Induktansi Diri sebuah Induktor (Coil)

Induktansi adalah nama yang diberikan untuk properti komponen yang menentang perubahan arus yang mengalir melaluinya dan bahkan seutas kawat lurus akan memiliki beberapa induktansi. Bahan induktor melakukan ini dengan menghasilkan ggl yang diinduksi sendiri di dalam dirinya sebagai akibat dari perubahan medan magnetnya.

Dalam rangkaian listrik, ketika ggl diinduksi dalam rangkaian yang sama di mana arus mengubah efek ini disebut Induksi-sendiri, (L) tetapi kadang-kadang umumnya disebut ggl-balik karena polaritasnya berada di arah yang berlawanan dengan tegangan yang diberikan.

Ketika ggl diinduksi menjadi komponen yang berdekatan terletak di dalam medan magnet yang sama, ggl dikatakan diinduksi oleh Induktansi Timbal-balik atau Mutual-induksi, ( M ) dan mutual atau saling induksi adalah prinsip operasi dasar dari Transformator, Motor, Relai, dll.

Induktansi diri adalah kasus khusus induktansi timbal balik, dan karena diproduksi dalam rangkaian tunggal yang terisolasi, kita biasanya menyebut induktansi diri secara sederhana, Induktansi. Unit dasar pengukuran induktansi disebut Henry, ( H ) setelah Joseph Henry, tetapi juga memiliki unit Weber per Ampere ( 1 H = 1 Wb/A ).

Hukum Lenz memberi tahu kita bahwa ggl yang diinduksi menghasilkan arus ke arah yang menentang perubahan fluks yang pada awalnya menyebabkan ggl (gaya gerak listrik), prinsip aksi dan reaksi. Kemudian kita dapat secara akurat mendefinisikan Induktansi sebagai: "sebuah kumparan akan memiliki nilai induktansi satu Henry ketika ggl satu volt diinduksi dalam coil adalah arus yang mengalir melalui coil tersebut berubah pada kecepatan satu ampere/detik".

Dengan kata lain, coil memiliki induktansi, ( L ) dari satu Henry, ( 1H ) ketika arus yang mengalir melalui coil berubah pada laju satu ampere/detik, ( A/s ). Perubahan ini menginduksi tegangan satu volt, ( VL ) di dalamnya. Dengan demikian representasi matematis dari laju perubahan arus melalui gulungan coil per satuan waktu diberikan sebagai:

Di mana: di adalah perubahan arus dalam Ampere dan dt adalah waktu yang dibutuhkan untuk arus ini untuk berubah dalam detik (second). Maka tegangan induksi di coil, ( VL ) dengan induktansi L henry sebagai akibat dari perubahan ini di saat dinyatakan sebagai:

Perhatikan bahwa tanda negatif menunjukkan bahwa tegangan yang diinduksi menentang perubahan arus melalui coil per unit waktu ( di/dt ). Dari persamaan di atas, induktansi kumparan karena itu dapat disajikan sebagai:

Induktansi Induktor (Coil)

Di mana:

L adalah induktansi dalam Henry

VL adalah tegangan melintasi coil dan di/dt adalah tingkat perubahan arus dalam Ampere per detik, A/s. Induktansi, L sebenarnya adalah ukuran dari "resistansi" induktor terhadap perubahan arus yang mengalir melalui rangkaian dan semakin besar nilainya dalam Henry, semakin rendah akan tingkat perubahan arus.

Kita tahu dari tutorial sebelumnya tentang Induktor, bahwa induktor adalah perangkat yang dapat menyimpan energi mereka dalam bentuk medan magnet.

Induktor dibuat dari masing-masing loop kawat yang dikombinasikan untuk menghasilkan coil dan jika jumlah loop dalam coil meningkat, maka untuk jumlah arus yang sama mengalir melalui coil, fluks magnet juga akan meningkat. Jadi dengan meningkatkan jumlah loop atau belokan di dalam coil, meningkatkan induktansi induktor. Kemudian hubungan antara induktansi diri, ( L ) dan jumlah putaran, ( N ) dan untuk coil berlapis tunggal sederhana dapat diberikan sebagai:

Induktansi Diri sebuah Induktor (Coil)

Dimana:

  L ada di Henry

  N adalah Jumlah Putaran

  Φ adalah Fluks Magnetik

  Ι ada di Ampere

Ungkapan ini juga dapat didefinisikan sebagai hubungan fluks magnetis, (NΦ) dibagi dengan arus, secara efektif sama dengan nilai arus yang mengalir melalui setiap belitan coil. Perhatikan bahwa persamaan ini hanya berlaku untuk bahan magnetis linier.

