Komutator

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

Mesin listrik disebut mesin DC (arus searah) karena mempunyai sistem komutasi pada cara kerjanya dimana fungsi dari komutator ini adalah menyearahkan arus-tegangan dari AC menjadi DC secara mekanis pada terminalnya untuk generator DC. Sedangkan pada motorDC untuk menjalankannya memerlukan catu daya DC yang dikonversike ACpada kumparan jangkarnya.Komutasi tersebut dilakukan oleh salah satu komponen mesin DC yang disebut komutator. Adapun prinsip kerja dari komutator dapat dijelaskan sebagai berikut:

Dari gambar  ditunjukkan saat-saat komutator
bergerak dari posisi di t0 sampai pada posisi t5. Pada saat t = t0 , segmen komutator tepat berimpit dengan carbon brush (sikat arang). Jika ada dua jalan parallel dalam kumparan jangkar tersebut maka arus jangkar Ia yang mengalir pada masing-masing jalan parallel adalah Ia/2 dengan arah seperti yang ditunjukkan pada gambar. Dengan demikian arus yang mengalir pada kumparan A = Ia/2 dan arahnya ke kanan. Jika arah putaran jangkar ke kanan seperti pada ganbar 3 dan pada saat t = t1 , sikat terletak diantara dua komutator dengan perbandingan 1 : 3 maka distribusi arus pada masing-masing segmen komutator adalah Ia/4 pada komutator sebelah kiri , dan 3Ia/4 pada komutator sebelah kanan. Dari hukum Kirchoff untuk arus, kita dapatkan besar arus yang megalir pada kumparan A = Ia/4 dengan arah masih tetap ke kanan.
Pada t = t2 posisi sikat tepat berada ditengah-tengah diantara dua segmen komutator, sehingga tidak ada arus yang mengalir pada kumparan A (pada kondisi ini kumparan A sama dengan berada di bidang netral). Pada t = t3 sikat berada antara dua segmen komutator dengan perbandingan letak 1 : 3. Disini arus yang mengalir pada kumparan A = Ia/4, dengan arah arus terbalik yaitu ke kiri. Akhirnya pada t = t4 sikat meninggalkan segmen komutator sebelah kiri. Pada kumparan A mengalir arus sebesar Ia/2 yang arahnya ke kiri. Jika arus dalam kumparan A digambarkan sebagai fungsiwaktu diperoleh hasil seperti terlihat pada gambar 4. Fungsi tersebut merupakan fungsi linier komutasi yang dihasilkan jika rapat arus dalam sikat seragam. Tapi karena adanya pengaruh induktans kumparan dan tahanan sikat untuk arus yang cukup besar maka fiungsi tersebut tidak linier lagi melainkan berupa garis lengkung.

Demikianlah dengan adanya arus yang berbalik arah dalam kumparan jangkar yang berputar dalam medan magnet dihasilkan tegangan induksi (ggl) dengan bentuk gelombang seperti pada gambar

Dinamo

dinamo itu generator listrik pertama yang mampu memberikan daya untuk industri. dinamo menggunakan elektromagnetik prinsip untuk mengubah putaran mekanik menjadi berdenyut arus searah (DC) melalui penggunaan komutator . Dinamo pertama dibangun oleh Hippolyte Pixii tahun 1832.
Melalui serangkaian penemuan tidak disengaja, dinamo menjadi sumber penemuan banyak kemudian, termasuk DC motor listrik , AC alternator , AC motor sinkron , dan rotary converter .
Sebuah mesin dinamo terdiri dari sebuah struktur stasioner, yang menyediakan medan magnet konstan, dan satu set berputar gulungan yang berubah dalam bidang tersebut. Pada mesin kecil medan magnet konstan mungkin disediakan oleh satu atau lebih magnet permanen; mesin yang lebih besar memiliki medan magnet yang konstan yang diberikan oleh satu atau lebih elektromagnet, yang biasanya disebut kumparan lapangan.
pembangkit listrik dinamo yang luas saat ini jarang ditemukan karena hampir universal gunakan sekarang dari arus bolak untuk distribusi kekuasaan dan solid state AC elektronik untuk konversi daya DC. Tapi sebelum prinsip-prinsip AC ditemukan, dinamo arus searah yang sangat besar adalah satu-satunya alat pembangkit listrik dan distribusi. Sekarang listrik dinamo generasi kebanyakan rasa ingin tahu.

