Studi Penggunaan Ferrofluid Untuk Meningkatkan Efisiensi Motor Arus Searah

STUDI PENGGUNAAN FERROFLUID UNTUK

MENINGKATKAN EFISIENSI MOTOR ARUS SEARAH

Oleh :

Atmaja Novianto Sembiring

020422042

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

Lembar Pengesahan

STUDI PENGGUNAAN FERROFLUID UNTUK

MENINGKATKAN EFISIENSI MOTOR ARUS SEARAH

Oleh :

Atmaja Novianto Sembiring 020422042

Disetujui oleh Pembimbing Tugas Akhir

Ir. Panusur S.M.L.Tobing NIP. 130 538 365

Diketahui oleh Ketua

Ir. Nasrul Abdi, MT NIP. 131 459 554

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

STUDI PENGGUNAAN FERROFLUID UNTUK

MENINGKATKAN EFISIENSI MOTOR ARUS SEARAH

OLEH :

ATMAJA NOVIANTO SEMBIRING 020422042

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

Program Pendidikan Sarjana Ekstensi Departemen Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Sidang pada tanggal 31 bulan Maret tahun 2008 didepan Penguji :

1. Ir. Djendanari Sembiring : Ketua Penguji : ...

2. Ir. Mustafrind Lubis : Anggota Penguji : ...

3. Ir. Sumantri Zulkarnaen : Anggota Penguji : ...

Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir

(Ir. Panusur S.M.L.Tobing) NIP. 130 538 365 Diketahui Oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa karena

atas rahmat dan pertolonganNya Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.

Tugas Akhir ini adalah salah satu mata kuliah yang harus diselesaikan oleh

setiap mahasiswa Departemen Teknik Elektro Program Pendidikan Sarjana Ekstensi

sebagai syarat untuk menyelesaikan pendidikan di Fakultas Teknik Universitas

Sumatera Utara.

Dalam penyusunan laporan ini penulis banyak menemukan masalah, namun

dengan bantuan berbagai pihak secara langsung maupun tidak langsung telah

membantu penulis dalam mengatasi berbagai masalah sehingga Tugas Akhir ini dapat

diselesaikan.

Pada kesempatan ini ijinkanlah saya untuk menyampaikan terimakasih

sebesar besarnya kepada :

1. Bapak Ir. Panusur. SM. L.Tobing selaku dosen pembimbing Tugas Akhir dan

pembimbing akademik. Terimakasih buat bimbingan, kesabaran, saran serta

waktu yang telah berikan kepada saya selama ini

2. Bapak Ir. Nasrul Abdi,MT selaku Ketua Departemen Elektro, Program

Pendidikan Sarjana Ekstensi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

3. Pada Dosen dan Staff PPSE Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara atas

4. Rekan rekan mahasiswa yang telah memberikan dukungan dalam

penyelesaian Tugas Akhir ini.

5. Keluarga kecilku, Eka dan Steven yang telah memberikan dorongan moril dan

semangat dalam penyeselesaian Tugas Akhir ini.

6. Kepada orangtua penulis yang telah memberikan dukungan moril dan doa.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna

disebabkan keterbatasan beberapa hal. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan

kritik yang membangun guna kesempurnaan tulisan ini agar tercapai manfaat

yang maksimal dari Tugas Akhir ini.

Akhir kata semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua, terima kasih.

Medan, Maret 2008

DAFTAR ISI

Abstrak

Kata Pengantar ... i

Daftar Isi ... iii

Daftar Gambar ... vi

BAB I Pendahuluan ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan Penulisan... 2

1.3. Batasan Masalah ... 2

1.4 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II Motor Arus Searah ... 5

2.1 Prinsip Kerja ... 5

2.1.1 Pengantar... 5

2.1.2 Torsi ... 9

2.1.3 Torsi Jangkar... 10

2.1.4 Torsi Poros ... 11

2.1.5 GGL Lawan (E)... 12

2.2 Karakteristik Motor Arus Searah ... 13

2.3 Hantaran Magnet... 15

2.3.1 Penampang Menurut Bidang Gerakan ... 15

2.3.2 Bagian-Bagian Hantaran Magnet... 17

2.3.3 Bahan Hantaran Magnet... 22

2.4 Rangkaian Magnet Mesin ... 31

2.5 Tegangan atau Gaya Gerak Magnet... 35

2.5.1 Tegangan Magnet Celah Udara... 39

2.5.2 Tegangan Magnet Gigi dan Alur ... 45

2.5.3 Tegangan Magnet Gandar Rotor... 46

2.5.4 Tegangan Magnet Gandar Stator ... 47

2.5.5 Tegangan Magnet Inti Kutub ... 48

2.5.6 Tegangan Magnet Mesin... 50

2.5.7 Sistem Magnet Mesin... 53

2.6 Fungsi Sistem Magnet... 53

BAB III Kemagnetan dan Ferrofluid... 55

3.1 Kemagnetan ... 55

3.1.1 Kemagnetan Atomis, paramagnet dan diamagnet.. 55

3.1.2 Ferromagnet, antiferromagnet dan ferrimagnet ... 56

3.1.2 Domain Magnet... 58

3.2 Ferrofluid ... 59

3.2.1 Pengantar... 59

3.2.1.1 Fluida Magnetik ... 59

3.2.1.2 Struktur Ferrofluid ... 61

3.2.1.3 Publikasi Ferrofluid... 62

3.2.2 Karakteristik Ferrofluid... 64

3.2.2.1 Karakteristik magnetis ... 64

3.2.2.2 Karakteristik Mekanis ... 68

BAB IV Penggunaan Ferro Fluid untuk Meningkatkan

Effisiensi Motor Arus Searah... 74

4.1. Pengantar... 74

4.2. Konsep dasar ... 75

4.2.1 Rangkaian Magnet ... 75

4.2.2 Konstruksi Penggunaan Ferrofluid pada Motor Arus Searah ... 75

4.2.3 Menentukan permeabilitas ... 78

4.3. Analisa penggunaan ferrofluid untuk meningkatkan efisiensi motor arus searah ... 78

4.4. Pertimbangan rugi-rugi gesekan ... 83

4.5. Rugi rugi pada motor arus searah ... 83

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kaidah tangan kiri

Gambar 2.2 Perubahan garis gaya disekitar kawat berarus

Gambar 2.3 Belitan berarus terletak dalam medan magnet

Gambar 2.4 Arah putaran pada kumparan berarus yang terletak dalam medan

magnet

Gambar 2.5 Torsi resultan ditimbulkan oleh gaya-gaya pada masing-masing sisi

kumparan

Gambar 2.6 Torsi resultan pada mesin berkutub 4

Gambar 2.7 Pulley dengan jari-jari r diberikan gaya F

Gambar 2.8 Proses timbulnya GGL lawan

Gambar 2.9 Karakteristik Putaran

Gambar 2.10 Karakteristik Torsi

Gambar 2.11 Karakteristik Mekanis Motor arus searah

Gambar 2.12 Tampak lintang hantaran magnet mesin arus searah

Gambar 2.13 Lintasan arus-gaya-magnet mesin arus searah

Gambar 2.14 Alur dan gigi bagian bergerak mesin arus searah

Gambar 2.15 Lengkung B=f(H) untuk alur dan gigi bagian bergerak mesin arus

searah

Gambar 2.16.a. Hasil pengukuran B=f(H) pada berbagai medium

Gambar 2.17 Lengkung pemagnetan B=f(H)

Gambar 2.18 Lengkung B=f(H) bahan fero-magnet besi dan baja

Gambar 2.19 Lengkung B=f(H) Permaloy-C dan baja silisium.

Gambar 2.20 Skema sepasang kutub mesin arus searah kutub banyak

Gambar 2.21 Rangkaian magnet mesin arus searah

Gambar 2.22 Lintasan arus gaya magnet

Gambar 2.23 STM dengan irisan bujursangkar elementer

Gambar 2.24 Lengkung B = f(α) induksi dalam celah udara

Gambar 2.25 Arus-gaya-magnet pada gigi yang telah jenuh

Gambar 2.26 Hubungan Bgx = f(H)

Gambar 2.27 Lengkung B=f(H) Gandar rotor

Gambar 2.28.a irisan-irisan inti kutub yang sejajar bidang melalui sumbu kutub dan

tegak lurus poros

Gambar 2.28.b irisan-irisan inti kutub yang sejajar bidang melalui poros dan sebuah

sumbu kutub

Gambar 2.29 Lengkung pemagnetan Φ = f (F)

Gambar 3.1 Arah dipole pada 4 tipe material a). Paramagnet; b). Ferromagnet; c).

Antiferromagnet; d). Ferrimagnet

Gambar 3.2 Pada bahan ferromagnet keseluruhan, arah dipole terbagi atas

beberapa daerah

Gambar 3.4 Kurva saturasi standard dari ferrofluid untuk diameter partikel

berbeda-beda

Gambar 3.5 Kurva ketergantungan dari suseptibilitas dari ferrofluid pada kuat

medan magnet (H) untuk diameter partikel yang berbeda

Gambar 3.6 Riak Ferrofluid akibat medan magnet vertical yang kuat

Gambar 3.7 Pengeras Suara dengan ferrofluid

Gambar 4.1 a Motor arus searah

Gambar 4.1 b Aliran garis-garis gaya magnet

Gambar 4.2 Rangkaian magnet motor arus searah

Gambar 4.3 Rangkaian magnet motor arus searah yang disederhanakan

Gambar 4.4 Penggunaan ferrofluid pada celah stator-rotor

Gambar 4.5 Rangkaian motor arus searah sederhana

Gambar 4.6 Kurva magnetisasi inti

Gambar 4.7 Kurva permeabilitas relatif inti

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Konsumsi motor listrik semakin meningkat pada saat ini terutama pada perusahaan perakitan (manufacturing). Penggunaan yang utama adalah pada bangunan bangunan komersil, fasilitas industri dan peralatan rumah tangga. Peningkatan penggunaan motor listrik akan membutuhkan energi listrik yang semakin besar juga.

