INDUKTANSI DAN INDUKSI DIRI

A.    Timbulnya Ggl Dan Arus Induksi Pada Transformator

Secara sederhana cara kerja transformator adalah seperti perputaran tegangan arus bolak balik (AC).

Lebih detailnya tentang cara kerja ini adalah ketika lilitan primer dihubungkan dengan tegangan arus bolak balik maka menimbulkan perubahan arus listrik pada lilitan primer yang mempengaruhi medan magnet. Medan magnet yang telah berubah ini semakin diperkuat dengan adanya inti besi dan inti besi tersebut menghantarkannya ke lilitan sekunder. Hal ini akan mengakibatkan timbulnya ggl induksi pada masing-masing ujung lilitan sekunder. Efek dari peristiwa ini dinamakan induktansi timbal balik (mutual inductance). Prinsip kerja ini sama dengan induksi elektromagnetik dimana kesamaan ini adalah terdapat penghubung magnetik diantara sisi primer dan sisi sekunder.

Seperti yang telah diungkapkan pada paragraf pertama bahwa terdapat dua prinsip hukum dalam sebuah cara kerja transformator yaitu hukum induksi faraday dan hukum Lorenz. Dalam hukum induksi faraday menjelaskan bahwa gaya listrik melalui garis lengkung yang tertutup berbanding lurus dengan perubahan persatuan waktu dimana arus induksi dilingkari oleh lengkungan itu. Sedangkan hukum Lorentz menjelaskan bahwasanya arus bolak balik yang beredar mengelilingi inti besi berakibat pada berubahnya inti besi tersebut menjadi magnet. Kemudian apabila magnet tersebut dikelilingi oleh suatu lilitan, maka lilitan tersebut akan mempunyai perbedaan tegangan pada kedua ujung lilitannya. Dari kedua hukum ini dapat disimpulkan bahwa baik hukum induksi faraday maupun hukum Lorenz diterapkan dalam bagaimana transformator bekerja.

B.     Jenis dan Fungsi Transfomator

1.      Jenis – Jenis Transformator

a.       Step-Up

Gambar 4. Lambang transformator step-up

Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan. Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh.

b.      Step-down

Gambar 5. Skema transformator step-down

Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC.

c.       Autotransformator

Gambar 6. Skema transformator

Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara listrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder. Fasa arus dalam lilitan sekunder selalu berlawanan dengan arus primer, sehingga untuk tarif daya yang sama lilitan sekunder bisa dibuat dengan kawat yang lebih tipis dibandingkan transformator biasa. Keuntungan dari autotransformator adalah ukuran fisiknya yang kecil dan kerugian yang lebih rendah daripada jenis dua lilitan. Tetapi transformator jenis ini tidak dapat memberikan isolasi secara listrik antara lilitan primer dengan lilitan sekunder. Selain itu, autotransformator tidak dapat digunakan sebagai penaik tegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali).

d.      Autotransformator Variabel

Gambar 7. Skema Autotransformator Variabel

Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa yang sadapan tengahnya bisa diubah-ubah, memberikan perbandingan lilitan primer-sekunder yang berubah-ubah.

e.       Transformator Isolasi

Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer. Tetapi pada beberapa desain, gulungan sekunder dibuat sedikit lebih banyak untuk mengkompensasi kerugian. Transformator seperti ini berfungsi sebagai isolasi antara dua kalang. Untuk penerapan audio, transformator jenis ini telah banyak digantikan oleh kopling kapasitor.

f.       Transformator Pulsa

Transformator pulsa adalah transformator yang didesain khusus untuk memberikan keluaran gelombang pulsa. Transformator jenis ini menggunakan material inti yang cepat jenuh sehingga setelah arus primer mencapai titik tertentu, fluks magnet berhenti berubah. Karena GGL induksi pada lilitan sekunder hanya terbentuk jika terjadi perubahan fluks magnet, transformator hanya memberikan keluaran saat inti tidak jenuh, yaitu saat arus pada lilitan primer berbalik arah.

g.      Transformator Tiga Fasa

Transformator tiga fasa sebenarnya adalah tiga transformator yang dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan secara bintang (Y) dan lilitan sekunder dihubungkan secara delta (Δ).

