&#ST'#( "#)A*#S
MENTRANSMISI DAYA DAYA LISTRIK TANPA TANPA MENGGUNAKAN KABEL SEBAGAI APLIKASI DARI LISTRIK DINAMIS
Tugas dibuat dalam rangka mengikuti mata kuliah Fisika Terapan Terapan
Oleh : Bayu Adi Saputro 21060112060025
Teknik Teknik lektro !rogram Studi "iploma ### Fakultas Teknik $ni%ersitas "iponegoro Semarang 2012
ABST'A( )ama
: Bayu Adi Saputro
!rogram Studi : !S" ### Teknik Teknik lektro +udul
: Mentransmisi Daya Listrik Tanpa Menggunakan Kabe
!ada era dimana teknologi ,ireless begitu berkembang pesat terutama dibidang telekomunikasi dan transmisi data ke-epatan tinggi. *elihat perkembangan teknologi ini maka dilakukan peran-angan untuk menghantarkan tegangan menggunakan teknologi ,ireless. *etode yang digunakan pada sistem /ireless !o,er Transmission adalah induksi resonansi magnetik. "imana tegangan dengan rekuensi tinggi dipan-arkan oleh transmitter lalu dengan prinsip resonansi tegangan yang dipan-arkan dapat diterima oleh re-ei%er dalam bentuk tegangan berrekuensi sama dengan transmitter. !ada penelitian ini untuk menghasilkan tegangan berrekuensi digunakanlah royer os-illator. (ata kun-i
: wireless induksi resonansi magnetik royer oscillator .
ABST'A( )ama
: Bayu Adi Saputro
!rogram Studi : !S" ### Teknik Teknik lektro +udul
: Mentransmisi Daya Listrik Tanpa Menggunakan Kabe
!ada era dimana teknologi ,ireless begitu berkembang pesat terutama dibidang telekomunikasi dan transmisi data ke-epatan tinggi. *elihat perkembangan teknologi ini maka dilakukan peran-angan untuk menghantarkan tegangan menggunakan teknologi ,ireless. *etode yang digunakan pada sistem /ireless !o,er Transmission adalah induksi resonansi magnetik. "imana tegangan dengan rekuensi tinggi dipan-arkan oleh transmitter lalu dengan prinsip resonansi tegangan yang dipan-arkan dapat diterima oleh re-ei%er dalam bentuk tegangan berrekuensi sama dengan transmitter. !ada penelitian ini untuk menghasilkan tegangan berrekuensi digunakanlah royer os-illator. (ata kun-i
: wireless induksi resonansi magnetik royer oscillator .
BAB I PENDA!ULUAN "#" Latar Latar Beakan Beakang g !ada akhir abad ke 1 seorang ilmuan yang bernama )ikolas Tesla
memiliki memiliki pemikiran pemikiran tentang bagaimana mentransmisikan mentransmisikan tegangan dengan media udara atau dengan kata lain tanpa perantara kabel 3wireless4. "ari per-obaan yang dilakukan tersebut dihasilkan sebuah alat yang dinamakan atas dirinya sendiri yaitu kumparan Tesla 3Tesla Coil 4 gambar 1.1. "engan alat ini )ikola Tesla dapat menghasilkan tegangan yang sangat tinggi arus yang ke-il rekuens rekuensii yang sangat tinggi tinggi dan berhasil berhasil mengirimk mengirimkan an daya listrik sebesar 1.000.000 %olt tanpa melalui suatu kabel seauh 26 mil untuk menyalakan kurang lebih 200 lampu dan 1 motor listrik.
ambar 1.1 Tesla 7oil
ambar 1.2. *enara yang digunakan Tesla untuk mentransmit tegangan seauh 26 mil. Akan tetapi sangat disayangkan bah,a penemuan dan teknologi yang luar biasa ini harus dihentikan pada masa itu karena eek samping dari tegangan yang ditransmisikan tersebut dapat merusak alat 8 alat elektronik yang berada disekitar nya serta lompatan listrik bertegangan tinggi yang dihasilkan dapat membahayakan umat manusia. )amun inilah a,al mula dari teknologi wireless yang dahulu dianggap tidak berguna namun diabad sekarang sangatlah bermanaat.
ambar 1.9. !erangkat elektronik yang menggunakan aplikasi ,ireless *ulai abad 21 teknologi nirkabel ini digunakan untuk bidang telekomunikasi. Berkembangnya nirkabel ini uga tidak terlepas dari penelitian ilmuan bernama einri-h ert; yang menitik beratkan transmisi
energi yang ke-il pada rekuensi radio dan sangat berguna bagi keperluan mentransmisi data dan komunikasi dari suatu tempat ketempat lain tanpa melalui kabel. !enelitia ert; uga merupakan pengembangan dari )ikola Tesla. "engan pesatnya perkembangan teknologi semikonduktor dan teknologi nirkabel perangkat 8 perangkat elektronik yang dahulu tergolong statis karena bentuk isiknya yang besar dan berat sehingga tidak memungkinkan untuk diba,a kemana 8 mana. Sekarang sudah menadi perangkat yang ringan dan simple sehingga dapat diba,a kemana 8 mana. Sehingga peralatan tersebut sekarang telah menadi kebutuhan primer manusia di abad ini. Oleh karena kebutuhan akan kemauan teknologi inilah maka penemuan )ikola Tesla yang dapat mentransmisi energi tanpa melalui kabel pada akhir abad 1 itu menadi kaian yang sangat menarik untuk diteliti dan dimengerti kembali. Selain itu dengan meningkatnya harga dari penghantar listrik sementara kebutuhan akan energi listrik semakin meningkat setiap tahun nya. *aka dengan adanya sistem penghantaran listrik tanpa kabel ini dapat mengurangi pernggunaan kabel terutama untuk penggunaan kabel pada peralatan yang digunakan sehari hari seperti kabel chargeuntuk pengisian baterai pada telepon gengggam laptop dan perangkat lainnya gambar 1.<.