Disisi lain kita menyadari bahwa usaha usaha penghematan konsumsi energi listrik telah menjadi salah satu prioritas di indonesia ditengah tengah kekurangan energi listrik yang terjadi. Pada sisi Industri, pengusaha sedang mencari solusi praktis untuk membantu mereka dalam penghematan energi, termasuk dengan penggunaan motor listrik efisiensi tinggi dan penggunaan teknologi baru dalam system pengaturan.

Disisi yang lain motor listrik juga telah mengalami perkembangan yang signifikan dalam beberapa tahun terakhir ini seiring dengan digunakannya material material baru. Baja jenis baru telah mampu mengurangi rugi rugi dan bahan permanent magnet telah dapat menyediakan sumber fluks magnetik tanpa rugi rugi. Akhir akhir ini metode konstruksi motor juga mampu mengurangi rugi rugi pada belitan, secara umum ada penelitian yang terus berlanjut dalam usaha untuk meningkatkan efisiensi.

penggunaannya semakin meningkat baik pada ruang lingkup dan aplikasi yang benar benar berbeda. Hal ini berkaitan dengan keanekaragaman padangan mengenai spesifikasi cairan tersebut. Inilah yang menyebabkan aplikasinya meliputi mekanik (pemberian minyak pelumas, segel dan penyimpanan, penyerapan), pada thermodinamika (pendinginan, pemindahan gas/panas) sampai pada elektrodinamika (transmisi daya magnetis, pompa mikro, teknologi sensor).

Dalam tulisan ini dipaparkan peningkatan torsi pada motor listrik dengan menempatkan ferrofluid pada celah udara antara stator dan rotor. Hal ini mengakibatkan turunnya resistansi kemagnetan akibat permeability dari ferrofluid yang akan menurunkan nilai arus untuk Torsi yang sama. Dengan kata yang lain untuk nilai daya masuk yang sama dihasilkan daya keluaran yang lebih tinggi sehingga akan terjadi peningkatan efisiensi.

1.2 TUJUAN PENULISAN

Penulisan tugas akhir ini dimaksudkan untuk mengetahui dan menguraikan penggunaan Ferrofluid dalam meningkatkan effisiensi motor listrik secara umum dan menganalisanya dengan metode analisa secara spesifik pada motor listrik arus searah.

1.3 BATASAN MASALAH

1. Hanya menganalisa motor listrik arus searah mewakili motor listrik secara umum.

2. Pembahasan Ferrofluid hanya secara umum dan konsentrasi penulisan pada aplikasinya untuk meningkatkan effisiensi motor listrik.

3. Tidak menguraikan penurunan rumus untuk membuktikan judul diatas tetapi akan lebih menggunakan rumusan empiris dari literature jika ada.

1.4 SISTEMATIKA PENULISAN

Penulisan tugas akhir ini disusun secara sistematis sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN

Bagian ini berisi mengenai latar belakang masalah, tujuan penulisan, pembatasan masalah, metodologi penelitian dan sistematika penulisan

BAB II MESIN ARUS SEARAH

Bagian ini menjabarkan tentang konstruksi, prinsip kerja, karakteristik dari motor arus searah. Dalam bab ini juga akan dijabarkan dengan jelas tentang sistem magnet dari suatu mesin arus searah.

BAB III FERROFLUID

BAB IV PENGGUNAAN FERROFLUID UNTUK MENINGKATKAN EFISIENSI MOTOR ARUS SEARAH

Bagian ini berisi tentang uraian dan penjabaran penggunaan ferrofluid dalam meningkatkan effisiensi motor arus searah yang meliputi konsep dasar, pertimbangan rugi rugi akibat cairan ferrofluid dan analisanya yang menjabarkan dengan jelas bagaimana ferrofluid dapat meningkatkan effisiensi motor listrik.

BAB V KESIMPULAN

BAB II

MOTOR ARUS SEARAH 2.1 Prinsip Kerja

2.1.1 Pengantar

Motor arus searah adalah suatu mesin yang berfungsi mengubah energi listrik arus searah menjadi energi mekanis berupa putaran dari pada rotor.

Antara motor arus dan generator arus searah tidak ada perbedaan konstruksi. Pada prinsipnya motor arus searah “dapat dipakai” sebagai generator arus searah sebaliknya generator arus searah “dapat dipakai” sebagai motor arus searah. Dengan ketentuan bahwa generator arus searah yang dimaksudkan disini bukanlah generator arus searah dengan penyearah silicon/dioda, tetapi dengan penyearah mekanis (komutator). Generator arus searah yang berdasarkan prinsip generator arus searah yang dilengkapi penyearah silicon/dioda tidak dapat dioperasikan sebagai motor arus searah.

Berdasarkan hasil percobaan Oerstedt yang mengatakan bahwa jarum kompas akan menyimpang apabila berada di dekat kawat yang berarus. Jarum kompas akan menyimpang bila disekitarnya terdapat medan magnet. Dari percobaan ini dapat disimpulkan bahwa disekitar kawat berarus listrik terdapat medan-medan magnet.

terbentuk disekitar kawat arahnya berlawanan dengan arah putaran jarum jam. (Percobaan Maxwell).

Prinsip dasar dari Motor arus searah adalah : Jika sebuah kawat berarus diletakkan antara kutub magnet (U-S), maka pada kawat itu akan bekerja suatu gaya yang menggerakkan kawat tersebut.

Arah gerak kawat itu dapat ditentukan dengan “Kaidah Tangan Kiri” yang berbunyi sebagai berikut : “Apabila tangan kiri terbuka diletakkan diantara kutub U dan S, sehingga garis-garis gaya yang keluar dari kutub Utara menembus telapak tangan kiri dan arus didalam kawat mengalir searah dengan arah keempat jari, maka kawat itu akan mendapat gaya yang arahnya sesuai dengan arah ibu jari. Perhatikan Gambar 2.1

Gambar 2.1 Kaidah tangan kiri

Besarnya gaya tersebut adalah:

F=BIL 1.10 -1 [dyne]

Dimana : B : kepadatan fluks magnet dalam satuan gauss L : panjang penghantar dalam satuan cm I : Arus listrik yang mengalir (Ampere) Dalam satuan mks, F=BIl Newton

Dimana : B: Kepadatan fluks magnet dalam satuan weber l : dalam satuan meter

I : dalam satuan ampere

Jika sebatang kawat terdapat diantara kutub U-S dengan garis garis gaya yang homogen, sedangkan didalam kawat ini mengalir arus listrik yang arahnya menjauhi kita (s), maka disebelah kanan kawat garis gaya kutub magnet dan garis gaya arus listrik sama arahnya dan disebelah kiri kawat arahnya berlawanan, sehingga bentuk medan magnet akan berubah seperti Gambar 2.2.

Jika sebuah belitan terletak dalam medan magnet yang homogen, maka karena kedua sisi belitan itu mempunyai arus yang arahnya berlawanan, sehingga arah gerakan seperti ditunjukkan pada gambar 2.4

Gambar 2.4 Arah putaran pada kumparan berarus yang terletak dalam medan magnet

Gambar 2.5 Torsi resultan ditimbulkan oleh gaya-gaya pada masing-masing sisi kumparan

gambar 2.5). Pada mesin berkutub 4 terbangkitnya torsi digambarkan pada gambar 2.6.

Gambar 2.6 Torsi resultan pada mesin berkutub 4

2.1.2 Torsi

Yang dimaksud dengan torsi adalah putaran atau pemuntiran dari suatu gaya terhadap suatu poros. Ini diukur dengan hasil kali gaya itu dengan jari-jari lingkaran dimana gaya tersebut bekerja. Perhatikan Gambar 2.7

Gambar 2.7 Pulley dengan jari-jari r diberikan gaya F

Torsi T=Fxr Newton meter (N-m)

Usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut pada satu putaran = gaya x jarak

= F x 2π r Joule Daya yang dibangkitkan :

= F x 2π r x n joule/detik = (Fxr)xπ r joule/detik

Jika 2πn adalah kecepatan sudut (ω) dalam rad/detik. F x r = torsi T.

Jadi daya yang dibangkitkan = T x ω joule/detik = T x ω watt.

2.1.3 Torsi Jangkar

Misalkan Ta adalah torsi yang dibangkitkan oleh jangkar motor yang berputar dengan kecepatan n putaran per detik. Jika Ta dalam satuan N-m, maka daya yang dibangkitkan : Ta x 2π n watt

Jika telah diketahui bahwa daya listrik yang diubah menjadi daya mekanis pada jangkar adalah : Ea.Ia (watt)

Dari persamaan diatas didapat bahwa Ta x 2π n = Ea.Ia

Oleh karena Ea= (

a P

) n Z φ Volt, maka

Ta x 2π n = (

a P

Ta= 1/2π (

a P

) n Z φ.Ia Nm

Ta = 0,159 (

a P

) n Z φ.Ia Nm

Ta = 0,10162 (

a P

) n Z φ.Ia kg m

Dari persamaan diatas didapatkan bahwa Ta ≈φ Ia

a). Untuk motor seri, φ sebanding dengan Ia (sebelum jenuh), jadi Ta ≈ Ia2 b). Untuk motor shunt, φ konstan sehingga Ta ≈ Ia

Juga terlihat bahwa : Ta = 1/2π (

n Ia Ea.

