FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

JOB SHEET LISTRIK DAN ELEKTRONIKA DASAR

NO:JST/OTO/OTO311/05

REVISI:00 TGL:07 OKTOBER

2011

HAL:1DARI 3

SEMESTER 1 APLIKASI ELEKTROMAGNET

2X50MENIT

1. KOMPETENSI :Mampu memahami prinsip elektromagnet.

2. SUB KOMPETENSI : Menjelaskan pembangkitan magnet secara elektronik. Menjelaskan aplikasi elektromagnetis sebagai kontrol. Menyebutkan aplikasi elektromagnet pada sistem kelistrikan

kendaraan.3. DASAR TEORI :

MEDAN MAGNET DAN MEDAN LISTRIK

Medan magnet adalah ruang di sekitar benda magnet sehingga bila suatu benda atau magnet lain berada dalam ruang tersebut akan mengalami gaya magnetic. Medan magnet dapat ditimbulkan oleh muatan yang bergerak atau kawat penghantar berarus listrik. Sedangkan, medan listrik adalah ruang di sekitar muatan listrik yang masih dipengaruhi oleh gaya listrik. 

Seperti halnya pada medan listrik, prinsip superposisi berlaku pula pada medan magnet, dimana total medan magnet yang disebabkan oleh beberapa muatan yang bergerak merupakan penjumlahan vektor medan magnet yang disebabkan oleh masing-masing muatan. Hukum Ampere dapat digunakan untuk menentukan besar medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik pada berbagai jenis bentuk penghantar. Hukum Maxwell berbunyi:"Oleh karena perubahan medan magnet dapat menimbulkan medan listrik,sebaliknya perubahan medan listrik dapat menimbulkan perubahan medan magnet"

DASAR ELEKTROMAGNETIK

Keutamaan medan magnet sebagai perangkai proses konversi energy disebabkan terjadinya bahan-bahan magnetic yang memungkinkan diperolehnya kerapatan energy yang tinggi; kerapatan energy yang tinggi ini akan menghasilkan

kapasitastenaga(perunit,volumemesinyangtinggi).

“MEDANMAGNET,DANMEDANLISTRIK”Medan magnet terbentuk dari gerak electron. Arus listrik yang melalui suatu

hantaran merupakan aliran electron, maka pada sekitar kawat hantaran listrik tersebut akan ditimbulkan suatu medan magnet. Medan magnet memiliki arah, kerapatan, dan intensitas,yangdigambarkansebagai“garis-garisfluks”.Hubungan antara arus listrik dan medan magnet dinyatakan oleh Hukum Ampere, dan untuk rangkaian sederhana, persamaannya adalah

Ni = Hl ampere-turnDimana:N = jumlahlilitani = aruslistrik(A)H = kuatmedan(A/m)l = panjangjalur(m)“INDUKTANSI,TEGANGAN-HUKUMFARADAY”

Apabila medan magnet berubah-ubah terhadap waktu, akibat arus bolak balik yang berbentuk sinusoid akan dibangkitkan atau diinduksikan. Hubungan ini dinyatakan oleh Hukum Faraday. Medan magnet atau fluks yang berubah-ubah pada inti besi menghasilkan gaya gerak listrik (ggl) .

“KONSEP,RANGKAIANMAGNET”Arus listrik (i) yang dialirkan melalui penghantar yang dibelitkan pada inti besi

yang berbentuk cincin toroidal, akan menghasilkan medan magnet yang sebanding dengan jumlah lilitan (N) dikalikan dengan besaran arus listrik (i). Ampere-turn Ni ini dikenal sebagai gaya gerak magnet (ggm).

F = Ni ampere-turnGaya gerak magnet (ggm) adalah perbedaan potensial magnet cenderung

menggerakkan fluks disekitar cincin toroidal. Gerak fluks disekitar cincin, selain ditentukan oleh besaran ggm, juga merupakan fungsi dari tahanan besi yang membawa fluks tersebut.

