Mempelajari Tentang Permeabilitas Inti Transformator: Kunci untuk Transformer yang Lebih Baik

Pernahkah Anda bertanya pada diri sendiri mengapa transformator bekerja dengan sangat baik? Ide kuncinya ada di bagian dalam. Itu ada di bagian yang disebut inti transformator. Hal terpenting dari inti ini adalah kualitas khusus yang disebut permeabilitas. Dalam artikel ini, Anda akan mengetahui apa itu permeabilitas. Anda juga akan belajar mengapa itu sangat penting. Ketika Anda mengetahui tentang permeabilitas bahan inti, itu akan membantu Anda melihat bagaimana transformator bekerja. Anda akan belajar mengapa beberapa lebih baik daripada yang lain. Dan Anda akan tahu cara memilih yang tepat untuk sirkuit listrik Anda.

Apakah Permeabilitas Magnetik dalam Inti Transformator?

Pikirkan tentang handuk kertas. Beberapa tisu dapat menyerap banyak air. Yang lainnya tidak dapat menyerap banyak sama sekali. Permeabilitas magnetik sangat mirip dengan itu, tetapi ini untuk medan magnet, bukan air. Permeabilitas suatu bahan memberi tahu Anda seberapa baik bahan tersebut menahan medan magnet. Bahan dengan permeabilitas tinggi dapat "menyerap" banyak energi magnetik. Inti transformator menggunakan bahan yang memiliki permeabilitas tinggi. Hal ini membantu menunjukkan medan magnet ke mana harus pergi.

Dalam sebuah transformator, arus listrik bergerak melalui kumparan kawat. Kawat ini disebut belitan. Arus ini menghasilkan medan magnet. Inti diletakkan di dalam kumparan ini. Permeabilitas yang tinggi dari bahan inti membantu mengumpulkan medan magnet ini. Hal ini membuat medan menjadi sangat kuat. Medan yang kuat itu kemudian membuat arus pada belitan kedua. Jika inti tidak bagus, medan magnet akan lemah dan akan menyebar. Inti yang baik membantu transformator melakukan tugasnya dengan cara yang jauh lebih baik. Permeabilitas inti adalah bagian yang sangat penting dari konstruksinya.

Mengapa Bahan Inti dengan Permeabilitas Tinggi Sangat Penting?

Bahan inti dengan permeabilitas tinggi sangatlah penting. Hal ini memungkinkan Anda menciptakan fluks magnetik yang kuat dengan hanya menggunakan sedikit arus listrik. Hal ini berguna untuk dua alasan utama. Pertama, membantu menghemat energi. Anda tidak memerlukan arus yang besar untuk membuat transformator bekerja. Arus yang lebih rendah berarti lebih sedikit daya yang terbuang di sirkuit. Kedua, ini berarti Anda dapat membuat trafo yang lebih kecil dan lebih ringan. Inti bisa lebih kecil karena bahannya sangat bagus dalam melakukan tugasnya.

Tugas utama inti transformator adalah membuat jalur sederhana untuk diikuti oleh fluks magnetik. Bahan dengan permeabilitas tinggi memiliki "resistensi" yang rendah terhadap fluks magnetik. Ini berarti fluks yang dibuat oleh arus primer dapat bergerak dengan mudah. Fluks ini bergerak melalui inti ke belitan kedua. Koneksi yang kuat inilah yang membuat transformator bekerja dengan sangat baik tanpa pemborosan. Inti dengan permeabilitas yang lebih tinggi akan menghasilkan induktansi yang lebih tinggi untuk kumparan dengan jumlah lilitan yang sama. Induktansi yang lebih tinggi ini membantu menjaga arus magnetisasi tetap rendah. Arus magnetisasi adalah arus yang Anda butuhkan hanya untuk membuat fluks dalam inti.

Bagaimana Bahan Inti Mempengaruhi Fluks dan Arus Magnetik?

Bahan inti seperti jantung dari transformator. Jenis bahan yang Anda pilih berdampak langsung pada fluks magnetik dan arus yang Anda butuhkan. Ketika Anda mengirimkan tegangan ke belitan primer, arus kecil mulai mengalir. Ini disebut arus magnetisasi. Arus inilah yang membuat fluks magnet di dalam inti. Jika bahan inti memiliki permeabilitas tinggi, arus yang sangat kecil dapat menghasilkan fluks yang sangat besar.

