Inti Besi (Besi Stator)
A.
INTI BESI
Inti besi atau kita biasa
menyebutnya dengan besi stator adalah salah satu bagian dari stator/coil yang merupakan
bagian statis (diam) dari alternantor, inti stator juga merupakan rumah atau
tempat untuk lilitan tembaga atau gulungan coil.
![]() |
Contoh Gambar Inti Besi
Inti besi berfungsi untuk melipat gandakan
nilai atau mempermudah jalan fluksi yang ditimbulkan oleh arus listrik yang
dialirkan melalui kumparan. Inti besi juga berfungsi meghantarkan dan
mengarahkan arus magnet (fluksi), sehingga hampir seluruh fluksi yang
dibangkitkan rotor akan mengalir melalui ujung kumparan/lilitan. Namun inti
besi juga memberikan efek negative pada stator, yaitu menyebabkan timbulnya
rugi – rugi energi yang disebut rugi – rugi besi yaitu :
·
Rugi-rugi
arus pusar / eddy current, rugi-rugi ini timbul akibat fluksi bolak-balik
menerobos inti besi sehingga timbul arus pusar yang mengalir di dalam inti besi
tersebut sehingga mengakibatkan timbulnya panas.
·
Rugi-rugi
histerisis, rugi-rugi ini juga menimbulkan panas pada inti besi tersebut. Nilai
rugi histerisis proporsional dengan luas lengkung kemagnetan inti besi
tersebut.
Sehingga untuk mengurangi atau bahkan
menghilangkan rugi - rugi diatas khususnya untu eddy current, konstruksi dari
inti besi dibuat dari lempengan – lempangan besi tipis berisolasi yang disusun
sedemikian rupa.

Gambar ilustrasi
Inti besi terbuat dari besi lunak
atau baja alloy yang tidak akan menjadi magnet permanen, dan mempunyai
karakteristik sifat kemagnetan (ferromagnetik) yang mempunyai permaebilitas
yang cukup besar. Untuk saat ini bahan yang sering digunakan untuk membuat inti
besi biasanya dengan bahan material VCN.
Berikut merupakan komposisi dari material VCN :
|
C
|
Si
|
Mn
|
S
|
P
|
Ni
|
Cr
|
Mo
|
|
0.38 –
0.43
|
0.20 –
0.35
|
0.60 –
0.80
|
0.040
(Max)
|
0.40
(Max)
|
1.65 –
2.00
|
0.70 –
0.90
|
0.20
-0.30
|
Melihat dari komposisi material bahan
VCN ini merupakan bahan yang cocok untuk membuat inti besi, dikarenakan
memiliki sifat kemagnetan / ferromagnetik yang sangan baik.
Berikut adalah pengaruh dari
penambahan unsur paduan terhadap sifat baja :
1. Karbon
Karbon merupakan unsur penting dalam
proses pengerasan, hal ini dikarenakan karbon yang akan bereaksi dengan fe
(besi) yang akan membentuk karbida (fe3c).dimana dengan meningkatnya jumlah
karbon, kekuatan pada baja akan naik, tetapi keuletan (ductility) dan
sifat mampu las (weldability) menurun.
2. Mangan
Mangan merupakan austenite former, yang berfungsi sebagai deoxidizer dan desulfurizer.
Mangan merupakan unsur yang menguntungkan dalam kualitas permukaan (kecuali
pada rimmed steel dengan kondisi
karbon yang sangat rendah), karena mangan dapat mengikat sulfide sehingga
memperkecil terbentuknya sulfida besi dan mereduksi resiko dari red-shortness atau kerentanan terhadap
timbulnya retakan saat pengerjaan panas.
3. Silikon
Silikon berfungsi sebagai deoxidizer. Silikon juga dapat menaikan
hardenability dalam jumlah yang sedikit,
tetapi dalam jumlah yang banyak akan menurunkan keuletan. Selain itu
dengan silikon butiran ferrite lebih seragam.
4. Chrom
Chromium merupakan elemen penting setelah karbon. Chromium salah satu
unsur-unsur pembentuk karbida dan dapat meningkatkan ketahanan korosi dengan
membentuk lapisan pasifpada permukaanuntuk ketahanan reaksi oksidasi
5. Nikel
Nikel merupakan unsur pembentuk noncarbide
pada baja.Nikel merupakan unsur pembentuk austenite.Nikel meningkatkan mampu
keras pada baja. Dimana, bila dikombinasikan dengan Cr dan Mo akan menghasilkan
sifat mampu keras, ketangguhan (impact
thoughness) dan fatigue resistance
pada baja.
