Aplikasi Gaya Magnetik

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Listrik dalam era industri merupakan keperluanyang sangat vital. Dengan adanya transformator, keperluan listrik pada tegangan yang sesuai dapat terpenuhi. Dahulu untuk membawa listrik diperlukan kuda. Kuda (pada gambar) sedang membawa pembangkit listrik untuk penerangan lapangan ski. Motor listrik adalah alat untuk mengubah energy listrik menjadi energy mekanik ( gerak). Motor arus searah (motor DC) telah ada selama lebih dari seabad. Keberadaan motor DC telah membawa perubahan besar sejak dikenalkan motor induksi, atau terkadang tersebut AC shunt motor. Motor DC telah memunculkan silicon controller rectifier yang digunakan untuk memfasiitasi control kecepatan pada motor. Mesin listrik dapat berfungsi sebagai motor listrik apabila didalam motor listrik tersebut terjadi proses konversi energy listrik menjadi energy mekanik. motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energy listrik menjadi energy mekanik. Energy mekanik ini digunakan untuk misalnya memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakkan kompresor dan mengankat bahan. Motor listrik digunakan juga dirumah ( mixer, bor listrik, fan angin) dan di industry.

Induksi Elektromagnetik

1. Galvanometer untuk mengukur desakan arus atau tegangan listrik yang berlaku dalam waktu singkat.

2. Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Alat yang berfungsi sebaliknya, mengubah energi mekanik menjadi energi listrik disebut generator atau dinamo.

3. Spektroskopi massa adalah suatu teknik analisis dengan prinsip dasar membuat suatu molekul netral menjadi bermuatan sehingga bisa dideteksi.

4. Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi-elektromagnet.

5. Siklotron adalah suatu mesin (akselerator) yang mempercepat partikel secara melingkar, sehingga diperoleh energi kinetik yang tinggi. Partikel tersebut dapat berupa partikel proton atau deuteron.

6. flow meter adalah alat yang digunakan untuk engetahui adanya suatu aliran matrial ( liquid, gas, powder ) dalam suatu jalur aliran, dengan segala aspek aliran itu sendiri, yang

B. Tujuan

1. Manfaat dalam kehidupan sehari-hari.

2. Pencetus induksi elektromagnetik.

3. Penerapan dalam kehidupan sehari-hari.

4. prinsip kerja induksi elektromagnetik.

BAB II

PEMBAHASAN

A. Pengertian

Motor listrik adalah alat untuk mengubah energy listrik menjadi energy mekanik ( gerak). Motor arus searah (motor DC) telah ada selama lebih dari seabad. Keberadaan motor DC telah membawa perubahan besar sejak dikenalkan motor induksi, atau terkadang tersebut AC shunt motor. Motor DC telah memunculkan silicon controller rectifier yang digunakan untuk memfasiitasi control kecepatan pada motor. Mesin listrik dapat berfungsi sebagai motor listrik apabila didalam motor listrik tersebut terjadi proses konversi energy listrik menjadi energy mekanik. motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energy listrik menjadi energy mekanik. Energy mekanik ini digunakan untuk misalnya memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakkan kompresor dan mengankat bahan. Motor listrik digunakan juga dirumah ( mixer, bor listrik, fan angin) dan di industry. Motor listrik terkadag disebut “kuda kerja”nya industry sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industry. Sedangkan untuk untuk motor DC itu sendiri memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan jangkar dan kumparan medan untuk diubah menjadi energy mekanik. Pada motor DC kumparan medan disebut startor (bagian yang berputar).

B. Penemu Motor Listrik

Davenport lahir 9 Juli 1802, di Williamstown, Vermont. Dia tinggal di Forest Dale, sebuah desa dekat kota Brandon. Ia meninggal pada 6 Juli 1851 (umur 48) di Salisbury, Vermont. Dia menyaksikan motor listrik komersial pertama di Penfield Iron Works. Pada awal 1834, ia mengembangkan motor listrik bertenaga baterai. Dia menggunakan motor tersebut untuk menggerakkan sebuah kendaraan model yang kecil yang berjalan di atas jalur khusus /rel. Temuan ini membuka jalan untuk kemudian dikenal sebagai trem (streetcar).

