengganti impedansi maka :

Y1  Y4   =   Y2  Y3

Karena fase juga harus setimbang dan untuk	impedansi komplek ditulis:
Z1 = Z1 e jθ1  = Z1< θ1	maka :

Z1< θ1  Z4< θ4   =     Z2< θ2  Z3< θ3  atau

Z1 Z4  < θ1 + θ4 =     Z2  Z3 < θ2 + θ3

Jadi ada dua kondisi setimbang, yaitu

a.      Z1  Z4   =  Z2  Z3

perkalian nilai Z dari lengan yang saling berhadapan harus sama, dan

b.   < θ1 + < θ4    =    < θ2 + < θ3

penjumlahan sudut fasa dari lengan yang saling berhadapan harus sama.

2.2     Kondisi tidak seimbang

Perhatikan gambar berikut:

Bila rangkaian dalam keadaan setimbang, maka:

Kondisi seimbang diatas dapat ditinjau dari dua yaitu besaran dan fasanya.

Besaran:

Fasa:

Terlihat dari perhitungan diatas,meskipun besarannya seimbang, tetapi jumlahan kedua sudut fasanya tidak sama, bahkan berlawanan. Oleh sebab itu rangkaian jembatan ini selamanya tidak akan pernah mencapai kondisi seimbang karena Z1 dan Z4 bersifat induktif, sehingga jumlahan kedua fasanya selalu positif. Sedang Z3 selalu resitif (θ =0^o) dan Z2 adalah kapasitif murni (θ = -90^o), sehingga jumlahan kedua fasanya selalu negatif (bahkan selalu -90^o).

Apabila jembatannya tidak seimbang, maka impedansi total harus dihitung dengan cara menggunakan konversi/transformasi rangkaian -Y (delta to wye). Atau alternatifnya, rangkaian dianalisa menggunakan analisa mesh atau node.

Beberapa macam rangkaian jembatan yang banyak digunakan dalam rangkaian elektronik, digunakan untuk menghitung nilai induktor dan kapasitor. Sama seperti rangkaian jembatan yang dibentuk dari resistor-resistor, rangkaian jembatan yang akan kita bahas juga menggunakan resistor variabel yang presisi serta jarum galvanometer yang sensitif yang digunakan untuk mengetahui apakah rangkaian sudah dalam kondisi seimbang. Namun pembahasan kita kali ini tidak lagi menggunakan sumber DC (seperti pada jembatan Wheatstone), rangkaian jembatan yang akan dibahas menggunakan sumber AC dengan frekuensi tertentu (biasanya 1 kHz). Begitu rangkaian jembatan seimbang, kita dapat menghitung nilai induktansi dan kapasitansi dengan mudah menggunakan persamaan Jembatan. Beberapa instrumen pengukuran sudah dilengkapi dengan display hasil pengukuran, jadi kita bisa langsung membaca hasilnya tanpa melakukan perhitungan. Banyak instrumentasi ukur menggunakan rangkaian jembatan yang bermacam-macam jenisnya untuk menghitung beberapa jenis impedansi.

Jembatan Arus AC

6

BAB III

         PENUTUP

3.1 Kesimpulan

1.      Rangkaian jembatan adalah rangkaian pasif yang digunakan untuk mengukur impedansi dengan teknik penyesuaian potensial.

2.      Apabila jembatannya tidak seimbang, maka impedansi total harus dihitung

dengan cara menggunakan konversi/transformasi rangkaian -Y (delta to wye). Atau alternatifnya, rangkaian dianalisa menggunakan analisa mesh atau node.

3.   Kondisi seimbang diatas dapat ditinjau dari dua yaitu besaran dan fasanya.

Jembatan Arus AC

7