PERANCANGAN SISTEM TRANSFER DAYA LISTRIK TANPA KABEL DENGAN PENAMBAHAN RANGKAIAN PENGUAT (REPEATER) ABSTRACT

(1)

1

Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Mataram, NTB

PERANCANGAN SISTEM TRANSFER DAYA LISTRIK TANPA KABEL DENGAN

PENAMBAHAN RANGKAIAN PENGUAT (REPEATER)

Ade Pradana1, Teti Zubaidah2, Sudi Marianto Al Sasongko3

ABSTRAK

Teknologi nirkabel (wireless) pada awalnya digunakan sebagai media pengirim informasi menggunakan gelombang elektromagnetik. Seiring kemajuan zaman, teknologi nirkabel juga dapat mengirimkan daya listrik dengan memanfaatkan fenomena resonansi elektromagnetik. Penelitian ini bertujuan untuk merancang sistem transfer daya listrik tanpa kabel dengan tambahan rangkaian penguat yang beresonansi pada frekuensi 1 kHz, 3 kHz, dan 5 kHz agar aman jika terpapar pada tubuh manusia. Jenis kumparan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kumparan spiral datar dengan jumlah lilitan 80 dan diameter 21 cm. Dari hasil penelitian diketahui bahwa penambahan rangkaian penguat dapat meningkatkan efisiensi daya dan jarak pengiriman. Pada sistem tanpa rangkaian penguat didapatkan efisiensi tertinggi yaitu 13.13 % pada frekuensi 1 kHz, 42.21 % pada frekuensi 3 kHz, dan 29.80 % pada frekuensi 5 kHz. Sedangkan pada sistem dengan tambahan rangkaian penguat didapatkan efisiensi tertinggi 52.76 % pada frekuensi 3 kHz, dan 53.83 % pada frekuensi 5 kHz sedangkan pada frekuensi 1 kHz tidak didapatkan hasil karena sistem tidak bekerja. Peningkatan efisiensi yang didapat pada sistem dengan rangkaian penguat adalah 10.05 % untuk frekuensi 3 kHz dan 12.37 % untuk frekuensi 5 kHz sedangkan peningkatan jarak pengiriman daya adalah 8 cm untuk level frekuensi 3 kHz dan 10 cm untuk frekuensi 5 kHz. Medan magnet juga diukur dan didapatkan medan tertinggi yaitu 4.38 µT pada frekuensi 1 kHz sistem tanpa rangkaian penguat tetapi tergolong masih aman karena masih dibawah ambang batas 0.2 mT yang ditentukan dalam PER.13/MEN/X/2011. Hasil efisiensi daya yang didapatkan sudah lebih baik daripada hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Adnyana (2015).

Kata kunci : Wireless, Resonansi, Efisiensi, Frekuensi Rendah

ABSTRACT

Wireless technology was originally used for transmitting information by electromagnetic waves. Recently, wireless technology can also transmit electrical power by utilizing electromagnetic resonance phenomena. This study aims to design a wireless power transfer system with an additional repeater circuit that resonates at frequency range of 1 kHz, 3 kHz, and 5 kHz to be safe if exposed to the human body. The type of coils used in this study are flat spiral coils with 80 windings and 21 cm diameters. From this study known that the addition of repeater circuit can improve power efficiency and transfers distance. The highest efficiency on system without repeater circuit obtained are 13,13% at 1 kHz, 42,21% at 3 kHz, and 29,80% at 5 kHz. Meanwhile in the system with repeater circuit obtained are 52.76% at 3 kHz, and 53.83% at 5 kHz but result at 1 kHz are not obtained because the system does not work. Efficiency gained on systems with repeater circuit are 10.05% (3 kHz) and 12.37% (5 kHz) higher than system without repeater circuit and also increasing transfer power distance are 8 cm for 3 kHz and 10 cm for 5 kHz. The highest magnetic field is 4.38 μT at 1 kHz on system without repeater circuit. The result of magnetic field is safe for human body because it is under exposure limit of 0.2 mT (PER.13/MEN/X/2011) and 6,25 µT (ICNIRP). The power efficiencies obtained are better than the results of previous research by Adnyana (2015).

