BAB 3 Metodologi transfer daya listrik tanpa kabel
Download skripsi transfer daya listrik tanpa kabel
3.1 Bagian Utama Sistem WPT (Wireless Power Transfer)
Ada 3 bagian utama dalam sistem pengiriman daya nirkabel ini, antara lain :
3.1 Bagian Utama Sistem WPT (Wireless Power Transfer)
Ada 3 bagian utama dalam sistem pengiriman daya nirkabel ini, antara lain :
Gambar 3.1 Skema Transfer Daya tanpa Kabel (WPT) |
- Sumber tegangan DC yang akan menyuplai tegangan ke Osilator.
- Rangkaian Pemancar/Transmitter, yaitu terdiri dari suatu rangkaian pembangkit tegangan arus bolak balik dengan frekuensi tinggi dan rangkaian LC sebagai penghasil frekuensi resonansi magnetik yang akan mengirimkan daya listrik ke rangkaian penerima.
- Rangkaian Penerima/Receiver, terdiri dari suatu rangkaian LC dengan frekuensi resonansi yang sama atau mendekati dengan rangkaian pemancar, sebagai penangkap induksi resonansi magnetik dari rangkaian pemancar untuk menerima daya listrik yang akan disalurkan menuju beban.
Berdasarkan skema pada Gambar 3.1 di atas, penulis membuat perencanaan sistem transfer daya listrik tanpa kabel yang terdiri dari rancangan pada sisi pengirim dan sisi penerima sebagaimana yang akan dijelaskan pada sub bab berikut ini.
3.2 Perancangan Sistem Transfer Daya Listrik Tanpa Kabel
Penjelasan tentang proses perancangan masing-masing bagian pada sistem pengiriman daya listrik tanpa kabel dengan prinsip induksi resonansi magnetik ini akan dijelaskan pada sub bab berikut ini.
3.2.1 Regulator DC 15 V, 1.2 A Sebagai Sumber Pada Sisi Transmitter
Regulator sumber arus searah ini digunakan untuk meregulasi tegangan DC sistem agar didapatkan sumber tegangan DC yang stabil dan mampu menahan arus yang cukup besar. Dalam tugas akhir ini, penulis akan menggunakan input tegangan 15 V dengan batas arus maksimum yang bisa ditahan adalah 1.2 A. Adapun Gambar regulator yang akan menjadi sumber pada rangkaian pengirim (Transmitter) ini dapat dilihat pada Gambar 3.2 dibawah ini
Gambar 3.2 Power Suply DC 15 V, 1.2 A |
3.2.2 Rangkaian Pada Sisi Pengirim/Transmitter
Dalam suatu sistem pengiriman daya listrik tanpa kabel, rangkaian pemancar merupakan rangkaian yang sangat penting dalam proses timbulnya resonansi magnetik. Seperti yang dijelaskan sebelumnya, bahwa rangkaian pemancar terdiri dari suatu rangkaian penghasil arus bolak balik frekuensi tinggi dan suatu rangkaian LC yang berfungsi sebagai penghasil frekuensi resonansi atau yang biasa disebut Rangkaian Osilator.
Pada rangkaian pemancar, semua komponen dirancang untuk mencapai frekuensi resonansi tertentu, agar dapat mengirimkan daya listrik dengan baik. Berikut adalah Gambar disain rangkaian pemancar yang direncanakan oleh penulis.
Gambar 3.3 Rangkaian Osilator 65–976 kHz |
Gambar di atas merupakan rangkaian LC osilator dengan frekuensi resonansi antara 651–976 kHz. Frekuensi tegangan AC yang dibangkitkan oleh rangkaian ini akan tergantung dari harga L dan C yang digunakan. Pada rangkaian ini terdapat 8 buah kapasitor. Untuk mendapatkan frekuensi kerja dari rentang yang telah disebutkan di atas, maka salah satu atau beberapa dari Kapasitor C3–C9 harus diON/OFF dari rangkaian. Rangkaian ini menggunakan power suplai DC 15 V, 1.2 A sebagai sumber. Resistor R1 pada rangkaian ini bernilai yakni 5,6 kΩ. Rangkaian ini menggunakan transistor BD139. Adapun nilai L yang telah ditetapkan agar tercapai frekuensi maksimum 967 kHz adalah 14.2 µH, di mana, nilai Induktansi (L) nya ditentukan sendiri oleh penulis dengan menggunakan alat ukur L meter.
