Magnetic Circuits

Apa sirkuit magnetik? Untuk lebih memahami sirkuit magnetik, pemahaman dasar dari kualitas fisik sirkuit magnetik akan diperlukan.

Sebuah sirkuit magnetik dapat dibandingkan dengan sebuah arus listrik yang EMF, atau tegangan, menghasilkan arus. The ampere-turning (NI), atau gaya magnetomotive ( mmf), akan menghasilkan fluks magnet phi  (Gambar 1). mmf ini dapat dibandingkan dengan EMF, dan fluks (phi) dapat dibandingkan dengan saat ini. Persamaan (1) adalah representasi matematis kekuatan magnetomotive diturunkan menggunakan Hukum Ohm, I = E / R.

phi =mmf / R … … …. (1)
mana
phi = fluks magnetik, Wb
Fm = magnetomotive gaya (mmf) At
R =Reluktansi, At/Wb


Gambar 1 Magnetic Current with Closed Iron Path

Persamaan (2) adalah representasi matematika untuk reluktansi.

R = L / μA … … … … … … … …. (2)
mana
R = reluktansi, At / Wb
L = panjang kumparan, m
μ = permeabilitas bahan magnetik,(T-m)/At
A = luas penampang koil, m ^ 2

Contoh:

A coil has an mmf of 600 At, and a reluctance of 3 x 10^6 At/Wb.
Find the total flux phi.
Solusi:
fluks phi = mmf / R = 600At / (3 x 10 ^ 6 At / Wb) = 200 x 10 ^ -6 Wb = 200 μWb

Kurva Magnetisasi (B-H)
Kurva magnetisasi (Gambar 2) menunjukkan berapa banyak kerapatan fluks (B)yang  dihasilkan dari peningkatan intensitas fluks (H). Kurva pada Gambar 2 adalah untuk dua jenis inti besi lunak diplot untuk nilai-nilai tertentu. Kurva untuk soft iron 1 menunjukkan bahwa kerapatan fluks B meningkat pesat dengan peningkatan intensitas fluks H, sebelum inti jenuh (saturasi) atau mengembangkan “lutut.” Setelah itu, peningkatan intensitas fluks H memiliki pengaruh yang kecil atau tidak ada pada densitas fluks besi B. Soft iron 2 membutuhkan peningkatan yang jauh lebih besar di fluks intensitas H sebelum mencapai tingkat kejenuhan(saturasi) yang pada H = 5000 At / m, B = 0,3 T.

Udara, yang bukan magnetik, memiliki profil B-H sangat rendah, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.


Gambar Curve 2 BH Khas untuk Dua Jenis Besi Soft

Permeabilitas (μ) dari material magnetik adalah rasio B- H. Persamaan (3) adalah representasi matematis untuk permeabilitas bahan magnetik.

μ = B / H … … … (3)

Nilai rata-rata permeabilitas diukur dimana titik jenuh, atau lutut, yang pertama kali didirikan. Gambar 2 menunjukkan bahwa permeabilitas normal atau rata-rata untuk dua besi sebagai berikut.

µ soft iron 1 = B / H = 0.2 / 2000 = 1 x 10^-4 (T m)/At
µ soft iron 2 = B / H = 0.3 / 5000 = 6 x 10^-5 (T m)/At

Dalam satuan SI, permeabilitas vakum adalah μo = 4 x 3.14 x 10 ^ -7 H / m atau 1,26 x 10 ^ -6 atau Tm / At (phi=3.14). Dalam rangka untuk menghitung permeabilitas, nilai permeabilitas relatif μr harus dikalikan dengan μo. Persamaan (4) adalah representasi matematika untuk permeabilitas.

μ = μr x μo … … … … … (4).

Contoh:

Carilah permeabilitas bahan yang memiliki permeabilitas relatif dari 100.
μ = μr x μo = 100 (1,26 x 10 ^ -6) = 126 x 10 ^ -6 (m T) / At

Histeresis
Bila arus di koil berbalik arah ribuan kali per detik, histeresis dapat menyebabkan banyak kehilangan energi. Histeresis didefinisikan sebagai “tertinggal.” Fluks magnetik dalam inti besi tertinggal gaya magnetisasi.


Gambar 3 histeresis Loop untuk Bahan Magnetik

The hysteresis loop adalah serangkaian kurva yang menunjukkan karakteristik bahan magnetik (Gambar 3). Lawan arah arus akan menghasilkan arah berlawanan intensitas fluks ditampilkan sebagai + H dan-H. Diseberang polaritas juga ditampilkan untuk kerapatan fluks sebagai + B atau-B. mulai saat ini di pusat (nol) ketika tidak mengalami magnetisasi. H Positif meningkatkan nilai B ke titik saturasi, atau + Bmax, seperti yang ditunjukkan oleh garis putus-putus. Kemudian H menurun ke nol, tapi B jatuh ke nilai Br karena histeresis. Dengan membalikkan arus asli, H sekarang menjadi negatif. B turun ke nol dan terus ke-Bmax. Sebagai penurunan nilai-nilai H (kurang negatif), B berkurang ke-Br ketika H adalah nol. Dengan ayunan positif saat ini, H sekali lagi menjadi positif, menghasilkan saturasi di + Bmax. Histeresis loop selesai. loop tidak kembali ke nol karena histeresis. Nilai + Br atau-Br, yang adalah densitas fluks yang tersisa setelah gaya magnet adalah nol, disebut retentivity dari bahan magnetik. Nilai-Hc, yang merupakan kekuatan yang harus diterapkan dalam arah sebaliknya untuk mengurangi kepadatan fluks ke nol, disebut kekuatan koersif material. Semakin besar area di dalam loop histeresis, semakin besar kerugian histeresis.