▸ Baca selengkapnya: repeater dipasang jika jarak kabel utp sudah lebih dari...

(2)

PENDAHULUAN

Teknologi tanpa kabel (wireless) pada awalnya digunakan untuk mengirimkan informasi dengan memanfaatkan gelombang elektromagnetik. Kemajuan teknologi nirkabel (wireless) saat ini tidak hanya sebatas untuk sarana informasi tetapi juga dapat digunakan untuk mengirimkan energi listrik melalui gelombang elektromagnetik. Transfer daya listrik tanpa kabel pertama kali diperkenalkan oleh Nicola Tesla dari penemuan-penemuanya dibidang gelombang radio, gelombang mikro, dan kumparan tesla. Selanjunya pada tahun 2017, ilmuan MIT melakukan penelitian tentang transfer daya nirkabel (wireless) dengan menggunakan konsep near

field (medan dekat) dan berhasil mentransfer daya listrik dengan jarak lebih dari 2 meter dan efisiensi

pengiriman 40%. Hasil penelitian inilah yang kemudian menjadi titik balik berkembangnya sistem transfer daya listrik nirkabel. Penelitian ini menggunakan frekuensi kerja 1 kHz, 3 kHz, dan 5 kHz sebagai pengembangan dari penelitian – penelitian sebelumnya yang masih menggunakan frekuensi tinggi seperti Irawan (2013) menggunakan frekuensi 651 kHz sampai 976 kHz dan Atar (2012) dengan frekuensi 515 kHz. Penelitian ini juga menggunakan rangkaian penguat dengan tujuan mendapatkan efisiensi yang lebih baik dan jarak kirim yang lebih jauh.

Prinsip yang umumnya digunakan dalam sistem transfer daya listrik tanpa kabel adalah resonansi magnetik, dimana resonansi adalah fenomena dimana suatu objek bergetar dengan frekuensi tertentu akan mempengaruhi objek lain yang mempunyai frekuensi yang sama. Prinsip ini juga digunakan dalam sistem transfer daya yaitu resonansi dalam elektromagnetik dimana frekuensi pada sistem akan dibangkitkan menggunakan rangkaian LC (LC bank).

Selain mengukur daya listrik pada sistem, medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan juga diukur menggunakan alat ukur analisis spektrum elektromagnetik yaitu Aaronia Spectrum Analyzer NF-5035. Aaronia NF-5035 adalah alat pengukur spektrum elektromagnetik yang dikhususkan pada frekuensi rendah dan cocok untuk uji Pre-Compilance dan EMC/EMI. Pedoman ambang batas medan magnet dan medan listrik dikeluarkan oleh lembaga internasional seperti ICNIRP dan lembaga dalam negeri oleh Kementrian Tenaga Kerja dan Transmigrasi diatur dalam PER.13/MEN/X/2011.

METODE PENELITIAN

Bagian - Bagian Sistem Transfer Daya Listrik Tanpa Kabel

1. Bagian Pengirim, terdiri dari : sumber DC 12 volt berupa aki dan rangkaian osilator Hartley termasuk kumparan pengirim sebagai tempat dibangkitkannya arus bolak-balik pada frekuensi tertentu.

2. Bagian Penerima, terdiri dari : rangkaian LC yang terdiri dari kumparan penerima dan kapasitor, serta beban LED.

3. Bagian Penguat, terdiri dari : kumparan penguat dan kapasitor.

Alat dan Bahan Penelitian

Alat yang digunakan dalam penelitian terdiri dari perangkat keras seperti multimeter, osiloskop, Aaronia spectran analyzer NF-5035, dan aki 12 volt, dan serta perangkat lunak seperti MCS Spectrum, Multisim, Microsoft Office, dan Matlab R2008b.

Bahan penelitian terdiri dari kapasitor, resistor, transistor, pcb, LED, kawat email, timah, dan kabel jumper.

(3)

 Perhitungan nilai L dan C

Untuk mendapatkan nilai L dari kumparan spiral data digunakan Persamaan [1].

