Pengaruh Super Magnet Neodymium Terhadap Perubahan Arus pada Generator Listrik Searah

DAFTAR PUSTAKA

Ahmad Febriant, 2013, Motor Listrik - pengertian dasar,

http://antsbigprojects.blogspot.com/2013/08/motor-listrik-pengertian-dasarkonsep.html,

21 September 2016

Agung Novian. (2004). Panduan Microsoft Visual Basic. Yogyakarta: Andi Offset. Arismunandar, A., Kuwahara, S. 2004. Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik Jilid II.

Jakarta: PT Pradnya Paramita

Bishop, O. 2004. Dasar-Dasar Elektronika. Erlangga. Jakarta.

Brown, Ward. Brushless DC Motor Control Made Easy. Microchip Technology Inc Dhananjay V. Gadre ,”Programing and Customizing The AVR Microcontroller”, New

York, USA: McGraw-Hill, 2001

Liwschitz-Garik, Michael, Direct-Current Machines, D. Van Nostrand Company, Inc., New Jersey, 1956

Setiabudi, Rudy. 2007. Pengukuran Besaran Listrik. Jakarta:Lembaga Penerbit FEUI (LP-FEUI).

Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Edisi Kelima, Penerbit Gramedia, Jakarta, 1995.

https://id.wikipedia.org/wiki/Magnet

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

3.1 Diagram Blok

Diagram blok merupakan gambaran dasar dari rangkaian system yang akan dirancang. Setiap diagram blok mempunyai fungsi masing – masing.

Supermagnet Neodymium

Sensor RPM Alternator DC Beban

Sensor Tegangan Sensor Arus

Mikrokontroller 855

LCD

Gambar 3.1 Diagram alir alat 3.2 Motor

Fungsi motor pada percobaan ini adalah sebagai sumber energi mekanik yang digunakan untuk menggerakkan generator DC. Motor akan diberi tegangan masuk (Vi) yang nilai berubah secara teratur untuk menghasilkan kecepatan rotasi yang juga akan berubah secara teratur bergantung pada nilai tegangan yang diberikan. Jika (Vi) adalah tegangan masuk mot-or yaitu 12 V, dan (Ii) adalah arus yang melalui motor yaitu 1 A. Maka kesetaraan daya listrik dan daya motor dapat dinyatakan dengan persamaan:

P1 = daya listrik (W), Pm = daya motor (W) ��� = � � . . .

Diketahui : ωm = 5000 rpm (523,598 rad/s)menurut data dari alat tersebut. Dengan menggunakan (2) sehingga persamaannya menjadi:

��� = , � . . .

� = , Nm

Ini adalah nilai torsi yang dihasilkan motor ketika motor diberi tegangan masuk sebesar12 V. Nilai torsi tersebut akan diteruskan ke generator DC. Sehingga torsi dan kecepatan sudut pada generator juga akan sama dengan motor.

Untuk menentukan tegangan maksimum generator, digunakan hukum induksi faraday,

� = −���_�� = −� ��⃗_�� = −� � � cos �_�� − � � � cos ���

�� = � �� sin ���...(4) karena yang akan dicari adalah ggl maksimum (εm) maka sin ωgt= 1, atau θ = 900_, sehingga persamaannya menjadi: εm = NBAωg. Perubahan nilai hanya terjadi pada εm dan ωg, maka persamaannya menjadi:

��m = � ���

∫ ��m= ∫ � ���

��

�0 ��

�0

besaran N, B, A yang berada di ruas kanan adalah tetap (konstan), sehingga dapat dikeluarkan dari integral.

�m = � ∫ ���

��

�0

= � (�� − � ). . .

disebut juga fluks maksimum (ϕm), sehingga persamaan di atas dapat juga ditulis:

�m= �ϕm(��− � ). . .

3.3 Generator

Tegangan yang dihasilkan setiap generator sifat arusnya adalah bolak balik. Tegangan hanya bisa menjadi searah setelah disearahkan. Penyearah itu biasa disebut komutator. Komutator berfungsi seperti saklar mekanis atau penyearah untuk secara otomatis mengubah tegangan ac yang dibangkitkan menjadi tegangan dc. Peristiwa penyearahan disebut komutasi. Komutasi adalah proses pembalikan arah arus pada kumparan jangkar pada saat segmen komutator pada kumparan terhubung melewati dibawah sikat. Sikat - sikat diletakkan sehingga menghubung singkat kumparan jangkar ketika kumparan tidak memotong pada medan magnet. Pada saat itu tidak ada aliran arus dan tidak ada bunga

api pada sikat - sikat. Generator dc lebih banyak yang menggunakan kumparan medan elektromagnet dibandingkan magnet permanen. Arus searah yang dihasilkan untuk memberikan energi pada kumparan medan disebut arus penguat. Konduktor digerakkan pada medan magnet sehingga memotong garis - garis gaya maka tegangan akan diinduksikan pada generator. Dari dasar tersebut maka akan timbul arus listrik, arus melalui kabel atau kawat yang kedua ujungnya dihubungkan dengan cincin geser. Pada cincin - cincin tersebut menggeser sikat - sikat, sebagai terminal penghubung keluar. Pada generator ada bagian yang diam ( stator ) dan ada bagian yang berputar( rotor ). Yang termasuk stator adalah badan, magnet, sikat - sikat. Sedangkan rotornya adalah jangkar dan lilitannya.

Bagian dasar ini digunakan sebagai tempat, magnet, kumparan, dengan berbagai modifikasi, rotor, dan sikat. Pada terminal penghubung berfungsi sebagai penghubung dari brush holder ke keluaran yang menuju beban ( lampu).Bagian penggerak merupakan salah satu komponen utama dari generator. Bagian penggerak berfungsi menggerakkan rotor yang dihubungkan dengan sabuk karet. Pada bagian ini terdapat knop potensiometer untuk mengatur besarnya kecepatan putar bagian penggerak atau motor dan sekaligus mengatur kecepatan putar pada rotor sedangkan pada bagian bawah terdapat tombol on/off.

Rotor merupakan bagian yang bergerak pada sebuah generator. Rotor terdiri atas badan rotor, lilitannya dan jangkar. Badan rotor berfungsi sebagai bagian dari tempat mengalirmya fluks magnet yang dihasilkan kutub kutub magnet, karena itu badan rotor dibuat dari bahan ferromagnetik. Selain itu badan rotor ini berfungsi untuk meletakkan alat - alat tertentu. Pada rotor juga terdapat terminal box yang merupakan tempat - tempat ujung - ujung lilitan dan lilitan jangkar. Jangkar yang umum digunakan berbentuk silinder yang diberi alur - alur pada permukaannya untuk melilitkan kumparan - kumparan tempat terbentuknya ggl induksi. Jangkar dibuat dari bahan ferromagnetik, agar lilitan jangkar terletak dalam daerah yang induksi magnetnya besar supaya ggl induksi yang terbentuk dapat bertambah besar

3.4Rangkaian Mikrokontroler ATmega 8535

Pada perancangan alat ini di gunakan ATmega 8535 untuk menerima data analog dari Sensor Multi ACS712 dengan hambatan 100 Ω dan sensor SE-TAPE-01, di mana data analog akan di konvert menjadi data digital oleh ADC pada mikrokontroler ATmega 8535 itu sendiri, menampilkannya pada LCD Dislplay yang telah diprogram dan di implementasikan pada pemrograman mikrokontroler AVR ATmega 8535. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC mikrokontroler ATmega 8535. Pada IC inilah semua program diisikan, sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang diinginkan. Mikrokontroler ini memiliki 32 port I/O, yaitu port A, port B, port C dan port D. Pin 33 sampai 40 adalah port A yang merupakan port ADC, dimana port ini dapat menerima data analog. Pin 1 sampai 8 adalah port B. Pin 22 sampai 29 adalah port C. Sedangkan Pin 14

sampai 21 adalah port D. Pin 10 dihubungkan ke sumber tegangan 5 Volt. Pin 8 dihubungkan ke ground. Rangkaian mikrokontroler ini menggunakan komponen kristal sebagai sumber clocknya. Nilai kristal ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroler dalam mengeksekusi suatu perintah tertentu. Pada pin 9 dihubungkan dengan sebuah resistor yang dihubungkan ke ground. komponen ini berfungsi agar program pada mikrokontroler dijalankan beberapa saat setelah power aktif. Lamanya waktu antara aktifnya power pada IC mikrokontroler dan aktifnya power sebesar hambatan dari resistor tersebut. Pin 22-24, dan 26-29 di hubungkan ke LCD Display untuk menampilkan data masukan IC LM 8535. Pin 40 di hubungkan ke SE-TAPE-01 sebagai masukan data RPM dan pin 39 di hubungkan ke Sensor Multi ACS712 sebagai masukan data tegangan, sedangkan untuk pengukuran Arus menggunakan rumus pada perogram AVR dengan nilai hambartan konstan 1 KΩ untuk di tampilkan di LCD.

ATM 8535 LCD DISPLAY 10K Kristal 11.0592MHz 12 13 8 GND PA. 0 40 PC. 4 PC. 5 PC. 6 PC. 7 PC. 0 PC. 2 PC. 3 +5V 2/15 1/3/16 4 5 6

11 12 13 14 26 27 28 29 22 23 24 10 9 VCC reset

RS RW CLK

Multi ACS712 IC EFEK hall

A 3040 PA. 1

39

Gambar 3.1 Rangkaian Mikrokontrolet ATmega 8535

3.5Peralatan

1. Supermagnet Neodymium

2. Motor dc ZYTD520 : 12V 5000r/min 3. Generator dc Takanawa H-759 4. Kawat tembaga

5. Sensor Multi ACS712 6. Sensor SE-TAPE-01 7. Resistor 100 ohm

8. Mikrokontroller ATMega8535

9. LCD

11. Lampu 6V/1.1 W 12. Kabel penghubung 13. Teslameter

3.6 Prosedur Penelitian.

a. Merangkai Alat

1. Memasang gulungan kawat 275 lilitan ke atas tiang kutub 2. Menghubungkan gulungan kawat secara seri

3. Memasang drum rotor di atas tangkai

4. Menghubungkan penggerak dan drum rotor menggunakan rantai 5. Memasang brush holder pada rotor

6. Memasang lampu secara parallel

b. Menjalankan Mesin

1. Menghubungkan power supply pada motor

2. Menghidupkan sumber tegangan dan mengatur tegangan awal minimum 3. Menjalankan generator dengan memutarnya pada kecepatan awal minimum

3.7Pengambilan Data

1. Variasi kecepatan putar rotor dengan kuat medan magnet tetap untuk generator magnet biasa. Memutar potensiometer dan mengukur motornya dengan rpm meter untuk memvariasikan kecepatan putar rotor dari 50 rpm sampai 5000 rpm. Mencatat nilai tegangan dan arus untuk setiap variasi.

2. Melakukan langkah(1) kembali untuk generator magnet Neodymium.

3.8Pengelompokkan data

1. Mengelompokkan data untuk variasi kuat arus dan tegangan generator magnet biasa.

2. Mengelompokkan data untuk variasi kuat arus dan tegangan generator magnet Neodymium.

3. Mengelompokkan data untuk variasi kecepatan putar rotor dan variasi kuat medan magnet.

3.9 Tempat dan pengambilan Data

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Instrumentasi Digital Fisika S-1 Universitas Sumatera Utara yang dilaksanakan pada bulan oktober 2015 sampai selesai.

