RANCANG BANGUN CHARGER HANPHONE TENAGA INDUKSI
TUGAS AKHIR
AFIF YUM’NAA. T
122408040
PROGRAM STUDI D-3 FISIKA DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
RANCANG BANGUN CHARGER HANPHONE TENAGA INDUKSI
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Melengkapi Tugas Dan Memenuhi Syarat Memperoleh Ahli Madya
AFIF YUM’NAA. T
122408040
PROGRAM STUDI D-3 FISIKA DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
PERSETUJUAN
Judul : Rancang Bangun Charger Hanphone Tenaga Induksi
Kategori : TugasAkhir
Nama : AfifYum’naa T
NomorIndukMahasiswa : 122408040
Program Studi : Diploma III ( D-III) Fisika
Departemen : Fisika
Fakultas : MatematikadanIlmuPengetahuanAlam Universitas Sumatera Utara
Disetujui di Medan, 11Juli2015
DisetujuiOleh
Prodi D-3 Fisika FMIPA USU Pembimbing,
Ketua,
Dr. Susilawati, M.Si Dr. KurniaBrahmana, M.si
PERNYATAAN
RANCANG BANGUN CHARGER HANPHONE TENAGA
INDUKSI
TUGAS AKHIR
Saya mengakui bahwa tugas akhir ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2015
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis ucapkan terimakasih kepada Tuhan Yang Maha Esa at as segala rahmat dan keberkahan yang telah dilimpahkanNya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul RANCANG BANGUN CHARG ER HANPHONE TENAGA INDUKSI.
Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus di penuhi untuk meny elesaikan pendidikan Diploma III Jurusan Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmupeng etahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari bahwa tersusunnya Tugas Akhir ini dari Doa, perhatian, bimbingan, motivasi dan dukungan berbagai pihak, sehingga dengan keikhlasan dan kerendahan hati pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Teristimewa buat kedua orang tua penulis tercinta, atas perhatian dan dukunga nnya serta doanya selama ini.
2. Bapak Dr. Sutarman. Msc, selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Peng etahuan Alam Universitas Sumatra Utara.
3. Ibu Dr.Susilawati, M.Si, selaku Ketua Program Studi D –
III Fisika Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Drs. Ferdinand Sinuhaji, M.S, selaku Sekretaris Program Studi Fisika Instrumentasi Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam. 5. Bapak Drs. KurniaBrahmana, M.Si, Selaku pembimbing, yang telah membim
bing dan mengarahkan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 6. Seluruh Staf pengajar pegawai Program Studi Fisika Instrumentasi Fakultas M
atematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam.
7. Seluruh pihak yang telah banyak membantu penulis didalam menyelesaika n Tugas Akhir yang namanya tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. 8. Temanteman dari stambuk 2012 yang telah banyak membantu dalam penul
Penulis menyadari bahwa penyusunan laporan Tugas Akhir ini masih terdapat banyak kekurangan dan kelemahan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak guna penyempurnaan laporan di masa yang akan datang.
Akhir kata, semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi rekan-rekan mahasiswa dan pembaca sekalian demi menambah pengetahuan bagi pembaca.
Medan,Juli 2015
DAFTAR ISI
1.6. Sistematika Penulisan ... 4
BAB II LANDASAN TEORI ... 5
2.1. Sejarah Pengiriman Daya Listrik Tanpa Kabel ... 5
2.2. Definisi Pengiriman Daya Listrik Tanpa Kabel... 6
2.3. Prinsip Induksi Elektrimaknetik ... 6
2.4. Resonansi Elektromaknetik ... 8
2.5. Penyebab Terjadinya GGL Induksi ... 8
2.6. Faktor Besarnya GGL ... 12
2.7. Kumparan Pemancar dan Kumparan Penerima ... 12
2.8. Antena Wireless Charger ... 14
2.9. Prinsip Resonansi (Tunning Circuit) ... 15
2.10. Prinsip Couple Reconance ... 16
2.11. Penyimpanan Energi (Bateray) ... 17
2.12. Sistem Secara Umum Transfer Energy Tanpa Kabel ... 19
2.13. Perancangan Transmitter ... 21
2.14. Perancangan Receiver ... 24
2.15. Pengujian dan Pengambilan Data ... 26
BAB III PERANCANGAN SISTEM ... 32
3.1. Diagram Blok Sistem ... 32
3.2. Perancangan Pemancar ( Transmitter ) ... 33
3.3. Perancangan Penerima ( Receiver ) ... 34
3.4. Rangkaian Mikrokontroler ATMega 8 ... 36
BAB IV PENGUJIAN RANGKAIAN ... 37
4.1. Pengujian Rangkaian Mikrokontroller ATMega 8 ... 37
4.2. Pengujian Rangkaian Power Suplay ... 38
4.3. Pengujian Rangkaian Transmitter ... 38
BAB V PENUTUP ... 40
5.1. Kesimpulan ... 40 5.2. Saran ... 40
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 4.1.Data PengujianTransmitter (Pemancar) 38
DAFTAR GAMBAR
Gambar2.4 Rangkaianroyer oscillator 22
Gambar 2.5 Transmitter dengankawattembaga 2 turn 23
Gambar 2.6 Transmitter dengan copper tube 23
Gambar 2.7 Sistem WPT 24
Gambar 2.8 Rangkaianpenerima 26
Gambar 2.9 Rangkaianpercobaanpengukurantanpabeban 27 Gambar 2.10 Rangkaianpercobaanpengukurandenganbeban 27
Gambar 2.11 Prosedurpengambilandata 28
Gambar 2.12 Diagram percobaanTeganganKeluaranTetap 29 Gambar 2.13 Pengambilan Data PercobaanTeganganKeluaranTetap 29 Gambar 2.14 ContohPengambilan DataPercobaanJarakTetap (10cm) 30 Gambar 2.15 ContohPengambilan Data PercobaanJarakTetap (20cm) 30 Gambar 2.16 ContohPengambilan DataPercobaanJarakTetap (30cm) 31
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem 32
Gambar3.2 RangkaianPemancar (Transmitter) 33
Gambar 3.3 RangkaianPenerima (Receiver) 34
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang Masalah
Kemajuan teknologi tanpa kabel atau wireless dewasa ini semakin meningkat pesat. Peningkatan ini dilandasi dengan berbagai hal, seperti semakin meningkatnya teknologi pada perangkat elektronik, kebutuhan telekomunikasi, sampai pada gaya hidup dari umat manusia. Kebutuhan akan pengiriman daya listrik tanpa kabel ini berawal dari ketergantungan umat manusia terhadap pemakaian kabel untuk mengisi ulang baterai yang dipakai pada perangkat elektronik.