ambar 1.9. (onsep !engembangan /!T "#$ Tu%uan Peniitian $ntuk mengetahui alat yang dapat mentransmisikan daya listrik tanpa
menggunakan kabel 3wireless4 berdasarkan prinsip induksi magnet resonansi. Alat ini terdiri dari peman-ar 3Transmitter 4 dan penerima 3 Receiver 4. !eman-ar 3Transmitter4 merupakan sebuah kumparan tembaga yang dialiri
arus listrik berrekuensi tinggi dan berungsi sebagai resonator. Sedangkan penerima 3re-ei%er4 merupakan sebuah kumparan tembaga dengan dimensi yang tidak berbeda dari peman-ar 3Transmitter4 yang berungsi sebagai alat untuk menerima daya yang dikirimkan. "#& Met'(e Pengumpuan Data *etode pengumpulan data pada makalah makalah ini adalah metode sekunder metode sekunder yang berarti data yang diperoleh yaitu berasal dari orang lain. "ata dari #nternet : lontar.ui.ac.id/file?file=digital/2024922!R2"#04$.%df BAB II DASAR TE)RI $#" Se%ara* Pengiriman Daya Listrik Tanpa Kabe $#"#" Pa(a aba( "+ (an aba( $,
*entransmisikan seumlah tenaga listrik yang besar merupakan aplikasi gelombang mikro yang sangat memungkinkan dimasa depan namun masih belum terbukti dan populer seauh ini. !ada tahun 1=00 )ikola Tesla penemu dan ilmu,an mengusulkan penggunaan gelombang radio untuk mengirimkan daya untuk saluran listrik tegangan tinggi. )ikola Tesla lahir di Smilan sebuah desa di daerah pegunungan di Semenanung Balkan yang dikkenal sebagai &ika yang pada saat itu merupakan bagian dari !erbatasan *iliter negara Austria> ongaria. !ada bukunya yang berudul &rodigal 'enius!The (ite of )i*ola Tesla yang dibuat oleh ++ Oneill di-eritakan tentang proses
pembuatan dan penguian wireless %ower!transmission yang dilakukan Tesla dengan menyalakan ratusan lampu piar pada arak 26 mil lampu tersebut menyala dengan energi listrik bebas yang diambil dari bumi dengan katalain tesla menyebut bah,a per-obaannya ini merupakan sebuah terobosan untuk sebuah free energy. )amun meskipun kelihatannya seperti sebuah prestasi tapi karena tidak adanya dokumentasi dari Tesla sendiri maka hal tersebut hanyalah sebuah
bualan belaka dan tidak ada yang bisa membuktikan serta melakukan per-obaan sebagai pembuktiannya. Tesla hanya membuat -atatan dia sendiri yang telah diterbitkan yang menyatakan bah,a demonstraasi tersebut benar>benar teradi. !ada 1== )ikola Tesla melanutkan per-obaan transmisi daya nirkabel kembali di 7olorado setelah dia mendapatkan sokongan dana sebesar ?90000 dengan dana tersebut tesla membangun peman-ar untuk penghantar tenaga listrik ke seluruh dunia 3ambar 1.24. asil dari penelitian dengan menggunakan peralatan seperti pada gambar 2.1 tersebut dia mengatakan bah,a energi dapat dikumpulkan dari seluruh dunia baik dalam umlah ke-il mulai dari satu raksi hingga men-apai beberapa kekuatan kuda. !ada tahun 1=90>an para insinyur dan ilmu,an menggunakan ide Tesla dalam Sistem transmisi tenaga listrik melalui gelombang radio tapi memiliki perbedaan yaitu bukan menggunakan rekuensi rendah. *ereka berpikir tentang penggunaan gelombang mi-ro,a%e. )amun orang>orang yang tertarik pada penelitian ini harus bersabar sampai medote pembentukan gelombang mi-ro,a%e untuk penghantar daya yang besar terbentuk. (arena pada penelitian menggunakan mi-ro,a%e ini eisiensi sangat dipengaruhi daya yang diterima pada antena dan rele-tor. Oleh karena itu harus menggunakan penghantar mi-ro,a%e dengan daya besar.
!ada !erang "unia ## pengembangan transmisi mi-ro,a%e pada daya besar dilakukan dengan menggunakan sebuah magnetron dan *lystron. Setelah !erang "unia ## besarnya daya pan-ar pada peman-ar
mi-ro,a%e menadi -ukup eisien pengiriman yang dilakukan dapat untuk mengirim ribuan ,att dengan arak lebih dari satu mil. Searah pas-a perang tentang penelitian transmisi daya pada ruang bebas ter-atat dan didokumentasikan oleh /illiam 7. Bro,n. "ia merupakan seorang pelopor daya transmisi mi-ro,a%e praktis. /illiam>lah yang pertama kali pada tahun 1=6< berhasil menunukan sebuah helikopter bertenaga mi-ro,a%e yang menggunakan rekuensi 2<5 ; dalam rentang 2<>25 ; yang dibuat untuk keperluan gelombang radio pada #ndustri !enelitian dan (esehatan. Sebuah kon%ersi daya perangkat dari mi-ro,a%e ke "7 disebut rectenna. Telah di-iptakan dan digunakan untuk pembangkit daya
mi-ro,a%e untuk pembangkit daya mi-ro,a%e untuk helikopter tersebut. !ada 1=69 rectenna pertama dibangun dan diui di !erdue $ni%ersity dengan eisiensi <0@ diperkirakan dan output daya dari /. !ada tahun 1=5 pada +!& 'aythoen oldstone eisiensi microwave dc yang di-apai sampai <@ dalam demonstrasi /!T.
