Induktor: Pengertian, Fungsi, Cara Kerja, dan Jenisnya
Induktor adalah komponen elektronika pasif terdiri dari lilitan kawat penghantar yang mampu menyimpan energi dalam bentuk magnetik ketika diberi arus listrik. Kawat penghantar berinsulasi dililitkan atau digulung sehingga membentuk kumparan dan jadilah induktor. Induktor banyak digunakan untuk rangkaian elektronika yang arus dan tegangannya berubah-ubah. Induktor juga banyak digunakan untuk mengurangi atau mengontrol lonjakan listrik dengan cara menyimpannya dalam bentuk energi sementara di medan magnet, dan akhirnya dilepaskan kembali ke sirkuit.
Besarnya kemampuan induktor dalam menyimpan energi ditentukan dengan induktansinya. Satuan internasioal untuk induktansi adalah Henry (H), diambil dari seorang ilmuwan yang bernama Joseph Henry atas jasa besarnya dalam ilmu magnetism. Induktansi memiliki simbol L yang ditujukan untuk menghormati fisikawan ternama Heinrich Lenz. Induktansi diukur dari jumlah gaya elektromotif akibat perubahan dari arus terhadap waktu. Contohnya adalah sebagai berikut, induktor yang memiliki induktansi 1 Henry, menimbulkan gaya elektromotif 1 volt, terjadi saat arus dalam induktor berubah dengan kecepatan 1 ampere setiap detik/sekon.
Konstruksi Induktor
Induktor memiliki konstruksi yang terdiri dari lilitan atau gulungan yang terbuat dari bahan konduktor dan inti. Kawat tembaga berinsulasi adalah jenis bahan konduktor yang paling banyak digunakan untuk lilitan. Kemudian, untuk inti biasanya menggunakan bahan feromagnetik atau tidak menggunakan apapun (air core). Kelebihan menggunakan bahan feromagnetik adalah kemampuan permabilitas yang tinggi sehingga meningkatkan medan magnet, dan pada saat yang sama membatasinya secara dekat dengan induktor. Dengan begitu, pada akhirnya penggunaan bahan feromagneik untuk inti akan menghasilkan induktansi yang lebih tinggi.
Selain itu, baja listrik laminasi juga dapat digunakan sebagai bahan inti, umumnya digunakan untuk yang berfrekuensi rendah, seperti transformator. Penggunaan baja listrik laminasi untuk inti juga dapat membantu mencegah arus eddy. Sedangkan untuk yang frekuensi tinggi, banyak menggunakan bahan ferit lunak sebagai intinya, ini dikarenakan bahan ferit tidak menyebabkan kerugian daya pada frekuensi tinggi. Bahan ferit mempunyai lengkung histeresis yang sempit dan resistivitasnya yang tinggi sehingga mencegah arus eddy.
Cara Kerja Induktor
Ketika kawat penghantar diberi arus listrik maka kawat akan menghasilkan medan magnet di sekitarnya. Ini dapat dibuktikan dengan cara menempatkan kompas di sekitar kawat yang diberi arus listrik. Jadi, kompas nantinya akan bergerak menyelaraskan arah medan magnet, sedangkan jika arah arus listrik diubah maka kompas juga bergerak berlawan arah dari yang sebelumnya. Besarnya medan magnet juga berbanding lurus dengan besarnya arus listrik yang melewati kawat. Artinya, semakin besar arus listrik yang melewati kawat, semakin besar pula medan magnetnya.
Pada saat kawat penghantar dililit/gulung hingga menjadi kumparan, dan kawat dialiri arus listrik maka akan tercipta medan magnet yang lebih besar dan lebih kuat. Medan magnet yang terbentuk akan menyimpan energi. Kemudian, saat arus diputus, energi yang tersimpan dalam bentuk medan magnet akan dikonversi menjadi arus listrik, saat medan magnet sudah tidak tersedia maka arus listrik juga tidak akan ada atau berhenti mengalir. Proses konversi medan magnet menjadi listrik pada induktor berlangsung sangat cepat.
Jadi, pada dasarnya induktor akan selalu menjaga arus tetap sama, dengan kata lain induktor tidak menginginkan perubahan. Oleh karena itu, pada saat induktor dinaikkan arus listriknya, induktor akan berusaha menghentikannya dengan cara kekuatan yang berlawanan, tetapi setelah medan magnet sudah dalam keadaan maksimum, induktor akan berhenti melawan, dan induktor bekerja layaknya kawat biasa. Namun, ketika arus listrik dikurangi, induktor juga akan melawanya, dengan cara mendorong elektron keluar sehingga arus listrik tetap sama.
Pada gambar di atas terdapat sebuah rangkaian paralel yang terdapat induktor di dalamnya. Ketika rangkaian diberi arus listrik maka terjadi perubahan, dari yang tadinya tidak ada arus menjadi ada kenaikkan arus. Dalam tahap awal, induktor masih melawan arus sehingga membuat hanya sedikit arus yang melewati induktor. Oleh karena itu, arus lebih cenderung melewati lampu (menyala) dan kembali ke baterai.
Kemudian, setelah medan magnet terbentuk secara maksimal karena semakin banyaknya arus yang melewati induktor, arus pada induktor menjadi stabil, induktor pun sudah tidak lagi menolak arus, dan induktor dapat bekerja layaknya kawat penghantar biasa. Hal ini membuat arus (elektron) lebih mudah untuk mengalir ke baterai, jauh lebih mudah apabila harus melewati lampu. Oleh sebab itu, arus tidak lagi mengalir ke lampu (padam) dan akan cenderung melewati induktor hingga pada akhirnya kembali lagi ke baterai.