BAB IV

ANALISA DATA

4.1 Generator Magnet Biasa

Berdasarkan persamaan (5) dari BAB III, nilai tegangan keluaran generator dapat dihitung dengan persamaan:

�m = � (��− � ). . .

Generator DC yang digunakan dalam penelitian ini memiliki luas keseluruhan (5 cm x 3,6 cm). Sedangkan luas kumparan adalah (2,4 cm x 1,7 cm). Sehingga diketahui luas kumparan adalah 4,08 cm2 atau sama dengan 4,08 x 10-4 m2. Nilai medan magnet (B) dari magnet permanen dalam generator adalah 0,4 T.

Untuk kecepatan rotasi yang diketahui, dapat dihitung nilai tegangan keluaran de-ngan persamaan:

Vg = �_m= � (�_� − � )

Jumlah lilitan pada generator adalah 275 lilitan, � = 0, dan �_� pada kecepatan rotasi 50 rpm adalah 5,236 rad/s. Sehingga untuk kecepatan rotasi 50 rpm, nilai tegangan keluaran generator adalah:

Vg = 275 x 0,4 T x 4,08 x 10-4 _m2 _{x5,236 rad/s = 0,2349 Volt}

Tegangan keluaran generator kemudian diberi hambatan 100 ohm. Sehingga nilai arus keluaran generator dapat dihitung dengan menggunakan hukum ohm, dimana:

� = �_� = , 9 = 0,002349 Ampere

Hasil perhitungan tersebut adalah nilai tegangan dan arus keluaran generator secara teori. Sedangkan nilai arus dan tegangan keluaran secara praktek, ditentukan melalui pengukuran langsung menggunakan Multimeter. Dengan cara yang sama seperti di atas, dapat ditentukan nilai tegangan dan arus keluaran untuk 100 rpm dan seterusnya hingga maksimum 5000 rpm baik secara teori maupun secara praktek. Nilai yang didapatkan untuk kecepatan rotasi 50 rpm hingga 5000 rpm kemudian disajikan dalam tabel 4.1.

Tabel 4.1 Tegangan pada generator magnet biasa Putaran

ωg

(rpm)

Vg teori

(Volt)

Vg

praktek (Volt) 50 0,2349 _0,2401 100 0,4699 _0,4812 150 0,7049 _0,7242 200 0,9399 _0,9617 250 11,749 _12,146 300 14,099 _14,454

350 16,449 _16,815 400 18,799 _19,279 450 21,149 _21,625 500 23,499 _24,857 550 25,849 _26,447 600 28,199 _28,848 650 30,549 _31,273 700 32,899 _33,694 750 35,249 _36,110 800 37,599 _38,498 850 39,949 _40,822 900 42,299 _43,209 950 44,649 _45,694 1000 46,999 _48,563 1050 49,349 _50,493 1100 51,699 _52,868 1150 54,049 _55,235 1200 56,399 _57,698 1250 58,749 _68,567 1300 61,099 _62,488 1350 63,449 _64,854 1400 65,799 _67,215 1450 68,149 _69,608 1500 70,499 _72,579 1550 72,849 _74,490 1600 75,199 _76,837 1650 77,549 _79,255 1700 79,899 _81,651 1750 82,249 _84,546 1800 84,599 _86,564 1850 86,949 _88,538 1900 89,299 _91,125 1950 91,649 _95,536 2000 93,999 _94,516 2050 96,349 _95,849 2100 98,699 _105,608 2150 _{101,049 100,932} 2200 _{103,399 100,156} 2250 _{105,749 105,098} 2300 _{108,099 111,604} 2350 _{110,449 115,028} 2400 _{112,799 115,102} 2450 _{115,149 117,976} 2500 _{117,499 123,095} 2550 _{119,849 120,424} 2600 _{122,199 129,948} 2650 _{124,549 121,872}

2700 _{126,899 120,496} 2750 _{129,249 137,012} 2800 _{131,599 134,934} 2850 _{133,949 136,098} 2900 _{136,299 139,542} 2950 _{138,649 141,056} 3000 _{140,999 144,781} 3050 _{143,349 146,404} 3100 _{145,699 148,829} 3150 _{148,049 151,245} 3200 _{150,399 153,697} 3250 _{152,749 156,027} 3300 _{155,099 158,477} 3350 _{157,449 160,806} 3400 _{159,799 163,204} 3450 _{162,149 165,670} 3500 _{164,499 168,838} 3550 _{166,849 170,465} 3600 _{169,199 176,028} 3650 _{171,549 177,052} 3700 _{173,899 179,976} 3750 _{176,249 180,375} 3800 _{178,599 188,924} 3850 _{180,949 184,018} 3900 _{183,299 187,972} 3950 _{185,649 189,006} 4000 _{187,999 195,802} 4050 _{190,349 194,734} 4100 _{192,699 196,198} 4150 _{195,049 199,602} 4200 _{197,399 201,601} 4250 _{199,749 204,710} 4300 _{202,099 206,409} 4350 _{204,449 208,843} 4400 _{206,799 211,253} 4450 _{209,149 219,536} 4500 _{211,499 217,816} 4550 _{213,849 218,084} 4600 _{216,199 221,408} 4650 _{218,549 225,032} 4700 _{220,899 220,856} 4750 _{223,249 220,398} 4800 _{225,599 230,114} 4850 _{227,949 232,898} 4900 _{230,299 235,203} 4950 _{232,649 237,616} 5000 _{234,999 249,309}

Grafik Generator Magnet Biasa

a. Grafik Tegangan pada generator magnet biasa

0 50 5000 2500 (RPM) 24,9309 12,4654 (Volt)

Tabel 4.2 Arus pada generator magnet biasa

Putaran

ωg

(rpm)

Ig teori

(Ampere)

Ig

praktek (Ampere)

50 _{0,0023 0,0024}

100 _{0,0046 0,0048}

150 _{0,0070 0,0072}

200 _{0,0093 0,0096}

250 _{0,0117 0,0125}

300 _{0,0140 0,0144}

350 _{0,0164 0,0168}

400 _{0,0187 0,0192}

450 _{0,0211 0,0216}

500 _{0,0234 0,0254}

550 _{0,0258 0,0264}

600 _{0,0281 0,0288}

650 _{0,0305 0,0312}

700 _{0,0328 0,0336}

750 _{0,0352 0,0365}

800 _{0,0375 0,0384}

850 _{0,0399 0,0408}

900 _{0,0422 0,0432}

950 _{0,0446 0,0456}

1000 _{0,0469 0,0483}

1050 _{0,0493 0,0504}

1100 _{0,0516 0,0528}

1150 _{0,0540 0,0552}

1200 _{0,0565 0,0576}

1250 _{0,0587 0,0635}

1350 _{0,0634 0,0648}

1400 _{0,0657 0,0672}

1450 _{0,0681 0,0696}

1500 _{0,0704 0,0721}

1550 _{0,0728 0,0744}

1600 _{0,0751 0,0768}

1650 _{0,0775 0,0792}

1700 _{0,0798 0,0816}

1750 _{0,0822 0,0843}

1800 _{0,0845 0,0864}

1850 _{0,0869 0,0848}

1900 _{0,0892 0,0912}

1950 _{0,0916 0,0936}

2000 _{0,0939 0,0960}

2050 _{0,0963 0,0984}

2100 _{0,0986 0,1008}

2150 _{0,1010 0,1032}

2200 _{0,1033 0,1056}

2250 _{0,1057 0,1085}

2300 _{0,1087 0,1104}

2350 _{0,1104 0,1128}

2400 _{0,1127 0,1152}

2450 _{0,1151 0,1176}

2500 _{0,1174 0,1225}

2550 _{0,1198 0,1224}

2600 _{0,1221 0,1248}

2650 _{0,1245 0,1272}

2700 _{0,1268 0,1296}

2750 _{0,1292 0,1326}

2800 _{0,1315 0,1344}

2850 _{0,1339 0,1368}

2900 _{0,1362 0,1392}

2950 _{0,1386 0,1416}

3000 _{0,1409 0,1449}

3050 _{0,1433 0,1464}

3100 _{0,1456 0,1488}

3150 _{0,1480 0,1512}

3200 _{0,1503 0,1536}

3250 _{0,1527 0,1560}

3300 _{0,1550 0,1584}

3350 _{0,1574 0,1608}

3400 _{0,1597 0,1632}

3450 _{0,1621 0,1656}

3500 _{0,1644 0,1682}

3550 _{0,1668 0,1704}

3600 _{0,1691 0,1728}

3700 _{0,1738 0,1776}

3750 _{0,1762 0,1837}

3800 _{0,1785 0,1824}

3850 _{0,1809 0,1848}

3900 _{0,1832 0,1872}

3950 _{0,1856 0,1896}

4000 _{0,1879 0,1927}

4050 _{0,1903 0,1944}

4100 _{0,1926 0,1968}

4150 _{0,1950 0,1992}

4200 _{0,1973 0,2016}

4250 _{0,1997 0,2047}

4300 _{0,2020 0,2064}

4350 _{0,2044 0,2088}

4400 _{0,2067 0,2112}

4450 _{0,2091 0,2136}

4500 _{0,2114 0,2164}

4550 _{0,2138 0,2184}

4600 _{0,2161 0,2208}

4650 _{0,2185 0,2232}

4700 _{0,2208 0,2256}

4750 _{0,2232 0,2289}

4800 _{0,2255 0,2304}

4850 _{0,2279 0,2328}

4900 _{0,2302 0,2352}

4950 _{0,2326 0,2376}

5000 _{0,2349 0,2403}

b. Grafik Arus pada generator magnet biasa

0 50 5000

2500

(RPM)

(Ampere) 0,2403

0,1201

Untuk magnet neodymium, nilai medan magnetnya adalah 0,8 T. Luas kumparan generator adalah tetap yaitu 4,08 x 10-4 m2. Dengan cara yang sama seperti gener-ator magnet biasa, untuk kecepatan rotasi yang diketahui dapat dihitung nilai arus dan tegangan keluarannya. Sebagai contoh untuk kecepatan rotasi 50 rpm.

Vg = �_m= � (�_�− � ) = 275 x 0,8 T x 4,08 x 10-4m2 x 5,236 rad/s = 0,4699 Volt

I = � � =

, 699 �� �

�ℎ = 0,004699 Ampere

Arus dan tegangan keluaran generator secara praktek ditentukan melalui pengukuran secara langsung menggunakan Multimeter digital. Hasil yang didapat-kan dari perhitungan secara teori maupun hasil dari pengukuran secara praktek un-tuk tegangan dan arus keluaran generator magnet neodymium dapat dilihat pada tabel 4.3.

