DASAR ELEKTROMEKANIK

DASAR ELEKTROMEKANIK
Konversi Energi Elektromekanik
Konversi energi listrik menjadi energi mekanik (motor) dan sebaliknya dari energi
meknaik menjadi energi listrik (generator) berlangsung melalui medium medan magnet.
Energi yang akan dibah dari satu ke lain sitem, sementara akan tersimpan pada medium
medan magnet untuk kemudian dilepaskan menjadi energi system lainnya. Dengan
demikian medan magnet di sini selain berfungsi sebagai tempat penyimpanan energi juga
sekaligus sebagai medium untuk mengkopel proses perubahan energi.
Gaya Gerak Listrik
Apabila sebuah konduktor digerakkan tegak lurus sejauh ds memotong suatu medan
magnet dengan kerapanan fluks B, maka perubahan fluks pada konduktor dengan panjang
efektif l ialah:
d  B l d s
(1)
Dari hokum Faraday diketahui gaya gerak listrik (ggl) adalah
e
d
dt

Bl ds
dt
(2)
Karena ds/dt adalah kecepatan (v), maka
e Bl v
(3)
v
U
B
S
Gambar 1. Arah gaya gerak listrik
Arah gaya gerak listrik (lihat Gambar 1) ini ditentukan oleh aturan tangan kanan, dengan
jempol, telunjuk dan jari tengah ang saling tegak lurus menunjukkan masing-masing arah
v, B dan e. Bila konduktor tersebut dihubungkan dengan beban, seperti suatu tahanan,
maka pada konduktor tersebut mengalir arus yang menjauhi kita dan digambarkan
dengan lambing ujung belakang anak panah (). Sedangkan arus yang mendekati kita
digambarkan denganlabang ujung depan anak panah.
Persamaan e = Blv dapat diartikan bahwa apabila dalam medium medan magnet
diberikan energi mekanik (untuk menghasilkan kecepatan v), maka akan dibangkitkan
energi listrik (e); dan ini merupakan prinsip dasar sebuah generator.
Kopel
Arus listrik I yang dialirkan di dalam suatu medan magnet dengan kerapatan fluks B
(lihat Gambar 2) akan menghasilkan suatu gaya F sebesar
F=BIl
(4)
U
B
S
F
Gambar 2. Gaya yang dihasilkan oleh aliran arus listrik di dalam medan magnet
Persamaan (4) di atas merupakan prinsip sebuah motor, di mana terjadi proses perubahan
energi listrik (I) menjadi energi mekanik (F). Bila jari-jari rotor adalah r, kopel yang akan
dibangkitkan adalah:
T = F r = B I l r
(5)
Pada saat F dibangkitkan, konduktor bergerak di dalam medan magnet dan seperti
diketahui akan meinmbulkan gaya gerak listrik yang merupakan reaksi (lawan) terhadap
tegangan penyebannya. Agar proses konversi energi listrik menjadi energi mekanik
(motor) dapat berlangsung, tegangan sumber harus lebih besar dari gaya gerak listrik
lawan.
Seperti telah dijelaskan di muka, bila suatu gerak konduktor di dalam medan magnet akan
membangkitkan tegangan e = B I l ; dan bila dihubungkan dengan beban, menglirlah arus
listrik (I) pada konduktor atau energi mekanik berubah menjadi energi listrik (generator).
Arus listrik (I) yang mengalir pada konduktor tadi merupakan medan magnet pula dan
akan berintegrasi dengan medan magnet yang telah ada (B). Interaksi medan magnet
merupakan gaya reaksi (lawan) terhadap gerak mekanik yang diberikan. Agar konversi
energi mekanik ke energi listrik dapat berlangsung, energi mekanik yang diberikan
haruslah lebih besar dari gaya reaksi tadi.
Mesin Dinamik Elementer
Mesin dinamik terdiri dari bagian yang berputar disebut rotor dan bagian yang diam
disabut stator. Di anatara rotor dan stator terdapat celah udara. Pada Gambar 3(a) stator
yang merupakan kumparan medan yang berbentuk kutub sepatu dan rotor yang
merupakan kumparan jangkar dengan belitan konduktor (kumparan) seperti pada Gambar
3(b) saling dihubungkan. Kumparan yang terletak pada setiap alur rotor tersebut perlu
saling dihubungkan ujungnya untuk mendapatkan tegangan induksi (ggl) yang lebih besar.
Pasangan kumparan a -a (Gambar 3(a)) merupakan dua konduktor a dan –a tersebut bila
diputar dengan arah berlawanan jarum jam akan membangkitkan tegangan yang arahnya
mendekati kita pada konduktor a dan menjauhi kita pada konduktor –a. Dengan demikian
tegangan yang dibangkitkan berubah-ubah arah setiap setengah putaran, sehingga
merupakan tegangan bolak-balik (AC).
e = Emaks sin ( t)
(6)
Stator
U
S
.
a
l
-a
Jangkar
(rotor)
(a)
(b)
Gambar 3. Pasangan kumparan medan dan kumparan jangkar
Untuk mendapatkan tegangan searah (DC) deperlukan penyearah yang disebut komutator
dan sikat, lihat Gambar 4(a) dan 4(b).
Berbeda dari mesin arus searah, kumparan medan mesin sinkron terdapat pada bagian
yang berputar (rotor), sedang kumparan jangkarnya merupakan bagian yang diam (stator).
Arus medan dialirkan ke rotor melalui cincin.
i
R
e
r
B

2
l
(a)
(b)
Gambar 4. Aliran arus listrik dan cara mendapatkan tegangan DC
Kumparan medan msein sinkron, dapat berbentuk seperti kutub sepatu (salient) dan
berbentuk silinder. Mesin induksi (asinkron) mempunyai kumparan jangkar pada stator,
dan karena mesin ini menggunakan prinsip imbas electromagnet maka padanya tidak
terdapat kumparan medan.
Pustaka:
Zuhal. 1991. Dasar Tenaga Listrik. Penerbit ITB, Bandung.