ISSN 2407-9189
The 4 th Univesity Research Coloquium 2016
ANALISIS PENGARUH JARAK TERHADAP TRANSMISI DAYA PADA
WIRELESS CHARGER UNIVERSAL SMARTPHONE
Very Bagus Saputra, Cahyo Kumolo, Nur Fahmi Fauziati Wibowo Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta
Email :
[email protected]
Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta Email : [email protected]
Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta
Email :
[email protected]
Abstract
Wireless technology is the development of technology that is needed currently given the technological advances in electronic devices very rapidly. Every electronic devices certainly require electric power and cable as the conductor. Therefore, if there is a tool that can transfer electric power without wires, it would be more easy for the user to use the electronic devices.Transfer of electrical energy wireless has several advantages over using a cable that can increase comfort in the use of electrical equipment and can reduce the amount of electronic waste.. The method used for wireless energy transfer in this paperuses an resonance techniques inductive electromagnetic field. User create two shaped copper solenoid coils used to generate the mutual inductance. Wireless electrical energy transfer circuit consists of two circuits that the transmitter and receiver circuit. Transmitter circuit consists of a series LC oscillation andreceiver circuit is a merger several electronic components.
Realization tool works well with setting the appropriate components. However, the effect of distance between the coil greatly affect the value of the electricity that is able to be transferred. The test results showed that the receiver coil sectional area of 2.5 mm2be able to receive a maximum power of 1.36 watts and the farthest distance of 12 cm. So, the farther away the distance between the coils, the smaller energy capable to be transfer.
Keywords: wireless technology, transmitter, receiver.
1. PENDAHULUAN Latar Belakang
Teknologi tanpa kabelyang sering disebut wireless merupakan suatu perkembangan teknologi yang dibutuhkan di era modern sekarang ini.Ketergantungan manusia terhadap perangkat elektronik sangat terasa dikehidupan sehari-hari, dimana semakin banyak perangkat elektronik semakin banyak pula kabel yang dibutuhkan untuk transfer daya.Setiap perangkat ada juga yang digunakan untuk pengisian baterai perangkat elektronik, selain itu juga banyak menarik para peneliti dalam tahun terakhir (Zhou et al., 2014).Dengan adanya pengembangan teknologi wireless ini daya listrik dapat ditransferkan tanpa menggunakan kabel sebagai perantaranya. Tentunya dengan adanya teknologi wireless ini akan lebih mudah dalam pengisian baterai tanpa ribet dengan kabel.
Alat yang menggunakan kopling magnetik diangaap cocok digunakan pada teknologi ini
J. 2012).
Teknologi wireless charging padatahun mendatang dapat dipastikan akan berkembang dengan sangat pesat.Teknologi transmisi daya listrik tanpa kabel ini memiliki banyak kegunaan yang terbagi dalam dua kategori, yaitu memberikan sumber listrik tanpa kabel secara langsung dan mengisi ulang secara otomatis tanpa kabel. Dengan menggunakan teknologi ini, permasalahan/kendala terhadap conventional charger (charger biasa) seminimal mungkin akan dapat dihindari. Untuk itu, teknologi ini sangat layak untuk diimplementasikan.
Rumusan Masalah
Apakah pengaruh jarak terhadap transmisi daya/energi listrik pada wireless charger universal smartphone?
Tujuan Penelitian
Dapat mengetahui pengaruh jarak terhadap transmisi daya/energi listrik pada wireless charger universal smartphone.
2. LANDASAN TEORI Induksi Elektromagnetik
Listrik dan magnet merupakan dua hal yang saling berhubungan, hal ini dapat dicontohkan pada sebuah trafo yang terdiri dari dua buah lilitan yang tidak saling bersentuhan yang dililit pada sebuah inti besi. Apabila salah satu lilitan tersebut dialiri arus bolak-balik (AC) maka akan timbul medan magnet di sekitar penghantar tersebut yang biasa disebut sebagai induksi elektromagnetik.Induksi elektromagnetik adalah peristiwa timbulnya GGL (Gaya Gerak Listrik) pada suatu penghantar atau kumparan akibat mengalami perubahan garis-garis gaya magnet (fluks magnetik). Menurut percobaan Michael Faraday, medan magnet yang berubah-ubah nilai fluksnya dapat menghasilkan arus listrik. Faraday menyimpulkan medan magnet konstan tidak dapat menghasilkan arus, namun perubahan fluks medan magnetik di dalam suatu rangkaian bahan penghantar akan menimbulkan tegangan induksi pada rangkaian tersebut (Hukum Faraday).Untuk medan magnet yang berubah-ubah, aliran arus listrik yang mengalir dari ujung penghantar ke unjung satunya akan menimbulkan GGL induksi. Arah GGL induksi dapat ditentukan dari arah arus listrik yang mengalir pada penghantar tersebut. GGL induksi yang mengalir lewat inti besi akan menginduksi kumparan yang satunya. Setiap GGL induksi selalu membawa energi berupa medan listrik sehingga kumparan yang terinduksi elektromagnetik tersebut juga akan membangkitkan energi listrik. Besar energi listrik yang timbul berbanding lurus dengan besar induksi magnet yang diterima dan besar induksi magnet yang diterima selalu berbanding lurus dengan banyaknya lilitan pada kumparan tersebut. Hal ini bisa di katakan
bahwa magnet dan listrik merupakan dua hal yang saling berkaitan.
