1
BAB IPENDAHULUAN
1.1 Latar BelakangKomponen elektronika merupakan bagian
pendukung suatu rangkaian elektronik, yang bekerja sesuai
kegunaannya. Komponen elektronika terdiri dari satu atau lebih
bahan elektronika, yang terdiri dari satu atau beberapa unsur yang
jika disatukan, dipanaskan, ditempelkan, dan sebagainya akan
menghasilkan suatu efek yang dapat menghasilkan suhu / panas,
menangkap / menggetarkan materi, merubah arus, tegangan, daya
listrik dan lainnya.Komponen elektronika dalam suatu rangkaian
listrik terbagi menjadi dua, yaitu komponen aktif (memerlukan arus
listrik) dan komponen pasif. Dalam makalah ini, penulis akan
membahas kumparan pemadam, salah satu komponen elektronika
pasif.
1.2 Tujuan PenulisanMakalah ini disusun dengan tujuan sebagai
berikut:1. Untuk memenuhi tugas pendahuluan Praktikum Fisika Dasar
2.2. Untuk mengetahui definisi, fungsi, prinsip kerja, jenis-jenis,
serta aplikasi kumparan pemadam dalam perangkat elektronika.
1.3 Perumusan MasalahRumusan masalah yang akan dibahas dalam
makalah ini antara lain:1. Apakah yang dimaksud dengan kumparan
pemadam?2. Bagaimana fungsi dan prinsip kerja dari suatu kumparan
pemadam?3. Apa saja jenis-jenis kumparan pemadam dan bagaimana
aplikasinya dalam perangkat elektronika?
1.4 Batasan MasalahBatasan masalah yang akan dibahas dalam
makalah ini adalah sebagai berikut:1. Kumparan pemadam.2. Fungsi
dan prinsip kerja kumparan pemadam.3. Jenis-jenis kumparan pemadam
dan aplikasinya dalam perangkar elektronika.
BAB IITINJAUAN PUSTAKA
2.1 InduktorKumparan pemadam (untuk selanjutnya disebut
induktor) adalah komponen elektronika pasif yang 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.
Gambar 2.1 Berbagai macam induktor.
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 bolak-balik.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.
2.2 Fungsi InduktorFungsi pokok induktor adalah untuk
menimbulkan medan magnet. Induktor berupa kawat yang digulung
sehingga menjadi kumparan. Induktor memiliki sifat menahan arus
listrik bolak-balik (AC) dan konduktif terhadap arus listrik searah
(DC). Induktor juga berfungsi sebagai pelipat tegangan, pembangkit
getaran, penapis (filter), dan sebagai sebagai penala (tuning).
Berdasarkan kegunaannya Induktor bekerja pada:1) frekuensi tinggi
pada spul antena dan osilator,2) frekuensi menengah pada spul MF
(medium frequency), serta3) frekuensi rendah pada trafo input,
trafo output, spul speaker, trafo tenaga, spul relay, dan spul
penyaring.Adapun kemampuan induktor untuk menimbulkan medan magnet
disebut induktansi. Satuan induktansi adalah henry (H) atau
milihenry (mH). Untuk memperbesar induktansi, didalam kumparan
disisipkan bahan sebagai inti. Induktor yang berinti dari bahan
besi disebut elektromagnet.
Gambar 2.2 Kaidah tangan kanan (menentukan arah medan
magnet).
2.3 Prinsip Kerja InduktorInduktor bekerja dengan memanfaatkan
prinsip medan magnet dan induktansi. Apabila elektron mengalir pada
suatu konduktor, medan magnet akan dihasilkan disekitar konduktor
tersebut. Efek ini disebut dengan elektromagnetik. Medan magnet
akan mempengaruhi kesejajaran letak dari elektron pada atom, dan
dapat menimbulkan gaya fisik yang dihasilkan di antara atom-atom di
ruang bebas seperti gaya yang ditimbulkan oleh medan listrik di
antara partikel yang bermuatan. Seperti medan listrik, medan magnet
dapat menempati ruang hampa dan mempengaruhi suatu benda dalam
jarak tertentu.Medan diukur dengan dua cara, yaitu gaya medan dan
fluks medan. Gaya medan adalah jumlah tekanan yang dilakukan medan
dalam jarak tertentu. Sedangkan fluks medan adalah jumlah total,
atau efek, dari medan yang ada di ruang bebas.Gaya dan fluks medan
(secara berturut-turut) adalah mirip dengan tegangan (tekanan) dan
arus (aliran) pada suatu konduktor, hanya saja fluks medan bisa
eksis di ruang hampa (tanpa ada gerakan partikel seperti elektron)
sedangkan arus hanya bisa eksis apabila ada elektron yang bergerak
pada suatu konduktor.Fluks medan yang ada di ruang bebas dapat
dihambat, bagaikan arus listrik yang bisa dihambat oleh resistansi.
