RANGKAIAN LISRTIK KOMPONEN INDUKTOR
DI SUSUN OLEH KELAS III D 1. 2. 3. 4. 5.
INCE NUR AGY SISWANDI RESO MUH ALWI SUDAWAN ANWAR ARDI FAISAL
105 82 1499 14 105 82 1475 14 105 82 1475 14 105 82 1466 14 105 82 1502 14
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR 2015/2016
Kata Pengantar Alhamdulillah puji syukur ke hadirat Allah S.W.T. Ar Rabb semesta alam yang telah memberi petunjuk kepada penyusun untuk menyelesaikan penyusunan makalah ini. Adapun maksud kami menyusun makalah ini adalah dalam rangka memenuhi tugas mata kuliah rangkaian listrik. Di samping itu juga untuk menambah wawasan di bidang pengetahuan rangkaian listrik khususnya mengenai komponen induktor , sehingga dapat membawa manfaat bagi kita semua. Makalah ini penyusun buat berdasarkan acuan dari berbagai sumber, baik itu buku rangkaian listrik maupun hasil penjelajahan dari dunia maya (internet). Tidak kalah pentingnya ucapan terima kasih kepada semua pihak yang tidak dapat penyusun sebutkan satu persatu, yang telah membantu dalam penyusunan makalah ini. Akhir kata, tiada gading yang tak retak, demikian pula dengan makalah ini.Oleh karena itu, dengan rendah hati penyusun memohon saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaan makalah ini.
Makassar, 08 Oktober 2015
Kelompok 2
1
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ............................................................................................................i DAFTAR ISI..........................................................................................................................ii BAB I PENDAHULUAN.....................................................................................................1 A. LATAR BELAKANG ...............................................................................................1 B. TUJUAN ...................................................................................................................1 BAB II PEMBAHASAN .....................................................................................................2 A. PENGERTIAN RANGKAIAN MURNI...................................................................2 B. FERIT DAN PERMEABILITY ................................................................................4 C. RUMUS DALAM RANGKAIAN INDUKTOR MURNI........................................5 D. KEGUNAAN INDUKTOR.......................................................................................6 E. CIRI-CIRI INDUKTOR............................................................................................6 F. JENIS-JENIS LILITAN INDUKTOR.......................................................................7 G. JEJARING INDUKTOR............................................................................................8 CONTOH SOAL....................................................................................................................10 BAB III PENUTUP..............................................................................................................11 A. KESIMPULAN..........................................................................................................11 DAFTAR PUSTAKA...........................................................................................................12
2
BAB I PENDAHULUAN 1. Latar Belakang Membahas arus listrik searah tidak terlepas dari pemakaian suatu sumber energi. Sumber energi arus searah yang mudah dijumpai di pasaran adalah berupa batere. Kebutuhan energi listrik untuk rumah tangga biasanya dipenuhi melalui sumber arus bolak balik dari PLN. Untuk memenuhi kebutuhan energi listrik pada kelompok rumah di daerah terpencil yang tidak terjangkau oleh jaringan listrik PLN dapat menggunakan sumber energi dari tenaga surya, yang merupakan energi terbarukan dan tidak menggunakan energi dari fosil, sehingga dapat mengurangi kebergantungan pada kenaikan harga minyak bumi yang kini mencapai 100 dolar Amerika per barel dan berakibat memberatkan negara dalam memberikan subsidi terhadap bahan bakar minyak yang kita pergunakan. Energi surya bersifat bersih lingkungan, karena tidak meninggalkan limbah.Karena harga sel surya cenderung semakin menurun dan dalam rangka memperkenalkan sistem pembangkit yang ramah lingkungan, maka pemanfaatan listrik sel surya dapat semakin ditingkatkan. Di samping itu, terdapat lima keuntungan pembangkit listrik dengan sel surya. Pertama energi yang digunakan adalah energi yang tersedia secara cuma-cuma. Kedua perawatannya mudah dan sederhana. Ketiga tidak menggunakan mesin (peralatan yang bergerak), sehingga tidak perlu penggantian suku cadang dan penyetelan pada pelumasan. Keempat peralatan dapat bekerja tanpa suara dan sehingga tidak berdampak kebisingan terhadap lingkungan. Kelima dapat bekerja secara otomatis. 2. Tujuan a) b) c)
Memahami rangkaian Induktor murni Menghitung rumus rangkaian Induktor murni Menerapkan rangkaian Induktor murni
1
BAB II PEMBAHASAN A. PENGERTIAN RANGKAIAN L MURNI Sebuah induktor atau reaktor adalah sebuah komponen elektronika pasif (kebanyakan berbentuk torus) yang dapat menyimpan energi pada medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melintasinya. Kemampuan induktor untuk menyimpan energi magnet ditentukan oleh induktansinya, dalam satuan Henry. Biasanya sebuah induktor adalah sebuah kawat penghantar yang dibentuk menjadi kumparan, lilitan membantu membuat medan magnet yang kuat di dalam kumparan dikarenakan hukum induksi Faraday. Induktor adalah salah satu komponen elektronik dasar yang digunakan dalam rangkaian yang arus dan tegangannya berubah-ubah dikarenakan kemampuan induktor untuk memproses arus bolakbalik.