L = [1]

Dengan L untuk induktansi (

µH)

, a untuk rerata jari-jari lilitan (in), c tebal lilitan (in), dan N untuk jumlah lilitan. Setelah mendapatkan nilai L selanjutnya dicari nilai kapasitansi menggunakan Persamaan [2].

[2]

Sehingga didapatkan nilai kapasitansi dan induktansi pada Tabel [1].

Tabel [1]. Hasil perhitungan dan pengukuran pada rangkaian pengirim

Level Frekuensi Jumlah lilitan Induktansi Kapasitansi Hitung (L1+L2) Ukur (L1+L2) Hitung Digunakan 1 kHz 80 2.47 mH 2.59 mH 9.78 µF 9.9 µF 3 kHz 80 2.47 mH 2.59 mH 1.08 µF 1.15 µF 5 kHz 80 2.47 mH 2.59 mH 391.2 nF 590 nF

Karena menggunakan osilator Hartley maka digunakan dua buah induktor (L1 dan L2) dan kapasitor yang divariabelkan. Berikut adalah bentuk kumparan spiral datar yang akan digunakan dalam penelitian.

Gambar [2]. Tampak depan kumparan

(4)

Perancangan Rangkaian Penerima dan Penguat

Gambar [4]. Rangkaian penerima

Gambar [5]. Rangkaian penguat

Karena bentuk kumparan pada penerima dan penguat identik dengan kumparan pengirim maka didapatkan nilai L dan C menggunakan persamaan yang sama dengan kumparan pengirim seperti pada Tabel [2].

Tabel [2]. Hasil perhitungan dan pengukuran pada rangkaian penerima dan penguat

Level Frekuensi

Jumlah lilitan

Induktansi (mutual) Kapasitansi

Hitung* Ukur Hitung Digunakan

1 kHz 80 4.94 mH 5.03 mH 5.035 µF 5.02 µF

3 kHz 80 4.94 mH 5.03 mH 559.5 nF 590 nF

5 kHz 80 4.94 mH 5.30 mH 201.4 nF 220 nF

Struktur Pengujian dan Pengukuran

1.

Pengujian daya listrik

(5)

Gambar [7]. Pengujian efisiensi daya pada sistem tanpa penguat

Nilai hasil pengukuran berupa arus dan tegangan pada sistem selanjutnya digunakan untuk mencari daya dan efisiensi pengiriman yang dihasilkan.

[3]

[4]

2. Pengujian medan magnet

Pengujian untuk mengetahui besar medan magnet juga dilakukan pada sistem dengan penguat dan tanpa penguat dimana rangkaian beban dan rangkaian penguat sisi beban diganti dengan alat ukur Aaronia Spectran Analyzer NF-5035.

Pengaturan pada perangkat lunak MCS Spectrum perlu dilakukan untuk mengukur medan pada level frekuensi tertentu. Pengukuran medan magnet dilakukan didalam semi-anechoic chamber untuk mendapatkan hasil pengukuran yang baik tanpa terpengaruh dari medan magnet sekitar.

(6)

Diagram Alir Penelitian

(7)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Gambar [9]. Alat transfer daya listrik tanpa kabel Pengukuran Daya Listrik.

Daya listrik didapat menggunakan Persamaan [3]. Daya yang diukur pada sistem adalah daya sumber (Ps) yaitu daya yang dikirim dari sumber dc (aki), daya pengirim (PTx) adalah daya pada kumparan pengirim, dan daya penerima (PRx) yaitu daya pada pada rangkaian penerima.

Nilai efisiensi didapat menggunakan Persamaan [4]. Perhitungan efisiensi didapatkan dari perbandingan antaran daya penerima (PRx) terhadap daya sumber (Ps).

Sistem transfer daya listrik tanpa kabel tanpa rangkaian penguat 1. Level frekuensi 1 kHz

Gambar [10]. Grafik hubungan daya Ps dan PRx terhadap jarak pengukuran pada level frekuensi 1 kHz tanpa penguat

(repeater)

Dari Gambar [10] didapatkan perbandingan daya sumber (Ps) dan daya penerima (PRx) yang berbading terbalik dengan jarak pengukuran dimana semakin besar jarak pengukuran maka daya sumber (Ps) dan daya penerima (PRx) akan semakin kecil.