)Nm = 0159

n Ia Ea. Nm = 0,0162 n Ia Ea. kg m

2.1.4 Torsi Poros

Keseluruhan torsi jangkar tersebut tidak semua berubah menjadi usaha berguna, sebab terdapat rugi-rugi besi dan rugi-rugi gesek pada motor. Torsi yang berubah menjadi usaha berguna disebut Torsi poros (Tsh). HP dari motor diperoleh dengan menggunakan torsi poros yang disebut brake horse power (BHP), sebab HP tersebut diperoleh pada pengereman.

BHP = 5 , 735 . 2 . n Tsh π

maka Tsh =

n BHP π 2 . 5 , 73

Selisih Ta – Tsh disebut torsi rugi-rugi Jadi torsi rugi = 0,159 x

= 0,0162 x

n

gesek dan besi rugi rugi−

[Nm]

2.1.5 GGL-Lawan (E)

Misal tahanan dari sebuah jangkar motor arus searah 10HP 110 V adalah 0,05 ohm. Apabila jangkar ini dihubungkan dengan sumber 110 V, maka menurut hokum ohm arus jangkar Ia = 110V/0,05Ohm = 2200 A

Apabila jangkar tersebut berputar dalam medan magnetnya, arus jangkar (Ia) tidak bias dihitung berdasarkan hokum ohm seperti diatas. Dalam hal ini jangkar dari motor arus searah sama halnya dengan jangkar dari suatu generator, sehingga terjadi GGL lawan.

Gambar 2.8 Proses timbulnya GGL lawan Proses terjadinya GGL lawan adalah (lihat Gambar 2.8):

1. Kumparan jangkar (terletak diantara kutub-kutub magnet) diberi sumber arus-searah.

2. Pada kumparan-kumparan jangkar timbul torsi, sehingga jangkar berputar (arahnya sesuai dengan humum tangan kiri).

4. Arah GGL induksi tersebut berlawanan dengan arah GGL sumber sehingga kita sebut GGL lawan.

Jadi GGL lawan pada motor arus-searah adalah GGL yang terjadi pada jangkar motor arus-searah (pada waktu motor dioperasikan/berputar), yang disebabkan karena jangkar tersebut berputar dalam medan magnet.

Pada motor arus searah penguatan bebas arah GGL lawan menentang arah GGL sumber, sehingga pada waktu motor beroperasi arus jangkarnya menjadi :

Ia =

Ra Ea V −

Dimana V: tegangan jepit sumber Ea : GGL lawan

Ra: tahanan jangkar

Besarnya GGL lawan (E) adalah : E = a P . 60 n

. Z. φ Volt

2.2 Karakteristik Motor Arus-Searah

Untuk menentukan karakteristik-karakteristik suatu motor arus-searah perlu diingat 2 rumus pokok yaitu:

1. Persamaan kecepatan n = φ . . C Ra Ia V −

2. Persamaan torsi T=k.Ia.φ

Dalam tulisan ini akan dibicarakan 3 macam karakteristik pada masing masing jenis motor. Karakteristik-karakteristik tersebut akan banyak memberikan informasi-informasi dalam pemilihan suatu motor arus-searah untuk penggunaan yang tepat dan sesuai.

Karakteristik-karakteristik itu adalah :

1. Putaran sebagai fungsi arus jangkar (karakteristik putaran) n=f (Ia), V konstan

Gambar 2.9 Karakteristik putaran 2. Torsi sebagai fungsi arus jangkar (karakteristik torsi)

T=f (Ia), V konstan

3. Putaran sebagai fungsi torsi (karakteristik mekanis) n=f(T), V konstan

Gambar 2.11 Karakteristik mekanis motor arus searah

2.3 Hantaran Magnet

2.3.1 Penampang menurut Bidang Gerakan.

Hantaran magnet diperlukan sebagai penghantar, medium, saluran, jembatan, lintasan; dan wahana dialirkannya arus-gaya-magnet. Hantaran magnet merupakan lintasan tempat dialirkannya arus-gaya-manet selama mesin bekerja, baik arus-gaya-magnet medan utama yaitu medan magnet yang dibangkitkan ggm penguatan maupun arus-gaya-magnet ggm reaksi yaitu medan magnet yang dibangkitkan hantaran listrik jangkar sebagai akibat pengaliran arus beban didalamnya.

Pada mesin listrik berputar, seperti mesin arus searah, terdapat dua bagian hantaran magnet, yaitu :

2. Hantaran Magnet Bergerak. Terdiri dari dua jenis, yaitu ; (a) pemutar (rotor), bagian hantaran magnet yang menjadi bagian bergerak mesin untuk gerakan berputar (angular), dan (b) pejalan (runner) yaitu bagian hantaran magnet yang bergerak dalam garis lurus (linear). Bagian bergerak disebut juga bagian dinamik mesin arus searah.

Gambar 2.12 memperlihatkan tampak lintang hantaran magnet mesin arus searah. Pada gambar diperlihatkan hanya sepasang kutub. Gambar 2.12a dan Gambar 2.12c mewakili mesin berputar, sementara Gambar 2.12c dan Gambar 2.12d memperlihatkan mesin-mesin yang bergerak dalam garis lurus (linear).

Gambar 2.12a dan Gambar 2.12b mewakili mesin-mesin dengan medan diam dan jangka berputar/bergerak, sementara Gambar 2.12c dan Gambar 2.12d memperlihatkan mesin-mesin dengan medan berputar/bergerak dan jangkar diam. Meskipun peninjauan ini hanya memperlihatkan gerakan relatif, yaitu dengan sepintas lalu tampaknya gerakan yang satu dengan mudah dapat diperoleh dengan membalik gerakan lainnya, namun dalam praktek tidaklah semudah anggapan tersebut, oleh karena itu terdapat dua jenis mesin yang berbeda, yaitu:

1. Mesin jangkar berputar/berjalan dengan medan diam. 2. Mesin medan berputar/berjalan dengan jangkar diam.

Gambar 2.12 Tampak lintang hantaran magnet mesin arus searah

2.3.2 Bagian-Bagian Hantaran Magnet

Selain dibagi menjadi bagian diam dan bagian bergerak, hantaran magnet mesin arus searah masih dapat dibagi menurut perjalanan arus-gaya-magnet, ke dalam penggal-penggal lintasan, lihat Gambar 2.13.

Gambar 2.13 memperlihatkan lintasan arus-gaya-magnet mesin arus searah berupa rangkaian elemen tabung arus-gaya-magnet (∆Φ) tertutup sempurna, disingkat tabung gaya. Pada gambar terlihat bahwa lintasan yang dilalui terbelah menjadi dua bagian simetris yang dipisahkan oleh sumbu lintang (sb-q). Penggal-penggal lintasan untuk setengah bagian simetris pertama tersusun dari :

1. 1/2lGR = setengah penggal lintasan gandar motor 2. lg = la = lag = penggal lintasan pada gigi atau alur

3. li = penggal lintasan pada inti kutub

5. l_δ = penggal lintasan dalam celah udara.

Jadi, panjang seluruh lintasan perjalanan arus-gaya-magnet pada sepasang kutub mesin arus searah yang melalui gigi :

lM(g) = 2 (1/2 l GS + lg + li + lδ + ½ lGR ) [m]

Sementara yang melalui alur :

[image:30.595.148.477.281.510.2]

lM(a) = 2 (1/2 l GS + la + li + lδ + ½ lGR ) [m]

Gambar 2.13 lintasan arus-gaya-magnet mesin arus searah

[image:31.595.116.508.88.383.2]

Gambar 2.14 Alur dan gigi bagian bergerak mesin arus searah

Gambar 2.15 Lengkung B=f(H) untuk alur dan gigi bagian bergerak mesin arus searah

Sesungguhnya arus-gaya-magnet cenderung untuk berusaha mengalir hanya melalui gigi, yang memiliki hambatan arus-gaya-magnet yang lebih rendah. Namun, apabila kejenuhan pada bagian ini (gigi rotor) telah tercapai (lihat titik A mengarah ke atas pada Gambar 2.15), maka kecenderungan tersebut menjadi hilang karena hambatan arus-gaya-magnet sekarang menjadi sama besar, baik pada gigi maupun dalam alur. Sehingga, jalannya elemen arus-gaya-magnet m dan

n menjadi semakin sejajar.

Perhatikan Gambar 2.15 Daerah O-A menyatakan kawasan harga induksi rendah, dengan nilai hambatan magnet pada gigi jauh lebih tinggi dibandingkan yang dalam alur. Sedangkan diatas titik A, hantaran magnet tersebut praktis berharga sama di mana-mana.

Gandar Rotor

Gandar Rotor berfungsi sebagai hantaran magnet bergerak. Pada permukaan lingkaran luar gandar ini digali alur-alur (parit-parit) dengan kedalaman tertentu, tegak lurus arah gerakan atau sejajar dengan arah poros pada mesin berputar. Garis putus-putus pada Gambar 2.13 memperlihatkan pada bagian ini adanya bentuk alur dan gigi.

Alur-alur diperlukan untuk menempatkan hantaran listrik berpenyekat (penghantar berisolasi). Penghantar menjadi tempat dibangkitkannya gaya gerak listrik (ggl) akibat berpotongan dengan medan magnet karena bergerak pada kerja pembangkit dan merupakan tempat dihasilkannya gaya-gerak-mekanik(ggmek) akibat pengaliran arus listrik dalam penghantar-penghantar ketika berada dalam medan magnet pada kerja penggerak.

Kesatuan hantaran magnet rotor dengan penghantar-penghantar atau hantaran listrik berpenyekat (penghantar berpenyekat tersusun ke dalam lilitan yang membentuk kumparan) disebut jangkar mesin arus searah.

Sisa kedalaman gandar rotor berfungsi sebagai badan gandar, dan selain bersama-sama gigi memegang penghantar-penghantar kumparan berpenyekat pada tempatnya juga menjadi lintasan pengalian arus-gaya-magnet dan menjadi penerima atau pendukung gaya dan puntir elektro-magnet yang dibangkitkan atau diterima mesin arus searah lewat penghantar-penghantarnya.

