Mesin Listrik 2

Mesin Listrik 2
Medan Listrik dan Medan Magnet
Medan listrik
 Gaya listrik per satuan muatan
 Sebagai akibat beda potensial antara dua muatan titik
 Magnitudenya ditentukan oleh tegangan listrik yang ada
Medan magnet
– Kawasan disekitar sebuah penghantar
yang dilalui arus
– Besarnya ditentukan oleh besar arus
yang mengalir
Hukum Faraday :
Apabila penghantar listrik dilalui oleh medan magnet yang berubah-ubah,
maka pada penghantar tersebut akan timbul emf/ggl
Hukum induksi magnetik Faraday :
emf yang dihasilkan rangkaian listrik tertutup sama dengan rata-rata
perubahan gaya fluks.
Gaya fluks (ф) = Nф
dengan : N adalah jumlah putaran pada koil dan ф adalah fluks yang
menghubungkannya. Pada banyak kasus, fluks ф tidak berkaitan
dengan semua putaran dan semua putaran tidak berkaitan dengan
fluks yang sama. Pada kondisi ini, penjumlahan semua fluks
magnetik dengan putaran rangkaian magnetik menghasilkan nilai
total jaringan fluks ф.
Total fluks sebesar :
n
  N 11  N 2 2  .......  N n n   N k  k
k 1
dengan Nk adalah jumlah putaran yang terhubung dengan
fluks фk.
Apabila terdapat perubahan nilai fluks pada koil, muncul
emf yang dihasilkan di dalamnya dengan nilai sebesar:
d
e
dt
Perubahan fluks dapat disebabkan oleh 3 hal.
–
–
–
Koil tidak berubah terhadap fluks dan magnitudo fluks
berubah terhadap waktu.
Fluks tidak berubah terhadap waktu dan koil bergerak
pada fluks tersebut.
Kedua perubahan yang disebutkan di atas muncul
bersamaan, artinya koil bergerak dalam waktu yang terus
berjalan.
• Koil yang tidak berubah dan fluks yang berubah terhadap
waktu, dihasilkan emf transformator (pulsasional). Karena tidak
ada gerakan yang terjadi, maka tidak ada konversi energi dan
proses yang sebenarnya terjadi adalah transfer energi. Prinsip
ini digunakan pada transformator yang menggunakan koil
tetap dan fluks yang berubah terhadap waktu untuk transfer
energi dari suatu level ke level lainnya.
• Pengaruh fluks dapat digunakan untuk menggambarkan emf
yang dihasilkan pada konduktor yang bergerak pada medan
stasioner yang konstan. Emf yang dibangkitkan pada konduktor
yang bergerak dengan sudut yang tepat, seragam, stasioner
diperoleh dengan:
e = – Blv
dengan : B = kerapatan fluks, (Wb/m2 )
l = panjang konduktor (m)
v = kecepatan (m/s)
Emf yang dibangkitkan disebut dengan emf gerak karena
dihasilkan dari pergerakan konduktor. Karena gerakan ikut
berperan dalam membangkitkan emf ini, proses ini
melibatkan konversi energi elektromagnetik. Prinsip ini
dimanfaatkan pada mesin putar seperti mesin DC dan mesin
sinkron.
• Konduktor atau koil bergerak sepanjang medan
magnetik stasioner yang berubah terhadap waktu
(fluks). Proses ini meliputi transfer energi dan
konversi energi. Prinsip ini digunakan pada mesin
putar.
Hukum Ampere
Hubungan antara arus i dan medan magnet B dapat
didefinisikan sebagai :
 
 B.d l   0i
 dl
dengan
adalah keliling lingkaran, maka persamaan
di atas dapat ditulis menjadi :
B2r    0i
 0i
B
2r
Medan Magnet di Sekitar Sebuah Kawat Yang Panjang
Garis-garis B untuk sebuah kawat silinder lurus yang
panjang yang dialiri arus i merupakan lingkaran-lingkaran
konsentris yang berpusat pada sumbu kawat dan B pada
suatu jarak r dari sumbu adalah :
 0i
B
2r
Dua Penghantar Yang Sejajar
Gaya F per satuan panjang l pada konduktor yang
dialiri arus i2 adalah :
 0i1
F
 i 2 B1  i 2
l
2r
Medan Magnet pada Sebuah Solenoida
Solenoida adalah suatu lilitan kawat atau kumparan
yang rapat, seperti yang ditunjukkan dalam gambar di
bawah ini :
Medan magnet B untuk sebuah solenoida diberikan
oleh :
B   0i 0 n
Dapat juga didefinisikan fluks ФB untuk medan
magnet B sebagai :
B 
 B.dS
Sebuah toroida yang dapat digambarkan sebagai
sebuah solenoida yang dibengkokkan
 0i 0 N
B
2r
Hukum Biot-Savart
Menurut hukum Biot-Savart, maka besarnya dB
adalah diberikan oleh :
 0i dl sin 
dB 
2
4
r
B
 dB
Hukum Biot Savart.
Nilai gaya yang dihasilkan berdasarkan interaksi antara medan
magnet dan arus yang mengalir pada konduktor.
Gaya elektromagnetik diperoleh dengan:
F = Bli sin α
(Newton)
dengan : B = kerapatan fluks, Wb/m2 (T)
l = panjang konduktor, m
i = arus yang mengalir pada konduktor, A
α = sudut antara arah arus dengan arah medan magnet
• Arah gaya yang dihasilkan tegak lurus
dengan arus dan medan magnet.
• Pada mesin listrik, medan magnet
bersifat radial pada celah udara,
artinya konduktor dan medan magnet
tegak lurus satu sama lain dan α = 90o.
sehingga
F = Bli
Referensi :
1. Cachran, P.L., 1989, Polyphase Induction Motors, marcel Dekker, Inc, New
York
2. Fitzgerald, A.E., 1992, Mesin-mesin Listrik, Erlangga, Jakarta
3. stigant, s.A., 1976, The J & P Transformer Book, 10th Edition, NewnesButterworths, London
4. Tarboux, 1949, Alternating Current Machinery, first edition , The haddon
Craftsmen, Inc, pennsylvania