BAB 2 Dasar Teori Transfer daya listrik tanpa kabel
Download Skripsi Transfer daya listrik tanpa kabel versi pdf
1. Tinjauan Pustaka
Nikola Tesla, pada awal abad ke 19 mungkin adalah orang pertama yang menemukan dan memperkenalkan konsep pengiriman energi listrik tanpa kabel pada dunia melalui penelitian-penelitian yang dilakukannya. Akan tetapi hal itu kemudian tidak secara otomatis membuat hasil temuannya itu diterima dengan antusias oleh kalangan ilmuwan pada saat itu. Justru sebaliknya, konsep yang ditemukan Tesla saat itu dianggap sebagai sesuatu yang berbahaya bagi organisme kehidupan mengingat efek samping yang bisa ditimbulkan oleh medan elektromagnetik yang dipancarkan bisa menimbulkan berbagai macam penyakit bagi organisme yang dikenainya. Hal itulah yang lambat laun membuat hasil penelitian Tesla secara umum cenderung dilupakan selama puluhan tahun lamanya. Barulah kemudian pada tahun 2007, sekelompok peneliti dari MIT (Massachusetts Institute of Technology) Amerika melakukan penelitian tentang Wireless Power Transfer (Pengiriman Daya tanpa Kabel) dengan menggunakan prinsip yang hampir sama dengan konsep Tesla namun memiliki perbedaan mendasar yakni jika yang diteliti Tesla adalah transfer daya listrik dengan teknik radiasi jarak jauh seperti microwave dan gelombang radio, maka lain halnya dengan MIT yakni menggunakan konsep near field (medan dekat) dengan jarak dekat antara pengirim dan penerimanya. Pada akhirnya, para peneliti tersebut berhasil mentransfer daya listrik tanpa kabel dengan jarak lebih dari 2 meter dan daya sebesar 60 watt, di mana efisiensi nya mencapai 40% (Kurs, 2007). Hasil penelitian inilah yang kemudian menjadi titik balik berkembangnya sistem WPT.
1. Tinjauan Pustaka
Nikola Tesla, pada awal abad ke 19 mungkin adalah orang pertama yang menemukan dan memperkenalkan konsep pengiriman energi listrik tanpa kabel pada dunia melalui penelitian-penelitian yang dilakukannya. Akan tetapi hal itu kemudian tidak secara otomatis membuat hasil temuannya itu diterima dengan antusias oleh kalangan ilmuwan pada saat itu. Justru sebaliknya, konsep yang ditemukan Tesla saat itu dianggap sebagai sesuatu yang berbahaya bagi organisme kehidupan mengingat efek samping yang bisa ditimbulkan oleh medan elektromagnetik yang dipancarkan bisa menimbulkan berbagai macam penyakit bagi organisme yang dikenainya. Hal itulah yang lambat laun membuat hasil penelitian Tesla secara umum cenderung dilupakan selama puluhan tahun lamanya. Barulah kemudian pada tahun 2007, sekelompok peneliti dari MIT (Massachusetts Institute of Technology) Amerika melakukan penelitian tentang Wireless Power Transfer (Pengiriman Daya tanpa Kabel) dengan menggunakan prinsip yang hampir sama dengan konsep Tesla namun memiliki perbedaan mendasar yakni jika yang diteliti Tesla adalah transfer daya listrik dengan teknik radiasi jarak jauh seperti microwave dan gelombang radio, maka lain halnya dengan MIT yakni menggunakan konsep near field (medan dekat) dengan jarak dekat antara pengirim dan penerimanya. Pada akhirnya, para peneliti tersebut berhasil mentransfer daya listrik tanpa kabel dengan jarak lebih dari 2 meter dan daya sebesar 60 watt, di mana efisiensi nya mencapai 40% (Kurs, 2007). Hasil penelitian inilah yang kemudian menjadi titik balik berkembangnya sistem WPT.
Dua orang peneliti (Sibakoti & Hambleton, 2011), mendemonstrasikan hasil penelitian yang telah dilakukan tentang WPT dan mengklaim telah berhasil mendesain sebuah sistem untuk mentransmisikan daya secara nirkabel dari coil pengirim ke coil penerima yang mana mampu menyalakan sebuah lampu 40 Watt dengan jarak 18 cm antar kumparan.
