Aplikasi Induksi Elektromagnetik

Aplikasi induksi elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari dapat kita temui pada generator dan transformator. Generator merupakan perangkat yang berfungsi untuk membangkitkan energi listrik berdasarkan induksi elektromagnetik. Kemudian transformator dapat kita temui pada peralatan rumah tangga seperti TV,radio dan lainnya. Pada peralatan tersebut transformator banyak digunakan untuk menurunkan tegangan listrik komersial dan digunakan untuk menyalakan peralatan elektronik.

Aplikasi Induksi Elektromagnetik Pada Generator

Generator adalah alat yang digunakan utuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Prinsip kerjanya adalah peristiwa induksi elektromagnetik. Jika kumparan penghantar digerakkan di dalam medan magnetik dan memotong medan magnetik, maka pada kumparan terjadi ggl induksi. Hal ini dapat dilakukan dengan memutar kawat di dalam medan magnet homogen.

Generator AC

Gambar diatas menunjukkan skema sebuah generator AC, yang memiliki beberapa kumparan yang dililitkan pada angker yang dapat bergerak dalam medan magnetik. Sumber diputar secara mekanis dan ggl diinduksi pada kumparan yang berputar. Keluaran dari generator tersebut berupa arus listrik, yaitu arus bolak-balik.

Skema induksi gaya gerak listrik dapat diamati pada gambar diatas, yang menunjukkan kecepatan sesaat sisi a – b dan c – d, ketika loop diputar searah jarum jam di dalam medan magnet seragam B. Ggl hanya dibangkitkan oleh gaya-gaya yang bekerja pada bagian a – b dan c – d. Dengan menggunakan kaidah tangan kanan, dapat ditentukan bahwa arah arus induksi pada a – b mengalir dari a ke b. Sementara itu, pada sisi c – d, aliran dari c ke d, sehingga aliran menjadi kontinu dalam loop. Besarnya ggl yang ditimbulkan dalam a – b adalah:

ε = B.l.v

Persamaan tersebut berlaku jika komponen v tegak lurus terhadap B. Panjang a – b dinyatakan oleh l. Dari gambar diperoleh v = v sin θ , dengan θ merupakan sudut antara permukaan kumparan dengan garis vertikal. Resultan ggl yang terjadi merupakan jumlah ggl terinduksi di a – b dan c – d, yang memiliki besar dan arah yang sama, sehingga diperoleh:

ε = 2N.B.l.v sin θ

Dengan N merupakan jumlah loop dalam kumparan. Apabila kumparan berputar dengan kecepatan anguler konstan ω, maka besar sudutnya adalah θ =ωt . Diketahui bahwa:

v = ω.r   atau   v = ω

dengan h adalah panjang b – c atau a – d.

Sehingga diperoleh :

ε = 2N.B.l. ω  sinωt

atau

ε = N.B.A. ωsin ωt

Dengan A menyatakan luas loop yang nilainya setara dengan lh.

Harga ε maksimum bila ωt = 90^o, sehingga sin ωt = 1.

Jadi, ε _maksimum= N.B.A. ω

Generator DC

Generator DC hampir sama seperti generator AC. Perbedaannya terletak pada cincin komutator yang digunakannya, yang ditunjukkan pada dibawah Keluaran generator dapat ditunjukkan oleh grafik hubungan V terhadap t, dan dapat diperhalus dengan memasang kapasitor secara paralel pada keluarannya. Atau dengan menggunakan beberapa kumparan pada angker, sehingga dihasilkan keluaran yang lebih halus gambar berikut.

1. Generator DC dengan 1 set komutator
2. Generator DC dengan banyak komutator

Generator elektromagnetik merupakan sumber utama listrik dan dapat digerakkan oleh turbin uap, turbin air, mesin pembakaran dalam, kincir angin, atau bagian dari mesin lain yang bergerak. Pada pembangkit tenaga listrik, generator menghasilkan arus bolak-balik dan sering disebut alternator.

