Dinamo

Sebuah dinamo awalnya nama lain untuk sebuah generator listrik , umumnya berarti generator yang menghasilkan arus searah dengan penggunaan komutator . Dinamo adalah generator listrik pertama yang mampu memberikan daya untuk industri, dan fondasi yang banyak lainnya kemudian tenaga listrik perangkat konversi tersebut didasarkan, termasuk motor listrik , yang bolak-arus alternator , dan rotary konverter . Perangkat konversi ini jarang digunakan untuk pembangkit listrik sekarang karena dominasi arus bolak-balik ,kerugian dari komutator, dan kemudahan mengkonversi bolak langsung saat ini menggunakan solid sate metode.

Sebuah generator listrik kecil yang dibangun ke hub roda sepeda untuk lampu listrik disebut dinamo Hub, meskipun ini sering untuk perangkat AC.

Komutator

Komutator merupakan suatu konverter mekanik yang membuat arus dari sumber mengalir pada arah yang tetap walaupun belitan medan berputar. Komutator berpasangan dengan ‘cincin belah‘ (slip-rings) untuk menjalankan tugas yang saya sebut baru saja. Pada gambar ilustrasi diatas, gambar lingkaran yang dibagi menjadi dua buah dan terhubung ke bagian belitan medan merupakan cincin belah yang saya maksud. Bagian yang digambarkan berbentuk kotak menempel pada cincin belah tersebut yang dinamakan komutator. Tentu saja pada aplikasi yang sebenarnya, jumlah cincin belah tidak hanya dua dan terhubung ke sejumlah banyak belitan medan.

Komutator ini termasuk bagian suatu motor listrik yang secara aktual berfungsi mentransmisikan gaya putar magnet (F=IB dimana B=Mu0.n.I) yang dihasilkan oleh arus listrik.

Gaya putar magnet ini memiliki V yang berkebalikan(-) dengan B magnet dari motor.

Torsi yang terjadi pada komutator adalah (T=K.I.fluks magnet)

Fungsi Kutub Medan Magnet

Medan magnet berperan sangat penting sebagai rangkaian proses konversi energi. Melalui medan magnet.bentuk energi mekanik dapat diubah menjadi energi listrik, disini alat konversinnya dinamakan generator, atau sebaliknya dari energi listrik menjadi energi mekanik, alat konversinya disebut motor. Sedangkan pada transformator, gandengan medan magnet berfungsi untuk memindahkan dan mengubah energi listrik dari sisi primer ke sekunder melalui prinsip industri elektromagnet.

Dari sisi pandangan elektris, medan magnet mampu untuk mengimbangi tegangan pada konduktor, sedangkan dari sisi pandangan mekanis, medan magnet sanggup untuk menghasilkan gaya dan kopel.

Keutamaan medan magnet sebagai perangkai proses konversi energi disebabkan terjadinya bahan-bahan magnetik yang memungkinkan diprosesnya kerapatan energi yang tinggi, kerapatan energi yang tinggi ini akan menghasilkan kapasitas tenaga perunit volume mesin yang tinggi pula. Jelaslah bahwa pengertian kuantitatif tentang medan magnet dan rangkaian magnet merupakan bagian penting untuk memahami konversi energi.

Medan Listrik

Gaya elektro magnetik terdiri dari gaya listrik F_e dan gaya magnetik F_m. Gaya listrik ini sama dengan pendekatan yang berbeda. Sumber dari gaya gravitasi adalah massa, dan sumber dari medan listrik adalah muatan listrik. Dimana harga gaya yang bekerja tersebut bervariasi sebagai fungsi kuadrat kebalikan jarak dari kedua sumbernya dan berbading lurus dengan perkalian kedua muatan. Perbedaannya adalah listrik memiliki polaritas positif dan negatif sedangkan massa tidak. Berdasarkan eksperimen coulomb dikatakan bahwa :

1. Muatan yang sama akan tolak menolak, sedangkan dua muatan yang berlaianan akan tarik menarik.

2. akan timbul gaya yang bekerja sepanjang garis pada muatan tersebut.

3. dimana besarnya ditentukan oleh perkalian kedua muatan tersebut dan dibandingkan terbalik dengan kuadrat jarak antarnya.

Pernyataan diatas dewasa ini disebut hukum coulomb diungkapkan melalui persamaan dibawah ini :

Fe = (N)

Dimana F_e21 adalah gaya listrik yang bekerja pada muatan q₂ terhadap muatan q₁, R₁₂ jarak antara kedua muatan. Adalah vektor unit dari muatan q₁ ke q₂ adalah konstanta umum yang biasa disebut permeabilitas ruang hampa = 8,85 10^-12 . gaya F_e12 bekerja pada muatan q₁ tehadap q₂ sama besarnya dengan gaya F_e21, tetapi berbeda arahnya ;

F_e12 = -F_e21

Dari persamaan :

F= qE

Maka dapat ditentukan intensitas/kuat medan listrik pada sembarang titik akibat muatan q dengan persamaan :

E =

Dimana R adalah jarak atitik muatan denagan pengamatan dan adalah jarak vektor unit radial dari muatan. Sebagai tambahan terhadap intensitas medan listrik ini kita akan selalu menemui hubungan denga kerapatan fluks listrik D, hubunganya adalah :

D = E

Kedua kuantitas listrik E dan D merupakan salah satu dari dua pasangan dasar pada medan elektromagnet pasangan yang lainnya akan ditentukan selanjutnya.

