Dasar-Dasar Induktor: Kuasai Daya AC dan Pemfilteran Sinyal

Induktor jarang bagi elektronik hobi. Namun, mereka penting untuk dipelajari jika Anda melakukan sesuatu yang melibatkan arus bolak-balik (AC). Mereka populer seperti resistor dalam aplikasi yang menggunakan AC. Mereka memaksa perubahan dalam aliran arus. Akibatnya, mereka bagus untuk memfilter sinyal dan mengubah antara berbagai tegangan AC. Inilah mengapa kita sering menggunakannya dalam suplidan daya variabel. Ini hanya beberapa alasan mengapa Anda harus mempelajari tentang induktor. Meskipun demikian, panduan ini akan menjelajahi beberapa Dasar-Dasar Induktor. 

Apa itu Induktor?

Sekumpulan gulungan induktansi 

Induktor adalah komponen elektronik yang menyimpan energi secara transien. Akibatnya, ia menggunakan medan magnet untuk mencapai ini. Secara umum, sebagian besar induktor tampak seperti gulungan kabel (seringkali kabel tembaga) di sekitar bentuk magnetik atau non-magnetik. Bentuk dapat menggunakan tipe bahan inti utama berikut: 

• Inti Besi
• Inti Ferrit
• Inti Udara
• Induktor inti keramik

Akibatnya, induktor inti ferrit dan besi mungkin paling disukai karena mereka dapat menghasilkan medan magnet yang lebih besar dan oleh karena itu menyimpan lebih banyak energi.  

Bagaimana Induktor Bekerja?

Sebuah induktor

Seperti yang mungkin Anda perhatikan, induktor tidak selalu memerlukan bentuk untuk berfungsi. Sebagian besar induktor udara adalah kabel yang terisolasi rapat dililit bersama tanpa pusat. Karena Hukum Induksi Faraday, saat arus listrik melewati gulungan, ia menciptakan medan magnet. 

Saat kita menggulung sekelompok kabel, ini dapat menciptakan medan magnet yang lebih besar. Saat arus mengalir melalui klaster ini, ia menjadi energi magnet. Namun, saat arus berhenti mengalir, medan elektromagnet hancur, dan energi magnet berubah menjadi energi elektronik. Pada tahap ini, ia meniru kabel klasik.

Namun, membutuhkan waktu sebelum induktor mengubah dan melepaskan semua energi magnet dan listrik, dan ini adalah konsep dasar elektromagnetisme yang semua induktor berfungsi. 

Untuk ilustrasi, kita dapat menganggap induktor sebagai roda air besar. Ketika Anda memiliki roda air yang diam berat dan mulai mengalirkan air melaluinya, akan membutuhkan waktu dan energi untuk menggerakkan roda berputar. Namun, setelah mulai berputar dan memiliki momentum yang cukup, akan membutuhkan waktu untuk berhenti berputar saat Anda mematikan suplidan air. Induktor berfungsi pada prinsip yang sama tetapi dengan muatan listrik.  

Resistensi ini terhadap aliran listrik adalah apa yang kita kenal sebagai induktansi. Ini menggambarkan rasio antara fluks magnet dan arus listrik yang menginduksinya. Ada berbagai macam jenis induktor yang berbeda di pasar elektronika. Semua memiliki properti dasar, konstruksi, dan tujuan unik masing-masing.

Perbedaan Antara Induktor dan Kapasitor

Kapasitor dan induktor papan suplidan daya

Sementara induktor dan kapasitor melayani fungsi yang serupa, mereka bekerja cukup berbeda. Keduanya adalah komponen pasif yang menyimpan energi dari rangkaian dan kemudian melepaskannya. Namun, kapasitor menyimpan energi dalam medan listrik. Sebaliknya, induktor menyimpan energi dalam medan magnet dan melepaskannya sebagai energi listrik. Akibatnya, ini adalah proses yang kita kenal sebagai induksi elektromagnet.

Secara menonjol, inilah di mana induktor mendapat namanya. Meskipun demikian, kita umumnya menggunakan kapasitor dalam aplikasi elektrolit tegangan tinggi seperti suplidan daya.

Kita juga dapat menggunakannya dalam aplikasi tegangan lebih rendah dan tujuan umum di mana kita membutuhkan nilai kapasitansi besar. Di sisi lain, kita menggunakan induktor dalam aplikasi AC seperti radio TV.  

