Bab iii meter arus bolak

BAB III
METER ARUS BOLAK-BALIK
3.1 PRINSIP METER AC

Beberapa jenis dari penggerak meter yang dapat digunakan
pada instrumen AC dapat dilihat pada tabel 3.1
Tabel 3.1
PENGGERAK METER
DC
AC
PENGGUNAANYA
Electrodynamometer
Yes
Yes
“Standards” meter, transfer
instrument, wattmeter, frequency
meter
Iron-vane
Yes
Yes
“Indicator” applications such as
in automobiles
Electrostatic
Yes
Yes
Measurement of high voltage
where very little current can be
supplied by the circuit being
measured.
Thermocouple
Yes
Yes
Measurement of radio frequency
ac signals.
D’Arsonval (PMMC)
Yes
Yes-with
rectifiers
Most widely used meter
movement for measuring direct
current or voltage and resistance
3.1.1
PENGGERAK METER D’ARSONVAL
MENGGUNAKAN PENYEARAH
SETENGAH GELOMBANG

Penggunaan meter penggerak D’Arsonval untuk mengukur
arus dan tegangan bolak-balik.

Untuk mengukur arus bolak-balik dengan penggerak meter
D’Arsonval, pertama-tama kita harus menyearahkan arus
bolak-balik
dengan
menggunakan
sebuah
diode
penyearah untuk menghasilkan aliran arus searah.

Beberapa jenis penyearah ; penyearah oksida tembaga
(CuO), diode tabung hampa, suatu semikonduktor atau
diode Kristal.

Rangkaian voltmeter DC dengan diode ditunjukkan pada
Gambar 3.1.
Gambar 3.1
Perubahan voltmeter DC mengukur tegangan AC
Selama setengah siklus negatip tidak konduk

Sensitivitas voltmeter DC adalah:
S
1
1

 1 k
V
I fs 1mA
3  1

Suatu pengali yang melipatkan 10 kali dari harga ini adalah
10 V, input DC akan menyebabkan penyimpangan skala
penuh dengan tepat saat dihubungkan dengan polaritas
yang ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Bias maju diode tidak akan berpengaruh pada operasi
rangkaian jika kita anggap sebagai diode ideal.

Bila inputnya 10 Vrms maka akan memberikan output DC
sebagai berikut:
E p  10Vrms 1,414  14,14V peak
3  2

Penggerak meter DC akan tanggap pada harga rata-rata
dari gelombang sinus AC di mana harga rata-rata sama
dengan 0,636 kali harga puncak.

Harga rata-rata untuk input tersebut adalah:
Eave  E p  0,636  14,14  0,636  8,99V

Harga rata-rata yang melampaui seluruh siklus adalah
setengah harga rata-rata dari 8,99 V atau sekitar 4,5 V.

Dengan demikian dapat dilihat bahwa tegangan input 10
Vrms akan menghasilkan tegangan DC 4,5 V.

Voltmeter AC tidak sensitif voltmeter DC, voltmeter AC yang
menggunakan penyearah setengah gelombang kira-kira
sensitivitasnya hanya 45% dari voltmeter DC.

Persamaan untuk menghitung harga resistor pengali sebagai
berikut:
Rs 

Edc
0,45Vrms
 Rm 
 Rm
I dc
I dc
3  3
Kita dapat mengambil kesimpulan dari pers. (3-3), untuk
penyearah setengah panjang gelombang, bahwa
S ac  0,45S dc
3  4a 

Contoh 3-1
Menghitung nilai multiplier resistor untuk range 10-Vrms ac
pada voltmeter ditunjukkan pada Gambar. 3-2 menggunakan:
(a). Menggunakan 3-1.
Gambar 3-2
(b). Menggunakan 3-4.
Voltmeter AC dengan penyearah
setengah gelombang
(c). Mengguinakan 3-3

Solusi:
Ada beberapa cara kita dapat menyelesaikan masalah:
a). Kita dapat menemukan pertama kali sensitivitas gerakan
meter.
1
1
S dc 