Medan magnet

Sekitar tahun 800 sebelum masehi orang-orang yunani kuno telah menemukan beberapa jenis batu akan menarik serpihanserpihan besi, batu jenis ini disebut maagnet, sedangkan fenomenannya dinamakan magnetisasi. Garis-garis gaya megnet yang membentuk lintasan spiral akan keluar dari kutub dan masuk ke kutub yang lainnya, kutub ini dinamakan utara dan selatan kutub medan .

Garis-garis gaya medan magnet ini menunjukkan adannya medan magnet yang biasa disebut kerapatan me dan fluks B. ternyata medan magnet tidak hanya eksis di sekeliling magnet permanen juga dapat di timbulkan dari arus listrik, hal ini ditemukan oleh Oersted setelah mengadakan suatu penelitian. Tidak lama berselang ilmuwan Francis Jean Baptiste Biot dan Felix Savart mengembangkan suatu ungakapan hubungan antara medan magnet B dan arus listrik I pada suatu batang komnduktor dimana hubungannya adalah :

B =

Dimana r adalah jarak radial dari sum ber arus dan vektor unit azimuth yang me nyatak an bahwa arus medan magnet tangensi terhadap bida ng sekelilingnya. = permeabiliatas ruang hampa besarnya 4 -10-7 (H/M).

 

Kita telah mengetahui bahwa E dan D adalah satu dari dua pasangan medan elektromagnetik, pasangan kedua adalah B dan intensitas medan magnet H dimana hubungannya adalah :

B = H

Hukum biot-savart ini merupakan konsep dasar pada operassionalmotor-motor listrik baik motor induksi satu phasa, dua phasa maupun tiga phasa, maupun motor serempak.

Energi Dalam Medan Magnet

Sama kasusnya dengan gerak partikel medan magnet juga memiliki energi unntuk melakukan suatu usaha. Energi listrik yang diberikan oleh sumber akan digunakan oleh inti besi beserta belitannya untuk menghasilkan medan magnet.

Konsep Rangkaian Magnet dan kurva Magnetisasi (B-H)

Suatu kumparan dengan N lilitan dan arus I yang melilit teras feromagnetik menghasilkan gaya gerak magnetik (ggm). Diberikan dengan hububgan N.I daya ggm seringkali dinotasikan dengan F satuannya dan Ampere. Pada pernyataan ini akan jelas terlihat hubungan antara arus listrik dan medan listrik dan medan magnet yang dinyatakan oleh hukum ampere, dimana persamaannya adalah sebagai berikut

N i = H I ……………………………. Ampere – turn

Dimana :

N : Jumlah lilitan

i : arus listrik

H : kuat medan magnet (A/m)

I : Panjang jalur (m)

Transformator

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. Transformator digunakan secara luas, baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai. 

Dalam bidang elektronika, transformator digunakan antara lain sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban, untuk memisahkan satu rangkain dari rangkaian yang lain; dan untuk menghambat arus searah sambil tetap melakukan atau mengalirkan arus bolak-balik antara rangkaian.

Berdasarkan frekuensi, transformator  dapat dikelompokkan sebagai berikut :

 (1)   frekuensi daya, 50 – 60 Hz

 (2)   frekuensi pendengaran, 20 Hz – 20 kHz

 (3)   frekuensi radio, diatas 30 kHz.

 Dalam bidang tenaga listrik pemakaian transformator dikelompokkan menjadi :

 (1)   transformatror daya (trafo step up);

 (2)   transformatror distribusi (trafo step down);

 (3) transformatror pengukuran.

Transformator di sini dibedakan dari trafo penurun dan penaik tegangan, karena trafo pengukuran ini tidak mengubah tegangan keluarannya. Fungsi dari trafo ini untuk mengukur tegangan dan arus, sebab terdiri dari trafo arus dan trafo tegangan.

Kerja transformator yang berdasarkan induksi-elektromagnetik, menghendaki adanya gandengan magnet antara rangkaian primer dan sekunder. Gandengan magnet ini berupa inti besi tempat melakukan fluks bersama. 

Garis medan magnit yang dianggap berasal dari kutub utara sebuah magnet disebut fluks magnetik. Medan magnet yang kuat mempunyai lebih banyak garis gaya dan flux magnetik daripada medan magnet yang lemah. Satuan dasar flux magnetik dapat didefinisikan dalam dua cara. Maxwell adalah satuan cgs, sedangkan weber (Wb) adalah satuan mks atau SI. 

GGL induksi dapat terjadi pada kedua ujung kumparan jika di dalam kumparan  terjadi perubahan  jumlah garis-garis gaya magnet (fluks magnetik). GGL yang timbul akibat adanya perubahan jumlah  garis-garis  gaya  magnet  dalam  kumparan  disebut  GGL induksi.  Arus  listrik  yang  ditimbulkan  GGL  induksi  disebut  arus induksi. Peristiwa  timbulnya GGL  induksi dan arus  induksi akibat adanya perubahan  jumlah garis-garis gaya magnet disebut  induksi elektromagnetik.