Tabel 4.3 tegangan generator magnet neodymium Putaran ωg (rpm) Vg teori (Volt) Vg praktek (Volt) 50 0,4699 0,4899 100 0,9403 0,9615 150 14,104 14,437 200 18,807 19,246 250 23,509 24,524 300 28,212 28,801 350 32,914 33,649 400 37,617 38,433 450 42,319 43,209 500 47,022 48,074 550 51,724 52,860 600 56,427 57,601 650 61,129 62,475 700 65,832 67,207 750 70,534 72,581 800 75,237 76,809 850 79,939 81,662 900 84,642 86,460 950 89,344 91,288 1000 94,047 96,419 1050 98,749 100,815 1100 103,452 105,699 1150 108,154 110,437 1200 112,857 115,271 1250 117,559 122,867 1300 122,262 124,880 1350 126,964 129,606 1400 131,667 134,439 1450 136,369 139,225

1500 141,072 144,947 1550 145,774 148,850 1600 150,477 153,601 1650 155,179 158,469 1700 159,882 163,250 1750 164,584 168,159 1800 169,287 172,894 1850 173,989 177,601 1900 178,692 182,426 1950 183,394 187,233 2000 188,097 192,408 2050 192,799 196,827 2100 197,502 201,632 2150 202,204 206,448 2200 206,907 211,262 2250 211,609 216,407 2300 216,312 220,855 2350 221,014 225,650 2400 225,717 230,451 2450 230,419 235,238 2500 235,122 240,781 2550 239,824 244,854 2600 244,527 249,602 2650 249,229 254,415 2700 253,932 259,273 2750 258,634 264,601 2800 263,337 268,850 2850 268,039 273,692 2900 272,748 278,427 2950 277,445 283,251 3000 282,147 288,117 3050 286,845 292,815 3100 291,552 297,206 3150 296,255 302,402 3200 300,957 307,283 3250 305,655 312,061 3300 310,362 316,859 3350 315,065 321,662 3400 319,767 326,480 3450 324,465 331,273 3500 329,172 336,081 3550 333,875 340,822 3600 338,577 345,687 3650 343,275 350,418 3700 347,982 355,241 3750 352,685 365,073 3800 357,387 364,803

3850 362,085 369,627 3900 366,792 374,450 3950 371,495 379,253 4000 376,197 380,975 4050 380,895 388,837 4100 385,602 393,611 4150 390,305 398,473 4200 395,007 403,272 4250 399,705 408,619 4300 404,412 412,875 4350 409,115 417,630 4400 413,817 422,448 4450 418,515 427,273 4500 423,202 43,209 4550 427,925 436,847 4600 432,627 441,651 4650 437,320 446,477 4700 442,032 451,238 4750 446,734 456,453 4800 451,437 460,830 4850 456,139 465,663 4900 460,842 470,471 4950 465,544 475,209 5000 470,247 481,150

Grafik Generator Magnet Neodymium

a. Grafik Tegangan pada generator neodymium

0 50 5000 2500 (RPM) 48,1150 24,0275 (Volt)

Tabel 4.4 Arus generator magnet neodymium Putaran ωg (rpm) Ig teori (Ampere) Ig praktek (Ampere)

100 0,0094 0,0094

150 0,0141 0,0142

200 0,0188 0,0191

250 0,0235 0,0238

300 0,0282 0,0286

350 0,0329 0,0334

400 0,0376 0,0382

450 0,0423 0,0435

500 0,0470 0,0478

550 0,0517 0,0526

600 0,0564 0,0574

650 0,0611 0,0622

700 0,0658 0,0672

750 0,0705 0,0718

800 0,0752 0,0766

850 0,0799 0,0814

900 0,0846 0,0862

950 0,0893 0,0917

1000 0,0940 0,0958

1050 0,0987 0,1006

1100 0,1034 0,1054

1150 0,1081 0,1102

1200 0,1128 0,1159

1250 0,1175 0,1198

1300 0,1222 0,1246

1350 0,1270 0,1294

1400 0,1317 0,1342

1450 0,1364 0,1390

1500 0,1411 0,1438

1550 0,1458 0,1486

1600 0,1505 0,1534

1650 0,1552 0,1582

1700 0,1599 0,1639

1750 0,1646 0,1678

1800 0,1693 0,1726

1850 0,1740 0,1774

1900 0,1787 0,1822

1950 0,1834 0,1873

2000 0,1881 0,1918

2050 0,1928 0,1966

2100 0,1975 0,2014

2150 0,2022 0,2062

2200 0,2069 0,2119

2250 0,2116 0,2158

2300 0,2163 0,2206

2350 0,2210 0,2254

2450 0,2304 0,2352

2500 0,2351 0,2398

2550 0,2398 0,2446

2600 0,2446 0,2494

2650 0,2493 0,2542

2700 0,2540 0,2593

2750 0,2587 0,2638

2800 0,2634 0,2686

2850 0,2681 0,2734

2900 0,2728 0,2782

2950 0,2775 0,2839

3000 0,2822 0,2878

3050 0,2869 0,2926

3100 0,2916 0,2974

3150 0,2963 0,3022

3200 0,3010 0,3075

3250 0,3057 0,3118

3300 0,3104 0,3166

3350 0,3151 0,3214

3400 0,3198 0,3262

3450 0,3245 0,3315

3500 0,3292 0,3358

3550 0,3339 0,3406

3600 0,3386 0,3454

3650 0,3433 0,3502

3700 0,3480 0,3559

3750 0,3527 0,3598

3800 0,3574 0,3646

3850 0,3622 0,3694

3900 0,3669 0,3742

3950 0,3716 0,3791

4000 0,3763 0,3838

4050 0,3810 0,3886

4100 0,3857 0,3934

4150 0,3904 0,3982

4200 0,3951 0,4036

4250 0,3998 0,4078

4300 0,4045 0,4126

4350 0,4092 0,4174

4400 0,4139 0,4222

4450 0,4186 0,4279

4500 0,4233 0,4318

4550 0,4280 0,4366

4600 0,4327 0,4414

4650 0,4374 0,4462

4700 0,4421 0,4519

4800 0,4515 0,4606

4850 0,4562 0,4654

4900 0,4609 0,4702

4950 0,4656 0,4751

5000 0,4703 0,4798

b. Grafik Arus pada generator magnet neodymium

0 50 5000

2500

(RPM)

(Ampere) 0,4798

0,2399

Garis yang lurus pada grafik menunjukkan arus dan tegangan secara teori. Garis lurus tersebut menunjukkan bahwa arus dan tegangan tersebut secara teori adalah konstan. Sedangkan garis lainnya menunjukkan arus dan tegangan secara praktek dan terlihat garis tersebut tidak lurus. Hal ini menunjukkan bahwa secara praktek arus dan tegangan tidak konstan.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Secara teori pada generator magnet biasa didapatkan arus secara teori sebesar 0,2349 Ampere dan tegangan maksimal sebesar 23,4999 Volt. Secara praktek, pada generator biasa didapatkan arus sebesar 0,2403 Ampere dan tegangan maksimal sebesar 24,9309 Volt. Pada generator neodymium, secara teori arus secara teori didapatkan 0,4703 Ampere dan tegangan maksimum sebesar 47,0247 Volt. Secara praktek pada generator neodymium arus maksimm yang didapatkan 0,4798 Ampere dan tegangan maksimum sebesar 48,1150 Volt. Kenaikan arus dan tegangan tersebut disebabkan oleh fluks magnet yang terdapat pada neodymium.

2. Arus dan tegangan scara teori dan secara praktek memiliki hasil yang tidak jauh berbeda. Hal tersebut disebabkan oleh terbuangnya energi pada motor dan generator.

3. Arus pada generator magnet neodymium lebih besar dari generator magnet biasa.

5.2 Saran

1. Sebaiknya motor yang digunakan adalah motor yang memiliki daya yang lebih tinggi untuk menghasilkan nilai (τ) yang lebih tinggi untuk memutar generator DC yang digunakan agar menghasilkan daya keluaran generator yang lebih tinggi lagi.

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Magnet

Magnet adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet. Asal kata magnet diduga dari kata magnesia.Sekitar 4.000 tahun yang lalu telah ditemukan sejenis batu yang memiliki sifat dapat menarik besi atau baja atau campuran logam lainnya.Benda yang dapat menarik besi atau baja inilah yang disebut magnet.Di dalam kehidupan sehari-

hari kata “magnet” sudah sering kita dengar, namun sering juga berpikir bahwa jika

mendengar kata magnet selalu berkonotasi menarik benda. Banyak peralatan yang sering digunakan, antara lain bel listrik, telepon, dinamo, alat-alat ukur listrik, kompas yang semuanya menggunakan bahan magnet.

Magnet dapat dibuat dari bahan besi, baja, dan campuran logam serta telah banyak dimanfaatkan untuk industri otomotif dan lainnya. Sebuah magnet terdiri atas magnet- magnet kecil yang memiliki arah yang sama (tersusun teratur), magnet-magnet kecil ini disebut magnet elementer. Magnet dapat menarik benda lain, beberapa benda bahkan tertarik lebih kuat dari yang lain, yaitu bahan logam. Namun tidak semua logam mempunyai daya tarik yang sama terhadap magnet. Besi dan baja adalah dua contoh materi yang mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet.Satuan intensitas magnet menurut sistem metrik Satuan Internasional (SI) adalah Tesla dan SI unit untuk total fluks magnetik adalah weber (1 weber/m2= 1 tesla) yang mempengaruhi luasan satu meter persegi.

Pada magnet terdapat beberapa bagian, antara lain:

a. Kutub Magnet

Bagian magnet yang mempunyai gaya tarik terbesar disebut kutub magnet.Magnet selalu mempunyai dua kutub.Hal ini dapat diketahui bila sebuah magnet batang dicelupkan ke dalam serbuk besi.Di bagian tengah (daerah netral) tidak ada serbuk besi yang melekat, sedangkan bagian ke ujung makin banyak serbuk besi yang melekat pada magnet.Bagian yang banyak dilekati serbuk besi merupakan kutub magnet. Hal ini menandakan, gaya magnet yang paling besar berada di ujung - ujung magnet.

b. Sumbu Magnet

Sumbu magnet yaitu garis yang menghubungkan antara kedua kutub magnet seperti seperti terlihat pada gambar 2.1 di bawah ini.

Gambar 2.1 Sumbu Magnet

c. Magnet Elementer

Setiap benda magnetik pada dasarnya terdiri dari magnet - magnet kecil yang disebut magnet elementer.Magnet elementer adalah magnet yang paling kecil yang berupa atom. Suatu benda akan bersifat magnet jika magnet - magnet elementernya mempunyai arah yang cenderung sama/ beraturan dan benda yang tidak mempunyai sifat magnet jika magnet - magnet elementernya mempunyai arah acak (sembarang).

Pada sebuah magnet, magnet - magnet elementernya tersusun rapi dan menunjuk arah yang sama, sehingga menimbulkan kutub - kutub magnet. Antar magnet elementer tersebut terdapat gaya tolak - menolak dan gaya tarik - menarik. Akan tetapi, di bagian ujung magnet hanya terdapat gaya tolak - menolak. Itulah sebabnya pada ujung - ujung magnet terdapat gaya magnet paling kuat sedangkan bagian tengahnya lemah.

Pada benda bukan magnet, magnet - magnet elementernya tersusun dengan arah yang berlainan atau arah yang acak sehingga tidak menimbulkan kutub magnet. Karena arahnya acak, gaya tarik - menarik dan tolak - menolak antar magnet elementer saling meniadakan. Itulah sebabnya pada besi bukan magnet tidak terdapat gaya magnet (sifat magnet). Untuk besi yang dapat menjadi magnet akan terjadi perubahan susunan seperti pada gambar 2.2 saat menjadi magnet.