Dalam kehidupan sehari-hari sekarang ini, umat manusia tidak bisa lepas dari kebutuhan mereka akan peralatan listrik tersebut, dari telepon genggam untuk berkomunikasi, laptop untuk mengerjakan tugas dan terhubung dengan internet, sampai kepada pemutar mp3 untuk mendengarkan lagu, yang semua peralatan elektronik tersebut menggunakan baterai yang dapat diisi ulang sebagai sumber utamanya. Oleh karena ketergantungan manusia terhadap baterai, sering terdapat adaptor atau charger baterai yang terus menerus terpasang pada sumber listrik utama untuk memudahkan dalam proses pengisian ulang baterai.
sudah dapat melakukan transfer energi listrik secara wireless, tetapi hal ini tidak populer dikarenakan transfer energi listrik secara wireless memiliki efisiensi yang rendah. Konsep dasar yang digunakan untuk melakukan transfer energi listrik secara wireless adalah elektromagnetisme, dimana medan magnet yang berosilasi menghasilkan arus listrik, sedang medan listrik yang berosilasi menghasilkan medanmagnet.
Proses transfer energi dilakukan menggunakan prinsip resonansi, dimana energi ditransfer pada frekuensi yang sama pada pengirim dan penerima. Salah satu aplikasi dari wireless power transmission(WPT) ini adalah pemanenan Gelombang elektromagnetik bebas untuk diubah menjadi energi listrik. Hal itu dapat dimungkinkan dengan penggunaan rectifier antenna(rectenna) di bagian penerima yaitu alat yang dapat mengubah gelombang elektromagnetik menjadi arus listrik. Aplikasi wireless power transfer seperti ini kelak sangat berguna untuk menyuplai kebutuhan energi listrik di daerah yang sulit dijangkau setidaknya bagi perangkat berdaya rendah seperti sensor.
1.2.RumusanMasalah
Dalam merancang dan membuat Rancang Bangun Charger Hanphone
Tenaga Induksi penulis akan membahas dan pengontrolan energi tanpa kabel
berdaya rendah .Tidak di bahas bagaimana cara pembuatan program dan hasil nya hanya sekilas tentang bagaimana program tersebut berkerja.
1.3.Tujuan Penulisan
Adapun Tujuan dari penulisan tugas akhir ini sebagai berikut :
1. Memanfaatkan bagaimana cara membuat penerima pada transfer daya listrik tanpa kabel.
2. Memanfaatkan bagaimana energi listrik dapat ditransmisikan tanpa menggunakan panghantar (kabel).
3. Agar Lebih Mengerti tentang pengaplikasian dari Mikrokontroler .
1.4.Batasan Masalah
Dalamperencanaan penulisaniniterdapat beberapa batasanmasalah sebagai berikut: 1. Rangakaian Mikrokontroller yang di gunakan adalah mikrokontroller
ATMega8.
2. Program yang digunakan adalah Codevision AVR. 3. Tidak membahas perancangan transmitter (pemancar)
1.5. Metodologi Penulisan
Adapun metode penulisan yang digunakan dalam menyusun dan menganalisa Tugas akhir ini adalah:
1. Studi literatur yang berhubungan dengan perancanangan dan pembuatan alat ini.
2. Perencanaan dan pembuatan alatMerencanakan peralatan yang telah dirancang baik software maupun hardware.
1.6.Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan dalam tugas akhir ini terdiri dari 5 bab, yaitu:
BAB I : PENDAHULUAN
Berisi latar belakang permasalahan, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan pembahasan, metodologi pembahasan, dan sistematika penulisan dari penulisan laporan proyek ini.
BAB II : LANDASAN TEORI
Dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembah asan dan cara kerja dari rangkaian. Dan bahasa program yang digunakan, serta ka rakteristik dari komponen-komponen pendukung.
BAB III : PERANCANGAN SISTEM
Membahas tentang perencanaan dan pembuatan sistem secara keseluruhan.
BAB IV : PENGUJIAN RANGKAIAN
Berisi tentang uji coba alat yang telah dibuat, pengoperasian dan spesifikasi alat.
BAB V : PENUTUP
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Sejarah Pengiriman Daya Listrik Tanpa Kabel
Mentransmisikan sejumlah tenaga listrik yang besar merupakan aplikasi gelombang mikro yang sangat memungkinkan di masa depan namun masih belum terbukti dan populer sejauh ini. Pada tahun 1900, Nikola Tesla, penemu dan ilmuwan, mengusulkan penggunaan gelombang radio untuk mengirimkan daya untuk saluran listrik tegangan tinggi.Nikola Tesla lahir di Smiljan, sebuah desa di daerah pegunungan di Semenanjung Balkan yang dikenal sebagai Lika, yang pada saat itu merupakan bagian dari Perbatasan Militer negara Austria-Hongaria.
2.2 Definisi Pengiriman Daya Listrik Tanpa Kabel
Pengiriman daya listrik tanpa kabel adalah suatu sistem yang memiliki proses dimana energi listrik dapat ditransmisikan dari suatu sumber listrik menuju ke beban listrik tanpa melalui suatu kabel. Transmisi daya listrik tanpa kabel ini berguna jika kita membutuhkan suatu energi listrik, akan tetapi tidak ada kabel di sekitar tempat kita berada. Alat pengirim daya listrik tanpa kabel memiliki banyak kegunaan dalam kehidupan sehari-hari, yang terbagi dalam dua kategori, yaitu : 1. Memberikan sumber listrik tanpa kabel secara langsung, yaitu ketika peralatan
elektronik tanpa baterai membutuhkan daya listrik, akan tetapi tidak ada kabel disekitarnya, maka alat pengirim daya listrik tanpa kabel akan berfungsi selama masih berada dalam area jangkauan. (contoh : televisi, lampu.)
2. Mengisi ulang secara otomatis tanpa kabel, yaitu ketika suatu alat elektronik yang menggunakan baterai yang dapat diisi ulang membutuhkan isi ulang baterai, maka alat ini juga dapat digunakan. (contoh : telepon genggam, pemutar mp3, laptop.) Alat pengirim daya listrik tanpa kabel ini sangat berbeda dengan prinsip induksi elektromagnetik konvensional, seperti yang digunakan pada trafo, dimana kumparan primer dapat mentransmisikan daya ke kumparan sekunder dalam jarak yang sangat dekat
2.3 Prinsip Induksi Elektromaknetik
n itu. Galvanometer merupakan alat yang dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya arus listrik yang mengalir.
Cara kerjanya, pada saat magnet digerakkan masuk dan keluar kumparan, jarum galvanometer menunjukkan penyimpangan kekanan dan kekiri.Hal ini menunjukkan bahwa magnet yang digerakkan keluar dan masuk pada kumparan menimbulkan arus listrik.Beda halnya jika magnet diam, pada ujung kumparan tidak terjadi arus listrik.Dan arus listrik terjadi apabila pada ujung-ujung kumparan terdapat GGL (Gaya Gerak Listrik) dan GGL yang terjadi di ujung- ujung kumparan dinamakan GGL induksi.Penyimpangan yang terjadi pada galvanometer menunjukkan bahwa GGL induksi yang dihasilkan berupa tegangan bolak-balik (AC).
Resonansi adalah suatu gejala suatu sistem yang dalam suatu frekuensinya cenderung untuk menyerap lebih banyak energi dari lingkungan. Dengan kata lain, resonansi adalah sebuah fenomena dimana jika suatu objek atau benda bergetar, maka benda lain dengan frekuensi yang sama akan ikut bergetar juga. Resonansi dapat mengirimkan energi.
Sebagai sebuah contoh sederhana, jika kita mempunyai 2 buah garpu tala dengan frekuensi yang sama dan jarak yang cukup, maka jika kita memukul garpu tala A sehingga timbul bunyi, maka ketika kita menahan garpu tala A sampai bunyinya berhenti, garpu tala B akan berbunyi juga meskipun tidak kita pukul. Ini merupakan fenomena resonansi akustik.
Mirip dengan medan bunyi, ini juga dapat dimungkinkan pada medan elektromagnetik.
2.4 Resonansi Elektromaknetik
Fenomena resonansi sudah secara luas berada di alam ini.Perbedaan jenis resonansi juga berisikan energi yang berbeda pula. Suaradari garpu tala dihasilkan dari suatu resonansi, begitu pula dengan suatu gempa bumi dihasilkan dari suatu resonansi, akan tetapi energi dari gempa bumi jauh lebih besar daripada suara garpu tala.
Resonansi adalah suatu gejala suatu sistem yang dalam suatufrekuensinya cenderung untuk menyerap lebih banyak energi dari lingkungan. Dengan kata lain, resonansi adalah sebuah fenomena dimana jika suatu objek atau benda bergetar, maka benda lain dengan frekuensi yang sama akan ikut bergetar juga. Resonansi dapat mengirimkan energi. Sebagai sebuah contoh sederhana, jika kita mempunyai 2 buah garpu tala dengan frekuensi yang sama dan jarak yang cukup, maka jika kita memukul garpu tala A sehingga timbul bunyi, maka ketika kita menahan garpu tala A sampai bunyinya berhenti, garpu tala B akan berbunyi juga meskipun tidak kita pukul. Ini merupakan fenomena resonansi akustik. Energi yang membuat garpu tala B ini bergetar dihasilkan dari gelombang bunyi dari garpu tala A, media pengirimannya adalah medan bunyi. Dapat dikatakan bahwa inti dari propagansi getaran ini adalah suatu pengiriman energi. Mirip dengan medan bunyi, ini juga dapat dimungkinkan pada medan elektromagnetik.
berlangsung terus menerus, maka akan dihasilkan medan magnet dan medan listrik yang terus menerus juga. Selain itu, medan magnet dan medan listrik yang secara serempak di dalam ruang merambat ke segala arah, maka terjadi gelombang dalam gejala ini. Gelombang yang merambat dalam ruang membawa serta medan magnet dan medan listrik dapat disebut juga gelombang elektromagnetik. Tetapi radiasi medan elektromagnetik pada skala tertentu dapat menjadi ancaman bagi seluruh organisme yang hidup di sekitarnya.
Dalam pembangkitannya, hasil radiasi gelombang elektromagnetik akan memancarkan sejumlah energi yang dipancarkan terus menerus ke lingkungan, tidak bergantung apakah ada yang menangkap atau tidak. Jika dalam jangkauannya ada suatu benda yang dapat menangkap radiasi gelombang elektromagnetnya, maka benda tersebut akan beresonansi serta Mendapat energi hasil Perpindahan dari gelombang elektromagnet. Dan selama perpindahan itu berlangsung, perpindahan itu terjadi secara resonansi elektromagnetik.
2.5 Penyebab Terjadinya GGL Induksi
galvanometer.Jarum galvanometer mula-mula pada posisi nol. Seperti yang sudah mengetahui, bahwa galvanometer adalah sebuah alat untuk menunjukkan ada atau tidaknya arus listrik di dalam rangkaian.
Percobaan Faraday untuk menentukan arus listrik dengan menggunakan medan magnet, dilakukan antara lain seperti kegiatan di atas. Ketika kutub utara magnet batang digerakkan masuk ke dalam kumparan, jumlah garis gaya-gaya magnet yang terdapat didalam kumparan bertambah banyak.Bertambahnya jumlah garis- garis gaya ini menimbulkan GGL induksipada ujung-ujung kumparan. GGL induksi yang ditimbulkan menyebabkan arus listrik mengalir menggerakkan jarum galvanometer.Arah arus induksi dapat ditentukan dengan cara memerhatikan arah medan magnet yang ditimbulkannya.
perubahan (tetap). Karena jumlah garis-garis gaya tetap, maka pada ujung-ujung kumparan tidak terjadi GGL induksi. Akibatnya, tidak terjadi arus listrik dan jarum galvanometer tidak bergerak. Dari hasil percobaan di atas maka dapat diambil kesimpulan bahwa arus induksi yang timbul dalam kumparanarahnya bolak-balik seperti yang ditunjukkan oleh penyimpangan jarum galvanometer yaitu ke kanan dan ke kiri.
Karena arus induksi selalu bolak-balik, maka disebut arus bolak- balik (AC = Alternating Current). Faraday menggunakan konsep garisgaya magnet untuk menjelaskan peristiwa di atas.
1. Magnet didekatkan pada kumparan maka gaya magnet yang melingkupi kumparan menjadi bertambah banyak, sehingga pada kedua ujung kumparan timbul gaya gerak listrik (GGL).
2. Magnet dijauhkan terhadap kumparan maka garis gaya magnetyang melingkupi kumparan menjadi berkurang, kedua ujung kumparan juga timbul GGL.
3. Magnet diam terhadap kumparan, jumlah garis gaya magnet yang melingkupi kumparan tetap, sehingga tidak ada GGL.
2.6 Faktor Besarnya GGL
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi besar GGL induksi yaitu:
1. Kecepatan perubahan medan magnet. Semakin cepat perubahan medan magnet, maka GGL induksi yang timbul semakin besar.
2. Banyaknya lilitan semakin banyak lilitannya, maka GGL induksi yang timbul juga semakin besar.
3. Kekuatan magnet, Semakin kuat gelaja kemagnetannya, maka GGL induksi yang timbul juga semakin besar.
Untuk memperkuat gejala kemagnetan pada kumparan dapat dengan jalan memasukkan inti besi lunak. GGL induksi dapat ditimbulkan dengan caralain yaitu:
1. Memutar magnet di dekat kumparan atau memutar kumparan di dekat magnet. Maka kedua ujung kumparan akan timbul GGL induksi.
2. Memutus-mutus atau mengubah-ubah arah arus searah pada kumparan primer yang di dekatnya terletak kumparan sekunder maka kedua ujung kumparan sekunder dapat timbul GGL induksi.
3. Mengalirkan arus AC pada kumparan primer, maka kumparan sekunder didekatkan dapat timbul GGL induksi. Arus induksi yang timbul adalah arus AC dan gaya gerak listrik induksi adalah GGL AC.
2.7 Kumparan Pemancar dan Kumparan Penerima
adanya penemuan baru ini, kita tidak perlu lagi ribet dengan adanya kabel yang berlalu lalang disekitar kita, dengan Listrik Tanpa Kabel (Wireless Electricity) kita dapat menggunakan peralatan elektronik kita seperti TV, system stereo, DVD, atau Bluray- Player, HiFi-Headset, semuanya bekerja tanpa menggunakan baterai atau kabel listrik. Bahkan, baterai perangkat mobile seperti laptop, ponsel, atau kamera digital terisi secara otomatis, jadi begitu Anda memasuki rumah, tentu tanpa harus mencolokkan kabel.
Prinsip dasar bagaimana energi listrik dapat di transfer tanpa kabel adalah berhubungan dengan fenomena resonansi. Resonansi merupakan proses bergetarnya suatu benda dikarenakan ada benda lain yang bergetar, hal ini terjadi dikarenakan suatu benda bergetar pada frekwensi yang sama dengan frekwensi benda yang terpengaruhi.Sebuah transmitter WREL memancarkan medan magnet dengan bantuan coil yang dipancarkan dengan frekuensi yang sama dengan receiver WREL. Agar impedansinya optimal, digunakan gulungan kabel pada kedua sisinya.
Gulungan kabel juga berfungsi sama seperti gigi transmisi sepeda. Saat menanjak gigi transmisi diturunkan agar mendapatkan energi yang lebih efisien, begitupun sebaliknya.Receiver WREL juga menentukan sendiri tegangan yang diperlukan sesuai dengan ukuran.Jadi, fungsi adaptor tidak diperlukan.Selain itu, transmiter WREL juga hanya memancarkan energi sebanyak yang diperlukan oleh receiver. Tetapi keamanan terhadap radiasi masih perlu dipertanyakan.
terbukti saat produk pertama diluncurkan ke pasar, teknologi WREL ini benar-benar aman terhadap manusia. Bayangkan pemancar WREL dapat dipasang dalam dinding rumah untuk memasok listrik ke semua perangkat elektronik yang berada dalam magical zone ( Area jangkauan ).