Hubungan antara arus dan fluks sangat penting. Inti yang sempurna akan memungkinkan Anda untuk membuat fluks magnet raksasa dengan arus yang hampir nol. Bahan inti yang sebenarnya tidak sempurna, tetapi beberapa di antaranya sangat bagus. Bahan inti yang baik memastikan bahwa hampir semua fluks magnet dari kumparan pertama sampai ke kumparan kedua. Hal ini membuat transfer daya dari satu sirkuit ke sirkuit berikutnya bekerja dengan sangat baik. Bahan inti yang buruk akan membiarkan fluks magnet keluar. Hal ini akan membutuhkan lebih banyak arus dan akan membuang energi. Impedansi belitan primer juga berubah, karena permeabilitas yang tinggi menyebabkan induktansi yang tinggi dan impedansi induktif yang tinggi.

Apa Saja Jenis Bahan Inti Transformator yang Berbeda?

Tidak semua bahan inti dibuat dengan cara yang sama. Bahan terbaik untuk pekerjaan tertentu akan bergantung pada hal-hal seperti biaya, frekuensi, dan tingkat daya. Beberapa bahan umum jauh lebih baik daripada yang lain untuk pekerjaan tertentu. Memilih bahan inti adalah langkah yang sangat penting dalam desain.

Berikut ini adalah tabel bahan inti transformator yang umum dan untuk apa bahan tersebut sering digunakan:

Setiap bahan memiliki nilai permeabilitasnya sendiri. Inti besi adalah pilihan yang baik untuk banyak pekerjaan dengan frekuensi rendah. Untuk sirkuit frekuensi tinggi, Anda memerlukan bahan seperti ferit. Menggunakan bahan inti yang salah pada frekuensi tinggi dapat menghasilkan banyak panas dan menyebabkan kerugian inti yang besar.

Bagaimana Anda Dapat Mengukur Permeabilitas Inti?

Anda mungkin bertanya, "Bagaimana cara mengukur permeabilitas inti?" Anda tidak dapat mengetahuinya hanya dengan melihatnya. Tetapi ada cara khusus untuk menemukan kualitas penting ini. Anda dapat menemukan nilainya dengan membuat induktor dan mengambil beberapa pembacaan listrik. Pertama, Anda mengambil inti yang ingin Anda uji. Kemudian Anda melilitkan gulungan kawat di sekelilingnya. Anda perlu tahu berapa kali kawat itu berputar. Hal ini membuat induktor sederhana.

Selanjutnya, Anda mengirimkan tegangan AC ke belitan dan mengukur arus AC yang melaluinya. Dengan menggunakan tegangan dan arus, Anda dapat menemukan impedansi induktor. Impedansi induktor sebagian besar berasal dari induktansinya pada frekuensi tertentu. Karena itu, Anda dapat mengetahui induktansinya. Ada rumus sederhana yang menghubungkan induktansi, jumlah lilitan, ukuran inti, dan permeabilitasnya. Anda dapat mengubah rumus tersebut untuk memecahkan permeabilitas bahan inti. Cara mengukur kualitas magnetik ini sangat membantu. Untuk mengukurnya dengan cara yang benar, Anda harus menjaga arus tetap rendah. Hal ini dilakukan agar Anda tidak mendorong inti menjadi jenuh.

Apa Itu Kurva B-H dan Apa yang Dapat Ditunjukkannya Kepada Kita Tentang Permeabilitas?

Kurva B-H adalah grafik khusus. Grafik ini memberi tahu Anda semua tentang bahan inti magnetik. Ini adalah alat yang sangat berguna. 'H' pada garis di bagian bawah adalah kekuatan medan magnet. Anda dapat menganggap ini sebagai pekerjaan yang Anda lakukan. Ini dibuat oleh arus dalam kumparan. 'B' pada garis yang naik ke atas adalah kerapatan fluks. Ini adalah hasil yang Anda dapatkan dari pekerjaan Anda. Ini menunjukkan berapa banyak fluks magnetik yang masuk ke dalam inti.

Bahan inti yang bagus akan memberikan hasil yang besar (B) hanya dengan sedikit usaha (H). Ini berarti kurva B-H akan sangat curam di bagian awalnya. Seberapa curam garis pada kurva ini adalah permeabilitas. Garis yang naik lebih cepat berarti permeabilitas yang lebih tinggi. Kurva B-H juga menunjukkan batas kejenuhan. Setelah titik tertentu, garis pada grafik menjadi datar. Ini berarti bahwa meskipun Anda mengirimkan lebih banyak arus, Anda tidak bisa mendapatkan lebih banyak fluks di dalam inti. Inti sudah penuh, yang disebut saturasi. Melihat kurva ini membantu Anda mengetahui batas inti Anda. Kurva bh ini terlihat berbeda untuk setiap jenis bahan.