Selain penelitian-penelitian di atas, seorang peneliti asal Korea Selatan (Hwang, 2011) juga menerbitkan sebuah jurnal yang di dalamnya terdapat prinsip-prinsip dasar dari teknologi WPT ini. Prinsip dasar dari teknologi ini (transfer daya tanpa kabel) menurut Hwang adalah bahwa dua buah kumparan yang terpisah dengan frekuensi resonansi yang sama dapat membentuk sistem resonansi berdasarkan kopling magnetik frekuensi tinggi dan pertukaran daya dalam efisiensi yang tinggi, di mana efek dari kopling ini terhadap benda-benda sekitar cenderung lemah karena bekerja pada frekuensi yang berbeda. Kemudian pada tahun 2012, yang dituangkan dalam tugas akhirnya, Mahasiswa Teknik Elektro UNRAM, telah berhasil mentransfer daya listrik yang kemudian digunakan untuk menyalakan LED dan mengisi daya pada baterai HP Nokia N95 sebagai beban dengan daya pengisian sebesar 2.18 mW dengan jarak 5 cm. Yang mana untuk mendapatkan transfer daya maksimal dengan jarak yang lebih jauh, dapat dilakukan dengan cara memodifikasi dimenasi Coil, menambah jumlah lilitan dan jenis dari bahan induktor yang digunakan serta menambah kapasitas nilai kapasitor pada rangkaian pengirim (Kusuma, 2012).
Transfer daya listrik tanpa kabel juga dikenal dengan istilah WPT (Wireless Power Transfer). Transfer daya listrik nirkabel atau pengiriman energi secara nirkabel adalah proses pengiriman energi dari sumber listrik ke beban listrik tanpa melaui perantara kabel. Transfer energi tanpa kabel ini berpotensi untuk digunakan pada pemenuhan daya peralatan-peralatan elektronik yang membutuhkan daya relatif kecil (Wikipedia.org, 2012).
2. Transfer daya litrik tanpa kabel
Transfer daya listrik menggunakan media udara ini bisa digunakan untuk menyalurkan energi dimana letak sumber energi dan beban dalam jarak berjauhan. Salah satu keunggulan dari teknologi ini adalah dapat menembus benda-benda yang dilewatinya (kecuali bahan bimetal) sehingga tempat-tempat tertentu yang secara umum tidak memungkinkan untuk dikirimi daya listrik melalui kabel, dapat dijangkau dengan adanya teknologi ini. Tetapi dalam penelitin (MIT, LIPI, dll), WPT masih mengirimkan energi dalam jumlah yang kecil dan pada jarak yang tidak terlalu jauh. Dan aplikasinya pun pada alat-alat yang membutuhkan energi yang relatif kecil.
Gambar 2.1 Kemiripan Prinsip Pada Sistem WPT |
Sebagai suatu contoh lain, prinsip induksi pada trafo (Gambar 2.1), dapat mengirimkan daya listrik dari kumparan satu tanpa bersentuhan dengan kumparan yang lain, meskipun jaraknya masih sangat dekat. Selain trafo, prinsip radiasi elektromagnetik pada gelombang radio juga dapat mengirimkan energi listrik tanpa kabel, akan tetapi karena efisiensi yang kecil, gelombang radio ini hanya berperan penting untuk dunia telekomunikasi dalam mengirimkan informasi dan tidak dapat digunakan untuk mengirimkan daya listrik dalam jumlah besar (menggantikan peran kabel). Ilmuwan juga telah mencoba untuk memusatkan gelombang elektromagnetik seperti laser (tidak menyebar seperti halnya gelombang elektromagnetik pada gelombang radio), akan tetapi hal ini juga belum praktis dan bahkan dapat merusak dan membahayakan umat manusia. Akhirnya ditemukan suatu cara untuk dapat mengirimkan energi listrik tanpa kabel, yaitu dengan menggunakan prinsip resonansi magnetik, dimana energi ditransfer pada frekuensi yang sama pada pengirim dan penerima, sehingga tidak akan berpengaruh pada benda-benda sekitar yang memiliki frekuensi yang berbeda.
Dalam suatu trafo (Gambar 2.1), arus listrik mengalir ke kumparan primer dan menginduksi kumparan sekunder, kedua kumparan ini tidak bersentuhan, akan tetapi berada dalam jarak yang sangat dekat. Tingkat efisiensi trafo akan sangat berkurang jika kedua kumparan ini dijauhkan. Selain trafo, sikat gigi elektrik (Gambar 2.2) juga menggunakan prinsip induksi yang sama dengan trafo, sikat gigi elektrik tersebut akan mengisi ulang baterai jika ditempatkan pada tempatnya.
