TA : Analisis Perangkat Transmisi untuk Wireless Energy Transfer.

(1)

ANALISIS PERANGKAT TRANSMISI UNTUK WIRELESS ENERGY TRANSFER

TUGAS AKHIR

Disusun Oleh :

Nama : Ngurah Tegar Mahardika

NIM : 10.41020.0022

Program : S1 (Strata Satu)

Jurusan : Sistem Komputer

SEKOLAH TINGGI

MANAJEMEN INFORMATIKA & TEKNIK KOMPUTER SURABAYA

(2)

ANALISIS PERANGKAT TRANSMISI UNTUK WIRELESS ENERGY TRANSFER

TUGAS AKHIR

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan

Program Sarjana Komputer

Disusun Oleh :

Nama : Ngurah Tegar Mahardika

NIM : 10.41020.0022

Program : S1 (Strata Satu)

Jurusan : Sistem Komputer

SEKOLAH TINGGI

MANAJEMEN INFORMATIKA & TEKNIK KOMPUTER SURABAYA

(3)

Family is the most important thing in the world.

~Princess Diana.

The only person you are destined to become is the person you decide to be.

(4)

Kupersembahkan kepada

Ayah dan mama tercinta

Adik – adikku tersayang

Dosen - dosen yang selalu membimbingku

(5)

iv

ABSTRAK

Wireless technology adalah teknologi elektronika yang beroperasi tanpa

kabel. Teknologi ini telah dikenal dapat dimanfaatkan untuk komunikasi maupun

pengontrolan. Kini, teknologi nirkabel juga dapat diterapkan pada proses

perpindahan daya atau disebut juga wireless energy transfer.

Wireless energy transfer memiliki beberapa macam mekanisme, salah

satunya adalah inductive resonant coupling. Teknologi ini bekerja dengan

menggunakan efek kopling resonansi antara dua gulungan sirkuit LC. Inductive

resonant coupling mampu mentransmisikan daya melalui media magnetic field

yang dihasilkan oleh arus listrik.

Efisiensi pada inductive resonant coupling didasarkan pada jarak antara

koil pemancar dengan koil penerima, nilai daya yang ditransmisikan, dan

frekuensi transmisi. Semakin pendek jarak antara koil pemancar dengan koil

penerima, akan menghasilkan nilai efisiensi yang semakin besar pula. Hal ini

terjadi pada saat nilai tegangan yang ditransmisikan (Vin) sama dan menggunakan

frekuensi 40.58 KHz, 90.73 KHz atau 128.31 KHz. Semakin besar daya yang

ditransmisikan (Pin), akan menghasilkan nilai efisiensi yang semakin kecil. Hal ini

terjadi pada saat jarak antara koil pemancar dengan koil penerima sama dan

menggunakan frekuensi 128.31 KHz. Semakin besar nilai frekuensi transmisi

yang digunakan, maka nilai efisiensi semakin besar pula. Hal ini terjadi pada saat

jarak antara koil pemancar dengan koil penerima dan nilai tegangan yang

(6)

v

KATA PENGANTAR

Pertama-tama penulis panjatkan puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha

Esa karena berkat, rahmat, dan karuniaNyalah penulis dapat menyelesaikan

penulisan Tugas Akhir ini dengan sebaik-baiknya. Penulis mengambil judul

“Analisis Perangkat Transmisi untuk Wireless Energi Transfer” ini sebagai salah

satu syarat dalam menyelesaikan Tugas Akhir di Sekolah Tinggi Manajemen

Informatika & Teknik Komputer Surabaya.

Dalam pelaksanaan Tugas Akhir serta pembuatan laporan Tugas Akhir ini,

banyak sekali pihak yang telah membantu penulis sehingga Tugas Akhir dapat

terlaksana dengan baik. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih

kepada :

1. Seluruh guru yang telah mendidik penulis mulai kecil hingga saat ini sehingga

penulis mendapatkan ilmu pengetahuan yang dapat menjadikan penulis

menjadi seperti saat ini.

2. Pimpinan STIKOM Surabaya yang telah banyak memberikan motivasi serta

teladan yang dapat membantu penulis selama menempuh pembelajaran hingga

saat ini.

3. Bapak Dr. Jusak, selaku Kepala Program Studi Sistem Komputer STIKOM

Surabaya yang telah membantu serta mendukung setiap kegiatan sehingga

(7)

vi

4. Bapak Yuwono Marta Dinata, S.T., M.Eng., dan bapak Susijanto Tri Rasmana,

S.Kom.,M.T., selaku dosen pembina pertama dan kedua sehingga penulis dapat

melaksanakan Tugas Akhir ini dengan baik.

5. Ibu Ira Puspasari, S.Si., M.T. selaku dosen wali dan para dosen lainnya yang

telah membantu penulis jika mengalami berbagai macam kesulitan sehingga

penulis dapat termotivasi untuk terus berusaha hingga Tugas Akhir ini

terlaksana sesuai dengan harapan.

6. Teman-teman penulis yang telah mendampingi, memberi tempat saat penulis

membutuhkan yang juga membantu dalam pelaksanaan Tugas Akhir ini.

7. Seluruh pihak yang tidak dapat penulis tuliskan satu persatu yang telah

membantu penulis secara langsung maupun tidak langsung.

Banyak hal dalam laporan Tugas Akhir ini yang masih perlu diperbaiki lagi.

Oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang dapat membangun

dari semua pihak agar dapat menyempurnakan penulisan ini kedepannya. Penulis

juga memohon maaf yang sebesar-besarnya jika terdapat kata-kata yang salah

serta menyinggung perasaan pembaca. Akhir kata penulis ucapkan banyak-banyak

terima kasih yang sebesar-besarnya kepada para pembaca, semoga tulisan ini

dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Surabaya, Februari 2014

(8)

vii

(9)

vii

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3 Pembatasan Masalah ... 3

1.4 Tujuan ... 3

1.5 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II LANDASAN TEORI ... 6

2.1 Medan Magnet ... 6

2.2 Arus Listrik Menghasilkan Kemagnetan ... 7

2.3 Elektromagnet dan Solenoida ... 9

2.4 Prinsip Kerja Osilator dalam Melakukan Osilasi ... 11

2.5 Induksi Elektromagnetik ... 14

2.6 Wireless Energy Transfer ... 16

2.7 Coupled Resonators ... 18

2.8 Desain Koil pada Inductive Resonant Coupling ... 20

2.9 Akuisisi Data ... 21

(10)

viii

2.11 Power Supply ... 22

BAB III METODE PENELITIAN ... 25

3.1 Model Penelitian ... 25

3.2 Pengimplementasian Sistem ... 26

3.3 Perancangan Hardware... 27

3.3.1 Rangkaian Osilator ... 28

3.3.2 Rangkaian Mixer ... 30

3.3.3 Koil Pemancar dan Koil Penerima ... 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 33

4.1 Perhitungan Frekuensi ... 33

4.1.1 Rumus Perhitungan Frekuensi ... 33

4.1.2 Proses Perhitungan Frekuensi ... 34

4.2 Pengujian Perangkat Transmisi ... 34

4.2.1 Peralatan yang Digunakan ... 35

4.2.2 Perakitan Perangkat Transmisi ... 36

4.2.3 Prosedur Pengujian ... 37

4.2.4 Hasil Pengujian... 38

4.3 Perhitungan Daya dan Efisiensi Transmisi ... 42

4.3.1 Perhitungan Daya Listrik ... 43

4.3.2 Perhitungan Efisiensi Transmisi ... 47

4.4 Pembahasan Berdasarkan Hasil Perhitungan Daya dan Efisiensi Daya 52 BAB V PENUTUP ... 57

5.1 Kesimpulan ... 57

(11)

ix

DAFTAR PUSTAKA ... 59

(12)

x

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1 Perhitungan Frekuensi ... 34