Induksi magnetik
induksi elektromagnetik ditemukan oleh Michael Faraday pada tahun 1831. Faraday menemukan bahwa jika sebuah konduktor “memotong” garis-garis gaya magnet, atau jika garis-garis gaya magnet memotong melintasi sebuah konduktor, tegangan, atau EMF, diinduksi ke konduktor. Pertimbangkan magnet dengan garis-garis gaya dari Kutub Utara ke Kutub Selatan (Gambar 4). Sebuah konduktor C, yang dapat bergerak di antara kutub magnet, tersambung ke galvanometer G, yang dapat mendeteksi kehadiran tegangan, atau EMF. Bila konduktor tidak bergerak, nol EMF ditunjukkan oleh galvanometer .

Jika konduktor bergerak di luar medan magnet pada posisi 1, nol EMF masih ditandai dengan galvanometer. Bila konduktor dipindahkan ke posisi 2, garis gaya magnet akan dipotong oleh konduktor, dan galvanometer akan bias titik A. Pindah konduktor ke posisi 3 akan menyebabkan galvanometer untuk kembali ke nol. Dengan membalik arah di mana konduktor dipindahkan (3 sampai 1), hasil yang sama adalah melihat, tetapi polaritas berlawanan. Jika kita terus konduktor diam dalam garis gaya magnetik, pada posisi 2, galvanometer menunjukkan nol. Fakta ini menunjukkan bahwa harus ada gerakan relatif antara konduktor dan garis-garis gaya magnetik dalam rangka untuk merangsang EMF.


Gambar 4 Induced EMF

Aplikasi yang paling penting dari gerak relatif terlihat pada generator listrik. Dalam sebuah generator DC, elektromagnet tersebut diatur dalam rangka silinder. Konduktor, dalam bentuk gulungan, yang diputar pada inti seperti yang terus-menerus kumparan memotong garis gaya magnetik. Hasilnya adalah tegangan induksi di masing-masing konduktor. Konduktor ini dihubungkan secara seri, dan tegangan induksi ditambahkan bersama-sama untuk menghasilkan tegangan output generator.

Hukum Faraday Induksi Voltage
Besarnya tegangan induksi bergantung pada dua faktor: (1) jumlah putaran kumparan, dan (2) seberapa cepat memotong konduktor di garis gaya magnetik, atau fluks. Persamaan (5) adalah representasi matematis Hukum Faraday dari Induced Voltage.

Vind = N (delta.phi / )…….( delta.t…….. 5)

Mana
Vind tegangan = induksi, V
N = jumlah belitan dalam kumparan
delta.phi / delta.t = tingkat di mana memotong fluks di konduktor, Wb / s

Contoh 1:

Diketahui: Fluks = 4 Wb. fluks seragam meningkat hingga 8 Wb dalam jangka waktu 2 detik. Cari tegangan induksi dalam kumparan yang memiliki 12 putaran, jika kumparan stasioner di medan magnet.
Solusi:
Vind = N (d.phi / dt)
delta.phi 8Wb = – 4Wb = 4Wb
dt = 2s
kemudian
delta.phi / delta.t = 4Wb/2s = 2Wb / s
Vind = -12 (2) = -24 volt

Contoh 2:

Pada Contoh 1, apa tegangan induksi, jika fluks tetap 4 Wb setelah 2s?
Solusi:
Vind = -12 (0 / 2) = 0 Volts

*) Tidak ada tegangan induksi dalam Contoh 2.

Ini menegaskan prinsip bahwa gerak relatif harus ada antara konduktor dan fluks dalam rangka untuk menginduksi tegangan.

Hukum Lenz
Hukum Lenz menentukan polaritas tegangan induksi. tegangan induksi memiliki polaritas yang akan menentang perubahan menyebabkan induksi. Ketika arus mengalir karena tegangan induksi, medan magnet dibentuk sekitar konduktor tersebut sehingga medan magnet konduktor bereaksi dengan medan magnet eksternal. Ini menghasilkan tegangan induksi untuk menentang perubahan dalam medan magnet eksternal. Tanda negatif pada persamaan (5) merupakan indikasi bahwa ggl berada dalam arah seperti untuk menghasilkan arus yang fluks, jika ditambahkan ke fluks asli, akan mengurangi besarnya ggl tersebut.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: