Bab II Dasar Elektromagnet a.simanjuntak

7/25/2019 Bab II Dasar Elektromagnet a.simanjuntak

1/6

BAB II

DASAR ELEKTROMAGNET

Deskripsi Singkat

Pada bab ini akan diuraikan mengenai dasar elektromagnet yang meliputi: medan magnet, medan

listrik, induksi tegangan.

Kompetensi Dasar:

Setelah mempelajari bab ini diharapkan anda dapat menjelaskan dasar elektromagnet.

Indikator:

1. Menjelaskan dasar-dasar medan magnet dan medan listrik.2. Menjelaskan prinsip-prinsip timbulnya gaya gerak listrik.

II.1 Medan Magnet Dan Medan Listrik

Medan magnet terbentuk dari gerak elektron. Mengingat arus listrik yang

melalui suatu hantaran merupakan aliran elektron, maka pada sekitar kawat hantaran listrik

tersebut akan ditimbulkan suatu medan magnet. Medan magnet memiliki arah, kerapatan dan

intensitas yang digambarkan sebagai garis-garis fluks dan dinyatakan dengan symbol:

fluks dalam besaran weber.

Besaran kerapatan medan magnet dinyatakan dengan banyaknya garis-garis fluks yang

menembus suatu bidang tertentu dan mempunyai symbol:

B kerapatan fluks dalam weber/m2 (Wb/m2)

Intensitas medan magnet disebut sebagai kuat medan dan dinyatakan dengan besarnya

fluks sepanjang jarak tertentu, mempunyai symbol:

H kuat medan dalam ampere/m (A/m)

Kerapatan medan B maupun kuat medan H merupakan besaran vektoris yang mempunyaibesaran besaran dan arah. Yang besarnya:

HB

dimana:

permeabilitas dalam henry/meter (H/m)


2/6

Ir. Antoni Simanjuntak, MTDasar Elektromagnet

21

Permeabilitas dalam ruang bebas (udara), o , mempunyai nilai m/H104-7 . Material

seperti besi dan nikel mempunyai permeabilitas yang relative lebih tinggi dan biasanya disebut

sebagai material yang mempunyai karakteristik feromagnet. Besaran fluks dapat juga dinyatakan

dengan:

BdA

dimana: dA adalah unsur luas.

V

,H

turn-N

ci

Abidangluas

enampangP

Gambar 2.1

Apabila, seperti terlihat pada gambar 2.1, suatu sumber tegangan (V) mengalirkan arus

listrik (i) melalui suatu kumparan dengan dengan jumlah lilitan (N), maka pada inti besi (core)

akan ditimbulkan suatu kuat medan (H).

Hubungan antara arus listrik dan medan magnet dinyatakan oleh Hukum ampere, dan

untuk rangkaian sederhana seperti pada gambar 2.1, persamaannya adalah:

turn-ampereHNi

dimana: N = jumlah lilitan

i = arus listrik (A)

H = kuat medan (A/m)

= panjang jalur (m)


3/6


22

II.2 Induksi Tegangan Hukum Faraday

Apabila medan magnet berubah-ubah terhadap waktu, akibat arus bolak-balik yang

berbentuk sinusoid, suatu medan listrik akan dibangkitkan atau diinduksikan. Hubungan ini

dinyatakan oleh Hukum Faraday. Pada gambar 2.1 medan magnet atau fluks yang berubah-ubah

pada inti besi menghasilkan gaya gerak listrik (ggl) sebesar:

dt

d-

dt

dN-e

dimana: N, merupakan flux linkage

menyatakan harga fluks yang berubah-ubah terhadap waktu.

Perubahan fluks yang menghasilkan gaya gerak listrik (ggl) tersebut dapat terjadi karena:

(a) Perubahan fungsi waktu (t), akibat arus bolak-balik yang berbentuk sinusoid sepertidiuraikan di atas.

(b) Fungsi putaran ( ), akibat berputarnya rotor pada mesin-mesin dinamis.

Secara lebih terperinci, Hukum Faraday dapat dituliskan sebagai berikut:

S

dABdt

d-Ed

atau

dtd-e induksi

Oleh karena flux linkage merupakan fungsi waktu (t), maka:

t),(dt

de

induksi

dtt

d

t),(d

t

dt

d

-e induksi

atau

asi)(transforme(rotasi)e(induksi)e


4/6

Ir. Antoni Simanjuntak, MT

23

Untuk transformator hanya terdapat gejala induksi karena transformasi yaitu e (transformasi).

