Kemampuan Induktansi pada Material Inti Logam Induktor Besi Cor ASTM A48, Nichrome dan Monel Alloy 400 Terhadap Variasi Input Listrik dan Lilitan
Vera Pangni Fahriani 1* , Reza Setiawan 2 , Suciani Rahma Pertiwi 3
1 Prodi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang, Karawang
2 Prodi S1 Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang, Karawang
3 Prodi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang, Karawang * Koresponden email : vera.pangni@ft.unsika.ac.id
Diterima: 20 Desember 2020 Disetujui: 1 Januari 2021

## Abstract
Inductor with a metal core is a component which  is almost always present in the daily  electronic device known to  us .  To further prove the potential    of the proposed new metalcore material, it is necessary to test the voltage variation, winding, and frequency in the inductor with the newly proposed metallic core material. The research method uses experimental methods. Three basic metal materials were used in the experiment, those are Cast Iron ASTM A48 (C 3.4%, Mn 0.5%, Si 1.8%,), Nicromine (Ni 80%, Cr 20%), Monel Alloy 400 (Ni 63%, Cu 31.7%, C 0.3%, Fe 2.5%, Si 0.5%, Mn 2%, S 0.024%). Experimental tests on these new types of metal were also carried out under various stress, winding, and working frequency conditions.  The  voltage  variation  selected  is  4.5  V  -  24  V,    the  winding  variations  and  frequencies selected are 150 to  1000 turns and 50 Hz. The  greatest inductance was obtained from ASTM A48, Fe, Monel Alloy 400, Nikromic, and without metallic core on the specified indicator variables. As the voltage increases and the number of turns increases,  the inductance value increases.
Keywords: inductor, metalcore, voltage, winding, inductance

## Abstrak
Induktor dengan inti logam merupakan komponen yang hampir selalu ada pada benda elektronik sehari- hari  yang  kita  kenal.  Untuk  membuktikan  potensi  material  inti  logam  baru  yang  diusulkan,  dilakukan pengujian  variasi  tegangan,  lilitan  dan  frekuensi  pada  induktor  dengan  material  inti  logam  baru  yang diusulkan  dengan  metode  penelitian  eksperimen.  Tiga  material  inti  logam  yang  digunakan  dalam percobaan yaitu Besi Cor ASTM A48 (C 3,4%, Mn 0.5%, Si 1,8%), Nikrom (Ni 80 %, Cr 20%), paduan Monel Alloy 400 (Ni 63%, Cu 31.7%, C 0.3%, Fe 2.5%, Si 0.5%, Mn 2%, S 0.024%). Uji eksperimental pada  jenis  logam  baru  ini  juga  dilakukan  dalam  berbagai  kondisi  tegangan,  lilitan,  dan  frekuensi  kerja. Variasi tegangan yang dipilih adalah 4,5 V - 24 V, variasi lilitan dan frekuenis yang dipilih adalah 150 - 1000  lilitan  dan  50  Hz.  Induktansi  terbesar  diperoleh  dari  material  ASTM  A48,  Fe,  Monel  Alloy  400, Nikrom  dan  tanpa  inti  logam  pada  variabel  indikator  yang  ditentukan.  Dengan  kenaikan  tegangan  dan jumlah lilitan menyebabkan nilai induktansi meningkat . Kata Kunci: induktor, inti logam, tegangan, lilitan, induktansi

## 1. Pendahuluan
Kumparan diperoleh dari induktor yang dibuat oleh kawat penghantar, Diode induksi Faraday pada lilitan  menyebabkan  kuatnya  medan  magnet  di  dalam  kumparan  [1].  Arus menimbulkan  variasi  pada medan  magnet  yang  berbasis  elemen  dinamik  yang  merupakan  induktor.  Induktor  yang  sudah  ada dililitkan  kawat  konduktor  pada  inti  logam  yang  berbahan  magnetik  atau  tanpa  inti  (berinti  udara)  [2]. Pada  induktor  energi  disimpan  sesuai  dengan  ukuran  L  dan  arus  yang  dilaluinya  dalam  medan  magnet. [3].  