!ada tahun 1=6 !eter laser telah menghitung bah,a ika beberapa bagian besar dari solar!%ower satelite ditempatkan di orbit geosynchronous+ maka energi yang mereka kumpulkan bisa membentuk
sebuah aringan yang utuh dipermukaan bumi dengan menggunakan rangkaian antena yang disusun urut maka akan dapat mentransmisi sebuah daya pada aringan hingga ribuan mil. )amun Satelit ini harus berada di ruang tak bera,an dan menerima sinar matahari setiap hari. "aya yang diterima dengan -ara ini akan lebih dapat diandalkan dibandingkan sumber energi terbaru lainnya seperti generator bertenaga surya atau tenaga angin. )amun pembentukan energi ini sangatlah mahal pada saat itu hingga gagasan tentang transmisi daya dengan gelombang mikro dari satelit -enderung hanya menadi sebuah ide. $#"#$# Pa(a aba( $"
!ada abad ke>21 tepatnya pada tahun 200 sekelompok ilmuan dari *#T 3 ,assachusetts -nstitute of Technology4. *embuat sebuah sistem transmisi daya dengan menggunakan strongly cou%led magnetic resonance. !er-obaan dilakukan dengan menggunakan dua
buah coil y ang dihantarkan sebuah tegangan beresonansi sehingga ter-ipta sebuah medan elektromagnet yang -ukup kuat. "ari per-obaan ini tim *#T dapat mentransmisii daya yang -ukup besar dengan kemampuan transmisi sekitar 60/ dengan eisiensi sekitar <0@ pada arak 2 meter. !er-obaan dari *#T meskipun menga-u pada ide dari per-obaan yang dilakukan oleh tesla namun memiliki perbedaan yang mendasar. "iantaranya penggunaan coil yang berrekuensi tinggi lalu diterima dengan menggunakan prinsip resonansi tanpa memerlukan grounding. Sedangkan pada per-obaan tesla pada proses transmisi daya harus selalu terhubung dengan tanah 3 grounding 4.
$#$ Prinsip In(uksi Eektr'magnetik
"alam eksperimen yang dilakukan oleh .7 Oersted Blot>Sa%art dan Ampere menyatakan bah,a adanya gaya dan medan magnet pada ka,at berarus. "engan pernyataan ini maka dapat dipertanyakan sebuah pertanyaan dasar yaitu apakah medan magnet dapat menghasilkan arus listrikCD. !ada a,al tahun 1=90 *i-hael Faraday dan +oseph enry melakukan sebuah per-obaan untuk men-ari tahu atas apa yang telah dilakukan oleh .7 Oersted melalui eksperimen yang sangat sederhana. Sebuah magnet yang digerakkan masuk dan keluar. !ada kumparan dapat menghasilkan arus listrik pada kumparan itu. al%anometer merupakan alat yang dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya arus listrik yang mengalir. (etika sebuah magnet yang digerakkan masuk dan keluar pada kumparan arum gal%anometer menunukkan bah,a magnet yang digerakkan keluar dan masuk pada kumparan menimbulkan arus listrik. Arus listrik bisa teradi ika pada uung>uung kumparan terdapat &3gaya gerak listrik4. & yang teradi di uung>uung kumparan dinamakan & induksi. Arus listrik hanya timbul pada saat magnet bergerak. +ika magnet diam didalam kumparan diuung kumparan tidak teradi arus listrik. $#$#"# Penyebab Ter%a(i GGL In(uksi
Seorang ilmu,an dari +erman yang bernama *i-hael Faraday 31==1 8 164 memiliki gagasan dapatkah medan magnet menghasilkan arus listrikC agasan ini didasarkan oleh adanya penemuan dari Oerstead bah,a arus listrik dapat menghasilkan medan magnet. (arena termoti%asi oleh gagasan tersebut kemudian pada tahun 122 Faraday memulai melakukan per-obaan>per-obaan. !ada tahun 191 Faraday berhasil membangkitkan arus listrik dengan menggunakan medan magnet.