Simbol Induktor

Kita mengukur induktansi menggunakan satuan SI induktansi, yang kita kenal sebagai Henry (H). Ia mendapat namanya dari Joseph Henry, seorang ilmuwan terkemuka yang menemukan induktansi saling. Meskipun demikian, simbol elektronik yang berbeda untuk induktor terlihat seperti ini:

Simbol Elektrik/Elektronik untuk Induktor

Cara Mengukur Induktansi

Sebelum kita dapat menjelajahi cara mengukur induktansi, kita perlu memeriksa faktor-faktor yang mempengaruhi induktansi.

Faktor yang Mempengaruhi Induktansi

Kumpulan induktor choke industri 

Kita dapat menentukan induktansi elektromagnetik sebuah induktor oleh empat faktor utama:

• Jumlah putaran gulungan (N)
• Bahan inti dan permeabilitas (μ)
• Lintang penampang gulungan (A)
• Panjang gulungan (l)

Induktansi berbanding lurus dengan permeabilitas. Jika kita meningkatkan permeabilitas, kita meningkatkan induktansi. Mari kita pertimbangkan induktor inti udara. Udara memiliki permeabilitas relatif 1 (μ = 1). Ini adalah karena udara, banyak seperti keramik, hampir tidak memiliki properti magnet, dan oleh karena itu tidak meningkatkan induktansi gulungan sama sekali.

Jika Anda memerlukan induktor dengan induktansi yang lebih tinggi, Anda harus mempertimbangkan menggunakan inti dengan bahan magnetik atau bahan feromagnetik. Incidensi, induktor inti magnetik memiliki permeabilitas yang berkisar dalam ratusan (μ = 100+).

Seperti itu, mereka menyediakan induktansi yang jauh lebih tinggi untuk ukuran induktor yang sama. Inilah mengapa produsen cenderung menghindari pembuatan induktor inti udara. Sementara Anda mungkin pikir itu ide bagus untuk menggunakan bahan inti dengan permeabilitas tertinggi, itu tidak karena tipe bahan inti mempengaruhi efisiensi daya dan termal. 

Ferrit dan bahan komposit logam adalah dua tipe inti yang umum digunakan oleh produsen dalam konduktor. Setiap tipe bahan memiliki kekuatan dan kelemahan. Misalnya, bahan ferrit cenderung memiliki permeabilitas yang sangat tinggi dan nilai induktansi yang tinggi untuk ukuran paket tertentu. 

Namun, ketidakstabilan termal mungkin menjadi faktor yang mencegah orang memilih bahan inti ini. Mengoperasikan arus masuk di atas tingkat saturasi dapat menyebabkan panas berlebih dan kegagalan rangkaian elektronik. 

Inti komposit logam cenderung lebih diinginkan karena karakteristik saturasi yang lebih lembut. Ini mungkin lebih dekat dengan induktor ideal Anda. Meskipun demikian, saat memilih induktor, ini adalah faktor yang perlu Anda pertimbangkan. Mereka mengontrol dan mempengaruhi properti elektromagnetik induktor.

Cara Menghitung Mikrohenry Gulungan Induktor

Untuk menemukan induktansi gulungan, Anda perlu mengukur panjang(L) dan diameter(d) lingkaran, serta menghitung jumlah (N) putaran (atau cincin dalam lingkaran). Selanjutnya, Anda harus memangkatkan kuadrat kedua jumlah putaran (N^2) dan diameter(D^2). Selanjutnya, Anda perlu mengalikan angka-angkanya masing-masing. Dalam perhitungan terpisah, kalikan diameter dengan 18 (18D) dan tambahkan ke panjang, yang Anda kalikan dengan 40 (40L).

Bagikan persamaan pertama dengan persamaan kedua. Persamaan akhir Anda akan terlihat seperti ini: 

μH =  (N^2)(D^2) ÷ (18D + 40L) 

Perhitungan di atas akan mengungkapkan mikrohenry gulungan. Untuk mengonversi mikrohenry menjadi henry, Anda perlu mengambil hasil dari analisis di atas dan membaginya dengan 1.000.000. Ini adalah karena: 

• 1μH = 0.000001H 
• 1H = 1000000μH    

Anda dapat menemukan kalkulator induktansi gulungan online atau membeli induktor dengan nilai yang dikenal untuk mempermudah bagi Anda. 