Tingkat efisiensi dari suatu induksi elektromagnetik dapat ditingkatkan dengan menggunakan rangkaian resonator. Cara ini biasa disebut juga induksi resonansi, yang banyak digunakan alat-alat pada bidang kesehatan. Dengan menggunakan prinsip ini, telah berhasil dibangun suatu alat yang dapat mentransmisikan daya listrik tanpa kabel, dengan jarak yang jauh berbeda dengan induksi tradisional.
Teknologi dari pengiriman daya listrik tanpa kabel yang dimaksud di dalam skripsi ini merupakan teknologi yang tidak berradiasi dan mengacu pada konsep medan dekat (near-field). Banyak teknik lain dalam bidang pengiriman energi listrik tanpa kabel yang berbasiskan kepada teknik radiasi, baik itu untuk keperluan informasi seperti gelombang radio, sinar laser (narrow beam) dan gelombang cahaya. Radiasi udara dari frekuensi pada gelombang radio banyak digunakan untuk mengirimkan informasi tanpa kabel karena informasi dapat ditransmisikan ke segala arah untuk dipakai oleh beberapa pengguna. Daya yang diterima pada setiap radio atau rangkaian penerima tanpa kabel sangatlah kecil, dan harus diperkuat lagi di dalam rangkaian penerima tersebut dengan menggunakan sumber listrik dari luar alat tersebut. Oleh karena mayoritas dari daya radiasi terbuang dengan percuma ke dalam udara bebas, transmisi radio ini sangat tidak efisien jika berfungsi untuk mengirimkan daya listrik dengan jumlah besar. Untuk menambah jumlah energi yang dapat ditangkap oleh rangkaian penerima, maka pada sisi rangkaian pemancar dapat diberikan daya yang lebih tinggi pula, akan tetapi hal ini tidak aman dan bahkan dapat mengganggu alat lain yang juga menggunakan frekuensi radio.
Radiasi langsung, menggunakan antena yang diarahkan secara langsung dari sumber ke penerima tanpa ada halangan apapun untuk menembakkan energi menggunakan frekuensi radio. Dengan cara ini, energi yang dapat diterima oleh rangkaian penerima menjadi meningkat, akan tetapi cara ini juga berdampak langsung terhadap organisme dan dapat berbahaya. Oleh karena alasan inilah, maka cara ini juga tidak dapat digunakan dalam pengiriman energi listrik dengan daya besar seperti untuk industri, ataupun konsumsi peralatan elektronik sehari-hari. Akan tetapi dalam kenyataannya, hal ini masih dipelajari dan dieksplorasi terus untuk dapat menembakkan energi dari luar angkasa ke bumi menurut konsep “solar space power” (Asimov, 1941), (Gambar 2.3), dan untuk kebutuhan pertahanan sebagai senjata mematikan yang dapat menembakkan energi dari angkasa ke medan peperangan.
Gambar 2.3 Konsep Solar Space Power |
Seperti yang telah dijelaskan diatas, konsep pengiriman daya listrik yang dipakai dalam skripsi ini sangat berbeda dengan gelombang radio maupun radiasi secara langsung, karena dalam proses pengiriman daya listriknya tidak memerlukan syarat yang mengharuskan tidak ada penghalang diantara rangkaian pemancar dan rangkaian-rangkaian penerima.
3. Prinsip Induksi Elektromagnetik
Kemagnetan dan kelistrikan merupakan dua gejala alam yang prosesnya dapat dibolak-balik. Ketika H.C. Oersted (1777-1851) membuktikan bahwa di sekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnet (artinya listrik menimbulkan magnet), para ilmuwan mulai berpikir keterkaitan antara kelistrikan dan kemagnetan. Tahun 1821 Michael Faraday (1791-1867) membuktikan bahwa perubahan medan magnet dapat menimbulkan arus listrik (artinya magnet menimbulkan listrik) melalui eksperimen yang sangat sederhana (Gambar 2.4). Sebuah magnet yang digerakkan masuk dan keluar pada kumparan dapat menghasilkan arus listrik pada kumparan itu.
