FAKULTI KEJURUTERAAN ELEKTRIK UNIVERSITI TEKNOLOGI MALAYSIA MAKMAL ELEKTROTEKNIK : LENGKUK KEMAGNETAN ATAU CIRI B - H

Transcript

1 FAKULTI KEJURUTERAAN ELEKTRIK UNIVERSITI TEKNOLOGI MALAYSIA MAKMAL ELEKTROTEKNIK UJIKAJI TAJUK : E : LENGKUK KEMAGNETAN ATAU CIRI B - H 1. Tujuan : 2. Teori : i. Mendapatkan lengkuk kemagnetan untuk satu litar magnet yang ringkas. ii. Melihat kesan sela udara yang tipis terhadap fluks magnet. Sumber bekalan elektrik yang menghasilkan arus elektrik dipanggil daya gerak elektrik (d.g.e), unitnya diukur dalam volt. Manakala sumber bekalan magnet yang menghasilkan fluks magnet dipanggil daya gerak magnet (d.g.m), unitnya diukur dalam ampere. Nilai d.g.m adalah hasil darab antara bilangan lilitan gelong dan nilai arus yang mengalir dalam lilitan gelong tersebut. Sebagai contoh, nilai d.g.m untuk litar magnet Rajah 1 adalah D.g.m = I x N = 2 x 20 = 40 ampere Rajah 1 1

2 Litar magnet sebenar yang ditunjukkan seperti dalam Rajah 1 itu boleh ditukar kepada litar analogi elektriknya seperti ditunjukkan dalam Rajah 2. Rajah 2 Jika d.g.m adalah sebanding d.g.e, dan fluks magnet pula sebanding dengan arus elektrik maka engganan (S) tentulah sebanding pula dengan rintangan (R). D.g.m = Ф x S (1) Nilai engganan (S) adalah bergantung kepada panjang teras (l), luas keratan rentas teras (A) dan kebolehtelapan (µ) bahan teras litar magnet. S = l (2) µa Kebolehtelapan sesuatu bahan magnet selalunya dibandingkan dengan kebolehtelapan ruang kosong yang hampir sama dengan kebolehtelapan udara. µ r = µ µ 0 µ r adalah kebolehtelapan bandingan sesuatu bahan magnet dan µ 0 adalah kebolehtelapan udara iaitu 4π x 10-7 H / m. Litar magnet komposit seperti Rajah 3 mempunyai empat bahagian teras yang berbeza. Oleh itu jumlah engganannya adalah S = S 1 + S 2 + S 3 + S 4 2

3 Dari persamaan (1), D.g.m = Ф x S = Ф (S 1 + S 2 + S 3 + S 4 ) = ФS 1 + ФS 2 + ФS 3 + ФS 4 = (d.g.m) 1 + (d.g.m) 2 + (d.g.m) 3 + (d.g.m) (3) Ketumpatan fluks magnet pada lengan 1 adalah B 1 = Ф (4) A 1 Untuk lengan 2, B 2 = Ф A 2 D.g.m yang diperlukan untuk mengekalkan fluks magnet pada lengan 1 adalah (d.g.m) 1 = ФS 1 Atau dari persamaan (2) ; (d.g.m) = Ф l 1 1 µ dan gantikan Ф dari persamaan 1 A 1 (4) ; (d.g.m) 1 = B 1 A 1 l 1 µ 1 A 1 = B 1 l 1 µ 1 atau boleh disusun seperti berikut ; (d.g.m) 1 = B (5) µ 1 3

4 Secara umumnya kuantiti (d.g.m) / l adalah d.g.m perunit panjang, dan dipanggil sebagai kekuatan medan magnet, H. H 1 = (d.g.m) 1 l 1 Oleh itu persamaan (3) boleh juga ditulis sebagai ; d.g.m = N x I = H 1 l 1 + H 2 l 2 + H 3 l 3 + H 4 l (6) Persamaan (5) juga boleh ditulis dalam sebutan berikut ; H = B 1 1 atau µ 1 B 1 = µ 1 H 1 Secara umumnya ; B = µ H (7) Kita akan melihat hubungan ketumpatan fluks magnet, B dan kekuatan medan magnet, H dalam ujikaji berikut. Rajah 3 3. Peralatan Ujikaji : 4