2.      Fungsi Transformator

Transformator(Trafo) adalah sebuah komponen atau alat listrik yang berfungsi untuk mengubah (menaikkan atau menurunkan) tegangan arus bolak-balik. Terdapat 3 komponen penting pada transformator, yaitu Lilitan atau Kumparan Primer (Np), Inti Besi (core) dan Lilitan Sekunder (Ns). Lilitan primer berfungsi sebagai penerima tegangan (Vp) dan lilitan sekunder yang nantinya akan mengeluarkan tegangan (Vs) sedangkan inti besi berfungsi untuk mengalirkan medan magnet pada transformator.

C.    Sistem Transmisi Jaringan Energi Listrik

Pembangkit listrik biasanya dibangun jauh dari permukiman penduduk. Proses pengiriman daya listrik kepada pelanggan listrik (konsumen) yang jaraknya jauh disebut transmisi daya listrik jarak jauh. Untuk menyalurkan energi listrik ke konsumen yang jauh, tegangan yang dihasilkan generator pembangkit listrik perlu dinaikkan mencapai ratusan ribu volt. Dalam hal ini transformator berperan penting. Untuk itu, diperlukan transformator step up. Tegangan tinggi ditransmisikan melalui kabel jaringan listrik yang panjang menuju konsumen. Sebelum masuk ke rumah-rumah penduduk tegangan diturunkan menggunakan transformator step down hingga menghasilkan 220 V. Transmisi daya listrik jarak jauh dapat dilakukan dengan menggunakan tegangan besar dan arus yang kecil. Dengan cara itu akan diperoleh beberapa keuntungan, yaitu energi yang hilang dalam perjalanan dapat dikurangi dan kawat penghantar yang diperlukan dapat lebih kecil serta harganya lebih murah.  Fungsi sistem jaringan adalah menyalurkan dan mendistribusikan tenaga listrik dari pusat suplai (gardu induk) ke pusat – pusat /kelompok beban (gardu trafo/distribusi) dan konsumen dengan mutu memadai.

Gardu distribusi adalah suatu tempat/ sarana, dimana terdapat transformator step down yaitu transformator yang menurunkan tegangan dari tegangan menengah menajdi tegangan rendah(sesuai kebutuhan konsumen). Jaringan distribusi berdasarkan letak jaringan terhadap posisi gardu distribusi, dibedakan menjadi 2 (dua) yaitu : Jaringan distribusi primer (jaringan distribusi tegangan menengah). Jaringan distribusi sekunder (jaringan distribusi tegangan rendah).

Jaringan distribusi primer (JDTM) merupakan suatu jaringan yang letaknya sebelum gardu ditribusi berfungsi menyalurkan tenaga listrik bertegangan menengah (misalnya 6 kV atau 20 kV). hantaran dapat berupa kabel dalam tanah atau saluran/kawat udara yang menghubungkan gardu induk (sekunder trafo) dengan gardu distribusi atau gardu hubung (sisi primer trafo didtribusi).

Jaringan distribusi sekunder (JDTR) merupakan suatu jaringan yang letaknya setelah gardu distribusi berfungsi menyalurkan tenaga listrik bertagangan rendah (misalnya 220 V/380 V). Hantaran berupa kabel tanah atau kawat udara yang menghubungkan dari gardu distribusi (sisi sekunder trafo distribusi) ke tempat konsumen atau pemakai (misalnya industri atau rumah – rumah).