Celah Udara

Mesin dengan celah udara tetap mempunyai tebal celah udara yang seragam antara bagian diam dan bagian bergerak di sepanjang permukaan kutub dalam arah putaran.

Dalam praktek, tebal celah udara tidaklah dibuat benar-benar seragam, tetapi melebar mendekati kedua arah tepi kutub ditinjau dari kedudukan sumbunya. Hal ini dimaksudkan agar kebocoran arus-gaya-magnet antara kutub berbeda polaritas yang berdampingan menjadi sekecil-kecilnya. Celah udara terlebar terdapat pada sumbu lintang, yaitu sumbu yang tepat berada diantara dua buah sumbu kutub atau sumbu bujur yang berdekatan.

Celah udara diperoleh karena adanya bagian menonjol kutub-kutub diatas gandar stator yang menuju ke poros mesin; kutub-kutub dibuat menonjol agar tersedia ruang di sekitar inti kutub sebagai tempat kumparan penguatan mesin.

Celah udara juga bertindak sebagai hantaran bukan magnet dalam penyaluran arus-gaya-magnet yang keluar masuk antara bagian diam dan bagian bergerak relatif antara bagian diam dan bagian bergerak.

Inti Kutub

Inti beserta sepatu kutub berfungsi sebagai tempat pemegang kumparan penguatan sekaligus menjadi lintasan arus-gaya-magnet pada bagian diam..

Bersama-sama dengan kumparan penguatan, inti kutub membangkitkan tegangan magnet (gaya-magnet [ggm]) yang bertugas mengalirkan arus-gaya-magnet dalam rangkaian magnet mesin dengan nilai induksi tertentu.

dan penghantar berarus pada bagian bergerak, yang selanjutnya diteruskan ke inti kutub menuju ke gandar stator, dan akhirnya tiba di pondasi mesin.

Gandar Stator

Berlawanan dengan gandar rotor, gandar stator bersama-sama dengan inti kutub membentuk hantaran magnet diam. Pada permukaan gandar stator ini dibuat parit untuk menempatkan inti-inti kutub mesin arus searah, agar inti-inti tersebut dapat terpegang pada tempatnya dengan baik dalam jarak kutub (τ) yang telah ditetapkan. Selain sebagai jembatan bagi arus-gaya-magnet antara kutub yang bertetangga, maka gandar stator juga menerima gaya dan punter yang diteruskan oleh seluruh inti-inti kutub mesin. Gaya dan punter ini kemudian diteruskan ke fondasi mesin arus searah oeh gandar stator

2.3.3 Bahan Hantaran Magnet

Dari bahasan diatas jelas terlihat bahwa untuk membuat hantaran magnet diperlukan bahan yang memenuhi persyaratan tertentu. Salah satu ketentuan yang harus dipenuhi oleh bahan adalah bersifat mudah menghantarkan magnet, ditandai dengan rendahnya hambatan terhadap pengaliran arus-gaya-magnet. Gambar 2.16 memperlihatkan bahan yang berada dalam lintasan magnet tertutup ke dalam rangkaian yang diberi tegangan magnet.

Arus-gaya-magnet yang mengalir dalam lintasan yang ditinjau dapat diperoleh melalui persamaan :

Φ =

Rm F

[Wb]

Φ = arus-gaya-magnet (Wb)

F = tegangan magnet atau ggm yang ditempakan dalam rangkaian magnet mesin dan menurut Hukum I Maxwell besarnya :

F =

∫

Hl dl [AB]

dengan

Hl = kuat medan magnet pada sepanjang arah garis singgung lintasan

(AB/m)

dl = panjang elemen lintasan (m)

Rm = hambatan (reluktansi) arus-gaya-magnet mengalir melalui bahan (AB/Wb).

[image:35.595.120.515.157.361.2] [image:35.595.124.469.497.689.2]

Setiap benda padat, cair, dan gas yang terdapat di alam dapat bertindak sebagai hantaran magnet yang ditempatkan dalam rangkaian magnet tertutup, lihat Gambar 2.16b. Hasil pengukuran nilai induksi (B) yang diperoleh dari kuat medan (H) yang diberikan pada berbagai macam benda atau medium dilukiskan dalam hubungan fungsi yang ditampilkan dalam bidang kordinat B = f(H), lihat Gambar 2.16a.

Karena kuat medan (H) adalah tegangan magnet yang diberikan persatuan panjang lintasan medium percobaan yang dilalui dan diinduksi (B) adalah besar arus-gaya-magnet per satuan luas penampang bahan percobaan tersebut, maka akan sangat menarik untuk mengetahui hubungan antara kedua besaran ini. Apabila bahan-bahan yang ditempatkan memperlihatkan hubungan tidak garis-lurus (linear), maka dapat diturunkan hubungan :

B = µ H [T]

dengan

B = induksi yang diperoleh dalam medium percobaan (T = Wb/m2, T adalah singkatan tesla)

H = kuat mean magnet yang ditempatkan (AB/m)

µ = permeabilitas atau sifat dapat ditembus arus-gaya-magnet atau bahan hantaran magnet yang digunakan.

Apabila diambil µ sebagai besaran rata-rata yang harganya tetap bagi medium dalam daerah pengamatan fungsi B = f(H) yang terletak antara H = -Hmaks dan H = + Hmaks, maka lengkung-lengkung yang diperoleh bagi berbagai jenis bahan percobaan ditunjukkan dalam garis-garis lurus yang menempati kuadran pertama dan keempat (µ adalah besaran posistif dari nol ampai tak berhingga).

1.3.4 Bahan Feromagnet

Berkat teknologi pembuatan bahan (metalurgi), teknik pencampuran unsur, bahan feromagnet dapat memiliki permeabilitas yang sangat baik. Selain itu teknik tersebut membuatnya mampu menyimpan dan mempertahankan sifat magnet, sehingga bila ke dalam bahan feromagnet dialirkan arus-gaya-magnet sekali saja, maka bahan tersebut segera berubah menjadi magnet tetap (permanen).

Berbeda dengan bahan yang dikemukakan pada bagian sebelumnya bahan feromagnet sesungguhnya tidak memiliki sifat tembus arus-gaya-magnet (permeabilitas) bernilai tetap atau konstan. Pada pemberian penguatan (eksitasi) antara harga kuat medan magnet –H maks dan -Hmaks , bentuk lengkung B = f (H)

[image:37.595.156.442.378.620.2]

yang susungguhnya adalah seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.17.

Gambar 2.17 Lengkung pemagnetan B=f(H)

µ =

H B

∆∆ = tg β

Pada sepanjang lengkung B = f (H) yang ternyata mempelihatkan nilai tidak tetap. Perbandingan di atas juga menyatakan tangen atau koefisien arah garis singgung pada sembarang titik lengkung yang saling tergeser, dalam bahasa Yunani disebut hysteresis.

Bahan feromagnet yang banyak digunakan dalam bangunan mesin listrik ada dua jenis, yaitu besi dan baja.

Besi

Terdapat dua jenis besi dalam istilah metalurgi (ilmu pengolahan logam), yaitu besi putih dan kelabu. Pada tahap awal pembuatan mesin listrik besi banyak digunakan untuk pembuatan hantaran magnet dan seluruh sistem mekanik serta rumah mesin arus searah. Setelah mesin arus bolak-balik ditemukan, pemakaian besi sebagai hantaran magnet berkurang dengan cepat, karena sifat magnetnya (µ) rendah dan rugi-besi-nya relatif tinggi.

disekitar celah udara. Rugi-besi ini menyebabkan besi sebagai hantaran magnet menjadi cepat usang.

Baja

Menurut teknologi pembuatannya, dikenal berbagai jenis baja, yaitu baja giling (rolled steel), baja tempa (forged steel), baja campuran (alloyed steel), dan baja tuang (cast steel).

Baja Giling

Dari cara pembuatan bahan feromagnet, baja ternyata merupakan struktur terpadu (konglomerat) antara ferit dengan sejumlah unsur lain yang terikat pada ferit selama proses peleburan. Karena baja giling dihasilkan dari penggilingan dingin, maka biji-biji feritnya tertarik melebar kearah tarikan. Pengolahan ini menyebabkan ketidakrataan sifat magnet dan mekanik bahan hantaran magnet dan menyebabkan lengkung rugi histeresis menjadi besar, sehingga rugi histeresis rangkaian magnet mesin secara keseluruhan cukup tinggi.

Pengaruh buruk lain terhadap bahan hantaran magnet adalah akibat proses pengerjaan atau fabrikasi, seperti pemotongan lembaran, pelubangan atau perforasi alur, dan penyusunan ke dalam paket sistem magnet mesin.

dan menyebabkan bidang lengkung histeresis B = f(H) menyusut. Untuk menghindarkan oksidasi yang berlebihan selama proses pemanasan ulang, udara dalam ruang pemanasan harus diganti dengan gas netral.

Dewasa ini, pada beragam bahan feromagnet sering kali diberi tambahan unsur silisium (Si). Unsur ini memiliki dua kegunaan :

1. Mengubah unsur karbon yang terdapat dalam bahan magnet dari sementit ke grafit, sehingga menghasilkan bangun lengkung histeresis yang lebih kecil.

2. Meningkatkan tahanan aktif bahan magnet terhadap pengaliran arus listik untuk memperkecil rugi arus-pusar (eddy current losses) bahan, yang disebut juga Foucault.