Galvanometer merupakan alat yang dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya arus listrik yang mengalir. Ketika sebuah magnet yang digerakkan masuk dan keluar pada kumparan, jarum galvanometer menyimpang ke kanan dan ke kiri. Bergeraknya jarum galvanometer menunjukkan bahwa magnet yang digerakkan keluar dan masuk pada kumparan menimbulkan arus listrik. Arus listrik bisa terjadi jika pada ujung-ujung kumparan terdapat GGL (gaya gerak listrik). GGL yang terjadi di ujung-ujung kumparan dinamakan GGL induksi. Arus listrik hanya timbul pada saat magnet bergerak. Jika magnet diam di dalam kumparan, di ujung kumparan tidak terjadi arus listrik.
4. Proses Terjadinya GGL Induksi
Ketika kutub utara magnet batang digerakkan masuk ke dalam kumparan, jumlah garis gaya-gaya magnet yang terdapat di dalam kumparan bertambah banyak. Bertambahnya jumlah garis-garis gaya ini menimbulkan GGL induksi pada ujung-ujung kumparan. GGL induksi yang ditimbulkan menyebabkan arus listrik mengalir menggerakkan jarum galvanometer. Arah arus induksi dapat ditentukan dengan cara memperhatikan arah medan magnet yang ditimbulkannya. Pada saat magnet masuk, garis gaya dalam kumparan bertambah. Akibatnya medan magnet hasil arus induksi bersifat mengurangi garis gaya itu. Dengan demikian, ujung kumparan itu merupakan kutub utara sehingga arah arus induksi seperti yang ditunjukkan Gambar 2.3 (a).
Ketika kutub utara magnet batang digerakkan keluar dari dalam kumparan, jumlah garis-garis gaya magnet yang terdapat di dalam kumparan berkurang. Berkurangnya jumlah garis-garis gaya ini juga menimbulkan GGL induksi pada ujung-ujung kumparan. GGL induksi yang ditimbulkan menyebabkan arus listrik mengalir dan menggerakkan jarum galvanometer. Sama halnya ketika magnet batang masuk ke kumparan. Pada saat magnet keluar garis gaya dalam kumparan berkurang. Akibatnya medan magnet hasil arus induksi bersifat menambah garis gaya itu. Dengan demikian, ujung kumparan itu merupakan kutub selatan, sehingga arah arus induksi seperti yang ditunjukkan Gambar 2.4 (b).
Ketika kutub utara magnet batang diam di dalam kumparan, Gambar 2.4 (c), jumlah garis garis gaya magnet di dalam kumparan tidak terjadi perubahan (tetap). Karena jumlah garis-garis gaya tetap, maka pada ujung-ujung kumparan tidak terjadi GGL induksi. Akibatnya, tidak terjadi arus listrik dan jarum galvanometer tidak bergerak. Jadi, GGL induksi dapat terjadi pada kedua ujung kumparan jika di dalam kumparan terjadi perubahan jumlah garis-garis gaya magnet (fluks magnetik). GGL yang timbul akibat adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet dalam kumparan disebut GGL induksi. Arus listrik yang ditimbulkan GGL induksi disebut arus induksi. Peristiwa timbulnya GGL induksi dan arus induksi akibat adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet disebut induksi elektromagnetik.
Percobaan 2.3 Percobaan Faraday |
5. Faktor Besarnya GGL
Besar kecil GGL induksi dapat dilihat pada besar kecilnya penyimpangan sudut jarum galvanometer. Jika sudut penyimpangan jarum galvanometer besar, GGL induksi dan arus induksi yang dihasilkan besar. Ada tiga faktor yang memengaruhi GGL induksi, yaitu :
- Kecepatan gerakan magnet atau kecepatan perubahan jumlah garis-garis gaya magnet (fluks magnetik)
- Jumlah lilitan (N)
- Medan magnet (B)
Gambar 2.4 Fluks Magnet |
Fluks listrik yang dihasilkan oleh medan B pada permukaan yang luasnya dA adalah :
Eksperimen yang dilakukan oleh Faraday menunjukkan bahwa perubahan fluks magnet pada suatu permukaan yang dibatasi oleh suatu lintasan tertutup akan mengakibatkan adanya GGL. Faraday menyimpulkan besarnya GGL yang timbul adalah :
6. Hukum Lenz
Dari
gambar 2.6 (a) di atas terlihat bahwa jika medan magnet bertambah
(ke atas), maka akan timbul medan magnet induksi yang berlawanan arah
dengan medan magnet utama (ke bawah), medan induksi ini akan
menghasilkan ggl induksi pada kumparan tersebut dengan arah yang
disesuaikan dengan aturan tangan kanan seperti Gambar 2.6 (b).
