RANCANG BANGUN PENGHANTAR DAYA
TESLA UNTUK PENGISIAN BATERAI NIRKABEL
Iwan Iwan@staff.gunadarma.ac.id
Mahesi09istiwan@yahoo.com
Abstrak
Sistem Wireless Charger Transfer merupakan teknologi mutakhir untuk dapat menghantarkan listrik tanpa kabel. Sistem ini bekerja dengan memanfaatkan fenomena resonansi induksi elektromagnetik diantara 2 kawat tembaga melingkar. Keberhasilan sistem ini terletak pada rangkaian osilator yang membangkitkan frekuensi resonansi pada sistem transmitter. Kestabilan frekuensi dan amplitudo tegangan osilasi akan mempengaruhi propagasi gelombang elektromagnetik untuk penghantaran daya listrik. Dari penelitian sebelumnya,telah dilakukan perancangan beberapa rangkaian osilator meliputi Royer Oscillator, Royer Oscillator controlled by Direct Digital Synthesizer ( DDS ), Variable Comparator Osilator, dan Flyback Oscillator. Namun dari penelitian tersebut masih diperlukan pengembangan untuk memperoleh efisiensi daya yang tinggi, kestabilan frekuensi dan amplitudo tegangan osilasi pada sistem transmitter. Penggunaan Colpitts Osilator yang dirangkai dengan rangkaian penguat daya ( Power Amplifier ) kelas-E akan digunakan pada sistem transmitter untuk memperoleh efisiensi daya, kestabilan frekuensi dan amplitudo tegangan osilasi transmitter sehingga diperoleh jarak penghantaran listrik yang diinginkan. Untuk itu, pada penelitian ini penulis melakukan analisa kinerja beberapa rangkaian osilator transmitter yang pernah diteliti sebelumnya untuk mendapatkan poin-poin penting yang harus ditingkatkan kinerjanya .
PENDAHULUAN
Listrik adalah salah satu penemuan terbesar yang pernah dikenal manusia dan merupakan kebutuhan hidup modern. Sulit untuk membayangkan melewati hari tanpa listrik. Penggunaan konvensional listrik dimungkinkan melalui penggunaan kabel. Listrik kawat grid dikerahkan, untuk kenyamanan transfer listrik yang menjadi kasus Nikola Tesla datang dengan metode alternatif transmisi listrik, "transmisi daya nirkabel".
Transmisi daya nirkabel adalah proses transmisi listrik dari sumber listrik ke beban tanpa koneksi fisik. Metode ini berguna dalam situasi di mana kabel yang tidak praktis untuk menggunakan, berbahaya atau tidak mungkin. Yang paling umum digunakan bentuk transfer daya nirkabel induktif dan resonansi induksi magnetik langsung. Ada juga beberapa teknik untuk menerapkan metode ini, seperti radiasi elektromagnetik dalam bentuk gelombang mikro atau laser . Metode ini memungkinkan untuk memungkinkan perangkat daya rendah seperti ponsel, PDA untuk mengisi tanpa perlu plug mereka dan juga mereka dapat beroperasi tanpa menggunakan sel kering atau baterai.
Pengisian baterai secara wirless tentu akan memberikan kontribusi untuk keselamatan dan kesehatan dalam rumah tangga dan tempat kerja. Pada Salah satu sisi,pengisian baterai secara wirless adalah lebih mudah bagi konsumen dan produsen.
penulisan jurnal ini, dapat membantu beberapa hal yang seharusnya dikaji sebagai dasar untuk menunjang penyempurnaan rangkaian pada transfer daya nirkabel.
Gambar 1. desain awal wireless power transfer Nikola Tesla (14).