C. Prinsip Kerja

Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama, perhatikan gambar 1 dibawah.

Ø Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gayaJika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, makakedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya adaarah yang berlawanan.

Ø Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torque untuk memutar kumparan. Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.

D. Jenis - jenis Motor Listrik

Bagian ini menjelaskan tentang dua jenis utama motor listrik: motor DC dan motor AC. Motor tersebut diklasifikasikan berdasarkan pasokan input, konstruksi, dan mekanisme operasi, dan dijelaskan lebih lanjut dalam bagan dibawah ini.

1. Motor DC/Arus Searah

Motor DC/arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torsi yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.

Gambar 3 memperlihatkan sebuah motor DC yang memiliki tiga komponen utama:
• Kutub medan. Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan.

• Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.

• Kommutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Kommutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.

Keuntungan utama motor DC adalah kecepatannya mudah dikendalikan dan tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor DC ini dapat dikendalikan dengan mengatur:
• Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan.
• Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.

Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang, seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya. Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC.

Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan berikut:

Gaya elektromagnetik: E = KΦN

Torsi: T = KΦIa

Dimana:
E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)
Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan
N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)
T = torsi electromagnetik
Ia = arus dinamo
K = konstanta persamaan

Jenis-Jenis Motor DC/Arus Searah

a. Motor DC sumber daya terpisah/ Separately Excited, Jika arus medan dipasok dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/separately excited.

b. Motor DC sumber daya sendiri/ Self Excited: motor shunt. Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A) seperti diperlihatkan dalam gambar 4. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.

Berikut tentang kecepatan motor shunt (E.T.E., 1997):
• Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torsi tertentu setelah kecepatannya berkurang, lihat Gambar 4) dan oleh karena itu cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.
• Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).

c. Motor DC daya sendiri: motor seri. Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A) seperti ditunjukkan dalam gambar 5. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo.

Berikut tentang kecepatan motor seri (Rodwell International Corporation, 1997; L.M. Photonics Ltd, 2002):
• Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM.
• Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali.
Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist

d. Motor DC Kompon/Gabungan.

Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan dinamo (A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar 6. Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini. Contoh, penggabungan 40-50% menjadikan motor ini cocok untuk alat pengangkat hoist dan derek, sedangkan motor kompon yang standar (12%) tidak cocok (myElectrical, 2005).

2. Motor AC/Arus Bolak-Balik

Motor AC/arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik AC memiliki dua buah bagian dasar listrik: "stator" dan "rotor" seperti ditunjukkan dalam Gambar 7.

Stator merupakan komponen listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor. Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor AC lebih sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekwensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya. Motor induksi merupakan motor yang paling populer di industri karena kehandalannya dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi AC cukup murah (harganya setengah atau kurang dari harga sebuah motor DC) dan juga memberikan rasio daya terhadap berat yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC).

Jenis-Jenis Motor AC/Arus Bolak-Balik

a. Motor sinkron. Motor sinkron adalah motor AC yang bekerja pada kecepatan tetap pada sistim frekwensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik.

Komponen utama motor sinkron

• Rotor. Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnit rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan dengan medan magnet lainnya.
• Stator. Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi yang dipasok.

Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut (Parekh, 2003):

Ns = 120 f / P

Dimana:
f = frekwensi dari pasokan frekwensi

P= jumlah kutub

b. Motor induksi. Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC.

Komponen Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama (Gambar 8):
• Rotor. Motor induksi menggunakan dua jenis rotor:
- Rotor kandang tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petak-petak slots paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek.

- Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi. Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagian dalamnya dan ujung yang lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang menempel padanya.

• Stator. Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat .

Klasifikasi motor induksi

Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama (Parekh, 2003):
• Motor induksi satu fase. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi dengan pasokan daya satu fase, memiliki sebuah rotor kandang tupai, dan memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti kipas angin, mesin cuci dan pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp.

• Motor induksi tiga fase. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga fase yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat memiliki kandang tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor kandang tupai); dan penyalaan sendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri menggunakan jenis ini, sebagai contoh, pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik , dan grinder. Tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan Hp.

Kecepatan motor induksi

Motor induksi bekerja sebagai berikut, Listrik dipasok ke stator yang akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet ini bergerak dengan kecepatan sinkron disekitar rotor. Arus rotor menghasilkan medan magnet kedua, yang berusaha untuk melawan medan magnet stator, yang menyebabkan rotor berputar. Walaupun begitu, didalam prakteknya motor tidak pernah bekerja pada kecepatan sinkron namun pada “kecepatan dasar” yang lebih rendah. Terjadinya perbedaan antara dua kecepatan tersebut disebabkan adanya “slip/geseran” yang meningkat dengan meningkatnya beban. Slip hanya terjadi pada motor induksi. Untuk menghindari slip dapat dipasang sebuah cincin geser/ slip ring, dan motor tersebut dinamakan “motor cincin geser/slip ring motor”.

E. Peralatan rumah tangga yang menggunakan motor listrik

1. Mesin cuci

Alat rumah tangga yang satu ini sudah umum digunakan di setiap rumah, motor listrik akan dihubungkan dengan vbelt ke gearbox untuk selanjutnya memutar pulsator agar dapat memutar pakaian yang sedang berada di dalam tabung pencuci, selain itu motor listrik dipakai juga bagian tabung pengering, pada bagian ini poros/as motor listrik langsung terhubung dengan tabung pengering tanpa bantuan vbelt.

2. Kipas angin

Alat ini banyak digunakan oleh masyarakat yang tinggal di daerah panas, seperti Jakarta atau Surabaya, dan kota-kota yang dekat dengan kawasan pantai. Di dalam kipas angin terdapat sebuah motor listrik yang berperan untuk memutar baling-baling kipas, di sini as/poros pada motor listrik langsung terhubung dengan baling-baling yang berfungsi menggerakkan udara sehingga menjadi angin yang terhembus ke satu arah.

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

Pada Prinsipnya motor akan berputar apabila dialirkan arus di dalam penghantar yang berada di dalam pengaruh medan magnet akan menghasilkan gerakan serta besarnya gaya pada penghantar akan bertambah besar jika arus yang melalui penghantar bertambah besar. Mesin DC dapat difungsikan sebagai generator DC maupun sebagai motor DC. Saat sebagai generator DC fungsinya mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Sedangkan sebagai motor DC mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Prinsip generator yaitu medan magnet dan gerakan sepotong penghantar yang dialiri arus akan menimbulkan tegangan. Rotor dari generator DC akan menghasilkan tegangan induksi bolakbalik. Sebuah komutator berfungsi sebagai penyearah tegangan AC Besarnya tegangan yang dihasilkan oleh sebuah generator DC sebanding banyaknya putaran dan besarnya arus eksitasi (arus penguat medan).

DAFTAR PUSTAKA

http://hendricksonsagala.blogspot.com/2012/04/makalah-pemanfaatan-generator.html http://id.scribd.com/doc/186715771/Makalah-Motor-Dan-Generator-Industri http://dicka-wibawa.blogspot.com/2012/11/makalah-motor-listrik.html http://id.wikipedia.org/wiki/Generator_listrik http://nasukhamesin.blogspot.com/2013/11/motor-dan-generator.html http://rhilda.blogspot.com/2012/04/prinsip-kerja-motor-listrik.html http://hendri-2l-16.blogspot.com/p/motor-listrik.html http://id.scribd.com/doc/33689675/Motor-Listrik