Alat>alat yang digunakan Faraday dalam per-obaannya adalah gulungan ka,at atau kumparan yang uung>uungnya dihubungkan dengan gal%anometer. +arum gal%anometer mula>mula pada posisi nol. Seperti yang sudah mengetahui bah,a gal%anometer adalah sebuah alat untuk menunukan ada atau tidaknya arus listrik didalam rangkaian. !er-obaan Faraday untukk menentukan arus listrik dengan menggunakan medan magnet dilakukan antara lain seperti kegiatan diatas. (etika kutub utara magnet batang digerakkan masuk kedalam kumparan umlah garis gaya>gaya magnet yang terdapat didalam kumparan umlah garis gaya>gaya magnet yang terdapat didalam kumparan bertambah banyak. Bertambahnya umlah garis>garis gaya ini menimbulkan & #nduksi pada uung>uung kumparan. & #nduksi yang ditimbulkan menyebabkan arus listrik mengalir menggerakkan arum gal%anometer. Arah arus induksi dapat ditentukan dengan -ara memerhatikan arah medan magnet yang ditimbulkannya. !ada saat magnet masuk garis gaya magnet listrik dalam kumparan bertambah. Akibat medan magnet hasil arus induksi bersiat mengurangi garis gaya magnet itu. "engan demikian uung kumparan itu merupakan kutub utara sehingga arah arus induksi seperti yang ditunukkan ambar 2.2.a. (etika kutub utara magnet batang digerakkan keluar dari dalam kumparan umlah garis>garis gaya magnet yang terdapat didalam kumparan berkurangnya umlah garis>garis gaya ini uga menimbulkan & induksi pada uung>uung kumparan. & induksi yang ditimbulkan menyebabkan arus listrik mengalir dan menggerakkan arum gaal%anometer. Sama halnya ketika magnet batang masuk ke kumparan. !ada saat magnet keluar garis gaya magnet dalam kumparan berkurang. Akibatnya medan magnet hasil arus induksi bersiat menambah garis gaya magnet itu. "engan demikian uung kumparan
itu merupakan kutub selatan sehingga arah arus induksi seperti yang ditunukkan ambar 2.2.b. (etika kutub utara magnet batang diam di dalam kumparan umlah garis>garis gaya magnet di dalam kumparan tidak teradi perubahan 3tetap4. (arena umlah garis>garis gaya tetap maka pada uung>uung kumparan tidak teradi & #nduksi. Akibatnya tidak teradi arus listrik dan arum gal%anometer tidak bergerak. "ari hasil per-obaan diatas maka dapat diambil kesimpulan bah,a arus induksi yang timbul dalam kumparan arahnya bolak>balik seperti yang ditunukkan oleh penyimpangan arum gal%anometer yaitu ke kanan dan ke kiri. (arena arus induksi selalu bolak>balik maka disebut arus bolak> balik 3A7 E lternating Current. Faraday menggunakan konsep garis gaya magnet untuk menelaskan peristi,a diatas. !erhatikan gambar. 1. *agnet didekatkan pada kumparan maka gaya magnet yang melingkupi kumparan menadi bertambah banyak sehingga pada kedua uung kumparan timbul gaya gerak listrik 3&4. 2. *agnet diauhkan terhadap kumparan maka garis gaya magnet yang melingkupi kumparan menadi berkurang kedua uung kumparan uga timbul &. 9. *agnet diam terhadap kumparan umlah garis gaya magnet yang melingkupi kumparan tetap sehingga tidak ada &. (esimpulan per-obaan diatas adalah: Timbulnya gaya listrik 3&4 pada kumparan hanya apabila teradi perubahan umlah garis> garis gaya magnet.
aya gerak listrik yang timbul akibat adanya perubahan umlah garis>garis gaya magnet disebut & induksi sedangkan arus yang mengalir dinamakan arus induksi dan peristi,anya disebut induksi elektromagnetik. $#$#$ -akt'r Besarnya GGL
Ada beberapa aktor yang mempengaruhi besar & induksi yaitu: 1. (e-epatan perubahan medan magnet. Semakin -epat perubahan medan magnet maka & induksi yang timbul semakin besar. 2. Banyaknya lilitan semakin banyak lilitannya maka & induksi yang timbul uga semakin besar. 9. (ekuatan magnet semakin kuat geala kemagnetannya maka & induksi yang timbul uga semakin besar. $ntuk memperkuat geala kemagnetan pada kumparan dapat dengan alan memasukan inti besi lunak. & induksi dapat ditimbulkan dengan -ara lain yaitu: 1. *emutar magnet didekat kumparan atau memutar kumparan di dekat medan magnet. *aka kedua uung kumparan akan timbul & induksi. 2. *emutus>mutus atau mengubah>ubah arah arus searah pada kumparan primer yang didekatnya terletak kumparan sekunder maka kedua uung kumparan sekunder dapat timbul & induksi. 9. *engalirkan arus A7 pada kumparan primer maka kumparan sekunder didekatkan dapat timbul & induksi. Arus induksi yang timbul adalah arus A7 dan gaya listrik induksi adalah & A7.
Sebagaimana luks listrik luks magnet uga dapat diilustrasikan sebagai banyaknya garis medan yang menembus suatu permukaan.
ambar 2.9.Fluks *agnet. Fluks listrik yang dihasilkan oleh medan B pada permukaan yang luasnya dA adalah: d1 E . dA
32.14
1 =
∫ B.dA
32.24
1 =
∫ B.ndA
32.94
1 =
∫ BcosθdA
32.<4
ksperimen yang dilakukan oleh Faraday menunukkan bah,a perubahan luks magnet pada suatu permukaan yang dibatasi oleh suatu lintasan
tertutup
akan
mengakibatkan
adanya
&
menyimpulkan besarnya & yang timbul adalah : 3 = 1.ds
32.54
−d ∅ mag 3=
dt
32.64
Faraday
*asukan persamaan 32.24 ke persamaan 32.64 maka : B.dA
∫¿
3=
¿ d¿ −¿
32.4
*akna isis medan listrik diatas disebabkan oleh muatan statis sehingga medan akan bersiat konser%ati yaitu integral tertutup medan elektrostatik disekeliling kur%a tertutup sama dengan nol 3persamaan 2.54. sedangkan pada & induksi medan listrik tidak konseratis yang berhubungan dengan keadaan luks>nya. $#$#& !ukum Len.
Tanda negati pada hukum Faraday berkaitan dengan arah & induksi yang ditimbulkan. ukum &en; menyatakan bah,a arus induksi yang timbul arahnya sedemikian rupa sehingga menimbulkan medan magnet induksi yang mela,an arah perubahan medan magnet.