Aplikasi Induksi Elektromagnetik Pada Transformator

Transformator merupakan alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan AC. Piranti ini memindahkan energi listrik dari suatu rangkaian arus listrik bolak-balik ke rangkaian lain diikuti dengan perubahan tegangan, arus, fase, atau impedansi.

Transformator terdiri atas dua kumparan kawat yang membungkus inti besi, yaitu kumparan primer dan sekunder. Transformator dirancang sedemikian rupa sehingga hampir seluruh fluks magnet yang dihasilkan arus pada kumparan primer dapat masuk ke kumparan sekunder.

1. Transformator Step Up
2. Transformator Step Down

Ada dua macam transformator, yaitu transformator stepup dan transformator step-down. Transformator step-up digunakan untuk memperbesar tegangan arus bolak-balik. Pada transformator ini jumlah lilitan sekunder (N_s) lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (N_p). Transformator step-down digunakan untuk menurunkan tegangan listrik arus bolak-balik, dengan jumlah lilitan primer (N_p) lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (N_s).

Apabila tegangan bolak-balik diberikan pada kumparan primer, perubahan medan magnetik yang dihasilkan akan menginduksi tegangan bolak-balik berfrekuensi sama pada kumparan sekunder. Tetapi, tegangan yang timbul berbeda, sesuai dengan jumlah lilitan pada tiap kumparan. Berdasarkan Hukum Faraday, bahwa tegangan atau ggl terinduksi pada kumparan sekunder adalah:

V_s = N_s 

Dengan Ns menyatakan banyaknya lilitan pada kumparan sekunder, sedangkan  adalah laju perubahan fluks magnetik. Tegangan masukan pada kumparan primer juga memenuhi hubungan persamaan dengan laju perubahan fluks magnetik, yaitu:

V_p = N_p 

Dengan menganggap tidak ada kerugian daya di dalam inti, maka dari kedua persamaan tersebut akan diperoleh:

Persamaan diatas adalah persamaan umum transformator, yang menunjukkan bahwa tegangan sekunder berhubungan dengan tegangan primer. Hukum Kekekalan Energi menyatakan bahwa daya keluaran tidak bisa lebih besar dari daya masukan. Daya masukan pada dasarnya sama dengan daya keluaran. Daya P = V.I, sehingga diperoleh:

V_p. I_p = V_s. I_s         atau      

Jadi, pada transformator berlaku hubungan:

Transformator ideal (efisiensi η = 100%) adalah transformator yang dapat memindahkan energi listrik dari kumparan primer ke kumparan sekunder dengan tidak ada energi yang hilang. Namun, pada kenyataannya, terdapat hubungan magnetik yang tidak lengkap antarkumparan, dan terjadi kerugian pemanasan di dalam kumparan itu sendiri, sehingga menyebabkan daya output lebih kecil dari daya input. Perbandingan antara daya output dan input dinyatakan dalam konsep efisiensi, yang dirumuskan:

Transformator berperan penting dalam transmisi listrik. Listrik yang dihasilkan generator di dalam pembangkit mencapai rumah-rumah melalui suatu jaringan kabel atau “jaringan listrik”. Hambatan menyebabkan sebagian daya hilang menjadi panas. Untuk menghindari hal tersebut, listrik didistribusikan pada tegangan tinggi dan arus yang rendah untuk memperkecil hilangnya daya. Pusat pembangkit mengirim listrik ke gardu-gardu induk, di mana transformator step-up menaikkan tegangan untuk distribusi. Sementara itu, pada gardu-gardu step-down, tegangan dikurangi oleh transformator untuk memasok tegangan yang sesuai baik untuk industri maupun perumahan.

Generator terdiri dari Gerator AC dan generator DC, Transformator dibagi dalam 2 jenis yaitu transformator Step Up dan Transformator Step Down. Peralatan-peraltan tersebut merupakan aplikasi dari induksi elektromagnetik.