Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Coil Induktor dan Efek Induktansi pada Induktor

Induktor adalah komponen listrik pasif yang terdiri dari kumparan kawat yang dirancang untuk memanfaatkan hubungan antara magentisme dan listrik sebagai akibat dari arus listrik yang melewati kumparan

Dalam tutorial kami tentang Elektromagnetis kami melihat bahwa ketika arus listrik mengalir melalui konduktor kawat, fluks magnet dikembangkan di sekitar konduktor itu.

Pengaruh ini menghasilkan hubungan antara arah fluks magnet, yang beredar di sekitar konduktor, dan arah arus yang mengalir melalui konduktor yang sama. Ini menghasilkan hubungan antara arah fluks arus dan magnet yang disebut, "Kaidah Tangan Kanan Fleming".

Tetapi ada juga sifat penting lainnya yang berkaitan dengan gulungan coil/koil yang juga ada, yaitu tegangan sekunder diinduksi ke dalam coil yang sama oleh pergerakan fluks magnet karena ia menentang atau menahan segala perubahan arus listrik yang mengalir.

Coil Induktor dan Efek Induktansi pada Induktor
Dalam bentuknya yang paling dasar, sebuah Induktor tidak lebih dari sebuah gulungan kawat yang melilit inti pusat. Untuk sebagian besar kumparan, arus, ( i ) yang mengalir melalui coil menghasilkan fluks magnet, ( ) di sekitarnya yang sebanding dengan aliran arus listrik ini.

Sebuah Induktor, juga disebut choke, adalah komponen listrik jenis pasif lain terdiri dari kumparan kawat yang dirancang untuk mengambil keuntungan dari hubungan ini dengan menginduksi medan magnet sendiri atau dalam intinya sebagai akibat dari arus yang mengalir melalui kumparan kawat.

Membentuk kumparan kawat menjadi hasil induktor dalam medan magnet yang jauh lebih kuat daripada yang akan diproduksi oleh kumparan kawat sederhana.

Induktor dibentuk dengan kawat yang dililitkan erat pada inti pusat padat yang dapat berupa batang silindris lurus atau loop atau cincin kontinu untuk memusatkan fluks magnetiknya.

Simbol skematik untuk induktor adalah bahwa dari kumparan kawat sehingga karena itu, kumparan kawat  atau coil (koil) juga bisa disebut Induktor.

Induktor biasanya dikategorikan berdasarkan jenis inti bagian dalam, misalnya, inti berongga (udara bebas), inti besi padat atau inti ferit lunak dengan jenis inti berbeda yang dibedakan dengan menambahkan garis paralel kontinu atau putus-putus di sebelah kumparan kawat seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Simbol Induktor

Coil Induktor dan Efek Induktansi pada Induktor

Arus, i yang mengalir melalui induktor menghasilkan fluks magnet yang sebanding dengannya. Tapi tidak seperti Kapasitor yang menentang perubahan tegangan di plat mereka, induktor menentang laju perubahan arus yang mengalir melalui itu karena penumpukan energi yang diinduksi sendiri dalam medan magnetnya.

Dengan kata lain, induktor menolak atau menentang perubahan arus tetapi akan dengan mudah melewati arus DC keadaan stabil.

Kemampuan induktor untuk menahan perubahan arus dan yang juga menghubungkan arus, i dengan kaitan fluks magnetiknya, sebagai konstanta proporsionalitas disebut Induktansi yang diberi simbol L dengan satuan Henry, ( H ) setelah Joseph Henry.

Karena Henry adalah unit induktansi yang relatif besar dalam dirinya sendiri, untuk sub-unit induktor yang lebih kecil dari Henry digunakan untuk menunjukkan nilainya. Sebagai contoh:

Satuan Induktansi

Satuan
Simbol
Pengali
Daya Sepuluh
mili
m
1/1.000
10-3
mikro
μ
1/1.000.000
10-6
nano
n
1/1.000.000.000
10-9
Jadi untuk menampilkan sub-unit dari Henry kita akan menggunakan sebagai contoh:

1mH = 1 mili-Henry - yang setara dengan seperseribu (1/1000) dalam Henry.
100μH = 100 micro-Henries - yang setara dengan satu juta (1/1.000.000) dalam Henry.

