Upload
simon-baguz
View
46
Download
8
Embed Size (px)
DESCRIPTION
ui
Citation preview
PRAKTIKUM IV
PENGARUH FREKUENSI TERHADAP INDUKTOR
YANG DIALIRI ARUS AC
1. TUJUAN
Untuk mempelajari pengaruh frekuensi dan melihat bentuk gelombang
keluaran akibat pengaruh frekuensi terhadap induktor yang dialiri arus AC.
2. ALAT DAN BAHAN
Electromagnetism Trainer 12-100
Osiloskop 2 channel
Milliammeter, 0-10 mA AC
Function Generator 4-16 kHz, 20 V pk-pk sine
3. DASAR TEORI
Sebelum lebih jauh membahas tentang pengaruh frekuensi terhadap
induktor mari kita mengingat terlebih dahulu rumus dari suatu impedansi. Nilai
impedansi dapat dihitung dengan rumus :
|Z|=V rms
I rms
Impedansi seperti yang kita ketahui terdiri dari nilai resistor, inductor dan
kapasitor, sering kali kita kenal dengan R, XL dan XC . Dalam praktikum ini lebih
kita tekankan pada nilai XL atau nilai induktansi dari sebuah inductor. Induktansi
dapat digolongkan seperti padapenjelasan berikut :
a. Induktansi diri
Induktansi diri merupakan suatu besaran yang menyatakan kemampuan
membangkitkan ggl akibat arus yang berubah terhadap waktu. Sedangkan
insduktansi diri merupakan induktansi yang dihasilkan oleh arus kumparan
menginduksi kumparan itu sendiri. Dasar teori medan elektromagnetik dari
induktansi merupakan akibat dari persamaan Maxwell mengenai hukum ggl
induksi Faraday. Persamaan maxwell tersebut adalah sebagai berikut.
Kerapatan fluks magnet B yang berubah terhadap waktu dihasilkan oleh
arus listrik. Arus listrik yang berubah terhadap waktu ini menghasilkan ggl.
Induktansi memiliki satuan H. Hubungan ggl yang muncul akibat perubahan arus
dinyatakan dalam persamaan berikut.
ε : ggl induksi yang muncul pada induktor (Volt)
L : induktansi diri (H)
I : arus pada induktor (A)
Komponen atau benda yang memiliki induktansi diri disebut induktor.
Induktor layaknya seperti sebuah kapasitor, sama-sama menyimpan energi. Hanya
saja induktor menyimpan energi dalam bentuk medan magnet sedangkan kapasitor
menyimpan dalam bentuk medan listrik.
b. Induktansi murni yang dicatu tegangan bolak-balik sinusoidal
Sebuah induktor apabila dicatu dengan tegangan bolak-balik sinusoidal
maka akan mengalir arus yang tertinggal sebesar 900 terhadap tegangan. Arus
yang terjadi merupakan arus bolak-balik. Rangkaian ini disebut rangkaian induktif
murni. Penyimpanan energi dan pelepasan energi dalam medan magnet pada
induktor terjadi secara periodik.
Tegangan sinusoidal dapat dituliskan sebagai berikut
Bila tegangan ini mencatu induktor maka dapat dituliskan sebagai berikut
Arus yang terjadi berbeda fase sebesar 900 terhadap tegangan.
c. Rangkaian induktor dan resistor yang dicatu tegangan bolak-balik sinusoidal
Apabila induktor dan resistor disusun secara seri dan dicatu dengan tegangan
bolak-balik sinusoidal maka persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut.
Sehingga arus yang dihasilkannya adalah sebagai berikut
Sedangkan tegangan jatuh pada induktor dapat diturunkan dari persamaan
arus dengan hubungannya dengan ggl seperti pada persamaan sebelumnya
Bila dinyatakan dalam tegangan efektif
Dimana
f adalah frekuensi tegangan masukan
Dari persamaan tersebut dapat dilihat pengaruh frekuensi terhadap
tegangan pada induktor. Semakin besar frekuensi akan menyebabkan semakin
besarnya tegangan induktor.
