RANCANG BANGUN PROTOTIPE RANGKAIAN PENERIMA SISTEM DAYA TANPA KABEL Rancang Bangun Prototipe Rangkaian Penerima Sistem Daya Tanpa Kabel.
RANCANG BANGUN PROTOTIPE RANGKAIAN PENERIMA SISTEM
DAYA TANPA KABEL
Disususn sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata 1 pada Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik
oleh:
FREDI BIMANTARA D 400 130 012
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2017
(2)
HALAMAN PERSETUJUAN
RANCANG BANGUN PROTOTIPE RANGKAIAN PENERIMA SISTEM
DAYA TANPA KABEL
PUBLIKASI ILMIAH
Oleh:
FREDI BIMANTARA D 400 130 012
Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh:
Dosen Pembimbing
Aris Budiman, ST.MT NIK 885
(3)
HALAMAN PENGESAHAN
RANCANG BANGUN PROTOTIPE RANGKAIAN PENERIMA
SISTEM DAYA TANPA KABEL
OLEH
FREDI BIMANTARA D 400 130 012
Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Elektro
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Pada hari………, .…….. 2017
dan dinyatakan telah memenuhi syarat
Dewan Penguji:
1. Aris Budiman, ST.MT (……..……..) (Ketua Dewan Penguji)
2. Hasyim Asy’ari, ST.MT (………)
(Anggota I Dewan Penguji)
3. Ir. Jatmiko, MT (……….) (Anggota II Dewan Penguji)
Dekan,
Ir. Sri Sunarjono, M.T, Ph.D. NIK. 682
(4)
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Apabila kelak terbukti ada ketidakbenaran dalam pernyataan saya di atas, maka akan saya pertanggungjawabkan sepenuhnya.
.
Surakarta, ……….. 2017
Penulis
FREDI BIMANTARA D 400 130 012
(5)
RANCANG BANGUN PROTOTIPE RANGKAIAN PENERIMA SISTEM
DAYA TANPA KABEL
Abstrak
Perkembangan teknologi pada perangkat elektronik semakin cepat dan penggunaannya semakin luas. perlu daya listrik dan kabel sebagai alat transfer dayanya. Penggunaan teknologi tanpa kabel saat ini sudah mulai berkembang. Adanya teknologi ini pada berbagai keperluan akan memudahkan para pengguna elektronik.
Tujuan penelitian ini adalah untuk membuat prototipe rangkaian penerima sistem transfer daya listrik tanpa kabel. Metode yang digunakan pada penelitian ini antara lain studi literatur, pengumpulan data, perancangan alat, pembuatan alat, selanjutnya pengujian menggunakan suplai daya 16 volt DC/5 Ampere. Lilitan pemancar menggunakan pipa tembaga dengan luas penampang 28,26 mm². Sedangkan pada penerima led kecil menggunakan kabel tembaga 1,5mm² kemudian dibandingkan dengan penerima led 1 watt menggunakan kabel tembaga 1,5 mm² dan penerima led 3 watt menggunakan kabel tembaga 2,5mm² pada jarak 1-21 cm.
Hasil dari pengujian ini memiliki efisiensi tertinggi 91,92% pada jarak 1 cm saat dibebani lampu 3 watt, semakin jauh jarak akan semakin menurunkan efisiensi. Transfer daya hanya bisa maksimal pada jarak 21 cm saat dibebani lampu led.
Kata kunci: Tanpa kabel, Jarak, luas penampang
Abstract
Technological developments in electronic devices is faster and more in widespread use now. it needs electrical power and cable as a mean of power transfer. Uses of wireless technologies are now in developing. So as to ease of use while wearing an electronic device that can transfer electric power wirelessly can certainly ease when used.
The purpose of this research is to create a prototype of a wireless electric power transfer receiver. The method used in this research include the study of literature, data collection, design the device, device-making, further testing using 16 V DC / 5A power supply. Transmitter coil uses a copper pipe with the cross-sectional area of 28,26 mm². While at the receiver using copper cable 1,5 mm² small led then compared with 1 watt led receiver using copper cable 1,5 mm² and 3 watt led receiver using copper cable 2,5 mm² at a distance of 1-21 cm.
The results of this test has the highest efficiency of 91.92% at a distance of 1 cm when under a 3 watt led lamp, the greater the distance will further lower the efficiency. Transfers can only be a maximum power at a distance of 21 cm when under the LED lights.