"ari gambar 2.< diatas dapat terlihat bah,a ika medan magnet bertambah 3ke atas4 maka akan timbul medan magnet induksi yang berla,anan arah dengan medan magnet utama 3ke ba,ah4 medan induksi ini akan menghasilkan & induksi pada kumparan tersebut dengan arah yang disesuaikan dengan aturan tangan kanan seperti gambar 2.5 diba,ah ini.
ambar 2.5 (aidah Tangan (anan $#$#/ In(uktansi Diri
#nduktansi merupakan besaran yang menyatakan besarnya luks magnetik yang melalui suatu induktor atau lilitan pada arus tertentu dan dinotasikan dengan & satuan 1 E 1/bA E 1Tm2A. Bila dilihat dari penelasan tentang hukum Biot>Sa%art dan hukum Ampere yang berhubungan dengan adanya arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar menyebabkan adanya medan magnet disekitar penghantar tersebut. Besarnya medan magnet yang ditimbulkan sebanding dengan besarnya arus listrik yang mengalir sebagai -ontoh : •
B pada ka,at panang : μ0 I = 2 πa
( )
•
B pada loop lingkaran : =
•
32.4
(
μ0 R 2
2
2
2
(Z + R )
B pada solenoida : μ η ¿ I = 5 0
3 2
)
I
32.=4
32.104
ambar 2.6. #nduktansi "iri. "ari persamaan 32.4 sampai dengan 32.104 terlihan bah,a B sebanding dengan # dan karena dari persamaan 32.24 diperoleh bah,a B sebanding dengan
ϕ maka luks magnet uga sebanding dengan nilai & oleh
karena itu maka dapat diperoleh tetapan kesebandingan yaitu : ϕ
)
=(-
32.114
"imana & adalah tetapan kesebandingan antara
ϕ dan - yang
dinamakan induktansi 3diri4 dari suatu sistem sedangkan ) merupakan umlah lilitan maka: )
ϕ
=
=5nl5
μ0
ni
n=
N l
2 μ ) ϕ =5nl5 = nl5 0 ni = μ0 n l
32.124 Sehingga nilai induktansi untuk selenoida adalah :
ϕm ( = )
i
2
= μ0 n l
32..194 Apabila arus dalam rangkaian berubah terhadap ,aktu maka luks magnetik uga berubah maka timbul & induksi dalam rangkaian dan hubungan adalah: d ( Li ) dϕ = L = L di dt dt dt
(arena
pada
hukum
Faraday
perubahan
luks
listrik
dapat
menimbulkan & maka persamaan 32.4 dapat dinyatakan dengan : ε = L
di dt
$#$#0 In(uktansi Bersama
!ada gambar 2. arus i1 pada kumparan 1 akan menghasilkan medan magnet yang luks magnetnya akan mempengaruhi kumparan 2. +ika i1 berubah maka medan magnet pada kumparan 1 uga akan berubah dan hal ini akan menyebabkan teradinya & induksi pada kumparan 2. (etiika timbul & induksi pada kumparan 2 maka arus akan mengalir dikumparan 2 dan akan menghasilkan medan magnet pula yang akan mempengaruhi kumparan 1 hal inilah yang dinamakan induktansi bersama 3*4 yang menurut hukum Faraday besarnya adalah: ε 2 =− M
ε 1=− M
di1 dt
di2 dt
"imana besarnya * 3*utual #ndu-tan-e4 adalah : M =
N 2 ϕ B 2 i1
N 1 ϕ B 1
=
i2
ambar 2. #nduktansi Bersama 2.9. !rinsip pengiriman nergi "engan #nduksi 'esonansi *agnet $#&#"# Res'nansi se1ara -isika
'esonansi merupakan keadian yang banyak teradi pada sistem isika. 'esonansi dapat teradi karena pengaruh rekuensi alami namun untuk mendapatkan sebuah proses resonansi yang memiliki eisiensi energi yang baik maka sebaiknya ditambahkan sebuah sistem osilasi. Sebagai -ontoh sebuah sistem osilasi sederhana adalah ayunan yang didalamnya terlihat energi kinetik dan energi potensial. Ayunan akan bergerak bolak>balik pada keadaan tertentu sesuai dengan panang ayunannya tinggi dan tidaknya ayunan tersebut tergantung dari koordinat lengan dan gerakan kaki anak yang bermain ayunan terhadap ayunan. Sehingga ayunan tersebut dapat dikatakan berosilasi pada rekuensi
resonansi
dan
gerakan
sederhana
dari
anak
yang
menggunakan ayunan tersebut merupakan sebuah eisiensi energi yang ditransmisi kedalam sistem. 'esonansi uga dapat di katakan sebagai sebuah enomena dimana sebuah sistem yang bergetar dengan amplitudo maksimum akibat
adanya implus gaya yang berubah>ubah yang bekera pada impuls tersebut. (ondisi seperti ini dapat teradi bila rekuensi gaya yang bekera tersebut berhimpit atau sama dengan rekuensi getar yang tidak diredamkan dari sistem tersebut. "engan kata lain resonansi adalah peristi,a bergetarnya suatu benda akibat getaran benda lain. +ika kita melakukan sebuah per-obaan tentang resonansi maka hal yang paling mudah diperhatikan adalah resonansi pada garpu tala. Bila sebuah garpu tala digetarkan didekat satu kolom udara yang salah satu uungnya tertutup sedangkan uung lainnya terbuka maka resonansi akan teradi. 3lihat gambar 2.4
ambar 2. 'esonansi dengan garpu tala Bila 6 = 7/f+ maka : l = 52m 8 #/4f "imana :
l
E panang kolom udara
*
E bilangan resonansi 30129......4
E rekuensi garpu tala
G
E panang gelombang
H
E ke-epatan suara diudara
(onsep resonansi yang teradi antara garpu tala dengan kolom udara dapat diadikan dasar untuk menentukan nilai ke-epatan suara di udara se-ara -epat dan mudah dibandingkan dengan -ara yang lainnya. !ada gambar 2 diperlihatkan sebuah alat sederhana yang dapat digunakan untuk mengukur lau bunyi di udara dengan metode resonansi. Sebuah garpu tala yang bergetar dengan rekuensi 3f 4
dipegang didekat uung yang terbuka dari sebuah tabung. Tabung itu sebagian diisi oleh air lalu panang kolom udara dapat diubah>ubah dengan mengubahh tinggi permukaan air. "idapatkan bah,a intensitas bunyi adalah maksimum bila tinggi permukaan air lambat laun direndahkan dari pun-ak tabung searak setelah itu intensitas men-apai lagi pada arak d 2d 9d dan seterusnya.