Induktor atau kumparan sangat umum di rangkaian listrik dan ada banyak faktor yang menentukan induktansi kumparan seperti bentuk kumparan, jumlah belitan dari kawat berinsulasi, jumlah lapisan kawat, jarak antar belitan, permeabilitas bahan inti, ukuran atau luas penampang inti dll.

Sebuah kumparan atau coil induktor memiliki area inti pusat, ( A ) dengan jumlah putaran kawat yang konstan per satuan panjang, ( l ). Jadi jika coil N berubah dihubungkan oleh sejumlah fluks magnet, Φ maka coil memiliki hubungan fluks NΦ dan setiap arus, ( i ) yang mengalir melalui coil akan menghasilkan fluks magnet yang diinduksi dalam arah yang berlawanan dengan aliran arus.

Kemudian menurut Hukum Faraday, setiap perubahan dalam hubungan fluks magnetik ini menghasilkan tegangan yang diinduksi sendiri dalam coil tunggal:

Coil Induktor dan Efek Induktansi pada Induktor

Dimana:
  N adalah jumlah belokan
  A adalah luas penampang dalam m2
  Φ adalah jumlah fluks di Webers
  μ adalah Permeabilitas bahan inti
  l adalah Panjang kumparan coil dalam meter
  di/dt adalah laju perubahan arus dalam amp/detik

Medan magnet yang bervariasi waktu menginduksi tegangan yang sebanding dengan laju perubahan arus yang memproduksinya dengan nilai positif yang menunjukkan peningkatan ggl dan nilai negatif menunjukkan penurunan ggl.

Persamaan yang berkaitan dengan tegangan, arus dan induktansi yang diinduksi sendiri ini dapat ditemukan dengan mengganti μN2A/l dengan L yang menunjukkan konstanta proporsionalitas yang disebut Induktansi coil.

Hubungan antara fluks dalam induktor dan arus yang mengalir melalui induktor diberikan sebagai: NΦ = Li. Karena sebuah induktor terdiri dari kumparan kawat penghantar, ini kemudian mengurangi persamaan di atas untuk menghasilkan ggl yang diinduksi sendiri, kadang-kadang disebut ggl balik yang diinduksi dalam coil juga:

GGL-balik dihasilkan oleh Induktor

Coil Induktor dan Efek Induktansi pada Induktor

Dimana: L adalah induktansi diri dan di/dt laju perubahan arus.

Coil Induktor dan Efek Induktansi pada Induktor
Jadi dari persamaan ini kita dapat mengatakan bahwa "ggl yang diinduksi sendiri = induktansi x laju perubahan arus" dan sebuah rangkaian memiliki induktansi satu Henry akan memiliki ggl satu volt yang diinduksi dalam rangkaian ketika arus yang mengalir melalui rangkaian berubah dengan kecepatan satu ampere per detik.

Satu poin penting yang perlu diperhatikan tentang persamaan di atas. Ini hanya menghubungkan ggl yang dihasilkan melintasi induktor dengan perubahan arus karena jika aliran arus induktor konstan dan tidak berubah seperti pada arus DC keadaan stabil, maka tegangan ggl yang diinduksi akan menjadi nol karena laju perubahan arus seketika adalah nol, di/dt = 0.

Dengan arus DC keadaan stabil yang mengalir melalui induktor dan oleh karena itu tegangan yang diinduksi nol melewatinya, induktor bertindak sebagai arus pendek yang sama dengan sepotong kawat, atau paling tidak nilai resistansi yang sangat rendah. Dengan kata lain, perlawanan terhadap aliran arus yang ditawarkan oleh induktor sangat berbeda antara rangkaian AC dan DC.

Konstanta Waktu dari Induktor

Kita sekarang tahu bahwa arus tidak dapat berubah secara instan dalam induktor karena untuk ini terjadi, arus perlu diubah dengan jumlah yang terbatas dalam waktu nol yang akan mengakibatkan laju perubahan arus menjadi tak terbatas, di/dt = ∞, membuat ggl yang diinduksi tak terbatas juga dan tegangan tak terbatas tidak ada.