(6)
1. PENDAHULUAN
Kemajuan perkembangan teknologi transfer daya wireless atau tanpa kabel dewasa ini semakin banyak dan meningkat pesat. Hal ini dilandasi semakin meningkatnya teknologi pada perangkat elektronik karena kebutuhan telekomunikasi dan kebutuhan sehari-hari. Dalam setiap perangkat elektronik pasti memerlukan daya listrik sebagai perannya, seperti pada pengisian baterai, pengunaan kabel disini berperan penting untuk transfer daya listrik (Marincic.,1982). Dikehidupan sehari-hari terasa ketergantungan manusia terhadap perangkat elektronik dimana dalam perangkat elektronik memiliki banyak kabel untuk dibutuhkan sebagai transfer daya pada setiap perangkat ada juga digunakan untuk pengisian baterai selain itu dalam tahun inimasih banyak para peneliti menemukan hal menarik (Zhou et al., 2014). Penggunaan transfer daya tanpa kabel pada perangkat elektronik tentunya akan memudahkan manusia, karena lebih efisien dan paraktis. Kopling magnetik dianggap alat yang sangat baik digunakan sebagai teknologi untuk ini karena prosesnya tidak menggunakan kontak fisik tetapi memakai induksi pada magnet yang saling berinteraksi sebagai pengirim dayanya (Boylestad., 1998).
Ilmuwan Nicola Tesla pada abad ke-19 meneliti dan mempelajari tentang pemancar dan penerima pada daya listrik tanpa melalui kabel penghantar. Sistem induksi elektromagnetik dikembangkan dan dipelajari pada kumparan Tesla sampai akhirnya menara bernama Wardenclyffe dibangun oleh Nicola Tesla. Tujuan menara tersebut sebagai pembangkit dan pemancar daya listrik serta pemancar informasi ke seluruh dunia. Karena berhentinya sumber dana maka akhirnya menara ini dihancurkan sebelum beroperasi. Bahwa induksi elektromagnetikdigunakan pada pengiriman daya listrik contohnya trafodapat mengirimkan daya listrik dari lilitan ke lilitan lain dengan memerlukan inti besi tanpa menghubungkan kedua lilitan. Inti besi sebagai tempat untuk berjalannya aliran induksi elektromagnetik kurang efisien karena jarak yang cukup dekat (Zhao et al., 2013).
Penelitian disini, penulis membuat rangkaian penerima sistem daya tanpa kabel yang terdiri rangkaian penerima dengan menggunakan resonansi magnet. Rangkaian pada pemancar memiliki fungsi sebagai pengubah energi DC menjadi energi AC melalui frekuensi untuk mengirimkan medan magnet dan kemudian menginduksi lilitan pada penerima (Chunbo Zhu., 2008). Pada pengujian untuk memudahkan penulis menganalisa membuat frekuensi pada pemancar dan pada penerima memakai kapasitor dibuat sama maka bisa mempengaruhi frekuensi daya pada pemancarnya maupun yang penerimanya (Mahardika. 2014). Selain menganalisa pada besar lilitan yang berbeda pada rangkaian penerima pada beban memakai lampu yang bervariasi dan membandingkan setiap lilitan pada jarak yang berbeda sehingga jarak transfer daya listrik cukup ideal disetiap pasang lilitan. Karena pada lilitan memiliki panjang, jumlah lilitan dan besar
(7)
penampang yang berbeda maka memiliki optimalisasi sendiri-sendiri (Sulistyo, Aan.2016). Dengan pengujian ini maka setiap pasangan lilitan dapat diketahui berapa daya dihasilkan di jarak yang ideal. Maka sangat disarankan beradaptasi sistem yang memiliki kemampuan baik pada variasi beban dan memiliki stabilitas pada frekuensi yang baik (Chapman. 2002).
1.1 Rumusan Masalah
Bagaimana cara merancang sebuah alatdan membuat prototipe rangkaian penerima sistem daya tanpa kabel dengan jarak ideal pada daya maksimal.
1.2 Tujuan Penelitian
Dapat membuat dan merancang alat yang dapat mengirim dengan baik daya listrik tanpa kabel pada jarak cukup ideal.
1.3 Manfaat Penelitian
a. Dalam kehidupan setiap hari dapat mempermudah penggunaan perangkat pada elektronik sebagai pengisi baterai pada handphone maupun bisa dipakai pada lampu belajar.
b. Pengembangan teknologi tanpa kabel kedepannya lebih efisien dan praktis dalam penggunaan semua perangkat elektronik.
