Pada Gambar 1(a)
dilakukan percobaan dengan melilitkan koil dari kawat berisolasi disekeliling
bahan ferromagnetik dalam hal ini inti besi, kemudian koil dialirkan energi
listrik dengan sumber tegangan AC.
Gambar
1 Belitan koil pada inti besi yang diberi energi listrik
Sebagai induktor,
reaktansi induktif pada koil inti besi melawan tegangan yang diterapkan.
Reaktansi induktif membatasi arus yang mengalir melalui koil dan diberikan oleh
persamaan XL = 2πfL and I=E/X (atau I=E/Z). Untuk penyelesaian pada contoh ini
terlebih dahulu kita membutuhkan pandangan yang lebih rinci tentang interaksi
antara tegangan, arus dan fluks magnetik dalam peralatan.
Hukum Tegangan Kirchhoff menjelaskan
bahwa jumlah aljabar seluruh tegangan dalam loop harus sama dengan nol. Dalam contoh
ini, kita dapat menerapkan hukum dasar tentang listrik untuk menjelaskan
tegangan dari sumber dan tegangan pada induktor. Dalam satu sumber, rangkaian
satu beban, tegangan jatuh yang melalui beban harus sama dengan suplai tegangan
sumber, dengan asumsi tegangan jatuh nol sepanjang penghubung resistansi.
Dengan kata lain, beban (koil induktor) harus menghasilkan tegangan sama dalam
besar dan berlawanan terhadap sumber. Jika bebannya resistor (Gambar 1(b)),
tegangan jatuhnya berasal dari rugi-rugi energi listrik, gesekan dari elektron
yang mengalir melalui resistansi. Dengan menggunakan induktor yang sempurna
(tanpa resistansi dalam kawat koil), melawan tegangan yang berasal dari
mekanisme lain: reaksi terhadap perubahan fluks magnetik dalam inti besi.
Ketika arus AC berubah, fluks berubah, dan perubahan fluks menginduksi EMF
balik.
Michael Faraday menemukan
hubungan matematika antara fluks magnetik (Φ) dan tegangan induksi dengan
persamaan:
Tegangan sesaat (tegangan jatuh pada beberapa saat dalam waktu) melalui
koil adalah sama dengan jumlah lilitan koil yang mengelilingi inti (N) dikali
dengan perubahan rata-rata sesaat dalam fluks magnetik (dΦ/dt) yang terhubung
dengan koil. Pada gambar 2 menunjukkan gelombang sinus (tegangan sumber
sinusoidal), sedangkan gelombang fluks terbelakang 90o terhadap gelombang
tegangan.
Gambar
2 Fluks magnetik terbelakang terhadap tegangan sebesar 90o
Fluks magnetik yang
melalui bahan ferromagnetik adalah analogi dengan arus yang melalui konduktor
yang didorong oleh sejumlah gaya. Dalam rangkaian listrik, gaya pendorongnya
adalah tegangan (electromotive force atau EMF). Dalam rangkaian magnet gaya
pendorongnya adalah magnetomotive force atau mmf.
Dalam contoh tersebut,
mmf dibutuhkan untuk menghasilkan perubahan fluks magnetik (Φ) harus disuplai
oleh perubahan arus melalui koil. Magnetomotive force dihasilkan oleh koil
elektromagnet sama dengan jumlah arus yang melalui koil (dalam amper) dikali
dengan jumlah lilitan dari koil yang mengelilingi inti (satuan SI untuk mmf
adalah amp-turn). Karena hubungan matematika antara fluks dan mmf adalah
sebanding dan mmf dan arus juga sebanding, arus yang melalui koil sama dalam
fase dengan gelombang fluks seperti pada Gambar 3.
Gambar
3 Fluks magnetik, seperti arus tertinggal terhadap tegangan 90o
Pada Gambar 3, arus
bolak-balik yang melalui sebuah induktor tertinggal 90o terhadap
tegangan yang diterapkan. Ini diperlukan untuk menghasilkan perubahan fluks
magnet yang lajunya berubah menghasilkan tegangan yang berlawanan dalam fase
dengan tegangan yang diterapkan. Karena arus ini menghasilkan gaya magnet (mmf)
untuk inti, maka arus ini sering disebut arus magnetisasi (magnetizing
current).
Pada kenyataannya arus
yang melalui induktor inti besi tidak berbentuk sinusoidal sempurna,
dikarenakan tidak liniernya kurva magnetisasi besi. Jika sebuah induktor
terbuat dari bahan yang murah, menggunakan sedikit mungkin besi, fluks magnet
akan mendekati saturasi dan akan menghasilkan gelombang arus magnetisasi yang
terlihat seperti gambar berikut.
Gambar 4 Kerapatan fluks magnetik yang mendekati
saturasi, gelombang arus terdistorsi
Ketika bahan
ferromagnetik mendekati saturasi fluks magnet, tingkat distorsi gaya medan
magnet yang semakin besar dibutuhkan untuk menghasilkan peningkatan yang sama
pada fluks medan magnet. Karena mmf sebanding dengan arus yang melalui koil
magnet (mmf = NI, di mana “N” adalah jumlah lilitan kawat pada koil dan “I”
adalah arus yang melalui koil), peningkatan yang besar dari mmf dibutuhkan
untuk menyuplai peningkatan fluks dalam jumlah besar.
Referensi :
http://forum.allaboutcircuits.com/
No comments:
Post a Comment