(a)(b)

Gambar 2.2 (a) susunan magnet elementer besi/baja sebelum menjadi magnet (b) susunan magnet elementer besi/baja sesudah menjadi magnet

2.1.1 Medan Magnet

Medan magnet terdiri dari garis-garis fluks imajiner yang berasal dari partikel bermuatan listrik yang bergerak atau berputar.Contohnya partikel proton yang berputar dan pergerakan elektron yang mengalir pada kawat dalam bentuk sirkuit elektronik seperti terlihat pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 Fluks Medan Magnet

.Secara garis besar ada dua jenis magnet berdasarkan bagaimana medanmagnetnya tercipta, yaitu:

 Magnet permanen

Magnet permanen tidak tergantung akan adanya pengaruh dari luar dalam menghasilkan medan magnetnya. Magnet ini dapat dihasilkan oleh alam atau dapat dibuat dari bahan feromagnetik (bahan yang memiliki respon yang kuat terhadap medan magnet).

 Elektromagnet

Elektromagnet adalah magnet yang medan magnetnya tercipta karena adanya arus listrik yang mengalir. Semakin besar arus yang diberikan, maka semakin besar pula medan magnet yang dihasilkan.

2.1.2 Bentuk - bentuk Medan Magnet

a. Medan Magnet Pada Kawat Lurus

Bentuk garis medan magnet pada kawat panjang yang dialiri arus listrik berbentuk lingkaran konsentris mengelilingi kawat tersebut. Arah dari medan magnetnya tegak lurus terhadap kawat dan searah dengan jari - jari pada tangan kanan yang ditekuk, dan arah arusnya sesuai dengan arah ibu jaridapat dilihat pada gambar 2.4.

Gambar 2.4 Garis Medan Magnet Pada Kawat Lurus

Arus listrik yang mengalir pada kawat berbentuk loop menghasilkan medan magnet lebih terpusat pada bagian tengah dibandingkan pada bagian luar loop seperti terlihat pada gambar 2.5.

Gambar 2.5 Medan magnet pada kawat loop

c. Medan Magnet Pada Magnet Batang

Medan magnet pada sebuah batang magnet berbentuk garis tertutup. Melalui hasil konvensi, arah medan magnet keluar dari kutub utara (N) menuju kutub selatan (S).

d. Medan magnet pada solenoid

Solenoid adalah kawat berarus listrik berbentuk loop yang biasanya dililitkan pada inti dari besi sehingga menghasilkan medan magnet. Medan magnet yang seragam dihasilkan pada pusat solenoid, sedangkan medan magnet yang terbentuk diluar solenoid lebih lemah dan divergen dapat di lihat dari gambar 2.6.

Gambar 2.6 Medan magnet pada solenoid

2.1.3Macam - Macam Magnet

Berdasarkan sifat kemagnetannya magnet dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu:

a. Magnet Permanen

Magnet permanen adalah suatu bahan yang dapat menghasilkan medan magnet yang besarnya tetap tanpa adanya pengaruh dari luar atau disebut magnet alam karena memiliki sifat kemagnetan yang tetap. Magnet permanen dibuat orang dalam berbagai bentuk dan dapat dibedakan menurut bentuknya menjadi:

1. Neodymium Magnet

Magnet Neodymium merupakan magnet tetap yang paling kuat.Magnet Neodymium (juga dikenal sebagai NdFeB, NIB, atau magnet Neo), merupakan sejenis magnet tanah jarang, terbuat dari campuran logam Neodymium. Tetragonal Nd2Fe14B memiliki struktur kristal yang sangat tinggi berbentuk uniaksial anisotropi magnetocrystalline.Senyawa ini memiliki tinggi koersivitas (yaitu ketahanan mengalami kerusakan magnetik).

Nd2Fe14B cenderung rentan terhadap korosi.Secara khusus korosi sekecil apapun dapat menyebabkan kerusakan magnet.Masalah ini dibahas dalam banyak produk komersial dengan menyediakan lapisan pelindung.Pelapisan nikel atau dua pelapisan tembaga berlapis nikel digunakan sebagai metode standar, meskipun pelapisan dengan logam lainnya atau polimer dan lapisan pelindung pernis juga digunakan. Gambar magnet Nd2Fe14B dalam kondisi belum di bentuk terlihat pada gambar 2.7.

Gambar 2.7 Magnet Neodymium

2. Samarium - Cobalt Magnet

Magnet Samarium - Cobalt adalah salah satu dari dua jenis magnet bumi yang langka, merupakan magnet permanen yang kuat yang terbuat dari paduan samarium dan kobalt.Magnet ini dikembangkan pada awal tahun 1970 dan umumnya terkuat kedua jenis magnet dibuat, kurang kuat dari magnet neodymium tetapi memiliki peringkat temperatur yang lebih tinggi. Magnet ini juga rapuh, dan rawan terhadap retak. Jenis magnet ini dapat ditemukan di dalam alat - alat elektronik seperti VCD, DVD, VCR Player, Handphone, dan lain - lain. Gambar magnet Samarium - Cobalt Magnet terlihat pada gambar 2.8.

Gambar 2.8Samarium-Cobalt Magnets

3. Magnet Keramik

Ferrites adalah senyawa kimia yang terdiri dari keramik bahan dengan besi (III) oksida (Fe2O3) sebagai komponen utama. Bahan ini digunakan untuk membuat magnet permanen, seperti core ferit untuk transformator, dan berbagai aplikasi lain. Ferit keras banyak digunakan dalam komponen elektronik, diantaranya motor-motor DC kecil, pengeras suara (loud speaker), meteran air, KWH-meter, telephone receiver ,circulator , dan rice cooker. Gambar magnet Keramik terlihat pada gambar 2.9.

Gambar 2.9 Keramik magnet

4. Magnet Plastik

Magnet dibuat dengan mencampur ferit atau bubuk Neodymium magnet dan pengikat karet sintetis atau alami. Dibuat dengan menggulung atau metode ekstrusi. Magnet plastik dibuat karena keuntungan dari magnet ini fleksibel, biaya rendah, dan kemudahan dalam penggunaan. Magnet plastik biasanya diproduksi dalam bentuk lembaran strip atau yang banyak digunakan dalam mikro-motor, gasket dan lain-lain. Magnet plastik sering dilaminasi dengan vinil dicetak putih atau berwarna. Gambar magnet plastik terlihat pada gambar 2.12

Gambar 2.10 plastic magnet

5. Magnet Alnico

Alinco magnet adalah magnet paduan yang mengandung Alumunium (Al), Nikel (Ni), Cobalt (Co).Karena dari tiga unsur tersebut magnet ini sering disebut Alnico.Sebenarnya magnet alnico ini tidak hanya mengandung ketiga unsur saja melainkan ada beberapa unsur mengandung besi dan tembaga, tetapi kandungan besi dan tembaga tersebut relatif sedikit. Magnet alnicodikembangkan pada tahun 1930-an. Jenis magnet ini dapat ditemukan di dalam alat-alat motor (kipas angin, speaker).Magnet ini adalah magnet yang masih termasuk kategori berenergi rendah.Gambar Magnet Alnico terlihat pada gambar 2.11.

Gambar 2.11 Magnet Alnico

b. Magnet Tidak Tetap

Magnet tidak tetap (remanen) adalah suatu bahan yang hanya dapat menghasilkan medan magnet yang bersifat sementara. Medan magnet remanen dihasilkan dengan cara mengalirkan arus listrik atau digosok-gosokkan dengan magnet alam. Bila suatu bahan pengantar dialiri arus listrik, besarnya medan magnet yang dihasilkan tergantung pada besar arus listrik yang dialirkan. Medan magnet remanen yang digunakan dalam praktek kebanyakan dihasilkan oleh arus dalam kumparan yang berinti besi. Agar medan magnet yang dihasilkan cukup kuat, kumparan diisi dengan besi atau bahan sejenis besi dan sistem ini dinamakan elektromagnet. Keuntungan elektromagnet adalah bahwa kemagnetannya dapat dibuat sangat kuat, tergantung dengan arus yang dialirkan dan kemagnetannya dapat dihilangkan dengan memutuskan arus listriknya.

c. Elektromagnetik

Sebuah elektromagnetik pada bentuk paling sederhana merupakan sebuah kabel yang digulung menjadi satu loop atau lebih. Kumparan atau gulungan ini disebut solenoid. Ketika kuat arus listrik mengalir pada kumparan, sebuah medan magnet dihasilkan sepanjang kumparan. Kekuatan medan magnet dipengaruhi oleh beberapa faktor. Faktor yang mempengaruhi diantaranya, yaitu jumlah lilitan, besarnya arus dan bahan yang digunakan sebagai inti kumparan.Jumlah lilitan mempengaruhi luas daerah yang

berinteraksi, besar arus mempengaruhi aktivitas dan bahan intikumparan mempengaruhi resistansi listrik.Inti kumparan harus merupankan bahan ferromagnetik, yaitu bahan yang mudah dibuat menjadi magnet, karena beberapa bahan tidak dapat dibuat menjadi magnet atau memiliki sifat kemagnetan yang sangat kecil seperti terlihat pada gambar 2.14 di bawah ini.

Gambar 2.12 elektromagnet/solenoid

Pada sebuah selonoida, besar medan magnet yang dihasilkan oleh jumlah lilitan N, besar arus I, permebialitas bahan inti kumparan μ dan panjang kumparan L

B = µ��

� ...(2.5)

Gaya maksimum yang dapat dihasilkan sebuah solenoida dengan medan magnet B, luas daerah tegak lurus A dan permebialitas bahan inti kumparan μ

= _��_µ ...(2.6)

Dengan mensubtitusikan maka kita akan mendapatkan persamaan yang baru. = µ�_������ ...(2.7)

Berdasarkan persamaan diatas diketahui bahwa untuk mendapatkan gaya magnet yang kuat dibutuhkan jumlah lilitan yang banyak, arus yang besar, kumparan yang pendek, diameter kawat besar dan permebialitas bahan inti yang tinggi. Permeabilitas bahan ini ditentukan oleh jenis bahan yang digunakan dalam kumparan.

Pemilihan bahan inti kumparan sangat mempengaruhi besarnya gaya yang dihasilkan. Dengan pemilihan bahan yang berbeda, kekuatan medan magnet yang dihasilkan dapat berlipat ganda. Jarak sangat mempengaruhi kekuatan medan magnet yang dihasilkan sesuai dengan hukum coulomb. Jadi, semakin jauh jarak suatu partikel dari magnet, semakin kecil pula kuat medan magnet yang dirasakan partikel tersebut.

E = K _�...(2.8)

Dimana kuat medan magnet yang dirasakan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak magnet atau solenoida.

Ketika materi ditempatkan dalam medan magnet, kekuatan magnetik dari bahan yang elektron tersebut akan terpengaruh. Efek ini dikenal sebagai Hukum Faraday Induksi Magnetik. Namun, bahan dapat bereaksi sangat berbeda dengan kehadiran medan magnet luar. Reaksi ini tergantung pada sejumlah faktor, seperti struktur atom dan molekul material, dan medan magnet bersih terkait dengan atom. Momen magnetik berhubungan dengan atom memiliki tiga asal-usul. Ini adalah gerakan orbital elektron, perubahan dalam gerak orbit yang disebabkan oleh medan magnet luar, dan spin dari elektron. Pada sebagian besar atom, elektron terjadi pada pasangan. Spin elektron dalam pasangan di arah yang berlawanan. Jadi, ketika elektron dipasangkan bersama-sama, mereka berputar berlawanan menyebabkan medan magnet mereka untuk membatalkan satu sama lain. Oleh karena itu, tidak ada medan magnet yang bersih. Berdasarkan sifat medan magnet atomis, bahan dibagi menjadi tiga golongan, yaitu diamagnetik, paramagnetik dan ferromagnetik.Berikut akan djelaskan tentang ketiga sifat dari kemagnetan.

a. Diamagnetik

Bahan diamagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom atau molekulnya nol, tetapi orbit dan spinnya tidak nol (Halliday & Resnick, 1989). Bahan diamagnetik tidak mempunyai momen dipol magnet permanen. Jika bahan diamagnetik diberi medan magnet luar, maka elektron-elektron dalam atom akan berubah gerakannya sedemikian hingga menghasilkan resultan medan magnet atomis yang arahnya berlawanan.