1.4 Landasan Teori
Terdapat dua hal yang saling berhubungan antara listrik dan magnet, bisa dicontohkan pada trafo terdiri dua lilitan yang tidak besentuhan yang dililitkan inti pada besi jika dialiri listrik bolak-balik maka timbul magnet disekitar penghantar pada salah satu lilitan tersebut dan akan menimbulkan GGL induksi apabila aliran arus listrik mengalir dari ujung penghantar ke ujung satunya. Dapat ditentukan GGL induksi dari arah arus listrikpada penghantar yang mengalir. Ketika GGL induksi melalui inti besi maka kumparan satunya akan terinduksi. Pada setiap GGL induksi selalu membawa energi medan listrik maka pada kumparan yang terinduksi elektromagnetik akan muncul energi listrik, yang besarnya berbanding lurus dengan besar induksi magnet yang diterima. Besarnya induksi magnet yang diterima pada kumparan tersebut selalu berbanding lurus dengan banyaknya lilitan. Medan magnet pada manusia lebih aman dibanding dengan medan listrik, sehingga proses transfer daya listrik cocok digunakan induksi magnet. Apabila jarak antara lilitan tersebut dijauhkan maka efisensi pada trafo akan berkurang. Untuk membangkitkan resonansi induksi magnet hal tersebut digunakan rangkaian resonator untuk mengatasinya. Induksi magnet pada trafo digambar berikut dibawah ini.
(8)
Gambar 1. Gambar kontruksi trafo
Resonansi pada elektromagnetik terdiri berupa medan magnet dan medan listrik saling berkaitan, pada jarak tertentu dalam proses pemancaran dan penerima daya listrik menggunakan medan magnet dari pada menggunakan medan listrik supaya lebih aman. Meskipun tidak ada media penghantar gelombang elektromagnetik akan memancar merambat contoh berupa trafo memakai inti besi pada proses jalannya induksi GGL. Prinsip resonansi terjadi apabila frekuensi pada sumber arus bolak-balik bernilai sama saat frekuensi resonansi pada kumparan. Jika rangkaian menggunakan sumber arus searah maka menggunakan rangkaian L dan C untuk digunakan membangkitkan frekuensi resonansi. Maka pada frekuensi resonansi bisa dibangkitkan dari rangkaian L dan C memakai cara sebagai berikut:
………(1)
Gambar berikut menunjukanhubungan antara medan listrik dan medan magnet pada resonansi gelombang elektromagnetik untuk memperjelas pengertian diatas.
Gambar 2. Gambar hubungan medan listrik dan medan magnet
Rangkaian resonansi ini berupa rangkaian LC yang dapat menciptakan arus bolak-balik dari sumber arus yang searah. Rangkaian LC terdapat dua komponen ialah induktor dan kapasitor yang mempunyai sifat untuk menyimpan medan energi, sifat induktor dapat menyimpan energi pada medan magnetnya dan sifat pada kapasitor dapat
(9)
menyimpan energi pada medan listrik. Besar sinyal yang dibangkitkan bisa dipengaruhi pada nilai kapasitor dan induktor. Selain memakai alat ukur bisa menggunakan persamaan berikut ini
L = N x ( I)……….(2)
= N x ((BxA)/I)………..(3)
= ( x N x I)/(l x I)………...(4)
Maka: L = Induktansi (Henry)
= Besar magnetik fluks (Wb), N = Jumlah lilitan
A = Luas area (mm²) B = Kerapatan fluks I = Arus (A)
l = Panjang koil (m) = Permeabilitas (
Dari persamaan 4 diatas bisa disederhanakan menjadi persamaan 5 dibawah ini
L = ………..………..………….(5)
2. METODE
2.1 Rancangan penelitian
Penelitian pada tugas akhir ini penulis menggunakan metode penulisan sebagai berikut: a. Studi literatur
Referensi atas suatu kajian pada penulis yang terdiri dari karya-karya ilmiah maupun berupa buku berkaitan dengan penulisan pada penelitian ini.
b. Pengumpulan data
Pengumpulan data dapat berupa mendesain pada rangkaian, alat yang sejenis yang spesifikasi, dan lokasi penjual komponennya.
c. Perancangan alat
Perancangan alat dapat berupa desain pada alat, elektronika alat, dan flowchart kerja alat d. Pembuatan alat
Pembuatan alat bisa meliputidesain pembuatan elektronika alat, pembuatan mekanika alat pada pemancar dan penerima, dan menyusun semua komponen menjadi satu.
(10)
Pengujian pada alat dilakukan bertahap dan berulang pada jarak yang berbeda, untuk mempermudah menganalisa dalam pengujian, beban lampu dirubah yaitu dengan memasang beberap lampu untuk dianalisa mana lampu yang bisa nyala dengan kemampuan penerima yang masksimal dengan jarak paling jauh.
2.2 Peralatan Utama dan Pendukung
Peralatan yang digunakan untuk penelitian ini antara lain: Tabel 1. Peralatan Utama dan Pendukung
Nama Spesifikasi Jumlah
Software diptrace Versi 2.4.0.2 1
Software proteus Versi 8 1
Power suplay DC 16 Volt/5 Ampere 1 buah
Pipa kapiler tembaga Luas penampang 28,26mm² 1 meter
Kabel tembaga Luas penampang 1,5mm² dan 2,5mm² 2 meter
Induktor 100 H, 3 Ampere 2 buah
Mosfet IRFZ44N 49 Ampere, 55 Volt 2 buah
Resistor 100 ohm 2 buah
Dioda 2 ampere 2 buah
Led 3 mm 1 buah
Lampu Led 1 watt dan led 3 watt 1 buah
Multimeter Digital 1 buah
Penggaris Mika 1 buah
2.3 Gambar skema rangkaian pemancar dan penerima
Dapat dilihat pada skema rangkaian penerima sistem daya tanpa kabel yang dibuat menggunakan Software proteus versi 8 pada Gambar 3
(11)
2.4 Flowchart pada penelitian
Gambar 4. Flowchart penelitian
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Perhitungan pada frekuensi resonansi dan induktansi
Pada rangkaian pemancar dan rangkaian penerima masing-masing untuk mengetahui berapa induktansi lilitan yang digunakan, selanjutnya nilai induktansi dapat digunakan mengetahui frekuensi resonansi pada pemancar dan rangkaian pada masing-masing penerima. Data rangkaian pada lilitan penerima dan rangkaian pada penerima adalah sebagai berikut:
Tabel 2. Spesifikasi rangkaian Jenis rangkaian l (mm) N ( Jumlah lilitan) C
(Farad) A (mm²)
Pemancar 1000 2 1x 28,26
Penerima led kecil 2100 16 1x 1,5
Penerima led 1 watt 1800 12 1x 1,5
Penerima led 3 watt 1300 10 1x 2,5
Mulai
Mengumpulkan data
Perancangan pada alat
Pembuatan rangkaian elektronik pada alat
Perbaikan alat
Rangkaian bisa berjalan baik ?
Ya Tidak
Membuat dan menyajikan laporan Analisa hasil pengujian
Pengujian sistem
(12)
1. Untuk hasil perhitungan induktansi dan frekuensi resonansi pada rangkaian pemancar Perhitungan induktansi dicari memakai persamaan 5
Dimana nilai: L = 4 x 3,14 x . Sehingga:
L = 0,14
Perhitungan frekuensi resonansi dicari memakai persamaan 1 Dimana nilai:
Sehingga:
fr = 13x Hz = 13Mhz
2. Untuk hasil perhitungan induktansi dan frekuensi resonansi pada rangkaian penerima Led
Perhitungan induktansi dicari memakai persamaan 5 Dimana nilai:
L = 4 x 3,14 x . Sehingga:
L = 0,22
Perhitungan frekuensi resonansi dicari memakai persamaan 1 Dimana nilai:
fr = Sehingga:
fr = 11x = 11Mhz
3. Untuk hasil perhitungan induktansi dan frekuensi resonansi pada rangkaian penerima 1 watt
Perhitungan induktansi dicari memakai persamaan 5 Dimana nilai:
L = 4 x 3,14 x . Sehingga:
L = 0,15
(13)
Dimana nilai: fr =
Sehingga:
fr = 13x =13Mhz
4. Untuk hasil perhitungan induktansi dan frekuensi resonansi pada rangkaian penerima 3 watt
Perhitungan induktansi dicari memakai persamaan 5 Dimana nilai:
L = 4 x 3,14 x . Sehingga:
L = 0,24
Perhitungan frekuensi resonansi dicari memakai persamaan 1 Dimana nilai:
fr = Sehingga:
fr = 10x = 10Mhz
3.2 Pengujian terhadap lilitan penerima led kecil dengan luas penampang 1,5 mm²
Dilakukan pengujian terhadap lilitan pemancar yang memiliki nilai frekuensi resonansi 13Mhz dengan lilitan penerima ledyang memiliki nilai frekuensi 11Mhz. Nilai hasil pengujian tegangan dan arus ditentukan oleh tabel 3. Persamaan P = V x I untuk
menentukan nilai daya, sedangkan persamaan Eff = untuk nilai
(14)
Tabel 3. Hasil pengujian terhadap penerima Led kecil Jarak
(cm)
Pemancar Penerima
Efisiensi (%) Tegangan (V) Arus (A) Daya (Watt) Tegangan (V) Arus (A) Daya (Watt)
1 16,4 0,34 5,57 23,2 0.14 3,24 58,16
3 16,4 0,34 5,57 20,6 0,13 2,67 47,93
6 16,4 0,34 5,57 17,4 0,10 1,74 31,23
9 16,4 0,34 5,57 14,8 0,08 1,18 21,18
12 16,4 0,34 5,57 12,2 0,06 0,73 13,10
15 16,4 0,34 5,57 9,5 0,04 0,38 6,82
18 16,4 0,34 5,57 7,8 0,03 0,23 4,12
21 16,4 0,34 5,57 5,1 0.01 0,05 0,89
24 16,4 0,34 5,57 2,2 0 0 0
3.3 Pengujian terhadap lilitan penerima led 1 watt dengan luas penampang 1,5 mm²
Dilakukan pengujian terhadap lilitan pemancar yang memiliki nilai frekuensi resonansi 13Mhz dengan lilitan penerima led 1 watt memiliki nilai frekuensi 13Mhz. Nilai hasil pengujian tegangan dan arus ditentukan oleh tabel 4. Persamaan P = V x I untuk
menentukan nilai daya, sedangkan persamaan Eff = untuk nilai
efisiensi.
