Induktansi Dan Rangkaian Rl

PERCOBAAN 8

INDUKTANSI DAN RANGKAIAN RL

I. Tujuan

Mempelajari sifat- sifat komponen dari induktor yang merupakan salah satu

elemen pasif yang paling penting dalam rangkaian AC.

II. Pendahuluan

Induktansi adalah kemampuan dari sebuah konduktor untuk menginduksi

tegangan pada dirinya saat arus berubah sesuai fungsi waktu. Huruf L digunakan

sebagai simbol dari induktansi. Satuan dari induktansi adalah Henry atau H. Satu

henry induktansi menginduksi tegangan 1 volt pada saat arus berubah 1 Amper per

sekon.

Transformator merupakan salah satu contoh dari gabungan beberapa induktor

yang digabungkan bersama- sama. Pada transformator, saat seluruh kumparan

sekunder dilepaskan maka seluruh kumparan primernya hanyalah sebagai induktor

biasa. Rektansi induktif XL adalah sifat dari induktor untuk bertindak sebagai resistor

akan tetapi hanya pada sinyal AC. XL merupakan hasil dari rumus berikut :

XL = ω.L = 2πfL……….. dimana f = frekuensi dalam Hertz

Dimana L = Induktansi dalam H

Induktor dapat diklasifikasi ke dalam 2 tipe aplikasi yang berbeda :

Gulungan RF …………… puluhan KHz untuk beberapa ratus MHz.

Gulungan LF …………… puluhan Hz untuk beberapa ratus KHz.

L pada gulungan LF didapatkan dari formula berikut :

L=0.4 π N2

Ig…………… Henry

Dimana

N = Jumlah lilitan dan ditentukan oleh

N= E x104

4,44Bmf A c

Catatan : lihat gambar 8.1

Celah udara adalah kesenjangan yang disediakan dalam bentuk seri dengan

jalur magnetik fluks. Tujuan dari celah udara adalah untuk mencegah inti dari

kejenuhan ketika kekuatan medan magnet yang berlebihan diterapkan pada inti.

Sebagai contoh, arus AC naik diatas arus DC, atau besar arus AC puncak ke puncak

dapat menyebabkan kejenuhan inti.

Gambar 8.1 Lilitan dan celah udara pada inti

Induktansi dari sebuah induktor inti udara dapat dihitung dengan persamaan berikut :

L=0,04 μ N2 r210−6

l.H

Dimana

N = Jumlah lilitan

r = jari – jari lilitan (Cm)

l = Panjang dari lilitan (Cm)

µ = Permeabilitas (air = 1)

Kumparan dapat menyimpan energi di dalam medan magnet. Namun,

kumparan itu sendiri dapat menghilangkan energi pada saat yang sama disebabkan

oleh resistansi (R) DC dari kumparan. Rasio antara energi yang tersimpan dan hilang

dalam kumparan didefinisikan sebagai faktor kualitas Q.

Q sebuah kumparan = energi yang tersimpan / energi dihamburkan

Q = 2πfLR =

X LR

Dalam sebuah induktor, tegangan dan arus memiliki pergeseran fasa 90 derajat.

Tegangan mendahului arus. Namun, ketika resistansi DC dipertimbangkan seperti

yang ditunjukkan di bawah ini, total resistansi terhadap sinyal AC disebut sebagai

impedansi Z.

Z2 = R2 + XLZ=√R2+X ؞ 2 L

2

Hubungan fase antara Z, XL dan R ditunjukkan pada Gambar 8-2

ER = tegangan R EL = tegangan L

Gambar 8-2 Hubungan fasa dalam rangkaian seri R-L

Ketika R dan Xl berada di paralel, impedansi dan hubungan fase didefinisikan

sebagai berikut.

Hubungan fase dalam rangkaian paralel R-XL seperti yang ditunjukkan pada gambar

8-3

IR = arus melalui R IL = arus melalui L

Gambar 8-3 Hubungan fasa dalam rangkaian paralel R-L

III. Peralatan yang dibutuhkan :

Papan mount BR-3

Papan no-06 (induktor dan induktansi)

Generator Fungsi

Multimeter Digital

LCR Meter Digital

Osiloskop (20 Mhz Dual Trace)

Kabel Koneksi

IV. Langkah- langkah

1. Menginstal papan NO-06 ke papan-mount.

Percobaan reaktansi induktif :

2. Mengatur output generator fungsi (FG) menjadi gelombang sinus, 100 KHz, 20Vp-p

dan hubungkan output ke tempat yang ditandai dengan "f" di sisi kiri dari papan.