Ф = F/R weberKeuntungan menggunakan bahan feromagnet sebagai inti besi pada mesin-

mesin listrik adalah dimungkinkannya memperoleh fluks yang berlipat ganda untuk

ggm tertentu yang diberikan. Walaupun demikian, bila dikehendaki harga fluks yang sebanding dengan harga ggm-nya, maka inti besi harus dioperasikan pada daerah tidak jenuh. Bentuk nonlinear kurva magnetasi ini akan berperam penting dalam pembahasan sifat mesin-mesin listrik dan transformator.

B = Ф/A = F/A.R = µF/l = µH webwr/m²DimanaH=F/l=Ni/lampere-turn/m

“INTENSITAS,MEDANMAGNET-HUKUMAMPERE”Hukum Ampere bersama dengan beberapa persamaan lain membentuk

persamaan Maxwell; menyatakan bahwa integral keliling kuat medan magnet berbanding lurus dengan besar arus listrik yang terkurung oleh integral keliling itu.

ФH dl = ∫s I dADimana:dA=unsurluas

“ENERGI,DALAMMEDAN-MAGNET”Energy listrik yang diberikan oleh sumber akan digunakan oleh inti besi

beserta belitannya untuk menghasilkan medan magnet. Dengan demikian energy yang diperoleh akan tersimpan dalam medan magnet yang ditimbulkan

dWe = dWf

contoh:Arus 10 ampere mengalir melalui kawat yang lurus. Hitung gaya pada suatu kutub magnet yang ditempatkan pada jarak 10cm dari kawat. Kawat demikian dibengkokkan menjadi suatu loop dan hitunglah diameter loop supaya gaya gerak magnet (ggm) sama dengan 80% harga semua untuk nilai arus yang sama besar 10 ampere.

Diposkan oleh Gizhadi 22:35

Hukum tangan kanan untuk menjelas kan terbentuknya garis gaya elektromagnet pada sebuah gulungan atau coil dapat dilihat pada gambar 7. Dimana sebuahgulungan kawat coil dialiri arus listrik, maka arah arusnya ditunjukkan sesuai dengan empat jari tangan kanan, sedangkan kutub magnet yang dihasilkan ditunjukkan dengan ibu jari untuk arah kutub utara dan kutub selatan arah lainnya.

Gambar :. Hukum tangan kanan.

Untuk menguatkan medan magnet yang dihasilkan pada gulungan dipasangkan inti besi dari bahan ferromagnet, sehingga garis gaya elektromagnet menyatu. Aplikasinya dipakai pada coil kontaktor atau relay.

Elektromagnetisme

Medan elektromagnetik yang timbul dalam kumparan selenoid

Elektromagnetisme adalah cabang fisika tentang medan elektromagnetik yang mempelajari mengenai medan listrik dan medan magnet. Medan listrik dapat diproduksi oleh muatan listrik statik, dan dapat memberikan kenaikan pada gaya listrik. Medan magnet dapat diproduksi oleh gerakan muatan listrik, seperti arus listrik yang mengalir di sepanjang kabel dan memberikan kenaikan pada gaya magnetik.

Istilah "elektromagnetisme" berasal dari kenyataan bahwa medan listrik dan medan magnet adalah saling "berpelintiran"/terkait, dan dalam banyak hal, tidak mungkin untuk memisahkan keduanya. Contohnya, perubahan dalam medan magnet dapat memberikan kenaikan kepada medan listrik; yang merupakan fenomena dari induksi elektromagnetik, dan merupakan dasar dari operasi generator listrik, motor induksi, dan transformer.

Istilah elektrodinamika kadangkala digunakan untuk menunjuk kepada kombinasi dari elektromagnetisme dengan mekanika. Subjek ini berkaitan dengan

efek dari medan elektromagnetik dalam sifat mekanika dari partikel yang bermuatan listrik.