Contoh: Induktansi Induktor No.1

Sebuah coil induktor berinti udara berongga terdiri dari 500 putaran kawat tembaga yang menghasilkan fluks magnet 10mWb ketika melewati arus DC 10 amp. Hitung induktansi diri coil dalam mili-Henry.

Contoh: Induktansi Induktor No.2

Hitung nilai ggl yang diinduksi sendiri yang diproduksi di coil yang sama setelah waktu 10mS.

Induktansi diri dari coil atau lebih tepatnya, koefisien induktansi diri juga tergantung pada karakteristik konstruksinya. Sebagai contoh, ukuran, panjang, jumlah belokan dll.

Oleh karena itu dimungkinkan untuk memiliki induktor dengan koefisien induksi diri yang sangat tinggi dengan menggunakan inti permeabilitas tinggi dan sejumlah besar putaran coil. Kemudian untuk coil, fluks magnet yang dihasilkan di inti dalamnya sama dengan:

Di mana: Φ adalah fluks magnet, B adalah kerapatan fluks, dan A adalah area.

Jika inti bagian dalam coil solenoida yang panjang dengan N jumlah putaran per meter panjang berongga, "berinti udara", maka induksi magnetis di dalam intinya akan diberikan sebagai:

Kemudian dengan mengganti ekspresi ini dalam persamaan pertama di atas untuk Induktansi akan memberi kita:

Dengan membatalkan dan mengelompokkan bersama seperti istilah, maka persamaan terakhir untuk koefisien induktansi diri untuk coil berinti udara (solenoid) diberikan sebagai:

Dimana:

  L ada di Henry

  μo adalah Permeabilitas Ruang Bebas (4.π.10-7 )

  N adalah Jumlah belokan

  A adalah Area Inti Dalam (πr2 ) dalam m2

  l adalah panjang Coil dalam meter

Karena induktansi induktor disebabkan oleh fluks magnet di sekitarnya, semakin kuat fluks magnet untuk nilai arus yang diberikan, semakin besar induktansi. Jadi sebuah coil dari banyak belokan akan memiliki nilai induktansi yang lebih tinggi daripada satu dari hanya beberapa belokan dan oleh karena itu, persamaan di atas akan memberikan induktansi L sebagai sebanding dengan jumlah putaran kuadrat N2.

Selain meningkatkan jumlah putaran coil, kita juga dapat meningkatkan induktansi dengan meningkatkan diameter coil atau membuat inti lebih panjang. Dalam kedua kasus lebih banyak kawat dipergulungann untuk membangun coil dan oleh karena itu, lebih banyak garis gaya ada untuk menghasilkan ggl-balik yang dipergulungann. Induktansi induktor dapat ditingkatkan lebih jauh lagi jika coil dililit ke inti feromagnetik, yang terbuat dari bahan besi lunak, dari satu gulungan pada inti udara non-feromagnetik atau berongga.

Jika inti bagian dalam terbuat dari beberapa bahan feromagnetik seperti besi lunak, kobalt atau nikel, induktansi induktor akan sangat meningkat karena untuk jumlah arus yang sama fluks magnet yang dihasilkan akan jauh lebih kuat. Ini karena dalam bahan tersebut mengkonsentrasikan garis-garis gaya yang lebih kuat melalui bahan inti feromagnetik yang lebih lembut seperti yang kita lihat dalam tutorial Elektromagnet.

Jadi misalnya, jika bahan inti memiliki permeabilitas relatif 1000 kali lebih besar dari ruang bebas, 1000μo seperti besi lunak atau baja, maka induktansi dari coil akan 1000 kali lebih besar sehingga kita dapat mengatakan bahwa induktansi dari coil meningkat proporsional dengan meningkatnya permeabilitas inti. Kemudian untuk gulungan coil di sekitar bekas atau inti persamaan induktansi di atas perlu dimodifikasi untuk memasukkan permeabilitas relatif μr dari material bekas yang baru.

Jika coil dililit ke inti feromagnetik, induktansi yang lebih besar akan terjadi karena permeabilitas inti akan berubah dengan kerapatan fluks. Namun, tergantung pada jenis bahan feromagnetik, fluks magnet inti dapat cepat mencapai saturasi menghasilkan nilai induktansi non-linear. Karena kerapatan fluks di sekitar kumparan kawat bergantung pada arus yang mengalir melewatinya, induktansi, L juga menjadi fungsi dari aliran arus, i.

Dalam tutorial berikutnya tentang Induktor, kita akan melihat bahwa medan magnet yang dihasilkan oleh coil dapat menyebabkan arus mengalir dalam coil kedua yang ditempatkan di sebelahnya. Efek ini disebut Induktansi Timbal-balik atau Mutual Inductance, dan merupakan prinsip dasar pengoperasian transformator, motor dan generator.