Nilai fluks medan yang dihasilkan di ruang bebas adalah berbanding
lurus dengan nilai gaya medan, dan berbanding terbalik dengan
penghambat fluks. Sama seperti bahan konduktor yang memiliki
spesifikasi nilai resistansi tertentu dalam menghambat arus
listrik, nilai penghambat fluks medan magnet (reluktansi)
ditentukan oleh jenis bahan yang ditempatkan pada suatu ruang yang
mengandung gaya medan magnet.Fluks medan listrik yang ada di antara
dua konduktor menyebabkan terkumpulnya elektron bebas yang
bermuatan di antara dua konduktor itu, sedangkan fluks medan magnet
menyebabkan suatu inersia/kelembaman dalam mengumpulkan aliran
elektron pada suatu konduktor yang menghasilkan medan
magnet.Induktor adalah komponen yang didesain untuk mengambil
keuntungan dari fenomena ini dengan cara membentuk kawat konduktif
yang lurus menjadi bentuk kumparan (berupa lilitan-lilitan kawat).
Bentuk ini dapat menghasilkan medan magnet yang lebih kuat daripada
medan magnet yang dihasilkan oleh kawat lurus.Beberapa induktor
dibentuk hanya berupa belitan kawat saja, tetapi ada juga induktor
yang dibentuk dari kawat yang dibelitkan pada suatu bahan padat.
Bahan padat ini disebut inti induktor. Terkadang, inti dari
induktor ini berbentuk lurus, dan terkadang pula berbentuk
melingkar atau berbentuk persegi panjang sehingga fluks magnetik
dapat dilingkupi secara maksimum. Pilihan desain ini memberikan
efek terhadap karakteristik dan kemampuan dari induktor.Jenis bahan
kawat pada induktor juga berpengaruh besar terhadap kekuatan fluks
medan magnet yang dihasilkannya (nilai energi yang tersimpan),
untuk nilai arus tertentu yang mengaliri gulungannya. Induktor yang
menggunakan inti dari bahan ferromagnetik mampu menghasilkan fluks
medan yang lebih kuat daripada yang menggunakan inti
udara.Kemampuan induktor untuk menyimpan energi dari nilai arus
tertentu disebut induktansi. Induktansi juga merupakan ukuran dari
intensitas untuk melawan perubahan nilai arus (atau lebih tepatnya,
seberapa banyak tegangan yang dihasilkan dari proses induksi diri /
self-inductance untuk laju perubahan nilai arus tertentu).
Induktansi disimbolkan dengan huruf kapital L dan satuannya adalah
Henry, disingkat H.
2.4 Simbol InduktorSimbol skematik untuk induktor sangat
sederhana, yaitu berupa simbol gulungan yang menunjukkan gulungan
kawat dari induktor itu. Walaupun bentuk gulungan sederhana ini
adalah simbol umum untuk suatu induktor, induktor yang memiliki
inti terkadang dibedakan dengan cara menambahkan garis paralel
sejajar dengan simbol gulungan itu. Ada juga simbol induktor yang
lebih baru yang berupa barisan gunung.Tedapat lima buah simbol
untuk induktor yang berbeda-beda, yaitu fixed-value, iron-core,
variable, variac, dan tapped.
Gambar 2.3 Simbol-simbol induktor.
2.5 Jenis-jenis InduktorInduktor dapat dibedakan menjadi:1)
Fixed coil, yaitu induktor yang memiliki harga yang sudah pasti.
Biasanya dinyatakan dalam kode warna seperti yang diterapkan pada
resistor. Harganya dinyatakan dalam satuan mikrohenry (H).2)
Variable coil, yaitu induktor yang harganya dapat diubah-ubah atau
disetel. Contohnya adalah coil yang digunakan dalam radio.3) Choke
coil (kumparan redam), yaitu coil yang digunakan dalam teknik
sinyal frekuensi tinggi.Macam-macam induktor juga bisa dibedakan
berdasarkan inti yang dipakai, antara lain sebagai berikut:1)
Induktor inti udara (air core inductor)
Gambar 2.4 Induktor inti udara.
2) Induktor frekuensi radio (radio frequency inductor)
Gambar 2.5 Induktor frekuensi radio.
3) Induktor inti feromagnetik (ferromagnetic core inductor)
Gambar 2.6 Induktor inti feromagnetik.