Untuk mesin arus searah hanya terdapat e (rotasi), sedangkan pada mesin arus bolak-balik

terdapat e (rotasi) maupun e (transformasi).

Contoh Soal

1. Suatu kawat mempunyai penampang lintang 0.5 cm2

dan panjang 5 m dibengkokkan

menjadi (a) persegi empat dan (b) lingkaran. Tentukanlah kuat medan H di pusat, jika arus

yang mengalir melalui kawat 20 ampere.

Penyelesaian

(a) Jika keliling persegi empat = 5 meter

Panjang masing-masing sisi = 5/4 = 1.25 meter

Besar kuat medan di pusatnya =a

i2

dimana a = setengah panjang sisi

sehingga At/meter14.40.625

202H

(b) Jika keliling lingkaran = 5 meter

Jari-jari lingkaran = meter0.7962

5

Besar gaya gerak magnet (ggm)

= meterlilitan /ampere12.60.7962

20jari)-jariadalah(r

r2

i

2. Suatu belitan dengan tahanan 200 ohm ditempatkan dalam suatu medan magnet sebesar 2 m

Wb. Belitan mempunyai 100 lilitan dan suatu galvanometer yang bertahanan 400 ohm diseri

dengan belitan. Cari ggl terinduksi rata-rata dan arus yang disebabkannya, jika belitan

digerakkan dalam medan magnet selama 1/20 detik.

Penyelesaian

Fluks mula-mula = 1 m Wb

Fluks akhir = 0.4 meter Wb

Perubahan fluks = 1 0.4 = 0.6 m Wb


5/6

Ir. Antoni Simanjuntak, MT

24

Periode dimana perubahan berlangsung = dt =1/20 detik

Jumlah lilitan = 100

ggl terinduksi = volt1.21/20

100.6100

dt

dN

-3

Tahanan sirkuit = 400 + 200 = 600 ohm

Arus yang melalui gulungan 2mAampere1.2/600

Rangkuman

Medan magnet berperan sangat penting sebagai rangkaian proses konversi energi.

Melalui medium medan magnet, bentuk energi mekanik dapat diubah menjadi energi listrik_alat

konversinya disebut generator_atau, sebaliknya, dari bentuk energi listrik menjadi energimekanik_alat konversinya disebut motor. Pada transformator, gandengan medan magnet

berfungsi untuk memindahkan dan mengubah energi listrik dari rangkaian primer ke sekunder

melalui prinsip induksi electromagnet.

Dari sisi pandangan elektris, medan magnet mampu untuk mengimbaskan tegangan pada

konduktor, sedangkan dari sisi pandangan mekanis, medan magnet sanggup untuk menghasilkan

gaya dan kopel.

Keutamaan medan magnet sebagai perangkaia proses konversi energi disebabkan terjadinya

bahan-bahan magnetik yang memungkinkan diperolehnya kerapatan energi yang tinggi;

kerapatan energi yang tinggi ini akan menghasilkan kapasitas tenaga per unit volume mesin yang

tinggi pula. Jelaslah bahwa pengertian kuantitatif tentang medan magnet dan rangkaian magnet

merupakan bagian penting untuk memahami proses konversi energi listrik.

Soal soal latihan.

1. Buatlah kesimpulan anda tentang penyelesaian contoh soal di atas.

2. Dua buah generator sinkron (alternator) 750 kW beroperasi secara parallel. Pengaturan

kecepatan alternator yang pertama dari keadaan beban penuh ke keadaan tanpa beban adalah

100 % ke 103 %. Sedangkan alternator yang lain 100 % ke 104 %. Berapakah beban yang

harus dipikul masing-masing alternator bila diberikan beban 1000 kW. Dan pada saat

bagaimanakah salah satu mesin berhenti mensuplai beban.


6/6


25

Daftar Pustaka

1. Nasar, S, A., Unnewehr. (1979), Electromechanics and Electric Machines, John Wiley &

Sons, America. Bab 2, Hal. 19.

2. Zuhal. (1988), Dasar Teknik Tenaga Listrik Dan Elektronika Daya, Gramedia, Jakarta.

Bab 2, Hal. 11.

Bacaan Lebih Lanjut

1. Nagrath, I.J., Kothari, D.P.(1989), Electric Machines, McGraw-Hill Publishing Company

Limited., New Delhi. Bab 2, Hal. 9.

Documents

Bab II Dasar Elektromagnet a.simanjuntak