Adalah Nikola Tesla yang pertama kali
mengembangkan atau mencoba
mentransmisikan tegangan melalui udara atau dengan kata lain tanpa perantara kabel (wireless). Dengan alat yang disebut atas namanya sendiri, yaitu tesla coil yang berhasil menyalakan 200 lampu dan satu motor listrik dalam radius 26 mil. Tetapi sangat disayangkan Pengembangan tesla harus dihentikan sebelum prototype pertama berhasil disempurnakan karena dianggap
berbahaya dan dapat merusak perangkat elektronik disekitarnya yg dikarenakan medan elektromagnetik yang besar yang dihasilkan alat tersebut. Hingga pada abad ke 21 seiring dengan berkembang teknologi wireless pada dunia telekomunikasi dunia mulai melirik kembali penemuan tesla untuk diaplikasikan pada berbagai bidang seperti ; Automotif, biomedik, perangkat rumah tangga dan sistem Transmisi listrik.
Oleh karena itu pada kesempatan ini, penyusunan tesis mencoba membuat alat tanpa kabel untuk memberikan daya listrik ke komponen penerima ( wirless charger ).
oscillator banyak digunakan pada rangkaian power supply/ SMPS (switch main Power
supply) Dengan bantuan IC PWM sebagai
trigger untuk menghasilkan gelombang denyut. Sedangkan pada pengembangan saat ini dalam dunia kelistrikan dimana tuntutan teknologi yang semakin besar akan effisiensi dalam hal biaya dan instalasi, konsep wireless power atau transmit daya listrik dalam jumlah
besar tanpa menggunakan kabel sebagai penyalur utama menjadi tantangan dibanyak belahan dunia. Rangkaian oscilolator menjadi bagian penting dalam sistem wireless power, dimana gelombang denyut yang dihasilkan rangkaian oscillator pada dasarnya menghasilkan medan elektromagnetik yang berubah-ubah. Dan jika radiasi medan elektromagnetik tersebut terkena kawat/ konduktor yang berada dalam jarak radiasinya maka akan menyebabkan timbulnya arus pada kawat tersebut (percobaan faraday)
Gambar 2. Diagram wireless Power Transfer
Vinduksi = - N d∅
dt
∅ = BA
Dimana: V ind = Tegangan induksi (Volt) N = Jumlah lilitan
B = Medan magnetik (Tesla) A = Fluks magnetik (weber) ∅ = Luas Kumparan (Meter persegi)
frekuensi, demikian juga disebut LC osilator . Fitur yang membedakan rangkaian Colpitts adalah bahwa umpan balik sinyal diambil dari pembagi tegangan yang dibuat oleh dua kapasitor secara seri. Salah satu fitur utama dari jenis osilator adalah kesederhanaannya (hanya memerlukan induktor tunggal) dan ketahanan.
Gambar 3. Rangkaian osilator Colpitts. Frekuensi osilasi osilator Colpitts ini
ditentukan oleh rumus berikut ini,
f = komponen ac dengan mem-bypass resistor RE. Sementara resistor RB dan RE digunakan untuk memberikan prategangan pada rangkaian, yaitu agar bekerja pada kelas-A seperti pada rangkaian osilator Hartley di atas. RFC (radio frequency choke) digunakan untuk mencegah sinyal RF masuk ke baterai.
METODE PENELITIAN
Gambar. 4 Tahapan wireless charger
Penghantar daya tanpa kabel,yang secara umum lebih dikenal dengan sebutan wireless powernya berupa rangkaian pengirim ( transmitter ) dan rangkaian penerima ( receiver).berikut skema pembuatan rancang wireless power supply.
Gambar 5. diagram plant dasar
kebeban yang menggunakan arus bolak-balik (AC) karena frekuensi yang berada diatas frekuensi peralatan yang banyak beredar dipasaran atau sebesar 50 hz karna dapat menyebabkan panas berlebih dan dapat merusak komponen. Oleh karna itu pada receiver dibuat rangkaian bridge diode untuk merubah dari arus AC menjadi arus DC untuk kemudian dimanfaatkan pada beban.
HASIL DAN PEMBAHASAN
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 75 nF. Proses tunning frekuensi dilakukan dengan memutar Potentiometer pada osiloskop untuk menentukan besar kecilnya frekuensi yang dikeluarkan rangkaian oscillator.
