RANCANG BANGUN PENGHANTAR DAYA TESLA UNTUK PENGISIAN BATERAI NIRKABEL

  

RANCANG BANGUN PENGHANTAR DAYA

TESLA UNTUK PENGISIAN BATERAI NIRKABEL

Iwan

   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 .

  Kata Kunci : Transfer daya listrik, Osilator collpits.resonance.

  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. tentunya menjadi tantangan Disetiap belahan dunia untuk menemukan inovasi baru sehingga bisa diterima di Dunia industri dan ditengah-tengah masyarakat. Salah satu konsep yang masih jarang dan mempunyai kesempatan besar untuk dikembangkan dan diterima oleh dunia industri dan masyarakat, yaitu transfer daya nirkabel yg menjanjikan penghematan Cost/ biaya karena dapatkan meminimalisasi penggunaan kabel sebagai Penyalur utama daya listrik dari sumber ke pengguna meski tidak sepenuhnya Menghilangkan Penggunaan kabel/ kawat listrik. Secara umum, teorinya dapat digambarkan dengan pengiriman daya/tegangan dari suatu alat ke alat yang lain atau bisa disebut juga pengiriman daya/tegangan dari transmitter ke receiver. Tetapi kendala yang saat ini sedang terjadi, yaitu masih rendahnya prosentase output effisiensi dari rangkaian transmitter, sehingga dibutuhkan penyempurnaan dan perbaikan agar effisiensi dapat terus ditingkatkan. Diharapkan dengan adanya penulisan jurnal ini, dapat membantu berbahaya dan dapat merusak perangkat beberapa hal yang seharusnya dikaji sebagai elektronik disekitarnya yg dikarenakan medan dasar untuk menunjang penyempurnaan elektromagnetik yang besar yang dihasilkan rangkaian pada transfer daya nirkabel. 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,

  Gambar 1. desain awal wireless power transfer Nikola Tesla (14). penyusunan tesis mencoba membuat alat

  Adalah Nikola Tesla yang pertama kali tanpa kabel untuk memberikan daya listrik ke mengembangkan atau mencoba komponen penerima ( wirless charger ). mentransmisikan tegangan melalui udara atau

  Rangkaian oscillator pada prinsipnya hampir dengan kata lain tanpa perantara kabel sama dengan rangkaian inverter untuk

  (wireless). Dengan alat yang disebut atas mengubah gelombang searah DC menjadi namanya sendiri, yaitu tesla coil yang berhasil gelombang denyut AC. Pada rangkaian digital menyalakan 200 lampu dan satu motor listrik komponen oscillator sederhana seperti crystal dalam radius 26 mil. Tetapi sangat banyak digunakan sebagai pembangkit clock disayangkan Pengembangan tesla harus sinyal pada integrated circuit agar dapat dihentikan sebelum prototype pertama berkomunikasi IC to IC. Sedangkan pada berhasil disempurnakan karena dianggap 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 Gambar 2. Diagram wireless Power Transfer teknologi yang semakin besar akan effisiensi dalam hal biaya dan instalasi, konsep wireless

  induksi

  V = - N d ∅

  power atau transmit daya listrik dalam jumlah

  dt besar tanpa menggunakan kabel sebagai penyalur utama menjadi tantangan dibanyak ∅ = BA belahan dunia. Rangkaian oscilolator menjadi

  Dimana: V ind = Tegangan induksi (Volt) bagian penting dalam sistem wireless power, N = Jumlah lilitan dimana gelombang denyut yang dihasilkan B = Medan magnetik (Tesla) rangkaian oscillator pada dasarnya

  A = Fluks magnetik (weber) menghasilkan medan elektromagnetik yang ∅ = Luas Kumparan (Meter berubah-ubah. Dan jika radiasi medan persegi) elektromagnetik tersebut terkena kawat/ Sebuah Colpitts , yaitu setelah konduktor yang berada dalam jarak radiasinya perusahaan penemu maka akan menyebabkan timbulnya arus pada adalah salah satu dari sejumlah desain untuk kawat tersebut (percobaan faraday) (L) dengan (C) untuk penentuan frekuensi, demikian juga disebut Fitur yang membedakan rangkaian Colpitts adalah bahwasinyal diambil dari 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,

  berfungsi sebagai jalan bebas bagi komponen ac (RF) disam- ping mencegah hubungan dc. Begitu juga kapasitor C E berfungsi sebagai jalan bebas komponen ac dengan mem-bypass resistor R

  RFC R _B R _E C _E C ₃ C ₄ L C ₁ C ₂

  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 pembuatan dan mencapai tujuan yang diharapkan.