Peningkatan tahanan aktif bahan hampir sebanding dengan persentase silisium yang ditambahkan. Cara ini dapat digunakan untuk memperkecil rugi arus-pusar, khususnya terhadap medan magnet yang berubah-ubah (medan bolak balik). Campuran silisium mendekati 2% akan memperbaiki sifat dapat ditembus arus-gaya-magnet (permeabilitas) bahan feromagnet terhadap medan magnet lemah dengan mencolok. Tetapi, dalam medan magnet sangat kuat, campuran ini memperlihatkan sifat dapat ditembus (permeabilitas) yang cenderung menurun. Penambahan silisium juga dapat memperpanjang usia kerja bahan magnet. Hal ini dapat diketahui dari pertumbuhan rugi besi yang relatif lambat terhadap peningkatan usia bahan.

Masuknya kotoran atau impuritas ke dalam campuran bahan feromagnet baja selama peleburan akan memperburuk sifat-sifat magnet bahan. Untuk memperoleh bahan feromagnet dewasa ini, telah dapat dihasilkan bahan dengan rugi-besi jenis di bawah 1 watt/kg bahan, pada harga induksi 1 tesla dan getaran 50 hertz.

[image:41.595.151.441.401.674.2]

Penurunan persentase silisium akan memperburuk sifat mekanik bahan, sehingga lebih sukar diolah (difabrikasi); bahan menjadi lebih cepat patah dengan hanya beberapa lipatan ulang. Gambar 2.18 memperlihatkan lengkung B = f (H) dari bahan fero-magnet besi dan baja. Seperti tampak pada gambar, dayahantar arus-gaya-magnet besi (µ) lebih rendah dari pada baja. Hal ini terlihat dari letak lengkung permagnetan baja yang lebih mendekati sumbu induksi dibandingkan dengan lengkung permagnetan besi.

Baja Campuran

Untuk membuat hantaran magnet medan tetap (permanen) dibutuhkan baja campuran, yang bila sekali diberi kuat medan magnet yang tinggi akan menyimpan medan magnet sisa yang cukup besar.

Permaloy-C yang merupakan campuran Ni (78,5%), Fe(18%), Al (3%), dan Mn (0,5%) mempunyai permeabilitas awal (µmin) sebesar 6000.

Permeabilitas maksimumnya (µmaks) sebesar 1 000 000. Harga induksi medan

[image:42.595.140.439.331.535.2]

magnet sisa B = 0,45 tesla, dan tegangan magnet pemulih per meter H = 0,035 AB/m. Gambar 2.19 memperlihatkan perilaku B = f (H) dari Permaloy-C dan baja silisium.

Gambar 2.19 Lengkung B=f(H) Permaloy-C dan baja silisium.

Baja Tempa

Baja tempa (forged steel) umumnya digunakan untuk pembuatan hantaran magnet bergerak (berputar) mesin serempak berdaya besar dengan kecepatan poros tinggi, baik sebagai pembangkit atau penggerak.

induksi medan magnet kutub berputar berniali antara 1,5 – 2,0 T akan menyebabkan tegangan mekanik yang bekerja pada rotor sangat besar. Selain itu, harus diperhitungkan keseimbangan dinamik puntir massa yang berputar terhadap titik putarnya, dan reaksi pengimbang bahan rotor terhadap ayunan lentur karena tarikan medan gravitasi bumi terhadap massa berputar tersebut. Hal-hal diatas dimaksudkan untuk memperoleh bahan berkekuatan mekanik sangat tinggi.

Baja Tuang

Baja tuang dipakai untuk hantaran magnet bagian diam mesin arus searah, seperti gandar stator. Pada mesin arus bolak-balik, khususnya pada pembangkit turbin-up (turbo generator), baja tuang juga dipakai sebaga bahan kepala belitan (kumparan) hantaran listrik berputar yang terletak pada kedua sisi poros, dan disebut gelang rotor.

Akhir-akhir ini, gandar stator mesin arus searah lebih banyak dibuat dari baja tuang ketimbang besi, karena selain secara mekanik baja jauh lebih kuat, juga memiliki daya hantar magnet yang lebih baik dari besi tuang. Selain itu, daya hantar magnet baja sangat bervariasi dan perilakunya dapat diatur lewat teknologi pencampuran (alloying) unsur kimia lain selama proses pembuatan bahan hantaran magnet.

2.4 Rangkaian Magnet Mesin

[image:44.595.114.534.532.720.2]

gaya magnet lintasan tertutup (Φ=Σ∆Φ) yang menghasilkan arus gaya medan magnet utama mesin arus searah. Medan magnet utama mesin arus searah adalah arus gaya magnet nyata atau efektif (Φδ = Φ0) yang mengalir menyeberangi celah udara lewat penampang kutub dalam celah udara sepanjang lebar kutub (τ) pada saat mesin bekerja tak berbeban.

Gambar 2.20 memperlihatkan skema sepasang kutub mesin arus searah kutub banyak. Pada gambar diperlihatkan jalannya elemen-elemen arus gaya magnet yang bergerak. Gerak elemen-elemen tabung adalah: dari salah satu inti kutub stator → celah udara dihadapan kutub yang sama → gigi dan alur → terpecah ke dalam dua cabang dalam gandar rotor → kembali ke gigi dan alur di hadapan kutub-kutub tetangga berdekatan → celah udara → memasuki inti-inti kutub tetangga dalam arah yang berlawanan → kembali ke gandar stator dari kedua sisi kutub gandar stator → inti kutub stator yang mula mula. Tiap elemen arus gaya magnet atau tabung tabung magnet ini memiliki lintasannya sendiri, masing masing menjalani penggal lintasan dari hantaran magnet mesin arus searah yang diperlihatkan dengan garis tebal, lihat Gambar 2.20.

Perjalanan arus-gaya magnet tersebut dapat diringkas sebagai berikut: inti kutub utara, celah udara, gigi dan alur rotor, gandar rotor, kembali menuju gigi dan alur rotor di hadapan kutub-kutub bertetangga, kembali menuju celah udara, inti kutub selatan, gandar stator dan menuju inti kutub utara.

Panjang lintasan arus-gaya magnet ini yakni jumlah panjang penggal lintasan (lihat Gambar 2.20), adalah :

(1) Menelusuri alur rotor :

lM(a) = 2 (1/2lGS + la + li + lδ + ½ lGR) [m]

(2) Menelusuri gigi rotor :

lM(g) = 2 (1/2lGS + lg + li + lδ + ½ lGR) [m]

[image:45.595.114.562.436.627.2]

Apabila rangkaian magnet mesin ini digantikan dengan rangkaian magnet sederhana, maka diperoleh keadaan seperti yang diperlihatkan Gambar 2.21.

Gambar 2.21 Rangkaian magnet mesin arus searah

Pada Gambar 2.21 ditampilkan lintasan arus-gaya magnet melalui hantaran magnet yang terbuat dari dua jenis medium, yaitu:

(2) lintasan penghantar berpenyekat (la)

(3) lintasan celah udara (l_δ)

Gambar 2.21b dan 2.21c memperlihatkan rangkaian pengganti magnet mesin arus searah pada jalur-jalur arus-gaya magnet yang melalui gigi dan alur. Agar arus gaya magnet (Φδ = Φ0) dapat mengalir dalam rangkaian magnet yang menggantikannya, maka rangkaian tersebut harus diberi tegangan magnet atau gaya gerak magnet.

Tegangan magnet tanpa beban F0 adalah ampere-belitan atau kumparan dialiri arus tertentu yang mengikat rangkaian magnet untuk membatasi hambatan arus-gaya magnet yang ada dalam bahan hantaran magnet, sehingga dalam rangkaian dapat dialirkan arus-gaya-magnet atau fluks sebesar Φδ = Φ0. Tegangan magnet sebesar itulah yang diperlukan untuk mempertahankan aliran arus-gaya-magnet.

Pada elemen tabung gaya sangat kecil yang diperlihatkan pada Gambar 2.21 berlaku :

∆Φ =

Rm F

[Wb]

dengan :

∆Φ = ruas-gaya-magnet dalam elemen penampang ∆S sepanjang lintasan tabung gaya

F = tegangan magnet, gaya gerak magnet atau ampere-belitan yang diikatkan atau dililitkan terhadap rangkaian magnet.

Rm = hambatan bahan magnet terhadap pengaliran arus-gaya-magnet dalam elemen tabung ditinjau, atau

Rm =

S dl

∆

∫

1 . m

Dengan :

µm = sifat dapat ditembus arus-gaya-magnet bahan magnet (permeabilitas) dl = elemen lintasan pada sepanjang tabung-gaya

∆S = elemen penampang tabung gaya magnet.

[image:47.595.132.445.230.537.2]

1/Rm = Λm = daya hantar bahan magnet tabung gaya yang ditinjau.

Gambar 2.22 Lintasan arus gaya magnet Limit perbandingan differensial :

S

S ∆

∆Φ

→

∆ 0

lim

= B [T]

Persamaan ini menyatakan harga induksi (B) atau arus-gaya-magnet per satuan luas penampang di sepanjang lintasan arus-gaya-magnet yang ditinjau (lihat Gambar 2.22).

2.5 Tegangan Magnet

arus-gaya-magnet tanpa beban sebesar Φ_δ = Φ0, dengan Φδmenyatakan

arus-gaya-magnet yang menerobos celah udara mesin antara bagian diam (stator) dan bagian bergerak (rotor)

Setiap tabung gaya memiliki arus-gaya (∆Φ) dan induksi (B), yang harganya dapat berdeda-beda sesuai dengan permeabilitas (µm) atau dayahantar

(Λm) arus-gaya–magnet, meskipun tegangan magnet (F) atau kuat medan magnet

(H) yang menggerakkan setiap tabung gaya besarnya sama dan tetap. Secara matematika dapat dinyatakan :

Φ0 =

∑

∆

n

1

Φ [Wb]

Dengan n menyatakan jumlah elemen tabung magnet yang terdapat dalam penampang yang menembus celah udara dihadapan sepatu kutub antara bagian diam dan bagian bergerak (rotor). Angka n sangat besar. Semakin besar n, semakin telitilah hasil perhitungan Φ0.