Sistem induksi magnetik terdiri dari kumparan primer dan sekunder. Arus dalam kumparan primer dapat menghasilkan medan magnet dan kemudian, arus induksi dalam kumparan sekunder Kumparan primer bekerja sebagai transmitter dan diletakkan didalam charger pad. Kumparan sekunder yang bekerja sebagai penerima dan diletakkan didalam baterai perangkat . Ketika transmitter dan receiver berada pada posisi yang pas,induksi magnet akan terjadi dan power/tenaga dapat dikirimkan atau dialirkan.
Resonansi Magnetik
Metode ini didasarkan pada resonansi suara. Seperti susunan garpu tala yang memiliki frekuensi getaran yang sama, apabila salah satu dibunyikan dengan getaran, maka yang lain akan berbunyi dikarenakan resonansi. Kumparan dengan frekuensi getaran yang sama di dalam medan magnet dapat mengirimkan power/tenaga dari satu ke yang lain. Metoderesonansimagnetikterlihatmemilikiperbedaa ndenganmetodeinduksimagnetik.
Perbedaannyaadalahmetoderesonansimagnetikmemi
likijarakmedan magnet yang
lebihbesarbiladibandingkandenganmetodeinduksim agnetik.
Metode resonansi medan magnet dapat memberikan jarak pengisian daya lebih jauh bila dibandingkan dengan metode lain. Karena fitur dari resonansi, yaitu dapat memindahkan power/tenaga ke obyek yang memiliki frekuensi yang sama, dan tidak mengganggu obyek yang lain.
3. METODE
Berikut ini tahap-tahap dalam pelaksanaan program yang kami lakukan :
1. Menjalin Kerjasama dengan Mitra
Menjalin kerjasama dengan bertukar pikiran/gagasan atas persoalan yang ada sehingga dapat ditemukan solusinya.
2. Persiapan Alat dan Bahan
Proses pencarian dan penelitian alat dan bahan.
3. Perakitan dan Perancangan
Tahap ini dilakukan di Laboratorium Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Elektro, Universitas Muhammadiyah Surakarta. Metode perancangan alat ini menggunakan prinsip induksi elektromagnetik. Dua hal yang perlu diperhatikan dalam tahap ini adalah komponen transmitter dan receiver sebagai media pengirim dan penerima daya.
a. Transmitter
Gambar 3.1. Rangkaian Transmitter MHz, berikut adalahgambar rangkaian transmitter dimana rangkaian tersebut ditujukan ke sebuah transmitter coil, yaitu lilitan pengirim gelombang elektro magnetik.
Gambar 1. Rangkaian Transmitter
Gambar 2. Komponen Coil Transmitter
b. Receiver
Receiver berfungsi untuk menerima gelombang elektromagnetik. Penempatan coil dari receiver dan transmitter akan mempengaruhi transfer gelombang elektromagnetik yang dipancarkan, semakin dekat jaraknya maka gelombang yang diterima semakin kuat, maka daya yang diterima akan semakin besar. Hal tersebut juga tergantung dengan diameter coil dan bahan yang digunakan.
Gambar 4.Komponen Coil Receiver Selainduakomponen di atas, komponen lain yang pentingdalamperakitanalatiniadalah:
1. Resistor 2. Kapasitor 3. Transistor 4. Dioda
5. Connector USB 4. PengujianPeralatan
Dalam proses ini dilakukan pengujian kemampuan alat untuk memastikan kualitas dan keandalan dari alat tersebut.
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Untuk mengetahui bekerja atau tidaknya perangkat yang telah dibuat harus dilakukan suatu pengujian berupa kinerja maupun dengan pengukuran terhadap perangkap juga terhadap respon yang dihasilkan. Suatu sistem dinyatakan bekerja dengan baik bila sistem itu bekerja sesuai dengan tujuan yang dicapai saat pertama kali dilakukan perancangan.