6. Molibden
Molybdenum dapat menguatkan fasa ferrit dan menaikan kekuatan baja tanpa
kehilangan keuletan.Unsur ini juga dapat
berfungsi sebagai penyetabil karbida, sehingga mencega pembentukan grafit pada
pemanasan yang lama. Karena itu penamabahan Mo kedalam baja dapat menaikan
kekuatan dan ketahanan terhadap creep pada suhu tinggi
7. Phospor
Phosfor dapat menaikan kekuatan dan kekerasan, tetapi juga menurunkan
keuletan dan ketangguhan impak.
8. Sulfur
Meningkatnya kandungan sulfur, dapat menyebabkan red shortness. Sulfur
mempunyai efek yang berbahaya terhadap transverse
ductility, notch impact thoughness, mampu las dan kualitas permukaan
(terutama pada baja karbon yang sangat rendah dan baja karbon dengan kandungan
mangan yang rendah) tetapi memiliki efek yang kecil terhadap longitudinal mechanical properties.
Selain itu ada beberapa hal lagi kelebihan dari baja alloy tersebut atau
besi (Fe) dicampur dengan
B.
FERROMAGNETIK DAN PARAMAGNETIK
I.
Ferromagnetik
Bahan ferromagnetik
adalah bahan yang mempunyai resultan medan atomis besar (Halliday &
Resnick, 1989). Hal ini terutama disebabkan oleh momen magnetik spin elektron.
Pada bahan ferromagnetik banyak spin elektron yang tidak berpasangan, misalnya
pada atom besi terdapat empat buah spin elektron yang tidak berpasangan.
Masing-masing spin elektron yang tidak berpasangan ini akan memberikan medan
magnetik, sehingga total medan magnetik yang dihasilkan oleh suatu atom lebih
besar.
Medan magnet dari
masing-masing atom dalam bahan ferromagnetik sangat kuat, sehingga interaksi
diantara atom-atom tetangganya menyebabkan sebagian besar atom akan
mensejajarkan diri membentuk kelompok-kelompok.
Kelompok atom yang
mensejajarkan dirinya dalam suatu daerah dinamakan domain. Bahan feromagnetik
sebelum diberi medan magnet luar mempunyai domain yang momen magnetiknya kuat,
tetapi momen magnetik ini mempunyai arah yang berbeda-beda dari satu domain ke
domain yang lain sehingga medan magnet yang dihasilkan tiap domain saling
meniadakan.
Bahan ini jika diberi
medan magnet dari luar, maka domain-domain ini akan mensejajarkan diri searah
dengan medan magnet dari luar. Semakin kuat medan magnetnya semakin banyak
domain-domain yang mensejajarkan dirinya. Akibatnya medan magnet dalam bahan
ferromagnetik akan semakin kuat. Setelah seluruh domain terarahkan, penambahan medan
magnet luar tidak memberi pengaruh apa-apa karena tidak ada lagi domain yang
disearahkan. Keadaan ini dinamakan jenuh atau keadaan saturasi.
Permeabilitas bahan
ferromagnetik adalah 0μμ>>> dan suseptibilitas bahannya
0>>>mχ. contoh bahan ferromagnetik : besi, baja, besi silicon dan
lain-lain. Sifat kemagnetan bahan ferromagnetik ini akan hilang pada temperatur
yang disebut Temperatur Currie. Temperatur Curie untuk besi lemah adalah 770
0C, dan untuk baja adalah 1043 0C (Kraus. J. D, 1970).
Bahan ferromagnetik ada
yang positif, kerentanan besar untuk medan magnet luar. Mereka menunjukkan daya
tarik yang kuat untuk medan magnet dan mampu mempertahankan sifat magnetik
mereka setelah bidang eksternal telah dihapus bahan. Ferromagnetik memiliki
elektron tidak berpasangan sehingga atom mereka memiliki momen magnet bersih.
Mereka mendapatkan magnet yang kuat sifat mereka karena keberadaan domain
magnetik. Dalam domain ini, sejumlah besar di saat-saat atom (1012 sampai 1015)
adalah sejajar paralel sehingga gaya magnet dalam domain yang kuat. Ketika
bahan feromagnetik dalam keadaan unmagnitized, wilayah hampir secara acak
terorganisir dan medan magnet bersih untuk bagian yang secara keseluruhan
adalah nol.. Ketika kekuatan magnetizing diberikan, domain menjadi selaras
untuk menghasilkan medan magnet yang kuat dalam bagian.. Besi, nikel, dan
kobalt adalah contoh bahan feromagnetik.. Komponen dengan materi-materi ini
biasanya diperiksa dengan menggunakan metode partikel magnetik.
Ferromagnetisme adalah
sebuah fenomena dimana sebuah material dapat mengalami magnetisasi secara
spontan, dan merupakan satu dari bentuk kemagnetan yang paling kuat. Fenomena
inilah yang dapat menjelaskan kelakuan magnet yang kita jumpai sehari-hari.
Ferromagnetisme dan ferromagnetisme merupakan dasar untuk menjelaskan fenomena
magnet permanen.