Sebuah induktor ideal memiliki induktansi, tetapi tanpa resistansi atau kapasitansi, dan tidak memboroskan daya. Sebuah induktor pada kenyataanya merupakan gabungan dari induktansi, beberapa resistansi karena resistivitas kawat, dan beberapa kapasitansi. Pada suatu frekuensi, induktor dapat menjadi sirkuit resonansi karena kapasitas parasitnya. Selain memboroskan daya pada resistansi kawat, induktor berinti magnet juga memboroskan daya di dalam inti karena efek histeresis, dan pada arus tinggi mungkin mengalami nonlinearitas karena penjenuhan. Jadi sebuah rangkaian Induktor murni adalah rangkaian listrik yang hanya diberi beban sebuah induktor atau kumparan saja. 2
Dari buku fisika dan teori medan magnet, dibuktikan bahwa induktor adalah komponen yang dapat menyimpan energi magnetik. Energi ini direpresentasikan dengan adanya tegangan emf (electromotive force) jika induktor dialiri listrik. Secara matematis tegangan emf ditulis : Jika dibandingkan dengan rumus hukum Ohm V=RI, maka kelihatan ada kesamaan rumus. Jika R disebut resistansi dari resistor dan V adalah besar tegangan jepit jika resistor dialiri listrik sebesar I. Maka L adalah induktansi dari induktor dan E adalah tegangan yang timbul jika induktor di aliri listrik. Tegangan emf di sini adalah respon terhadap perubahan arus fungsi dari waktu terlihat dari rumus di/dt. Sedangkan bilangan negatif sesuai dengan hukum Lenz yang mengatakan efek induksi cenderung melawan perubahan yang menyebabkannya. Hubungan antara emf dan arus inilah yang disebut dengan induktansi, dan satuan yang digunakan adalah (H) Henry.
INDUKTOR DISEBUT SELF-INDUCED Arus listrik yang melewati kabel, jalur-jalur pcb dalam suatu rangkain berpotensi untuk menghasilkan medan induksi. Ini yang sering menjadi pertimbangan dalam mendesain pcb supaya bebas dari efek induktansi terutama jika multilayer. Tegangan emf akan menjadi penting saat perubahan arusnya fluktuatif. Efek emf menjadi signifikan pada sebuah induktor, karena perubahan arus yang melewati tiap lilitan akan saling menginduksi. Ini yang dimaksud dengan self-induced. Secara matematis induktansi pada suatu induktor dengan jumlah lilitan sebanyak N adalah akumulasi flux magnet untuk tiap arus yang melewatinya : Salah satu keuntungan induktor berbentuk toroid, dapat induktor dengan induktansi yang lebih besar dan dimensi yang relatif lebih kecil dibandingkan dengan induktor 3
berbentuk silinder. Juga karena toroid umumnya menggunakan inti (core) yang melingkar, maka medan induksinya tertutup dan relatif tidak menginduksi komponen lain yang berdekatan di dalam satu pcb.