Untuk menentukan besarnya tegangan magnet yang diperlukan untuk mengalirkan arus-gaya-magnet Φ0, pertama-tama harus ditentukan lebih dahulu

tegangan yang diperlukan untuk melewatkan arus-gaya-magnet menjalani penggal lintasan tabung gaya, seperti :

(1) Medium bukan-magnet : celah udara(ls), alur rotor (la).

(2) Medium magnet atau bahan feromagnet: gigi rotor (lg), dan gadar stator (lGS),

inti kutub (li), dan gandar rotor (lGS).

elemen-elemen yang menyusun rangkaian tersebut, sementara Hukum Ohm untuk arus-gaya-magnet disebut Hukum Hopkinson yang menyatakan tegangan atau ggm magnet yang dibutuhkan untuk mengalirkan arus-gaya-magnet menelusuri rangkaian atau huntaian hantaran magnet tertutup adalah sama dengan jumlah jatuh tegangan magnet yang terdapat dalam rangkaian magnet tertutup, tepatnya dalam setiap penggal lintasan magnet yang menyusun rangkaian magnet tertutup mesin arus searah dibicarakan.

Dari persamaan arus gaya tabung diperoleh : F = ∆Φ Rm [AB]

Hambatan Magnet

Rm =

S l

m∆

µ [AB/Wb] Dengan

L = penunjang lintasan arus-gaya-magnet dalam rangkaian magnet yang

dibicaranakan (m).

µm = sifat dapat ditembus arus-gaya-magnet dari bahan magnet yang

digunakan

∆S = elemen luas penampang tabung gaya bahan yang dibahas (m2). Sehingga, dapat ditulis :

F = ∆Φ

S l

m∆

µ [AB]

F0(a) = 2 ∆Φ

[

a b GS S l ∆ µ 2 / 1 + a b a S l ∆

µ + b b

i

S l

∆

µ + Su

l

∆

0

µ δ + b b

GR S l ∆ µ 2 / 1

]

[AB]

(2) menelusuri gigi :

F0(g) = 2 ∆Φ

[

b b GS S l ∆ µ 2 / 1 + b b g S l ∆

µ + b b i

S l

∆

µ + Su

l

∆

0

µ δ + b b GR S l ∆ µ 2 / 1

]

[AB]

Dengan

µb = permeabilitas ferromagnet

µ0 = permeabilitas udara

µa = permeabilitas penghantar berpenyekat (µa = µ0)

∆Sb = penampang tabung gaya dalam besi (m2).

∆Sa = penampang tabung gaya dalam alur(m2).

∆Su = penampang tabung gaya dalam udara (m2).

F0(a) dan F0(b) menyatakan jumlah tegangan magnet yang diperlukan untuk

mengalirkan arus gaya magnet sebarang tabung gaya menelusuri lintasan tertutup melalui alur atau gigi mesin arus searah.

Jadi, tegangan magnet yang diperlukan untuk mengalirkan arus gaya magnet pada seluruh penampang rangkaian magnet tertutup mesin arus searah yang terdiri atas n buah tabung gaya adalah :

F0 = n2∆Φ

n 1

[

a b GS S l ∆ µ

2 + n_a

n a a S l ∆ 0

µ + ng

n b b g S l ∆

µ + b b i S l ∆ µ + 0 0 S l ∆

µ δ + b GR GR S l ∆ µ 2 2 / 1

]

[AB]

F0 = n2Φ0

[

GS b GS S l µ

2 + a

a

S l

0

µ + b g g S l

µ + b i i

S l

µ + 0S0 l

µ δ + b GR GR

S l µ

2

]

[AB]

dengan

SGS = irisan arus-gaya-magnet dalam gander stator (m2)

SGR = irisan arus-gaya-magnet dalam gander rotot (m2)

Sa = irisan arus-gaya-magnet dalam seluruh alur (m2)

Sg = irisan arus-gaya-magnet dalam seluruh gigi (m2)

Si = irisan arus-gaya-magnet dalam inti kutub (m2)

Atau,

F0 = 2 (1/2FGS + Fa/g + Fi + Fδ + 1/2FGR) [AB]

2.5.1 Tegangan Magnet Celah Udara

Udara merupakan hambatan utama dalam pengaliran arus-gaya-magnet mesin listrik. Hambatan pada medium ini besarnya hamper dua pertiga dari seluruh hambatan terhadap pengaliran arus-gaya-magnet yang terdapat dalam lintasan magnet tertutup dalam mesin. Berarti, ketelitian perhitungan jatuh tegangan magnet dalam medium akan menentukan ketelitian akhir pada perhitungan tegangan magnet secara keseluruhan.

peninjauan harus dipahami pengertian satuan tabung magnet (STM) bangun kubus.

Selanjutnya, ruang celah udara antara bagian diam dan bagian bergerak di sekitar sepatu kutub dibagi ke dalam beberapa kawasan peninjauan. Pada tahap ini, permukaan luar rotor dianggap rata dan halus, dalam arti belum diberi alur untuk penempatan penghantar-penghantar berpenyekat. Panjang kutub dan gander rotor dalam arah poros dapat dipilih sedemikian besar, sehingga tabung-tabung gaya magnet yang keluar dari sepatu kutub menuju hantaran magnet bergerak terletak dalam bidang datar yang selalu tegaklurus terhadap sumbu poros. Selain itu, permeabilitas hantaran ferromagnet dianggap sedemikian besarnya, sehingga didalamnya sama sekali tidak terdapat hambatan terhadap pengaliran arus-gaya-magnet.

Jadi permukaan hantaran magnet diam (sepatu kutub) dan bergerak (permukaan rotor) dapat dinyatakan sebagai bagian-bagian awal dan akhir bidang-bidang ekipotensial magnet. Tabung-tabung gaya magnet selalu bersikap tegak lurus terhadap bidang ekipotensial magnet tersebut, baik ketika akan meninggalkan sepatu kutub utara ataupun saat mencapai permukaan rotor.

Bila melukiskan jalannya arus-gaya-magnet dan bidang ekipotensial, harus selalu diupayakan menampilkan STM dengan irisan bujursangkar elementer yang berlaku bagi kawasan yang bersangkutan dengan ukuran tabung : panjang δx,

lebar bx dan kedalaman 1 yang dipilih sedemikian rupa, sehingga bangun

pada kawasan III bujursangkar yang tampil semakin kecil dan akhirnya dalam kawasan IV akan tampil bujursangkar dengan rusuk terkecil

Gambar 2.23 STM dengan irisan bujursangkar elementer

Perlu diingat bahwa pembagian kawasan didepan sepatu kutub menjadi empat bukanlah yang terbaik, karena dapat saja dibuat lebih banyak. Bila jumlah kawasan lebih sedikit, bangun bujursangkat elementer atau STM yang terbentuk akan kurang sempurna, sehingga hasil perhitungannya kurang teliti karena pengisian kawasan oleh bujursangkat STM yang tidak benar benar sempurna.

Hambaran arus-gaya-magnet dalam sebuah STM adalah :

Rm (STM) =

x

b l

0

µδ = x x

b 0

µδ = 0 1

µ [AB/Wb]

Dengan panjang lintasan celah udara diambil l_δ = δx, lebar bx, dan kedalaman 1.

Karena daya hantar magnet STM adalah kebalikan hambatannya, sehingga dapat ditulis :

Λm (STM) = µ0 [Wb/AB]

mesin selalu teap, maka arus-gaya-magnetnya akan selalu berjalan sejajar, karena arus-gaya-magnet tersebut selalu berjalan tegaklurus terhadap permukaan-permukaan hantaran magnet yang juga bertindak sebagai bidang-bidang seragam tegangan magnet atau ekipotensial.

Karena nilai hambatan arus-gaya-magnet atau dayahantar tabung gaya STM besarnya tetap, maka penempatan tegangan magnet sebesar F_δ ke dalam STM akan menimbulkan aliran arus-gaya-magnet tabung sebesar :

∆Φ = ΦSTM =

) ( 0 STM m R F_δ

= µ0Fδ0 [Wb]

Atau, dinyatakan dengan dayahantar magnet:

ΦSTM = Fδ0 . ΛSTM = µ0Fδ0 [Wb]

Arus-gaya-magnet setiap tabung gaya di setiap bagian kawasan yang ditinjau besarnya sama untuk mesin arus searah kutub rata dengan tebal celah udara sebesar satu STM.

Jadi, jumlah arus-gaya-magnet keseluruhan dalam rangkaian magnet tertutup mesin adalah :

Φ0 = n∆Φ = nΦSTM = µ0Fδ0 [W]

dengan n menyatakan jumlah tabung arus-gaya-magnet dari ukuran tabung gaya yang ditinjau.

Dari sini diperoleh bahwa nilai tegangan magnet atau gaya gerak magnet (ggm) yang diperlukan untuk mengalirkan arus-gaya-magnet Φ0 menerobos celah

udara setebal satu STM pada mesin arus searah kutub rata adalah :

F_δ = 0 0

2µ Φ

atau F_δ = 0 0 µ B

dengan B0 menyatakan induksi tabung gaya menyeberangi celah udara.

Pada gambar 2.23 terlihat bahwa hanya dalam daerah I medan magnet celah udara yang memenuhi ketentuan mesin arus searah kutub rata yang STM-nya benar-benar mempuSTM-nyai bangun bujursangkar sempurna berusukkan tebal celah udara.