 1 k
V
I fs 1mA

Mengalikan sensitivitas dc dengan range dc memberi kita
resistansi total di mana kita kurangi dengan hambatan dari
gerakan meter sebagai:
Rs  S dc  Rangedc  Rm
1k 0,45 Erms

 Rm
V
1
1k 4,5V
Rs 

 300  4,2k
V
1
Rs 
(b). Kita juga dapat mencari sensitivitas ac untuk penyearah
setengah gelombang:
S ac  0,45S dc  0,45 
1 45

I fs
V
Maka dapat dikatakan:
Rs  S ac  Rangeac  Rm
Rs 
450 10V

 300
V
1
(c). Jika kita tidak memiliki kepentingan dalam sensitivitas,
kita dapat menggunakan Persamaan. 3-3
Rs 
0,45 Erms
 Rm
I fs
0,45 10Vrms
 300
1mA
4,5V
Rs 
 300  4,2k
1mA
Rs 

Voltmeter AC yang menggunakan penyearah setengah
gelombang menjadikan kita untuk menambahkan diode
dan shunt seperti ditunjukkan pada Gambar 3.3.

Diode ganda ini dibuat dalam kemasan tunggal yang
secara umum disebut dengan suatu penyearah instrumen.
Gambar 3-3
Rangkaian penyearah setengah gelombang
(Jenis lain)

Penambahan diode D2 dibias mundur pada setengah
gelombang positip dan sebenarnya tidak mempunyai
pengaruh terhadap kerja rangkaian pada setengah
gelombang negatip, D2 dibias maju dan memberikan
lintasan yang bergantian pada kebocoran arus saat dibias
mundur yang pada keadaan normal mengalir melewati
penggerak meter dan diode D1.

Tujuan dari resistor shunt Rsh adalah untuk menaikkan arus
yang melewati D1 selama setengah siklus positip sehingga
diode beroperasi pada ukuran yang lebih linier dari kurva
karakteristik.

Resistor shunt memperbaiki kelinieran meter pada batas ukur
tegangan rendah AC dan menghasilkan sensitivitas AC yang
lebih baik.

Contoh 3-2
Menggunakan kurva E – I, diode dalam rangkaian pada
gambar 3-4, ditentukan untuk memiliki resistansi statis 1k dengan
skala penuh saat difleksi 100 A saat melewatinya. Menghitung
nilai resistor multiplier dengan menggunakan nilai Rd di deteksi
skala penuh. Hitunglah resistansi diode dengan arus 20 A dan nilai
tegangan input yang menyebabkan arus yang mengalis 20 A.
Gambar 3-4
Rangkaian dan kurva E - I

Solusi:
Nilai multiplier resistor dapat ditemukan dengan
0,45 Erms
Rs 
 Rm  Rd 
I dc
Rs  4,5k  1,2k  3,3k

Resistansi statis dioda pada 20 A adalah
Rd 

Ed 0,04V

 2k
Id
20 A
Total resistansi dari rangkaian tersebut sekarang adalah
RT  Rs  Rd  Rm
RT  3,3k  2k  0,2k  5,5k

Tegangan input yang akan menyebabkan arus 20 A adalah
Ein  I in  RT  20 A  5,5k  0,11V

Jika resistansi dioda tidak berubah, tegangan input yang akan
menyebabkan arus yang mengalir 20 A akan sama dengan
0,09 V; Oleh karena itu kesalahan sekarang ada sekitar 22%.
3.1.2
PENGGERAK METER D”ARSONVAL
MENGGUNAKAN PENYEARAH
GELOMBANG PENUH

Pada voltmeter AC lebih sering menggunakan penyearah
gelombang penuh.

Mempunyai sensitivitas lebih tinggi.

