24 | M P U K A T A N A 0 6 2 - 1 3 - 0 2 1

D. ANALOGI ANTARA RANGKAIAN LISTRIK DAN RANGKAIAN MAGNET

Rangkaian Magnet Rangkaian Listrik

F : ggm (magnetic motive force) E : ggl (electro motive force)

ɸ : fluks I : kuat arus

R : reluctance R : resistance

B : fluks density γ : current densityμ : permeability 1

ρ: conductivity

Jadi dapat disimpulkan bahawa :

Kepadatan magnet mempunyai harga tertenu untuk suatu luas permukaan yg menampung fluks tersebut dan fluks yang keluar dari inti besi mempunya nilai yang tertentu untuk suatu harga arus yang diberikan.

25 | M P U K A T A N A 0 6 2 - 1 3 - 0 2 1

BAB III

ARUS SEARAH

I. PEMBANGKITAN

Untuk arus searah pembangkitan itu ada dua macam :

Generator Arus searah - Digunakan pada daya-daya yang cukup besar

Elemen-elemen elektrokimia, fotosel- Digunakan pada daya –daya yang kecil (contoh : sollar cell/ sel surya)

A.GENERATOR ARUS SEARAHA.1 Prinsip Induksi Elektromagnetik :

Jika suatu konduktor berada dalam medan magnet kita putar, maka pada konduktor tersebut akan terinduksi gaya gerak listrik (ggl).

Besarnya ggl yang timbul tergantung kepada kecepatan perputaran dan arahnya berdasarkan hukum Lentz yaitu : akan mempunyai arah sedemikian hingga bertentangan dengan arah menyebabkannya.

Besarnya ggl yang timbul akan memberikan arus ( jika mungkin, yaitu bila rankaian tertutup). Dan arus ini akan membangkitkan kembali medan magnet, memperbesar medan maget , demikian seterusnya, sehingga dihasilan :

e induksi =

−d∅dt : hukum induksi

A.2 Prinsip Induksi Homopolar/a-Acyclis

Sebuah keping yang berbentuk lingkaran dan benda dalam medan magnet kita putar pada porosnya. Arah ggl yang timbul ditentukan oleh aturan kaidah tangan kanan yaitu : bila arah dari garis-garis gaya menembus telapak tangan ibu jari menunjukan arah dari perputaran, maka jari-jari yang direntangkan menunjukan arah ggl.

Pada keping akan terjadi pengelompokan muatan yaitu :

- Muatan positif pada poros- Muatan negatif pada poros

26 | M P U K A T A N A 0 6 2 - 1 3 - 0 2 1

Untuk suatu perputaran dan kuat medan magnet yang konstan akan dishasilkan ggl induksi yang kosntan pula.

ɸ = B ∙ ω

2 π ∙ π ∙ r2 t

ɸ = B ∙ r2

2 ∙ ωt

e ind =

−dɸdt

e ind = B ∙ r2

2 ∙ ω

Dimana : e ind dihasilkan mempunyai nilai terbatas.

r : jari-jari kepingB : kuat magnitω : kecepatan sudut

A.3 Prinsip Induksi Heterpolar / Ayclis :

Sepotong kawat berada dalam mdedan magnet kita putar pada sumbunya, kawast tsb akan memotong garis-garis dan fluks yang dilingkupi sebesar :

ɸ = ɸm . cos ωt

ɸm = ɸ maksimum

e ind =

−dɸdt = ω∙ ɸm sin ωt

ω=0 → ɸ=ɸm

ω= π2→ ɸ=0

e ind=N ∙ ω∙ ɸm∙ sin ωt (untuk N lilitan)

e ind=ε ∙ sin ωt dimana : ε=N ∙ω ∙ɸm

I

Kumparan

U

I

B(r)I

B(r)

dcx

dr

D

27 | M P U K A T A N A 0 6 2 - 1 3 - 0 2 1

Pada saat : ω= π2→ gglmax

ω=π → ggl nol

ω= 3 π2→ gglmin

Ggl yang terjadi merupakan fungsi sinus (arus bolak balik), untuk itu perlu diubah dengan menggunakan komutator.

Medan magnet mesin arus searah :

1. Magnet permanen2. Magnet listrik

Magnet listrik mempunyai 2 tipe :

- berpenguatan bebas- berpenguatan sendiri

A.4 Generator Berpenguatan BebasGenerator ini penguatan diambil dari sumber di luar generator tersebut, misalnya dari

baterai atau generator arus searah yang lain.

V f =I f × R f

1 cycleV

20

10

-10

0

-20

I1Ra

V

+

Ea

If

-

+

Vfa

If

28 | M P U K A T A N A 0 6 2 - 1 3 - 0 2 1

V=Ea+1a Ra

I a=1l

A.5 Generator Berpenguatan Sendiri

Besi selalu mempunyai sedikit medan magnet setelah besi tersebut di beri penguatan medan : ini disebut mean reumanent (reumanent magnetism).