Bahkan meja tulis pun dapat berguna untuk memasok maupun mengisi baterai semua perangkat elektronik di sekitarnya. Untuk kedepannya tidak ada lagi kabel, adaptor, dan steker Begitu teknologi WREL sudah matang dan aman, aplikasinya bakal meluas dengan cepat, misalnya untuk aplikasi medis, seperti untuk mengoperasikan alat pengatur detak jantung atau mengimplementasikan organ-organ buatan. Pemancaran listrik secara nirkabel bakal menjadi faktor penting, bukan saja antarperangkat, melainkan juga di dalam perangkat-perangkat canggih itu sendiri.Sama seperti melihat Internet melalui WLAN (wifi,hotspot) saat ini.
2.8 Antena Wireless charger
Gambar 2.1 Antenna
elektromagnetik menuju ruang bebas atau menangkap gelombang elektro-megnetik dari ruang bebas.Energi listrik dari pemancar dikonversi menjadi gelombang elektro-magnetik, dan oleh sebuah antena kemudian gelombang tersebut dipancarkan menuju udara bebas.Pada penerima akhir, gelombang elektro-magnetik tersebut dikonversi menjadi energi listrik dengan menggunakan antena. Sinyal gelombang radiasi elektromagnetik yang berasal dari antena terdiri dari dua komponen yaitu: medan listrik dan medan magnetik.
Energi total tersebut dipancarkan dalam bentuk gelombang yang hampir konstan ke udara bebas, dan ada beberapa yang terserap oleh tanah. Namun demikian, gelombang tersebut dipancarkan ke segala arah, dan hal ini disebabkan oleh jumlah energi yang dipancarkan berkurang kekuatannya sebagai akibat dari jarak yang semakin jauh dari sumbernya.
2.9Prinsip Resonansi (Tunning Circuit)
Nama lain rangkaian resonansi adalah rangkaian penala (Tunning Circuit), yaitu satu rangkaian yang berfungsi untuk menala sinyal denganfrekuensi tertentu dari satu band frekuensi.Melakukan penalaan berarti rangkaian tersebut “beresonansi”dengan sinyal/frekuensi tersebut.Dalam keadaan tertala (beresonansi),signal bersangkutan dipilih untuk ke tahap selanjutnya bisa diterima unutkdapat menghasilkan penghantaran tegangan atau di modulasikan sebagaimedia telekomunikasi. Rangkaian dapat digunakan misalnya :
2. Antara tahap tahap penguat RF (Radio Frequency), IF (Intermediate Frequency) pada sistem penerima
2.10Prinsip Couple Reconance
Pada awal transmisi tenaga induktif rangkaian resonansi hanya digunakan untuk meningkatkan transmisi daya induktif.Setelah Nikola Tesla mengunakannya dalam eksperimen resonansi pertama tentang transmisi tenaga induktif yang telah dilakukan lebih dari seratus tahun yang lalu.Terutama untuk sistem dengan faktor kopling rendah penerima resonansi dapat digunakan untuk meningkatkan transmisi daya. Pengunaan untuk meningkatkan daya transmisi tidak hanya khusus pada transmisi tenaga resonansi, namun banyak digunakan pada metode transmisi listrik induktif dan dibatasi oleh kendala yang sama efisiensi dan emisi medan magnet.
Untuk memahami efek, dapat dibandingkan dengan resonansi mekanik yang ada. Pertimbangkan dengan menyesuaikan rangkaian tuned untuk kondisi tertentu sebagai resonator mekanik. Bahkan untuk tingkat suara jauh dan tingkat suara terendah dari generator dapat digunakan untuk menentukan pitch dari rangkaian tuned tersebut. Resonator pada bagian penerima terdiri dari induktansi penerimadan kapasitor. Gulungan pemancar dan Gulungan penerima dapat dianggap sebagai coupled transformator yang lemah. Untuk itu, diagram rangkaian ekivalen yang terdiri dari rangkaian induktif dan kapasitif dapat diturunkan secara ekivalen.
dengan jelas bahwa kapasitor resonansi membatasi induktansi yang liar pada bagian penerima dan induktansi magnetik pada bagian transmitter. Dengan menghilangkan nilai kapasitor tersebut maka rangkaian yang tersisa untuk transmisi daya adalah resistansi induktif dari gulungan (coil) yang nilai impedansinya lebih kecil dibanding dengan nilai dimana, impedansi adalah satu atau dua porsi besar lebih rendah daripada induktansi. Oleh karena itu, jika menambahkan generator sumber tertentu kekuatan transmisi akan lebih dapat diterima.
2.11 Penyimpanan Energi (Bateray)
Baterai adalah alat listrik kimiawi yang menyimpan energi dan mengeluar kan tenaganya dalam bentuk listrik.Baterai atau aki, atau bisa juga accu adalah sebuah sel listrik dimana di dalamnya berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (dapat berbalikan) dengan efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel, adalah di dalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (proses pengosongan), dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga kimia, pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektroda-elektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam arah (polaritas) yang berlawanan di dalam sel.
Baterai yang biasa dijual (disposable/sekali pakai) mempunyai tegangan listrik 1,5 volt. Baterai ada yang berbentuk tabung atau kotak. Ada juga yang dinamakan rechargeable battery, yaitu baterai yang dapat diisi ulang, seperti yang biasa terdapat pada telepon genggam. Baterai sekali pakai disebut juga dengan baterai primer, sedangkan baterai isi ulang disebut dengan baterai sekunder.Baik baterai primer maupun baterai sekunder, kedua-duanya bersifat mengubah energi kimia menjadi energi listrik.Baterai primer hanya bisa dipakai sekali, karena menggunakan reaksi kimia yang bersifat tidak bisa dibalik (irreversible reaction).Sedangkan baterai sekunder dapat diisi ulang karena reaksi kimianya bersifat bisa dibalik (reversible reaction).
