Dasar Konversi Energi Elektromagnet

Dasar Konversi Energi Elektromagnet

Prinsip Dasar• Suatu konduktor yang mengalirkan

listrik akan menghasilkan medan magnet di sekitar konduktor tersebut

• Medan magnet yang berubah terhadap waktu akan menginduksikan tegangan pada suatu belitan kumparan (Prinsip Kerja Transformator)

• Suatu konduktor yang digerakkan memotong medan magnet akan membangkitkan tegangan induksi pada konduktor tersebut (Prinsip Kerja Generator)

• Suatu konduktor beraliran listrik bila berada dalam medan magnet akan menimbulkan gaya pada konduktor tersebut (Prinsip Kerja Motor)

Medan Magnet dan Medan Listrik

• Apabila suatu konduktor mengalirkan listrik akan menghasilkan medan magnet di sekitar konduktor tersebut

• Medan magnet memiliki arah, kerapatan dan intensitas yang digambarkan sebagai “Fluks” yang dinyatakan dengan simbol = fluks (weber)

• Kerapatan medan magnet dinyatakan dengan kerapatan fluks dan mempunyai simbolB = kerapatan fluks (wb/m2)

• Intensitas medan magnet disebut sebagai kuat medan dan dinyatakan dengan simbolH = kuat medan magnet (A/m)

• Besarnya kerapatan fluks dinyatakan dalam rumus :

B = µ.Hdi mana : µ = permeabilitas (H/m)• Permeabilitas pada ruang bebas (udara)

dinyatakan sebagai µo = 4Π x 10-7 H/m

• Besarnya kerapatan fluks : =∫ B.dA

di mana dA = unsur luas

• Gambar 1

• Untuk gambar di atas berlaku hubungan yang dinyatakan dengan HUKUM AMPERE sebagai berikut

N.i = H.ldi mana : N = jumlah lilitan

i = arus listrik (A) H = kuat medan (A/m) l = panjang jalur (m)

Induksi Tegangan• Pada gambar 1, medan magnet atau fluks

yang berubah-ubah menimbulkan gaya gerak listrik ggl sebesar :

di mana : = N. disebut fluks linkage

dt

d

dt

dNe

Terjadinya perubahan fluks akibat :• Perubahan fungsi waktu (t) akibat

arus bolak-balik yang berbentuk sinusoid

• Fungsi putaran akibat perputaran rotor pada mesin dinamis

Contoh Soal.Suatu belitan dengan tahanan 200 ohm ditempatkan dalam suatu medan magnet, fluks mula-mula sebesar 1 mWb dan fluks akhir sebesar 0,4 mWb. Belitan memiliki 100 lilitan dan suatu galvanometer yang bertahanan 400 ohm diseri dengan belitan. Cari ggl induksi rata-rata dan arus yang disebabkannya jika belitan digerakkan dalam medan magnet selama 1/20 detik.

PemecahanDiketahui :

o = 1 m Wb

t = 0,4 m Wb

d = 1-0,4 = 0,6 m Wb dt = 1/20 detik N = 100 Ditanya : a. e b. i

Jawab : a. e = N d dt = 100 x 0,6 x 10-3 = 1,2 volt 1/20 b. I = e R = 1,2 = 2 mA (400+200)

Konsep Rangkaian Magnet• Gambar 2 Toroid

• Pada gambar di atas, i menghasilkan medan magnet yang sebanding dengan jumlah lilitan N.

• Medan magnet menghasilkan gaya gerak magnet ggm yang disebut juga Ampere turn dan dinyatakan dengan notasi :

F = N.i• Pada solenoid :

F = N.i.l

• ggm adalah potensial magnet yang menggerakkan fluks di sekitar cincin toroid.

• Besarnya fluks : = F R = F

R • Seperti juga tahanan pada rangkaian listrik,

reluktansi berbanding lurus dengan panjang dan berbanding terbalik dengan penampang :

R = l dan µ = µo. µr µ.A

• Terdapat analogi antara rangkaian listrik dan rangkaian magnet :• Pada rangkaian magnet :

R = F = l µ.A

• Pada rangkaian listrik :R = V = l i σA

Analogi Rangkaian Magnet dan Rangkaian Listrik

Gaya Gerak Magnet F Gaya Gerak Listrik EFluks Arus Listrik IReluktansi R Tahanan RKerapatan Fluks B Kerapatan Arus I/AKuat Medan H Intensitas Medan €Permeabilitas µ Konduktivitas σ

Contoh SoalInti udara solenoid memiliki jari-jari 1 cm dan panjang 1 m mempunyai induksi 0,2 mH. Hitunglah jumlah kumparan solenoid apabila

µr = Π x 10-4 H/m

µo = 4Π x 10-7 H/m Pada solenoid, induktansi L = N dan ggm F =

N.i.l i

PenyelesaianDiketahui : L = 0,2 mH µr = Π x 10-4 H/m µo = 4Π x 10-7 H/m

r = 1 mDitanya : NJawab :

Dari R = F = l µA Didapatkan : = F. µ.A

l

= F. µ.A = N.i.l. µo.µr. A l lDapat ditulis : = N.i.l l /A µo.µrMaka :L = N. = N N.i.l i i l /A µo.µrL = N2.A.µo.µrN2 = L N2.A.µo.µr

N2 = 0,2x10-3

Π(1)2 4Πx10-7x Πx10-4

N = 710 lilitan