Frekuensi adalah ukuran jumlah putaran ulang per peristiwa dalam selang
waktu yang diberikan. Untuk memperhitungkan frekuensi, seseorang menetapkan
jarak waktu, menghitung jumlah kejadian peristiwa, dan membagi hitungan ini
dengan panjang jarak waktu. Hasil perhitungan ini dinyatakan dalam satuan hertz
(Hz) yaitu nama pakar fisika Jerman Heinrich Rudolf Hertz yang menemukan
fenomena ini pertama kali. Frekuensi sebesar 1 Hz menyatakan peristiwa yang
terjadi satu kali per detik. Secara alternatif, seseorang bisa mengukur waktu antara
dua buah kejadian/ peristiwa (dan menyebutnya sebagai periode), lalu
memperhitungkan frekuensi (f ) sebagai hasil kebalikan dari periode (T ), seperti
nampak dari rumus di bawah ini :
Arus Bolak-Balik pada Induktor
Bilamana sebuah induktor dialiri arus bolak-balik, maka pada induktortersebut
akan timbul reaktansi induktif resistansi semu atau disebut jugadengan istilah
reaktansi induktansi dengan notasi XL. Besarnya nilai reaktansi induktif
tergantung dari besarnya nilai induktansi induktor L(Henry) dan frekuensi (Hz)
arus bolak-balik. Gambar dibawah ini memperlihatkanhubungan antara reaktansi
induktif terhadap frekuensi arus bolak-balik
Gambar . Hubungan reaktansi induktif terhadap frekuensi
Besarnya reaktansi induktif berbanding langsung dengan perubahan frekuensi
dan nilai induktansi induktor, semakin besar frekuensi arus bolak-balik dan
semakin besar nilai induktor, maka semakin besar nilai reaktansi induktif XL pada
induktor sebaliknya semakin kecil frekuensiarus bolak-balik dan semakin kecil
nilai dari induktansinya, maka semakin kecil nilai reaktansi induktif XLpada
induktor tersebut.Hubungan ini dapat ditulis seperti persamaan berikut :
4. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Periksalah kelayakan dan kelengkapan alat sebelum menggunakan alat-alat
tesebut untuk praktikum.
2. Mulailah dengan merangkai Electromagnetism Trainer 12-100 terlebih
dahulu. Rangkilah dengan menggunakan jumper (kabel penghubung) yang
tersedia sehingga rangkaian pada papan ET 12-100 sesuai dengan petunjuk
gambar yang tertera pada praktiku ini.
3. Setelah jumper telah selesai dirangkai diatas ET 12-100, maka pastikan
kembali apakah rangkain yang dipasang dalam keadaan benar.
4. Hidupkan osiloskop dengan menggunakan channel yang berfungsi dengan
baik untuk melihat hasil bentuk gelombang. Letakkan pengait (steak) dan
jumper osiloskop ke posisi sesuai dengan gambar.
5. Lakukan hal yang sama terhadap Function Generator 4-16 kHz, 20 V pk-
pk sine. Setelah rangkain sudah benar, maka alat bisa dihidupkan secara
bersama.
6. Kemudian aturlah Vpk-pk di Function Generator 4-16 kHz, 20 V pk-pk
sine sesuai dengan nilai yang telah ditentukan pada tabel dibawah ini.
7. Lakukan pengamatan terhadap bentuk gelombang yang didapat pada
osiloskop dan lihat apa pengaruh yang terjadi selama frekuensi yang yang
digunakan berbeda-beda.
8. Setelah percobaan selesai dilakukan, maka matikan alat-alat percobaan
sesuai dengan prosedur dari asisten yang mengajar.
Gambar 4.1. Diagram Rangkaian
Induktor atau kumparan adalah salah satu komponen pasif elektronika
yang tersusun dari lilitan kawat dan bisa menghasilkan medan magnet bila dialiri
arus listrik dan sebaliknya bisa menghasilkan listrik bila diberi medan magnet.