Hasil
PengujianJarakdenganDayadanEfisiensi 1. Tujuan
Untukmengetahuipengaruhjarakantaradayadanefisien sidalam wireless charger.
2. Hasildananalisa data
Pengujian ini dilakukan dengan lilitan pemancar yang mempunyai nilai frekuensi resonansi 12 MHz dengan lilitan penerima dengan nilai frekuensi resonansi 20 MHz. Nilai arus dan tegangan dari hasil pengujian adalah sebagai berikut, dan nilai daya didapat dari persamaan :
P = V × I
Sedangkan, nilai efisiensi didapat dari persamaan :
Gambar 3. Rangkaian Receiver
Eff = daya penerima
Berikut merupakan grafik dan tabel hasil pengujian alat:
Gambar 5. Grafik Hubungan Jarak dan Daya (Watt)
lebih besar dibanding dengan jarak yang lain yang nilainya lebih besar. Dan untuk efektifitas lilitan dengan luas penampang 2,5 mm2 mampu menerima daya listrik hingga jarak 12 cm.
Sedangkan, dari grafik yang ditunjukan pada gambar 6 menunjukkan bahwa jarak yang paling dekat yaitu 2 cm mempunyai tingkat efisiensi yang paling baik dalam menerima daya listrik. Hal ini dibuktikan bahwa lilitan receiver dengan luas penampang 2,5 mm2 mempunyai efisiensi yang bernilai hingga 55,95% pada jarak 2cm, dan terus memiliki nilai efiensi hingga jarak maksimal 12cm sebesar 3,29%.
Pembahasan
Hasil yang didapatkan di atas menunjukkan
60
Gambar 6. Grafik Hubungan Jarak dan Efisiensi (%)
Tabel Hasil Pengujian Lilitan Penerima (Receiver)
Luas Penampang 2,5 mm2
Dari grafik yang ditunjukan pada gambar 5 menunjukkan bahwa semakin dekat jarak lilitan transmitter dengan lilitan receiver maka semakin besar daya yang dihasilkan. Sebagaimana dibuktikan pada jarak 2 cm lilitan dengan luas penampang 2,5 mm2 mampu menerima daya yang
induksi medan magnetik tresebut juga semakin kecil sehingga bentuk grafik yang dihasilkan semakin landai. Nilai energi yang dikirim bergantung pada nilai induktansi bersama yang dihasilkan. Nilai induktansi bersama dipengaruhi oleh koefisien kopling (k). Nilai koefisien kopling bernilai antara
0 ≤ k ≤ 1.Semakin besar jarak pengirim maka
semakin kecil nilai daya maupun efisiensi yang kemudian akan berhenti pada nilai 0. Saat nilai koefisien kopling bernilai 0 maka tidak terjadi induksi bersama dan tidak ada energi yang mampu dikirim. Koefisien kopling bernilai 1 saat jarak antara kumparan bernilai 0 cm.
Dengan metode induksi elektromagnetik yang
digunakan, perubahan nilai induksi juga akan mempengaruhi energi medan magnet yang mampu disimpan kumparan penerima. Semakin kecil energi medan magnet yang diterima, maka semakin kecil energi medan magnet yang dapat dikonversi menjadi energi listrik.
5. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil pengujian rangkaian wireless charger universal smartphone dengan mengganti nilai jarak antara transmitter dan receiver dapat ditarik kesimpulan bahwa:
1.
Semakin besar jarak antara coil transmitter
dan coil receiver, maka semakin kecil atau
berbanding
terbalik
dengan
besarnya
tegangan, arus dan daya yang mampu
ditransfer secara wireless.
2.
Pemanfaatan induksi medan magnetik dapat
mengirimkan energi listrik secara wireless.
3. Semakin kecil energi medan magnet yangditerima, maka semakin kecil energi medan magnet yang dapat dikonversi menjadi energi listrik.
6. REFERENSI
Agbinya, J. (2012). Wireless Power Transfer, (5), 73–75.
Bush, Stephen F. (2014). Smart Grid:
Communication-Enabled Intelligence for the
Electric Power Grid. John Wiley & Sons.
p. 118. ISBN 1118820231.
Muchtar, M., Studi, P., Elektro, T., Teknik, A., & Makassar, I. (2013). Terobosan Baru Transmisi Energi Listrik Tanpa, (November), 14–15.
Shinohara, Naoki (2014). Wireless Power Transfer
via Radiowaves. John Wiley & Sons. pp. ix–
xiii. ISBN 1118862961.
"Wireless energy transfer". Encyclopedia of terms.
PC Magazine Ziff-Davis. 2014.
Retrieved December 15, 2014.