(8)

Gambar [11]. Grafik nilai efisiensi daya (η) terhadap jarak pengukuran pada level frekuensi 1 kHz tanpa penguat (repeater) Efisiensi daya yang dihasilkan semakin menurun ketika jarak pengukuran diperbesar. Efisiensi tertinggi didapatkan pada jarak 6 cm yaitu 13.13%.

Selain itu, daya pada kumparan pengirim (PTx)juga diukur dan dibandingkan dengan daya pada rangkaian penerima (PRx).

Gambar [12]. Grafik hubungan daya PTx dan PRx terhadap jarak pengukuran pada level frekuensi 1 kHz tanpa penguat

(repeater)

Dari Gambar [12] dapat diketahui bahwa daya pada kumparan pengirim (PTx) berbanding lurus dengan jarak pengukuran sedangkan daya pada rangkaian penerima (PRx) bersifat sebaliknya. Hal ini dikarenakan jika kumparan pengirim dan penerima berdekatan terjadi faktor kopling yang dapat mengurangi daya yang berosilasi pada kumparan pengirim.

2. Level frekuensi 3 kHz

(repeater)

Dari Gambar [13] dapat dilihat bahwa semakin besar jarak pengukuran maka daya sumber (Ps) dan daya penerima (PRx) akan semakin kecil. Daya kirim tertinggi yang didapat adalah 0.128 Watt pada jarak 4 cm.

(9)

Gambar [14]. Grafik nilai efisiensi daya (η) terhadap jarak pengukuran pada level frekuensi 3 kHz tanpa penguat (repeater) Efisiensi daya yang dihasilkan pada Gambar [8] terlihat bahwa efisiensi daya akan semakin menurun ketika jarak pengukuran diperbesar. Efisiensi tertinggi didapat yaitu 42.21 % pada jarak 4 cm.

(repeater)

Dari Gambar [15] dapat diketahui bahwa daya pada kumparan pengirim (PTx) berbanding lurus dengan jarak pengukuran. Hal ini dikarenakan jika kumparan pengirim dan penerima berdekatan terjadi faktor kopling yang dapat mengurangi daya yang berosilasi pada kumparan pengirim.

(repeater)

Dari Gambar [16] dapat dilihat bahwa semakin besar jarak pengukuran maka daya sumber (Ps) dan daya penerima (PRx) akan semakin kecil. Daya kirim tertinggi yang didapat adalah 0.072 Watt pada jarak 4 cm.

(10)

Gambar [17]. Grafik nilai efisiensi daya (η) terhadap jarak pengukuran pada level frekuensi 5 kHz tanpa penguat (repeater) Dari Gambar [17] terlihat bahwa efisiensi daya akan semakin menurun ketika jarak pengukuran diperbesar. Efisiensi tertinggi didapat yaitu 29.80 % pada jarak 4 cm.

(repeater)

Nilai daya pada kumparan pengirim (PTx) berbanding lurus dengan jarak pengukuran. Hal ini dikarenakan adanya faktor kopling yang dapat mengurangi daya yang berosilasi pada kumparan pengirim.

Sistem transfer daya listrik tanpa kabel dengan rangkaian penguat 1. Level frekuensi 3 kHz

Gambar [19]. Grafik hubungan daya Ps dan PRx terhadap jarak pengukuran pada level frekuensi 3 kHz dengan penguat

(repeater)

Dari Gambar [19] dapat dilihat bahwa semakin besar jarak pengukuran maka daya sumber (Ps) dan daya penerima (PRx) akan semakin kecil. Penurunan daya pada saat jarak pengukuran diperbesar tidak linear atau

(11)

Gambar [20]. Grafik nilai efisiensi daya (η) terhadap jarak pengukuran pada level frekuensi 3 kHz dengan penguat (repeater)

Dari Gambar [20] terlihat bahwa efisiensi daya akan semakin menurun ketika jarak pengukuran diperbesar. Penurunan efisiensi daya terlihat tidak linear hal ini dikarenakan oleh daya yang terukur pada sumber dan beban yang fluktuatif akibat sistem dengan penguat yang kurang stabil. Efisiensi tertinggi didapat yaitu 52.76 % pada jarak 4 cm.