ambar 2.= !er-obaan resonansi dengan tabung beana (eterangan : A : tabung beana berisi air B : pipa baa ke-il dengan kolom udara yang dapat berubah>ubah 3d4 7 : arak tabung dengan garpu tala #ntensitas bunyi men-apai maksimum bila kolom udara beresonansi dengan garpu tala tersebut. (olom udara beraksi seperti sebuah tabung yang tertutup disalah satu uung. !ada gelombang tegak lurus yang terdiri dari titik simpul dipermukaan air dan sebuah titik perut didekat uung terbuka. (arena rekuensi dari sumber adalah tetap dan lau bunyi didalam kolom udara mempunyai sebuah nilai yang pasti maka resonansi teradi pada sebuah panang gelombang spesiik. 6 = 7 / f
+arak d diantara kedudukan>kedudukan resonansi yang berturutan adalah arak diantara titik>titik titik simpul yang berdekatan. 3lihat gambar 2.4 d = 6 / 2 atau 6 = 2d
"engan menggabungkan
dua
persamaan
tersebut makan
akan
didapatkan : 2d = 7 / f atau 7 = 2df
2#&#$ Res'nansi Eektr'magnetik 'esonansi elektromagnetik erat hubungannya dengan enomena medan elektromagnet yang uga erat hubungannya dengan proses teradinya aliran listrik. 'adiasi dari medan elektromagnet pada tingkat tertentu dapat menadi bahaya bagi kelangsungan hidup organisme yang berada didalam angkauannya. *edan elektromagnet dapat digolongkan dalam medan listrik dan medan magnet. "an karena medan magnet auh lebih aman bila dibandingkan dengan medan listrik maka medan magnet menadi pilihan yang paling tepat untuk digunakan sebagai media pengiriman energi ika dibandingkan dengan medan listrik dalam pemanaatannya
untuk
perpindahan
energi
elektromagnet.
ambar 2.10 gelombang elektromagnet.
se-ara
resonansi
"alam
pembangkitan
suatu
medan
elektromagnet
radiasi
gelombang elektromagnet yang dihasilkan akan memuat selumlah energi yang dipan-arkan ke lingkungan. nergi ini akan terus terpan-ar tidak bergantung pada ada atau tidaknya yang menangkap gelombang tersebut. Apabila terdapat suatu benda yang mampu menangkap radiasi elektromagnetnya maka benda tersebut akan beresonansi dan akan menerima energi tersebut dan teradilah perpindahan energi se-ara resonansi elektromagnetik. "ari penelasan diatas maka kita dapat meran-ang sebuah alat resonator yang memiliki rekuensi tertentu yang kemudian akan berperan menadi penghasil medan elektromagnet sebagai sumber energi pada sistem. &alu sebuah alat yang berguna menangkap radiasi gelombang elektromagnetnya dimana alat tersebut uga memiliki rekuensi resonansi sendiri yang sama dengan sumber. Sehingga teradi suatu hubungan resonansi se-ara elektromagnet. nergi yang diterima kemudian digunakan sebagai penyuplai beban setelah dikon%ersikan dengan rangkaian rambahan. Se-ara umum sistem resonansi elektromagnetik dengan resonansi rekuensi memiliki kesamaan yaitu sama>sama memiliki nilai eekti dalam radius tertentu. Apabila di dalam radius eekti tersebut terdapat sumber
medan
elektromagnet
atau
penangkap
gelombang
elektromagnet lain yang memiliki rekuensi resonansi yang sama dengan sistem sebelumnya maka mereka akan dapat bergabung dengan sistem resonansi elektromagnet yang telah ada dan akan membentuk hubungan resonansi elektromagnet yang lebih besar. "engan kata lain sistem ini tidak hanya terbatas pada sebuah energi dan sebuah penangkap energi saa. )amun sistem ini dapat terdiri atas beberapa sumber energi dan beberapa penangkap energi selama mereka
terdapat didalam radius eekti dari sistem elektromagnet dan memiliki rekuensi resonansi yang sama.