B. FERIT DAN PERMEABILITY Besi lunak banyak digunakan sebagai inti (core) dari induktor yang disebut ferit. Ada bermacam-macam bahan ferit yang disebut ferromagnetik. Bahan dasarnya adalah bubuk besi oksida yang disebut juga iron powder. Ada juga ferit yang dicampur dengan bahan bubuk lain seperti nickel, manganese, zinc (seng) dan magnesium. Melalui proses yang dinamakan kalsinasi yaitu dengan pemanasan tinggi dan tekanan tinggi, bubuk campuran tersebut dibuat menjadi komposisi yang padat. Proses pembuatannya sama seperti membuat keramik. Oleh sebab itu ferit ini sebenarnya adalah keramik. Ferit yang sering dijumpai ada yang memiliki m = 1 sampai m = 15.000. Dapat dipahami penggunaan ferit dimaksudkan untuk mendapatkan nilai induktansi yang lebih besar relatif terhadap jumlah lilitan yang lebih sedikit serta dimensi induktor yang lebih kecil. Penggunaan ferit juga disesuaikan dengan frekuensi kerjanya. Karena beberapa ferit akan optimum jika bekerja pada selang frekuensi tertentu. Berikut ini adalah beberapa contoh bahan ferit yang di pasar dikenal dengan kode nomor materialnya. Pabrik pembuat biasanya dapat memberikan data kode material, dimensi dan permeability yang lebih detail. Sampai di sini kita sudah dapat menghitung nilai induktansi suatu induktor. Misalnya induktor dengan jumlah lilitan 20, berdiameter 1 cm dengan panjang 2 cm serta menggunakan inti ferit dengan m = 3000. Dapat diketahui nilai induktansinya adalah : L » 5.9 mH Selain ferit yang berbentuk silinder ada juga ferit yang berbentuk toroida. Umumnya di pasar tersedia berbagai macam jenis dan ukuran toroida. Jika datanya lengkap, maka kita dapat menghitung nilai induktansi dengan menggunakan rumus-rumus yang ada. Karena perlu diketahui nilai permeability bahan ferit, diameter lingkar luar, diameter lingkar dalam serta luas penampang toroida. Tetapi biasanya pabrikan hanya membuat daftar indeks induktansi 4
(inductance index) AL. Indeks ini dihitung berdasarkan dimensi dan permeability ferit. Dengan data ini dapat dihitung jumlah lilitan yang diperlukan untuk mendapatkan nilai induktansi tertentu. Misalnya digunakan ferit toroida T50-1, maka dari table diketahui nilai AL = 100. Maka untuk mendapatkan induktor sebesar 4mH diperlukan lilitan sebanyak : N » 20 lilitan Rumus ini sebenarnya diperoleh dari rumus dasar perhitungan induktansi dimana induktansi L berbanding lurus dengan kuadrat jumlah lilitan N 2. Indeks AL umumnya sudah baku dibuat oleh pabrikan sesuai dengan dimensi dan permeability bahan feritnya. Permeability bahan bisa juga diketahui dengan kode warna tertentu. Misalnya abu-abu, hitam, merah, biru atau kuning. Sebenarnya lapisan ini bukan hanya sekedar warna yang membedakan permeability, tetapi berfungsi juga sebagai pelapis atau isolator. Biasanya pabrikan menjelaskan berapa nilai tegangan kerja untuk toroida tersebut. Contoh bahan ferit toroida di atas umumnya memiliki permeability yang kecil. Karena bahan ferit yang demikian terbuat hanya dari bubuk besi (iron power). Banyak juga ferit toroid dibuat dengan nilai permeability m yang besar. Bahan ferit tipe ini terbuat dari campuran bubuk besi dengan bubuk logam lain. Misalnya ferit toroida FT50-77 memiliki indeks AL = 1100. C. RUMUS DALAM RANGKAIAN INDUKTOR MURNI Induktor yang diberi Tegangan AC akan teraliri Arus Listrik :
Sesuai dengan Hukum Ohm Bahwa
maka Tegangannya :
Rangkaian Induktif murni hanya memiliki induktansi diri L. Untuk fasor Im mendatar dengan fase
. sedang fasor Vm dengan sudut fase (
5
+ 90). Jadi pada rangkaian
induktif murni tegangan mendahului arus sebesar 900 atau terhadap tegangan sebesar 900. Bila
rad atau arus terlambat , maka
Bentuk diagram fasor dan grafik geombang pada angkaian induktif murni sebagai berikut : Dalam rangkaian murni induktif yang berfungsi menghambat arus adalah reaktansi induktif ( XL) yang dirumuskan sebagai :
atau
D. KEGUNAAN INDUKTOR 1. Pemroses sinyal pada rangkaian analog 2. Mengholangkan noise (dengung) 3. Mencegah interferensi frekwensi radio 4. Komponen utama pembuatan Transformator 5. Sebagai filter pada rangkaian power supply
6
Banyak perangkat dan komponen elektronika yang dibangun mengunakan kumparan seperti speaker, relay, buzzer, trafo, dan kpmponen lain yang berhubungan dengan frekwensi dan medan magnet. E. CIRI-CIRI INDUKTOR a. Dibuat dengan melililitkan gelungan pengalir di dalam bentuk gegelung b. Inductor juga dipanggil gegelung(coil) c. Nilai kearuhan (induktans) bergantung kepada 1) Jumlah bilangan lilitan (turn no) 2) Diameter lilitan 3) Panjang lilitan 4) Nilai gauge wayar (saz wayar;SWG) 5) Jenis teras yang digunakan F. JENIS-JENIS LILITAN INDUKTOR 1. Lilitan ferit sarang madu Lilitan sarang madu dililit dengan cara bersilanganuntuk mengurangi dampak kapasitansi terdistribusi. ini kerap dipakai pada rangkaian tala pada penerima radio didalam jangka gelombang menengah dan gelombang panjang. karena konstruksinya, induktansi tinggi bisa dicapai dengan bentuk yang kecil.
2. Lilitan inti toroid Sebuah lilitan simpel yang dililit dengan bentuk silinder menciptakan medan magnet eksternal dengan kutub utara-selatan. sebuah lilitan toroid bisa dibuat dari lilitan silinder dengan menghubungkannya menjadi berbentuk donat, sehingga menyatukan kutub utara dan selatan. pada lilitan toroid, medan magnet ditahan pada lilitan. ini mengakibatkan lebih sedikit radiasi magnetik dari lilitan, dan kekebalan dari medan magnet eksternal.
7
3. Induktor inti udara
4. Induktor perubahan inti
FUNGSI INDUKTOR 1. Tempat terjadinya gaya magnet 2. Pelipat tegangan 3. Pembangkit getaran
8
BERDASARKAN KEGUNAANNYA INDUKTOR BEKERJA: 1. Frekuensi tinggi pada spul antena dan osilator 2. Frekuensi menengah pada spul MF 3. Frekuensi rendah pada trafo input, trafo output, spul speaker, trafo tenaga, spul relay dan spul penyaring (sumber : m.edukasi.net)
G. JEJARING INDUKTOR Induktor dalam konfigurasi kakap memiliki beda potensial yang sama. Untuk menemukan induktansi ekivalen total (Leq):
Arus dalam induktor deret adalah sama, tetapi tegangan yang membentangi setiap induktor bisa berbeda. Penjumlahan dari beda potensial dari beberapa induktor seri sama dengan tegangan total. Untuk menentukan todu total digunakan rumus:
Hubungan tersebut hanya benar jika tidak ada kopling magnetis antar kumparan.
9
10
CONTOH SOAL Soal 1: Dalam suatu rangkaian induktor murni , sebuah induktor ( L = 60 mili Henry ) , dihubungkan
dengan sebuah tegangan AC dengan nilai Vm = 120 volt dan
. Tentukan
besar arus listrik yang mengalir pada inductor pada saat t = 0,01 sekon ! Jawab :
Untuk rangkaian induktif murni tegangan mendahului arus dengan
rad terhadap tegangan sehingga:
11
rad atau arus terlambat
BAB III PE N UTU P KESIMPULAN Untuk membuat induktor biasanya tidak diperlukan kawat tembaga yang sangat panjang. Paling yang diperlukan hanya puluhan sentimeter saja, sehingga efek resistansi bahan kawat tembaga dapat diabaikan. Ada banyak kawat tembaga yang bisa digunakan. Untuk pemakaian yang profesional di pasar dapat dijumpai kawat tembaga dengan standar AWG (American Wire Gauge). Standar ini tergantung dari diameter kawat, resistansi dan sebagainya. Misalnya kawat tembaga AWG32 berdiameter kira-kira 0.3mm, AWG22 berdiameter 0.7mm ataupun AWG20 yang berdiameter kira-kira 0.8mm. Biasanya yang digunakan adalah kawat tembaga tunggal dan memiliki isolasi. Sayangnya untuk pengguna amatir, data yang diperlukan tidak banyak tersedia di toko eceran. Sehingga terkadang dalam membuat induktor jumlah lilitan yang semestinya selalu berbeda dengan hasil perhitungan teoritis. Kawat tembaga yang digunakan bisa berdiameter berapa saja, yang pasti harus lebih kecil dibandingkan diameter penampang induktor. Terkadang pada prakteknya untuk membuat induktor sendiri harus coba-coba dan toleransi induktansinya cukup besar. Untuk mendapatkan nilai induktansi yang akurat ada efek kapasitif dan resistif yang harus diperhitungkan. Karena ternyata arus yang melewati kawat tembaga hanya dipermukaan saja. Ini yang dikenal dengan istilah efek kulit (skin effect). Ada satu tip untuk membuat induktor yang baik, terutama induktor berbentuk silinder. Untuk memperoleh nilai “Q” yang optimal panjang induktor sebaiknya tidak lebih dari 2x diameter penampangnya. Untuk toroid usahakan lilitannya merata dan rapat.
12
DAFTAR PUSTAKA http://www.slideshare.net/diptakusumar/makalah-induktor.html https://id.scribd.com/doc/91931925/induktor.html https://id.wikipedia.org/wiki/Induktor.html https://www.academia.edu/8085079/Pengantar_Teknik_Elektro_TE-B.html https://www.academia.edu/9646254/Pengertian_Induktor_Jenis-Jenis_Induktor
13