7. INDUKTANSI DIRI
Dari
penjelasan tentang hukum Biot-Savart dan hukum Ampere (Jean Baptista
Biot (1774–1862), Victor Savart (1803–1862), telah ditunjukkan bahwa
adanya arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar
menyebabkan adanya medan magnet di sekitar penghantar tersebut.
Besarnya medan magnet yang ditimbulkan sebanding dengan besarnya
arus listrik yang mengalir, sebagai contoh :
Gambar 2.8 Induktansi Diri
|
Persamaan (2.8) sampai dengan (2.10) terlihat bahwa B sebanding dengan I, dan karena dari persamaan (2.2) diperoleh bahwa B sebanding dengan teta , maka fluks magnet juga sebanding dengan nilai I. Oleh karena itu, maka dapat diperoleh tetapan kesebandingan, yaitu :
Dimana L adalah tetapan kesebandingan antara fluks dan
I yang dinamakan induktansi (diri) dari suatu sistem. Karena
pada hukum Faraday, perubahan fluks listrik dapat menimbulkan
GGL, maka persamaan (2.7) dapat dinyatakan dengan :
8. Induktansi Bersama
Arus
pada kumparan 1 (Gambar 2.9), akan menghasilkan medan magnet yang
fluks magnetnya akan mempengaruhi kumparan 2. Jika berubah, maka
medan magnet pada kumparan 1 juga akan berubah, dan hal ini akan
menyebabkan terjadinya ggl induksi pada kumparan 2. Ketika timbul
ggl induksi pada kumparan 2, maka arus akan mengalir di
kumparan 2 dan akan menghasilkan medan magnet pula yang akan
mempengaruhi kumparan 1, hal inilah yang dinamakan induktansi bersama
(M), yang menurut hukum Faraday besarnya adalah :
Gambar 2.9 Induktansi Bersama
|
9. Prinsip Resonansi Elektromagnetik
Fenomena
resonansi sudah secara luas beradadi alam ini. Perbedaan jenis
resonansi juga berisikan energi yang berbeda pula. Suara dari garpu
tala dihasilkan dari suatu resonansi, begitupula dengan suatu gempa
bumi dihasilkan dari suatu resonansi, akan tetapi energi dari gempa bumi
jauh lebih besar daripada suara garpu tala.
Gambar 2.10 Garpu Tala Beresonansi |
Resonansi
adalah gejala dari suatu sistem yang dalam suatu frekuensinya
cenderung untuk menyerap lebih banyak energi dari lingkungan.
Dengan kata lain, resonansi adalah sebuah fenomena dimana jika
suatu objek atau benda bergetar, maka benda lain dengan
frekuensi yang sama akan ikut bergetar juga. Resonansi dapat
mengirimkan energi. Sebagai sebuah contoh sederhana, jika terdapat 2
buah garpu tala dengan frekuensi yang sama dan jarak yang
cukup, maka jika kita memukul garpu tala A sehingga timbul
bunyi, maka ketika kita menahan garpu tala A sampai bunyinya
berhenti, garpu tala B akan berbunyi juga meskipun tidak kita
pukul. Ini merupakan fenomena resonansi akustik. Energi yang
membuat garpu tala B ini bergetar dihasilkan dari gelombang bunyi dari
garpu tala A, media pengirimannya adalah medan bunyi. Dapat dikatakan
bahwa inti dari propagansi getaran ini adalah suatu pengiriman
energi. Mirip dengan medan bunyi, ini juga dapat dimungkinkan
pada medan elektromagnetik.
10. Resonansi Elektromagnetik
Resonansi
elektromagnetik ada secara luas di dalam sistem elektromagnetik. Medan
elektromagnetik itu sendiri merupakan bidang energi yang dapat
memberikan energi untuk digunakan dalam proses terjadinya aliran
listrik. Mengingat bahaya bagi masyarakat dan organisme lain di dalam
medan listrik, medan magnet yang aman dan lebih sesuai untuk
digunakan sebagai media pengiriman energi dalam perpindahan energi
resonansi secara magnetis.
