Keunikan Induktor

Dalam kasus yang ideal, induktor bertindak sebagai perangkat reaktif murni. Artinya, penentangannya terhadap arus AC secara ketat didasarkan pada reaksi induktif terhadap perubahan arus, dan bukan gesekan elektron seperti halnya dengan komponen resistif.

Namun, induktor tidak begitu murni dalam perilaku reaktifnya. Pertama-tama, mereka terbuat dari kawat, dan kita tahu bahwa semua kawat memiliki sejumlah hambatan yang dapat diukur (kecuali kawat superkonduktor).

Resistansi bawaan ini bertindak seolah-olah dihubungkan secara seri dengan induktansi kumparan yang sempurna, seperti ini:

Rangkaian Setara Induktor dari induktor nyata.

Akibatnya, impedansi dari setiap induktor nyata akan selalu menjadi kombinasi kompleks dari resistansi dan reaktansi induktif.

Peracikan masalah ini adalah sesuatu yang disebut efek kulit , yang merupakan kecenderungan AC untuk mengalir melalui area luar penampang konduktor daripada melalui tengah. Ketika elektron mengalir dalam satu arah (DC), mereka menggunakan seluruh luas penampang konduktor untuk bergerak.

Elektron mengalihkan arah aliran, di sisi lain, cenderung menghindari perjalanan melalui bagian paling tengah konduktor, membatasi luas penampang efektif yang tersedia. Efek kulit menjadi lebih jelas saat frekuensi meningkat.

Juga, medan magnet bolak-balik dari induktor yang diberi energi AC dapat terpancar ke luar angkasa sebagai bagian dari gelombang elektromagnetik, terutama jika AC berfrekuensi tinggi. Energi yang terpancar ini tidak kembali ke induktor, sehingga memanifestasikan dirinya sebagai resistansi (disipasi daya) di sirkuit.

Arus Eddy di Induktor

Selain kerugian resistif kawat dan radiasi, ada efek lain yang bekerja di induktor inti besi yang memanifestasikan dirinya sebagai resistensi tambahan antara lead. Ketika sebuah induktor diberi energi dengan AC, medan magnet bolak-balik yang dihasilkan cenderung menginduksi arus yang bersirkulasi di dalam inti besi yang dikenal sebagai arus eddy .

Arus listrik di inti besi ini harus mengatasi hambatan listrik yang diberikan oleh besi, yang tidak sebaik konduktor tembaga. Rugi-rugi arus pusar terutama dilawan dengan membagi inti besi menjadi banyak lembaran tipis (laminasi), masing-masing dipisahkan oleh lapisan tipis pernis isolasi listrik.

Dengan penampang inti yang dibagi menjadi banyak bagian yang terisolasi secara elektrik, arus tidak dapat bersirkulasi dalam luas penampang tersebut dan tidak akan ada (atau sangat sedikit) rugi-rugi resistif dari efek tersebut.

Seperti yang mungkin sudah Anda duga, rugi arus eddy di inti induktor logam memanifestasikan dirinya dalam bentuk panas.

Efeknya lebih terasa pada frekuensi yang lebih tinggi, dan bisa sangat ekstrim sehingga terkadang dimanfaatkan dalam proses manufaktur untuk memanaskan benda logam!

Faktanya, proses "pemanasan induktif" ini sering digunakan dalam operasi pengecoran logam dengan kemurnian tinggi, di mana elemen logam dan paduannya harus dipanaskan dalam lingkungan vakum untuk menghindari kontaminasi oleh udara, dan dengan demikian teknologi pemanas pembakaran standar tidak akan berguna.

Ini adalah teknologi "non-kontak", zat yang dipanaskan tidak harus menyentuh kumparan yang menghasilkan medan magnet.

Dalam layanan frekuensi tinggi, arus eddy bahkan dapat berkembang di dalam penampang kabel itu sendiri, berkontribusi pada efek resistif tambahan. Untuk mengatasi kecenderungan ini, kawat khusus yang terbuat dari untaian yang sangat halus dan terisolasi secara individual yang disebut Kawat Litz (kependekan dari Litzendraht ) dapat digunakan.

Isolasi yang memisahkan untaian satu sama lain mencegah arus eddy bersirkulasi melalui seluruh area penampang kabel.

Selain itu, histeresis magnetik apa pun yang perlu diatasi dengan setiap pembalikan medan magnet induktor merupakan pengeluaran energi yang memanifestasikan dirinya sebagai resistansi di sirkuit.

Beberapa bahan inti (seperti ferit) sangat terkenal karena efek histerisnya. Menangkal efek ini paling baik dilakukan dengan cara pemilihan bahan inti yang tepat dan membatasi intensitas medan magnet puncak yang dihasilkan pada setiap siklus.

Secara keseluruhan, sifat resistif nyasar dari induktor nyata (resistensi kawat, kerugian radiasi, arus eddy, dan kerugian histeresis) dinyatakan dalam satu istilah "resistensi efektif:"

Sirkuit ekivalen dari induktor nyata dengan efek kulit, radiasi, arus eddy, dan kerugian histeresis.

Penting untuk dicatat bahwa efek kulit dan kerugian radiasi berlaku dengan baik untuk kawat lurus panjang di sirkuit AC seperti halnya kawat melingkar. Biasanya, efek gabungannya terlalu kecil untuk diperhatikan, tetapi pada frekuensi radio, efeknya bisa sangat besar.

Antena pemancar radio, misalnya, dirancang dengan tujuan untuk menghilangkan jumlah energi terbesar dalam bentuk radiasi elektromagnetik.

Faktor Kualitas (Faktor Q)

Resistansi efektif dalam sebuah induktor dapat menjadi pertimbangan serius bagi perancang rangkaian AC. Untuk membantu mengukur jumlah relatif resistansi efektif dalam sebuah induktor, ada nilai lain yang disebut faktor Q , atau “faktor kualitas” yang dihitung sebagai berikut:

Simbol “Q” tidak ada hubungannya dengan muatan listrik (coulomb), yang cenderung membingungkan. Untuk beberapa alasan, Penguasa memutuskan untuk menggunakan huruf alfabet yang sama untuk menunjukkan jumlah yang sama sekali berbeda.

Semakin tinggi nilai "Q", semakin "murni" induktor tersebut. Karena sangat mudah untuk menambahkan resistansi tambahan jika diperlukan, induktor Q tinggi lebih baik daripada induktor Q rendah untuk tujuan desain. Induktor yang ideal akan memiliki Q tak terhingga, dengan resistansi efektif nol.

Karena reaktansi induktif (X) bervariasi dengan frekuensi, begitu juga Q. Namun, karena efek resistif dari induktor (efek kulit kawat, kerugian radiasi, arus eddy, dan histeresis) juga bervariasi dengan frekuensi, Q tidak bervariasi secara proporsional dengan reaktansi. Agar nilai Q memiliki arti yang tepat, nilai tersebut harus ditentukan pada frekuensi pengujian tertentu.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Induktor