ANALISA MEDIA TRANSMITTER DAN RECEIVER DAYA LISTRIK PADA WIRELESS CHARGER TESLA

  

ANALISA MEDIA TRANSMITTER DAN RECEIVER DAYA LISTRIK

PADA WIRELESS CHARGER TESLA

Iwan

  

Abstrak

  Sistem transfer daya listrik pada saat ini sangat dibutuhkan,dengan adanya sistem wireless yang digunakan untuk mempermudah mengambil sumber daya listrik untuk menghidupkan komponen-komponen elektronik secara praktis, dengan Metode yang digunakan pada sistem Wireless Power Transmission adalah induksi resonansi magnetik. Dimana, tegangan dengan frekuensi tinggi dipancarkan oleh transmitter lalu dengan prinsip resonansi tegangan yang dipancarkan dapat diterima oleh receiver dalam bentuk tegangan berfrekuensi sama dengan transmitter. Pada penelitian ini untuk menghasilkan tegangan berfrekuensi digunakanlah oscillator.

  Kata kunci: transmitter,induksi resonansi magnetik,oscillator.

  PENDAHULUAN Dijaman modern sekarang ini banyak sekali alat-alat yang sangat canggih banyak dikeluarkan, alat-alat tersebut pastinya tidak terlepas yang namanya sumber daya atau membutuhkan sumber daya listrik.maka dari itu bermunculan inovasi-inovasi baru untuk menciptakan berbagai macam media yang dijadikan suplai tenaga listrik atau sumber listrik untuk mengisi alat-alat elektronik yang membutuhkan tenaga listrik.dimana sumber listrik tersebut akan dijadikan inti untuk menghidupan komponen tersebut.kembali kepada penemu-penemu listrik yang sudah sanga-sangat berjasa sekali untuk menciptakan sumber tenaga listrik,sehingga pada saat ini seluruh manusia sudah menikmati hasil penemuan mereka yaitu listrik yang memberikan penerangan.

  Pada tahun 2007 secara mengejutkan, Marin Soljacic dkk peneliti di Massachusetts Institute of Technology (MIT), berhasil menyalakan balon listrik 60 watt pada jarak 2 meter . Mereka menemukan bahwa untuk mendapatkan efisiensi transmisi energi listrik yang tinggi, antara pengirim dan penerima harus memiliki frekwensi resonansi yang sama.

  Sebuah transmitter wireless energi listrik memancarkan medan magnet dengan bantuan coil yang dipancarkan dengan frekuensi yang sama dengan receiver. 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 juga menentukan sendiri tegangan yang diperlukan sesuai dengan ukuran. Dengan teknologi ini tidak ada kontak fisik antara pengirim dan penerima. Selain itu, transmiter juga hanya memancarkan energi sebanyak yang diperlukan oleh receiver.

  Pada akhir abad ke 18, seorang ilmuan yang bernama Nikola Tesla memiliki pemikiran tentang bagaimana mentransmisikan tengangan dengan media udara atau dengan kata lain tanpa perantara kabel (wireless). Dari percobaan yang dilakukan tersebut dihasilkan sebuah alat yang dinamakan atas dirinya sendiri, yaitu kumparan Tesla (Tesla Coil) . Dengan Alat ini Nikola Tesla dapat menghasilkan tegangan yang sangat tinggi, arus yang kecil, frekuensi yang sangat tinggi dan berhasil mengirimkan daya listrik sebesar 1.000.000 volt tanpa melalui suatu kabel sejauh 26 mil untuk menyalakan kurang lebih 200 lampu dan 1 motor listrik.

  Gambar 1. desain awal wireless power transfer Nikola Tesla TRANSFER ENERGY

  Kopling energi terjadi ketika sumber energi memiliki alat untuk mentransfer energi dari satu objek ke objek yang lain. Contoh paling sederhana ketika sebuah lokomotive menarik rangkaian gerbong kereta api. Kopling mekanik yang menghubung lokomotive dan gerbong memungkinkan kereta untuk bergerak dan mengalahkan gaya gesek antara roda kereta dengan rel sehingga kereta dapat melaju.

  Kopling magnetik terjadi ketika medan magnet pada salah satu objek berinteraksi dengan objek yang lain dan menginduksikan arus listrik pada objek tersebut. Melalui mekanisme ini energi listrik dapat ditransfer dari sumber supply energi ke peralatan yang memerlukan energi listrik.

  Sangat berbeda dengan kopling mekanik seperti yang dicontohkan pada kereta api, kopling magnetik tidak memerlukan kontak secara fisik antara sumber pengirim atau pembangkit energi dengan objek yang menerima energi tersebut.