Lihat gambar 8-4. Hubungkan CH-1 dan CH-2 dari sebuah osiloskop seperti yang

ditunjukkan pada gambar 8-5.

3. Menyetel basis waktu dari osiloskop untuk mendapatkan dua siklus sinyal 100

KHz pada layar. Ukur tegangan puncak pada "a" dan "b" yang direferensikan ke

GND.

Gambar 8-4 Papan rancangan NO.06

Dimana

N = rasio gulungan dari L1, L2

XL= reaktansi induktif

Gambar 8-5 Osciloskop dihubungkan ke papan

4. Nilai resistor pengindera arus Rd adalah 10 ohm. Ukur tegangan yang melalui

Rd dan hitung arus yang melewati Rd.

5. Dari tegangan yang diukur pada CH-2 dan arus yang diperoleh dari langkah 4.

Hitung impedansi z dan juga besarnya xL.

Catatan :

Diketahui input tegangan E dan arus I. Impedansi z dihitung sebagai E/I. Z

diperoleh, dan xL dapat dihitung dengan :

Z = √R2+X L2 , XL = √Z2+Rd

2

Cara lain menentukan xL adalah dengan menggunakan hubungan E2 = ER2 +

EL2 untuk menentukan EL

Jika EL sudah diketahui, XL dihitung dari XL = EL / I. Lihat gambar 8-6

Gambar 8-6 hubungan phase pada rangkaian RL seri

6. Atur Tegangan puncak CH-1 dan CH-2 menjadi sama besar dan ukur beda

phase antara 2 bentuk gelombang. Bandingkan hasil pengukuran dengan nilai

yang didapat menggunakan rumus berikut :

∅=tan−1 xLR

7. Lepaskan generator fungsi. Menggunakan LCR meter, Ukur induktansi L1 (a-

c), L2 (c-b) dan L (a-b) pada gambar 8-5. Jika L1 = L2, L harus empat kali dari

L1 atau L2. Lihat pendahuluan, jika L1 danL2 tidak sama, L hanya jadi dua kali

lipat.

8. Hubungkan kembali generator fungsi kerangkaian dan ubah frekuensi dari 100

KHz ke 200 KHz. Jangan mengubah amplitudonya. Cari arus I dari Tegangan

Rd

9. Ulangi langkah 5 dengan frekuensi diatur pada 200 KHz. Bagaimana XL

berubah ketika frekuensi dua kali lipat?

Karakteristik frequensi rangkaian RL

10. Lihat gambar 8-7. Hubungkan 10 mH ke 1 KOhm secara seri. Ukur tegangan

EL pada cuplikan frekuensi berikut dan cari grafik karakteristik f vs. Eo.

Cuplikan frekuensi : 1,2,3,4,5,7,10,20,30,40,50,70,100 Khz

Gambar 8-7 Setup untuk pengukuran frekuensi karakteristik

11. Lepaskan 10 mH dan 1 KΩ dari rangkaian. Hubungkan 1 mH dan 100 Ω seri

seperti yang ditunjukkan oleh garis putus-putus. Ulangi langkah 10. Apa

perbedaan dari hasilnya?

Catatan:

Nilai XL dari 1mH induktor adalah 10 waktu lebih besar (63Ω-6.3Ω) dari nilai XL

1 mH inductor (6.3Ω-630Ω) untuk diberikan rentang frekuensi yaitu 1KHz-

100KHz. Dengan kata lain, output impedansi lebih kecil dari 1mH inductor.

12. Untuk rangkaian seri 10mH dan 1KΩ, hitung nilai C pada 1 KHz, 10KHZ, dan

100KHz dengan menggunakan rumus Q= XL/R =2πfL/R.

Catatan:

Eksternal resistor digunakan dalam percobaan ini untuk mewakili komponen

kumparan DC. Biasanya, resistansi internal pada kumparan DC digunakan untuk

menetapkan nilai Q pada kumparan.

V. Ringkasan

1. Induktansi pada kumparan sebanding untuk perkalian bergantian. Untuk

meningkatkan nilai Q pada kumparan, resistansi DC harus diminimalkan. Ketika

inti material superior digunakan, seperti permeabilitas tinggi dan kehilangan inti

rendah, putaran akan dikurangi untuk jumlah induktansi yang sama dan oleh

karena itu nilai Q akan ditingkatkan.

2. Pada reaktansi induktif, tegangan tertentu ditingkatkan 90 derajat. Impedansi

rangkaian R-L seri yaitu √R2+X L2 impedansi memiliki sudut phasa yaitu tan

ɸ = XL/R

3. Reactansi induktif XL sangat proposional untuk melewati palung inductor. Oleh

karena itu pada inductor perlu digunakan elemen penyaring