Sifat diamagnetik bahan ditimbulkan oleh gerak orbital elektron sehingga semua bahan bersifat diamagnetik karena atomnya mempunyai elektron orbital. Bahan dapat bersifat magnet apabila susunan atom dalam bahan tersebut mempunyai spin elektron yang tidak berpasangan. Dalam bahan diamagnetik hampir semua spin elektron berpasangan, akibatnya bahan ini tidak menarik garis gaya. Contoh bahan diamagnetik yaitu: bismut, perak, emas, tembaga dan seng.

Bahan diagmanetik memiliki negatif, kerentanan lemah untuk medan magnet. Diamagnetik sedikit ditolak oleh medan magnet dan materi tidak mempertahankan sifat magnetik. Dalam bahan diamagnetik semua elektron dipasangkan sehingga tidak ada magnet permanen saat bersih per atom. Sifat diamagnetik timbul dari penataan kembali dari orbit elektron di bawah pengaruh medan magnet luar. Sebagian besar unsur dalam tabel periodik, termasuk tembaga, perak, dan emas, adalah diamagnetik.

Diamagnetisme adalah sifat suatu benda untuk menciptakan suatu medan magnet ketika dikenai medan magnet .Sifat ini menyebabkan efek tolak menolak. Diamagnetik adalah salah satu bentuk magnet yang cukup lemah, dengan pengecualiansuperkonduktor yang memiliki kekuatan magnet yang kuat.

Semua material menunjukkan peristiwa diamagnetik ketika berada dalam medan magnet. Oleh karena itu, diamagnetik adalah peristiwa yang umum terjadi karena

pasangan elektron , termasuk elektron inti di atom, selalu menghasilkan peristiwa diamagnetik yang lemah. Namun demikian, kekuatan magnet material diamagnetik jauh lebih lemah dibandingkan kekuatan magnet feromagnetikataupun paramagnetik. Material yang disebut diamagnetik umumnya berupa benda yang disebut 'non-magnetik', termasuk di antaranya air, kayu , senyawa organik seperti minyak bumi dan beberapa jenis plastik , serta beberapa logam seperti tembaga, merkuri ,emas dan bismut. Superkonduktor adalah contoh diamagnetik sempurna.

Ciri-ciri dari bahan diamagnetik adalah:

 Bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom/molekulnya adalah nol.

 Jika solenoida dirnasukkan bahan ini, induksi magnetik yang timbul lebih kecil.

 Contoh: Bismuth, tembaga, emas, perak, seng, garam dapur. b. Paramagnetik

Bahan paramagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom/molekulnya tidak nol, tetapi resultan medan magnet atomis total seluruh atom/molekul dalam bahan nol (Halliday & Resnick, 1989). Hal ini disebabkan karena gerakan atom/molekul acak, sehingga resultan medan magnet atomis masing-masing atom saling meniadakan. Bahan ini jika diberi medan magnet luar, maka elektron-elektronnya akan berusaha sedemikian rupa sehingga resultan medan magnet atomisnya searah dengan medan magnet luar. Sifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang menjadi terarah oleh medan magnet luar. Pada bahan ini, efek diamagnetik (efek timbulnya medan magnet yang melawan medan magnet penyebabnya) dapat timbul, tetapi pengaruhnya sangat kecil. Contoh bahan paramagnetik: alumunium, magnesium, wolfram dan sebagainya. Bahan diamagnetik dan paramagnetik mempunyai sifat kemagnetan yang lemah. Perubahan medan magnet dengan adanya bahan tersebut tidaklah besar apabila digunakan sebagai pengisi kumparan toroida.

Bahan paramagnetik ada yang positif, kerentanan kecil untuk medan magnet.. Bahan-bahan ini sedikit tertarik oleh medan magnet dan materi yang tidak mempertahankan sifat magnetik ketika bidang eksternal dihapus. sifat paramagnetik adalah karena adanya beberapa elektron tidak berpasangan, dan dari penataan kembali elektron orbit disebabkan oleh medan magnet eksternal. Bahan paramagnetik termasuk magnesium, molybdenum, lithium, dan tantalum.

Paramagnetisme adalah suatu bentuk magnetisme yang hanya terjadi karena adanya medan magnet eksternal. Material paramagnetik tertarik oleh medan magnet, dan karenanya memiliki permeabilitas magnetis relatif lebih besar dari satu (atau, dengan kata lain, suseptibilitas magnetik positif). Meskipun demikian, tidak seperti ferromagnet yang

juga tertarik oleh medan magnet, paramagnet tidak mempertahankan magnetismenya sewaktu medan magnet eksternal tak lagi diterapkan.

Ciri-ciri dari bahan paramagnetic adalah:

 Bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom/molekulnya adalah tidak nol.

 Jika solenoida dimasuki bahan ini akan dihasilkan induksi magnetik yang lebih besar.

 Contoh: aluminium, magnesium, wolfram, platina, kayu c. Ferromagnetik

Bahan ferromagnetik adalah bahan yang mempunyai resultan medan atomis besar (Halliday & Resnick, 1989). Hal ini terutama disebabkan oleh momen magnetik spin elektron. Pada bahan ferromagnetik banyak spin elektron yang tidak berpasangan, misalnya pada atom besi terdapat empat buah spin elektron yang tidak berpasangan. Masing-masing spin elektron yang tidak berpasangan ini akan memberikan medan magnetik, sehingga total medan magnetik yang dihasilkan oleh suatu atom lebih besar.

Medan magnet dari masing-masing atom dalam bahan ferromagnetik sangat kuat, sehingga interaksi diantara atom-atom tetangganya menyebabkan sebagian besar atom akan mensejajarkan diri membentuk kelompok-kelompok.

Kelompok atom yang mensejajarkan dirinya dalam suatu daerah dinamakan domain. Bahan feromagnetik sebelum diberi medan magnet luar mempunyai domain yang momen magnetiknya kuat, tetapi momen magnetik ini mempunyai arah yang berbeda-beda dari satu domain ke domain yang lain sehingga medan magnet yang dihasilkan tiap domain saling meniadakan.

Bahan ferromagnetic menunjukkan daya tarik yang kuat untuk medan magnet dan mampu mempertahankan sifat magnetik. Ferromagnetik memiliki elektron tidak berpasangan sehingga atom memiliki momen magnet bersih.Mereka mendapatkan magnet yang kuat sifat mereka karena keberadaan domain magnetik.Besi, nikel, dan kobalt adalah contoh bahan feromagnetik.Komponen dengan materi-materi ini biasanya diperiksa dengan menggunakan metode partikel magnetik.

Ferromagnetisme adalah sebuah fenomena dimana sebuah material dapat mengalami magnetisasi secara spontan, dan merupakan satu dari bentuk kemagnetan yang paling kuat.Fenomena inilah yang dapat menjelaskan kelakuan magnet yang kitajumpai sehari-hari.Ferromagnetisme merupakan dasar untuk menjelaskan fenomena magnet permanen.

Ciri-ciri bahan ferromagnetic adalah:

 Bahan yang mempunyai resultan medan magnetis atomis besar.

 Jika solenoida diisi bahan ini akan dihasilkan induksi magnetik sangat besar (bisa ribuan kali).Permeabilitas bahan ini:

Contoh: besi, baja, besi silikon, nikel, kobalt.

2.2 Motor DC

2.2.1 Pengertian Motor DC

Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan,dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. Motor listrik kadangkala

disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor motor menggunakan

sekitar 70% beban listrik total di industri.

Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet, maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik. Prinsip kerja dari arus searah adalah membalik phasa tegangan dari gelombang yang mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator, dengan demikian arus yang berbalik arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam medan magnet. Bentuk motor paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar bebas di antara kutub-kutub magnet permanen seperti terlihat pada gambar 2.15.

Gambar 2.13Motor D.C Sederhana

Catu tegangan dc dari baterai menuju ke lilitan melalui sikat yang menyentuh komutator,dua segmen yang terhubung dengan dua ujung lilitan.Kumparan satu lilitan pada gambardi atas disebut angker dinamo. Angker dinamo adalah sebutan untuk komponen yangberputar di antara medan magnet.

Jika arus lewat pada suatu konduktor, timbul medan magnet di sekitar konduktor. Arah medan magnet ditentukan oleh arah aliran arus pada konduktor seperti terlihat pada gambar 2.14.

Gambar 2.14 Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor

Aturan Genggaman Tangan Kanan bisa dipakai untuk menentukan arah garis fluks disekitar konduktor. Genggam konduktor dengan tangan kanan dengan jempol mengarah pada arah aliran arus, maka jari-jari anda akan menunjukkan arah garis fluks. menunjukkan medan magnet yang terbentuk di sekitar konduktor berubah arah karena bentuk U seperti pada gambar 2.15.

Gambar 2.15 Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor Catatan :

Medan magnet hanya terjadi di sekitar sebuah konduktor jika ada arus mengalir pada konduktor tersebut terlihat pada gambar 2.16.

Pada motor listrik konduktor berbentuk U disebut angker dinamo.

Gambar 2.16 Medan magnet mengelilingi konduktor dan diantara kutub

Jika konduktor berbentuk U (angker dinamo) diletakkan di antara kutub uatara dan selatan yang kuat medan magnet konduktor akan berinteraksi dengan medan magnet kutub.

Dari gambar 2.17 lingkaran bertanda A dan B merupakan ujung konduktor yang dilengkungkan (loopedconductor). Arus mengalir masuk melalui ujung A dan keluar melalui ujung B.Medan konduktor A yang searah jarum jam akan menambah medan pada kutub danmenimbulkan medan yang kuat di bawah konduktor. Konduktor akan berusaha bergerakke atas untuk keluar dari medan kuat ini. Medan konduktor B yang berlawanan arahjarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di ataskonduktor. Konduktor akan berusaha untuk bergerak turun agar keluar dari medan yang kuat tersebut. Gaya-gaya tersebut akan membuat angker dinamo berputar searah jarumjam.

Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum :

 Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.

 Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran / loop, makakedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya padaarah yang berlawanan.

 Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar / torque untuk memutar kumparan.

 Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenagaputaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunanelektromagnetik yang disebut kumparan medan.

Pada motor dc, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan menghasilkanmedan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konversi darienergi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya berlangsung melaluimedan magnet, dengan demikian medan magnet disini selain berfungsi sebagai tempatuntuk menyimpan energi, sekaligus sebagai tempat berlangsungnya proses perubahanenergi, daerah tersebut dapat dilihat pada gambar 2.18di bawah ini :

Gambar 2.18 Prinsip kerja motor dc

Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara sempurna, makategangan sumber harus lebih besar daripada tegangan gerak yang disebabkan reaksilawan. Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang dilindungi oleh medan makamenimbulkan perputaran pada motor.Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud denganbeban motor. Beban dalam hal ini mengacu kepada keluaran tenaga putar / torque sesuaidengan kecepatan yang diperlukan.