Gambar [21]. Grafik hubungan daya PTx dan PRx terhadap jarak pengukuran pada level frekuensi 3 kHz dengan penguat

(repeater)

Sistem yang kurang stabil juga mempengaruhi daya pada kumapran pengirim. Nilai daya pada kumparan pengirim (PTx) seharusnya berbanding lurus dengan jarak pengukuran tetapi hasil yang didapatkan fluktuatif.

Gambar [22]. Grafik hubungan daya Ps dan PRx terhadap jarak pengukuran pada level frekuensi 5 kHz dengan penguat

(12)

Dari Gambar [22] dapat dilihat bahwa semakin besar jarak pengukuran maka daya sumber (Ps) dan daya penerima (PRx) seharusya akan semakin kecil tetapi data yang didapatkan fluktuatif. Hal ini dikarenakan sistem dengan penguat bekerja kurang stabil. Daya kirim tertinggi yang didapat adalah 0.136 Watt pada jarak 6 cm.

Gambar [23]. Grafik nilai efisiensi daya (η) terhadap jarak pengukuran pada level frekuensi 5 kHz dengan penguat (repeater)

Dari Gambar [23] terlihat bahwa efisiensi daya akan semakin menurun ketika jarak pengukuran diperbesar. Penurunan efisiensi daya terlihat tidak linear hal ini dikarenakan oleh daya yang terukur pada sumber dan beban yang fluktuatif akibat sistem dengan penguat yang kurang stabil. Efisiensi tertinggi didapat yaitu 53.83 % pada jarak 4 cm.

Gambar [24]. Grafik hubungan daya PTx dan PRx terhadap jarak pengukuran pada level frekuensi 5 kHz dengan penguat

(repeater)

Sistem dengan penguat bekerja kurang stabil hal ini mempengaruhi daya pada kumapran pengirim. Nilai daya pada kumparan pengirim (PTx) seharusnya berbanding lurus dengan jarak pengukuran tetapi hasil yang didapatkan fluktuatif.

Perbandingan Efisiensi Daya 1. Sistem tanpa rangkaian penguat

Tabel [3]. Perbandingan efisiensi daya pada sistem tanpa rangkaian penguat Jarak Efisiensi daya (η)

1 kHz 3 kHz 5 kHz

(cm) (%) (%) (%)

4 11.24 42.21 29.80 6 13.13 31.37 22.73 8 12.49 23.53 17.62

(13)

18 1.30 11.01 8.18 20 0.83 10.46 7.73 22 0.50 9.51 7.47 24 0.36 8.66 6.92 26 0.17 8.15 6.66 28 0.14 5.72 6.06 30 0.09 3.94 4.59

Dari Tabel [3] dapat dilihat bahwa pada jarak awal pengukuran (4 cm) didapatkan efisiensi terbesar untuk frekuensi 3 kHz dan 5 kHz yaitu 42,21 % dan 29,80 %. Sedangkan untuk frekuensi 1 kHz didapatkan efisiensi tertinggi pada jarak pengukuran 6 cm yaitu 13,13 %.

Gambar [25]. Perbandingan efisiensi daya pada sistem tanpa penguat

Gambar [25] menunjukkan bahwa secara keseluruhan efisiensi tertinggi didapat pada frekuensi 3 kHz, kemudian diikuti 5 kHz, dan yang paling rendah adalah frekuensi 1 kHz.

2. Sistem dengan rangkaian penguat

Tabel [4]. Perbandingan efisiensi daya pada sistem tanpa rangkaian penguat Jarak Efisiensi daya (η)

1 kHz 3 kHz 5 kHz (cm) (%) (%) (%) 4 - 52.76 53.83 6 - 39.83 53.72 8 - 38.71 43.15 10 - 37.23 38.03 12 - 26.71 23.45 14 - 28.45 30.64 16 - 18.41 18.43 18 - 23.12 14.42 20 - 20.99 13.31 22 - 18.79 11.46 24 - 18.08 10.97 26 - 12.88 9.32 28 - 10.53 8.79 30 - 9.00 8.28

