Artike Inti Besi

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   “ Material VCN “ https://www.scribd.com/doc/269539255/Material-VCN

v  Buku “alternatorhandbook_ocr “

http://kb-kbh.dk/shipslib/el_ombord/alternatorhandbook_ocr.pdf

v  “ Ferromagnetik dan Paramagnetk “

https://www.scribd.com/document/51953189/Feromagnetik

v  “Bahan_Magnetik_Penyusun_Inti_Transformator  “

https://www.academia.edu/29642020/Praktikum_2_Naufal_Nadzir_-_Bahan_Magnetik_Penyusun_Inti_Transformator.docx