Induksi elektromagnetik memiliki peran yang sangat penting dalam kehidupan sehari–hari kita. Sekali waktu mungkin kita pernah melihat seperti seperti gambar–gambar berikut.
Gambar 6 adalah gambar mesin pembangikt listrik portable yang biasa disebut dengan generator, sedangkan gambar 7 adalah sebuat transformator atau trafo yang dipasang di tiang listrik. Kedua alat tersebut merupakan aplikasidari induksi elektromagnetik. Baiklah kita bahas satu per satu.
Generator
Generator adalah sebuah alat pembangkit listrik yang menggunakan prinsip induksi elektromagnetik. Berdasarkan arus listriknya maka generator dibedakan menjadi dua yaitu Generator AC (Alternating Current) dan generator DC (Direct Current). Listrik yang dihasilkan oleh generaotor AC adalah listrik bolak balik, sedangkan generator DC menghasil listrik arus searah.
a. Generator AC
Untuk memahami cara kerja generator AC maka perhatikan gambar berikut!
Gambar di atas merupakan prinsip kerja generator AC sederhana. Sebuah kumparan kawat dengan ujungnya dihubungkan ke cincin. Tepatnya ada dua cincin. Kedua cincin tersebut dihubungkan dengan sikat karbon dan setiap cincin menghubungkan ujung–ujung kawat penghantar. Saat cincin berputar sikat karbon tidak ikut berputar. Sikat karbon akan mengikat cincin pertama yang akan menghubungkan arus keluar dari kumparan. Di sisi lain sikat dari cincin kedua akan menarik arus masuk kembali ke kumparan.
Bila kumparan kawat diputar atau digerakkan dengan arah mengikuti jarum jam, maka kumparan didapati akan memotong garis gaya magnet. Kondisi tersebut menyebabkan terjadinya perubahan pada besar dan arah medan magnet yang menembus kumparan. Alhasil menghasilkan arus listrik pada kumparan.
Sebaliknya bila kumparan berada dalam kondisi sejajar dengan medan magnet, maka tidak akan ada arus yang diinduksikan untuk sementara waktu. Sementara waktu di sini berarti dalam rentang waktu yang cukup singkat, sehingga tidak bisa dirasakan. Saat kumparan kawat berotasiterus–menerus, arus akan diinduksikan kembali dengan arah berlawanan.
Dimana arus akan keluar dari cincin kedua dan masuk ke cincin yang pertama. Selama perputaran itulah generator AC akan menghasilkan arus listrik dengan besar dan arah yang senantiasa berubah–ubah. Karenanya disebut sebagai pembangkit listrik bolak–balik. Besar tegangan yang dihasilakn oleh generator tersebut adalah
\varepsilon =N.B.A. \omega .sin\, \omega t GGL induksi akan maksimum pada saat 𝜔t = 90ºatau 𝜔t = 270º, sehingga tegangan yang dihasilkan sebesar
{{ \varepsilon }_{maks}}=N.B.A.{\omega }. Jadi secara umum persamaan GGL induksi dapat dituliskan sebagai:
\varepsilon ={{ \varepsilon }_{maks}}.sin\,{\omega }t Contoh soal
Sebuah generator memiliki kumparan sanyak 200 lilitan dan luas penampangnya 4 cm². Kumparan tersebut berputar dalam medan magnet 0,5 T.
a. Tentukanlah frekuensi putaran kumparan agar membangkitkan ggl induksi maksimum 50 V!
b. Jika kumparan berputar dengan frekuensi 6 Hz, berapakah ggl induksi maksimum yang dihasilkan?