Untuk menentukan arah putaran motor digunakan kaedah Flamming tangan kiri.Kutub-kutub magnet akan menghasilkan medan magnet dengan arah dari kutub utara kekutub selatan. Jika medan magnet memotong sebuah kawat penghantar yang dialiri

arussearah dengan empat jari, maka akan timbul gerak searah ibu jari. Gaya ini disebut gayaLorentz, yang besarnya sama dengan F.

Prinsip motor : aliran arus di dalam penghantar yang berada di dalam pengaruh medan magnet akan menghasilkan gerakan. Besarnya gaya pada penghantar akanbertambah besar jika arus yang melalui penghantar bertambah besar.

2.2.3Mengatur Kecepatan pada Armature

Berdasarkana persamaan di bawah ini :

=���_� ...(2.9)

Jika flux Φ tetap dijaga konstan, dan kecepatannya berubah berdasarkan armature voltage

(Es). Dengan naiknya atau turunnya Es, kecepatan motor akan naik atau turun sesuai dengan perbandingannya.

Dalam instalasi modern, generator sering digantikan dengan high-powerelectronic converter yang mengubah ac power dari listrik ke dc.

Ward-Leonard sistem lebih dari sekadar cara sederhana dengan menerapkan suatuvariabel dc ke armature dari motor dc. Hal tersebut benar-benar dapat memaksa motorutnuk mengembangkan torsi dan kecepatan yang dibutuhkan oleh beban. Contohnya,misalkan Es disesuaikan dengan sedikit lebih tinggi daripada Eodari motor. Arus akanmengalir dengan arah sesuai dengan gambar di atas, dan motor mengembangkan torsiyang positif. Armature dari motor menyerap power karena I mengalir ke terminal positif.

Sekarang, misalkan kita megurangi Es dengan mengurangi excitation ΦG. Segerasetelah Es menjadi kurang dari Eo, arus I berbalik. Hasilnya, torsi motor berbalik danarmature dari motor menghantarkan daya ke generator G. Akibatnya, motor dc mendadakmenjadi generator dan generator G mendadak menjadi motor. Maka, dengan mengurangiEs, motor tiba-tiba dipaksa untuk memperlambat.

Apa yang terjadi kepada power dc yg diterima oleh generator? Saat generatormenerima daya listrik, generator beroperasi sebagai motor, mengendalikan motor ac nyasendiri sebagai asynchrounous generator. Hasilnya, ac power memberikan kembali kerangkaian yang biasanya memberikan motor ac. Kenyataannya daya bisa diperolehkembali, cara ini membuat Ward-Leonard sistem menjadi sangat efisien.

2.2.4Mengatur Kecepatan dengan Field

Berdasarkan persamaan di atas kita juga dapat memvariasikan kecepatan motor dc dengan

memvariasikan field flux Φ. Tegangan armature Es tetap dijaga konstan agarnumerator pada persamaan di atas juga konstan. Oleh sebab itu, kecepatan motorsekarang berubah perbandingannnya ke flux Φ; jika kita menaikkan fluxnya, kecepatanakan jatuh, dan sebaliknya.

2.2.5Reaksi Jangkar

Terjadinya gaya torsi pada jangkar disebabkan oleh hasil interaksi dua garis medanmagnet. Kutub magnet menghasilkan garis medan magnet dari utara-selatan melewatijangkar. Interaksi kedua magnet berasal dari stator dengan magnet yang dihasilkanjangkar mengakibarkan jangkar mendapatkan gaya torsi putar berlawanan arah jarus jam.Karena medan utama dan medan jangkar terjadi bersama sama hal ini akan menyebabkanperubahan arah medan utama dan akan mempengaruhi berpindahnya garis netral yangmengakibatkan kecenderungan timbul bunga api pada saat komutasi.

Untuk itu biasanya pada motor DC dilengkapi dengan kutub bantu yang terlihat sepertigambar 2.21dibawah ini

Gambar 2.21Kutub bantu (interpole) pada motor DC

Kutub bantu ini terletak tepat pada pertengahan antara kutub utara dan kutub selatan danberada pada garis tengah teoritis. Lilitan penguat kutub ini dihubungkan seri denganlilitan jangkar, hal ini disebabkan medan lintang tergantung pada arus jangkarnya. Untukmengatasi reaksi jangkar pada mesin – mesin yang besar dilengkapi dengan lilitankompensasi.Lilitan kompensasi itu dipasang pada alur – alur yang dibuat pada sepatukutub dari kutub utama. Lilitan ini sepertijuga halnya dengan lilitan kutub bantudihubungkan seri dengan lilitan jangkar. Arah arusnya berlawanan dengan arah aruskawat jangkar yang berada dibawahnya.

2.2.6Konstruksi Motor Listrik Arus Searah

Secara umum konstruksi motor listrik arus searah dapat dibagi menjadi dua : a. Stator (bagian yang diam)

b. Rotor (bagian yang berputar)

Untuk bagian yang diam (stator) dalam motor listrik arus searah terdiri atas badan (body),inti kutub magnet dan sikat-sikat. Sedangkan untuk bagian rotornya adalah komutator,jangkar dan lilitan jangkar. Seperti terlihat pada gambar 2.22 di bawah ini:

a. Motor listrik kutub duab. Motor listrik arus searah kutub empat Gambar 2.22 Konstruksi motor arus searah

2.2.7 Bagian-bagian Motor dan Fungsinya

a. Badan Motor listrik

Fungsi utama dari badan motor adalah sebagai bagian tempat untukmengalirnya fluks magnet yang dihasilkan kutub-kutub magnet, karena itu badanmotor dibuat dari bahan ferromagnetik. Disamping itu badan motor ini berfungsiuntuk meletakkan alat-alat tertentu dan melindungi bagian-bagian motor lainnya.

Pada badan motor terdapat papan nama (name plat) yang bertuliskanspesifikasi umum atau data teknik dari motor. Papan nama tersebut untukmengetahui beberapa hal pokok yang perlu diketahui dari motor tersebut. Selainpapan nama badan motor juga terdapat kotak hubung yang merupakan tempatujung-ujung penguat magnet dan lilitan jangkar. Ujung-ujung lilitan jangkar ini tidak langsung dari lilitan jangkar tetapimerupakan ujung kawat penghubung lilitan jangkar yang melalui komutator dansikat-sikat. Dengan adanya kotak hubung akan memudahkan dalam pergantiansusunan lilitan penguat magnet dan memudahkan pemeriksaan kerusakan yangmungkin terjadi pada lilitan jangkar maupun lilitan penguat tanpa membongkarmesin. Untuk mengetahui ujung-ujung lilitan tersebut, setiap pabrik/negara mempunyai normalisasi huruf tertentu, yang mana hal tersebut dapat dinyatakandalam tabel di bawah ini :

Tabel 2.1...

b. Inti Kutub Magnet dan Lilitan Penguat Magnet

Sebagaimana diketahui bahwa fluks magnet yang terdapat pada motor arussearah dihasilkan oleh kutub-kutub magnet buatan yang dibuat prinsipelektromagnetis. Lilitan penguat magnet berfungsi untuk mengalirkan arus listriksebagai terjadinya proses elektromagnetis.

c. Sikat-sikat

Fungsi utama dari sikat-sikat adalah untuk jembatan bagi aliran arus darililitan jangkar dengan sumber tegangan.Disamping itu sikat-sikat memegangperanan penting untuk

terjadinya komutasi.Agar gesekan antara komutatorkomutatordan sikat tidak mengakibatkan ausnya komutator, maka bahan sikat lebihlunak dari komutator.Biasanya dibuat dari bahan arang (coal).

d. Komutator

Komutator yang digunakan dalam motor arus searah pada prinsipnyamempunyai dua bagian yaitu :

i) Komutator bar merupakan tempat terjadinya pergesekan antara komutatordengan sikat-sikat.

2) Komutator riser merupakan bagian yang menjadi tempat hubungan komutatordengan ujung dari lilitan jangkar.

Gambar 2.23Konstruksi sebuah komutator dari motor arus searah Keterangan gambar 2.23:

a. Segmen komutator b. Pemasangan komutator c. Susunan komutator i. Komutator bar 2. Riser

3. Isolator 4. Poros

5. Ring pengunci 6. Baut

Isolator yang digunakan yang terletak antara komutator yang satu dengankomutator yang lain harus dipilih sesuai dengan kemampuan isolator tersebutterhadap suhu yang terjadi dalam mesin.Jadi disamping sebagai isolator terhadap listrik, juga harus mampu terhadapsuhu tertentu.Berdasarkan jenis isolator yang digunakan terhadap kemampuan panas ini makapada mesin listrik dikenal :

a. Klas A : jika temperatur tinggi diijinkan 70°C (katun, sutera, kertas) b. Klas B : jika temperatur tinggi diijinkan ii0°C (serat asbes, serat gelas)

c. Klas H : jika temperatur tinggi diijinkan i85°C (mika, gelas, porselin, keramik). d. Jangkar (angker)

Umumnya jangkar yang digunakan dalam motor arus searah adalahberbentuk selinder dan diberi alur-alur pada permukaannya untuk tempat melilitkankumparan-kumparan tempat terbentuknya GGL lawan.Seperti halnya pada inti kutub magnet, maka jangkar dibuat dari bahanberlapis-lapis tipis untuk mengurangi panas yang terbentuk karena adanya arus liar(Edy current).Bahan yang digunakan jangkar ini sejenis campuran baja silikon.

Adapun konstruksinya dari jangkar tersebut dapat dilukiskan seperti gambar2.24dibawah :

a. Jangkar beralur b. Lempeng plat jangkar Gambar 2.24Konstruksi jangkar d. Lilitan jangkar (angker)

Lilitan jangkar pada motor arus searah berfungsi sebagai tempatterbentuknya GGL lawan. Pada prinsipnya kumparan terdiri atas :

i) Sisi kumparan aktif, yaitu bagian sisi kumparan yang terdapat dalam alurjangkar yang merupakan bagian yang aktif (terjadi GGL lawan sewaktu motorbekerja).

2) Kepala kumparan, yaitu bagian dari kumparan yang terletak di luar alur yangberfungsi sebagai penghubung satu sisi kumparan aktif dengan sisi kumparanaktif lain dari kumparan tersebut.

3) Juluran, yaitu bagian ujung kumparan yang menghubungkan sisi aktif dengankomutator. Terlihat pada gambar 2.25

Gambar 2.25Kumparan jangkar

2.2.11 Jenis-Jenis Motor Listrik Arus Searah

Berdasarkan sumber arus penguat magnetnya motor arus searah dapatdibedakan atas dua jenis :

a. Motor dengan penguat terpisah b. Motor penguat sendiri terdiri atas :

i) Motor Seri 2) Motor Shunt

3) Motor kompon pendek 4) Motor kompon panjang

b. Motor Dengan Penguat Terpisah

Yang dimaksud dengan penguat terpisah adalah bila arus penguat magnetnyadiperoleh dari sumber arus searah di luar motor.