Induktor dalam Seri dan Paralel

Sama seperti menempatkan resistor dan kapasitor dalam seri dan paralel, Anda kemungkinan besar akan ingin melakukan hal yang sama dengan induktor. Sebagai aturan umum, induktor ditambahkan dalam string dan paralel dengan cara yang sama seperti resistor. Jadi, persamaan untuk resistor dalam seri dan paralel serupa untuk induktor. 

Induktor dalam seri ditambahkan bersama sama seperti resistor. Katakanlah Anda memiliki dua induktor dalam seri (L1 dan L2). Persamaan akan terlihat seperti ini:

Total = L1 + L2 

Diagram rangkaian induktor dalam seri

Ini masuk akal karena itu arus yang sama yang melewati semua induktor. Jadi, jika ada perubahan dalam draft, perbedaan di semua induktor sama. Saat kita menghubungkan induktor dalam paralel, total induktansi akan lebih kecil dari setiap induktor. 

Sesuai dengan itu, setiap induktor mengalami kurang dari jumlah total arus listrik yang melewati rangkaian listrik karena arus listrik terpecah. Seperti itu, rasio fluks magnet terhadap arus listrik berbeda. Jadi, persamaan akan terlihat seperti ini:

Total = 1/(1/L1+1/L2)

Diagram rangkaian induktor dalam paralel

Energi yang Disimpan oleh Induktor

Dalam bagian ini, kita akan menjelajahi cara menghitung jumlah energi listrik dalam induktor. 

Mari kita ambil contoh di mana arus 15A (Ampere) mengalir melalui induktor 200mH. Energi yang tersimpan adalah 1/2 kali induktansi dikuadratkan wind. 

Template untuk persamaan kami terlihat seperti ini:

U = 1/2L * I^2 

Menggunakan contoh kami, langkah pertama yang perlu kita ambil adalah mengonversi mH (millihenry) menjadi H (henry). Untuk melakukannya, Anda perlu mengalikan nilai induktansi mH dengan 10^-3. Jadi, perhitungan dan hasilnya akan terlihat seperti ini: 

200mh * 10^-3 = 0.2H

Setelah kita memiliki induktansi dalam henry, kita dapat menghitung energi medan magnet. Perhitungan terlihat seperti ini:

U = 1/2(0.2) * 15^2

U = 22.5 Joules   

Ini adalah persamaan standar untuk menghitung energi yang tersimpan dalam medan magnet induktor. 

Aplikasi Induktor

Induktor sebagai choke pada rangkaian 

Kami singkat menyentuh beberapa penggunaan induktor dalam bagian di atas. Meskipun demikian, mari kita lihat lebih dekat dan perluas beberapa aplikasi ini. Kita menggunakan induktor untuk:

• Konverter boost di mana mereka membantu meningkatkan output tegangan arus langsung (DC) sambil mengurangi arus 
• Untuk menghambat suplidan arus bolak-balik dan hanya mengizinkan arus langsung (DC) melewati rangkaian
• Pemisahan frekuensi yang berbeda
• Rangkaian RF, rangkaian analog, dan rangkaian disharmoni
• Motor, transformator, relai, dan berbagai macam elektronik dan konverter lainnya

Ini adalah aplikasi induktor yang paling umum, dan kita juga dapat menggunakan induktor frekuensi lebih tinggi dalam aplikasi radio.  

Ringkasan

Penting untuk diingat bahwa Anda tidak dapat mengukur induktansi dengan multimeter standar. Namun, Anda dapat menemukan model tertentu dengan meter RLC bawaan. Namun, itu tidak akan mengungkapkan hasil yang paling akurat kepada Anda. Untuk mengukur induktansi dengan benar, Anda perlu menggunakan meter RLC. Anda dapat menghubungkan induktor ke unit, dan itu akan menjalankan tes cepat untuk mengukur nilai. Alternatifnya, Anda dapat menggunakan beberapa informasi dalam panduan di atas untuk mencari tahu cara menghitung induktansi sendiri. Meskipun demikian, kami harap Anda telah menemukan teks di atas bermanfaat. Seperti biasa, terima kasih telah membaca.