Tabel 4.2 Nilai – Nilai Tegangan dan Arus dari Hasil Pengujian 1 dengan

Frekuensi 90.73 KHz dan Vin = 5.37 V ... 39

Tabel 4.11 Nilai – Nilai Perhitungan Daya dari Hasil Pengujian 1 dengan

(13)

xi

Tabel 4.12 Nilai – Nilai dari Perhitungan Daya dari Hasil Pengujian 2 dengan

Tabel 4.20 Efisiensi dari Hasil Pengujian 1 dengan Frekuensi 90.73 KHz dan

Vin = 5.37 V ... 48

Vin = 7.97 V ... 48

Vin = 9.01 V ... 49

(14)

xii

Vin = 6.70 V ... 49

Vin = 8.13 V ... 50

Vin = 5.08 V ... 50

Vin = 6.39 V ... 51

Vin = 7.24 V ... 51

Tabel 4.29 Rekapitulasi Hasil Perhitungan Berdasarkan Kesamaan Parameter

Uji pada Frekuensi 40.58 KHz ... 52

Uji pada Frekuensi 90.73 KHz ... 53

(15)

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Penggambaran Garis Medan Magnet Sebuah Magnet Batang ... 6

Gambar 2.2 Garis – Garis Medan Magnet di Luar Magnet Batang ... 7

Gambar 2.3 Penyimpangan Jarum Kompas di Dekat Kawat ... 8

Gambar 2.4 Garis – Garis Medan Magnet di Sekitar Kawat Lurus... 8

Gambar 2.5 Kaidah Tangan Kanan dalam Menentukan Arah Medan Magnet ... 9

Gambar 2.6 Medan Magnet pada Solenoida ... 10

Gambar 2.7 Kondisi Awal Rangkaian Osilator ... 11

Gambar 2.8 Perioda Osilasi ... 13

Gambar 2.9 Percobaan Faradays Mengenai Induksi Elektromagnetik ... 15

Gambar 2.10Inductive Coupling System ... 18

Gambar 2.11Rangkaian Ekuivalen untuk Coupling Resonator... 19

Gambar 2.12Koil pada Inductive Resonant Coupling ... 20

Gambar 2.13Rangkaian Power Supply Sederhana ... 23

Gambar 3.1 Sistem Blok Diagram Penelitian ... 25

Gambar 3.2 Blok Diagram Sistem Inductive Resonant Coupling ... 26

Gambar 3.3 Rangkaian Dasar Osilator Colpitts ... 28

Gambar 3.4 Rangkaian Osilator yang Digunakan ... 29

Gambar 3.5 Rangkaian Mixer ... 30

Gambar 3.6 Koil Pemancardan Koil Penerima ... 31

Gambar 4.1 Power Supply ... 35

Gambar 4.2 Osiloskop ... 35

(16)

xiv

(17)

1

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Wireless technology atau teknologi nirkabel, atau lebih sering disingkat

wireless adalah teknologi elektronika yang beroperasi tanpa kabel. Wireless

technology telah dikenal dapat dimanfaatkan untuk komunikasi maupun

pengontrolan. Untuk komunikasi, wireless communication merupakan transfer

informasi berupa apapun, secara jarak jauh tanpa penggunakan kabel. Misalnya

telepon seluler, jaringan komputer nirkabel dan satelit. Pengontrolan secara jarak

jauh tanpa kabel merupakan salah satu contoh teknologi nirkabel. Misalnya

penggunaan remote TV, mobil kontrol, dan remote untuk membuka pintu garasi

mobil (Proboyekti, 2007). Berkat perkembangan teknologi yang semakin maju,

teknologi nirkabel saat ini dapat diterapkan pada proses perpindahan daya atau

disebut juga wireless energy transfer.

Wireless energy transfer akan sangat berguna untuk banyak peralatan.

Nantinya diharapkan semua peralatan elektronik menggunakan sistem wireless

saat melakukan pengisian daya. Apalagi telah diketahui seluruh perangkat

elektronik memerlukan daya listrik agar dapat bekerja.

Beberapa waktu yang lalu para peneliti telah mencoba untuk mentransfer

energi secara wireless dengan beberapa macam mekanisme. Salah satu

mekanisme tersebut adalah inductive resonant coupling (Herrera, Torres, Leal, &

(18)

2

Herrera menyebutkan teknologi inductive resonant coupling merupakan

suatu teknologi untuk mentransfer energi secara wireless dengan menggunakan

sebuah koil sebagai pemancar dan koil lainnya sebagai penerima. Teknologi ini

bekerja dengan prinsip ketika dua koil (resonator) memiliki frekuensi resonansi

yang sama, mereka dapat dihubungkan dengan cara resonansi kemudian satu koil

dapat memancarkan energi ke yang lain. Frekuensi resonansi adalah frekuensi

dimana periode getaran sama dengan frekuensi di mana obyek mencapai tingkat

penyerapan energi tertinggi.

Teknologi inductive resonant coupling merupakan teknologi baru dan

perlu diketahui efisiensi daya yang berhasil dikirimkan dari proses transmisi daya.

Untuk mengetahui efisiensi tersebut, diperlukan adanya akuisisi data berdasarkan

parameter jarak antara koil pemancar dengan koil penerima, frekuensi transmisi

dan juga berdasarkan parameter daya yang diberikan pada sumber. Dengan

diketahuinya efisiensi dari daya yang berhasil dikirimkan, proses pengembangan

pada teknologi ini dapat dilakukan dengan mudah dan teknologi ini bisa

diterapkan pada perangkat elektronik yang memiliki karakteristik kebutuhan daya

masing – masing.

1.2 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, dapat dirumuskan permasalahan

sebagai berikut :

1. Bagaimana pengaruh jarak antara koil pemancar dengan koil

(19)

2. Bagaimana pengaruh daya yang diberikan pada koil pemancar

terhadap efisiensi transmisi daya.

3. Bagaimana pengaruh frekuensi yang dipakai pada transmisi daya

terhadap efisiensi.

1.3 Pembatasan Masalah

Penelitian yang dibahas memiliki beberapa batasan masalah, yaitu :

1. Penelitian ini difokuskan hanya menggunakan teknologi inductive

resonant coupling pada proses transmisi daya.

2. Koil pemancardan koil penerimayang digunakan berbentuk multiple

circle.

3. Sumber listrik yang digunakan menggunakan arus searah (DC).

1.4 Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Mengetahui pengaruh jarak antara koil pemancar dengan koil

penerima terhadap efisiensi transmisi daya.

2. Mengetahui pengaruh daya yang diberikan pada koil pemancar

terhadap efisiensi transmisi daya.

3. Mengetahui pengaruh frekuensi yang dipakai pada transmisi daya

(20)

4

1.5 Sistematika Penulisan

Pada penulisan penelitian ini ditulis dengan sistematika penulisan

sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini akan mengemukakan mengenai hal – hal yang menjadi latar

belakang penulisan penelitian, perumusan masalah, batasan masalah,

tujuan yang ingin dicapai, serta sistematika penulisan laporan tugas

akhir ini.

BAB II : LANDASAN TEORI

Bab ini akan membahas mengenai teori yang berhubungan dengan

wireless energy transfer , coupled resonator, desain koil pada

inductive resonant coupling, induksi elektromagnetik, elektromagnet

dan solenoida, medan magnet, arus listrik menghasilkan kemagnetan,

akuisisi data, daya listrik, power supply.

