MODUL PEMBELAJARAN WIRELESS ENERGY TRANSFER DENGAN
INDUKSI ELEKTROMAGNETIK
Oleh
Icha Kristiani Putri
NIM: 612014018
Skripsi
Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
November 2018
INTISARI
Wireless energy transfer merupakan proses penggiriman daya tanpa
menggunakan kabel. Pengiriman energi listrik wireless pertama kali dibuktikan oleh
Nikola Tesla pada tahun 1893. Sekarang ini teknologi wireless energy transfer
menggunakan induksi elektromagnetik telah dimanfaatkan sebagai pengisian daya suatu
perangkat. Sebagian besar dari penelitian mengenai teknologi ini hanya berfokus pada
bagaimana memperbesar efisiensinya sebagai catu daya suatu perangkat.
Pengembangan teknologi ini sebagai bahan pembelajaran belum mendapat
perhatian. sedangkan teknologi wireless energy transfer dengan induksi elektromagnetik
ini sebenarnya sangat layak bagi mahasiswa sebagai bahan pembelajaran secara teori
maupun praktik. Pada skripsi ini teknologi wireless energy transfer dengan induksi
elektromagnetik digunakan sebagai modul pembelajaran (alat praktikum). Alat ini dapat
divariasikan jarak, sudut dan frekuensinya pada 300KHz, 150KHz dan 10KHz.
Dari pengujian yang telah dilakukan didapat pengaruh jarak dan sudut pada
teknologi ini sangat berpengaruh pada efisiensi daya yang dapat ditransferkan secara
wireless dengan induksi elektromagnetik. Pada jarak terdekat yaitu 5 cm didapat
efisiensi daya maksimum yang dapat ditransfer untuk frekuensi 300KHz sebesar 0,5%
,frekuensi 150KHz efisiensi daya maksimum yang dapat ditransfer sebesar
1%.Sedangkan untuk frekuensi 10KHz efisiensi daya maksimum yang dapat ditransfer
sebesar 0,5%. Semakin jauh jarak maka semakin kecil pula efisiensi daya yang dapat
ditransfer.
Kata Kunci: wireless energy transfer, efisiensi, induksi elektromagnetik
Mengetahui, Mengesahkan, Penyusun,
Hartanto K. Wardana, MT. Deddy Susilo, M.Eng Icha Kristiani P
Dekan Pembimbing
ABSTRACT
Wireless energy transfer is the process of sending without using cables. The first
Wireless energy transfer proved by Nikola Tesla in 1893. nowadays wireless energy
transfer technology using electromagnetic induction has been used to charging a device.
Most of the research on this technology only focused at how to increase its efficiency as
a power supply for a device.
Development of this technology as learning material has not received attention
yet. Whereas wireless energy transfer technology with electromagnetic induction is
actually very feasible for student as learning material in theory and practice. In this
thesis wireless energy transfer technology with electromagnetic induction is used as
learning module (practicum tool). This device can vary the distance, angle, and
frequency at 300KHz, 150KHz dan 10KHz.
From the test that have been carried out obtained the influence of distance and
angle on this technology is very influential on the power efficiency that can be
transferred wirelessly with electromagnetic induction. At the nearest distance of 5cm,
obtained the maximum power power efficiency that can be transferred for 300KHz
frequency is 0.5%, the maximum power efficiency that can be transferred for 150KHz
frequency is 1%, while for the 10KHz frequency the maximum power that can be
transferred is 0,5%. The farther the distance, the smaller the power efficiency that can
be transferred.
Keywords: wireless energy transfer, efficiency, electromagnetic induction
KATA PENGANTAR
Segala syukur dan puji hanya bagi Tuhan Yesus Kristus, oleh karena anugrah,
kasih setia dan kemurahan-Nya yang selalu menyertai penulis selama menempuh
pendidikan hingga akhirnya dapat menyelesaikan perancangan dan penulisan skripsi
dengan judul: “Modul Praktikum Wireless Energy Transfer dengan induksi
elektromagnetik”, sebagai syarat kelulusan di Fakultas Teknik Elektronika dan
Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.