D.    Aplikasi Induksi

1.    Microphone

Sekarang tiba saatnya untuk mengenal lebih dalam mengenai komponen terdepan pada audio-chain, yaitu microphone. Pada modul keempat ini pembahasan microphone akan dikhususkan pada aspek karakteristik dan pemilihannya. Sedangkan pada modul berikutnya,akan dibahas mengenai penggunaan microphone dan isu-isu yang mungkin timbul terkait dengan penggunaan microphone. Pengenalan microphone akan sangat membantu karena komponen ini sangat umum dan selalu digunakan di kebanyakan acara.

a.      Karakteristik Microphone

Ada lima area dari karakteristik yang harus dipertimbangkan dalam memilih microphone untuk aplikasi-aplikasi tertentu, yaitu:

1. Prinsip kerja microphone

2. Respon frekuensi microphone

3. Directionality microphone

4. Output elektrik microphone

5. Desain fisik microphone

b.      Prinsip Kerja Microphone: Bagaimana microphone dapat mengubah suara menjadi sinyal elektrik?

Prinsip kerja dari microphone menjelaskan tipe transducer yang berada di dalam microphone tersebut. Transducer adalah sebuah alat yang dapat mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Dalam kaitannya dengan microphone, transducer mengubah energi akustik (suara) mernjadi energi listrik. Menurut cara kerjanya, ada banyak tipe microphone, seperti: dynamic, condenser, ribbon, crystal, carbon, dsb. Namun, ada dua tipe yang paling umum digunakan, yaitu: dynamic dan condenser.

Dynamic microphone menggunakan diafragma/voice coil/susunan magnet yang berfungsi sebagai generator/pembangkit sinyal listrik yang di-drive oleh suara yang masuk. Gelombang suara menabrak sebuah membran plastik tipis yang disebut diafragma sehingga diafragma tersebut bergetar. Sebuah kumparan kawat kecil (voice coil) ditempelkan pada bagian belakang diafragma dan sama-sama ikut bergetar juga ketika diafragma bergetar. Voice coil dikelilingi oleh medan magnet yang tercipta oleh sebuah magnet permanen kecil. Pergerakan voice coil di medan magnet ini akan mengakibatkan terbentuknya sinyal elektrik. Dynamic mic memiliki konstruksi yang sederhana dan juga termasuk ekonomis. Di samping itu, dynamic mic juga tidak terlalu terpengaruh oleh temperatur yang esktrim atau kelembaban dan dapat mengakomodasi SPL yang cukup tinggi tanpa overload. Meskipun demikian, respon frekuensi dan sensitivitas dari dynamic mic terbatas, khususnya pada frekuensi tinggi. Dynamic mic merupakan tipe yang sangat umum digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk di dalam sound system gereja. Dynamic mic tidak dapat dibuat dalam bentuk yang kecil tanpa mengurangi sensitivitasnya. Condenser microphone bekerja berdasarkan diafragma/susunan backplate yang mesti tercatu oleh listrik membentuk soundsensitive capacitor. Gelombang suara yang masuk ke microphone menggetarkan komponen diafragma ini. Diafragma ditempatkan di depan sebuah backplate. Susunan elemen ini membentuk kapasitor yang biasa disebut juga kondenser. Kapasitor memiliki kemampuan untuk menyimpan muatan atau tegangan. Ketika elemen tersebut terisi muatan, medan listrik terbentuk di antara diafragma dan backplate, yang besarnya proporsional terhadap ruang (space) yang terbentuk diantaranya. Variasi dari lebar space antara diafragma dan backplate terjadi karena pergerakan diafragma relatif terhadap backplate sebagai akibat dari adanya tekanan suara yang mengenai diafragma. Hal ini menghasilkan sinyal elektrik sebagai akibat dari suara yang masuk ke condenser microphone.

Telah dijelaskan sebelumnya bahwa kerja condenser mic memerlukan muatan listrik. Terkait dengan hal tersebut, ada tipe condenser mic yang memiliki muatan permanen, ada juga yang menggunakan sumber catu daya eksternal untuk mengisi muatannya. Dalam hal ini, sumber catu daya eksternal yang digunakan dapat berasal dari baterai, atau dari “phantom” power (sebuah metode untuk memberikan daya kepada microphone melalui kabel mic tersebut, dayanya berasal dari mixer). Jika dibandingkan terhadap dynamic mic, condenser mic lebih kompleks dan lebih mahal. Condenser dapat dibuat dengan sensitivitas yang lebih tinggi dan dapat menghasilkan suara yang lebih smooth, lebih natural, khususnya pada frekuensi tinggi. Dengan kondenser, lebih mudah untuk mencapai respon frekuensi flat dan memiliki range frekuensi yang lebih luas. Satu hal lagi yang membedakan dari dynamic mic adalah condenser mic dapat dibuat sangat kecil tanpa banyak mengurangi kinerjanya. Keputusan untuk menggunakan condenser atau dynamic mic bagaimanapun diambil tidak hanya berdasarkan sumber suara, tetapi berdasarkan physical setting juga. Praktisnya, penggunaan microphone harus memperhatikan untuk acara apa dan dimana mic tersebut akan digunakan. Di samping itu, apakah diinginkan hasil dengan kualitas suara yang sangat tinggi atau tidak.

E.     Induktansi Diri dan Induktansi Mutual (Bersama)

Pengertian Induktor, dalam pengukuran sebuah lilitan atau kumparan tidak dapat dipisahkan dengan istilah induktansi, karena induktansi merupakan satuan pengukuran sebuah kumparan (dilambangkan dengan L). Induktor atau reaktor adalah sebuah komponen elektronika pasif (kebanyakan berbentuk torus) yang dapat menyimpan energi pada medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melintasinya.

Kemampuan induktor untuk menyimpan energi magnet ditentukan oleh induktansinya, dalam satuan Henry. Biasanya sebuah induktor adalah sebuah kawat penghantar yang dibentuk menjadi kumparan, lilitan membantu membuat medan magnet yang kuat didalam kumparan dikarenakan hukum induksi Faraday. Induktor adalah salah satu komponen elektronik dasar yang digunakan dalam rangkaian yang arus dan tegangannya berubah-ubah dikarenakan kemampuan induktor untuk memproses arus bolak-balik.

Sebuah induktor ideal memiliki induktansi, tetapi tanpa resistansi atau kapasitansi, dan tidak memboroskan daya. Sebuah induktor pada kenyataanya merupakan gabungan dari induktansi, beberapa resistansi karena resistivitas kawat, dan beberapa kapasitansi. Pada suatu frekuensi, induktor dapat menjadi sirkuit resonansi karena kapasitas parasitnya. Selain memboroskan daya pada resistansi kawat, induktor berinti magnet juga memboroskan daya didalam inti karena efek histeresis, dan pada arus tinggi mungkin mengalami nonlinearitas karena penjenuhan. Induktansi (L) (diukur dalam Henry) adalah efek dari medan magnet yang terbentuk disekitar konduktor pembawa arus yang bersifat menahan perubahan arus. Arus listrik yang melewati konduktor membuat medan magnet sebanding dengan besar arus. Perubahan dalam arus menyebabkan perubahan medan magnet yang mengakibatkan gaya elektromotif lawan melalui GGL induksi yang bersifat menentang perubahan arus. Induktansi diukur berdasarkan jumlah gaya elektromotif yang ditimbulkan untuk setiap perubahan arus terhadap waktu. Sebagai contoh, sebuah induktor dengan induktansi 1 Henry menimbulkan gaya elektromotif sebesar 1 volt saat arus dalam indukutor berubah dengan kecepatan 1 ampere setiap sekon. Jumlah lilitan, ukuran lilitan, dan material inti menentukan induktansi.

Induksi listrik itu adalah fenomena fisika yang apabila pada suatu benda yang tadinya netral atau (tidak bermuatan listrik) menjadi bermuatan listrik karena akibat adanya pengaruh dari gaya listrik atau dari benda yang bermuatan lain dan didekatkan padanya.