Bagian baterai akan menyimpan arus listrik yang dihasilkan generatorlistrik agar bisa digunakan setiap saat. Jenis aki yang digunakan sebaiknya jenis Deep Cycle Battery.karena keterbatasan ketersediaan akan energi angin (tidak sepanjang hari angin akanselalu tersedia), maka ketersediaan listrik juga tidak menentu. Oleh karena itu digunakanalat penyimpan energi yang berfungsi sebagai back-up energy listrik. ketika bebanpenggunaan daya listrik masyarakat meningkat atau ketika kecepatan angin suatu daerahsedang menurun, maka kebutuhan permintaan akan daya listrik tidak dapat terpenuhi.
Sebuah baterai biasanya terdiri dari tiga komponen penting, yaitu : 1. Batang karbon sebagai anoda (kutub positif baterai)
2. seng (Zn) sebagai katoda (kutub negatif baterai) 3. pasta sebagai elektrolit (penghantar)
penggunaan daya pada masyarakat menurun.Contoh sederhana yang dapat dijadikan referensi sebagai alat penyimpan energi listrik adalah aki mobil. Aki 12 volt, 65 Ah dapat dipakai untuk mencatu rumah tangga selama 0,5 jam pada daya 780 watt.
2.12. Sistem Secara Umum Transfer Energy Tanpa Kabel
Pada proses perencangan dan realisasi Helmy Kautsar dari pembuatan sistem penghantar daya tanpa kabel Namun sebelumnya akan di jelaskan secara garis besar sistem yang akan dibahas.Wireless power transmission merupakan sebuah sistem yang mengaplikasikan metoda nirkabel untuk menghantarkan tegangan. Rangkaian pengirim merupakan rangkaian yang terdiri dari rangkaian penghasil sinyal dan rangkaian RF amplifier.Dengan gabungan dari dua rangkaian tersebut maka daya dari sumber dapat dikirimkan hingga bisa diterima dibagian penerima.Rangkaian penerima disini merupakan rangkaianyang dibuat berdasarkan prinsip resonansi yang memiliki kesamaan frekuensi yang dipengaruhi faktor komponen LC.Rangkaian LC pada penerima (receiver) dapat juga didekatkan / dihubungkan dengan rangkaian filter.Gambaran secara singkat dari sistem ini dapat dilihat pada gambar di bawahini.
RANGKAIAN
Pada proses pembuatan alat yang dilakukan oleh Micheal Octora yang dapat mengirimkan daya listrik tanpa kabel(wireless power transfer) dengan prinsip induksi resonansi magnetik, terdapat tiga bagian utama yaitu,
Rangkaian sumber arus searah, yang berfungsi untuk mengkonversi tegangan arus bolak balik ke tegangan arus searah untuk menjadi sumber pada rangkaian pemancar. Rangkaian Pemancar, yaitu terdiri dari suatu rangkaian pembangkit tegangan arus bolak balik dengan frekuensi tinggi dan rangkaian LC sebagai penghasil frekuensi resonansi magnetik yang akan mengirimkan daya listrik ke rangkaian penerima. Rangkaian Penerima, terdiri dari suatu rangkaian LC dengan frekuensi resonansi yang sama dengan rangkaian pemancar, sebagai penangkap induksi resonansi magnetik dari rangkaian pemancar untuk menerima daya listrik yang akan disalurkan menuju beban
.
Gambar. 2.3 Diagram WPT
Indonesia, seperti ketersediaan penghasil sinyal atau function generator yang memiliki daya tinggi, telah dilakukan banyak percobaan dalam menentukan frekuensi yang optimal dengan peralatan dan komponen seadanya yang beredar di pasaran. Serangkain percobaan ini telah dilakukan lakukan di laboratorium dengan menggunakan rangkaian proto-board serta melihat bentuk gelombangdan frekuensinya dengan bantuan osiloskop analog.
Setelah diperoleh frekuensi resonansi pada rangkaian pemancar yang telah dianggap cukup dan sistem sudah mulai berjalan, mulai dibuat masing-masing rangkaian dengan bantuan software eagle versi 5.6.0 dan membuat beberapa alat pengiriman daya listrik tanpa kabel yang berfungsi dengan lebih baik.
2.13 Perancangan Transmiter
Pada perancangan Helmy Kautsar transmiter (pemancar/pengirim) merupakan bagian yang paling penting dalam sistem ini, jika tidak ada rangkaian pemancar maka sebuah tegangan dari supply diatas tidak dapat ditransmisi/hantarkan tanpa menggunakan kabel.pada sistem ini untuk memancarkan gelombang digunakanlah sebuah rangkaian osilasi yaitu rangkaian royer oscillator. Pemilihan rangkaian osilasi ini karena kebutuhan untuk pengunaan daya yang besar, serta dengan menggunakan rangkaian ini tidak membutuhkan rangkaian penguat Radio Frequency ( RF ).
semua masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan akan diterangkan pada bab berikutnya. Bagian LC merupakan bagian terpenting dari royer oscillator.
Perubahan yang dilakukan di LC membuat frekuensi berubah, hal ini yang menjadi percobaan. Sedangkan untuk design LOOP yang merupakan sebuah induktor namun tidak berupa lilitan tapi berupa selubung tembaga yang dibengkokan sedemikian rupa.Sebenarnya pengunaan kawat pejal juga dapat dipergunakan namun jika dibuat dengan diameter yang sama dan nilai induktasinya sama, maka menghasilkan diameter yang cukup kecil. Namun jika menggunakan kawat pejal tersebut akan terjadi panas yang berlebih dibandungkan dengan menggunakan selubung tembaga. Dengan melakukan perubahan yang mengacu kepada pengamatan penulis dengan antena televisi yang ada dimana, jugabanyak menggunakan selubung-selubung aluminium. Loop tembaga berselubung menjadi milihan yang baik untuk merancang loop pada pemancar (tra nsmitter) dan penerima. Dimana dengan induktansi yang di inginkan akan didapat kan diameter yang lebih besar dan panas yang berkurang. Berikut ini akan di tampilkan diagram dari rangkaian royer yang di gunakan.
Gambar 2.5 transmiter dengan kawat tembaga 2 turn
Gambar 2.6 Transmiter dengan copper tube
Gambar 2.7. Sistem WPT
Pada gambar 2.7, terlihat bahwa rangkaian pemancar awal sudah dapat berfungsi dengan baik, akan tetapi dengan perancangan yang lebih optimal, seperti perbaikan pada loop atau antena pemancar, rangkaian yang telah disolder, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.7, terlihat pada sistem bahwa daya listrik yang dapat diterima menjadi lebih jauh dan lebih baik.
2.14 Perancangan Receiver
dalam hal jarak maupun tegangan keluaran yang dihasilkan ke beban. Unjuk kerja yang dihasilkan dalam sistem ini diharapkan lebih baik jika dibandingkan dengan menggunakan konsep induksi tradisional seperti pada konsep yang dipakai pada trafo, tetapi mungkin tidak lebih baik jika dibandingkan dengan memakai kabel seperti biasa.
sehingga memiliki frekuensi resonansi yang sama dengan frekuensi resonansi pada rangkaian pemancar.
Gambar 2.8. Rangkaian Penerima
2.15 Pengujian dan Pengambilan data
rangkaian LC. Dengan perubahan ini sesuai dengan persamaan di bab sebelumnya maka diharapkan akan terjadi perubahan pada frekuensi pada sistem ini. Selain frekuensi tegangan juga perlu di perhatikan apa berpengaruh juga terhadap perubahan yang dilakukan. Dibawah ini merupakan rangkaian percobaan dari sistem pengirim (transmitter) yang akan diukur dengan mengunakan sebuah osciloscope.
Gambar 2.9 Rangkaian percobaan untuk pengukuran tanpa beban
Pengambilan data frekuensi dengan receiver, Setelah mengetahui frekuensi yang dihasilkan oleh rangkaian osilasi diatas.Selanjutnya, pengujian yang dilakukan adalah pengujian dengan memberikan penerima (receiver). Percobaan dilakukan dengan jarak yang tetap dan design penerima yang tidak berubah-ubah, lalu yang diliat apakah terjadi perubahan frekuensi pada transmitter tanpa penerima dibanding dengan mengunakan penerima. Selain frekuensi yang perlu diamati adalah tegangan yang dipancarkan dan tegangan yang diterima dengan jarak yang tetap dan design penerima yang tidak berubah-ubah. Yang berubah hanya pada rangkain LC dari transmit saja.
Sedangkan pengujian dan pengambilan data yang dilakukan oleh Michael Octora adalah untuk merancang dan membuat rangkaian penerima yang lebih baik dari rangkaian penerima yang sebelumnya, agar dapat diperoleh jarak yang lebih jauh dan tegangan keluaran yang diinginkan.
Percobaan dilakukan dengan melakukan perubahan pada kapasitor di rangkaian LC pada sisi penerima, agar memperoleh nilai frekuensi resonansi sendiri yang sesuai dengan rangkaian pemancar sebagai penghasil frekuensi resonansi kopling, sehingga dapat mencapai hasil kinerja yang lebih baik.Untuk beban, dipakai lampu 12V 8W sebagai indikasi terang atau redupnya lampu, sesuai perubahan kapasitor dan jarak.Sedangkan pada sisi rangkaian pemancarnya tidak dilakukan percobaan, dan menggunakan rangkaian pemancar dengan tanggapan frekuensi resonansi serta kondisi yang paling baik, yaitu dengan 6 kapasitor. Yang dilakukan sedangkan gambar 2.11 menunjukan kondisi kenyataan pada saat pengambilan data.
Gambar 2.11. Prosedur Pengambilan Data
dengan antena pada rangkaian penerima, serta frekuensi resonansi pada pemancar dan penerima. Gambar 2.11 menunjukkan diagram percobaan tegangan keluaran tetap, sedangkan gambar 2.12 menunjukkan salah satu proses pengambilan data yang dilakukan pada percobaan tegangan keluaran tetap dimana nilai dari kapasitornya sebesar 7C, dan tegangan keluaran diatur sedemikan rupa sehingga bernilai 3V, untuk melihat jarak antara antena pemancar dan antena penerima.
Tx Rx V = 3Volt
Osiloskop 1 Osiloskop 2
Pemancar Penerima Beban
Sumber
Jarak Tx-Rx
?
Gambar 2.12. Diagram Percobaan Tegangan Keluaran Tetap
Pada percobaan jarak tetap, jarak dari rangkaian pemancar ke rangkaian penerima diatur tetap, jumlah kapasitor ditambah dari 1 – 10, dan diukur Pesar dari tegangan keluaran pada beban serta frekuensi resonansi pada sistem. Pada percobaan ini akan dilakukan sebanyak tiga kali yaitu pada jarak tetap 10cm, 20cm, dan 30cm. Pada gambar 2.13, akan ditunjukkan diagram untuk pengukuran pada percobaan jarak tetap, sedangkan pada gambar 2.14 sampai gambar2.15 ditunjukkan contoh pengambilan data percobaan pada percobaan jarak tetap.