Paling banyak digunakan pada penyearah gelombang
penuh adalah penyearah jenis jembatan, lihat Gambar 3.5
Gambar 3-5
Penyearah jembatan penuh digunakan pada rangkaian voltmeter AC

Selama setengah siklus positip, arus mengalir melalui diode
D2, melalui penggerak meter dari positip menuju negatip,
dan melewati D3.

Polaritas dalam rangkaian pada transformer sekunder
adalah untuk setengah siklus positip.

Selama arus mengalir melalui penggerak meter penunjuk
menjadi lebih besar dari pada menggunakan penyearah
setengah gelombang saat arus dialirikan hanya pada setiap
setengah siklus lainnya, atau jika penyimpangan tetap sama
maka instrumen yang menggunakan penyearah gelombang
penuh akan memiliki sensitivitas yang lebih besar.
Gambar 3.6
Voltmeter AC menggunakan penyearah gelombang penuh

Bedasarkan rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 3.6.
Harga puncak dari sinyal 10 Vrms dihitung dengan penyearah
setengah gelombang sebagai berikut:
E p  1,414 10Vrms  14,14V peak

Tegangan rata-rata atau DC, harga dari pulsa gelombang
sinus adalah:
Eave  0,636 E p  9V

Dari hasil perhitungan tersebut kita melihat
tegangan 10 Vrms adalah sama dengan 9 Vdc.
bahwa

Saat menggunakan penyearah gelombang
penunjuk akan menyimpang 90% dari skala penuh.
penuh,

Berarti bahwa sebuah voltmeter AC yang menggunakan
penyearah gelombang penuh mempunyai sensitivitas yang
sama dengan 90% dari sensitivitas DC.

Dapat dirumuskan sebagai berikut:
S ac  0,9 S dc
3  4b 

Catatan:
Voltmeter yang menggunakan penyearah setengah
gelombang atau gelombang penuh hanya cocok untuk
pengukuran gelombang AC sinusoidal.

Contoh: 3-3
Menghitung nilai resistor multiplier untuk range 10 Vrms AC
pada voltmeter pada Gambar. 3-7.
Figure 3-7
Sirkuit AC Voltmeter menggunakan
penyearah gelombang penuh

Solusi:
Sensitivitas dc adalah
1
1
S dc 

 1 k
V
I fs 1mA

Sensitivitas ac adalah 90% dari sensitivitas dc:
S ac  0,9 S dc  0,9 1 k

V
 900 
V
Multiplier resistor dapat ditemukan sama dengan
Rs  S ac  Range  Rm
Rs 
900
10Vrms  500  8,5k
V
TUGAS 1.
METER ARUS DC
1.
Menghitung tegangan jatuh dipergunakan di sebuah gerakan meter
d’Arsonval memiliki resistansi internal 850  dan defleksi skala penuh
urrent 100 A.
2.
Pembacaan tegangan diambil pada resistansi 6 k pada rangkaian
Gambar. 1. Sebuah voltmeter dengan sensitivitas 10 k / V yang akan
digunakan. Jika alat tersebut memiliki range; 1 V, 5 V, 10 V, dan 100 V,
Berapa yang paling range sensitivitas yang dapat digunakan untuk
mendapatkan pembacaan yang memiliki kesalahan kurang dari 3%
karena pemuatan voltmeter?
METER ARUS AC
1.
Arus melalui gerakan meter adalah 150 Apeak. Berapa nilai dc jika
instrumen pengguna penyearah setengah gelombang.
2.
Sebuah d'gerakan meter Arsonval membelokkan ke 0,8 mA. Berapa
nilai puncak arus bolak-balik jika instrumen menggunakan penyearah
gelombang penuh.
3.
Hitung sensitivitas ac dan dc dan nilai resistor multiplier diperlukan
untuk membatasi arus ke defleksi skala penuh di sirkuit pada Gambar. 1.
dimana ; RD1 = 300 , RD2 = 300 , Rsh = 250 , Ifs = 1 mA, Rm = 250
, input tegangan Em = 20 Vrms.
Gambar 1