Berdasarkan teori, rangkaian ini akan beresonansi pada frekuensi resonansi yang diberikan oleh :
3.2.3 Perancangan koil pengirim
Koil yang akan dirancang penulis pada tugas akhir ini terbuat dari kabeltembaga ukuran luas penampang berbentuk silinder pendek berinti udara dengan N buah lilitan.Dengan nilai induktansi dari koilpengirim adalah 14.2 µH,maka banyaknya lilitan yang diperlukan dapat dicari dengan menggunakan Persamaan(3.1)bawah ini.
Adapun ketentuan dari koil pada sisi pengirim ini diberikan pada Tabel 3.1 di bawah ini :
Keterangan dimensi Koil pengirim :
Dengan ketentuan pada Tabel (3.1) di atas, maka jumlah lilitan yang digunakan pada sisi pengirim dapat dicari dengan Persamaan(3.1), yakni :
Jadi, banyaknya lilitan yang secara teori dibutuhkan oleh rangkaian pengirim adalah 14 lilitan.
3.2.4 Perancangan pada sisi penerima
Rangkaian pada sisi penerima terdiri dari komponen LC yang dirangkai secara paralel. Kemudian sebagai indikasi ada tidaknya daya yang diterima, pada sisi penerima juga duhubungkan dengan LED sebagai indikator. Bentuk, ukuran, dan nilai induktansi lilitan L3 tidak harus persis sama dengan pengirim, yang terpenting adalah nilai frekuensi resonansi antar msing-masing yakni pengirim dan penerima sama atau mendekati satu sama lainnya.
Gambar 3.4 Perancangan pada sisi penerima |
3.2.5 Perancangan koil penerima
Untuk mendapatkan kinerja yang lebih baik, maka frekuensi resonansi sendiri(Self-resonant) pada koil penerima harus sama atau mendekati dengan frekuensi resonansi kopling yang ada pada rangkaian pemancar. Bentuk, ukuran, serta nilai tidak harus sama atau identik, asalkan syarat frekuensi resonansi kopling terpenuhi. Adapun dimensi dari koil penerima dibuat sama dengan dimensi koilpengirim. Karena prinsip dasar dari alat ini sama dengan prinsip yang ada pada trafo, maka persamaan yang digunakan pada trafo juga digunakan pada alat ini. Sebagaimana persamaan yang digunakan untuk mencari jumlah lilitan pada sisi penerima, yakni:
3.2.6 Pengujian sistem WPT
Adapun persamaan untuk mencari efisiensi transfer daya dan sistem adalah sebagai berikut.
3.2.7 Pengujian menggunakan beban LED
Untuk membuktikan ada atau tidaknya transfer energi pada sisi penerima, maka pada rangkaian penerima dipasangkan beberapa buah LED secara paralel sebagaiman yang ditunjukan pada Gambar 3.8 di bawah ini.
Gambar 3.5 Pengujian Menggunakan LED Paralel
|
Selain itu, pengujian juga akan dilakukan dengan menggunakan Voltmeter dan Osiloskop untuk menunjukan nilai tegangan yang dapat diterima oleh kumparan penerima dan mengamati frekuensi terima pada kumparan penerima.
3.3 Pemasangan Komponen
Proses Perakitan alat transfer daya listrik nirkabel ini akan dijelaskan pada sub bab berikut ini.
3.3.1 Urutan Pemasangan Komponen
Urutan pemasangan komponen adalah sebaga berikut :
- Mengecek terhadap hubungan antar jalur-jalurnya untuk menghindari terjadinya hubung singkat pada rangkaian
- Menguji semua komponen yang ada untuk mendapatkan komponen yang mempunyai karakteristik sesuai dengan yang diinginkan
- Komponen yang rusak/tidak sesuai dengan karakteristik yang diinginkan harus diganti untuk menhindari kegagalan operasi
- Memasang komponen-komponen
- Melakukan penyolderan dengan solder yang daya nya tidak terlalu besar, yakni sekitar 30 Watt. Hal ini dilakukan untuk menghindari pemanasan berlebih khususnya pada komponen katif.
3.2.3 Urutan Perangkaian Komponen
Urutan proses perakitan alat yakni :
- Menghubungkan papan rangkaian tercetak yang satu dengan lainnya dengan menggunakan kabel konektor
- Memeriksa kembali ada atau tidaknya rangkaian yang salah sambung antar satu komponen dengan komponen lainnya.