Pada  induktor  terdapat  inti  logam  yang  biasa  terbuat  dari  bahan  feromagnetik.  Penambahan  inti feromagnetik  medan  magnet  semakin  meningkat  serta  tetap  menjaganya  dekat  pada  induktor  selain  itu juga akan meningkatkan induktansi induktor. Adanya pergerakan muatan listrik (arus listrik) pada bahan magnetik  memunculkan  sebuah  besaran  yang  disebut  medan  magnet.    Simbol  dari  kekuatan  medan magnet  adalah H dengan satuan  Ampere per  meter [4]. Material feromagnetik mampu mempertahankan sifat  kemagnetannya  meskipun  magnet  luarnya  telah  hilang  serta  memiliki  nilai  suscepbilitas  magnetik besar  bernilai  positif  [5].  Arus  listrik  menimbulkan  induksi  magnet  yang  direspon  oleh  bahan  ketika bahan  memperoleh  medan  magnet . Material  feromagnetik  memiliki  nilai  suscepbilitas  magnetik  yang
besar  dan  bernilai  positif.  Fe  dan  Ni  merupakan  bahan  feromagnetik  [6].  Magnetik  dengan  koil  inti  Fe memiliki nilai besar dibandingkan koil tanpa inti  [7]. Logam paduan yang mengandung unsur Fe dan Ni menunjukan  nilai  induktansi  yang  besar  sebagai  inti  logam  induktor  [8].  Besi  dan  nikel  memiliki  sifat kemagnetan yang sangat baik sehingga menjadi paduan yang sangat penting. Berdasarkan penelitian Citra [9]  bahwa  bahan  yang  mengandung  logam  besi  (Fe)  akan  bersifat  feromagnetik,  yaitu  bahan  yang memiliki medan magnet atomis resultannya  besar dan bersifat magnet permanen. Sedangkan Nikel (Ni) memliki sifat yang tahan korosi, dan struktur yang kuat [10].
Sebuah  induktor  apabila  dicatu  dengan  tegangan  bolak-balik  sinusoidal  maka  akan  mengalir  arus yang  tertinggal  sebesar  900  terhadap  tegangan.  Arus  yang  terjadi  merupakan  arus  bolak-balik  yang disebut  dengan  rangkaian  induktif  murni.  Secara  periodik  energi  dalam  medan  magnet  pada  induktor disimpan dan dilepaskan. Tegangan sinusoidal dapat dituliskan sebagai berikut [11].
V = Vm Sin ɷt…………………………………………………………………………….…(1) ɷ = 2 π f……………………………………………………………………………….……..(2)
Beberapa karakteristik yang mempengaruhi efisiensi kerja induktor adalah [12]: (1) Dimensi bahan. Semakin  besar  ukuran  induktor  yang  dibuat  maka  nilai  induktansi  yang  diperoleh  semakin  bertambah, sehingga  kemampuan  induktor  untuk  menyimpan  energi  listrik  semakin  meningkat;  (2)  Permeabilitas bahan.  Dengan  bahan  yang  mempunyai  nilai  permeabilitas  tinggi  maka  kita  dapat  membuat  induktor dengan nilai induktansi yang cukup besar; (3) Jumlah lilitan. Dengan memperbanyak jumlah lilitan, kita dapat membuat induktor dengan nilai induktansi yang cukup besar. Namun demikian, perlu diperhatikan bahwa bertambahnya jumlah lilitan maka resistansi dalam induktor juga naik.
Dengan  memperbanyak  jumlah  lilitan,  kita  dapat  membuat  induktor  dengan  nilai  induktansi  yang cukup  besar.  Namun  demikian,  perlu  diperhatikan  bahwa  bertambahnya  jumlah  lilitan  maka  resistansi dalam  induktor  juga  naik  [13].  Koil  atau  kumparan  dibentuk  dengan  cara  melilitkan  kawat  tembaga. Kemudian  dialiri  arus  listrik  sehingga  setiap  lilitan  akan  saling  menginduksi  membentuk  medan  listrik yang segaris dan kuat. Berdasarkan teori medan magnet, elemen yang dapat menyimpan energi magnetik disebut induktor, yang dijelaskan dengan adanya tegangan emf ( electromotive force ) jika induktor dialiri listrik. Tegangan emf dapat ditulis.
L = 𝑁Ø 𝑖 ………………………………………………………………………………………...(3)
Adanya  peningkatan  frekuensi  serta  nilai  induktansi  induktor  menyebabkan  naiknya  reaktansi induktif.  Begitu  pula  sebaliknya  ketika  penurunan  frekuensi  arus  AC  serta  nilai  induktansinya  maka reaktansi  induktor  akan  menurun.  Secara  sistematis  dapat  ditulis  dalam  persamaan  (4).  Dari  informasi yang didapat bahwa tegangan yang bekerja, jumlah lilitan mempengaruhi performa induktansi induktor.
X L = ɷL = 2πfL …………………………………………………………................................(4)
Pengukuran  suseptibilitas  dan  permeabilitas  bahan  dilakukan  dengan  prinsip  resonansi  rangkaian RLC  dengan  induktor  selenoida.  Hasil  pengukuran  menunjukkan  bahwa  tembaga  merupakan  bahan diamagnetik,  aluminium  termasuk  bahan  paramagnetik  dan  besi  termasuk  bahan  ferromagnetik  [14]. Selain  itu  dalam  perkembangannya,  induktor  berperan  penting  terhadap  perkembangan  pembuatan konverter [15].

## 2. Metode Penelitian
Metode  penelitian  menggunakan  metoda  eksperimen.  Alur  penelitian  ini  dapat  dijelaskan  pada flowchart model penelitian Gambar 1 .
Gambar 1 . Alur model penelitian yang dilakukan Sumber: Rancangan peneliti, 2020
Eksperimen  dilakukan  terhadap  variabel-variabel  yang  ditentukan  yakni  tegangan  dan  jumlah lilitan. Variabel tersebut dapat dijelaskan pada Tabel 1 .
Tabel 1 . Variabel penelitian
Bahan Inti Logam/ Kondisi Kerja Besi Cor ASTM A48 ( C 3,4%, Mn 0.5%, Si 1,8%) Nikel-Krom (Ni 80%, Cr 20%) Monel Alloy 400 ( Ni 63%, Cu 31.7%, C 0.3%, Fe 2.5%, Si 0.5%, Mn 2%, S 0.024%) Tegangan (V) 4,5; 6; 7,5; 9; 12; 15; 18; 24 4,5; 6; 7,5; 9; 12; 15; 18; 24 4,5; 6; 7,5; 9; 12; 15; 18; 24 Jumlah Lilitan 150, 500, 1.000 150, 500, 1.000 150, 500, 1.000 Frekuensi (Hz) 50 50 50 Sumber: Variabel hasil penelitian, 2020
Pengamatan dari data eksperimen terhadap beberapa material inti logam baru yang diusulkan dan rentang  kondisi  tegangan  kerja  dicatat  sebagai  teknik  pengumpulan  data,  jumlah  lilitan  induktor  dan frekuensi kerja yang sering terjadi. Data tersebut digunakan untuk menghitung induktansi induktor yang dihasilkan  oleh  variabel-variabel  tersebut  dijadikan  data  awal  untuk  membuat  grafik  hubungan  antara kemampuan  induktansi  induktor  berbagai  bahan  inti  logam  induktor  yang  diusulkan  terhadap  kondisi tegangan kerja, jumlah lilitan  induktor dan frekuensi  kerja  yang diuji coba. Data diambil  dari rangkaian elektronik  yang  dirancang  untuk  dapat  mengukur  kemampuan  induktansi  induktor  yang  terjadi. Rangkaian elektronik sebagai set up alat pengambilan data terlihat pada Gambar 2 .
Gambar 2 . Rangkaian set up rangkaian elektronik untuk mengukur induktansi induktor Sumber: [16]

## 3. Hasil dan Diskusi
Data induktansi  induktor  diperoleh  dari  hasil  penelitian.  Material  yang  digunakan  sebagai  inti logam  induktor  selain  Besi  Cor  ASTM  A48 (C  3,4%,  Mn  0,5%,  Si  1,8%) ,  Nikrom  (Ni  80%,  Cr  20%), Monel  Alloy  400 (Ni  63%,  Cu  31,7%,  C  0,3%,  Fe  2,5%,  Si  0,5%,  Mn  2%,  S  0,024%) juga  besi  (Fe). Perbandingan  tersebut  dilakukan  pada  masing-masing  inti  logam  pada  berbagai  tegangan,  lilitan  dan frekuensi. Berikut perbandingan  variasi inti logam dan jumlah lilitan terhadap induktansi  pada tegangan input dan frekuensi 50 Hz dapat dilihat pada Gambar 3 .