BAB III : METODE PENELITIAN

Bab ini akan membahas mengenai :

 Model penelitian yang digunakan dan pengimplementasian

sistem dari inductive resonant coupling. Untuk menjelaskan

setiap pembahasan tersebut akan dijelaskan menggunakan blok

diagram beserta penjelasan dari setiap bagian dari blok

(21)

 Rangkaian – rangkaian yang diperlukan untuk membangun

perangkat transmisi wireless energy transfer dengan

menggunakan teknologi inductive resonant coupling.

Rangkaian – rangkaian tersebut adalah rangkaian osilator,

rangkaian mixer, koil pemancar, dan koil penerima.

BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini akan memaparkan mengenai proses perhitungan efisiensi dan

frekuensi transmisi listrik berdasarkan hasil dari pengujian –

pengujian yang telah dilakukan. Kemudian berdasarkan hasil

perhitungan tersebut akan dilakukan pembahasan mengenai pengaruh

jarak antara koilpemancardengan koil penerima, daya yang diberikan

pada koil pemancar, dan frekuensi transmisi terhadap besarnya nilai

efisiensi yang dihasilkan.

BAB V : PENUTUP

Bab ini akan membahas mengenai kesimpulan dari hasil pengujian

dan analisis terkait dengan tujuan dan permasalahan yang ada, serta

(22)

6

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Medan Magnet

Sumber : (Giancoli, 2001)

Gambar 2.1 Penggambaran Garis Medan Magnet Sebuah Magnet Batang

Arah medan magnet pada suatu titik bisa didefinisikan sebagai arah yang

ditunjuk kutub utara sebuah jarum kompas ketika diletakkan di titik tersebut.

Gambar 2.1 menunjukan bagaimana suatu garis medan magnet ditemukan sekitar

magnet batang dengan menggunakan jarum kompas. Medan magnet yang

ditentukan dengan cara ini untuk medan di luar magnet batang digambarkan pada

Gambar 2.2. Berdasarkan Gambar 2.1 dan Gambar 2.2 dapat dilihat garis – garis

(23)

Gambar 2.2 Garis – Garis Medan Magnet di Luar Magnet Batang

Medan magnet dapat didefinisikan di sembarang titik sebagai vektor,

yang dinyatakan dengan symbol B, yang arahnya ditentukan seperti telah dibahas

sebelumnya dengan menggunakan jarum kompas. Besar B dapat didefinisikan

dalam momen yang diberikan pada jarum kompas ketika membentuk sudut

tertentu terhadap medan magnet. Sehingga, makin besar momen, makin besar pula

kuat medan magnet (Giancoli, 2001).

2.2 Arus Listrik Menghasilkan Kemagnetan

Arus listrik juga dapat menghasilkan sifat kemagnetan. Dengan kata lain

saat arus melewati suatu benda yang bersifat konduktor, maka akan terbentuk

suatu medan magnet. Konsep inilah yang terjadi pada saat jarum kompas

(24)

8

Gambar 2.3 Penyimpangan Jarum Kompas di Dekat Kawat

Jarum kompas yang diletakkan di dekat bagian yang lurus dari kawat

pembawa arus mengatur dirinya sendiri sehingga membentuk tangen terhadap

lingkaran yang mengelilingi kawat seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.3.

Dengan demikian, garis – garis medan magnet yang dihasilkan oleh arus di kawat

lurus membentuk lingkaran dengan kawat pada pusatnya seperti yang ditunjukan

pada Gambar 2.4.

(25)

Ada cara sederhana untuk mengingat arah garis – garis medan magnet

pada kasus ini. Cara ini disebut kaidah tangan kanan. Kaidah tangan kanan dapat

dilakukan dengan cara menggenggam kawat dengan tangan kanan sehingga ibu

jari menunjuk arus (positif) konvensional, kemudian jari – jari lain akan

melingkari kawat dan jari – jari tersebut menunjukan arah medan magnet seperti

yang ditunjukan pada Gambar 2.5 (Giancoli, 2001).

Gambar 2.5 Kaidah Tangan Kanan dalam Menentukan Arah Medan Magnet

2.3 Elektromagnet dan Solenoida

Solenoida merupakan sebuah kumparan kawat yang terdiri dari beberapa

lilitan (loop) seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.6. Saat arus listrik mengaliri

solenoida, solenoida tersebut akan memiliki sifat medan magnet. Posisi dari kutub

– kutub medan magnet pada solenoida dipengaruhi oleh arah arus di tiap lilitan

tersebut. Karena garis – garis medan magnet akan meninggalkan kutub utara

(26)

10

Gambar 2.6 Medan Magnet pada Solenoida

Setiap kumparan menghasilkan medan magnet dan medan total di dalam

solenoida akan merupakan jumlah medan – medan yang disebabkan oleh setiap

lilitan arus. Jika kumparan – kumparan solenoida berjarak sangat dekat, medan di

dalam pada dasarnya akan parallel dengan sumbu kecuali di bagian ujung –

ujungnya.

Untuk mengetahui besar medan magnet di dalam solenoida dapat

menggunakan hukum Ampere yang ditunjukkan pada rumus (2.1) (Giancoli,

2001).

nI B



₀

………..……….…………..(2.1)

dengan :

B = besar medan magnet (T)

(27)

n = jumlah lilitan per satuan panjang (m-1)

I = arus listrik (A)

Pada rumus tersebut, dapat diketahui bahwa B hanya bergantung pada

jumlah lilitan per satuan panjang, n, dan arus I. Medan tidak bergantung pada

posisi di dalam solenoida, sehingga nilai B seragam. Hal ini hanya berlaku pada

solenoida takhingga, tetapi merupakan pendekatan yang baik untuk titik – titik

yang sebenarnya yang tidak dekat dengan ujung solenoida.

2.4 Prinsip Kerja Osilator dalam Melakukan Osilasi

Telah diketahui sebelumnya, bahwa arus listrik mampu menghasilkan

sifat kemagnetan pada suatu konduktor. Hal ini juga yang menyebabkan osilator

mampu melakukan osilasi. Untuk lebih jelasnya, perhatikan rangkaian yang

ditunjukan pada Gambar 2.7.

Sumber : (Green, 1982)

Gambar 2.7 Kondisi Awal Rangkaian Osilator

Pada suatu kapasitor berukuran C Farad yang dimuati oleh sumber DC

(28)

12

yang telah bermuatan ini dihubungkan dengan induktor, seperti yang ditunjukan

pada Gambar 2.7, maka akan terbentuk rangkaian lengkap, dan muatan kapasitor

terlepas menuju induktor sehingga arus akan mengalir. Arus mengalir sesaat

setelah kapasitor dihubungkan dengan induktor, dan menarik cepat sampai ke

harga maksimum ketika kapasitor sudah kosong, atau tegangan antara kedua

lempengannya sama dengan nol. Aliran arus di konduktor menghasilkan medan

magnet yang besarnya sebanding dengan arus. Energi tersimpan pada medan

magnet adalah ½ LI2 joule. (L = induktansi induktor dengan satuan henry dan I =

arus maksimum dengan satuan Ampere). Semua energi yang tersimpan di

kapasitor sekarang telah diubah menjadi energi magnetik dan sebagian hilang

sebagai disipasi daya pada resistansi rangkaian (r).