5 4. Cara Kerja : i. Modul Ujikaji [E53] (Keelektromagnetan dan Litar Magnet) ii. Modul Servis D.C [E50] iii. Punca Bekalan D.C, 12V i. Sambungkan punca bekalan D.C 12V kepada terminal masukan Modul Servis D.C (E50). ii. Sambungkan bekalan tetap 12V (E 3 ) kepada terminal Modul Ujikaji (E53). iii. Sambungkan bekalan dan suis gelong pemagnetan seperti ditunjukkan dalam Rajah 4. Rajah 4 iv. Rapatkan dua bahagian teras magnet yang terpisah supaya tidak ada sela udara dalam litar magnet. Lakukan proses penyahmagnetan untuk menghapuskan kesan magnet baki. Cara Menyahmagnet Litar Magnet Kesan magnet baki yang terdapat dalam teras litar magnet boleh menjejaskan ketepatan data ujikaji. Adalah menjadi satu amalan yang baik menghapuskan atau mengurangkan magnet baki teras sebelum memulakan ujikaji. Setkan suis S 2 dan suis S 3 dalam litar Rajah 4 kepada kedudukan 1. Naikkan voltan E 1 hingga maksimum. Kemudian tukar kedudukan suis S 2 kepada kedudukan 2 dan selepas itu kembali semula kepada kedudukan 1. Ulang penyongsangan kedudukan suis S 2 itu secara berterusan sambil menurunkan 5

6 nilai arus dengan cara mengurangkan voltan E 1. Apabila nilai arus telah mencapai nilai minimumnya, bukakan (cabutkan) salah satu sambungan kepada bekalan E 1 supaya nilai arus benar-benar menjadi sifar. Sebenarnya apa yang kita lakukan di atas adalah untuk menghapuskan atau mengecilkan gelong histerisis seperti ditunjukkan secara teorinya dalam Rajah 5. Rajah 5 v. Setkan suis S 2 kepada kedudukan 1 dan suis S 3 kepada kedudukan 1. Laraskan punca bekalan E 1 untuk menaikkan arus I 1 sehingga kepada 2A. Songsang balikkan kedudukan suis S 2 beberapa kali supaya teras berada pada kitaran tetapnya. vi. Catitkan nilai fluks magnet dengan mengambil nilai maksimum pesongan jarum meter fluks. Nilai fluks yang dibaca adalah merupakan perubahan fluks untuk satu kitar penyongsangan yang lengkap, oleh itu ; Nilai fluks yang dibaca = 2 Ф vii. Kira nilai d.g.m ; d.g.m = I 1 x N 6

7 bilangan lilitan, N = 500 lilit viii. Kira nilai kekuatan medan magnet, H ; H = (d.g.m) Panjang teras, l = 0.4 m ix. Kira nilai ketumpatan fluks, B ; l 1 B = (bacaan meter fluks) 2 x A Luas keratan rentas teras, A = 625 x 10-6 m 3 x. Kirakan nilai kebolehtelapan bandingan, µ r. xi. Ulang langkah v hingga langkah x Cara Kerja ujikaji di atas untuk nilai arus yang lain. Isikan bacaan dan kiraan ke dalam jadual 1. xii. Lakukan semula proses penyahmagnetan kepada litar magnet. Kemudian jarakkan kedua-dua bahagian teras litar magnet supaya terbentuk sela udara setebal 2 mm antara kedua-duanya. Untuk mengelakkan kedua-dua bahagian teras itu menjadi rapat bila ia menjadi magnet, letakkan bahan bukan magnet seperti plastik setebal 2 mm sebagai sela udara. xiii. Ulang langkah v, vi, vii dan ix. Cara kerja ujikaji untuk nilai-nilai arus adalah seperti yang dicatitkan dalam Jadual 2. Catitkan bacaan dan kiraan ke dalam Jadual Jadual Hasil Ujikaji : Litar Magnet Tanpa Sela Udara Arus, I 1 (A) 2 D.g.m (N x I 1 ) Kekuatan medan magnet,h (A) Fluks magnet (2Ф) mwb Ketumpatan fluks magnet, B (Tesla) µ r Jadual 1 7

8 Litar Magnet Dengan Sela Udara Arus, I 1 (A) D.g.m (N x I 1 ) A Jadual 2 Fluks magnet (2Ф) mwb Ketumpatan fluks magnet, B (Tesla) 6. Geraf, kiraan dan soalan : a. Plotkan geraf ketumpatan fluks, B (paksi-y) melawan d.g.m (paksi-x), untuk Jadual 1 dan Jadual 2. Lukiskan di atas geraf yang sama. b. Berikan komen anda secara ringkas tentang magnitud dan kecerunan kedua-dua geraf yang diplotkan. c. Dengan menggunakan nilai kebolehtelapan teras yang didapati dari ujikaji di atas, kira arus yang dibekalkan kepada litar magnet pada keadaan berikut ; Ketumpatan fluks magnet, B = 0.2 T, Jumlah panjang sela udara, l s = 4 mm, Panjang teras, l = 0.4 m, Bilangan lilitan gelong = 500 lilit. Bandingkan hasil kiraan tersebut dengan bacaan yang diperolehi dari ujikaji. 8