Bagaimana Frekuensi Mempengaruhi Kerja Material Inti?

Frekuensi arus AC membuat perbedaan yang sangat besar pada inti transformator. Bahan inti yang bekerja sangat baik pada frekuensi rendah mungkin sangat buruk pada frekuensi tinggi. Hal ini terjadi karena adanya rugi-rugi inti. Pada frekuensi yang lebih tinggi, beberapa jenis kehilangan energi di dalam inti menjadi jauh lebih besar. Energi yang hilang ini berubah menjadi panas. Panas buruk bagi rangkaian transformator.

Dua masalah terbesar pada frekuensi tinggi adalah histeresis dan arus pusar. Kehilangan histeresis terjadi karena dibutuhkan energi untuk membalik medan magnet dalam inti bolak-balik. Hal ini terjadi berulang-ulang pada setiap siklus arus AC. Masalah lainnya adalah arus pusar. Ini adalah arus listrik kecil yang berputar-putar di dalam bahan inti itu sendiri. Arus ini dibuat oleh fluks magnetik yang berubah-ubah. Arus ini tidak berfungsi dengan baik. Arus ini hanya menghasilkan panas dan membuang daya. Bahan seperti ferit memiliki hambatan listrik yang sangat tinggi, atau resistivitas. Kualitas ini membantu menghentikan arus pusar. Hal ini menjadikannya pilihan yang baik untuk penggunaan frekuensi tinggi. Inti besi akan menjadi sangat panas pada frekuensi tinggi.

Apa Itu Kehilangan Inti dan Bagaimana Hubungannya dengan Permeabilitas?

Rugi-rugi inti seperti pajak atas energi yang digunakan transformator Anda. Ini adalah energi yang hilang di dalam inti. Sebagian besar energi yang hilang ini menjadi panas. Transformator yang memiliki rugi-rugi inti yang tinggi tidak terlalu baik dalam tugasnya. Anda ingin memilih bahan inti yang memiliki kerugian inti rendah untuk frekuensi yang Anda gunakan. Permeabilitas terkait dengan hal ini, tetapi memiliki permeabilitas tinggi tidak selalu berarti kerugian akan rendah.

Ada dua jenis kerugian utama yang harus Anda ketahui:

• Kehilangan Histeresis: Kehilangan ini berasal dari energi yang dibutuhkan untuk memagnetisasi dan kemudian mendemagnetisasi bahan inti selama setiap siklus AC. Ruang di dalam loop B-H pada kurva B-H menunjukkan seberapa besar kerugian histeresis yang ada. Bahan dengan loop B-H yang kurus memiliki kerugian histeresis yang rendah.
• Rugi Arus Eddy: Kehilangan ini berasal dari arus berbentuk lingkaran kecil. Fluks magnetik yang berubah-ubah membuat arus ini berada di dalam inti. Arus ini mengalir karena bahan inti dapat menghantarkan listrik. Arus ini tidak melakukan pekerjaan yang bermanfaat dan hanya menghasilkan panas. Untuk membuat arus pusar menjadi lebih kecil, banyak inti dibuat dari lembaran tipis yang terpisah-pisah. Konstruksi ini disebut laminasi. Ini memutus jalur untuk arus.

Memilih bahan inti dengan kualitas yang menurunkan kerugian ini sangat penting. Bahan inti yang tepat memberi Anda permeabilitas tinggi dan kehilangan inti yang rendah pada frekuensi di mana ia akan bekerja.

Permeabilitas Relatif vs Permeabilitas Absolut: Apa Perbedaannya?

Anda mungkin pernah mendengar dua nama untuk permeabilitas: relatif dan absolut. Keduanya saling berhubungan tetapi mengukur sesuatu dengan cara yang sedikit berbeda. Sangat mudah untuk memahami perbedaannya. Permeabilitas absolut adalah permeabilitas ruang kosong, atau ruang hampa. Ini adalah angka dasar dalam sains yang tidak berubah. Simbolnya adalah μ₀. Ini memiliki nilai yang sangat kecil dan ditetapkan. Ini adalah titik awal untuk mengukur semua medan magnet.