Gambar 2.26 Motor penguat terpisahGambar 2.27 Rangkaian listrik motor penguat terpisah

Persamaan arus dari gambar 2.26 dan 2.27:

Ia = I...(2.10) Im=

��...(2.11) Persamaan tegangan :

V = Ea + Ia.Ra + 27 e...(2.12) dimana :

V : Tegangan jepit (volt) Ea : GGL lawan (volt) Ia: Arus jangkar (Ampere)

Ra : Tahanan lilitan jangkar (Ohm) Im : Arus penguat terpisah(Ampere) Rm: Tahanan penguat terpisah (Ohm)

e: Kerugian tegangan pada sikat-sikat (karena relatif kecil biasanya harga tersebut diabaikan).

b. Motor Penguat Sendiri

Motor dengan penguat sendiri dapat dibagi menjadi :

1) Motor Seri, motor penguat sendiri di mana lilitan penguat magnetnyadihubungan seri dengan lilitan jangkar.

Gambar 2.28Motor seri Gambar 2.29 Rangkaian Listrik Motor Seri Persamaan arus dari gambar 2.28 dan 2.29 :

I = Ia = Is...(2.13) Persamaan tegangan :

V = Ea + Ia.Ra + Is.Rs + 27e...(2.14) Dimana :

Is :Arus penguat seri yang besarnya sama dengan arus sumber Rs :Tahanan lilitan penguat seri

2) Motor shunt, motor penguat sendiri di mana lilitan penguatmagnetnya dihubungkan paralel dengan lilitan jangkar ataudihubungkan langsungdengan sumber tegangan dari luar.

Gambar 2.30Motor shunt Gambar 2.31Rangkaian listrik motor shunt Persamaan arus dari gambar 2.30 dan 2.31:

I = Ia + Ish...(2.15) Persamaan tegangan :

V = Ea + Ia.Ra + 27 e...(2.16) V = Ish . Rsh...(2.17) dimana :

Rsh : Tahanan penguat shunt Ish : Arus penguat shunt

3) Motor kompon pendek, motor penguat sendiri yang mempunyai dua lilitanpenguat magnet yaitu lilitan shunt dan seri, dimana lilitan seri terletak padarangkaian sumber tegangan.

Gambar 2.32Motor kompon pendek Gambar 2.33Rangkaian Listrik Persamaan Arus dari gambar 2.32 dan 2.33 :

I = Is = Ia + Ish...(2.18) Persamaan tegangan :

V = Ea + Ia.Ra + Is.Rs + 27 e...(2.19) Vsh = V – Is.Rs...(2.20) Dimana :

Vsh :Tegangan pada lilitan penguat shunt

4) Motor kompon panjang, motor penguat sendiri yang mempunyai dua buahlilitan penguat seri dan shunt, dimana lilitan penguat seri dihubung seridengan lilitan jangkar.

Gambar 2.34Motor kompon panjangGambar 2.35Rangkaian listrik motor kompon panjang Persamaan arus dari gambar 2.34 dan 2.35:

I = Is + Ish...(2.21) Is = Ia...(2.22) Ish �

� �...(2.23) Persamaan tegangan :

V = Ea + Ia.Ra + Is.Rs...(2.24) Vsh = V...(2.25)

2.2.12 Karakteristik Motor Listrik Arus Searah (DC)

Pada motor listrik arus searah dikenal 3 macam karakteristik yaitu : a. Karakteristik Ta = f (Ia) untuk V = tetap

b. Karateristik n = f (Ia) untuk V =tetap c. Karakteristik n = f(Ta) untuk V = tetap 2.3 Generator Arus Searah

2.3.1Prinsip Kerja Generator Arus Searah berdasarkan hukum Faraday:

= − �... (2.26) dimana :

N : jumlah lilitan �: fluksi magnet

Fluks yang menembus konduktor jangkar pada keadaan generator takberbeban merupakan fluks utama.Jika generator dibebani, timbullah arusjangkar.Adanya arus jangkar ini menyebabkan timbulnya fluks pada konduktortersebut. Dengan mengnggap tidak ada arus medan yang mengalir dalamkumparan medan, fluks ini seperti digambarkan pada gambar dibawah ini. Fluks yangditimbulkan arus jangkar dengan fluks utamanya saling memperkecil, sehinggafluks yang terjadi disini menjadi berkurang. Kemudian fluks yang ditimbulkan oleh arus jangkar dengan fluksutamanya saling memperkuat, sehingga fluks yang terjadi disini bertambah. Flukstotal saat generator dalam keadaan berbeban adalah penjumlahan vector keduafluks. Pengaruh adanya interaksi ini disebut reaksi jangkar.Interaksi kedua flukstersebut dapat dilihat pada gambar dibawah ini. Karena operasi suatu generatorarus searah selalu pada daerah jenuh, pengurangan suatu fluks pada konduktordibandingkan dengan pertambahan fluks pada konduktor lain lebih besar.

Gambar 2.36Prinsip kerja Generator DC

Pada gambar 2.36 untuk memberi tenaga pada suatu beban kadang-kadang diperlukan kerja paralel dari dua atau lebih generator. Pada penggunaan beberapa buah mesin perlu dihindari terjadinya beban lebih pada salah satu mesin.Kerja pararelgenerator juga diperlukan untuk meningkatkan efisiensi yang besar padaperusahaan listrik umum yang senantiasa memerlukan tegangan yang konstan. Dengan kata lain, apabila suatu konduktor memotong garis-garis fluksimagnetik yang berubah-ubah, maka ggl akan dibangkitkan dalam konduktor itu.Jadi syarat untuk dapat dibangkitkan ggl adalah : - harus ada konduktor ( hantaran kawat )

- harus ada medan magnetik

- harus ada gerak atau perputaran dari konduktor dalam medan, atau ada Fluks yang berubah yang memotong konduktor itu.

Untuk perolehan arus searah dari tegangan bolak balik, meskipun tujuanutamanya adalah pemabngkitan tegangan searah, tampak bahwa tegangan kecepatan yang dibangkitkan pada kumparan jangkar merupakan tegangan bolak-balik.Bentuk gelombang yng berubah-ubah tersebut karenanya harus disearahkan.Untuk mendapatkan arus searah dari arus bolak balik dengan menggunakan :

- saklar - komutator - diode

2.3.2 Sistem Saklar

Saklar berfungsi untuk menghubung-singkatkan ujung-ujung kumparan. Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut :

Bila kumparan jangkar berputar, maka pada kedua ujung kumparan akan timbul tegangan yang sinusoida. Bila setengan periode tegangan positif saklar dihubungkan, maka tegangan menjadi nol. Dan bila sakalar dibuka lagi akantimbul lagi tegangan. Begitu seterusnya setiap setengah periode tegangan saklardihubungkan, maka akan di hasilkan tegangan searah ataupungelombang penuh.

2.3.3 Sistem Komutator

Komutator berfungsi sebagai saklar, yaitu untuk menghubung singkatkankumparanjangkar.Komutator berupa cincin belah yang dipasang pada ujungkumparan jangkar.Bila kumparan jangkar berputar, maka cincin belah ikutberputar. Karena kumparan berada dalam medan magnet, akan timbul tegangn bolak balik sinusoidal.Bila kumparan telah berputar setengah putaran, sikat akan menutup celah cincinsehingga tegangan menjadi nol. Karena cincin berputar terus, maka celah akanterbuka lagi dan timbul tegangan lagi. Bila perioda tegangan sama dengan periodaperputaran cincin, tegangan yang timbul adalah tegangan arus searah gelombangpenuh seperti pada gambar 2.44

Gambar 2.37 Efek Komutasi

2.3.4 Sistem Dioda

Dioda adalah komponen pasif yang mempunyai sifat-sifat sebagai berikut: - Bila diberi prasikap maju (forward bias) bisa dialiri arus.

- Bila diberi prasikap balik (reverse bias) dioda tidak akan dialiri arus. Berdasarkan bentuk gelombang yang dihasilkan, dioda dibagi dalam: - Half wave rectifier (penyearah setengah gelombang)

2.3.5 Karakteristik Generator Arus Searah

Medan magnet pada generator dapat dibangkitkan dengan dua cara yaitu : - dengan magnet permanen

- dengan magnet remanen.

Pada generator arus searah berlaku hubungan-hubungan sebagai berikut : � = � � _�� � � ...(2.27) Dimana:

Ea = ggl yang dibangkitkan pada jangkar generator �= fluks per kutub

z = jumlah penghantar total n = kecepatan putar

a = jumlah hubungan pararel Bila zP/60a = c(konstanta), maka :

� = � � � ...(2.28)

Berdasarkan cara memberikan fluks pada kumparan medannya, generatorarus searah dapat dikelompokkan menjadi 2 yaitu:

1. Generator Berpenguatan Bebas

Generator tipe penguat bebas dan terpisah adalah generator yang lilitanmedannya dapat dihubungkan ke sumber dc yang secara listrik tidaktergantung dari mesin.Tegangan searah yang dipasangkan pada kumparan medan yang mempunyaitahanan Rf akan jadi dan menghasilkan arus If dan menimbulkan fluks pada keduakutub. Tegangan induksi akandibangkitkan pada generator.Jika generator dihubungkan dengan beban, dan Ra adalah tahanan dalamgenerator, maka hubungan yang dapat dinyatakan adalah:

Vf= If Rf Ea = Vt+ Ia Ra

Besaran yang mempengaruhi kerja dari generator : - Tegangan jepit (V)

- Arus eksitasi (penguatan) - Arus jangkar (Ia)

2. Generator Berpenguatan Sendiri

(a) Generator Searah Seri

Vt = IaRa...(2.29)

Ea = Ia (Ra + Rf) + Vt + <Vsi...(2.30)

(b) Generator Shunt

Vt = If Rf...(2.31)

Ea = IaRa + Vt + <Vsi...(2.32)

Pada generator shunt, untuk mendapatkan penguatan sendiri diperlukan :

- Adanya sisa magnetik pada sistem penguat

- Hubungan dari rangkaian medan pada jangkar harus sedemikian, hinggaarah medan yang terjadi, memperkuat medan yang sudah ada.

-Mesin shunt akan gagal membangkitkan tegangannya kalau sisa magnetik tidak ada. Misal: pada mesin-mesin baru. Sehingga cara memberikan sisa magnetikadalah pada generator shunt dirubah menjadi generator berpenguatanbebas atau pada generator dipasang pada sumber arus searah, dandijalankan sebagai motor shunt dengan polaritas sikat-sikat dan perputarannominal.

- Hubungan medan terbalik, karena generator diputar oleh arah yang salah dan dijalanksalahan, sehinggap-0arus medan tidak memperbesar nilai fluksi. Untuk memperbaikinya denganhubungan-hubungan perlu diubah dan diberi kembali sisa magnetik, seperti carauntuk memberikan sisa magnetik.

Hal ini terjadi misalnya pada hubungan terbuka dalam rangkaian medan, hinggaRf tidak berhingga atau tahanan kontak sikat terlalu besar atau komutator kotor.

3. Generator kompon

Generator kompon merupakan gabungan dari generator shunt dan generatorseri, yang dilengkapi dengan kumparan shunt dan seri dengan sifat yangdimiliki merupakan gabungan dari keduanya. Generator kompon bias dihubungkan sebagai kompon pendek atau dalam kompon panjang. Perbedaandari kedua hubungan ini hampir tidak ada, karena tahanan kumparan serikecil, sehingga tegangan drop pada kumparan ini ditinjau dari dari teganganterminal kecil sekali dan terpengaruh.Biasanya kumparan seri dihubungkan sedemikian rupa, sehingga kumparanseri ini membantu kumparan shunt, yakni MMF nya searah. Bila generator inidihubungkan seperti itu, maka dikatakan generator itu mempunyai kumparankompon bantu.Mesin yang mempunyai kumparan seri melawan medan shunt disebut komponlawan dan ini biasanya digunakan untuk motor atau generator-generatorkhusus seperti untuk mesin las. Dalam hubungan kompon bantu yangmempunyai peranan utama ialah kumparan shunt dan kumparan seridirancang untuk kompensasi MMF akibat reaksi jangkar dan juga tegangandrop di jangkar pada range beban tertentu. Ini mengakibatkan tegangan

generator akan diatur secara otomatis pasa satu range beban tertentu.