Oleh karena beda potensial antara kedua terminal kapasitor sama

dengan nol, maka arus mulai menurun dan medan magnet disekitar induktor mulai

mengecil. Bersamaan dengan mengecilnya medan magnet, GGL (Gaya Gerak

Listrik) diimbaskan ke kumparan induktor, dengan polaritas yang sesuai hukum

Lenz, berlawanan dengan gaya yang menimbulkannya. Akibatnya GGL induksi

total akan menjaga mengalirnya arus. Karena muatan kapasitor telah terbuang

seluruhnya, maka aliran arus pada arah tersebut akan memuati kapasitor lagi, kini

dengan polaritas yang berlawanan.

Ketika medan magnet telah menghilang seluruhnya, arus menjadi nol

dan kapasitor telah termuati sampai tegangan yang sedikit lebih kecil dari

sebelumnya. Katakanlah (V – δV), dimana δV merupakan penambahan tegangan

(29)

Hampir seluruh energi magnetik kini berubah menjadi energi listrik yang

tersimpan pada dielektrik kapasitor. Sebagian energi akan hilang berupa disipasi

daya i2r akibat adanya resistansi rangkaian. Kapasitor sekarang mulai lagi

kehilangan muatannya menuju induktor, tetapi arah aliran arus berubah lagi

(aliran arus kembali sama dengan aliran arus mula – mula). Medan magnet mulai

lagi timbul disekitar induktor. Ketika kapasitor telah bermuatan, arus mulai

mengecil dan medan magnet menghilang setelah menginduksikan GGL ke

kumparan induktor, yang akhirnya akan menimbulkan arus dengan arah

sebaliknya. Kapasitor akan termuati lagi oleh arus sesuai polaritas awalnya dan

pada saat telah termuati penuh (dengan sedikit selisih tegangan dibandingkan

sebelumnya), maka lengkaplah satu perioda arus osilator seperti yang ditunjukan

pada Gambar 2.8.

Sumber : (Green, 1982)

Gambar 2.8 Perioda Osilasi

Pemindahan energi antara kapasitor dan induktor berlangsung terus

(30)

14

sampai osilasi selesai. Jenis osilasi ini dikenal sebagai osilator teredam. Laju

teredamnya osilasi bergantung pada resistansi rangkaian.

Jika energi diberikan pada rangkaian osilator untuk menggantikan rugi –

rugi disipasi i2r, akan diperoleh osilasi tak teredam. Osilasi ini akan menghasilkan

amplitudo yang terus konstan dan tak akan berhenti. Energi yang diberikan pada

rangkaian osilator haruslah cukup besar, sebanding dengan disipasi resistansi

rangkaian, serta sefasa dengan osilasi.

Energi yang harus diberikan pada rangkaian osilator untuk menjaga

berlangsungnya osilasi, ditangani oleh bagian penguat dari osilator. Ketika

osilator mulai dicatu, arus surja (current surge) pada rangkaian penentu frekuensi

akan menghasilkan tegangan sesuai dengan frekuensi operasi. Sebagian tegangan

ini diumpanbalikkan ke terminal masukan dan diperkuat dengan fasa yang sama

dengan tegangan semula. Hasilnya kemudian diumpankan kembali kemasukan,

diperkuat lagi dan seterusnya.

Dengan demikian amplitudo tegangan sinyal akan mencapai batas

tertentu. Setelah menghasilkan amplitudo yang diinginkan maka penguatan

rangkaian diperkecil menjadi satu. Penguatan ini dapat diperkecil dengan tabung

atau transistor yang dibuat jenuh (Green, 1982).

2.5 Induksi Elektromagnetik

Proses induksi elektromagnetik sangat berhubungan dengan konsep

(31)

terjadinya induksi elektromagnetik, akan dijelaskan melalui percobaan yang telah

dilakukan oleh Faradays..

Sumber : (Soedojo, 2004)

Gambar 2.9 Percobaan Faradays Mengenai Induksi Elektromagnetik

Bilamana kuat arus di kumparan primer pada Gambar 2.9 diubah, maka

di kumparan sekunder ternyata mengalir arus listrik, sedangkan kumparan

sekunder itu tak bersambungan sama sekali dengan kumparan primer. Satu –

satunya hubungan ialah adanya fluks garis gaya medan magnet dari kumparan

primer yang dialiri arus listrik, yang dicakup oleh kumparan sekunder. Jadi

tentunya mengalirnya arus listrik di kumparan sekunder itu bukan disebabkan

langsung oleh perubahan kuat arus listrik di kumparan primer, melainkan oleh

adanya perubahan banyaknya fluks garis gaya medan magnet yang dicakup

kumparan sekunder tersebut. Hal ini oleh Faraday sendiri diyakinkan dengan

menggantikan kumparan primer yang dialiri arus listrik itu dengan batang magnet

yang digerak – gerakkan mendekati lalu menjauhi kumparan sekunder sehingga

banyaknya fluks garis gaya medan magnet yang dicakup kumparan sekunderpun

(32)

16

penambahan fluks, misalnya dengan batang magnet yang lebih didekatkan, akan

berlawanan dengan seandainya sebaliknya, yakni yang berkaitan dengan

pengurangan fluks yang dicakup kumparan sekunder. Ternyata arah mengalirnya

arus listrik di kumparan sekunder itu sedemikian hingga fluks garis gaya medan

magnet yang ditimbulkan oleh kumparan sekunder itu mengkompensasi

perubahan fluks yang dicakupnya. Jadi seolah – olah mengalirnya arus listrik di

kumparan sekunder itu merupakan reaksi perubahan fluks garis gaya yang

dicakupnya, sejalan dengan hukum Newton III dalam mekanika (Soedojo, 2004).

2.6 Wireless Energy Transfer

Pengiriman daya dengan teknologi nirkabel merupakan perkembangan

dari konsep elektromagnetik yang telah dibahas pada subbab sebelum –

sebelumnya. Konsep ini telah mendasari proses transmisi daya yang pernah

dilakukan oleh ilmuwan Nikola Tesla dan teknologi transmisi listrik microwave.

Kedua macam teknologi itu merupakan bentuk transfer daya menggunakan

radiasi.

Radiative transfer digunakan dalam komunikasi nirkabel, namun

teknologi itu tidak terlalu cocok untuk transmisi listrik karena efisiensi yang

rendah dan kerugian radiasi karena sifat omnidirectionalnya. Sebuah teknologi

alternatif diperlukan dengan ketentuan jarak interaksi antara sumber dengan

perangkat berdekatan, sehingga menghasilkan transfer daya yang efisien (Sibakoti

(33)

Dalam beberapa waktu yang lalu para peneliti telah mencoba untuk

mentransfer energi secara wireless dengan beberapa macam mekanisme (Herrera,

Torres, Leal, & Angel, 2010), seperti :

 Laser beam. Laser beam adalah sinar laser koheren yang mampu

untuk membawa energi yang sangat tinggi. Teknologi ini diciptakan

oleh NASA pada tahun 2003.

 Gelombang radio dan microwaves. Dengan menggunakan teknologi

microwaves ini, energi listrik yang sangat tinggi dapat dikirimkan

melalui jarak jauh.

 Inductive resonant coupling. Teknologi ini bekerja dengan

menggunakan efek kopling resonansi antara dua gulungan sirkuit

LC.

 “Strong” electromagnetic resonance. Teknologi ini merupakan

perkembangan dari inductive resonant coupling. Teknologi ini

mampu mengirim energi listrik lebih jauh hingga beberapa puluh

sentimeter.