Dari Tabel [4] dapat dilihat bahwa pada jarak awal pengukuran (4 cm) didapatkan efisiensi terbesar untuk frekuensi 3 kHz dan 5 kHz yaitu 42,21 % dan 29,80 %. Sedangkan untuk frekuensi 1 kHz tidak didapatkan efisiensi karena tidak dapat terukurnya tegangan maupun arus

(14)

Gambar [26]. Perbandingan efisiensi daya pada sistem dengan penguat

Gambar [26] menunjukkan bahwa efisiensi tertinggi pada jarak-jarak awal didapat pada frekuensi 5 kHz, sedangkan untuk jarak-jarak akhir efisiensi tertinggi didapatkan pada frekuensi 3 kHz.

3. Sistem frekuensi 3 kHz tanpa penguat dan dengan penguat

Tabel [5]. Perbandingan efisiensi daya pada level frekuensi 3 kHz Jarak Efisiensi Peningkatan Efisiensi Tanpa Penguat Dengan Penguat (cm) (%) (%) (%) 4 42.21 52.76 10.55 6 31.37 39.83 8.47 8 23.53 38.71 15.18 10 18.45 37.23 18.78 12 15.92 26.71 10.79 14 13.72 28.45 14.73 16 12.10 18.41 6.31 18 11.01 23.12 12.11 20 10.46 20.99 10.53 22 9.51 18.79 9.28 24 8.66 18.08 9.42 26 8.15 12.88 4.73 28 5.72 10.53 4.81 30 3.94 9.00 5.05 Rata - Rata Peningkatan 10.05

Dari Tabel [5] dapat dianalisa bahwa peningkatan efisiensi yang didapat fluktuatif, hal ini dikarenakan efisiensi daya pada sistem dengan penguat juga fluktuatif akibat sistem yang kurang stabil. Peningkatan tertinggi didapat pada jarak 10 cm dengan 18.79 % dan secara keseluruhan peningkatan yang didapat adalah 10.05 %.

(15)

Dari Gambar [27] dapat dianalisa bahwa efisiensi daya lebih besar didapat ketika sistem menggunakan rangkaian penguat pada setiap jarak pengukuran. Hal ini menunjukkan bahwa rangkaian penguat sudah bekerja seperti seharusnya

4. Sistem frekuensi 5 kHz tanpa penguat dan dengan penguat

Tabel [6]. Perbandingan efisiensi daya pada level frekuensi 5 kHz Jarak Efisiensi Peningkatan Efisiensi Tanpa Penguat Dengan Penguat (cm) (%) (%) (%) 4 29.80 53.83 24.02 6 22.73 53.72 31.00 8 17.62 43.15 25.52 10 14.92 38.03 23.11 12 12.27 23.45 11.18 14 10.49 30.64 20.15 16 9.14 18.43 9.28 18 8.18 14.42 6.24 20 7.73 13.31 5.58 22 7.47 11.46 3.99 24 6.92 10.97 4.05 26 6.66 9.32 2.67 28 6.06 8.79 2.73 30 4.59 8.28 3.69 Rata - Rata Peningkatan 12.37

Dari Tabel [6] dapat dianalisa bahwa secara keseluruhan peningkatan efisiensi yang didapat semakin turun ketika jarak pengukuran diperbesar. Peningkatan efisiensi tertinggi didapat pada jarak 6 cm dengan 31.0 % dan secara keseluruhan peningkatan yang didapat adalah 12.37 %.

Gambar [28]. Perbandingan efisiensi daya pada frekuensi 5 kHz sistem tanpa dan dengan penguat

Dari Gambar [28] dapat dianalisa bahwa efisiensi daya lebih besar didapat ketika sistem menggunakan rangkaian penguat pada setiap jarak pengukuran. Hal ini menunjukkan bahwa rangkaian penguat sudah bekerja seperti seharusnya.