Ciri-ciri bahan ferromagnetic adalah:
·
Bahan
yang mempunyai resultan medan magnetis atomis besar.
·
Tetap
bersifat magnetik → sangat baik sebagai magnet permanen.
·
Jika
solenoida diisi bahan ini akan dihasilkan induksi magnetik sangat besar (bisa
ribuan kali).Permeabilitas bahan ini: u > uo ( miu > miu nol)
Contoh: besi, baja, besi silikon, nikel, kobalt.
II.
Paramagnetik
Bahan paramagnetik adalah bahan yang
resultan medan magnet atomis masing-masing atom/molekulnya tidak nol, tetapi
resultan medan magnet atomis total seluruh atom/molekul dalam bahan nol
(Halliday & Resnick, 1989). Hal ini disebabkan karena gerakan atom/molekul
acak, sehingga resultan medan magnet atomis masing-masing atom saling meniadakan.
Bahan ini jika diberi medan magnet luar, maka elektron-elektronnya akan
berusaha sedemikian rupa sehingga resultan medan magnet atomisnya searah dengan
medan magnet luar. Sifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang
menjadi terarah oleh medan magnet luar. Pada bahan ini, efek diamagnetik (efek
timbulnya medan magnet yang melawan medan magnet penyebabnya) dapat timbul,
tetapi pengaruhnya sangat kecil.
Permeabilitas bahan paramagnetik
adalah 0μμ>, dan suseptibilitas magnetik bahannya .0>mχ contoh bahan
paramagnetik: alumunium, magnesium, wolfram dan sebagainya. Bahan diamagnetik
dan paramagnetik mempunyai sifat kemagnetan yang lemah. Perubahan medan magnet
dengan adanya bahan tersebut tidaklah besar apabila digunakan sebagai pengisi
kumparan toroida.
Bahan paramagnetik ada yang positif,
kerentanan kecil untuk medan magnet.. Bahan-bahan ini sedikit tertarik oleh
medan magnet dan materi yang tidak mempertahankan sifat magnetik ketika bidang
eksternal dihapus. sifat paramagnetik adalah karena adanya beberapa elektron
tidak berpasangan, dan dari penataan kembali elektron orbit disebabkan oleh
medan magnet eksternal. bahan paramagnetik termasuk Magnesium, molybdenum,
lithium, dan tantalum
Paramagnetisme adalah suatu bentuk
magnetisme yang hanya terjadi karena adanya medan magnet eksternal. Material
paramagnetik tertarik oleh medan magnet, dan karenanya memiliki permeabilitas
magnetis relatif lebih besar dari satu (atau, dengan kata lain, suseptibilitas
magnetik positif). Meskipun demikian, tidak seperti ferromagnet yang juga
tertarik oleh medan magnet, paramagnet tidak mempertahankan magnetismenya
sewaktu medan magnet eksternal tak lagi diterapkan.
Ciri-ciri dari bahan paramagnetic adalah:
·
Bahan
yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom/molekulnya adalah tidak
nol.
·
Jika
solenoida dimasuki bahan ini akan dihasilkan induksi magnetik yang lebih besar.
·
Permeabilitas
bahan: u > u o.
Contoh: aluminium, magnesium, wolfram, platina, kayu
C.
KESIMPULAN
1.
Bahan yang bagus untuk membuat inti
stator adalah besi lunak atau baja alloy dan dalam pasaran bisa kita dapatkan
dengan nama VCN. Dilihat dari komposisi material VCN mempunyai komposisi chrom
(Cr) dan Nickel (Ni) yang cukup tinggi ditambah adanya Molibdenum (Mo) menjadikan
baja kualitas high strength yang memiliki sifat lentur, lebih tahan gesek,
tahan panas, dan memiliki permaebilitas yang tinggi (Ferromagnetik/paramagnetik)
sehingga dapat menghasilkan fluks atau medan magnet yang tinggi.
2.
Inti besi didesain / dibuat berlapis
– lapis (laminasi) agar dapat mengurangi atau bahkan menghilangkan rugi – rugi
arus (eddy current) yang dihasilkan inti besi.
3.
Di dalam alternator inti besi
didesain bukan untuk menjadi magnet permanen, hal ini dikarenakan hal
terpenting dalam alternator adalah dapat menghasilkan output yang besar dan
dapat memutuskanya seketika output tidak dibutuhkan, sehingga tidak membutuhkan
magnet permanen.
Referensi Materi :
v “ Perbandingan VCN dan VCL vs S45C “ http://beyondsteel.blogspot.co.id/2012/01/perbandingan-antara-vcn-vcl-dan-s45c.html
v Buku “alternatorhandbook_ocr “
v “ Ferromagnetik dan Paramagnetk “
v “Bahan_Magnetik_Penyusun_Inti_Transformator
“