Inductive resonant coupling adalah sebuah sistem yang dapat

mengirimkan daya nirkabel. Hal ini dicapai dengan menghubungkan sumber daya

ke inductive coupling system dan menggunakan medan magnet untuk mentransfer

energi melalui udara. Coupling system menggunakan komponen koil pemancar

(L1) yang mengirimkan energi ke komponen koil penerima. Hal ini dilakukan

(34)

18

koil L2 menciptakan sinyal energi menggunakan medan magnet B tersebut.

Gambar 2.10 menunjukkan cara kerja dari inductive resonant coupling

berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh sasur.

Sumber : (Sasur, 2011)

Gambar 2.10 Inductive Coupling System

Efisiensi sistem didasarkan pada ukuran rasio D2/D1 dari dua koil dan

jarak antara dua koil (z). Saat rasio D2/D1 berkurang, efisiensi juga akan

berkurang. Jika jarak antara dua koil bertambah, efisiensi akan berkurang. Sumber

daya tersambung ke koil pemancar, kemudian secara nirkabel akan mentransfer

daya ke koil penerima. Energi ini kemudian akan masuk ke pengisian baterai

perangkat (Sasur, 2011).

2.7 Coupled Resonators

Coupled resonators adalah koil pemancar dan koil penerima yang telah

dibicarakan pada pembahasan – pembahasan sebelumnya. Kedua resonator

tersebut mampu melakukan proses transmisi daya ketika posisinya saling

(35)

penghubung diantara dua resonator tersebut yang digunakan sebagai media

transmisi daya.

Kemampuan transmisi daya tergantung pada karakteristik masing –

masing parameter untuk setiap resonator dan tingkat energi dari coupling.

Dinamika dua sistem resonator dapat digambarkan dengan analisis rangkaian

ekuivalen dari sistem coupling resonator. Berikut adalah rangkaian ekuivalen

untuk coupling resonator yang ditunjukkan pada Gambar 2.11.

Sumber : (Kesler, 2013)

Gambar 2.11 Rangkaian Ekuivalen untuk Coupling Resonator

Sebuah Generator dengan sumber tegangan sinusoidal yang memiliki

amplitudo Vg , frekuensi  dengan hambatan Rg. Sumber dan perangkat resonator

kumparan diwakili oleh induktor Ls dan Ld, yang digabungkan melalui induktansi

bersama M, di mana M = k L_sL_d dengan k merupakan koefisien gandengan

antar fluks. Setiap kumparan memiliki kapasitor seri untuk membentuk resonator.

Hambatan Rs dan Rd adalah hambatan parasit dari kumparan dan kapasitor

resonant untuk resonator yang bersangkutan. Beban diwakili oleh hambatan RL

(36)

20

2.8 Desain Koil pada Inductive Resonant Coupling

Coupled resonators atau koil pemancar dan koil penerima, secara fisik

berbentuk multiple circle seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.12 (Lee,

Waters, Shi, Park, & Smith, 2013). Desain lilitan koil, jumlah lilitan (n), ukuran

rata – rata dari jari – jari lilitan koil (r) dan lebar koil (d) sangat mempengaruhi

terhadap nilai dari induktansi (L).

Sumber : (Lee, Waters, Shi, Park, & Smith, 2013)

Gambar 2.12 Koil pada Inductive Resonant Coupling

Perhitungan dari nilai induktansi untuk desain koil seperti ini

(37)

d = lebar keseluruhan lilitan koil (cm)

Rumus tersebut dapat menghitung nilai dari induktansi dengan anggapan

jarak antar lilitan dan diameter dari koil yang digunakan diabaikan (Li, Yang, &

Gao, 2013).

2.9 Akuisisi Data

Pengukuran memegang peranan yang sangat penting dalam dunia teknik.

Pada tahap penelitian atau perancangan, pengukuran diperlukan untuk analisis

teknik eksperimental. Pada tingkat aplikasi, misalnya pada industri proses,

pengukuran diperlukan dalam pemantauan dan pengendalian suatu proses. Dengan

pesatnya perkembangan teknologi komputer, saat ini hampir semua kegiatan

dalam bidang teknik telah memanfaatkan komputer. Untuk dapat memanfaatkan

komputer, suatu sistem pengukuran memerlukan sistem akuisisi data untuk

mendapatkan data yang siap diolah secara digital (Murod, 2005).

2.10 Daya Listrik

Daya listrik mempresentasikan laju perubahan energi yang dihasilkan

oleh sebuah perangkat listrik, dari satu bentuk energi ke bentuk lainnya. Sebagai

contoh, sebuah pemanas ruangan mengubah energi listrik menjadi energi panas.

Laju perubahan ini dinyatakan dalam satuan watt. Simbol untuk besaran watt

adalah W (Bishop, 2004).

Dapat diperlihatkan bahwa daya yang dibangkitkan sebuah perangkat

listrik sebanding dengan besarnya arus yang mengalir melewatinya. Daya juga

sebanding dengan tegangan yang menggerakkan arus tersebut. Semakin besar arus

(38)

22

dihasilkan. Apabila dituliskan dalam rumus, menjadi seperti yang ditunjukan pada

rumus (2.3)

P = I x V ………. (2.3)

dengan :

P = Daya (W)

I = Arus (A)

V = Tegangan (V)

2.11 Power Supply

Power supply adalah alat atau sistem yang berfungsi untuk menyalurkan

energi listrik atau bentuk energi jenis apapun yang sering digunakan untuk

menyalurkan energi listrik. Secara prinsip rangkaian power supply adalah

menurunkan tegangan AC, menyearahkan tegangan AC sehingga menjadi DC

,menstabilkan tegangan DC, yang terdiri atas transformator, dioda dan kapasitor.

Tranformator biasanya berbentuk kotak dan terdapat lilitan – lilitan kawat email

didalamnya. Tugas dari komponen ini adalah untuk menaikkan atau menurunkan

tegangan AC sesuai kebutuhan.

Power supply diharapkan dapat melakukan fungsi berikut ini :

(39)

 Voltage Transformation : Memberikan keluaran tegangan DC yang sesuai

dengan yang dibutuhkan.

 Filtering : Menghasilkan arus listrik DC yang lebih "bersih", bebas dari ripple

ataupun noise listrik yang lain.

 Regulation : Mengendalikan tegangan keluaran agar tetap terjaga, tergantung

pada tingkatan yang diinginkan, beban daya, dan perubahan kenaikan

temperatur kerja juga toleransi perubahan tegangan daya input.

 Isolation : Memisahkan secara elektrik output yang dihasilkan dari sumber

input

 Protection : Mencegah lonjakan tegangan listrik (jika terjadi), sehingga tidak

terjadi pada output, biasanya dengan tersedianya sekering untuk auto

shutdown jika hal terjadi.

Sumber : (Gunawan, 2011)

Gambar 2.13 Rangkaian Power Supply Sederhana

Rangkaian power supply yang ditunjukan pada Gambar 2.13 merupakan

(40)

24

sering ditemui dalam dunia elektronika. Hanya dengan menggunakan beberapa

kompenen inti dari power supply yakni satu buah dioda bridge atau 4 buah dioda

biasa dan satu buah kapasitor. Dioda bridge / 4 buah dioda biasa digunakan

sebagai penyearah gelombang bolak balik yang dihasilkan oleh trafo step down

atau trafo penurun tegangan dan kapasitor digunakan sebagai penghilang riak

(41)

25

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Model Penelitian

Penelitian yang dilakukan dapat dijelaskan dengan lebih baik melalui

blok diagram seperti yang terlihat pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Sistem Blok Diagram Penelitian

Blok diagram diatas merupakan proses penelitian yang dilakukan setelah

sistem inductive resonant coupling diimplementasikan. Berikut adalah keterangan

dari setiap blok dari sistem blok diagram pada Gambar 3.1.

