DASAR ELEKTROMEKANIK
1.
Konversi Energi Elektromekanik
Konversi
energi baik dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun
sebaliknya dari energi mekanik menjadi energi listrik (generator) berlangsung
melalui medium medan magnet. Energi yang akan diubah dari satu system ke system
lainnya, 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 perubahan energi.
Dengan
mengingat hukum kekekalan energi, proses konversi energi elektromekanik dapat
dinyatakan sebagai berikut (untuk motor):
(Energi
Listrik sebagai input) = (Energi Mekanik sebagai output + Energi panas) +
(Energi pada medan magnet dan rugi-rugi magnetic)
atau dalam persamaan differensial,
konversi energi dari elektris ke mekanis adalah sebagai berikut:
dWE
= dWM + dWF
Ini hanya berlaku ketika proses
konversi energi sedang berlangsung pada keadaan dinamis yang transient. Untuk
keadaan tunak, dimana fluks merupakan harga yang konstan, maka
dWF = 0
dWE
= dWM
2.
Gaya Gerak Listrik
Apabila
sebuah konduktor digerakkan tegak lurus sejauh ds memotong suatu medan magnet
dengan kerapatan fluks B, maka perubahan fluks pada konduktor dengan panjang
efektif l adalah:
df = B l ds
Dari Hukum Faraday diketahui bahwa
gaya gerak listrik (ggl)
E
= df/dt
Maka
e = B l ds/dt; dimana ds/dt = v = kecepatan
Jadi,
e = B l v
3.
Kopel
Arus
listrik I yang dihasilkan di dalam suatu medan magnet dengan kerapatan
fluks B akan menghasilkan suatu gaya F sebesar:
F
= B I l
Jika
jari-jari rotor adalah r, maka kopel yang dibangkitkan adalah
T
= F r
Perlu
diingat bahwa saat gaya F dibangkitkan, konduktor bergerak di dalam medan
magnet da seperti diketahui akan menimbulkan gaya gerak listrik yang merupakan
reaksi (lawan) terhadap tegangan penyebabnya. Agar proses konversi energi
listrik menjadi energi mekanik (motor) dapat berlangsung, tegangan sumber harus
lebih besar daripada gaya gerak listrik lawan.
Begitu
pula, suatu gerak konduktor di dalam medan magnet akan membangkitkan tegangan e
= B l V dan bila dihubungkan dengan
beban, akan mengalir arus listrik I atau energi mekanik berubah menjadi energi
listrik (generator). Arus listrik yang mengalir pada konduktor tadi merupakan
medan magnet pula dan akan berinteraksi 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.
4.
Mesin Dinamik Elementer
Pada
umumnya mesin dinamik terdiri atas bagian yang berputar disebut rotor dan
bagian yang diam disebut stator. Di antara rotor dan stator terdapat celah
udara. Stator merupakan kumparan medan yang berbentuk kutub sepatu dan rotor
merupakan kumparan jangkar dengan belitan konduktor yang saling dihubungkan
ujungnya (lihat gambar) untuk mendapatkan tegangan induksi (ggl).
Jika
kumparan rotor diputar dengan arah berlawanan dari arah jarum jam, tegangan
akan dibangkitkan dengan arah yang berlawanan pada kedua ujung rotor yang tidak
dihubungkan.
Kerja
suatu mesin dinamis dapat juga dilihat dari segi adanya interaksi antar medan
magnet stator dan rotor, yaitu:
F
= B I l
Seperti
diketahui, arus listrik (I) pada persamaan di atas akan menimbulkan fluks juga
di sekitar konduktor yang dilalui. Bila kerapatan fluks akibat arus listrik
dinyatakan dengan Bs (pada stator), sedang kerapatan fluks akibat
kumparan medan adalah Br (pada rotor), maka dapat dituliskan:
T
= K Br Bs sin d
Dimana
d adalah sudut antara kedua sumbu medan magnet Br
dan Bs
K
adalah konstanta l x r
Sudut
d dikenal sebagai sudut kopel atau
sudut daya dengan harga maksimum d = 90o. Dengan menganggap Br dan Bs
sebagai fungsi arus rotor dan arus stator, persamaan kopel menjadi:
T
= K Ir Is sin d
Dengan
demikian, kopel terjadi sebagai interaksi antara dua medan magnet atau dua
arus.
6.
Derajat Listrik
Pada
setiap satu kali putaran mesin, tegangan induksi yang ditimbulkan sudah
menyelesaikan p/2 kali putaran. Maka untuk mesin 4 kutub, satu kali putaran
mekanik mesin (360o) berarti sama dengan dua kali putaran listrik
(720o). Persamaan umumnya adalah sebagai berikut:
qe
= (p/2) qm
p
= jumlah kutub mesin
qe
= sudut listrik
qm
= sudut mekanik
7.
Frekuensi
Dari
persamaan di atas, diketahui bahwa untuk setiap satu siklus tegangan listrik
yang dihasilkan, mesin telah menyelesaikan p/2 kali putaran. Karena itu
frekuensi gelombang tegangan adalah:
f
= (p/2) (n/60)
n
= rotasi per menit
n/60
= rotasi perdetik
Kecepatan
sinkron untuk mesin arus bolak-balik lazim dinyatakan dengan
ns
= 120 (f/p)
Jadi
misalnya untuk generator sinkron yang bekerja dengan frekuensi 50 putaran per
detik dan mempunyai jumlah kutub p=2, maka kecepatan berputar mesin tersebut
adalah:
ns
= (120 x 50)/2 = 3000 rpm.
No comments:
Post a Comment