Namun, jika arus yang mengalir melalui perubahan induktor sangat cepat, seperti dengan pengoperasian sakelar, tegangan tinggi dapat diinduksi melintasi coil induktor.

Coil Induktor dan Efek Induktansi pada Induktor
Pertimbangkan rangkaian induktor (gambar). Dengan sakelar, ( S1 ) terbuka, tidak ada arus yang mengalir melalui coil induktor. Karena tidak ada arus yang mengalir melalui induktor, laju perubahan arus ( di/dt ) dalam coil akan menjadi nol. Jika laju perubahan arus adalah nol maka tidak ada ggl yang diinduksi sendiri, ( VL = 0 ) dalam coil induktor.

Jika sekarang kita menutup sakelar (t = 0), arus akan mengalir melalui rangkaian dan perlahan naik ke nilai maksimum pada laju yang ditentukan oleh induktansi induktor.

Tingkat arus yang mengalir melalui induktor dikalikan dengan induktansi induktor dalam Henry, menghasilkan beberapa nilai tetap ggl diinduksi sendiri yang diproduksi di seluruh coil seperti yang ditentukan oleh persamaan Faraday di atas, VL = Ldi/dt.

GGL (gaya gerak listrik) diinduksi sendiri disebabkan di seluruh induktor coil, ( VL ) perlawanan melawan tegangan yang diberikan sampai arus mencapai nilai maksimum dan kondisi stabil tercapai.

Arus yang sekarang mengalir melalui coil hanya ditentukan oleh DC atau resistansi "murni" dari gulungan coil karena nilai reaktansi coil telah menurun ke nol karena laju perubahan arus ( di/dt ) adalah nol dalam kondisi stabil. Dengan kata lain, hanya resistansi kumparan DC yang ada sekarang untuk menentang aliran arus.

Demikian juga, jika sakelar, (S1) dibuka, arus yang mengalir melalui coil akan mulai turun tetapi induktor akan kembali melawan perubahan ini dan mencoba menjaga arus mengalir pada nilai sebelumnya dengan menginduksi tegangan ke arah lain. Kemiringan jatuh akan negatif dan terkait dengan induktansi coil seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Arus dan Tegangan di Induktor

Coil Induktor dan Efek Induktansi pada Induktor

Berapa banyak tegangan yang diinduksi akan dihasilkan oleh induktor tergantung pada laju perubahan arus. Dalam tutorial kami tentang Induksi Elektromagnetik, Hukum Lenz menyatakan bahwa: "arah ggl yang diinduksi sedemikian rupa sehingga akan selalu menentang perubahan yang menyebabkannya".

Dengan kata lain, ggl yang diinduksi akan selalu MENENTANG gerakan atau perubahan yang memulai ggl yang diinduksi sejak awal.

Jadi dengan penurunan arus polaritas tegangan akan bertindak sebagai sumber dan dengan peningkatan arus polaritas tegangan akan bertindak sebagai beban. Jadi untuk laju perubahan arus yang sama melalui coil, baik meningkatkan atau mengurangi besarnya ggl yang diinduksi akan sama.

Contoh: Coil Induktor No.1

Arus searah keadaan stabil 4 ampere melewati kumparan solenoida 0.5 H. Apa yang akan menjadi tegangan ggl-balik diinduksi dalam coil jika sakelar di rangkaian di atas dibuka untuk 10 mS dan arus yang mengalir melalui coil turun ke nol ampere.

Coil Induktor dan Efek Induktansi pada Induktor

Power (daya) dalam sebuah Induktor

Kita tahu bahwa sebuah induktor dalam suatu rangkaian menentang aliran arus, ( i ) melewatinya karena aliran arus ini menginduksi ggl yang menentangnya, Hukum Lenz.