Gambar 6. Pengujian terhadap penerima led 1 watt Tabel 4. Hasil pengujian terhadap penerima led 1 watt Jarak
(cm)
Pemancar Penerima
Efisiensi (%) Tegangan (V) Arus (A) Daya (Watt) Tegangan (V) Arus (A) Daya (Watt)
1 16,4 0,34 5,57 32,4 0,13 4,21 75,58
3 16,4 0,34 5,57 29,7 0,11 3,26 58,52
6 16,4 0,34 5,57 25,9 0,08 2,07 37,16
9 16,4 0,34 5,57 22.3 0,05 1,11 19,92
12 16,4 0,34 5,57 18,8 0,03 0,56 10,05
15 16,4 0,34 5,57 10.3 0,01 0,10 1,79
(15)
3.4 Pengujian terhadap lilitan penerima led 3 watt dengan luas penampang 2,5 mm²
Dilakukan pengujian terhadap lilitan pemancar yang memiliki nilai frekuensi resonansi 13Mhz dengan lilitan penerima led 3 watt memiliki nilai frekuensi 10Mhz. Nilai hasil pengujian tegangan dan arus ditentukan oleh tabel 5. Persamaan P = V x I untuk
menentukan nilai daya, sedangkan persamaan Eff = untuk nilai
efisiensi.
Gambar 7. Pengujian terhadap penerima led 3 watt Tabel 5. Hasil pengujian tehadap penerima led 3 watt Jarak
(cm)
Pemancar Penerima
Efisiensi (%) Tegangan
(V)
Arus (A)
Daya (Watt)
Tegangan (V)
Arus (A)
Daya (Watt)
1 16,4 0,34 5,57 36,6 0,14 5,12 91,92
3 16,4 0,34 5,57 30,9 0,13 4,01 71,99
6 16,4 0,34 5,57 18,2 0,08 1,45 26,03
9 16,4 0,34 5,57 9,8 0,03 0,29 5,20
12 16,4 0,34 5,57 4.1 0 0 0
3.5 Hasil perbandingan pengujian
Setelah pengujian selesai dengan mengganti lampu pada rangkaian penerima yang memiliki frekuensi resonansi dan nilai induktansi yang sama dan lampu beban yang berbeda dengan jarak berbeda, maka menghasilkan daya dan efisiensi perbandingan didapat dari masing-masing penerima adalah sebagai berikut:
(16)
Tabel. 6 Hasil pada seluruh hasil pengujian Jarak
(cm)
Daya Pemancar
(W)
Penerima Led
Penerima 1 watt
Penerima 3 watt
P(W) Eff(%) P(W) Eff(%) P(W) Eff(%)
1
5,57
3,24 58,16 4,21 75,58 5,12 91,92
3 2,67 47,93 3,26 58,52 4,01 71,99
6 1,74 31,23 2,07 37,16 1,45 26,03
9 1,18 21,18 1,11 19,92 0,29 5,20
12 0,73 13,10 0,56 10,05 0 0
15 0,38 6,82 0,10 1,79 0 0
18 0,23 4,12 0 0 0 0
21 0,05 0,89 0 0 0 0
Gambar 8. Grafik hubungan antara jarak dengan daya
Gambar 8 menunjukan grafik bahwa semakin dekat jarak rangkaian penerima dengan pemancar, daya yang diterima akan semakin besar. Sebaliknya, semakin jauh jaraknya daya yang diterima akan semakin kecil, dan tidak mampu lagi pada jarak tertentu. Detail data pengujian terlihat pada tabel 6, dengan pembebanan lampu led kecil, led 1 watt dan led 3 watt.