Gambar 2.14. Contoh Pengambilan Data Percobaan Jarak Tetap (10cm)
BAB III
PERANCANGAN SISTEM
3.1. Diagram Blok Rangkaian
RECEIVER
REGULATOR TEGANGAN
5 VOLT
HANDPHONE
Gambar 3.1. Diagram Blok System
Fungsi TiapBlok
1. Blok Receiver : Sebagai Pengirim Gelombang Elektromagnetik
2. Blok regulator tegangan 5 V : Sebagai untuk memberikan stabilitas output pada suatu power supply
3.2. Perancangan Pemancar(Transmitter)
3.3. Perancangan Penerima (Receiver) ada 3 buah led diparallelkan pada kedua ujung kawat, dan sebuah kapasitor 3.3 uF sebagai kapasitor bank.Perancangan receiver (penerima) gelombang elektromagnetik. Pada dasarnya masih sama dengan Perancangan receiver pada rancangan receiver Wireless power transfer generasi.
dihasilkan dari supply listrik PLN (perusahaan Listrik Negara), yaitu sebesar 50 Hz. Perancangan receiver (penerima) gelombang elektromagnetik dengan proses resonansi magnetik, Untuk mendapatkan penerimaan gelombang yang hampir sempurna, maka frekuensi resonansi sendiri pada rangkaian penerima kurang lebih sama dengan frekuensi resonansi pada rangkaian transmitter, ini berguna untuk mendapatkan frekuensi resonansi bersama bisa terpenuhi.
Jika, dalam suatu sistem pengiriman daya listrik tanpa kabel konstruksi dan perancangan pada sisi penerima juga akan sangat mempengaruhi daya listrik yang dapat diterima baik itu dalam hal jarak maupun tegangan keluaran yang dihasilkan ke beban. Unjuk kerja yang dihasilkan dalam sistem ini diharapkan lebih baik jika dibandingkan dengan menggunakan konsep induksi tradisional seperti pada konsep yang dipakai pada trafo, tetapi mungkin tidak lebih baik jika dibandingkan dengan memakai kabel seperti biasa.Jarak paling jauh yang dicapai oleh rangkaian ini adalah 12 cm.
3.4 Rangkaian Mikrokontroller ATMega8
BAB IV
PENGUJIAN RANGKAIAN
4.1. Pengujian Rangkaian Mikrokontroler ATMega8
Pengujian pada rangkaian mikrokontroler ATMega8 ini dapat dilakukan dengan menghubungkan rangkaian ini dengan rangkaian power supply sebagai sumber tegangan. Kaki 20 dihubungkan dengan sumber tegangan 6 volt, sedangkan kaki 22 dihubungkan dengan ground. Kemudian tegangan pada kaki 20 diukur dengan menggunakan Voltmeter. Dari hasil pengujian didapatkan tegangan pada kaki20 sebesar 5,9 volt. Langkah selanjutnya adalah memberikan program sederhana pada mikrokontroler ATMega 8, program yang diberikan adalah sebagai berikut:
DDRC = 0xFF; //konfigurasi PORTC sebagai output
4.2. Pengujian Rangkaian Power Suplay
Pengujian rangkaian power supply ini bertujuan untuk mengetahui tegangan yang dikeluarkan oleh rangkaian tersebut, dengan mengukur tegangan keluaran dari power supply menggunakan multimeter digital. Setelah dilakukan pengukuran maka diperoleh besarnya tegangan keluaran sebesar 5 volt.Dengan begitu dapat dipastikan apakah terjadi kesalahan terhadap rangkaian atau tidak. Jika diukur, hasil dari keluaran tegangan tidak murni sebesar +5 Volt dan +12 Volt, tetapi +4.97Volt dan +12.03 Volt. Hasil tersebut dikarenakan beberapa faktor, diantaranya kualitas dari tiap-tiap komponen yang digunakan nilainya tidak murni.Selain itu, tegangan jala-jala listrik yang digunakan tidak stabil
4.3. Pengujian rangkaian Transmitter ( Pengirim )
Dalam pengujian kali ini dilakukan untuk mendapatkan nilai frekuensi yang paling maksimum untuk rangkaian transmitter (Resonance frequency) Hal ini dilakukan setelah menentukan besarnya nilai kapasitor yang akan digunakan pada rangkaian tersebut yaitu sebesar 3,3 µF .
4.4. Pengujian Rangkaian Receiver ( Penerima )
BAB V
PENUTUP
5.1 KESIMPULAN
Setelah melakukan tahap perancangan dan pembuatan sistem yang kemudian dilanjutkan dengan tahap pengujian dan analisa maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Perancangan receiver (penerima) gelombang elektromagnetik dengan proses resonansi magnetik, rangkaian penerima hanya terdiri dari rangkaian LC saja yang akan terhubung ke beban.
2. Jika rangkaian transmitter belum mencapai nilai frekuensi yang tepat, maka rangkaian penerima tidak akan bekerja. Namun jika frekuensi sudah mencapai nilai yang seharusnya, maka akan langsung terlihat pada beban bahwa rangkaian penerima bekerja dengan baik.
3. Semakin dekat jarak receiver dengan transmitter semakin besar daya yang dihasilkan pada receiver, hal ini ditandai dengan meningkatnya arus dan tegangan pada receiver.
5.2SARAN
Dari hasil Tugas Akhir ini masih terdapat beberapa kekurangan dan dimungkinkan untuk pengembangan lebih lanjut.Oleh karenanya penulis merasa perlu untuk memberi saran-saran sebagai berikut:
DAFTAR PUSTAKA
Chattopadhayay. 1996.Dasar Elektronika. Jakarta: Erlangga
Kautsar, Helmi. 2010.Analisa Perancangan Transmitter Pada Penghantar Listrik Tanpa Kabel. Depok : Universitas Indonesia.
http://www.prinsipkerja.com/project/membuat-wireless-charger//
http://www.cetek.web.id/content/wireless-charging-melakukan-charge-baterai-smartphone-tanpa-kabel
http://www.lentera-kita.com/2015/05/bab-1-transfer-daya-listrik-tanpa-kabel.html