4) Induktor variabel (variable inductor)
Gambar 2.7 Induktor variabel.
5) Induktor inti laminasi (laminated core inductor)6) Induktor
inti toroid (toroidal core inductor)7) Induktor inti ferit (ferrite
core inductor)
Gambar 2.8 Induktor inti ferit.
2.6 Induktor RumhkorffJenis induktor ini mendatangkan tegangan
tinggi dan dipakai untuk fungsi pengapian pada kendaraan
bermotor.
Gambar 2.9 Induktor Rumhkorff.
Komponen ini terbentuk atas dua buah kumparan, yaitu kumparan
sekunder dan primer. Pembedanya adalah jumlah lilitan, dimana
jumlah pada kumparan sekunder adalah lebih banyak daripada yang
primer. Sumber tegangannya berupa baterai yang digandakan. Supaya
dapat membuat pembaruan garis gaya di kumparan yang arusnya searah,
maka baterainya harus dibuat putus-putus oleh interruptor / kontak
pemutus-arus. Tegangan yang dibuat pada kumparan sekunder dapat
hingga ke 10.000 s/d 20.000V.
2.7 Jenis-jenis Lilitan Induktor1) Lilitan Ferit Sarang
Madu.Kawat dililit dengan cara bersilangan untuk mengurangi efek
kapasitansi terdistribusi. Ini sering digunakan pada rangkaian tala
pada penerima radio dalam jangkah gelombang menengah dan panjang.
Karena konstruksinya, induktansi tinggi dapat dicapai dengan bentuk
yang kecil.
Gambar 2.10 Lilitan ferit sarang madu.
2) Lilitan Inti ToroidKawat dililit dengan bentuk silinder
menciptakan medan magnet eksternal dengan kutub utara-selatan.
Sebuah lilitan toroid dapat dibuat dari lilitan silinder dengan
menghubungkannya menjadi berbentuk donat, sehingga menyatukan kutub
utara dan selatan. Pada lilitan toroid, medan magnet ditahan pada
lilitan. Ini menyebabkan lebih sedikit radiasi magnetik dari
lilitan, dan kekebalan dari medan magnet eksternal.
Gambar 2.11 Lilitan inti toroid.
2.8 Terjadinya Medan Magnet1) Induktansi SearahBila kita
mengalirkan arus listrik melalui kabel, terjadilah garis-garis gaya
magnet. Bila kita mengalirkan arus melalui spul atau coil
(kumparan) yang dibuat dari kabel yang digulung, akan terjadi
garis-garis gaya dalam arah sama yang membangkitkan medan magnet.
Kekuatan medan magnet sama dengan jumlah garis-garis gaya magnet,
dan berbanding lurus dengan hasil kali dari jumlah gulungan dalam
kumparan dan arus listrik yang melalui kumparan tersebut.
Gambar 2.12 Induktor terhubung sumber tegangan DC.
2) Induktansi Bolak-balikBila dua kumparan ditempatkan
berdekatan satu sama lain dan salah satu kumparan (L1) diberi arus
listrik bolak-balik / AC (alternating current), pada L1 akan
terjadi fluks magnet. Fluks magnet ini akan melalui kumparan kedua
(L2) dan akan membangkitkan emf (electromotive force) pada kumparan
L2. Efek seperti ini disebut induksi timbal balik (mutual
induction). Hal seperti ini biasanya kita jumpai pada transformator
daya.
Gambar 2.13 Induktor terhubung sumber tegangan AC.
Perlawanan yang diberikan kumparan tersebut dinamakan reaktansi
induktif. Reaktansi induktif ini diberi simbol XL dalam satuan
Ohm.(2.1)Keterangan:=3.14f=frekuensi arus bolak-balik
(Hertz)L=Induktansi (Henry)=kecepatan sudut (2fL)
(rad/s)XL=reaktansi induktif (, Ohm)
2.9 Pengisian InduktorBila kita mengalirkan arus listrik I, maka
terjadilah garis-garis gaya magnet. Bila kita mengalirkan arus
melalui spul atau coil (kumparan) yang dibuat dari kabel yang
digulung, akan terjadi garis-garis gaya dalam arah sama
membangkitkan medan magnet. Kekuatan medan magnet sama dengan
jumlah garis-garis gaya magnet dan berbanding lurus dengan hasil
kali dari jumlah gulungan dalam kumparan dan arus listrik yang
melalui kumparan tersebut.
Gambar 2.14 Rangkaian pengisian induktasi dengan tegangan
DC.
Bila arus bolakbalik mengalir pada induktor, maka akan timbul
gaya gerak listrik (GGL) induksi. Hal ini berarti antara arus dan
tegangan berbeda fase sebesar = 90 dan arus tertinggal (lag) dari
tegangan sebesar 90. 2f merupakan perlawanan terhadap aliran
arus
Gambar 2.15 Rangkaian pengisian induktasi dengan tegangan
AC.
2.10 Pengosongan InduktorBila arus listrik I sudah memenuhi
lilitan, maka arus akan bergerak berlawanan arah dengan proses
pengisian sehingga pembangkitan medan magnet dengan garis gaya
magnet yang sama akan menjalankan fungsi dari lilitan tersebut.
Makin tinggi nilai L (induktansi) yang dihasilkan maka makin lama
proses pengosongannya.
Gambar 2.16 Rangkaian pengosongan induktasi.
2.11 Menghitung Impedansi InduktorSetelah diperoleh nilai XL
maka impedansi dapat dihitung:
(2.2)
Z disebut impedansi seri dengan satuan (ohm). Sudut antara V
dengan VR disebut sudut fase atau beda fase. Cosinus sudut tersebut
disebut dengan faktor daya dengan rumus:
(2.3)
Sehingga, yang dimaksud dengan faktor daya adalah:1) Cosinus
sudut yang lagging atau leading.2) Perbandingan = .3) Perbandingan
daya sesungguhnya dengan daya semu.
2.12 Sifat Induktor terhadap arus AC dan DC
Gambar 2.17 Rangkaian induktor terhadap AC.
Bila arus bolakbalik mengalir pada induktor, maka akan timbul
gaya gerak listrik (GGL) induksi yang besarnya:(2.4)Bila ,
maka:(2.5)Jika dan , maka:(2.6)Besarnya dengan ketentuan : XL
adalah reaktansi induktif () adalah 3,14 f adalah frekuensi (Hertz)
L adalah induktansi (H)
2.13 Rumus yang Berhubungan dengan Induktora. Jumlah Lilitan
Kawat sebuah Induktor(2.7)Keterangan: N adalah jumlah lilitan p
adalah panjang kawat (sentimeter) r adalah jari-jari kawat
(sentimeter) L adalah induktansi (Henry)
b. Reaktansi Induktif(2.8)Keterangan: XL adalah reaktansi
induktif () adalah 3,14 f adalah frekuensi (Hz) L adalah induktansi
(H)
c. Menghitung Impedansi Rangkaian R-L Seri(2.9)Keterangan: Z
adalah impedansi () R adalah hambatan () L adalah induktansi
(H)
d. Menghitung Impedansi Rangkaian R-L Paralel(2.10)Keterangan :
Z adalah impedansi R adalah hambatan () L adalah induktansi ( henry
)
e. Nilai Faktor Kualitas (Q)(2.11)Keterangan: Q adalah faktor
kualitas XL adalah reaktansi induktif () R adalah resistansi ()
f. Energi yang TersimpanEnergi yang tersimpan di induktor
ekivalen dengan usaha yang dibutuhkan untuk mengalirkan arus
melalui induktor, dan juga medan magnet:(2.12)Dimana L adalah
induktansi (H) dan I adalah arus (ampere) yang melalui
induktor.
2.14 Rangkaian Induktora. Hubungan SeriCaranya dengan
menghubungkan ujung satu di samping ujung induktor yang satu lagi.
Besar reaktansinya adalah jumlah reaktansi induktif yang
dihubungkan seri tersebut.
Gambar 2.18 Rangkaian seri induktor.
(2.13)(2.14)Keterangan: XLT = jumlah reaktansi induktif total ()
LT = jumlah induksi total (H)
Contoh :Jika diketahui L1 = 10 mH, L2 = 5 mH, L3 = 4 mH, dan
frekuensi 50 Hz.Maka,
b. Hubungan ParalelHubungan paralel terjadi bila semua ujung
induktor digabung menjadi satu dan ujung yang lainnya juga
digabungkan, kemudian setiap ujung gabungan dihubungkan dengan
suatu sumber tegangan.(2.15)Keterangan: LT = jumlah induksi total
(H)
Gambar 2.19 Rangkaian paralel induktor.
c. Rangkaian R-L Seri
Gambar 2.20 Rangkaian seri R-L dan diagram vektor.
Dalam rangkaian seri, besarnya arus pada tiaptiap beban sama.
Akan tetapi, tegangan tiaptiap beban tidak sama, baik besar maupun
arahnya. Pada beban R, arus dan tegangan sebesar 90.
d. Rangkaian R-L Paralel
Gambar 2.21 Rangkaian paralel R-L.