Jika sebuah kumparan berputar dalam medan tsb akan timbul ggl dan arus yang kecil (bila rangkaian tertutup). Arus kecil yang akan timbul tadi akan menyebabkan medan magnet yang kecil bertambah besar, pertambahan medan akan menyebabkan pertambahan ggl yang akan menimbulkan penambahan arus, dan siklus ini berlangsung terus, hingga kita mendapatkan ggl yang cukup besar. Peristiwa ini disebut dengan Built up voltage.

Mesin arus searah berpengaruh sendiri dibagi menjadi 3 tipe :A.5.1 Mesin searah Seri :

Bila kumparan penguat diserikan dengan kumparan jangkar.

I a=I l=ls

E=U +la Ra

E=c ∙n ∙∅

A.5.2 Mesin Searah Arus Shunt :Bila kumparan penguat dipararelkan dengan kumparan jangkar.

I a=I l+ I f

I f =UR f

E=U + I a Ra

E=c ∙n ∙∅

E

Ra

Ia= IL = Is

UArmatur

Sikat

If

Sikat

Armatur

Lilitan medan

EU

Ra

Ia

Reostat medan

29 | M P U K A T A N A 0 6 2 - 1 3 - 0 2 1

A.5.3 Mesin Searah Kompon (compound) :

Bila ada dua kumparan penguat ,satu seri, lainnya pararel dengan kumparan jangkar.

U=I f ∙ R f

E=U + I a Ra+ I s R s

I a=I f + I l

E=c ∙n ∙∅

Untuk mesin arus searah tipe komponen ada beberapa macam :

- Bila penguat seri dapat membantu penguat shunt, maka disebut : kompon bantu.- Bila penguat seri melawan penguat shunt, maka disebut : komponen lawan.- Bila tegangan yang dihasilkan selalu rata/konstan meskipun arus beban

bertambah besar, disebut : komponen rata.

U=I f R f + I l R s

U f=I f R f

E=U f + I a Ra

I a=I f + I L

I L=I S

Komponen Pendek

E=U + I a Ra+ I s R s

E=U + I a(Ra+R s)

I a=I s

U f=U =I f Rf

Ia = If = IL + IF

UE

IL

+

_

E

Ia IL +

_

Ra

IfU

Ia = If = IL + IF IL

E

Ra

If

Ra If

U

-

+

30 | M P U K A T A N A 0 6 2 - 1 3 - 0 2 1

I a=I f + I L

Komponen panjang

Keterangan gambar :

31 | M P U K A T A N A 0 6 2 - 1 3 - 0 2 1

1. Rumah mesin2. Gantungan mesin3. Inti kutub4. Sepatu kutub5. Lilitan medan6. Sikat (brush)7. Alur rotor8. Lilitan jangkar9. Lamel10. Poros11. N = garis netral

B.Reaksi Jangkar (ARMATURE REACTION)

Karena adanya kumparan pada jangkar , maka akan timbul timbul medan jangkar. Medan jangkar ((ɸa) yang timbul ini akan menimbulkan bunga api pada sikat.

Reaksi yang timbul ini disebut reaksi jangkar.

ɸa=¿ medan yang disebabkan oleh jangkar / medan jangkar

ɸu=¿ medan yang disebabkan oleh magnet / medan utama sehingga terjadi

pergeseran medan total sebesar α

sin α=ɸa/ɸt

∅ u

∅ a

α

∅

32 | M P U K A T A N A 0 6 2 - 1 3 - 0 2 1

kita usahakan agar α sekecil mungkin atau bisa juga dengan mengkopersikan dengan medan lain.

Syarat-syarat untuk mengurangi reaksi jangkar :

1. Dengan memasang kutub bantu bantu (comutating pole) sehingga arus yang melalui jangkar delwatkan dahulu melalui kutub bantu.

2. Dengan menggeserkan letak sikat, untuk generator sesuai dengan aruh perputarannya, dan untuk motor berlawanan dengan arah putarannya.

3. Dengan memasang kumparan kompensasi pada kutub-kutubnya

Sikat dibuat dari bahan yang lebih lunak dari lamel (supaya sikat yang bisa rusak)Yaitu :

- Carbon- Carbon – Grafit- Grafit- Carbon – Grafit –CU

(tembaga)

33 | M P U K A T A N A 0 6 2 - 1 3 - 0 2 1

C.KOMUTASI :

Untuk menyerahkan ggl dari bentuk sinusoda menjadi bentuk searah maka dilakukan proses komutasi. Komutasi dilakukan pada saat harga e = 0 atau pada saat sikat berada pada garis netral.

Umumnya pada saat komutasi sering terjadi bunga api yang dapat merusak borstelnya karena adanya arus hubung sikat. Bunga api timbul karena adanya perubahan arah daripada arus yang menimbulkan tegangan : induksi sendiri pada sikat / pada lilitan kolektor.

eL=−L ∙didt

Sebab-sebab timbulnya bunga api :

- Mekanis : * bentuk kolektor sudah tidak bulat lagi * lemel-lemel menonjol keluar / tidak rata * mika lemel sudah habis maka penyekat mononjol keluar

- Elektris : * arus yang mengalir dalam jangkar terlalu besar * perputaran terlalu cepat * terjadi kesalahan dalam meletakan sikat * adanya kesalahan dalam medan magnet penguat maupun dalam

lilitan jangkar