BAB III ANALISA !ASIL PER2)BAAN
!ada bab sebelumnya telah disinggung tentang metode yang dilakukan untuk per-obaan yang dilakukan pada sistem wireless %ower transmission 5&T. !ada per-obaan ini hanya dipusatkan pada penguian atas transmitter 3pengirim4 saa sedangkan untuk penguian pada penerima tidak dibahas pada tulisan ini. )amun pada penguian uga tetap menggunakan sisi penerima namun kapasitannya hanya sebagai data pendukung yang menandakan bah,a sistem /!T bekera dengan baik. /#" U%i 2'ba (an Anaisis Transmitter
"alam penguian transmitter terdapat dua enis penguian untuk melihat trend yang teradi pada sistem tersebut. !enguian ini bertuuan untuk melihat
rekuensi yang dihasilkan dari transmitter yang telah dibuat hingga mendapatkan nilai yang kira nya dianggap optimal baik dari sisi biaya maupun hasil yang diinginkan penguian itu terdiri dari : • •
!enguian rekuensi transmitter tanpa beban !enguian rekuensi transmitter dengan beban /#"#" U%i 2'ba (an anaisa sistem (engan peruba*an 3rekuensi tanpa beban
!rosedur yang dilakukan per-obaan pertama pada transmitter dimana pengukuran hanya dilakukan pada bagian transmitter dan tanpa beban adalah: 1. *empersiapkan %ower su%%ly+ alat ukur dan alat>alat yang mungkin berguna pada pengukuran. 2. arapan yang didapat adalah rekuensi dari transmitter maka yang dilakukan seperti yang telah di bahas sebelumnya adalah mengubah dan mengganti umlah kapasitor di &7.
9. !astikan semua alat ukur telah terkalibrasi dengan baik dan gunakan %ro:e yang minim distorsi dan usahakan gunakan oscilosco%e digital sehingga rekuensi tegangan %ea* to %ea* serta
tegangan R,; yang terukur langsung terlihat dan lebih presisi. <. !astikan uga tegangan ala>ala yang digunakan tidak drop karena akan mengganggu stabilitas dari transmitter. Setelah persiapan telah dilakukan dengan baik maka lakukan pengukuran dengan menggunakan oscilosco%eyang telah terkalibrasi. $ntuk per-obaan pertama ini dilakukan dengan mengubah>ubah umlah ca%asitor lalu amati apa yang teradi pada oscilosco%e tersebut. (arena
konsentrasi per-obaan pertama ini hanya mengamati perubahan perubahan yang teradi pada transmitter maka data yang diperlukan hanyalah rekuensi tegangan %ea* to %ea* dan tegangan R,; . Setelah dilakukan 6 kali perubahan kapasitor maka hasil yang didapat adalah seperti tabel diba,ah ini : !'7OBAA) TA)!A BBA) Transmitter (ombinasi kapasitor 3ITJ4 Frekuensi 3*;4 Hpp 3Holt4 1 9.02 5<. 2 2.22= 55.2 9 1.25 56. < 1.600 56. 5 1.<96 5. 6 1.99= 69.< Tabel 9.1 "ata per-obaan tanpa beban
Hrms 3Holt4 1.= 1=.2 1=.= 1=. 20. 29.=
"ari data diatas pada umlah kapasitor 1 buah dengan 6 buah teradi perubahan yang signiikan baik dari rekuensi maupun dari tegangan baik tegangan %ea* to %ea* maupun tegangan R,;. "engan adanya kenaikan umlah kapasitor maka perbandingan dengan rekuensi akan berbanding terbalik dan sebanding lurus dengan kenaikan tegangan pada sistem. "ari data diatas belum bisa mempresentasikan mana nilai yang terbaik dari transmitternya namun bila tegangan yang menadi patokan untuk transmisi maka bisa dipastikan semakin besar kapasitor 3sekitar <>5 -ap4 akan semakin bagus karena nilai tegangan yang dihasilkan uga sangat besar. )amun hal lain yang perlu dilihat yaitu pada hukum ke-epatan rambat dimana: 7 = 6 < f
*aka semakin ke-il nilai rekuensi akan berpengaruh pada ke-epatan rambat 3ika kita asumsikan panang gelombang selalu sama4. "engan lambatnya ke-epatan rambat pada sistem maka akan mempengaruhi penghantaran daya. Oleh karena itu dari data diatas dapat diambil nilai rata>rata rekuensi yang teradi dengan demikian akan diperoleh berapa nilai yang masih reasona:le untuk digunakan pada sistem ini. al ini akan dipermudah bila mendapatkan data dari per-obaan ke dua. Tabel hasilnya akan dibandingkan dengan perhitungan yang dilakukan sesuai teori yang ada pada bab 2 yaitu : 1
f E
2 π √ LC
)ilai ( disini adalah nilai dari pengukuran nilai indukti pada loo%+ yang telah dilakukan sebelumnya. )amun karena satu dan lain hal kami tidak bisa menampilkan nilai (C pada tulisan ini.
Setelah mendapatkan nilai perhitungan dari (C yang digunakan maka kita uga bisa mendapatkan nilai rekuensi ideal yang teradi. Setelah mendapatkan semuanya dengan lengkap lalu akan mendapatkan data pembanding antara perhitungan dan per-obaan lalu akan didapat nilai persentasi error dari sistem ini. Semakin ke-il persen error maka sistem ini beralan sesuai dengan yang semestinya.