(17)
Gambar 9. Grafik hubungan antara jarak dengan efisiensi
Gambar 9 menunjukan grafik bahwa semakin dekat jarak rangkaian penerima dengan pemancar, efisiensi yang diterima akan semakin besar. Sebaliknya, semakin jauh jaraknya efisiensi yang diterima akan semakin kecil, dan tidak mampu lagi pada jarak tertentu. Detail data pengujian terlihat pada tabel 6, dengan pembebanan lampu led kecil, led 1 watt dan led 3 watt.
4. PENUTUP
Hasil akhir pengujian dari prototipe rangkaian penerima sistem daya tanpa kabel dengan mengganti lampu pada penerimanya dapat diambil kesimpulannya yaitu:
1. Hasil seluruh pengujian lilitan pada penerima paling baik saat menerima daya listrik yaitu pada lilitan penerima led kecil dengan maksimal daya 3,24 watt dengan efisiensi sebesar 0,89% pada jarak maksimal 21 cm.
2. Dalam pengujian ini jarak terjauh yaitu 21cm dengan tegangan pemancar 16,4 volt pada lilitan penerima led kecil masih mampu menerima tegangan sebesar 2,2 volt pada jarak 21cm.
3. Pada pengujian terhadap lilitan penerima led 3 watt hanya mampu menghidupkan lampu meskipun tidak bisa nyala terang pada jarak maksimal 9 cm, meskipun memiliki efisiensi dan daya besar tidak menjamin bisa mampu menyalakan lampu led 3 watt pada jarak yang lebih jauh.
(18)
PERSANTUNAN
Penulis banyak mengucapkan banyak terimakasih kepada pihak-pihak yang senantiasa mengeluangkan waktunya untuk memberikan bantuan dalam menyelesaikan tugas akhir sebagai berikut:
a. Bapak dan Ibu yang tercinta selalu mendukung dan memberikan nasehat serta doa dalam pembuatan Tugas Akhir
b. Bapak Umar S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta.
c. Bapak Aris Budiman, S.T, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan arahan dan perbaikan pada pembuatan Tugas Akhir.
d. Bapak dan Ibu Dosen Jurusan Teknik Elektro yang telah banyak mengajarkan ilmunya selama kuliah di Universitas Muhammadiyah Surakarta.
e. Teman-teman Teknik Elektro UMS angkatan 2013 yaitu Agus, Dimas copong, Rizqi F, Wahyu wapres, Dendy, dan teman-teman yang tidak dapat penulis sebut satu per satu yang telah memberikan semangat dan motivasinya.
f. Buat Tsaniya Ubaida tersayang terima kasih telah memberikan semangat dan dukungannya. g. Mas Aan budi yang telah memberikan solusi dan inspirasi dalam mengerjakan Tugas Akhir.
DAFTAR PUSTAKA
Boylestad, R., Nashelsky, L., 1998, Electronic Device And Circuit Theory, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey
Chapman, Stephen J.,”Electric Machinery and Power System Fundamentals”,McGraw-Hill, New
York, 2002.
Chunbo Zhu, Kai Liu, Chunlai Yu, Rui Ma, Hexiao Cheng. “Simulation and Experimental Analysis
on Wireless Energy Tranfer Based on Magnetic Resonances”. IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPP., September 3-5, 2008, Harbin, China.)
Mahardika, N.T., 2014. Analisis Perangkat Transmisi Untuk Wireless Energy Transfer, Journal of Control and Network Systems (JCONES), Vol. 3, No. 1 (2014) pp. 112-119.
Marincic, A.S. “Nikola Tesla And The Wireless Transfer Of Energy”. IEEE Transactionson Power
and Systems, Vol. PAS-10., No. 10 October 1982.
Sulistyo, Aan Budi (2016). Rancang Bangun Dan Analisa Rangkaian Prototype Transfer Daya Listrik Tanpa Kabel. Skripsi thesis, Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Zhao, l., & Liu, Y. (2013). Simulation of Magnetic Resonance for Wireless Power Transfer, 5(5), 1578-1582.
(1)
Dimana nilai: fr =
Sehingga:
fr = 13x =13Mhz
4. Untuk hasil perhitungan induktansi dan frekuensi resonansi pada rangkaian penerima 3 watt
Perhitungan induktansi dicari memakai persamaan 5 Dimana nilai:
L = 4 x 3,14 x . Sehingga:
L = 0,24
Perhitungan frekuensi resonansi dicari memakai persamaan 1 Dimana nilai:
fr =
Sehingga:
fr = 10x = 10Mhz
3.2 Pengujian terhadap lilitan penerima led kecil dengan luas penampang 1,5 mm²
Dilakukan pengujian terhadap lilitan pemancar yang memiliki nilai frekuensi resonansi 13Mhz dengan lilitan penerima ledyang memiliki nilai frekuensi 11Mhz. Nilai hasil pengujian tegangan dan arus ditentukan oleh tabel 3. Persamaan P = V x I untuk menentukan nilai daya, sedangkan persamaan Eff = untuk nilai
efisiensi.