  Gambar 2. Magnetic Coupling Rangkaian oscillator pada prinsipnya hampir sama dengan rangkaian inverter untuk mengubah gelombang searah DC menjadi gelombang denyut AC. Pada rangkaian digital komponen oscillator sederhana seperti crystal banyak digunakan sebagai pembangkit clock sinyal pada integrated circuit agar dapat berkomunikasi IC to IC. Sedangkan pada perangkat elektronik saat ini rangkaian 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 3. Diagram wireless Power Transfer

  V induksi = - 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)

  Sebuah Colpitts adalah salah satu dari sejumlah desain untuk sirkuit dengan menggunakan kombinasi dari (L) denga secara seri. Salah satu fitur utama dari jenis osilator adalah kesederhanaannya (hanya memerlukan induktor tunggal) dan ketahanan.

  RANGKAIAN TRANSMITTER (PEMANCAR) Perancangan transmitter (pengirim/ pemancar) merupakan bagian yang paling penting dalam sistem ini, jika tidak ada rangkaian pemancar, maka sebuah tegangan dari supply tidak dapat di transmisi / dihantarkan tanpa menggunakan kabel.

  Dalam perancangan rangkaian Transmitter dibutuhkan beberapa komponen agar supaya energi yang dipancarkan oleh alat tersebut menghasilkan pancaran energi yang baik, adalah kawat email. Diameter kawat email yang digunakan dalam rangkaian ini adalah 3 mm Gambar 4 Rangkaian Transmitter RANGKAIAN RECEIVER (PENERIMA) Pada penelitian ini receiver (penerima) gelombang elektromagnetik dengan proses resonansi magnetik, rangkaian penerima hanya terdiri dari rangkaian LC saja yang akan terhubung ke beban. Rangkaian LC. 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.

  Gambar. 6 Tahapan wireless charger Penghantar daya tanpa kabel,yang secara umum lebih dikenal dengan sebutan wireless powernya berupa rangkaian pengirim ( transmitter ) dan rangkaian

  Gambar 5 Rangkaian Receiver penerima ( receiver).berikut skema

  METODE PENELITIAN pembuatan rancang wireless power supply.

  Dalam menjelaskan rancang bangun system dan prosedur pengukuran alat pengukur frekuensi untuk pengiriman daya nirkabel. Namun sebelumnya agar lebih sistematis dan mudah di mengerti atau dipahami. Maka membutuhkan sebuah tahapan untuk membantu proses

  Gambar 6. Digram plant dasar pembuatan dan mencapai tujuan yang diharapkan.

  Rangkaian transmitter atau rangkaian penghasil sinyal akan mengirimkan sinyal dengan frekuensi 52 khz, sinyal yang dikirim pada dasarnya berupa induksi medan elaktro magnet. Yang akan membangkikan arus pada lilitan receiver, HASIL DAN PEMBAHASAN Dalam pengujian transmitter terdapat seperti yang kita ketahui berdasarkan dua jenis pengujian untuk melihat trend penelitian faraday bahwa medan magnet yang terjadi pada sistem tersebut. yang berupa terhadap waktu dapat

  Pengujian ini bertujuan untuk melihat frekuensi yang dihasilkan dari transmitter membangkitkan arus listrik pada yang telah dibuat hingga mendapatkan konduktor. Sinyal yang diterima pada nilai yang kiranya dianggap optimal baik receiver berupa sinyal sinus. Agar sinyal dari sisi biaya maupun hasil yang diinginkan, pengujian itu terdiri dari : yang diterima pada receiver berupa sinyal sinus yang stabil dan dengan daya yang

   Pengujian frekuensi transmitter maksimal maka harus dibuat rangkaian LC tanpa beban  yang frekuensi resonansinya 52 khz.sinus   Pengujian frekuensi transmitter soidal yang ditangkap tidak bias langsung dengan beban  diaplikasikan kebeban yang menggunakan

  Analisa Pengujian frekuensi transmitter tanpa beban.

  arus bolak-balik (AC) karena frekuensi Tabel 1. Data percobaan tanpa beban 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 Dari data diatas pada jumlah kapasitor 1 merubah dari arus AC menjadi arus DC buah dengan 10 buah terjadi perubahan untuk kemudian dimanfaatkan pada beban. yang signifikan baik dari frekuensi maupun dari tegangan, baik tegangan peak

  to peak maupun tegangan RMS. Dengan

  adanya kenaikan jumlah kapasitor maka perbandingan dengan frekuensi akan berbanding terbalik dan sebanding lurus dengan kenaikan tegangan pada sistem. Dari data diatas belum bisa mereperesentasikan mana nilai yang terbaik dari transmitnya, namun bila tegangan yang menjadi patokan untuk transmisi maka bisa dipastikan semakin besar kapasitor (sekitar 8-9 cap) akan semakin bagus karena nilai tegangan yang dihasilkan juga sangat besar. Namun hal lain yang perlu dilihat yaitu pada hukum kecepatan rambat dimana:

  v = λ × f

  (4-1) maka semakin kecil nilai frekuensi akan berpengaruh pada kecepatan rambat (jika kita asumsikan panjang gelombang selalu sama). Dengan lambatnya kecepatan rambat pada sistem maka akan mempengaruhi penghantaran daya. Oleh karena itu dari data diatas dapat diambil nilai rata-rata frekuensi yang terjadi, dengan demikian akan diperoleh berapa nilai yang masih reasonable untuk digunakan pada sistem ini. Hal ini akan dipermudah bila telah mendapatkan data dari percoban ke dua.