Gelombang
elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat walaupun tidak ada
medium dan terdiri dari medan listrik dan medan magnetik seperti yang
diilustrasikan pada Gambar 2.11. Radiasi gelombang elektromanetik itu
sendiri mengandung energi. Tidak peduli apakah ada penerima atau
tidak, energi dari gelombang elektromagnetik itu secara terus
menerus dikonsumsi. Jika kita dapat membuat suatu medan magnetik
non-radiasi dengan frekuensi resonansi tertentu, kumparan
induktansi akan terus mengumpulkan energi, tegangan receiver akan
naik, dan energi yang diterima dapat disalurkan ke beban setelah
dikonversi dengan rangkaian tambahan.
Gambar 2.11 Arah Perambatan Gelombang Elektromagnetik |
11. Prinsip Resonansi Bersama
Prinsip
dasar induksi elektromagnetik adalah pada saat arus bolak balik
melewati suatu kumparan, di sekitar kumparan tersebut akan
menghasilkan suatu medan magnet. Jika pada kondisi ini diletakkan
suatu kumparan lain di dekat kumparan tersebut, maka medan magnet
dari kumparan yang pertama akan timbul juga di sekitar kumparan yang
kedua. Ini merupakan alasan kenapa pengiriman energi tanpa kabel
dapat terjadi diantara kedua kumparan tersebut. Sama seperti
yang telah diuraikan sebelumnya, resonansi bersama adalah suatu
keadaan khusus dari pengiriman energi tanpa kabel. Letak dari
kekhususannya adalah semua kumparan yang digunakan untuk beresonansi
bersama beroperasi pada kondisi resonansi.
Gambar 2.12 Resonansi Bersama |
Resonansi
terjadi ketika frekuensi resonansi sendiri dari kumparan-kumparan
tersebut bernilai sama dengan frekuensi sumber arus bolak balik, saat
rangkaian ekivalen dari kumparan-kumparan tersebut di frekuensi
tinggi memiliki impedansi paling kecil. Pada saat kondisi seperti inilah
energi paling banyak dapat dikirimkan melalui jalur resonansi. Gambar
2.12 menunjukkan terjadinya proses resonansi magnetik bersama,
warna kuning menunjukkan kumparan yang memiliki frekuensi
resonansi yang sama, warna biru dan merah menunjukkan medan magnet
yang disebabkan pada kumparan tersebut, yang keduanya adalah
identik satu sama lain, inilah gambaran sederhana dari resonansi
bersama.
12. Rangkaian LC
Rangkaian
LC (Gambar 2.13) adalah suatu rangkaian resonansi yang terdiri
dari induktor (L) dan kapasitor (C). Rangkaian LC biasa
digunakan untuk menghasilkan sumber arus bolak balik atau
sebagai pembangkit sinyal.
Gambar 2.13 Rangkaian LC |
2.5.1 Prinsip Kerja Rangkaian LC
Prinsip
kerja rangkaian LC agar dapat menghasilkan sinyal bolak balik
atau berosilasi adalah dengan menggunakan kapasitor dan
induktor. Kapasitor menyimpan energi di dalam medan listrik
antara kedua pelatnya, berdasarkan besarnya tegangan diantara
kedua pelat tersebut, sedangkan induktor menyimpan energi di
dalam medan magnetnya, berdasarkan besarnya arus yang melalui
induktor tersebut. Gambar 2.14 menjelaskan tentang prinsip kerja
rangkaian LC.
Gambar 2.14 Prinsip Kerja Rangkaian LC |
Pada
Gambar 2.14 diatas, posisi paling kiri menunjukkan awal, t = 0 atau t
= T, dimana nilai kapasitor adalah maximum, dan tidak ada arus
mengalir. Pada saat saklar mulai ditutup yaitu antara t = 0
sampai t = T/4, terjadi rangkaian tertutup, kapasitor mulai
discharge, dan arus mengalir berlawanan arah jarum jam menuju
induktor dan terus meningkat.
Pada kondisi t = T/4, kapasitor bernilai minimum, arus yang mengalir maksimum dan masih berlawanan arah jarum jam. Dari t = T/4 sampai t = T/2, arus terus mengalir mengisi kapasitor dengan sisi yang berlawanan, dan arus yang mengalir mulai berkurang.
Pada saat t = T/2, tidak ada lagi arus yang mengalir di rangkaian, dan kapasitor maksimum. Dari t = T/2 sampai t = 3T/4, kapasitor mulai discharge, dan arus mengalir searah jarum jam dan terus meningkat.