Induktor termasuk komponen elektronika yang bisa menyimpan muatan listrik.
Pada umumnya induktor dibuat dari kawat penghantar tembaga yang berbentuk
kumparan atau lilitan. Induktor bersama kapasitor dapat berfungsi sebagai
rangkaian resonator yang dapat beresonansi pada frekuensi tertentu. Henry disebut
satuan induktansi dimana ( h=henry, mh=mili henry, uh=mikro henry, nh=nano
henry ) dengan notasi penulisan huruf l.
Suatu induktor disebut ideal jika mempunyai induktansi, namun tanpa
resistansi atau kapasitansi, dan tidak memboroskan energi. Pada kenyataanya
sebuah induktor adalah kombinasi dari induktansi, beberapa resistansi dan
beberapa kapasitansi. Lantaran kapasitas parasitnya itu induktor bisa menjadi
sirkuit resonansi pada suatu frekuensi. Induktor berinti magnet tak hanya
memboroskan energi pada resistansi kawat, namun bisa memboroskan energi di
dalam inti karena dampak histeresis, dan bisa mengalami non linearitas karena
adanya penjenuhan pada arus tinggi.
Ada beberapa kegunaan induktor, diantaranya :
Sebagai pemroses sinyal pada rangkaian analog
Dapat menghilangkan noise ( dengung )
Dapat mencegah interferensi frekuensi radio
Sebagai komponen utama pembuatan transformator
Sebagai filter pada rangkaian power supply
Berdasarkan kegunaannya tersebut induktor bekerja pada:
Frekuensi tinggi pada spul antena dan osilator
Frekuensi menengah pada spul MF
Frekuensi rendah pada trafo input, trafo output, spul speaker, trafo tenaga,
spul relay dan spul penyaring
Sedangkan fungsi induktor adalah :
Penyimpan arus listrik dalam bentuk medan magnet
Menahan arus bolak-balik ( AC )
Meneruskan/meloloskan arus searah ( DC )
Sebagai penapis (filter) Sebagai penalaan (tuning)
Kumparan/coil ada yang memiliki inti udara, inti besi, atau inti ferit
Tempat terjadinya gaya magnet
Pelipat ganda tegangan
Pembangkit getaran
Berdasarkan prinsip kerja dan fungsi induktor, banyak perangkat dan komponen
elektronika yang dibuat dengan mengunakan kumparan induktor seperti relay,
speaker, trafo, buzzer , dan komponen lain yang terkait dengan frekuensi dan
medan magnet.
(Dikutip dari : http://dasarelektronika.com/pengertian-dan-fungsi-induktor/)
Induktansi Bolak-balik
Bila dua kumparan ditempatkan berdekatan satu sama lain dan salah satu
kumparan (L1) diberi arus listrik AC, pada L1 akan terjadi fluks magnet. Fluk
magnet ini akan melalui kumparan kedua (L2) dan akan membangkitkan emf
(elektro motorive force) pada kumparan L2. Efek seperti ini disebut induksi timbal
balik (mutual induction).
Perlawanan yang diberikan kumparan tersebut dinamakan reaktansi induktif.
Reaktansi Induktif ini diberi simbol XL dalam satuan Ohm.
Pengisian Induktor
Bila 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,a 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
Bila arus bolak – balik mengalir pada induktor, maka akan timbul gaya gerak
listrik (ggl) induksi Hal ini berarti antara arus dan tegangan berbeda fase sebesar
Л /2 = 900 dan arus tertinggal (lag) dari tegangan sebesar 900. 2Лf merupakan
perlawanan terhadap aliran arus.
Pengosongan Induktor
Bila arus listrik l sudah memenuhi lilitan , maka terjadilah 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.