Prinsip Kerja 
Generator atau pembangkit listrik yang sederhana dapat ditemukan pada sepeda. Pada sepeda, biasanya dinamo digunakan untuk menyalakan lampu. Caranya ialah bagian atas dinamo (bagian yang dapat berputar) dihubungkan ke roda sepeda. Pada proses itulah terjadi perubalian energi gerak menjadi energi listrik. Generator (dinamo) merupakan alat yang prinsip kerjanya berdasarkan induksi elektromagnetik. Alat ini pertama kali ditemukan oleh Michael Faraday.
Berkebalikan dengan motor listrik, generator adalah mesin yang mengubah energi kinetik menjadi energi listrik. Energi kinetik pada generator dapat juga diperoleh dari angin atau air terjun. Berdasarkan arus yang dihasilkan. Generator dapat dibedakan menjadi dua rnacam, yaitu generator AC dan generator DC. Generator AC menghasilkan arus bolak-balik (AC) dan generator DC menghasilkan arus searah (DC). Baik arus bolak-balik maupun searah dapat digunakan untuk penerangan dan alat-alat pemanas.

Generator AC

Bagian utama generator AC terdiri atas magnet permanen (tetap), kumparan (solenoida). cincin geser, dan sikat. Pada generator. perubahan garis gaya magnet diperoleh dengan cara memutar kumparan di dalam medan magnet permanen. Karena dihubungkan dengan cincin geser, perputaran kumparan menimbulkan GGL induksi AC. OIeh karena itu, arus induksi yang ditimbulkan berupa arus AC. Adanya arus AC ini ditunjukkan oleh menyalanya lampu pijar yang disusun seri dengan kedua sikat. Sebagaimana percobaan Faraday, GGL induksi yang ditimbulkan oleh generator AC dapat diperbesar dengan cara:

• memperbanyak lilitan kumparan,
• menggunakan magnet permanen yang lebih kuat.
• mempercepat perputaran kumparan, dan menyisipkan inti besi lunak ke dalam kumparan.

Contoh generator AC yang akan sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah dinamo sepeda. Bagian utama dinamo sepeda adalah sebuah magnet tetap dan kumparan yang disisipi besi lunak. Jika magnet tetap diputar, perputaran tersebut menimbulkan GGL induksi pada kumparan. Jika sebuah lampu pijar (lampu sepeda) dipasang pada kabel yang menghubungkan kedua ujung kumparan. lampu tersebut akan dilalui arus induksi AC. Akibatnya, lampu tersebut menyala. Nyala lampu akan makin terang jika perputaran magnet tetap makin cepat (laju sepeda makin kencang).

Generator DC

Prinsip kerja generator (dinamo) DC sama dengan generator AC. Namun, pada generator DC arah arus induksinya tidak berubah. Hal ini disebabkan cincin yang digunakan pada generator DC berupa cincin belah (komutator)

.


  

kutub medan magnet

Sebuah medan magnet adalah suatu medan gaya yang dihasilkan dengan memindahkan muatan listrik , dengan medan listrik yang bervariasi dalam waktu , dan oleh intrinsik 'medan magnet' dari partikel dasar yang berkaitan dengan spin partikel. Ada dua tetapi bidang-bidang terkait erat terpisah yang bidang 'dengan' nama magnetik dapat merujuk: medan magnet B dan medan magnet H. Medan magnet pada suatu titik tertentu ditentukan oleh arah dan besarnya (atau kekuatan), oleh karena itu merupakan medan vektor . Medan magnet ini paling sering didefinisikan dalam hal gaya Lorentz itu diberikan pada bergerak biaya listrik.

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

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

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

HUKUM COULOMB


Besarnya gaya tolak-menolak atau gaya tarik-menarik antara kutub-kutub magnet, sebanding dengan kuat kutubnya masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya

Keterangan:
F = gaya tarik-menarik/gaya tolak-menolak dalam newton
R = jarak dalam meter
m₁ dan m₂ = kuat kutub medan magnet dalam Ampere-meter
µ₀ = permeabilitas hampa
Jadi, Berdasarkan eksperimen coulomb dikatakan bahwa :

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

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

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

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

Fe = (N)

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

F_e12 = -F_e21

Dari persamaan :

F= qE

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

E =

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

D = E

Kedua kuantitas listrik E dan D merupakan salah satu dari dua pasangan dasar pada medan elektromagnet.

KUAT MEDAN MAGNET (H)
Kuat medan magnet di suatu titik di dalam medan magnet ialah besar gaya pada suatu satuan kuat kutub di titik itu di dalam medan magnet m adalah kuat kutub yang menimbulkan medan magnet
dalam Ampere-meter. R jarak dari kutub magnet sampai titik yang bersangkutan dalam meter. dan H = kuat medan titik itu dalam N/A.m atau dalam weber/m².
GARIS GAYA MAGNET
Garis gaya magnet adalah lintasan kutub utara dalam medan magnet atau garis yang bentuknya demikian hingga kuat medan di tiap titik dinyatakan oleh garis singgungnya. Garis-garis gaya keluar dari kutub-kutub dan masuk ke kutub selatan.

RAPAT GARIS GAYA MAGNET/FLUX DENSITY (B)
Flux density adalah jumlah garis gaya tiap satuan luas yang tegak lurus kuat medan. Flux density dapat dirumuskan sebagai berikut