Ada dua jenis induktansi, yaitu:

1.      Induktansi diri

Konsep induktansi juga berlaku pada kumparan tunggal yang terisolasi. Jika arus berubah melewati suatu kumparan atau solenoida terjadi perubahan flux magnetic di dalam kumparan, dan ini akan menginduksi ggl pada arah yang berlawanan. Jika arus pada kumparan berkurang, pengurangan flux akan menginduksi ggl dengan arah arus yang sama, sehingga cenderung mempertakankan nilai kuat arus semula. Rumus ggl induksi adalah sebagai berikut:

Dimana konstanta pembanding L disebut induktansi-diri, atau cukup disebut induktansi kumparan dengan satuan henry. Besarnya induktansi bergantung geometri dan ada tidaknya inti besi. Suatu rangkaian AC selalu mengandung induktansi tetapi biasanya kecil kecuali jika rangkaian tersebut menggunakan kumparan dengan jumlah lilitan yang banyak. Sebuah kumparan yang mempunyai induktansi diri disebut inductor atau kumparan penahan. Induktansi sangat bermanfaat pada rangkain tertentu namun kadang-kadang dilakukan pencegahan timbulnya induktansi. Induktansi dapat dikurangi dengan malilitkan kawat berisolasi pada arah berlawanan sehingga arus yang mengalir pada dua arah itu akan saling mengilangkan dan menghasilkan sedikit flux magnet yang dinamakan kumparan noninduktif.

2.      Induktansi Bersama

Jika dua buah kumparan berdekatan dengan yang lain terjadi perubahan arus pada salah satu kumparan yang akan mereduksi ggl pada kumparan yang lain. Menurut hukum Faraday, ggl yang diinduksi ke kumparan 2 sebanding dengan laju perubahan fluks yang melewatinya. Karena fluks sebanding dengan arus yang melewati kumparan 1, harus sebanding dengan laju perubahan arus pada kumparan 1 , sehingga:

dengan konstanta pembanding M yang disebut induktansi bersama. Tanda minus dari hukum Lentz.

Jika melihat situasi kebalikannya, yaitu perubahan arus di kumparan 2 menginduksi ggl pada kumparan 2, konstanta pembandingnya, M, akan meiliki nilai yang sama, sehingga:

Satuan M adalah : .

Contoh induktansi bersama adalah transformator , dimana hubungan kedua kumparan dimaksimalkan sehingga hampir seluruh garis fluks melewati kedua kumparan.

BAB III

PENUTUP

A.    KESIMPULAN

Kelistrikan dapat menghasilkan kemagnetan. Kemagnetan dan kelistrikan merupakan dua gejala alam yang prosesnya dapat dibolak-balik. H.C.Oersted membuktikan bahwa di sekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnet. (artinya listrik menimbulkanmagnet). Tahun 1821 Michael Faraday membuktikan bahwa perubahan medan magnet dapat menimbulkan arus listrik (artinya magnet menimbulkan listrik). GGL induksi dapat terjadi pada kedua ujung kumparan jika didalam kumparan terjadi perubahan jumlah garis-garisgaya magnet (fluksmagnetik). GGL yang timbul akibat adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet dalam kumparan disebut GGL induksi. Induktansi adalah ukuran kemampuan sebuah induktor untuk membangkitkan suatu tegangan induksi sebagai akibat dari perubahan arus yang mengalir pada inductor.

B.     SARAN

Penulis menyadari bahwa dalam pembuatan makalah ini masih banyak kekurangan pada isi yang dimuat. Oleh sebab itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pembaca khususnya civtistas akademika progran studi fisika, dan pada umumnya seluruh pembaca agar karya tulis atau makalah ini dapat menjadi lebih sempurna dan lebih bermanfaat bagi semuanya.