Pada saat t = 3T/4, kapasitor sudah kosong, arus mengalir maksimum melewati induktor searah jarum jam.
Dari t = 3T/4 sampai t = T, kapasitor mulai mengisi kembali, arus berjalan menuju kapasitor dengan sisi yang sama dengan sisi awal searah jarum jam dan terus menurun sampai kapasitor penuh.
Hal ini terus berulang ke awal, sehingga didapatkan sinyal yang bolak balik.
Pada kondisi t = T/4, kapasitor bernilai minimum, arus yang mengalir maksimum dan masih berlawanan arah jarum jam. Dari t = T/4 sampai t = T/2, arus terus mengalir mengisi kapasitor dengan sisi yang berlawanan, dan arus yang mengalir mulai berkurang.
Pada saat t = T/2, tidak ada lagi arus yang mengalir di rangkaian, dan kapasitor maksimum. Dari t = T/2 sampai t = 3T/4, kapasitor mulai discharge, dan arus mengalir searah jarum jam dan terus meningkat.
Pada saat t = 3T/4, kapasitor sudah kosong, arus mengalir maksimum melewati induktor searah jarum jam.
Dari t = 3T/4 sampai t = T, kapasitor mulai mengisi kembali, arus berjalan menuju kapasitor dengan sisi yang sama dengan sisi awal searah jarum jam dan terus menurun sampai kapasitor penuh.
Hal ini terus berulang ke awal, sehingga didapatkan sinyal yang bolak balik.
2.5.2 Osilasi Rangkaian LC
Gambar 2.15 Osilasi Rangkaian LC |
Mengacu pada Gambar 2.15, ketika saklar ditutup, maka tegangan pada kapasitor dan induktor bernilai sama,
Atur kedua sisi, dan telah kita ketahui bahwa i = -dq/dt, sehingga persamaan 2.19 dapat ditulis,
Jika
kita beri batasan dimana i = 0, saat t = 0, karena arus
(induktor tidak dapat berubahsecara langsung), maka kita dapat
menentukan nilai dari kapasitansi kapasitor pada saat mengisi yaitu
dengan cara mengintegralkan arus (i) dan mengalikan -1, maka diperoleh,
2.6 Struktur Pengiriman Daya Tanpa Kabel
Gambar 2.17 Skema Diagram Pengiriman Daya Listrik tanpa Kabel
|
Pada
Gambar 2.17 diatas, ditunjukkan sebuah skema diagram sederhana
dari suatu sistem pengiriman daya listrik tanpa kabel dengan
menggunakan prinsip induksi resonansi magnet. Blok disebelah kiri
(ditandai dengan garis putus-putus) merupakan suatu rangkaian pemancar,
sedangkan blok disebelah kanan adalah merupakan rangkaian
penerima dari sistem tersebut. Pada pemancar, sumber listrik arus bolak
balik disearahkan terlebih dahulu dengan suatu modul DC, lalu masuk ke
dalam rangkaian LC, dalam hal ini Ls dan Cs, untuk membuat suatu
pembangkit sinyal medan magnet bolak balik yang non-radiative. Frekuensi
resonansi dari rangkaian LC ini disebut .
Pada sisi rangkaian penerima, juga terdapat rangkaian LC, dimana Lt dan Ct berfungsi untuk menghasilkan resonansi dari medan magnetik yang dihasilkan oleh rangkaian pemancar untuk menerima daya listrik. Frekuensi dari rangkaian penerima disebut .
Nilai dari frekuensi resonansi magnet pada sisi penerima sangat ditentukan oleh frekuensi resonansi magnet pada rangkaian pemancar. Semakin nilai mendekati atau sama dengan maka semakin besar nilai arus resonansi, semakin kuat medan magnetnya dan semakin besar pula daya listrik yang dapat diterima atau dikirimkan.
Pada rangkaian penerima perlu ditekankan bahwa rangkaian LC tidak harus sama untuk dapat mengirimkan daya listrik, asalkan frekuensi resonansi sama ( = ), maka suatu sistem pengiriman daya listrik tanpa kabel dengan menggunakan induksi resonansi magnet ini juga masih dapat berjalan.
Semakin jauh jarak pengiriman daya listrik dari rangkaian pemancar ke rangkaian penerima, maka semakin kecil juga daya listrik yang dapat diterima oleh rangkaian penerima.