(16)

Pengukuran Medan Magnet Sistem tanpa rangkaian penguat

Tabel [7]. Nilai pengukuran medan magnet untuk tiap level frekuensi pada sistem tanpa rangkaian penguat Jarak (cm) Medan Magnet (µT) 1 kHz 3 kHz 5 kHz 4 4.25 1.83 1.85 6 4.38 1.86 1.40 8 3.88 1.87 1.30 10 3.48 1.75 1.10 12 3.45 1.69 1.02 14 3.37 1.57 0.94 16 3.32 1.49 0.94 18 3.26 1.42 0.93 20 3.23 1.39 0.93 22 3.13 1.35 0.91 24 3.02 1.37 0.89 26 2.85 1.34 0.85 28 2.62 1.29 0.83 30 2.41 1.23 0.80

Dari Tabel [7] diatas dapat dianalisa bahwa nilai medan magnet terbesar adalah 4.38µT pada frekuensi 1 kHz dengan jarak 6 cm. Menurut PER.13/MEN/X/2011, nilai medan magnet yang didapat masih jauh dibawah ambang batas yang di tentukan yaitu 0.2 mT sehingga masih aman bagi tubuh manusia

Gambar [29] Perbandingan besar medan magnet tiap level frekuensi pada sistem tanpa rangkaian penguat

Dari Gambar [29] diatas menunjukkan bahwa semakin jauh jarak titik pengukuran, medan magnet yang didapat akan semakin kecil. Serta semakin besar frekuensi kerja yang dipakai oleh sistem, maka medan magnet yang terukur akan semakin rendah, hal ini karena semakin tinggi frekuensi maka kapasitor yang dibutuhkan akan semakin kecil sehingga arus yang bisa diosilasikan lebih kecil.

(17)

Sistem dengan rangkaian penguat

Tabel [8]. Nilai pengukuran medan magnet untuk tiap level frekuensi pada sistem dengan rangkaian penguat Jarak (cm) Medan Magnet (µT) 1 kHz 3 kHz 5 kHz 4 - 2.93 1.48 6 - 2.88 1.54 8 - 2.61 1.47 10 - 2.17 1.41 12 - 1.99 1.25 14 - 1.86 1.17 16 - 1.78 1.09 18 - 1.75 1.12 20 - 1.69 1.09 22 - 1.67 1.08 24 - 1.62 1.06 26 - 1.58 1.00 28 - 1.50 1.02 30 - 1.48 1.00

Dari Tabel [8] diatas, nilai medan magnet terbesar adalah 2.93 µT pada frekuensi 3 kHz dengan jarak 4 cm. Menurut PER.13/MEN/X/2011, nilai medan magnet yang didapat masih jauh dibawah ambang batas yang di tentukan yaitu 0.2 mT sehingga masih aman bagi tubuh manusia.

Nilai medan pada level 1 kHz tidak didapatkan karena pada frekuensi tersebut sistem berhenti bekerja karena terjadinya mutual induktansi yang mengakibatkan turunnya frekuensi dan rangkaian LC tidak bisa berosilasi.

Gambar [30] Perbandingan besar medan magnet tiap level frekuensi pada sistem tanpa rangkaian penguat

KESIMPULAN

1. Perancangan sistem transfer daya listrik tanpa kabel menggunakan jenis kumparan spiral datar (single layer

spiral coil) dengan jumlah lilitan sebanyak 80, diameter dalam 5 cm dan diameter luar 10.5 cm sudah

bekerja dengan baik dengan jarak kirim terjauh yaitu 30 cm kecuali sistem pada level frekuensi 1 kHz dengan tambahan rangkaian penguat dimana alat tidak dapat bekerja.

2. Pada sistem tanpa rangkaian penguat didapatkan efisiensi daya (η) tertinggi adalah 41.21% pada level frekuensi 3 kHz dengan jarak 4 cm dan daya terkirim tertinggi yaitu 0.162 Watt pada level frekuensi 1 kHz dengan jarak 4 cm.

3. Pada sistem dengan rangkaian penguat didapatkan nilai efisiensi daya (η) tertinggi adalah 53.83% pada level frekuensi 5 kHz dengan jarak 4 cm dan daya terkirim tertinggi yaitu 0.179 Watt pada level frekuensi 3 kHz dengan jarak 4 cm.

(18)

4. Dengan adanya rangkaian penguat terjadi peningkatan efisiensi daya pada level frekuensi 3 kHz yaitu 10.05 % dan pada level frekuensi 5 kHz yaitu 12.37 % serta peningkatan medan magnet yaitu 26.93 % untuk 3 kHz dan 16.71 % untuk 5 kHz.