(Dikutip dari: http://m-edukasi.net/online/2008/kapasitor/prinsipind.html)
Fungsi Induktor
Fungsi utama dari induktor di dalam suatu rangkaian adalah untuk melawan
flutuasi arus yang melewatinya. Aplikasinya pada rangkaian DC salah satunya
adalah untuk menghasilkan tegangan DC yang konstan terhadap fluktuasi beban
arus.
Pada aplikasi rangkaian AC, salah satu gunanya adalah bisa untuk meredam
perubahan fluktuasi arus yang tidak diinginkan. Akan lebih banyak lagi fungsi
dari induktor yang bisa diaplikasikan pada rangkaian filter, tuner dan sebagainya.
Induktor (kumparan) merupakan salah satu komponen pasif elektronika yang bisa
menghasilkan medan magnet bila dialiri oleh arus listrik dan sebaliknya bisa
menghasilkan listrik bila ia diberi medan magnet. Pada umumnya induktor ini
dibuat dari bahan kawat penghantar tembaga yang dibentuk menjadi kumparan
atau lilitan. satuan induktansinya disebut henry ( h=henry, mh=mili henry,
uh=mikro henry, nh=nano henry ) dengan notasi penulisan huruf l.
Gambar Induktor
Berdasarkan fungsi dari induktor, maka terdapat bermacam-macam induktor :
- Induktor dengan inti isolator.
- Induktor dengan inti udara.
- Induktor dengan perubahan inti.
- Induktor dengan inti besi.
Atas dasar fungsi tersebut terdapat dua macam rangkaian induktor, yaitu :
Rangkaian Seri
Gambar Rangkaian Seri
Rumus : Lt = L1+L2+:3
Rangkaian Paralel
Gambar Rangkaian Paralel
Rumus : 1/Lt = 1/L1+1/L2+1/L3
Selain mempunyai fungsi khusus, induktor pun memiliki sifat-sifat tersendiri,
diantaranya :
Induktor mempunyai sifat dapat menyimpan energi dalam bentuk medan
magnet.
Jika induktor dipasang arus konstan/DC, maka tegangan sama dengan nol.
Sehingga induktor bertindak sebagai rangkaian hubung singkat/ short
circuit.
(Dikutip dari : http://rangkaianelektronika.info/fungsi-induktor/)
Elektromagnet
Listrik dan magnet adalah dua hal yang tidak dapat dipisahkan, setiap ada
listrik tentu ada magnet dan sebaliknya. Misalnya ada gulungan kawat tembaga
dan pada gulungan tersebut kita alirkan listrik, maka akan timbul medan magnet,
sebaliknya apabila kita menggerakkan magnet dekat gulungan tersebut, akan
timbul listrik dalam gulungan itu.
Kalau kita mempelajari sifat-sifat listrik, maka kita bayangkan listrik itu
sebagai air. Ia dapat tertampung dan diam pada suatu tempat dan bisa juga
mengalir melalui suatu pipa. Listrik akan mengalir bila ada perbedaan potensial
atau perbedaan tekanan (voltage). Gaya yang menyebabkan listrik mengalir
dinamakan Elektromotive Force (EMF).
Kalau listrik mengalir akan timbul gaya yang menahan lajunya aliran itu,
gaya ini disebut Resistansi. Bahan yang mudah sekali mengalirkan listrik
dinamakan Konduktor dan yang tidak bisa mengalirkan listrik dinamakan Isolator.
Perak, tembaga, emas dan aluminum berturutturut adalah konduktor yang baik.
Bahan yang pada kondisi tertentu menjadi konduktor dan pada kondisi lain
menjadi isolator disebut Semikonduktor.
Komponen elektronik yang dibuat untuk menahan aliran listrik dinamakan
Resistor. Suatu Kondensator adalah komponen elektronik yang dibuat untuk dapat
mewadahi listrik. Suatu kumparan kalau dialiri listrik bisa menimbulkan medan
magnet dan timbulnya medan magnet, komponen elektronik ini disebut Induktor.