Proses pengiriman daya listrik tanpa kabel ini masih dapat mengirimkan daya listrik meskipun dihalangi oleh berbagai benda non-metal, akan tetapi jika dihalangi oleh metal, maka daya listrik tidak dapat diterima oleh rangkaian penerima.
Pada sisi rangkaian penerima, juga terdapat rangkaian LC, dimana Lt dan Ct berfungsi untuk menghasilkan resonansi dari medan magnetik yang dihasilkan oleh rangkaian pemancar untuk menerima daya listrik. Frekuensi dari rangkaian penerima disebut .
Nilai dari frekuensi resonansi magnet pada sisi penerima sangat ditentukan oleh frekuensi resonansi magnet pada rangkaian pemancar. Semakin nilai mendekati atau sama dengan maka semakin besar nilai arus resonansi, semakin kuat medan magnetnya dan semakin besar pula daya listrik yang dapat diterima atau dikirimkan.
Pada rangkaian penerima perlu ditekankan bahwa rangkaian LC tidak harus sama untuk dapat mengirimkan daya listrik, asalkan frekuensi resonansi sama ( = ), maka suatu sistem pengiriman daya listrik tanpa kabel dengan menggunakan induksi resonansi magnet ini juga masih dapat berjalan.
Semakin jauh jarak pengiriman daya listrik dari rangkaian pemancar ke rangkaian penerima, maka semakin kecil juga daya listrik yang dapat diterima oleh rangkaian penerima.
Proses pengiriman daya listrik tanpa kabel ini masih dapat mengirimkan daya listrik meskipun dihalangi oleh berbagai benda non-metal, akan tetapi jika dihalangi oleh metal, maka daya listrik tidak dapat diterima oleh rangkaian penerima.
Makasih infonya bro.....
ReplyDeleteSaya suka elektronik dn kali ini lagi butuh info tentang alat atau rangkaian yg bs mengubah gelombang elektromagnetik jadi listrik. Simpelnya antena penangkapnya baiknya seperti apa desainya....thanks.
dear mas sugeng, kalo ditanya mengenai design rceiver nya ya trgantung transmitter nya sih mas. Krn ini kan menggunakan prinsip resoonansi magnetik, di mana frequensi di sisi penerima sama dengan pengirim
ReplyDeleteBagaimana menambah jauh aliran listrik tanpa kabel
ReplyDeleteBagaimana menambah jauh aliran listrik tanpa kabel
ReplyDeleteApakah besar magnet yang bisa menjauhkan listrik atau lilitan logam yang bisa menambahkan listrik,,,
ReplyDeleteApakah besar magnet yang bisa menjauhkan listrik atau lilitan logam yang bisa menambahkan listrik,,,
ReplyDeleteDear mb Aryati, untk meanmbah jarak transfer listrik tanpa kabel, yg paling mendasar untk diperhatikan adalah deaign transmitter dan receiver nya
ReplyDeletebang,untuk perancangan pengiriman energi listrik tanpa kabel kita harus mengetahui diameter kawat,diameter lingkaran pada kumparan dan berapa banyak lilitan yang kita butuhkan. bagaimana untuk mengatahuinya supaya perancangan yang kita buat itu bagus bang ? dan bagusnya brp diameter yang dibutuhkan dan jumlah lilitannya bang ?
ReplyDeletecontohnya untuk menghidupkan sebuah LED atau elektronik lainnya yang membutuhkan tegangan 12V dan 14watt
ReplyDeleteBoby@, coba baca bab 4 saya sob. Jawaban pertnyaanya sharusnya ada di situ. Inti dari sebuah lilitan yg akan kita buat (baik transmitter maupun receiver) adalah nilai induktansi lilitan dalam henry. Jika kita sudh menetapkan nilai induktansi yb kita perlukan, maka nyari parameter2 yg lain gampang
ReplyDeleteBoby@, coba baca bab 4 saya sob. Jawaban pertnyaanya sharusnya ada di situ. Inti dari sebuah lilitan yg akan kita buat (baik transmitter maupun receiver) adalah nilai induktansi lilitan dalam henry. Jika kita sudh menetapkan nilai induktansi yb kita perlukan, maka nyari parameter2 yg lain gampang
ReplyDeletemaaf bang,saya masih bingung. bisa mintak contact personnya bang,karna banyak hal yang ingin saya tanyakan. mohon bantuannya bang.
ReplyDelete