1. Input

Pada blok input terdiri dari tiga parameter yaitu frekuensi, daya (power

supply), dan jarak. Frekuensi merupakan besarnya nilai frekuensi

gelombang yang digunakan pada koil pemancar. Daya (power supply)

merupakan besarnya nilai daya listrik yang diberikan menggunakan

power supply. Jarak merupakan jarak antara koil pemancar dan koil

penerima. Tiga parameter ini nantinya akan diubah – ubah untuk

mengetahui apakah nilai dari tiap parameter tersebut berpengaruh

(42)

26

2. Proses

Proses yang dilakukan adalah pengukuran pada koil pemancar dan koil

penerima untuk mendapatkan nilai daya listrik pada dua koil tersebut.

Pengukuran dilakukan dengan menggunakan nilai dari parameter –

parameter pada blok input yang berbeda – beda. Pengukuran dilakukan

menggunakan osiloskop untuk mendapatkan nilai tegangan efektif

(Vrms) dan multimeter untuk mendapatkan arus efektif (Irms).

3. Output

Berdasarkan proses pengukuran yang telah dilakukan, akan di

dapatkan daya pada koil pemancar dan daya pada koil penerima. Dari

dua nilai parameter daya tersebut nantinya akan digunakan untuk

mendapatkan besarnya nilai efisiensi pada tiap pengukuran yang telah

dilakukan.

3.2 Pengimplementasian Sistem

Pengimplementasian dari sistem inductive resonant coupling diperlukan

untuk melakukan proses penelitian. Hal ini diperlukan agar mendapatkan hasil

dari proses penelitian yang ilmiah. Sistem tersebut akan diimplementasikan sesuai

dengan blok diagram yang terlihat pada Gambar 3.2.

(43)

Sumber listrik (power source) yang digunakan pada penelitian ini

berasal dari power supply. Power supply ini mampu menghasilkan daya yang

fleksibel, sehingga daya bisa diatur sesuai kebutuhan penelitian. Untuk ukuran –

ukuran jumlah daya yang digunakan pada penelitian ini akan dibahas pada bab

selanjutnya.

Daya listrik yang dihasilkan oleh power supply akan masuk ke rangkaian

mixer. Rangkaian mixer ini merupakan sebuah transistor yang dijadikan titik temu

pencampuran daya antara daya listrik yang dihasilkan oleh power supply dengan

daya yang dihasilkan oleh rangkaian osilator. Rangkaian osilator ini dapat bekerja

karena mendapatkan daya yang berasal dari daya feedback koil pemancar.Dalam

penelitian ini rangkaian osilator berfungsi sebagai rangkaian yang mengolah daya

listrik agar fluks yang terdapat pada koil pemancartetap stabil.

Koil pemancar sendiri mendapatkan daya yang merupakan hasil dari

rangkaian mixer. Daya yang melewati koil ini akan membangkitkan fluks di

sekitar koil tersebut. Perputaran dari fluks ini akan menyebabkan bangkitnya daya

listrik pada koil penerima. Daya listrik pada koil penerima akan memasuki load

(beban). Daya tersebut selanjutnya dapat diukur menggunakan osiloskop maupun

multimeter yang diletakkan pada load. Penjelasan lebih jauh mengenai rangkaian

– rangkaian yang digunakan pada penelitian ini akan dibahas pada subbab

berikutnya.

3.3 Perancangan Hardware

Perangkat transmisi daya ini terdiri dari beberapa rangkaian, yaitu rangkaian

(44)

28

rangkaian tersebut memegang peranan masing – masing dalam mengolah daya

listrik yang diberikan. Penjelaskan dari tiap – tiap rangkaian tersebut akan

dijelaskan pada subbab – subbab berikutnya.

3.3.1 Rangkaian Osilator

Rangkaian osilator merupakan rangkaian yang berfungsi mengolah daya

listrik agar membangkitkan fluks pada koil pemancar. Konsep dasar dari

rangkaian ini yaitu sebuah rangkaian penguat dengan sistem feedback, sehingga

sebagian daya yang dikeluarkan dari koil pemancar akan dikembalikan lagi ke

masukan. Hal ini yang menyebabkan terjadinya perputaran fluks disekitar koil

pemancar yang terus menerus. Gambar 3.3 menunjukkan salah satu rangkaian

dasar osilator.

Sumber : (Herrera, Torres, Leal, & Angel, 2010)

(45)

Jenis osilator yang digunakan adalah osilator colpitts. Osilator ini

merupakan salah satu tipe osilator LC. Osilator LC merupakan osilator yang

menggunakan kombinasi antara induktor dengan kapasitor. Karena osilator ini

digunakan untuk membangkitkan fluks pada koil pemancar, maka ada perubahan

yang dilakukan pada rangkaian dasar osilator colpitts. Gambar 3.4 menunjukkan

rangkaian osilator yang digunakan dalam penelitian.

Gambar 3.4 Rangkaian Osilator yang Digunakan

Isolator yang digunakan dalam rangkaian dasar osilator di ganti dengan

koil pemancar. Hal ini dilakukan agar daya listrik dapat membangkitkan fluks

pada koil pemancar.

Selain itu, letak dari pembagi tegangan kapasitif juga menyesuaikan

letak koil pemancar yang digunakan. Pembagi tegangan kapasitif dibentuk oleh

kapasitor yang terpasang seri (C1 dan C2). Pembagi tegangan kapasitif berfungsi

(46)

30

3.3.2 Rangkaian Mixer

Rangkaian mixer merupakan rangkaian yang terdiri dari sebuah

transistor yang berfungsi sebagai titik pencampuran daya yang dihasilkan oleh

power supply dengan daya yang dihasilkan oleh rangkaian osilator. Daya yang

dihasilkan oleh power supply akan masuk pada bagian basis pada transistor.

Sebelum memasuki transistor, daya tersebut akan distabilkan oleh komponen IC

LM7805.

Daya yang dihasilkan oleh rangkaian osilator akan memasuki bagian

kolektor pada transistor. Transistor yang digunakan pada rangkaian ini adalah

transistor jenis TIP41C. Transistor ini digunakan karena selain digunakan sebagai

pencampuran daya, komponen ini juga digunakan sebagai penguat arus. Dengan

pencampuran daya tersebut nantinya diharapkan mampu menghasilkan arus yang

lebih besar. Arus pada bagian pemancar perlu dikuatkan karena semakin kuat arus

yang melewati koil pemancar maka semakin jauh pula medan fluks yang

dihasilkan. Dengan demikian letak darikoil penerima dapat diletakkan lebih jauh

lagi, sehingga proses transmisi listrik semakin jauh. Gambar 3.5 menunjukkan

(47)

Gambar 3.5 Rangkaian Mixer

3.3.3 Koil Pemancar dan Koil Penerima

Koil pemancar dan koil penerima yang digunakan terbuat dari kabel NYA

dengan ukuran diameter kabel 4 mm yang dibentuk multiple circle. Kedua koil ini

mampu menerima tegangan maksimal hingga 750 V. Koil pemancar terdiri dari 9

lilitan dan koil penerima terdiri dari 10 lilitan. Jari – jari terluar dari kedua koil

yang digunakan adalah 9 cm. Sedangkan jari – jari terdalam dari kedua koil yang

digunakan adalah 0.3 cm.Gambar 3.6 menunjukkan koil yang digunakan.

(48)

32

Gambar 3.6 Koil Pemancardan Koil Penerima

Koil pemancar merupakan bagian dari perangkat transmisi listrik yang

berperan utama dalam menginduksikan listrik. Oleh karena itu perlu diketahui

besarnya nilai induktansi dari koil pemancar yang digunakan.