Dalam rangkaian paralel, tegangan tiap komponen atau cabang
adalah sama besar dengan tegangan sumber. Akan tetapi, arus tiap
komponen berbeda besar dan fasenya.
e. Arus Tiap KomponenArus pada resistor:(2.16)Keterangan: arus
sefase dengan tegangan (VR)
Arus pada induktor:(2.17)Keterangan: arus tertinggal dari
tegangan (VL) sebesar 90
2.15 Aplikasi InduktorInduktor sering digunakan pada sirkuit
analog dan pemroses sinyal. Induktor berpasangan dengan kondensator
dan komponen lain membentuk sirkuit tertala (tuned circuit).
Penggunaan induktor bervariasi dari penggunaan induktor besar pada
pencatu daya (power supply) untuk menghilangkan dengung pencatu
daya, hingga induktor kecil yang terpasang pada kabel untuk
mencegah interferensi frekuensi radio melalui kabel. Kombinasi
induktor-kondensator menjadi sirkuit tertala dalam
transmitter/pemancar dan penerima radio.Dua induktor atau lebih
yang berpasangan secara magnetik membentuk transformator (trafo).
Induktor digunakan sebagai penyimpan energi pada beberapa pencatu
daya mode sakelar. Induktor dienergikan selama waktu tertentu, dan
dikuras pada sisa siklus. Perbandingan transfer energi ini
menentukan tegangan keluaran. Reaktansi induktif XL ini digunakan
bersama semikonduktor aktif untuk menjaga tegangan dengan
akurat.Induktor juga digunakan dalam sistem transmisi listrik, yang
digunakan untuk membatasi arus pensakelaran dan arus kesalahan.
Dalam bidang ini, induktor sering disebut dengan reaktor.Induktor
yang memiliki induktansi sangat tinggi dapat disimulasikan dengan
menggunakan girator.
BAB IIIKESIMPULAN
Berdasarkan pembahasan dan tinjauan pustaka mengenai kumparan
pemadam (induktor), penulis mengambil kesimpulan bahwa:1. Kumparan
pemadam (induktor) adalah komponen elektronika pasif yang dapat
menyimpan energi pada medan magnet yang ditimbulkan oleh arus
listrik yang melintasinya.2. Prinsip kerja induktor adalah medan
magnet dan induktansi. Medan magnet akan dihasilkan disekitar
konduktor (penghantar) yang dialiri elektron (arus listrik).
Induktansi merupakan kemampuan induktor untuk menyimpan energi dari
nilai arus tertentu.3. Induktor berfungsi menimbulkan medan magnet,
menyimpan energi, sebagai pelipat tegangan, pembangkit getaran,
penapis (filter), dan sebagai sebagai penala (tuning), menahan arus
AC dan konduktif terhadap arus DC.4. Beberapa jenis induktor yaitu
fixed coil (memiliki harga yang pasti), variable coil (harganya
dapat disetel), dan choke coil (kumparan redam). Berdasarkan
intinya, induktor dibedakan menjadi: air core inductor, radio
frequency inductor, ferromagnetic core inductor, variable inductor,
laminated core inductor, toroidal core inductor, ferrite core
inductor. Sedangkan induktor Rumhkorff dipakai untuk fungsi
pengapian pada kendaraan bermotor.5. Banyak perangkat dan komponen
elektronika yang dibuat dengan mengaplikasikan kumparan induktor
diantaranya adalah relay, speaker, buzzer, bleeper, transformator
(trafo), dan komponen lain yang terkait dengan penggunaan frekuensi
dan medan magnet.
DAFTAR PUSTAKA
Abdullah, Mikrajuddin. 2006. Diktat Kuliah Fisika Dasar II,
Tahap Persiapan Bersama ITB. Bandung: FMIPA ITB.
Abdullah, Mikrajuddin. 2007. Suplemen Materi Kuliah FI-1102,
Fisika Dasar II. Bandung: ITB.
http://elkaasik.com/prinsip-kerja-induktor/ diakses pada Sabtu,
1 Maret 2013 pukul 19.28 WIB
http://femmy.web.id/femmyweb-induktor.html diakses pada Sabtu, 1
Maret 2014 pukul 16.55 WIB
http://id.wikipedia.org/wiki/Induktor diakses pada Sabtu, 1
Maret 2014 pukul 16.57 WIB
http://www.tugasku4u.com/2013/04/induktor.html diakses pada
Sabtu, 1 Maret 2014 pukul 17.00 WIB