(a) Tegangan input 4,5 V
(b) Tegangan input 6 V
(c) Tegangan input 7,5 V
(d) Tegangan input 9 V
(e) Tegangan input 12 V
(f) Tegangan input 15 V
(g) Tegangan input 18 V
(h) Tegangan input 24 V
Gambar 3 . Perbandingan variasi inti logam dan jumlah lilitan terhadap induktansi pada tegangan input
dengan frekuensi 50 Hz
Sumber: Hasil penelitian, 2020
Berdasarkan Gambar  3 dapat  dilihat  bahwa  nilai  induktansi  dengan  inti  logam  ASTM  A48 memiliki  induktansi  tertinggi  dibandingkan  dengan  inti  logam  lainnya.  Hal  tersebut  didapat  disemua kondisi pada berbagai tegangan dan lilitan. Pada kondisi tegangan 4,5 V di berbagai jumlah lilitan, Besi Cor ASTM A48 memiliki induktansi induktor paling besar. Kemudian diikuti dengan induktansi pada inti logam menggunakan Fe. Selisih antara induktansi pada inti logam ASTM A48 dengan Fe hanya 0,066 Ω. Induktor dengan inti logam ASTM A48 memiliki induktansi paling besar dikarenakan selain terdapat Fe juga terdapat unsur lain seperti C 3,4%, Si 1,8%, Mn 0,5% yang dapat meningkatkan sifat magnetik dari logam.  Fe  merupakan  logam  yang  bersifat  feromagnetik  yaitu  bahan  yang  memiliki  resultan  medan magnet atomis besar dan bersifat permanen [9].
Nikrom dan monel memiliki nilai induktansi yang hampir sama pada berbagai lilitan dan tegangan. Pada lilitan 150 dan 500 nilai induktansi dengan inti logam nikrom dan monel lebih tinggi dibandingkan dengan  tanpa  inti  logam.  Pada  Monel  dan  Nikrom,  monel  memiliki  nilai  induktansi  sedikit  lebih  besar dibandingkan dengan nikrom. Monel 400 mengandung  unsur ( Ni 63%, Cu 31,7%, C 0,3%, Fe 2,5%, Si 0,5%,  Mn  2%,  S  0,024%) sedangkan  nikrom  mengandung  80%  Ni  da  20%.  Pada  Monel,  selain mengandung  nikel  yang  merupakan  bahan  feromagnetik  juga  terdapat  Fe  yang  memiliki  sifat  magnetik yang  tinggi.  Pada  induktor  dengan  tanpa  inti  logam  memiliki  nilai  induktansi  paling  rendah  hal  ini dikarenakan Fe memiliki medan magnetik lebih besar jika dibandingkan dengan tanpa inti logam.
Gambar  3 (a)  sampai  (h)  menunjukkan  bahwa  dengan  meningkatnya  tegangan  yang  diberikan maka  nilai  induktansi  pun  naik.  Hal  ini  dapat  dilihat  pada  indikator  dengan  inti  logam  ASTM  A48 terdapat  kenaikan  nilai induktansi pada jumlah lilitan 150. Pada Gambar 3 (a) sampai (d) tegangan 4,5 V; 6 V; 7,5 V; 9 V dengan lilitan 150 mengalami  kenaikan masing-masing sebesar 0,195 Ω. Sementara itu, pada Gambar 3 (e) sampai (g)  tegangan 12V,15V,18V memiliki kenaikan sebesar 0,390 Ω dan pada Gambar 3 (h)  tegangan 24 V naik sebesar 0,778 Ω. Hal ini juga berlaku pada Gambar 3 (a) sampai (d) induktor dengan inti logam nikrom, monel Fe dan tanpa inti logam mengalami kenaikan yang sama pada tegangan 4,5 V; 6 V; 7,5 V; 9 V lalu naik dua kali lipat pada Gambar 3 (e) sampai (g)  tegangan 12 V; 15 V;  18  V  serta  naik  menjadi  dua  kali  lipat  lagi  pada Gambar  3 (h)  tegangan  24  V.  Kenaikan  ini  sesuai
dengan  selisih  antar  tegangan  yang  diberikan.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  adanya  perubahan  pada tegangan akan mempengaruhi nilai induktansi yang dihasilkan.