Listrik bisa mengalir ke satu arah saja dinamakan arus searah atau DC dan
bisa juga alirannya bolak balik disebut arus bolak balik atau AC. Jumlah bolak-
balik arah setiap detiknya dinamakan Frekuensi. Magnet
Apabila kawat tembaga yang dililitkan pada sebatang besi dialiri listrik,
batang besi tersebut akan menjadi magnetis. Tetapi kalau aliran listrik diputus,
besi tidak magnetis lagi. Batang besi itu disebut megnet temporer, misalnya
terdapat pada reley. Bila setelah listrik diputus, besi masih magnetis, maka batang
besi itu disebut magnet permanen.
Solenoid
Arah medan magnet sesuai hukum Corkscrew dari Maxwell, kalau diputar ke
kanan menuju ke depan (yang depan itu kutub utara magnet).
(Dikutip dari: http://opensource.telkomspeedy.com/wiki/index.php/Circuit_Dasar
_dan Perhitungan_Elektronika)
Berikut Jenis-Jenis Induktor
a. Choke
Piranti ini di gunakan untuk menahan sinyal (AC) frekuensi tinggi agar
tidak melewati satu bagian tertentu dari rangkaian. Sinyal-sinyal frekuensi rendah
atau tegangan DC akan di biarkan lewat. Choke-shake berukuran besar memiliki
bentuk seperti trafo, namun h hanya memiliki satu buah kumparan. Choke-
choke yang lebih kecil terdiri dari butiran-butiran atau gelang-gelang yang
terbuat dari bahan ferit, yang dirangkaikan dengan seutas kawat yang membawa
sinyal-sinyal frekuensi tinggi. Ferit adalah sebuah bahan yang mengandung besi
sehingga bahan ini berfungsi sebagai inti yang menyediakan saluran bagi garis-
garis gaya magnet di sekitar kawat. Terkadang, sebuah coke di buat dengan cara
melilitkan kawat pada sebuah cincin ferit.
b. Kumparan Penala
Piranti ini di gunakan pada pesawat pemancar dan penerima radio, untuk
menala ( tuning) rangkaian elektronik di dalamnya agar bekerja pada suatu
frekuensi radio tertentu. Kumparan di lilitan pada sebuah wadah plastik dan ini
memiliki sebuah inti ferit atau inti keramik debu besi yang dapat di putar keluar
masuk kumparan untuk Menala rangkaian. Dua buah kumparan atau lebih dapat
dilitkan pada sebuah wadah untuk membentuk sebuah trafo .
c. Toroid
Ada satu jenis induktor yang kenal dengan nama toroid. Jika biasanya
induktor berbentuk silinder memanjang, maka toroid berbentuk lingkaran.
Biasanya selalu menggunakan inti besi (core) yang juga berbentuk lingkaran
seperti kue donat.
Salah satu keuntungan induktor berbentuk toroid, dapat induktor dengan
induktansi yang lebih besar dan dimensi yang relatif lebih kecil dibandingkan
dengan induktor 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.
d. 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 nickle, manganase, zinc
(seng) dan mangnesium. 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.
Penggunaan ferit juga disesuaikan dengan frekeunsi kerjanya. Karena
beberapa ferit akan optimum jika bekerja pada selang frekuensi tertentu. Berikut
ini adalah beberapa contoh bahan ferit yang dipasar dikenal dengan kode nomer
materialnya. Pabrik pembuat biasanya dapat memberikan data kode material,
dimensi dan permeability yang lebih detail.
Tabel 9.4 Data Material Ferit
MATERIAL NOMOR Permability Freq.Optimun (MHz)
67
68
77
F
J
W
H
40
20
2000
3000
5000
10.000
15.000
10-80
80-180
0.5-50
0.5-50
<1 span="">
<1 span="">
<200 khz="" span="">
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. 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.
(Dikutip dari : http://faizalnizbah.blogspot.com/2013/07/jenis-jenis-induktor.html)