  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.

  E

  dan R

  B

  . Sementara resistor R

  E

  4

  f = _t LC

  dan C

  3

  2 Kapasitansi C

  C t = kapasitansi tank-circuit, farad = C 1 seri C

METODE PENELITIAN

  (Hz) dimana, L = induktansi tank-circuit, henry

  

  1

  2

  1

  Gambar 5. diagram plant dasar Rangkaian transmitter atau rangkaian penghasil sinyal akan mengirimkan sinyal dengan frekuensi 52 khz, sinyal yang dikirim pada dasarnya berupa induksi medan elaktro

  Gambar. 4 Tahapan wireless charger magnet. Yang akan membangkikan arus pada lilitan receiver, seperti yang kita ketahui

  Penghantar daya tanpa kabel,yang secara berdasarkan penelitian faraday bahwa medan umum lebih dikenal dengan sebutan wireless magnet yang berupa terhadap waktu dapat powernya berupa rangkaian pengirim ( membangkitkan arus listrik pada konduktor. transmitter ) dan rangkaian penerima (

  Sinyal yang diterima pada receiver berupa receiver).berikut skema pembuatan rancang sinyal sinus. Agar sinyal yang diterima pada wireless power supply. receiver berupa sinyal sinus yang stabil dan dengan daya yang maksimal maka harus dibuat rangkaian LC yang frekuensi resonansinya 52 khz.sinus soidal yang 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

  Gambar 6.sketsa frekuensi resonansi

  receiver dibuat rangkaian bridge diode untuk Tabel .1 data percobaan frekuensi maksimum 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

  Dari tabel 1. di atas, dapat disimpulkan bahwa (Resonance frequency) Hal ini dilakukan nilai frekuensi yang dihasilkan tetap sehingga setelah menentukan besarnya nilai kapasitor mengakibatkan daya output juga tetap. yang akan digunakan pada rangkaian tersebut

  2. Pengambilan data Besarnya arus yang yaitu sebesar 75 nF. Proses tunning frekuensi diterima oleh transmitter dari dilakukan dengan memutar Potentiometer multimeter,Pengecekan lewat lilitan tembaga pada osiloskop untuk menentukan besar yang dimiliki transmitter. kecilnya frekuensi yang dikeluarkan rangkaian oscillator.

  1. Proses Pencarian frekuensi resonansi yang paling maksimum.

  Tabel 3. Data Percobaan lilitan tembaga receiver

  Gambar 7. gelombang frekuensi lilitan tembaga transmiiter.

  Tabel 2. Data Percobaan lilitan tembaga transmitter.

  Pengambilan data besarnya arus yang diterima dari transmitter ke receiver atau output gabungan yg dikirimkan ke media hand phone,pengecekan menggunakan multimeter.

  Tabel 4. Data Percobaan lilitan tembaga gabungan Tx dan Rx

  Gambar 8. Grafik chart tegangan lilitan tembaga transmitter Pengambilan data Besarnya arus yang diterima

  Pengambilan data besarnya tegangan yang

  receiver berdasarkan jarak :

  diterima receiver berdasarkan jarak : Pengujian ini dilakukan untuk menguji jarak

  Tabel 6. Data Percobaan jarak lilitan tembaga

  jangkauan radiasi medan elektromagnetik

  gabungan Tx dan Rx

  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

  KESIMPULAN

DAFTAR PUSTAKA

  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.

  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)

  

  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

  “ Apparatus and systems, Vol. Pas-10.No 10 october 1982.

  WiTricity Technology:TheBasics http://www.witricity.com/pages/tecnology.ht ml

  

  A new architecture of uwb radar utilizing microwave chaotic signal and chos synchronization Progress In Electromagnetics Research, PIER 75, 2007