Permeabilitas relatif adalah apa yang biasanya dibicarakan orang ketika mereka mendiskusikan materi inti. Simbolnya adalah μᵣ. Simbol ini menunjukkan berapa kali lebih baik suatu bahan dalam membawa fluks magnet jika dibandingkan dengan ruang kosong. Sebagai contoh, jika suatu bahan memiliki permeabilitas relatif 2.000, itu berarti bahan tersebut dapat memfokuskan medan magnet 2.000 kali lebih baik daripada ruang kosong. Anda dapat menemukan permeabilitas absolut suatu bahan dengan rumus sederhana. Anda tinggal mengalikan permeabilitas relatifnya dengan permeabilitas absolut ruang hampa. Untuk sebagian besar pekerjaan, yang benar-benar Anda butuhkan adalah permeabilitas relatif. Ini memungkinkan Anda membandingkan satu bahan inti dengan bahan inti lainnya.

Bagaimana Anda Memilih Inti Magnetik Terbaik untuk Transformer Anda?

Memilih inti magnet yang tepat mungkin tampak sulit. Namun, hal itu mudah jika Anda tahu pertanyaan yang tepat untuk diajukan. Anda harus mencocokkan bahan inti dan bentuknya dengan pekerjaan yang harus dilakukan sirkuit Anda. Inti yang baik akan memberikan induktansi yang Anda butuhkan. Ini juga akan menangani jumlah arus yang tepat tanpa mencapai kejenuhan. Dan itu akan menjaga kerugian inti tetap rendah. Bentuk inti (seperti bentuk inti toroidal atau pot) juga merupakan bagian dari konstruksi.

Berikut ini adalah hal-hal terpenting yang perlu dipikirkan ketika Anda memilih core:

• Frekuensi Operasi: Apakah ini untuk pekerjaan frekuensi rendah, seperti pada catu daya? Atau apakah untuk frekuensi tinggi, seperti pada sirkuit radio? Ini adalah pertanyaan yang paling penting. Ini akan membantu Anda memilih dari daftar bahan yang lebih kecil.
• Diperlukan Permeabilitas: Apakah Anda memerlukan permeabilitas yang sangat tinggi untuk mendapatkan induktansi yang tinggi di area yang kecil? Atau apakah nilai permeabilitas yang lebih rendah sudah cukup baik?
• Batas Kejenuhan: Berapa banyak arus yang akan melewati belitan? Anda harus memilih inti yang tidak akan mencapai kejenuhan karena arus ini. Anda dapat memeriksa kurva B-H untuk bahan inti untuk menemukan batas ini.
• Kerugian Inti: Apakah penting bagi sirkuit untuk bekerja dengan baik tanpa limbah? Jika Anda ingin menghasilkan lebih sedikit panas dan menghemat daya, carilah bahan yang memiliki histeresis rendah dan kehilangan arus eddy pada frekuensi kerja Anda.
• Ukuran dan Bentuk: Inti harus memiliki ukuran yang tepat untuk desain Anda. Beberapa bentuk yang umum adalah toroidal, inti E, dan inti pot. Bentuknya juga dapat membantu melindungi belitan dari medan magnet eksternal.

Memikirkan hal-hal ini akan membantu Anda memilih inti terbaik untuk sirkuit listrik Anda. Inti yang tepat akan membuat induktor atau transformator Anda bekerja seperti yang Anda inginkan.

Hal-Hal Penting yang Perlu Diingat

• Permeabilitas adalah seberapa baik suatu bahan dapat menahan medan magnet. Permeabilitas yang tinggi sering kali merupakan hal yang Anda inginkan.
• Permeabilitas yang tinggi inti memungkinkan Anda membuat magnet yang kuat fluks dengan sangat kecil saat ini.
• The Kurva B-H adalah bagan yang menunjukkan kepada Anda permeabilitas dan kejenuhan batas dari sebuah bahan inti.
• Kerugian inti (seperti histeresis dan arus eddy) membuang energi dengan membuat panas. Mereka menjadi lebih buruk karena frekuensi naik.
• Pilih bahan inti berdasarkan cara kerja sirkuit Anda frekuensi untuk mendapatkan hasil terbaik.
• Permeabilitas relatif adalah angka yang membandingkan bahan ke ruang kosong. Ini adalah yang paling membantu nilai untuk membandingkan core yang berbeda.