(2)
Tabel 3. Hasil pengujian terhadap penerima Led kecil
Jarak (cm)
Pemancar Penerima
Efisiensi (%) Tegangan (V) Arus (A) Daya (Watt) Tegangan (V) Arus (A) Daya (Watt)
1 16,4 0,34 5,57 23,2 0.14 3,24 58,16
3 16,4 0,34 5,57 20,6 0,13 2,67 47,93
6 16,4 0,34 5,57 17,4 0,10 1,74 31,23
9 16,4 0,34 5,57 14,8 0,08 1,18 21,18
12 16,4 0,34 5,57 12,2 0,06 0,73 13,10
15 16,4 0,34 5,57 9,5 0,04 0,38 6,82
18 16,4 0,34 5,57 7,8 0,03 0,23 4,12
21 16,4 0,34 5,57 5,1 0.01 0,05 0,89
24 16,4 0,34 5,57 2,2 0 0 0
3.3 Pengujian terhadap lilitan penerima led 1 watt dengan luas penampang 1,5 mm²
Dilakukan pengujian terhadap lilitan pemancar yang memiliki nilai frekuensi resonansi 13Mhz dengan lilitan penerima led 1 watt memiliki nilai frekuensi 13Mhz. Nilai hasil pengujian tegangan dan arus ditentukan oleh tabel 4. Persamaan P = V x I untuk menentukan nilai daya, sedangkan persamaan Eff = untuk nilai
efisiensi.
Gambar 6. Pengujian terhadap penerima led 1 watt
Tabel 4. Hasil pengujian terhadap penerima led 1 watt
Jarak (cm)
Pemancar Penerima
Efisiensi (%) Tegangan (V) Arus (A) Daya (Watt) Tegangan (V) Arus (A) Daya (Watt)
1 16,4 0,34 5,57 32,4 0,13 4,21 75,58
3 16,4 0,34 5,57 29,7 0,11 3,26 58,52
6 16,4 0,34 5,57 25,9 0,08 2,07 37,16
9 16,4 0,34 5,57 22.3 0,05 1,11 19,92
12 16,4 0,34 5,57 18,8 0,03 0,56 10,05
15 16,4 0,34 5,57 10.3 0,01 0,10 1,79
(3)
3.4 Pengujian terhadap lilitan penerima led 3 watt dengan luas penampang 2,5 mm²
Dilakukan pengujian terhadap lilitan pemancar yang memiliki nilai frekuensi resonansi 13Mhz dengan lilitan penerima led 3 watt memiliki nilai frekuensi 10Mhz. Nilai hasil pengujian tegangan dan arus ditentukan oleh tabel 5. Persamaan P = V x I untuk menentukan nilai daya, sedangkan persamaan Eff = untuk nilai
efisiensi.
Gambar 7. Pengujian terhadap penerima led 3 watt
Tabel 5. Hasil pengujian tehadap penerima led 3 watt
Jarak (cm)
Pemancar Penerima
Efisiensi (%) Tegangan
(V)
Arus (A)
Daya (Watt)
Tegangan (V)
Arus (A)
Daya (Watt)
1 16,4 0,34 5,57 36,6 0,14 5,12 91,92
3 16,4 0,34 5,57 30,9 0,13 4,01 71,99
6 16,4 0,34 5,57 18,2 0,08 1,45 26,03
9 16,4 0,34 5,57 9,8 0,03 0,29 5,20
12 16,4 0,34 5,57 4.1 0 0 0
3.5 Hasil perbandingan pengujian
Setelah pengujian selesai dengan mengganti lampu pada rangkaian penerima yang memiliki frekuensi resonansi dan nilai induktansi yang sama dan lampu beban yang berbeda dengan jarak berbeda, maka menghasilkan daya dan efisiensi perbandingan didapat dari masing-masing penerima adalah sebagai berikut:
(4)
Tabel. 6 Hasil pada seluruh hasil pengujian
Jarak (cm)
Daya Pemancar
(W)
Penerima Led
Penerima 1 watt
Penerima 3 watt P(W) Eff(%) P(W) Eff(%) P(W) Eff(%) 1
5,57
3,24 58,16 4,21 75,58 5,12 91,92
3 2,67 47,93 3,26 58,52 4,01 71,99
6 1,74 31,23 2,07 37,16 1,45 26,03
9 1,18 21,18 1,11 19,92 0,29 5,20
12 0,73 13,10 0,56 10,05 0 0
15 0,38 6,82 0,10 1,79 0 0
18 0,23 4,12 0 0 0 0
21 0,05 0,89 0 0 0 0
Gambar 8. Grafik hubungan antara jarak dengan daya
Gambar 8 menunjukan grafik bahwa semakin dekat jarak rangkaian penerima dengan pemancar, daya yang diterima akan semakin besar. Sebaliknya, semakin jauh jaraknya daya yang diterima akan semakin kecil, dan tidak mampu lagi pada jarak tertentu. Detail data pengujian terlihat pada tabel 6, dengan pembebanan lampu led kecil, led 1 watt dan led 3 watt.