(a) Kompon panjang

Ia = If1 = IL + If2...(2.33)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan dan teknologi mendorong manusia untuk menciptakan berbagai jenis teknologi yang digunakan untuk mempermudah dalam melakukan pekerjaan. Salah satu teknologi yang berkembang adalah teknologi dibidang energi. Saat ini berbagai macam energi telah diteliti untuk dapat dikembangkan sebagai sumber energi terbarukan yang dapat dimanfaatkan oleh manusia. Dari berbagai sumber energi terbarukan yang tersedia, energi magnet merupakan energi yang jarang diteliti namun sangat berpotensi untuk dikembangkan di masa depan.

Pemanfaatan energi magnet dapat diterapkan dalam teknologi sederhana sebagai pelengkap generator listrik ataupun motor listrik yang ada saat ini. Hal ini menjadi latar belakang dilakukannya penelitian yang berjudul “PENGARUH SUPER MAGNET NEODYMIUM TERHADAP PERUBAHAN ARUS PADA GENERATOR LISTRIK SEARAH”. Penelitian tersebut dibutuhkan agar energi magnet dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi listrik untuk masa depan. Sekaligus untuk memenuhi tugas akhir sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

1.2 Rumusan Masalah

Yang menjadi rumusan masalah dalam penelitian ini adalah :

1. Bagaimana pengaruh super magnet terhadap arus listrik searah (arus DC

1.3 Batasan Masalah

Adapun batasan masalah yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah : 1. Menggunakan magnet Neodymium (super magnet)

2. Pembahasan rangkaian pendukung (komponen dan alat pendukung yang digunakan)

1.4 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Untuk mengetahui pengaruh super magnet terhadap perubahan arus listrik searah (arus dc)

1.5 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah:

1. Untuk mengetahui pengaruh super magnet Neodymium terhadap arus listrik searah(arus dc)

2

2. Untuk menghasilkan energi listrik dengan pemanfaatan energi magnet

1.6 Sistematika Penulisan BAB I : PENDAHULUAN

Dalam bab ini berisikan mengenai latar belakang, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, serta sistematika penulisan.

BAB II : LANDASAN TEORI

Dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan dan cara kerja dari rangkaian

BAB III : PERANCANGAN SISTEM

Pada bab ini akan dibahas perancangan dari alat , yaitu diagram blok dari rangkaian, skematik dari masing-masing rangkaian dan diagram alir dari program yang diisikan ke mikrokontroler Atmega 8535.

BAB IV : PENGUJIAN ALAT DAN HASIL

Pada bab ini akan dibahas tentang pengujian dan analisa sistem / rangkaian pada penelitian ini

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini merupakan penutup yang meliputi tentang kesimpulan dari pembahasan yang dilakukan dari penelitian ini serta saran apakah rangkaian ini dapat dibuat lebih efisien dan dikembangkan perakitannya pada suatu metode lain yang mempunyai sistem kerja yang sama.

PENGARUH SUPER MAGNET NEODYMIUM TERHADAP PERUBAHAN ARUS PADA GENERATOR LISTRIK SEARAH

ABSTRAK

Pemanfaatan energi magnet super magnet Neodymium dapat diterapkan dalam teknologi sederhana sebagai pelengkap generator listrik ataupun motor listrik yang ada saat ini. Hal ini menjadi latar belakang dilakukannya penelitian. Penelitian tersebut dibutuhkan agar energi magnet dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi listrik untuk masa depan. Pada perancangan alat ini di gunakan ATmega 8535 untuk menerima data analog dari Sensor Multi ACS712 dengan hambatan 100 Ω dan sensor SE-TAPE-01, di mana data analog akan di konvert menjadi data digital oleh ADC pada mikrokontroler ATmega 8535 itu sendiri, menampilkannya pada LCD Dislplay yang telah diprogram dan di implementasikan pada pemrograman mikrokontroler AVR ATmega 8535. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC mikrokontroler ATmega 8535. Pada IC inilah semua program diisikan, sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang diinginkan. Kata kunci : Supermagnet Neodymium, ATmega 8535, LCD Dislplay, MultiACS712

EFFECT OF CHANGES NEODYMIUM MAGNETS SUPER FLOW IN DIRECT ELECTRICITY GENERATOR

ABSTRACT

Energy utilization Neodymium magnet super magnet can be applied in a simple technology as a complement to the electric generator or electric motor that exist today. This is the background to do the research. The study required that magnetic energy can be harnessed as a source of electrical energy for the future. In designing this tool is in use ATmega 8535 to receive analog data from the Sensor Multi ACS712 with barriers 100 Ω and sensor SE-TAPE-01, where the analog data will convert to digital data by ADC on a microcontroller ATmega 8535 itself, displays it on the LCD dislplay programmed and implemented in microcontroller programming ATmega AVR 8535. the main components of this circuit is the IC microcontroller ATmega 8535. in this IC all programs loaded, so that the circuit can be run in accordance with the desired.

vi

EFFECT OF CHANGES NEODYMIUM MAGNETS SUPER FLOW IN DIRECT ELECTRICITY GENERATOR

ABSTRACT

Energy utilization Neodymium magnet super magnet can be applied in a simple technology as a complement to the electric generator or electric motor that exist today. This is the background to do the research. The study required that magnetic energy can be harnessed as a source of electrical energy for the future. In designing this tool is in use ATmega 8535 to receive analog data from the Sensor Multi ACS712 with barriers 100 Ω and sensor SE-TAPE-01, where the analog data will convert to digital data by ADC on a microcontroller ATmega 8535 itself, displays it on the LCD dislplay programmed and implemented in microcontroller programming ATmega AVR 8535. the main components of this circuit is the IC microcontroller ATmega 8535. in this IC all programs loaded, so that the circuit can be run in accordance with the desired.

vii

DAFTAR ISI

Halaman Persetujuan i

Pernyataan ii

Penghargaan iii

Abstrak iv

Abstract v

Daftar Isi vi

Daftar Tabel vii

Daftar Gambar viii

Daftar Lampiran ix

Bab I Pendahuluan

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Perumusan Masalah 1

1.3 Batasan Masalah 2

1.4 Tujuan Penelitian 2

1.5 Manfaat Penelitian 2

1.6 Sistematika Penulisan 2

Bab II Landasan Teori

2.1 Magnet 4

2.1.1 Medan Magnet 6

2.1.2 Bentuk- bentuk Medan Magnet 7

2.1.3 Macam-macam Magnet 9

2.1.4 Elektromagnetik 13

2.1.5 Sifat Kemagnetan Bahan 14

2.2 Motor DC 19

2.2.1 Pengertian Motor DC 19

2.2.2 Prinsip Dasar Cara Kerja 20

2.2.3 Prinsip Arah Putaran Motor 22

2.2.4 Elektromagnetik Force (EMF) 23

2.2.5 Mengatur Kecepatan Paada Armature 24

2.2.6 Mengatur Kecepatan dengan Field 24

2.2.7 Shunt Motor Underload 25

viii

2.2.9 Karakteristik Motor Kompon 27

2.2.10 Reaksi Jangkar 27

2.2.11 Prinsip Kerja Motor Listrik Arus Searah 28

2.3 Generator Arus Searah 37

2.3.1 Prinsip Kerja 37

2.3.2 Konstruksi Generator DC 39

2.3.3 Sistem Saklar 40

2.3.4 Sistem Komutator 40

2.3.5 Sistem Dioda 41

2.3.6 Karakteristik Generator Arus Searah 41

Bab III Perancangan Sistem 46

3.1 Diagram Blok 46

3.2 Motor `47

3.3 Generator 48

3.4 Rangkaian Mikrokontroller AT Mega 8535 49

3.5 Peralatan 51

3.6 Prosedur Penelitian 51

3.7 Pengambilan Data 52

3.8 Pengelompokan Data 52

3.9 Tempat Pengambilan Data 52

Bab IV Analisa Data 53

4.1 Generator Magnet Biasa 53

4.2 Generator Magnet Neodymium 60

Bab V Kesimpulan dan Saran 68

5.1 Kesimpulan 68

5.2 Saran 68

ix

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

Tabel

Table 2.1 Lilitan Jangkar dan Lilitan Penguat Magnet 31 Table 4.1 Tegangan pada generator magnet biasa 54 Tabel 4.2 Arus pada generator magnet biasa 57 Tabel 4.3 Tegangan generator magnet neodymium 61 Tabel 4.4 Arus generator magnet neodymium 64

x

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

Gambar

Gambar 2.1 Sumbu magnet 5

Gambar 2.2 Susunan magnet 6

Gambar 2.3 Fluks medan magnet 6 Gambar 2.4 Garis medan magnet pada kawat lurus 7 Gambar 2.5 Medan magnet pada kawat loop 8 Gambar 2.6 Medan magnet pada magnet batang 8 Gambar 2.7 Medan magnet pada solenoid 9

Gambar 2.8 Magnet Neodymium 10

Gambar 2.9 Samarium Cobalt magnet 10

Gambar 2.10 Keramik magnet 11

Gambar 2.11 Plastik magnet 12

Gambar 2.12 Magnet Alnico 12

Gambar 2.14 Motor DC sederhana 19

Gambar 2.15 Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor 20

Gambar 2.16 Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor 20

Gambar 2.17 Medan magnet mengelilingi konduktor diantara

kutub 21

Gambar 2.18 Reaksi garis fluks 21

Gambar 2.19 Prinsip kerja motor DC 22

Gambar 2.20 E.M.F Electromotive force 23

Gambar 2.21 Motor dengan kumparan seri 26 Gambar 2.22 Kutub bantu (Interpole) pada motor DC 27

Gambar 2.23 Prinsip kerja motor DC 28

Gambar 2.24 Arah arus dan gaya 29

Gambar 2.25 Gaya dalam medan magnet 29

Gambar 2.26 Konstruksi motor arus searah 30 Gambar 2.27 Konstruksi sebuah komutator dari motor arus searah 32

Gambar 2.28 Konstruksi jangklar 33

Gambar 2.29 Kumparan jangkar 33

Gambar 2.30 Motor penguat terpisah 34

Gambar 2.31 Rangkaian listrik motor penguat terpisah 34

Gambar 2.32 Motor seri 35

Gambar 2.33 Rangkaian listrik motor seri 35

xi

Gambar 2.35 Rangkaian litrik motor shunt 36

Gambar 2.36 Motor kompon pendek 36

Gambar 2.37 Rangkaian listrik kompon pendek 36

Gambar 2.38 Motor kompon panjang 37

Gambar 2.39 Rangkaian listrik motor kompon panjang 37

Gambar 2.40 Prinsip kerja generator DC 38

Gambar 2.41 Konstruksi generator DC 39

Gambar 2.42 Efek komutasi 40

Gambar 3.1 Diagram alir alat 46 Gambar 3.2 Rangkai mikrokontroler ATmega 8535 50