5. Nilai pengukuran medan magnet yang paling tinggi yaitu 4.38 µT pada level frekuensi 1 kHz tanpa penguat masih dibawah ambang batas peraturan pemerintah PER.13/MEN/2011 yaitu 0.2 mT sehingga sudah dianggap aman bagi tubuh manusia.

6.

Nilai hasil efisiensi daya yang didapatkan sudah lebih baik daripada hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Adnyana (2015).

SARAN

1. Dalam perancangan sistem transfer listik tanpa kabel dibutuhkan komponen induktansi dan kapasitansi yang tepat sesuai dengan frekuensi yang diinginkan maupun dengan nilai komponen yang ada.

2. Efisiensi daya yang didapatkan masih kurang besar, untuk itu diperlukan pengembangan dari rangkaian dan kumparan pada pengirim, penerima, dan penguat serta osilator yang digunakan.

3. Dalam membuat kumparan diperlukan ketelitian yang baik sehingga bentuk, dimensi, dan nilai induktansi yang diinginkan sesuai sehingga sistem dapat beresonansi dengan baik pada frekuensi yang ditentukan. 4. Dapat digunakan dalam referensi penelitian selanjutnya untuk pemilihan bahan/material kumparan dan

komponen elektronika seperti R dan L.

DAFTAR PUSTAKA

Adnyana, W.S., 2016, Perancangan dan Analisis Sistem Transfer Daya Listrik Tanpa Kabel Dengan Kumparan

Multilayer Yang Bekerja Pada Frekuensi Rendah. Skripsi, Program Studi Teknik Elektro, Fakultas

Teknik, Universitas Mataram. Mataram.

Anonim., 2010, Guidelines For Limiting Exposure to Time‐Electric and Magnetic Fields (1 Hz – 100 kHz),

ICNIRP, Jerman.

Anonim., 2011, Nilai Ambang Batas Faktor Fisika dan Faktor Kimia di Tempat Kerja, Menteri Tenaga Kerja dan Transmigrasi Republik Indonesia, Jakarta.

Atar, M., 2012. Perancangan Penghantar Daya Nirkabel, Skripsi, Program Studi Teknik Elektro, FakultasTeknik, Universitas Indonesia, Depok.

Davidson, M.W., 2001, Electromagnetic Wave Propagation, Diakses tanggal 5 juni 2017, https://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/polarizedlight/emwave/.

Irawan, H., 2013. Rancang Bangun Sistem Transfer Daya Listrik Nirkabel Menggunakan Prinsip Induksi &

Resonansi Magnetik, Skripsi, Jurusan Teknik Elektro, Fakutas Teknik, Universitas Mataram, Mataram.

Kautsar, H., 2010. Analisa dan Rancang Bangun Rangkaian Transmitter Pada Transfer Daya Listrik Tanpa

Kabel, Skripsi, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok.

Lempriere, Molly., 2017, Working On The Future of Electric Car, Diakses tanggal 21 November 2017, http://www.power-technology.com/features/featurewireless-power-transfer-working-on-the-future-of-electric-vehicles-5933632/.

Octora, M., 2010, Analisa dan Rancang Bangun Rangkaian Penerima Pada Sistem Transfer Daya Listrik Tanpa

Kabel, Skripsi, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok.

Panggabean, B.M., Herman, H., Nining, P., 2014, Perancangan Sistem Transfer Energi Secara Wireless Dengan

Menggunakan Teknik Resonansi Induktif Medan Elektromagnetik, Skripsi, Jurusan Teknik Elektro,

Fakultas Teknik, Universitas Lampung, Lampung.

Reene, Lisa., 2016, Law of Resonance, Diakses tanggal 21 November 2017. http://ascensionglossary.com/index.php/Law_of_Resonance.

Sun, T.J., X. Xie., G.L. Li., Y.K. Gu., Y.D. Deng., Z.H. Wang., 2012, Integrated omnidirectional wireless power

receiving circuit for wireless endoscopy, Electronics Letters Vol. 48 No. 15 The Institution of