Prinsip Kerja Sistem Starter

Motor Starter tidak dapat bekerja jika tidak ada sumber tenaga yang menggerakkannya. Sistem Starter adalah serangkaian komponen yang terkait satu sama lain untuk menghidupkan starter. Komponen – komponen sistem starter meliputi :

Kunci kontak (ignition switch) Fuse ( fusibel link ) Kabel penghubung Baterai Motor Starter

Cara Kerja Motor Starter

Saat ON

Baterai→terminal 50→hold in coil→massa Baterai→terminal 50→pull in coil→field coil→armature→massa Oleh karena arus yang mengalir ke field coil pada saat itu , relative kecil maka armature berputar lambat dan memungkinkan perkaitan pinion dengan ring gear menjadi lembut. Pada kendaraan ini kontak plate belum menutup main switch.

Saat pinion berkaitan penuh

Baterai→terminal 50→hold in coil→massa Baterai→main switch→terminal c→field coil→armature→massa Seperti pada gambar diatas di terminal C ada arus , maka arus dari pull in coil

tidak dapat mengalir, akibatnya kontak plate ditahan oleh kemagnetan hold in coil saja. Bersama dengan itu arus yang besar akan mengalir dari baterai ke field coil→armature→massa melalui main switch. Akibatnya starter dapat menghasilkan momen punter yang besar yang digunakan memutarkan ring gear. Bilaman mesin sudah mulai hidup, ring gear akan memutarkan armature melalui pinion.Untuk menghindari kerusakan pada starter akibat hal tersebut maka kopling sarter akan membebaskan dan melindungi armature dari putaran yang berlebihan.

Saat starter Switcf OFF.Sesudah starter switch dihidupkan ke posisi off, dan main switch dalam keadaan belum membuka (belum bebas dari kontak plate).Maka aliran arusnya sebagai berikut: Baterai→terminal 30→main switch→terminal C Field coil→armature→massa Oleh karena starter switch off maka pull in coil dan hold in coil tidak mendapat arus dari teminal 50 melainkan dari teminal C.Sehingga aliran arusnya akan menjadi: Baterai→terminal 30→main switch→terminal C Pull in coil→Hold in coil→massa Karena arus pull in coil berlawanan maka arah gaya magnet yang dihasilkan juga berlawanan sehingga kedua-duanya saling menghapuskan, hal iini mengakibatkan kekuatan return spring dapat mengembalikan kontak plate ke posisi semula.Dengan demikian drive lever menarik sarter clutch dan pinion gear terlepas dari perkaitan

4. LANGKAH KERJA :A. Percobaan 1

i. Buat rangkaian seperti berikut ini :

Switch S 1

Horn

ii. On kan salkar S 1 beberapa saat,besar arus yang mengalir adalah 4,1 Amper

iii. Rubahlah rangkaian menjadi seperti gambar dibawah ini.

RELAY S 2

HORN

S 1

A

Baterai

12 V

+ -

BATERAI 12 V

A

30 87

86 85

iv. ON kan S1 beberapa saat ,catat besar arus yang mengalir.Jawab :ARUS =3,7 A

v. ON kan S2 ,kemudian ON kan S1,OFF kan S1, apa yang terjadi ?Jawab :ON kan S1 = HORN MATI

Kemudian ON kan S1 =HORN BUNYIOFF kan S1 =HORN MATI

vi. OFF kan S2 ,apa yang terjadi ?Diskusikan cara kerja rangkaian diatas.Jawab : (S2 OFF)

JIKA :S1 ON MAKA HORN BUNYIJIKA :S1 OFF MAKA HORN MATI

Cara kerja rangkaian diatas adalah,yang berpengaruh utama adalah S1 .Karena S2 fungsinya hanya sebagai penghubung S1 dengan positif ( 87 ke beban).Padahal hanya tinggal menghubungkan saklar S1 lalu arus mengalir ke terminal 86 ke terminal 85 (apalagi massa sudah disalurkan secara otomatis keterminal 85).

Aliran arus positif : dari baterai menuju terminal S1 ,lalu ke terminal 86.

:dari baterai menuju terminal 30, lalu ke terminal 87,kemudian ke beban .(hal ini terjadi setelah terminal 86 dan 85 terhubung) .