Untuk menghitung besarnya nilai induktansi pada koil pemancar dapat

menggunakan rumus (2.2). Tabel 3.1 menampilkan nilai dari parameter –

parameter penyusun rumus dan perhitungan dari nilai induktansi pada koil

pemancar.

Tabel 3.1 Perhitungan Nilai Induktansi pada Koil Pemancar

Parameter Koil Pemancar r = jari – jari terluar

koil

9 cm

(49)

(50)

33

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Perhitungan Frekuensi

Untuk mengetahui apakah besarnya nilai frekuensi berpengaruh terhadap

efisiensi transmisi daya, maka diperlukan pengukuran daya dengan menggunakan

nilai frekuensi yang berbeda – beda. Oleh karena itu perlu ditetapkan terlebih

dahulu berapa saja besarnya nilai frekuensi yang akan digunakan untuk

pengukuran daya. Untuk rumus yang digunakan dan bagaimana proses

perhitungan frekuensi akan dijelaskan pada subbab berikutnya.

4.1.1Rumus Perhitungan Frekuensi

Rumus untuk perhitungan frekuensi yang digunakan, merupakan rumus

umum yang biasanya digunakan untuk menghitung besarnya nilai frekuensi pada

rangkaian osilator. Rumus untuk perhitungan frekuensi ditunjukan pada rumus

(51)

4.1.2Proses Perhitungan Frekuensi

Pada Tabel 4.1 akan menampilkan nilai – nilai dari parameter yang

digunakan pada rumus dan proses perhitungan frekuensi.

Tabel 4.1 Perhitungan Frekuensi

Frekuensi 1 Frekuensi 2 Frekuensi 3

L = 0.00154 H L = 0.00154 H L = 0.00154 H

Pengujian perangkat transmisi dilakukan untuk mengetahui seberapa

besar daya yang ditransmisikan (Pin) dan seberapa besar daya yang telah berhasil

ditransmisikan (Pout). Dengan mengetahui besarnya nilai – nilai dari daya tersebut,

proses perhitungan efisiensi dari perangkat transmisi daya untuk wireless energy

transfer dapat dilakukan. Untuk pembahasan dari bagaimana proses pengujiannya,

(52)

35

4.2.1 Peralatan yang Digunakan

Dalam pengujian ini diperlukan beberapa peralatan untuk membantu

pengujian perangkat transmisi daya seperti yang di tunjukan pada Gambar 4.1,

Gambar 4.2, dan Gambar 4.3.

(53)

Gambar 4.2 Osiloskop

Gambar 4.3 Multimeter

4.2.2 Perakitan Perangkat Transmisi

Sesuai dengan blok diagram yang ditunjukkan pada Gambar 3.2, maka

proses perakitan perangkat transmisi dilakukan menjadi dua bagian, yaitu bagian

pemancar dan bagian penerima. Untuk bagian pemancar terdiri dari rangkaian

osilator, mixer, dan koil pemancar. Sedangkan untuk bagian penerima hanya

terdiri dari koil penerima. Gambar 4.4 menunjukkan seluruh rangkaian perangkat

transmisi.

(54)

37

Gambar 4.4 Rangkaian Perangkat Transmisi

4.2.3 Prosedur Pengujian

1. Siapkan perangkat transmisi dan seluruh peralatan tambahan yang

digunakan.

2. Sambungkan power supply pada bagian input dari rangkaian mixer,

kemudian sambungkan osiloskoppada koil penerima.

3. Posisi koil pemancar dan koil penerima seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 4.4. Atur jarak antara koil pemancar dengan koil penerima3 cm, 6

cm, 9 cm, 12 cm, 15 cm, 18 cm, 21 cm, 24 cm, 27 cm, dan 30 cm secara

berganti – gantian.

4. Atur power supply agar mengeluarkan tegangan 10 V, 12.5 V, 14.5 V secara

berganti – gantian. Saat diberikan tegangan 10 V, atur jarak antara koil

pemancar dengan koil penerima seperti yang disebutkan pada langkah ke 3.

Begitu juga saat diberikan tegangan 12.5 V, 14.5 V dan 16.5 V.

5. Tiap satu kali pengujian yang dilakukan dengan menggunakan tegangan

power supply dan jarak antara koil pemancar dengan koil penerima yang

sama, akan digunakan 3 frekuensi yang berbeda – beda. Agar nilai frekuensi

dapat berbeda – beda maka kapasitor pada rangkaian osilator perlu diganti –

ganti. Untuk ukuran kapasitor dan frekuensi yang digunakan sesuai dengan

(55)

6. Untuk mengukur berapa besar tegangan yang ditransmisikan (Vin) maka

letakkan osiloskop pada bagian keluaran dari koil pemancar. Kemudian atur

osiloskop agar dapat mengukur Vrms. Vrms merupakan tegangan efektif yang

mengalir pada titik pengukuran. Nilai dari Vrms bisa dijadikan Vin. Untuk

mengukur berapa besar tegangan yang berhasil ditransmisikan (Vout) maka

letakkan osiloskop pada bagian keluaran dari koil penerima. Kemudian atur

osiloskop agar dapat mengukur Vrms seperti pada saat mengukur Vin.

7. Untuk mengukur berapa besar arus yang ditransmisikan (Iin) maka letakkan

multimeter pada bagian keluaran dari koil pemancar. Kemudian atur

multimeter agar dapat mengukur Irms. Irms merupakan tegangan efektif yang

mengalir pada titik pengukuran. Nilai dari Irms bisa dijadikan Iin. Untuk

mengukur berapa besar arus yang berhasil ditransmisikan (Iout) maka

letakkan multimeter pada bagian keluaran dari koil penerima. Kemudian atur

multimeter agar dapat mengukur Irms seperti pada saat mengukur Iin.

4.2.4 Hasil Pengujian

Setelah melakukan seluruh langkah – langkah dalam subbab prosedur

pengujian, akan didapatkan nilai dari tegangan yang ditransmisikan (Vin),

tegangan yang berhasil ditransmisikan (Vout), arus yang ditransmisikan (Iin), dan

arus yang berhasil ditransmisikan (Iout). Nilai ini didasarkan pada perubahan yang

diberikan pada nilai tegangan pada power supply, frekuensi yang digunakan dan

jarak antara koil pemancar dan koil penerima. Tabel 4.2, Tabel 4.3, Tabel 4.4,

Tabel 4.5, Tabel 4.6, Tabel 4.7, Tabel 4.8, Tabel 4.9, dan Tabel 4.10 menampilkan

(56)

(57)

Frekuensi 90.73 KHz dan Vin = 5.37 V

Jarak (cm)

Pada Koil Pemancar Pada Koil Penerima Iin (A) Vin (V) Iout (A) Vout (V)

Jarak (cm)

(58)

41

Jarak (cm)

(59)

Jarak (cm)

21 0.02 6.70 0.0000004 0.49

24 0.02 6.70 0.0000001 0.39

27 0.02 6.70 0.0000001 0.35

30 0.02 6.70 0.0000001 0.33

Jarak (cm)

(60)

43

Jarak (cm)

Tabel 4.10Nilai – Nilai Tegangan dan Arus dari Hasil Pengujian 3 dengan

Jarak (cm)

4.3 Perhitungan Daya dan Efisiensi Transmisi

Untuk mencapai tujuan dari penelitian ini, berdasarkan pengujian yang

(61)

ditransmisikan (Pin) pada koil pemancar dan daya yang berhasil ditransmisikan

(Pout) pada koil penerima. Kemudian berdasarkan nilai dari Pin dan Pout, dilakukan

perhitungan efisiensi transmisi daya. Untuk proses perhitungan daya akan di bahas

pada subbab 4.31, sedangkan proses perhitungan efisiensi dibahas pada subbab

4.32.

