Konversi Energi Elektromekanik

 

Pada mekanisme konversi energi elektromekanik, baik itu berupa konversi energi listrik ke energi mekanik maupun konversi energi mekanik ke energi listrik memerlukan medan magnet yang berfungsi sebagai tempat penyimpan energi dan sebagai media penghubung proses perubahan energi itu sendiri. Hukum Faraday dan Gaya Lorentz diterapkan untuk kegiatan konversi energi ini. Pada proses kerja dari suatu mesin listrik (generator dan motor listrik) merupakan prinsip dasar dari konversi energi elektromekanik.

Gambar 1.7 Prinsip konversi energi elektromekanik 

Semua energi listrik dan energi mekanik mengalir ke dalam mesin, dan hanya sebagian kecil dari energi listrik dan energi mekanik yang mengalir keluar mesin (terbuang) ataupun disimpan di dalam mesin itu sendiri. Energi yang terbuang tersebut dalam bentuk panas.

Sebagaimana yang kita ketahui bahwa apabila sebuah konduktor dengan panjang L yang digerakkan tegak lurus sepanjang ds, kemudian konduktor tersebut memotong medan magnet dengan kerapatan fluksi B, maka perubahan fluksi pada konduktor dengan panjang L yaitu sebagai berikut.

d(fluksi) = B × L × ds

Berdasarkan Hukum Faraday: ggl = e = d(fluksi)

Maka:                                                            dt

e = B × L × ds , karena ds merupakan v (kecepatan), maka:

     dt                dt

e = B × L × v

Berdasarkan persamaan tersebut, apabila pada sebuah media medan magnet diberikan energi mekanik untuk menghasilkan kecepatan (v) pada sebuah kawat penghantar (konduktor) dengan panjang L, maka pada kawat penghantar tersebut akan timbul gaya gerak listrik (GGL). Ini merupakan prinsip kerja dari generator listrik.

 

Arus Hambatan dan Tegangan Listrik

 

1.        Arus Listrik

Arus listrik merupakan aliran elektron yang secara terus-menerus dan berkesinambungan mengalir pada kawat penghantar akibat adanya perbedaan jumlah elektron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. Arus listrik bergerak dari terminal positif (+) ke terminal negatif (-), sedangkan aliran listrik pada kawat penghantar terdiri atas aliran elektron yang bergerak dari terminal negatif (-) ke terminal positif(+), arah arus listrik dianggap berlawanan dengan arah gerakan elektron. Satuan arus listrik adalah Ampere (A).

Satu amper arus adalah mengalirnya elektron sebanyak 624 × 1016 (6,24151 × 1018) atau = 1 Coulumb per detik melewati suatu penampang kawat penghantar. Rumus arus listrik yaitu sebagai berikut:

Keterangan:

I      = besarnya arus listrik yang mengalir (Ampere)

Q     = besarnya muatan listrik (Coulomb)

t      = waktu (detik)

Kuat arus listrik merupakan jumlah elektron bebas yang berpindah melewati suatu penampang kawat penghantar dalam satuan waktu.

   Gambar 1.8 Arah arus listrik dan aliran elektron

Rapat arus ialah besarnya arus listrik tiap-tiap mm² luas penampang kawat. Arus listrik mengalir pada kawat penghantar merata sesuai luas penampangnya. Misalkan terdapat arus listrik sebesar 12 A mengalir pada kawat penghantar dengan penampang 4 mm², maka terdapat kerapatan arus 3 A/mm² (12 A/4 mm²). Pada saat penampang kawat penghantar diganti dengan yang lebih kecil 1,5 mm², maka kerapatan arusnya menjadi 8 A/mm² (12A/1,5 mm²).

Kerapatan arus juga berpengaruh terhadap kenaikan temperatur. Suhu pada kawat penghantar dipertahankan sekitar 300 °C. Kemampuan hantar arus kawat penghantar sudah terdapat ketetapan pada Tabel.

Pada tabel 1.3 terlihat, kawat penghantar dengan penampang 4 mm², dua inti kabel terdapat KHA 30 A, memiliki kerapatan arus 8,5 A/mm². Rapat arus berbanding terbalik dengan penampang kawat penghantar, semakin besar penampang kawat penghantar rapat arusnya makin kecil.

Tabel 1.3 Kemampuan Hantar Arus (KHA)

Penampang Penghantar (mm2)	Kemampuan Hantar Arus (A)
	Kelompok B		Kelompok C
	Jumlah Penghantar
	2	3	2	3
1,5 2,5    4    6 10 16 25	16,5 23 30 36 52 69 90	15 20 27 34 46 62 80	19,5 27 36 46 63 85 112	17,5 24 32 41 57 76 96

Berikut merupakan rumus perhitungan besarnya rapat arus, kuat arus, dan penampang kawat.

Keterangan:

J     = rapat arus (A/mm²)

I      = kuat arus (Ampere)

A     = luas penampang kawat (mm²)