(5)
Gambar 9. Grafik hubungan antara jarak dengan efisiensi
Gambar 9 menunjukan grafik bahwa semakin dekat jarak rangkaian penerima dengan pemancar, efisiensi yang diterima akan semakin besar. Sebaliknya, semakin jauh jaraknya efisiensi yang diterima akan semakin kecil, dan tidak mampu lagi pada jarak tertentu. Detail data pengujian terlihat pada tabel 6, dengan pembebanan lampu led kecil, led 1 watt dan led 3 watt.
4. PENUTUP
Hasil akhir pengujian dari prototipe rangkaian penerima sistem daya tanpa kabel dengan mengganti lampu pada penerimanya dapat diambil kesimpulannya yaitu:
1. Hasil seluruh pengujian lilitan pada penerima paling baik saat menerima daya listrik yaitu pada lilitan penerima led kecil dengan maksimal daya 3,24 watt dengan efisiensi sebesar 0,89% pada jarak maksimal 21 cm.
2. Dalam pengujian ini jarak terjauh yaitu 21cm dengan tegangan pemancar 16,4 volt pada lilitan penerima led kecil masih mampu menerima tegangan sebesar 2,2 volt pada jarak 21cm.
3. Pada pengujian terhadap lilitan penerima led 3 watt hanya mampu menghidupkan lampu meskipun tidak bisa nyala terang pada jarak maksimal 9 cm, meskipun memiliki efisiensi dan daya besar tidak menjamin bisa mampu menyalakan lampu led 3 watt pada jarak yang lebih jauh.
(6)
PERSANTUNAN
Penulis banyak mengucapkan banyak terimakasih kepada pihak-pihak yang senantiasa mengeluangkan waktunya untuk memberikan bantuan dalam menyelesaikan tugas akhir sebagai berikut:
a. Bapak dan Ibu yang tercinta selalu mendukung dan memberikan nasehat serta doa dalam pembuatan Tugas Akhir
b. Bapak Umar S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta.
c. Bapak Aris Budiman, S.T, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan arahan dan perbaikan pada pembuatan Tugas Akhir.
d. Bapak dan Ibu Dosen Jurusan Teknik Elektro yang telah banyak mengajarkan ilmunya selama kuliah di Universitas Muhammadiyah Surakarta.
e. Teman-teman Teknik Elektro UMS angkatan 2013 yaitu Agus, Dimas copong, Rizqi F, Wahyu wapres, Dendy, dan teman-teman yang tidak dapat penulis sebut satu per satu yang telah memberikan semangat dan motivasinya.
f. Buat Tsaniya Ubaida tersayang terima kasih telah memberikan semangat dan dukungannya. g. Mas Aan budi yang telah memberikan solusi dan inspirasi dalam mengerjakan Tugas Akhir.
DAFTAR PUSTAKA
Boylestad, R., Nashelsky, L., 1998, Electronic Device And Circuit Theory, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey
Chapman, Stephen J.,”Electric Machinery and Power System Fundamentals”,McGraw-Hill, New
York, 2002.
Chunbo Zhu, Kai Liu, Chunlai Yu, Rui Ma, Hexiao Cheng. “Simulation and Experimental Analysis
on Wireless Energy Tranfer Based on Magnetic Resonances”. IEEE Vehicle Power and
Propulsion Conference (VPPP., September 3-5, 2008, Harbin, China.)
Mahardika, N.T., 2014. Analisis Perangkat Transmisi Untuk Wireless Energy Transfer, Journal of Control and Network Systems (JCONES), Vol. 3, No. 1 (2014) pp. 112-119.
Marincic, A.S. “Nikola Tesla And The Wireless Transfer Of Energy”. IEEE Transactionson Power
and Systems, Vol. PAS-10., No. 10 October 1982.
Sulistyo, Aan Budi (2016). Rancang Bangun Dan Analisa Rangkaian Prototype Transfer Daya Listrik Tanpa Kabel. Skripsi thesis, Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Zhao, l., & Liu, Y. (2013). Simulation of Magnetic Resonance for Wireless Power Transfer, 5(5), 1578-1582.