4.3.1 Perhitungan Daya Listrik

Proses perhitungan daya (Pin dan Pout) dapat dilakukan dengan

menggunakan rumus (2.3) yang berada pada Bab II. Sesuai dengan rumus

tersebut, maka diperlukan nilai tegangan dan arus pada titik yang ingin diketahui

dayanya. Oleh karena itu, proses perhitungan daya ini menggunakan nilai dari

tegangan dan arus yang telah didapat pada tahap pengujian perangkat transmisi.

Tabel 4.11, Tabel 4.12, Tabel 4.13, Tabel 4.14, Tabel 4.15, Tabel 4.16, Tabel

4.17, Tabel 4.18, dan Tabel 4.19 menampilkan nilai perhitungan daya (Pin dan

Pout).

Jarak (cm)

Pada Koil Pemancar Pada Koil Penerima

(62)

45

Jarak (cm)

Iin (A) Vin (V) Pin (W) Iout (A) Vout (V) Pout(W)

Tabel 4.13Nilai – Nilai dari Perhitungan Daya dari Hasil Pengujian 3 dengan

Jarak (cm)

Tabel 4.14Nilai – Nilai Perhitungan Daya dari Hasil Pengujian 1 dengan

Jarak (cm)

(63)

Jarak (cm)

(64)

47

Jarak (cm)

21 0.03 8.13 0.2439 0.0000005 0.52 0.00000026

24 0.03 8.13 0.2439 0.0000003 0.42 0.000000126

27 0.03 8.13 0.2439 0.0000001 0.36 0.000000036

30 0.03 8.13 0.2439 0.0000001 0.34 0.000000034

Jarak (cm)

(65)

Jarak (cm)

ditransmisikan (Pout) pada koil penerima. Berdasarkan pernyataan tersebut maka

rumus untuk perhitungan efisiensi ditunjukkan pada rumus (4.2).



efisiensi = efisiensi transmisi daya

PInp = daya yang ditransmisikan pada koil pemancar (W)

(66)

49

Tabel 4.20, Tabel 4.21, Tabel 4.22, Tabel 4.23, Tabel 4.24, Tabel 4.25,

Tabel 4.26, Tabel 4.27, dan Tabel 4.28 menunjukkan tingkat efisiensi pada tiap

hasil pengujian perangkat transmisi.

Tabel 4.20Efisiensi dari Hasil Pengujian 1 dengan Frekuensi 90.73 KHz dan

Vin = 5.37 V

Jarak (cm)

efisiensi

Vin = 7.97 V

Jarak (cm)

(67)

Vin = 9.01 V

Jarak (cm)

efisiensi

Vin = 5.88 V

Jarak (cm)

efisiensi

Vin = 6.70 V

Jarak (cm)

efisiensi Iin (A) Vin (V) Pin (W) Iout (A) Vout (V) Pout(W)

3 0.02 6.70 0.134 0.0076 9.88 0.075088 56.04%

6 0.02 6.70 0.134 0.0017 5.35 0.009095 6.79%

(68)

51

Jarak (cm)

efisiensi

Vin = 8.13 V

Jarak (cm)

efisiensi

Vin = 5.08 V

Jarak (cm)

(69)

Jarak (cm)

efisiensi Iin (A) Vin (V) Pin (W) Iout (A) Vout (V) Pout(W)

24 0.015 5.08 0.0762 0.0000007 0.29 0.000000203 0.00%

27 0.015 5.08 0.0762 0.0000007 0.27 0.000000189 0.00%

30 0.015 5.08 0.0762 0.0000005 0.26 0.00000013 0.00%

Vin = 6.39 V

Jarak (cm)

efisiensi

Vin = 7.24 V

Jarak (cm)

(70)

53

4.4 Pembahasan Berdasarkan Hasil Perhitungan Daya dan Efisiensi Daya

Pembahasan mengenai hasil perhitungan daya dan efisiensi diperlukan

untuk mencapai tujuan dari penelitian ini. Oleh karena itu, sesuai dengan tujuan

dari penelitian ini, maka diperlukan rekapitulasi berdasarkan kesamaan parameter

– parameter uji yaitu jarak antara koil pemancar dengan koil penerima, nilai daya

yang ditransmisikan (Pin), dan frekuensi transmisi. Hal ini dilakukan untuk

memudahkan dalam menganalisa bagaimana pengaruh parameter uji tersebut

terhadap besarnya nilai efisiensi. Tabel 4.29, Tabel 4.30, dan Tabel 4.31

menampilkan rekapitulasi hasil perhitungan berdasarkan kesamaan parameter uji

pada beberapa frekuensi.

Tabel 4.29 Rekapitulasi Hasil Perhitungan Berdasarkan Kesamaan Parameter Uji

(71)

Jarak

(72)

55

(73)

Jarak

antara koil pemancar dengan koil penerima, nilai daya yang ditransmisikan (Pin),

dan frekuensi transmisi mempengaruhi besarnya nilai efisiensi. Saat parameter –

parameter pengukuran tersebut diberikan nilai yang berbeda, akan menghasilkan

nilai efisiensi yang berbeda pula. Berikut ini penjelasan lebih rinci mengenai

pengaruh parameter – parameter pengukuran yang digunakan terhadap efisiensi

berdasarkan Tabel 4.29, Tabel 4.30, dan Tabel 4.31 :

 Pengaruh jarak antara koil pemancar dengan koil penerima terhadap efisiensi.

Semakin pendek jarak antara koil pemancar dengan koil penerima, akan

menghasilkan nilai efisiensi yang semakin besar pula. Hal ini terjadi pada saat

nilai tegangan yang ditransmisikan (Vin) sama dan menggunakan frekuensi

40.58 KHz, 90.73 KHz atau 128.31 KHz.

 Pengaruh nilai daya yang ditransmisikan (Pin) terhadap efisiensi.

Semakin besar daya yang ditransmisikan (Pin), akan menghasilkan nilai

(74)

57

pemancar dengan koil penerima sama dan menggunakan frekuensi 128.31

KHz.

Namun pernyataan tersebut tidak berlaku pada saat jarak antara koil

pemancar dengan koil penerima sama dan menggunakan frekuensi 40.58 KHz

atau 90.73 KHz. Hal ini terjadi dikarenakan oleh nilai arus yang

ditransmisikan (Iin) yang berbeda pada saat menggunakan frekuensi 90.73

KHz, 128.31 KHz dan 40.58 KHz.

Nilai Iin dipengaruhi oleh transistor yang digunakan pada bagian

pemancar. Prinsip kerja transistor seperti switch atau keran air. Jadi saat

perbandingan arus antara bagian collector dengan basis menyebabkan jalur

output terbuka lebar, maka arus yang dihasilkan pada bagian emitter akan

besar. Begitu juga sebaliknya saat perbandingan arus antara bagian collector

dengan basis menyebabkan jalur output sempit, maka arus yang dihasilkan

pada bagian emitter akan kecil.

 Pengaruh frekuensi transmisi terhadap efisiensi.

Semakin besar nilai frekuensi transmisi yang digunakan, maka nilai

efisiensi semakin besar pula. Hal ini terjadi pada saat jarak antara koil

pemancar dengan koil penerima dan nilai tegangan yang ditransmisikan (Vin)