  Tabel 2. Perbandingan perhitungan dengan percobaan tanpa beban Gambar 7. pengukuran di Osciloscope pada kapasitor ke 7 Hasil data tabel 2 diatas merepresentasikan bahwa sistem yang dibuat telah sesuai dengan teori yang ada. Kesalahan-kesalahan yang terjadi pada sistem ini tidak terlalu signifikan karena jika dilihat dari persentasi error yang ada nilainya tidak lebih dari 10%, dengan nilai demikian dapat disimpulkan bahwa sistem telah berjalan hingga dapat membentuk gelombang resonansi yang diinginkan.

  Analisa sistem dengan perubahan frekuensi dengan beban

  Pada pengujian yang kedua ini, dilakukan pengambilan data frekuensi yang sama seperti percobaan pertama, namun ditambahkan sebuah receiver dimana pada receiver tersebut diberikan sebuah beban yang berupa lampu pijar yang memiliki spesifikasi, 12 V/8W. Sama seperti apa yang dilakukan pada percobaan pertama percobaan dilakukan kapasitor ke 7 dengan nilai tegangan RMS dengan mengubah-ubah nilai kapasitor

  21Vrms. yang ada pada transmitter sehingga Tabel 3. Data percobaan dengan perubahan yang terjadi pada percobaan beban pertama juga akan sama terjadi pada percobaan kedua. Namun perbedaan antara percobaan pertama dan kedua adalah pada saat pengukuran disini terdapat rangkaian

  receiver sebagai pembuktian apakah memang sistem WPT berjalan.

  Dengan adanya receiver pada percobaan kedua bukan berarti receiver Tabel 4. Perbandingan perhitungan menjadi tolak ukur untuk pembahasan dengan percobaan dengan beban dalam analisa ini. Receiver disini hanya sebagai pelengkap data dari proses analisa untuk mendapatkan nilai transmit yang terbaik. Sedangkan untuk pembahasan akan dibahas pada penulisan yang

  receiver lainnya.

  Data yang terdapat di tabel 3, merupakan data yang di dapat dari percobaan yang dilakukan. Terlihat trend perubahan yang terjadi pada tabel 3 hampir sama dengan trend pada tabel 1. Dimana, dengan adanya kenaikan jumlah kapasitor maka akan terjadi penurunan pada frekuensi sehingga akan dikatakan berbanding terbalik dan sebaliknya terjadi

  Gambar 7 Pengukuran pada receiver di kenaikan pada tegangan atau sebanding osciloscope pada kapasitor ke 9. lurus dengan kenaikan tegangan pada sistem.

  Berdasarkan pengujian yang dilakukan untuk sebuah perancangan transmitter Namun, dengan adanya data pada sistem Wireless Power Transmission tegangan yang diterima pada receiver

  (WPT). Maka didapat sebuah kesimpulan maka hasil ini akan dapat membantu untuk yang didapat adalah : menentukan mana jumlah kapasitor yang paling optimum untuk transmitter. Dari 1. data nilai yang paling baik terjadi mulai

Sebuah transmisi daya dapat dilakukan secara nirkabel dengan

  pada kapasitor ke 6 dimana tegangan RMS mengunakan prinsip resonansi pada yang terbaca di Osciloscope sebesar 16,40 couple magnetic. Vrms (dengan beban lampu 12V/8w) dan

  Rangkaian switching merupakan rangkaian yang mengubah arus se- Dr David Pottinge, The Possibility Of arah menjadi arus bolak balik WirelesElectricity,2009 dengan frekuensi tertentu. <http://stepsandleaps.wordpress.com/2009 3.

Rangkaian resonansi merupakan

  /09/15/the-possibility-of-wireless rangkaian yang terdiri dari induktor electricity> . dan kapasitor yang tersusun

  Budimir Djuradj and Marincic paralel, sehingga dapat membuat Aleksandar (2006) , Research Activities tegangan dapat terpancar yang

  and Future Trends of Microwave Wireless

  dikarenakan hasil frekuensi

  PowerTransmission , SIXTHINTERNATIONA rangkaian resonansi tersebut.

  L SYMPOSIUM NIKOLA TESLA, Serbia 4.

Semakin jauh jarak antara receiver dengan transmitter dapat

  Estimation of Output Voltage and mempengaruhi tegangan yang Magnetic Flux Density for a Wireless diterima receiver. Charging System with Different Magnetic Core Properties. Journal of . Magnetics18(2),105-110(2013 Evaluation of Wireless Resonant Power Transfer Systems With Human Electromagnetic Exposure Limits.IEEE Transaction on Elektromagnetic compatibility.

  Marinic.A.S.”Nikola Tesla The Wireless Transfer. IEE Transaction of power energy