Maka pekerjaan harus dilakukan oleh sumber baterai eksternal untuk menjaga arus mengalir terhadap ggl yang diinduksi ini. Daya sesaat digunakan dalam memaksa arus, ( i ) terhadap ini ggl induksi sendiri, ( VL ) diberikan dari atas sebagai:

Coil Induktor dan Efek Induktansi pada Induktor

Power/Daya dalam suatu rangkaian diberikan sebagai, P = V*I oleh karena itu:

Coil Induktor dan Efek Induktansi pada Induktor

Induktor ideal tidak hanya memiliki induktansi resistansi sehingga R = 0 Ω dan oleh karena itu tidak ada daya yang dihamburkan dalam coil, sehingga kita dapat mengatakan bahwa induktor ideal memiliki kehilangan daya nol.

Energi dalam sebuah Induktor

Ketika daya mengalir ke induktor, energi disimpan dalam medan magnetnya. Ketika arus yang mengalir melalui induktor meningkat dan di/dt menjadi lebih besar dari nol, daya sesaat dalam rangkaian juga harus lebih besar dari nol, ( P> 0 ) yaitu, positif yang berarti bahwa energi disimpan dalam induktor.

Demikian juga, jika arus melalui induktor berkurang dan di/dt kurang dari nol maka daya sesaat juga harus kurang dari nol, ( P <0 ) yaitu, negatif yang berarti bahwa induktor mengembalikan energi kembali ke rangkaian.

Kemudian dengan mengintegrasikan persamaan untuk daya di atas, energi magnetis total yang selalu positif, yang disimpan dalam induktor oleh karena itu diberikan sebagai:

Energi disimpan oleh Induktor

Coil Induktor dan Efek Induktansi pada Induktor

Di mana:  W ada di joule, L ada di Henry dan i ada di Ampere

Energi sebenarnya disimpan dalam medan magnet yang mengelilingi induktor oleh arus yang mengalir melaluinya. Dalam induktor ideal yang tidak memiliki resistansi atau kapasitansi, karena arus meningkatkan energi yang mengalir ke induktor dan disimpan di sana dalam medan magnetnya tanpa kehilangan, itu tidak dilepaskan sampai arus berkurang dan medan magnet runtuh.

Kemudian dalam arus bolak-balik, rangkaian AC induktor secara konstan menyimpan dan menghantarkan energi pada setiap siklus. Jika arus yang mengalir melalui induktor adalah konstan seperti dalam rangkaian DC, maka tidak ada perubahan dalam energi yang disimpan sebagai P = Li (di/dt) = 0.

Jadi induktor dapat didefinisikan sebagai komponen pasif karena keduanya dapat menyimpan dan mengirimkan energi ke rangkaian, tetapi mereka tidak dapat menghasilkan energi. Induktor yang ideal digolongkan sebagai kerugian lebih sedikit, artinya ia dapat menyimpan energi tanpa batas karena tidak ada energi yang hilang.

Namun, induktor nyata akan selalu memiliki beberapa resistansi yang terkait dengan gulungan coil dan setiap kali arus yang mengalir melalui energi resistansi hilang dalam bentuk panas karena Hukum Ohm, ( P = I2R ) terlepas dari apakah arus bolak-balik atau konstan.

Kemudian penggunaan utama untuk induktor adalah dalam menyaring rangkaian, rangkaian resonansi dan untuk membatasi arus.

Induktor dapat digunakan di rangkaian untuk memblokir atau membentuk kembali arus bolak-balik atau rentang frekuensi sinusoidal, dan dalam peran ini induktor dapat digunakan untuk "menyetel" penerima radio sederhana atau berbagai jenis Osilator. Itu juga dapat melindungi peralatan sensitif dari lonjakan tegangan destruktif dan arus lonjakan tinggi.

Dalam tutorial berikutnya tentang Induktor, kita akan melihat bahwa resistansi efektif dari coil disebut Induktansi diri, dan induktansi yang seperti yang kita ketahui adalah karakteristik dari konduktor listrik yang “menentang perubahan arus”, dapat secara internal diinduksi, disebut induktansi diri atau diinduksi eksternal, disebut induktansi timbal balik.