Selanjutnya, ketika arus dari baterai diputus maka akan terjadi perubahan arus, yaitu pengurangan arus. Induktor juga akan bereaksi untuk melawannya, supaya arus menjadi stabil. Untuk itu, induktor mendorong arus (elektron) untuk keluar. Arus tersebut didapat dari konversi medan magnet yang telah disimpan sebelumnya pada saat masih terhubung dengan baterai. Kemudian, arus dari induktor mengalir ke lampu (menyala) dan kembali lagi ke Induktor. Namun, aliran arus ini akan habis ketika medan magnet pada induktor sudah tidak ada lagi, dan lampu akhirnya padam.
Baca Juga: Transistor: Pengertian, Fungsi, Jenis, dan Cara Kerja
Fungsi Induktor
1. Menyimpan energi listrik dalam bentuk energi magnet.
2. Untuk meningkatkan konverter sehingga meningkatkan output tegangan DC.
3. Sebagai pemblokir arus AC dan hanya mengizinkan arus DC.
4. Untuk menyaring dan memisahkan frekuensi yang berbeda.
Jenis-Jenis Induktor
Menurut bahan pembuat intinya, induktor dapat dibagi menjadi empat, yaitu:
1. Induktor dengan inti udara (air core)
2. Induktor dengan inti besi (iron core)
3. Induktor dengan inti ferit (ferrite core)
4. Induktor dengan nilai konduktansi yang dapat diubah, yaitu inti variabel (variable core)
 |
| (Jenis-jenis induktor dan simbolnya) |
Cara Menghitung Induktor Dalam Konduktor
Seperti yang sudah dijelaskan di atas, induktor pada intinya hanyalah sebuah gulungan kawat. Sementara itu, iduktansi induktor adalah ukuran kemampuannya untuk menyimpan energi dalam bentuk medan magnet. Ketika arus dalam kumparan berubah (dinaikkan atau diturunkan), mengikuti Hukum Lenz bahwa medan magnet akan menginduksi gerakan muatan sedemikian rupa sehingga akan menolak perubahan arus. Induktansi sama dengan gaya gerak listrik atau EMF (Electromotive Force) per satuan laju perubahan arus. Induktansi pada sebuah induktor diukur menggunakan satuan yang disebut Henry atau H.
Karena penampang induktor biasanya berbentuk lingkaran sehingga diketahui besar medan listrik dititik tengah lingkaran adalah sebagai berikut:
B = μμ0ni
Namun, apabila dikembangkan lagi n adalah jumlah lilitan N relatif terhadap panjang induktor l. Oleh karena itu:
n = N/l
Kemudian, i merupakan besar arus yang melewati induktor, sedangkan simbol μ adalah permeability dan μ0 adalah permeability udara vakum. Besarnya permeability μ tergantung dari bahan inti dari sebuah konduktor. Untuk induktor tanpa inti (air core) μ = 1. Apabila kedua rumus di atas disubtitusikan maka rumus induktansi dapat ditulis sebagai berikut:
L = μμ0N²A/l
L: induktansi dalam H (Henry)
μ: permeability inti
μ0: permeability udara vakum
A: luas penampang induktor (m²)
l: panjang induktor (m)
Untuk menghitung nilai induktansi dari sebuah induktor dapat dengan menggunakan rumus berikut:
μ0 = 4 π . 10‾⁷
Rumus di atas dapat dibolak-balik untuk menghitung jumlah lilitan induktor jika nilai induktansinya sudah ditentukan.
Rangkaian Induktor Paralel
Pada induktor yang dirangkai paralel, besar tegangan sama pada setiap induktor, tetapi induktansi efektifnya berkurang. Secara konsep hampir sama dengan resistor, jika dirangkai secara paralel maka resistansi efektifnya akan berkurang, tetapi jika pada konduktor yang berkurang adalah induktansinya. Kemudian, untuk arus yang mengalir akan ada perbedaan pada setiap induktor, ini tergantung pada nilai induktansi induktor tersebut.
Untuk mengetahui arus total dapat menggunakan rumus berikut:
TI = I1 + I2 + I3
Sedangkan jika ingin menghitung tegangan dapat menggunakan rumus berikut:
VAB = LTotal ( V / L1 + V / L2 + V / L3 )
Untuk mengetahui induksi total dapat menggunakan rumus berikut:
1/LTotal = 1/L1 + 1/L2 + 1/L3
Rankaian Induktor Seri
Berbeda dengan rangkai paralel, pada induktor yang dirangkai secara seri akan membuat induktansi efektifnya meningkat. Untuk mengetahui besarnya induksi total juga sangat mudah, yaitu cukup dengan menambahkan dari setiap induktansi pada setiap induktor. Kemudian, arus yang mengalir melalui pada setiap induktor adalah sama, sedangkan tegangan pada setiap induktor berbeda. Tegangan ini tergantung pada nilai induktansi yang dimiliki induktor.
Dalam hukum tegangan Kirchoff, penurunan tegangan total adalah jumlah dari penurunan tegangan pada masing-masing induktor. Oleh karena itu, dalam menghitung total tegangan dapat menggunakan rumus berikut:
VT = V1 + V2 +V3
Arus pada setiap induktor adalah sama. Jadi:
I = I1 = I2 = I3
Induksi total adalah penjumlahan dari semua induktansi yang ada:
LTotal = L1 + L2 + L3