Berdasarkan Gambar  3 (a)  sampai  (h)  menunjukkan  bahwa  dengan  naiknya  jumlah  lilitan  maka nilai induktansi pun meningkat. Hal ini dilihat pada Gambar 3 (a) sampai (h), logam dengan ASTM A48 pada memiliki selisih kenaikan nilai induktansi  yang sama yaitu sebesar 0,084 Ω untuk 150 ke 500 lilitan dan  0,239  Ω  untuk  500  ke  1000  lilitan.  Pada  tegangan  12  V;  15  V;  18  V  ( Gambar  3 (e)  sampai  (g)) memiliki  selisih  kenaikan  sebesar  0,167  untuk  150  ke  500  lilitan  dan  0,478  untuk  500  ke  1000  lilitan. Sedangkan Gambar 3 (h)  tegangan 24 V selisih kenaikan menjadi 0,334 Ω untuk 150 ke 500 lilitan dan 0,954 Ω untuk 500 ke 100 lilitan. Sama seperti halnya pada perubahan tegangan terjadi kenaikan dua kali lipat pada masing-masing  lilitan sesuai dengan kenaikan tegangannya.  Hal ini pula menunjukkan bahwa adanya  perubahan  perubahan  pada  lilitan  yang  mempengaruhi  nilai  induktansi  yang  dihasilkan  sesuai dengan  ref.  [8]  yang  menyatakan  bahwa  adanya  kenaikan  pada  penambahan  jumlah  lilitan  khususnya pada inti logam ASTM A48. Pada tegangan 12 V - 24 V induktansi ASTM A48 memiliki nilai induktansi terbesar diantara inti logam lainnya.

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  penelitian  pada  pengukuran  induktansi  pada  berbagai  variabel  tegangan  dan lilitan induktor dengan inti logam Besi Cor ASTM A48 memiliki nilai induktansi terbesar diikuti dengan Fe,  Monel  Alloy  400,  dan  Nikrom.  Semakin  besar  tegangan  yang  diberikan  maka  nilai  induktansi semakin meningkat dan semakin besar jumlah lilitan akan meningkatkan nilai induktansi.

## 5. Ucapan Terima kasih
Terima kasih kepada Kementerian Riset Dan Teknologi /Badan Riset dan Inovasi Nasional Deputi Bidang  Penguatan  Riset    dan  Pengembangan  atas  dukungannya  untuk  mendanai  penelitian  melalui program  Penelitian  dan  Pengabdian  kepada  Masyarakat  Tahun  2020  dengan  skema  Penelitian  Dosen Pemula  dengan  Surat  Keputusan  No.  067/SP2H/LT/DRPM/2020  dan  Perjanjian  Kontrak  No. 50/SP2H/UN64.10/PP/2020.

## 6. Singkatan

## 7. Referensi
[1] P.  A.  Iskandar, Analisa  Karakteristik  Induktor  Toroid  pada  Rangkaian  Boost  Converte,  Skripsi Fakultas Teknik, Universitas Indonesia , Depok, Indonesia: Universitas Indonesia, 2012.
[2] Faroda, “Analisis Inverter pada Pembangkit Listrik Kapagen dengan Menggunakan Grounding, ” J. Surya Energy, vol. 3(1), pp. 228-233, 2018.
[3] Robins, E. Setyaningsih, T. Winata, “Alat Interkom Melalui Jala-Jala Listrik pada Jurusan Teknik Elektro Universitas Tarumanagara,” Tesla, vol. 15(1), pp. 15-24, 2013.