1. Proses Pencarian frekuensi resonansi yang
paling maksimum.
Gambar 6.sketsa frekuensi resonansi
Tabel .1 data percobaan frekuensi maksimum
Dari tabel 1. di atas, dapat disimpulkan bahwa nilai frekuensi yang dihasilkan tetap sehingga mengakibatkan daya output juga tetap.
2. Pengambilan data Besarnya arus yang
diterima oleh transmitter dari multimeter,Pengecekan lewat lilitan tembaga
Gambar 7. gelombang frekuensi lilitan tembaga transmiiter.
Tabel 2. Data Percobaan lilitan tembaga transmitter.
Gambar 8. Grafik chart tegangan lilitan tembaga transmitter
Tabel 3. Data Percobaan lilitan tembaga receiver
Pengambilan data besarnya arus yang diterima dari transmitter ke receiver atau output gabungan yg dikirimkan ke media hand phone,pengecekan menggunakan multimeter.
Pengambilan data Besarnya arus yang diterima
receiver berdasarkan jarak :
Pengujian ini dilakukan untuk menguji jarak jangkauan radiasi medan elektromagnetik transmitter yang bisa diterima oleh antenna receiver, hal ini bertujuan selain untuk melihat jangkauan jarak antara transmitter dan receiver, juga bermaksud melihat daya yang ditangkap pada antenna receiver atau Tingkat effisiensi.
Tabel 5. Data Percobaan jarak lilitan tembaga gabungan Tx dan Rx
Pengambilan data besarnya tegangan yang diterima receiver berdasarkan jarak :
Tabel 6. Data Percobaan jarak lilitan tembaga gabungan Tx dan Rx
KESIMPULAN
Dari seluruh tahapan yang sudah dilaksanakan pada penyusunan Jurnal ini, mulai dari studi literatur, perancangan dan pembuatan sampai pada pengujiannya maka dapat disimpulkan bahwa:
1. Energi listrik dapat dikirim tanpa menggunakan kabel atau Nirkabel sebesar 5 Volt.
2. Untuk mendapatkan efesiensi transmisi diperlukan tune up atau penyesuaian antara frekuensi resonansi transmitter dengan frekuensi resonansi penerim, Frekuensi yang didapat 40.1103 khz yang menghasilkan output tetap sebesar 5 Volt.
3. Karakteristik lilitan kawat yang digunakan sangat menentukan efesiensi system.
4. Semakin dekat jarak receiver dengan transmiter maka akan semakin besar juga daya yang digunakan transmitter, hal ini ditandai dengan meningkatnya arus pada transmitter.
5. Semakin dekat jarak receiver dengan transmitter semakin besar daya yang dihasilkan pada receiver, hal ini ditandai dengan meningkatnya arus dan tegangan pada receiver.
DAFTAR PUSTAKA
Magnetic Resonant Coupling As a Potential Means for Wireless Power Transfer to Multiple Small Receivers.IEEE Transaction on power Electronic,vol 24,no 7,july 2009.
A Highly Efficient Power Management System for Charging Mobile Phones using RF Energy Harvesting. International Journal of Information Technology Convergence and Services (IJITCS) Vol.1, No.5, October 2011.
Estimation of Output Voltage and Magnetic Flux Density for a Wireless Charging System with Different Magnetic Core Properties. Journal of Magnetics18(2),105-110(2013)
http://dx.doi.org/10.4283/JMAG.2013.18.2
.105
Evaluation of Wireless Resonant Power Transfer Systems With Human Electromagnetic Exposure Limits.IEEE Transaction on Elektromagnetic compatibility.
Marinic.A.S.”Nikola Tesla The Wireless
“ Apparatus and systems, Vol. Pas-10.No 10 october 1982.
WiTricity Technology:TheBasics
http://www.witricity.com/pages/tecnology.ht ml
http://www.witricitypower.com/index.html
