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 :

Gambar 3.1 Skema Transfer Daya tanpa Kabel (WPT)

1. Sumber tegangan DC yang akan menyuplai tegangan ke Osilator.
2. 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.
3. 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 :

1. Mengecek terhadap hubungan antar jalur-jalurnya untuk menghindari terjadinya hubung singkat pada rangkaian
2. Menguji semua komponen yang ada untuk mendapatkan komponen yang mempunyai karakteristik sesuai dengan yang diinginkan
3. Komponen yang rusak/tidak sesuai dengan karakteristik yang diinginkan harus diganti untuk menhindari kegagalan operasi
4. Memasang komponen-komponen
5. 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 :

1. Menghubungkan papan rangkaian tercetak yang satu dengan lainnya dengan menggunakan kabel konektor
2. Memeriksa kembali ada atau tidaknya rangkaian yang salah sambung antar satu komponen dengan komponen lainnya.