[4] D. C. Tanner, C. Brandes, Understanding Fault Detecting, Dating, and Modeling . Jerman: Elsevier Inc, 2020.
[5] D.  Mardiansyah,  “Analisa  Sifat  Ferromagnetik  Material  Menggunakan  Metode  Monte  Carlo,” J. Ilmiah Edu Research , vol. 2(2), pp. 65-74, 2013.
Lambang Keterangan C Kapasitor pengisi Dfb Flyback diode f Frekuensi (Hz) i Kuat arus (A) IG Ignitron ( spark gap ) L Nilai induktansi induktor (Farad) Lf Induktan N Jumlah lilitan Rf Resistan S Saklar t Waktu (s) T Trigger (pemicu) V Tegangan (V) X L Reaktansi induktif (Ω)
[6] T. M. A. Yunanto, “Preparasi dan Pengamatan Sifat Kurva Histerisis Lapisan Tipis FeCoNi untuk Aplikasi  Desain  Elektromagnet,” Pusat  Sains  dan  Teknologi  Akselerator  BATAN ,  pp.  103-108, 2015.
[7] Salomo,  “Analisa  Pengaruh  Inti  Koil  Terhadap  Medan  Magnetik  Dan  Muatan  Pada  Kapasitor Dalam Rangkaian Seri LC,” J. Ilmiah Edu Research , vol. 6(1), pp. 79-85, 2017.
[8] V.  P.  Fahriani,  R.  Setiawan,  S.  R.  Pertiwi,  “Uji  Eksperimen  Variasi  Bahan  Feromagnetik  Inti Logam dan  Temperatur  Lingkungan Terhadap Performa Induktansi  Induktor,” JITEKH , vol. 7(2), pp. 22-28, 2019.
[9] D.  Citra,  T.  Haryono,  P.  Sasongko,  “Pengaruh  Variasi Front  Time dan  Arus  Puncak Impuls Arus terhadap  Kuat  Medan  Magnet  Beberapa  Bahan  Logam,” Proceeding  Seminar  Ilmu  Pengetahuan Teknik, 2013.
[10]  L.  Rohman,  E.  Supriyanto,  K.  Sa'diyah,  D.  Djuhana,  “Curie  temperatures  and  critical  exponent properties  of  FePd  ferromagnetic  materials  by  data  simulations  approach,” Journal  of  Physics: Conference Series , vol. 1170(1), pp. 012018, 2019.
[11]  Syahputra, M. Ridho, Pengaruh Frekuensi Terhadap Induktor yang Dialiri Arus AC , Laboratorium Fenomena Medan Elektromagnetik Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya. Palembang, Indonesia: Universitas Sriwijaya, 2017.
[12]  F.  Umarella , “ Analisa  Induktor  Toroid  Binokuler  pada  Rangkaian  Boost  Converter , Skripsi Fakultas Teknik, Universitas Indonesia. Depok, Indonesia: Universitas Indonesia, 2012.
[13] J. Y. Mindara, L. K. Men, Setianto, S. Hidayat, “Model Pencekram Beban Pintar Metoda,” J. Ilmu dan Inovasi Fisika , vol. 1(1), pp. 22-36, 2017.
[14]  Y.  Maryati,  H.  Rudiyanto,  A.  Aprilia,  T.  Saragi,  “Pengembangan  dan  Modifikasi  Sistem Pengukuran  Suseptibilitas  dan  Permeabilitas  Bahan  Magnet,” J.  Material  dan  Energi  Indonesia, vol. 8(2), pp. 21-24, 2018.
[15]  R. R. O. Sasue, E. Firmansyah, Suharyanto,  “Perbaikan Efisiensi Interleaved Boost Converter 200 W  Kondisi  Beban  Rendah  Menggunakan  Skema  Pensaklaran  Adaptif,” J.  Telematika, vol.  11(1), pp. 37-51, 2018.
[16]  C. Dewi, T. Haryono, S. Pramonohadi," Pengaruh Variasi Front Time dan Arus Puncak Impuls Arus terhadap  Kuat  Medan  Magnet  Beberapa  Bahan  Logam," Proceeding  Seminar  Ilmu  Pengetahuan Teknik, 2013.