Penyelesaian
Diketahui:
N = 200 lilitan
A = =4{{cm}^{2}}=4.{{10}^{-2}}{{m}^{2}}
B = 0,5 T
Ditanyakan
a. f =….?, saat ggl induksi maksimum maksimum = 50V
b. {{ \varepsilon }_{maks}} = …. Jika f = 60 Hz
Jawab:
a. {{ \varepsilon }_{maks}} terjadi saat sin 𝜔t = 1. Sehingga
{{ \varepsilon }_{maks}} = N.B.A.𝜔
{{ \varepsilon }_{maks}} = N.B.A.2πf
50 = 200 . 0,5 . 4.{{10}^{-4}} . 2πf
50 = 200 . 4{\times }{{10}^{-4}} πf
f ={\frac {50} {{8.10}^{-2}{\pi }}}
f ={\frac {5000} {{8.3,14}^{}{}}}
f ={\frac {5000} {{25,12}^{}{}}}
f = 199 Hz
b. {{ \varepsilon }_{maks}} terjadi saat sin 𝜔t = 1. Sehingga
{{ \varepsilon }_{maks}} = N.B.A.𝜔
{{ \varepsilon }_{maks}} = N.B.A.2πf
{{ \varepsilon }_{maks}}=200.0,5.\left ( {4{\times }{{10}^{-4}}} \right ).2.\left ( {3,14} \right ).60
{{ \varepsilon }_{maks}}=15V
b. Generator DC
Generator DC adalah generator yang memiliki fungsi untuk menghasilkan listrik arus searah. Agar lebih jelas coba perhatikan gambar berikut!
Pada generator DC ini mempunyai sebuah kumparan dengan 2 buah ujung (positif dan negatif). Tapi, gak ada cincin geser (slip ring), melainkan ada 2 buah sikat yang berada pada bagian kiri dan kanan. Sikat1 bertindak sebagai sikat positif karena pada sisi ini, arus yang mengalir cuma searah. Sedangkan, pada sikat2 ini bertindak sebagai brush negatif.
Bedanya dengan generator AC, kedua ujung kumparan secara bergantian akan menyentuh kedua sikat. Jadi aliran arus negatif dan positif akan dipisahkan oleh kedua sikat ini, jadi timbul aliran listrik searah.
Transformator
Transformator atau yang biasa disebut dengan trafo, merupakan komponen listrik atau elektronika yang tersusun atas inti, kumparan primer dan kumparan sekunder. Jadi trafo memiliki dua kumparan. Fungsi utama trafo adalah untuk menaikan atau menurunkan listrik AC. Baiklam mari kita belajar bersama tentang transformator. Coba kalian perhatikan gambar skema transformator berikut!
\frac{V_1}{V_2} = \frac{N_1}{N_2} = \frac{I_2}{I_1} Efisiensi transformator dapat ditentukan dengan persamaan:
\eta = \frac{P_2}{P_2} \times 100%% \eta = \frac{V_2.I_2}{V_1.I_1} \times 100%% Dengan:
V_1 : Tegangan primer (V)
V_2 : Tegangan sekunder (V)
N_1 : Jumlah lilitan primer
N_2 : Jumlah lilitan sekunder
I_1 : Arus primer (A)
I_2 : Arus sekunder (A)
P_1 : Daya masukan/input (W)
P_2 : Daya keluaran/output (W)
\eta : Efisiensi transformator (%)
Sesuai fungsinya maka transformator dibedakan menjadi dua yaitu transformator step up dan step down.
a. Transformator Step Up
Transformator ini dugunakan untuk menaikkan tegangan, artinya tegangan yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan lebih besar dibandingkan dengan tegangan pada kumparan primer/input. Jadi V_1 > V_2. Untuk membuat transformator maka jumlah lilitan sekunder harus lebih besar daripada jumlah lilitan primer, N_2 > N_1.
b. Transformator Step Down
Transformator ini dugunakan untuk menurunkan tegangan, artinya tegangan yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan lebih kecil dibandingkan dengan tegangan pada kumparan primer/input. Jadi V_2 > V_1. Untuk membuat transformator maka jumlah lilitan sekunder harus lebih kecil daripada jumlah lilitan primer, N_2 < N_1 .
Contoh Soal
- Perbandingan jumlah lilitan pada kumparan primer dan sekunder sebuah transformator adalah1 : 4. Tegangan dan kuat arus inputnya masing–masing 10 V dan 2 A. Jika daya rata–rata yang berubah jadi kalor pada transformator tersebut 4 W dan tegangan outputnya adalah 40 V, maka berapakah kuat arus outputnya?
Diketahui :
N_1\,:\,N_2=1:4
V_1 = 10 V
I_1 = 2 A
V_2 = 40 V
P = 4 W
Ditanyakan :
I_2 = ……?
Jawab :
P_1 = V_1 . = 10 . 2 = 20 W
Daya yang hilang (berubah jadi kalor) = P = 4 W sehingga
P_2 = P_1 – p = 20 – 4=16 W
P_2 = V_2 . I_2
16 = 40 . I_2
I_2 = 0,4 A