(ombinasi kapasitor 3ITJ4 1 2 9 < 5 6
!'7OBAA) TA)!A BBA) Transmitter Frekuensi Hpp 3Holt4 3*;4 902 5< 222= 552 125 56 1600 56 1<96 5 1920 69<
!'#T$)A) Hrms 3Holt4
Frekuensi 3*;4
1.= 1=.2 1=.= 1=. 20. 29.=
9262 290 1< 1691 1<5= 1992
@error 1 99 911 1=1 15 0=
Tabel 9.2 !erbandingan perhitungan dengan per-obaan tanpa beban. asil dari tabel diatas mempresentasikan bah,a sistem yang dibuat telah sesuai dengan teori yang ada. (esalahan>kesalahan yang teradi pada sistem ini tidak terlalu signiikan karena ika dilihat dari persentasi error yang ada nilainya tidak lebih dari 10@ dengan nilai demikian
dapat
disimpulkan
bah,a
sistem telah
beralan
hingga dapat
membentuk gelombang resonansi yang diinginkan. /#"#$ U%i 2'ba (an anaisa sistem (engan peruba*an 3rekuensi (engan beban
!ada penguian yang kedua ini dilakukan pengambilan data rekuensi yang sama seperti per-obaan pertama namun ditambahkan sebuah receiver dimana pada receiver tersebut diberikan sebuah beban yang berupa lampu piar yang memiliki spesiikasi 12 H/. Sama seperti apa yang dilakukan pada per-obaan pertama per-obaan dilakukan dengan mengubah>ubah nilai kapasitor yang ada pada transmitter sehingga perubahan yang teradi pada per-obaan pertama uga akan sama teradi pada per-obaan kedua. )amun perbedaan antara per-obaan pertama dan kedua adalah pada saat
pengukuran disini terdapat rangkaian receiver sebagai pembuktian apakah memang sistem &T beralan. "engan adanya receiver pada per-obaan kedua bukan berarti re-ei%er menadi tolak ukur untuk pembahasan dalam analisa ini. 'e-ei%er disini hanya sebagai pelengkap data dari proses analisa untuk mendapatkan nilai
transmitter
yang
terbaik. Sedangkan
untuk
pembahasan re-ei%er akan dibahas pada penulisan yang lainnya. "ata yang terdapat di tabel 9.9 merupakan data yang didapat dari per-obaan yang dilakukan. Terlihat trend perubahan yang teradi pada tabel 9.9 hampir sama dengan trend pada tabel 9.1. dimana dengan adanya kenaikan umlah kapasitor maka akan teradi penurunan pada rekuensi sehingga akan dikatakan berbanding terbalik dan sebaliknya teradi kenaikan pada tegangan atau sebanding lurus dengan kenaikan tegangan pada sistem. )amun dengan adanya data tegangan yang diterima pada re-ei%er maka hasil ini akan dapat membantu untuk menentukan mana umlah kapasitor yang paling optimum untuk transmitter. "ari data nilai yang paling baik teradi mulai dari kapasitor ke 6 dimana tegangan '*S yang terba-a di Os-ilos-ope sebesar 16<0 Hrms 3dengan beban lampu 12H/4. "engan demikian pilihan kapasitor berada pada kapasitor ke 6. )amun seperti yang telah dibahas pada per-obaan sebelumnya rekuensi uga mengambil andil besar dalam pemilihan umlah kapasitor. "engan nilai rekuensi sebesar 199 *h; pada kapasitor ke 6 untuk mendapatkan ke-epatan rambat yang baik baik kapasitor 6 merupakan komposisi &7 yang paling optimal pada sistem ini. "engan ke-epatan rambat yang -ukup maka arak antara transmit dan re-ei%er yang dapat di-apai akan semakin auh. !erubahan arak yang teradi pada sistem akan dibahas pada penelitian tentang re-ei%er telah dilakukan bersama>sama. )amun karena ini bukan merupakan kapasitas dalam tulisan ini tidak akan dielaskan se-ara mendalam tentang re-ei%er ini.
!'7OBAA) TA)!A BBA) (ombinasi kapasitor 3ITJ4 1 2 9 < 5 6
Transmitter Frekuensi Hpp 3Holt4 3*;4 902 5920 22<< 520 1<9 52<0 1562 5160 1<22 560 199= 6500
Hrms 3Holt4 1.10 1.50 1.<0 1.10 20.00 22.<0
Hpp 3Holt4 20 =20 1200 16<0 1<0 <6<0
Receiver Hrms 3Holt4
12 956 <2 569 66 16<0
50 50 50 50 50 50
+arak 3-m4
Tabel 9.9 !er-obaan dengan menggunakan beban !'7OBAA) TA)!A BBA) (ombinasi kapasitor 3ITJ4 1 2 9 < 5 6
Transmitter Frekuensi Hpp 3Holt4 3*;4 902 5920 22<< 520 1<9 52<0 1562 5160 1<22 560 199= 6500
Hrms 3Holt4 1.10 1.50 1.<0 1.10 20.00 22.<0
Hpp 3Holt4 20 =20 1200 16<0 1<0 <6<0
!'#T$)A)
Receiver Hrms 3Holt4
+ara k 3 -m4
Frekuensi 3*;4
@rror
12 956 <2 569 66 16<0
50 50 50 50 50 50
9262 290 1< 1691 1<5= 1992
61 22 215 <2< 259 05<
Tabel 9.< !erbandingan perhitungan dengan per-obaan dengan beban Tabel 9.< merupakan tabel yang memperlihatkan persen error yang teradi apabila sebuah sistem terintergasi se-ara sempurna dimana didalamnya terdapat transmitter dan re-ei%er. "engan kesimpulan a,al dari tabel sebelumnya dimana umlah kapasitor yang digunakan adalah sebanyak 6 buah. !ada data diatas menyakinkan bah,a dengan menggunakan komposisi kapasitor ke 6 lah nilai error untuk perhitungan
rekuensi
yang
paling
mendekati
sempurna.
Oleh
karenanya penggunaannya akan dipertahankan pada umlah kapasitor dengan komposisi ke 6.
BAB I4 KESIMPULAN
Berdasarkan penguian yang dilakuukan untuk sebuah peran-angan transmitter pada sistem ireless &ower Transmission 5&T. *aka didapat
sebuah kesimpulan yang didapat adalah:
