Pengetahuan Induktor | Parameter, Kumparan, Fungsi, Model, Spesifikasi, Penamaan, Aplikasi, Hubungan dan Perbedaan dengan Manik Ferit, Rumus Perhitungan, Pengukuran, Tindakan Pencegahan

1. Definisi Induktor

1.1 Definisi Induktansi:

Induktansi adalah sifat suatu konduktor, di mana arus yang berubah-ubah dalam konduktor menghasilkan fluks magnetik yang berubah-ubah di dalam dan di sekitar konduktor. Nilai induktansi adalah perbandingan antara fluks magnetik yang dihasilkan dengan arus yang menghasilkan fluks tersebut.

Ketika arus searah mengalir melalui induktor, ia menghasilkan medan magnet yang stabil. Namun, ketika arus bolak-balik mengalir melalui induktor, medan magnet di sekitarnya berubah seiring waktu. Menurut hukum induksi elektromagnetik Faraday, medan magnet yang berubah-ubah menghasilkan gaya gerak listrik (EMF) terinduksi di seluruh induktor, yang menahan perubahan arus. Fenomena ini mirip dengan inersia dalam mekanika, dan dalam istilah kelistrikan, dikenal sebagai "induksi diri".

1.2 Induktor vs. Transformator:

• Induktor : Kumparan kawat yang, ketika arus mengalir melaluinya, menghasilkan medan magnet. Fluks magnet berubah dengan arus bolak-balik, yang menyebabkan fenomena induksi diri.

• Transformator : Terdiri dari dua kumparan induktif yang terhubung secara magnetis tetapi tidak terhubung secara elektrik. Transformator memanfaatkan induktansi bersama untuk menginduksi tegangan pada kumparan di dekatnya.

1.3 Simbol dan Satuan Induktansi:

• Simbol: L

• Satuan : Henry (H), millihenry (mH), microhenry (μH)

1.4 Klasifikasi Induktansi:

• Berdasarkan bentuknya : Induktor tetap, induktor variabel.

• Berdasarkan bahan inti magnetik : Induktor inti udara, inti ferit, inti besi, inti tembaga.

• Berdasarkan karakteristik pengoperasiannya : Kumparan antena, kumparan osilasi, choke, kumparan resonansi, kumparan defleksi.

• Berdasarkan struktur lilitan : Satu lapis, multi-lapis, kumparan sarang lebah.

• Berdasarkan frekuensi : Induktor frekuensi tinggi, induktor frekuensi rendah.

• Berdasarkan fitur struktural : Induktor inti magnetik, induktor variabel, induktor berkode warna, dan induktor non-magnetik.

2. Karakteristik dan Parameter Utama Induktor

2.1 Induktansi (L):

Induktansi mengacu pada sifat inheren kumparan yang tidak bergantung pada arus yang melewatinya. Induktansi biasanya tidak tertera pada induktor itu sendiri, tetapi diwakili oleh nama-nama tertentu.

2.2 Reaktansi (XL):

Reaktansi adalah hambatan yang diberikan induktor terhadap arus bolak-balik. Nilainya diukur dalam ohm dan dihitung sebagai:
$XL = 2\pi f L$ XL=2πfL
Di mana $f$ f adalah frekuensi AC dan $L$ L adalah induktansi.

2.3 Faktor Kualitas (Q):

Faktor kualitas (Q) mewakili efisiensi suatu induktor dan didefinisikan sebagai perbandingan reaktansi induktif terhadap resistansi ekivalen kumparan:
$Q = \frac{X_L}{R}$Q=RXL​​
Nilai Q yang lebih tinggi menunjukkan kerugian yang lebih rendah. Nilai Q biasanya berkisar dari puluhan hingga ratusan.

2.4 Kapasitansi Terdistribusi:

Kapasitansi antar lilitan kumparan, antara kumparan dan pelindungnya, atau antara kumparan dan substrat, yang mengurangi nilai Q dan stabilitas induktor. Kapasitansi terdistribusi yang lebih kecil lebih disukai.

2.5 Toleransi:

Toleransi adalah perbedaan persentase antara nilai induktansi aktual dan nilai nominal.

2.6 Arus Terukur:

Arus maksimum yang dapat dialirkan oleh induktor, biasanya dilambangkan dengan huruf (A, B, C, dll.), dengan nilai tipikal seperti 50mA, 150mA, 300mA, dll.

3. Jenis-Jenis Induktor Umum

3.1 Kumparan Satu Lapisan:

Kumparan yang dibuat dengan melilitkan kawat berisolasi pada inti kertas atau plastik. Ini biasanya digunakan dalam rangkaian antena radio AM.

3.2 Kumparan Sarang Lebah:

Kumparan di mana bidang lilitan berpotongan pada suatu sudut, mengurangi kapasitansi terdistribusi dan meningkatkan induktansi. Kumparan ini kompak dan banyak digunakan untuk aplikasi frekuensi tinggi.

3.3 Kumparan Inti Ferit:

Induktor dengan inti ferit untuk meningkatkan induktansi dan memperbaiki faktor kualitas. Induktor jenis ini biasanya digunakan dalam rangkaian frekuensi tinggi.

3.4 Kumparan Inti Tembaga:

Kumparan inti tembaga digunakan pada frekuensi gelombang ultra-pendek. Posisi inti tembaga dapat disesuaikan untuk mengubah induktansi.

3.5 Induktor Berkode Warna:

Induktor frekuensi tinggi dengan nilai induktansi tetap, ditandai dengan kode warna serupa dengan resistor. Induktor ini beroperasi dalam rentang frekuensi 10 kHz hingga 200 MHz.

3.6 Choke (Filter Induktif):

Induktor yang dirancang untuk memblokir sinyal AC sambil memungkinkan sinyal DC melewatinya. Digunakan untuk peredaman kebisingan pada catu daya dan jalur sinyal.

3.7 Kumparan Defleksi:

Digunakan pada tahap keluaran rangkaian pemindaian televisi. Membutuhkan sensitivitas tinggi, medan magnet seragam, nilai Q tinggi, ukuran kecil, dan biaya rendah.

4. Peran Induktor dalam Rangkaian Listrik

• Fungsi Dasar : Penyaringan, osilasi, penundaan, dan penyaringan takik.

• Dalam bahasa awam : "Lewatkan DC, blokir AC."

• Penjelasan Terperinci : Induktor menentang perubahan arus bolak-balik dan dapat digunakan bersama kapasitor untuk membentuk filter high-pass atau low-pass, rangkaian penggeser fasa, dan rangkaian resonansi. Transformator dapat melakukan kopling AC, konversi tegangan, konversi arus, dan pencocokan impedansi.

Energi yang tersimpan dalam sebuah induktor berbanding lurus dengan induktansinya dan kuadrat arus:
$W_L = \frac{1}{2} L i^2$ WL​=21​Li2

5. Model, Spesifikasi, dan Penamaan Induktor

5.1 Induktor Chip:

• Rentang induktansi: 10nH – 1mH

• Bahan: Ferit dan keramik.

• Akurasi: J = ±5%, K = ±10%, M = ±20%

• Ukuran: 0402, 0603, dll.

5.2 Induktor Daya:

• Rentang induktansi: 1nH – 20mH

• Ukuran: SMD43, SMD54, SMD73, SMD75, dll.

5.3 Manik-manik Ferit Chip:

• Rentang impedansi: 5Ω – 3KΩ

• Ukuran: 0402, 0603, dll.

5.4 Manik Ferit Lubang Tembus:

• Spesifikasi: RH3.5

5.5 Induktor Berkode Warna:

• Rentang induktansi: 0,1μH – 22mH

• Ukuran: 0204, 0307, ​​0410, 0512

• Akurasi: J = ±5%, K = ±10%, M = ±20%

5.6 Induktor Vertikal:

• Rentang induktansi: 0,1μH – 3mH

• Spesifikasi: PK0455, PK0608, PK0810, dll.

5.7 Induktor Filter Aksial:

• Rentang induktansi: 0,1μH – 10mH

• Arus nominal: 65mA hingga 10A

• Nilai Q yang tinggi dan biaya yang relatif rendah.

5.8 Induktor Cincin Magnetik:

• Spesifikasi: TC3026, TC3726, TC4426, dll.

• Ukuran: 3,25 mm hingga 15,88 mm

5.9 Induktor Inti Udara:

• Digunakan untuk mencapai nilai induktansi besar dengan bobot yang lebih ringan.

6. Aplikasi Induktor dalam Rangkaian Listrik

Induktor umumnya digunakan dalam rangkaian filter LC , di mana mereka bekerja bersama kapasitor untuk menyaring sinyal AC yang tidak diinginkan dari sinyal DC.

• Penyaringan Daya : Rangkaian LC menghilangkan interferensi frekuensi tinggi pada catu daya DC.

• Penyaringan Sinyal : Induktor memblokir derau frekuensi tinggi dan memungkinkan sinyal DC murni atau sinyal frekuensi rendah untuk melewatinya.

7. Inti dan Cincin Magnetik Umum

• Inti Serbuk Besi : Banyak digunakan dalam komputer, catu daya, sistem UPS, dan sirkuit kontrol peralatan rumah tangga. Tersedia dalam berbagai ukuran dan material.

• Inti Ferit : Digunakan untuk pelemahan dan penyaringan frekuensi tinggi dalam rangkaian.

8. Hubungan dan Perbedaan Antara Induktor dan Manik Ferit

1. Penyimpanan Energi vs. Konversi Energi :

   • Induktor menyimpan energi, sedangkan manik-manik ferit menghilangkan energi.

2. Aplikasi :

   • Induktor digunakan dalam penyaringan catu daya, sedangkan manik-manik ferit digunakan dalam rangkaian sinyal untuk menekan EMC (kompatibilitas elektromagnetik).

3. Rentang Frekuensi :

   • Induktor digunakan dalam rangkaian frekuensi rendah hingga menengah, sedangkan manik-manik ferit terutama digunakan untuk pelemahan sinyal frekuensi tinggi.

9. Rumus Perhitungan Induktor

9.1 Induktansi Inti Cincin:

Induktansi inti cincin dapat dihitung sebagai:
$L = N^2 \times AL$ L=N2×AL
Di mana $N$ N adalah jumlah putaran dan $AL$AL adalah faktor induktansi.

9.2 Rumus Umum Perhitungan Induktansi:

$L = \frac{k \times \mu_0 \times \mu_s \times N^2 \times S}{l}$ L=lk×μ0​×μs​×N2×S​
Di mana:

• $\mu_0$ μ0 adalah permeabilitas ruang hampa (4π × 10⁻⁷ H/m),

• $\mu_s$ μs adalah permeabilitas relatif dari material inti,

• $N$ N adalah jumlah putaran,

• $S$ S adalah luas penampang inti,

• $l$ l adalah panjang kumparan.

10. Mengukur Induktansi

Induktansi dapat diukur menggunakan meter RLC atau meter induktansi khusus.
Langkah-langkah untuk mengukur induktansi:

1. Pilih mode induktansi (L) pada meter.

2. Hubungkan probe ke kabel induktor.

3. Rekam bacaan tersebut.

4. Lakukan beberapa pengukuran dan rata-ratakan hasilnya.

11. Tindakan Pencegahan dalam Penggunaan Induktor

1. Lingkungan Operasional : Pertimbangkan faktor-faktor seperti suhu, kelembapan, dan tekanan fisik.

2. Karakteristik Frekuensi : Induktor berperilaku berbeda pada frekuensi tinggi dan rendah. Misalnya, induktansi cenderung meningkat seiring dengan frekuensi yang lebih tinggi.

3. Arus Maksimum dan Panas : Pastikan induktor tidak melebihi arus nominalnya untuk mencegah panas berlebih.