Aliran arus negatif:dari terminal negatif baterai menuju terminal 85.

B. Percobaan 2a) Buat rangkaian seperti gambar dibawah ini.

S2

S1

LAMPU

SELENOID STARTER

HORN

b)On kan S1,catat fenomena yang terjadi. On kan S2 pada posisi S1 maih On,catat fenomena yang terjadi pada label yang disediakan.

c) Diskusikan cara kerja rangkaian diatas.5. LAMPIRAN

NAMA : LUNDIAWANNIM :11504241029KELAS : C1

Percobaan 1

S1 DAN S2 OFF

S1 ONDAN S2 OFF

S1 DAN S2 ON

S1 OFF DAN S2 ON

LAMPU MATI NYALA MATI MATI

HORN MATI MATI BUNYI BUNYI

Pertanyaan dan tugas1). Mengapa arus listrik pada S1 yang menggunakan relay lebih kecil.2). Mengapa saat S2 di On kan lampu menjadi mati, padahal S1 masih On.3). Jelaskan cara kerja pada percobaan diatas.4). Sebutkan 6 aplikasi elektro magnetik pada sistem kelistrikan kendaraan.

(+)

BATERAI (-)

Jawab 1. Karena arus lisrik terbagi 2 yang satu melewati S1,yang satunya lagi ke beban. Akibatnya arus mengalir kebeban lebih besar,hal ini karena dari kebutuhan/pemenuhan listrik beban butuh yang besar(contoh: horn,head lamp,motor starter,dll).2. Fungsi S2 adalah sebagai penghubung arus keselenoid starter, setelah S2 terhubung maka akan menghubungkan antara terminal 30 dengan terminal C .Sehingga walaupun S1 di onkan arus tidak akan melewati yang memiliki tahanan lebih besar.Maka arus kelampu tidak ada,lampu tetap mati.3.

Apabila saklar S1 di onkan maka: Arus dari baterai akan mengalir ke S1 lalu ke terminal 30 selenoid starter,kemudian ke lampu ,lalu ke horn ,dan ke massa. Akibatnya lampu menyala dan horn mati sebab arus yang begitu kecilnya sehingga tidak bisa menyalakan horn tersebut.

Apabila saklar S2 di onkan maka: arus dari baterai akan mengalir ke S2 ,lalu ke terminal 50 selenoid starter (arus tersebut dibagi 2 lagi yang pertama menuju massa/hold in, yang kedua menuju terminal C).Akibat hold in adalah plunyer akan tertarik kebelakang yaitu terhubung dengan terminal 30 & C .Arus dari terminal C akan mengalir ke horn lalu ke massa,karena arus yang mengalir besar maka horn menyala/hidup.

Jika kedua saklar dihidupkan maka arus dari terminal S1 menuju terminal 30 selenoid starter, ke terminal C selenoid starter lalu kehorn,kemassa. arus dari S2 ke terminal 50 selenoid starter,lalu ke terminal C lalu ke horn, kemassa.Sehingga horn menyala/hidup.

Jika S1 dan S2 tidak di onkan maka tidak ada arus yang mengalir sehingga lampu maupun horn akan mati.

4.

HORN IGNITION COIL SELENOID STARTER ALTERNATOR RELLAY ALTERNATOR REGULATOR

5. KESIMPULAN :

Jadi saat starter switch diputar ke posisi ON, maka arus baterai mengalir melalui hold in coil ke massa dan di lain pihak pull in coil, ke massa. Pada saat hold dan pull in coil membentuk gaya magnet dengan arah yang sama, dikarenakan arah arus yang mengalir pada kedua kumparan tersebut sama.Dari kejadian ini kontak plate (plunger) akan bergerak ke arah menutup main switch, sehingga. Dan karena arus yang mengalir pada saat itu relatif kecil maka arus yang masuk lebih kecil(tapi lebih besar bila dibandingkan dengan arus baterai secara langsung ). .