Dalam daerah II, STM dengan ukuran daerah I akan memperlihatkan bangun STM yang tidak bujursangkar lagi. Oleh Karena itu, untuk daerah ini harus dicari ukuran STM dengan rusuk δx dan bx yang baru, yang tentu saja lebih

kecil dibandingkan dengan STM yang terdapat dalam daerah I sedemikian rupa, sehingga daerah II ini didapat dipenuhi dengan baik oleh jumlah besar bujursangkar STM ukuran yang terakhir. Daerah III membutuhkan bujursangkar STM yang yang lebih kecil lagi, sedangkan daerah IV memerlukan bujur sangkar STM terkecil. Bila ukuran STM telah sesuai untuk masing-masing kawasan dan dikerjakan dengan sebaik-baiknya akan diperoleh lukisan jaringan laba-laba yang terdiri dari kotak-kotak disekitar sepatu kutub yang mengmabil bangun bujur sangkar dari berbagai ukuran. Karena jaringan ini terbentuk dari berbagai bangun bujursangkar kuadratis, maka gambaran medan yang dihasilkan disebut lukisan medan kuadratis (LMK).

Tegangan magnet mesin arus searah dengan celah udara yang tidak rata dengan ketebalan δ0, kelipatan rusuk STM, besarnya :

F_{δ(rata-rata)} = 2 0 0 µ B

k_δδ0 [AB]

Dengan

δ0 = tebal celah udara pada sepanjang sumbu kutub

Dengan bantuan lukisan medan kuadratis bersama dan tegangan magnet F0

dapat dibuat kurva yang memperlihatkan bentuk penyebaran induksi dalam celah udara pada sepanjang lebar kutub (τ) mesin.

Jika panjang dalam arah poros adalah 1, maka luas penampang tabung arus-gaya-magnet adalah:

SSTM = bx . 1 [m2]

Jadi, induksi dalam tabung arus-gaya-magnet adalah:

B_δx =

STM STM S Φ = 1 . 0 x x x b b F µδ δ _{= µ} 0 x F δδ

Dari persamaan diatas terlihat bahwa induksi dalam celah pada tegangan magnet tertentu berbanding terbalik dengan panjang lintasan arus-gaya-magnet tabung baya yang dilalui sepanjang celah udara.

[image:56.595.201.415.510.719.2]

Berdasarkan persamaan tersebut, maka induksi dalam celah udara dapat dilukiskan dalam bentuk lengkung fungsi B = f(α) (Gambar 2.24).

2.5.2 Tegangan Magnet Gigi dan Alur

Setelah melewati celah udara antara bagian diam dan bergerak, arus-gaya-magnet φ0 memasuki bagian bergerak hantaran magnet (rotor) lewat gigi dan alur.

Pada nilai induksi yang rendah, B0 << 1,8 T, dapat dikatakan hampir seluruh

arus-gaya-magnet φ0 memasuki rotor hanya melalui gigi, yang memiliki hambatan

rendah terhadap pengaliran arus-gaya-magnet. Selanjutnya, bila induksi dalam celah udara melampaui batas harga yang disebutkan di atas, B0 >> 1,8 T, maka

kepadatan arus-gaya-magnet dalam gigi akan memperbesar hambatan terhadap pengaliran arus-gaya-magnet. Dengan demikian, hambatan dalam gigi menyamai hambatan atas arus-gaya-magnet dalam alur sehingga, arus-gaya-magnet segera melimpahkan diri ke dalam alur yang berdampingan.

Untuk gigi yang telah jenuh, besar arus-gaya-magnet yang melewati lebar tx dan terdapat pada kedalaman x dari permukaan gigi, lihat Gambar 2.25, adalah:

[image:57.595.158.429.443.655.2]

Φt = Φgx + Φax [Wb]

Gambar 2.25 arus-gaya-magnet pada gigi yang telah jenuh

Gambar 2.26 memperlihatkan hubungan Bgx = f(H) diturunkan dari bahan

[image:58.595.184.415.135.351.2]

hubungan kuat medan H sebagai fungsi kedalaman x, lihat Gambar 2.23, lewat hubungan :

Gambar 2.26 hubungan Bgx = f(H)

Tegangan magnet yang dibutuhkan untuk mengalirkan arus-gaya-magnet dalam lebar gelombang gigi dan alur adalah :

Fg/a = 2

∫

=

=

g h x

x

x x d

H 0

. [AB]

Yang merupakan luas bagian terarsir Gambar 2.26

2.5.3 Tegangan Magnet Gandar Rotor

Gandar rotor merupakan bagian yang dimasuki arus-gaya-magnet. Penampang bagian gandar ini praktis tidak mengalami banyak perubahan mulai dari pangkal gigi atau alur sumbu kutub yang ditinjau hingga pangkal gigi dan alur sumbu kutub berikutnya dalam jarak langkah τ. Oleh karena itu, kuat medan magnet (H) pada sepanjang gandar adalah tetap. Dari lengkung B = f(H) bahan baja yang dipilh, dengan harga induksi (BGR) diperoleh kuat medan (HGR) gandar

[image:59.595.245.404.87.216.2]

Gambar 2.27 Lengkung B=f(H) Gandar rotor

Tegangan magnet yang dibutuhkan untuk mengalirkan arus-gaya-magnet melalui gandar rotor adalah :

FGR =

p h h

D _{g GR}

2

) 2

( − −

π

. HGR [AB]

Arus-gaya-magnet yang mengalir melalui penggal ini adalah : ΦGS =

2 0

Φ _[Wb]

2.5.4 Tegangan Magnet Gandar Stator

Seperti halnya cara penentuan tegangan magnet dalam gandar rotor, maka untuk menentukan tegangan magnet dalam gandar stator juga harus menetapkan terlebih dahulu nilai induksi yang diperlukan dan bahan hantaran magnet yang digunakan. Dengan cara demikian diperoleh harga HGS untuk induksi BGS yang

mengalir dalam gandar stator, sebagaimana halnya gandar rotor. Tegangan magnet yang diperlukan untuk mengalirkan arus gaya magnet melalui gandar stator besarnya :

FGS =

p h l

D i GS

2

) 2

2

( + + δ +

π _{. H}

ΦGS =

2 0

Φ _[Wb]

2.5.5 Tegangan Magnet Inti Kutub

Cara menentukan tegangan magnet dalam inti kutub mesin arus searah sama dengan penentuan tegangan manet pada penggal-penggal lintasan lainnya. Namun dalam hal ini harus memperhatikan adanya medan bocor kutub (Φ_σ).

Gambar 2.28 memperlihatkan irisan-irisan inti kutub mesin arus searah yang sejajar bidang melalui sumbu kutub dan tegak lurus poros (Gambar 2.28a), dan bidang melalui poros dan sebuah sumbu kutub (Gambar 2.28b). Kumparan penguatan (dilukiskan dengan garis putus-putus) terbagi rata dan menempel pada inti kutub dalam ketinggian lp terlihat tidak mengambil ruang sama sekali.

Gambar 2.28.a irisan-irisan inti kutub yang sejajar bidang melalui sumbu kutub dan tegak lurus poros

Gambar 2.28.b irisan-irisan inti kutub yang sejajar bidang melalui poros dan sebuah sumbu kutub

Fp =

2 0

F

[AB]

Maka, beban garis-lurus (linear) kumparan penguatan mesin besarnya :

Ap =

p

l

1

. 2

0

F

[Ab/m]

dan bernilai tetap sepanjang tinggi inti kutub.

Selanjutnya, bila semua hantaran magnet bertindak sebagai bidang-bidang ekipotensial terhadap medan magnet, karena permeabilitas bahan feromagnet diambil mendekati takberhingga, maka perjalanan tabung-tabung gaya magnet bocor menggunakan STM sebagaimana dikemukakan sebelumnya dapat dilihat pada Gambar 2.28.

Medan bocor sejajar bidang melalui sumbu kutub dan poros adalah :

Φ

σ1

=

µ

0

. n

σ1

. F

0 [Wb]

Sementara medan bocor sejajar bidang melalui sumbu kutub dan poros adalah :

Φ

σ1

=

µ

0

. n

σ2

. F

0 [Wb]

Dengan n_σ1 an nσ2 menyatakan jumlah elemen STM yang keluar dari

masing-masing sisi inti kutub, baik yang tegak lurus terhadap poros ataupun yng sejajar poros.

Jadi, arus-gaya-magnet medan bocor seluruhnya adalah :

Φ

σ

=

Φ

σ1

+

Φ

σ2 [Wb]

Bila arus-gaya-magnet guna (efektif) pada kerja tanpa beban adalah Φ0, maka

arus-gaya-magnet yang bergerak melalui inti kutub adalah :

Φ

i

= k

σ

Φ

0 [Wb]

Dengan k_σ = (Φ0 + Φσ)/Φ0 menyatakan koefisien bocor inti kutub yang harganya

ditentukan oleh : (a). bangun permukaan sepatu dan inti kutub, (b) kedudukan masing-masing kutub satu terhadap lainnya, dan (c) tata letak bahan pelengkap (bahan tambahan bangunan mesin listrik termasuk kumparan penguatan dan lain sebagainya) yang letaknya berdekatan dengan inti kutub dan bersifat magnet. Singkatnya, koefisien bocor inti kutub ini ditentukan oleh susunan geometri ruang disekitar inti dan sifat bahan yang mengitari inti tersebut, khususnya bahan yang bersifat magnet.

Bila diberikan penampang inti kutub Si, nilai induksi yang melalui

penampang adalah :

Bi =

i i

S

Φ _[T]

Nilai induksi ada inti biasanya diambil berkisar antara 1,5 hingga 1,75 tesla.

2.5.6 Tegangan Magnet Mesin

Tegangan magnet mesin adalah penjumlahan elemen-elemen jatuh tegangan yang diperlukan untuk pengaliran arus-gaya-magnet dalam setiap penggal lintasan yang membentuk rangkaian magnet tertutup mesin arus searah. Selanjutnya, tegangan magnet mesin dihitung berdasarkan angka besaran normal yang ditetapkan untuk mesin arus searah yang bersangkutan seperti tegangan kerja (Un) dan kecepatan berputar poros (nn) sehingga diperoleh harga

Dengan memasukkan faktor pengali terhadap harga arus-gaya-magnet beban ini, seperti : k = 0,25; 0,50; 0,7;, 1,00; dan 1,25, maka dapat ditemukan harga-harga tegangan magnet (F) bersesuaian mesin sebagai fungsi dari arus-gaya-magnet (Φ) yang dinyatakan dengan hubungan besaran :

Φ = f(F)

Hubungan besaran pada Persaman diatas disebut lengkung pemagnetan rangkaian magnet (LPRM) mesin, merupakan perilaku atau karakteristik rangkaian magnet mesin arus searah. Pada lengkung pemagnetan tersebut diperlihatkan pula harga-harga tegangan magnet yang berasal dari berbagai penggal lintasan yang dijalani seperti gandar stator, gandar rotor, gigi, dan alur, inti, dan celah udara.

[image:64.595.188.441.90.312.2]

Gambar 2.29 Lengkung pemagnetan Φ = f (F)

Hal ini mengisyaratan mulai muncul kejenuhan dalam salah satu penggal rangkaian magnet khususnya gigi-gigi, dan hantaran magnet fero kini mulai mengambil bagian yang semakin besar dari tegangan magnet mesin.

Pada nilai arus-gaya-magnet Φ0 diperoleh perbandingan :

δ

F F0

=

ab ac

= k_µ

Persamaan diatas menyatakan koefisien kejenuhan rangkaian magnet mesin, yang memperlihatkan permintaan perbandingan tegangan magnet (F0) dalam rangkaian

magnet tertutup yang terdiri dari sejumlah penggal magnet dengan tegangan magnet (F_δ) dalam celah udara, untuk mempertahankan arus-gaya-magnet yang diinginkan mengalir (Φ0).

2.5.7 Sistem Magnet Mesin

Sistem magnet mesin adalah keseluruhan rangkaian arus-gaya-magnet tertutup berikut medium, sumber tegangan magnet, sumber daya penguatan, kendali medan yang terdapat pada sebuah mesin arus searah. Pada mesin dengan sepasang kutub (2p = 2) terdapat dua berkas rangkaian arus-gaya-magnet tertutup. Mesin arus searah dengan kutub banyak (2p >> 2) memiliki 2p buah berkas rangkaian arus-gaya-magnet tertutup. Keseluruhan berkas-berkas rangkaian magnet tertutup dan medium yang dilalui berkas-berkas serta tegangan-tegangan magnet yang menggerakkannya, termasuk dalam system magnet mesin arus searah.

2.6 Fungsi Sistem Magnet

1. Sistem magnet mesin berperan sebagai tempat pengaliran arus gaya magnet dengan keenganan atau reluktansi yang serendah-rendahnya atau tempat pengaliran arus gaya magnet dengan daya tembus atau permeabilitas magnet yang setinggi-tingginya

2. Sistem magnet mesin merupakan tempat berlangsungnya kerjasama atau interaksi antara:

2.a tegangan atau ggm magnet aksi (Fp) berasal dari kumparan penguat-an 2.b tegangan atau ggm magnet reaksi (Fa) berasal dari kumparan jangkar 2.c tegangan atau ggm magnet pengimbang yang berasal dari kumparan

kompensasi (Fk) dan atau kumparan kutub Bantu (Fkb)

3.a ggmek aksi asal hantaran listrik atau penghantar rotor (jangkar)

3.b ggmek reaksi yang dipindahkan medan magnet lewat celah udara menuju sepatu dan inti kutub hingga tiba di gander stator

BAB III

KEMAGNETAN DAN FERROFLUID

3.1Kemagnetan

3.1.1 Kemagnetan atomis, paramagnet dan diamagnet

Ketika ada arus listrik mengalir maka medan magnet juga dibangkitkan. Dalam atom atom, orbit pergerakan dari elektron disekitar inti dan proton didalam inti atom menghasilkan medan magnet. Bagaimanapun, karena kontribusi medan magnet induksi inti atom dua ribu kali lebih kecil dari elektron , medan magnet ini biasanya diabaikan. Banyak atom atom memiliki besaran momen magnetik permanent dalam ukuran 10 -23 Am2. Total Momen magnetik dari sebuah atom, biasanya nol karena arah momen atomis yang tidak beraturan (lihat gambar 3.1a). Total momen magnetik dari sebuah atom dapat dirubah dengan menempatkan atom tersebut pada sebuah medan magnet eksternal H. Pengaruh dari H biasanya dapat diekspresikan sebagai M=χH, dimana M=Σi mi adalah magnetisasi (total momen dua kutub

kedua medan eksternal menginduksikan perubahan pada pergerakan orbital dari elektron, yang akan menghasilkan medan magnet yang berlawanan dengan medan eksternal. Hal ini memberikan pengaruh negatif pada χ, disebut dengan suseptibilitas diamagnetik. Suseptibilitas diamagnetik tidak dipengaruhi oleh suhu dan ada pada setiap atom, tidak termasuk bila ada momen magnetik permanen.

Tergantung daripada suseptibilitas total, material diklasifikasikan sebagai paramagnet (χ > 0, dan besarnya antara 10-5 sampai 10-3) atau diamagnet (χ<0 besarnya -10-5).

3.1.2Ferromagnet, antiferromagnet dan ferrimagnet

Dalam bagian sebelumnya, matrial magnetic digambarkan sebagai suatu system yang terdiri dari atom atom dengan dua kutup tanpa interaksi. Pada sebagian matrial interaksi yang kuat antara dipol dipol mekanika qantum dasar menyebabkan korelasi orientasi yang luas dari dipol atomis permanent. Pada logam besi sebagai contoh, interaksi dipolar membantu penjajaran dari dipol-dipol (gambar 3.1), oleh karena itu material ini memiliki magnetisasi murni meskipun tidak ada medan eksternal. Material dengan susunan seperti ini disebut dengan ferromagnet dan dikategorikan dengan suseptibilitas tinggi, biasanya antara 10-2 sampai 106 yang kurang lebihnya tergantung pada kuat medan. Diatas apa yang disebut temperature

[image:69.595.132.507.88.194.2]

Gambar 3.1 Arah dipol pada 4 tipe material magner : a). Paramagnet b). Ferromagnet c). Antiferromagnet d). Ferrimagnet

Interaksi dipolar tidak selamanya akan menghasilkan magnetisasi murni. Pada beberapa material yang disebut dengan antiferromagnet, dipol-dipol berdekatan akan berjajar tidak paralel (gambar 3.1c). Konsekwensinya material tersebut tidak memiliki magnetisasi murni ketika tidak ada medan eksternal dan memiliki suseptibilitas yang rendah, biasanya antara 0 sampai 10-2. Pada temperature Neel, akan terjadi transisi dari antiferromagnet menjadi paramagnet.

3.1.3 Domain Magnet

[image:70.595.157.443.311.477.2]

Susunan Dipol yang dijabarkan pada bagian sebelumnya adalah dalam daerah yang luas, tetapi biasanya tidak diperluas pada seluruh volume dari materi uji. Materi uji dibagi bagi menjadi beberapa daerah dimana seluruh dipol membentuk susunan yang panjang sesuai dengan arah tertentu (Gambar 3.2). Arah ini berubah dari daerah yang satu ke daerah yang lain, hal ini akan mengakibatkan adanya kemungkinan bahwa material magnetik terbesar secara keseluruhan akan menjadi tidak dimagnetisasi, meskipun dalam skala domain mereka dimagnetisasi.

Gambar 3.2 Pada seluruh bahan ferromagnet, arah dipol terbagi atas beberapa daerah

Setelah medan ini dihilangkan, magnetisasi cenderung menurun menuju kondisi semula dengan arah domain tidak beraturan. Bagaimanapun juga, untuk mencapai kondisi seimbang, system mungkin harus melewati kondisi yang tidak diinginkan yang menjaganya untuk mencapai keseimbangan nyata. Materi yang mencegah relaksasi menuju kondisi tidak dimagnetisasi disebut dengan magnet keras (hard magnetic) berlawanan dengan magnet lembut (soft magnetic) dimana demagnetisasi berlangsung dengan cepat setelah medan eksternal dihilangkan atau ketika diberikan medan magnet berlawanan yang kecil.

3.2 Ferrofluid 3.2.1 Pengantar 3.2.1.1 Fluida Magnet

Fluida yang dapat dikendalikan dengan efektif oleh medan magnet dengan kuat medan tertentu merupakan suatu tantangan bagi para ilmuwan yang tertarik pada dasar dasar mekanika fluida. Untuk penelitian dasar pengenalan akan gaya terkendali dalam persamaan dasar hidrodinamik akan membuka wawasan akan hal baru.

dari medan magnet menjadi cukup kuat untuk melawan gaya gravitasi maka ditemukanlah suatu kelas phenomena hidrodinamik.

Perancangan penggunaan fluida sebagai komponen aktif dan pasif memperbesar peluang baru jika fluida dapat digerakkan atau dipindahkan oleh sebuah gaya yang dapat saja dihasilkan oleh aliran arus listrik dalam kumparan yang terkendali secara elektronik. Jika gaya yang dibutuhkan dapat dihasilkan oleh medan yang tidak terlalu besar dan juga dapat dibangkitkan dengan usaha teknis yang relatif kecil maka ide perancangan menggunakan parameter kontrol tambahan akan dapat direalisasikan.

Karena dalam kenyataan tidak ada fluida alami seperti ini, titik awal dari penel