Tanpa mengurangi rasa hormat, pada kesempatan ini penulis juga hendak
mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang baik secara langsung maupun
tidak telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini :
1. Tuhan Yesus Kristus, sumber segala ilham selama penyelesaian skripsi ini,
sumber pengetahuan utama, sumber kekuatan, sumber sukacita, kepada Dia
Allah Bapa di Surga, kemuliaan selama-lamanya.
2. Mama yang luar biasa, kuat dan tangguh yang selalu memberi kasih sayang,
cinta, perhatian,doa,dan selalu mendukung baik secara moral maupun materil.
3. Keluarga besar Soebijantono Asmoerah: bude Heny, pakde Didik, bulek Atik,
om Aji, tante Joice, om Kapri, mama Ana(almh), bapak bambang(alm), mas
Bob, mbak Rista, Mika, Dewa, Himawan, Ben, Aster dan Bintang trimakasih
atas doa dan dukungan secara moril maupun materil.
4. Tante Mimin dan Om Roy yang telah memberikan dukungan moril dan
materil untuk penulis agar menyelesaikan studi dan mewujudkan cita-cita
dengan baik.
5. Bapak Deddy Susilo, M.Eng selaku pembimbing I penulis yang sudah
memberikan waktunya untuk memberi bimbingan dan arahan yang luar biasa
kepada penulis selama mengerjakan skripsi ini.
6. Ibu Eva Yovita Dwi Utami, M.T selaku pembimbing II, yang tidak kalah luar
biasanya bimbingan serta arahan yang diberikan yang berdampak bagi
penyelesaian skripsi penulis.
7. My best bro, Boy Hutapea yang sudah berjalan bersama dalam suka maupun
duka, mendukung, mendengarkan keluhkesah dan merelakan laptopnya dijajah
untuk membantu pengerjaan skripsi saya.
8. My best partner in spirit, ci Meli,ci Sherly,kun Laras. My faithful friend Dini
Vidiansari trimakasih telah menjadi temanku yang luar biasa sejak SMK.
Terimakasih atas kehadiaran kalian dalam persahabatan yang luar biasa,atas
doa, perhatian, semangat dan nasihat yang diberikan kepada penulis. Be bless
anywhere.
9. My best team ever, keluarga besarku FTEK 2014: Sekar, Dinda, Dira, Ane,
Nia, Khansa, Novi, Dara, Ega, Thalia, Adit, Elisa, Abdusy, Mbah, BK, Restu,
Eno, Awen, Arvin, Nico, Dido, Jason, Yoga, Dio, Mamat, Kevin, Darwin,
Emon, Pupuh, Huda, Edwin, Dera, Risky, Gigih, Melky, Pian, Putu, Aldo,
Tian, Bancak, Eko, dll Trimakasih sudah berproses bersama, sangat bersyukur
dipertemukan dengan kalian di keluarga ini. Menjalani perkuliah di FTEK
tidak pernah mudah, tapi dengan kalian yang sulit menjadi menyenangkan.
10. Semua keluarga besar FTEK baik kakak angkatan, adik angkatan, seluruh staff
dosen, dan karyawan yang telah membantu dan memfasilitasi penulis selama
belajar di FTEK UKSW.
11. Teman-teman dan berbagai pihak yang tidak dapat dituliskan satu persatu,
penulis mengucapkan terima kasih.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata “sempurna”, oleh karena
itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga
skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan di bidang teknik elektronika.
Salatiga, November 2018
Penulis
DAFTAR ISI
INTISARI ................................................................................................................. i
ABSTRACT............................................................................................................... ii
KATAPENGANTAR.................................................................................................. iii
DAFTAR ISI.............................................................................................................. v
DAFTAR GAMBAR.................................................................................................. vii
DAFTAR TABEL....................................................................................................... viii
DAFTAR SIMBOL.................................................................................................... ix
DAFTAR SINGKATAN ............................................................................................ x
DAFTAR LAMPIRAN.............................................................................................. xi
BAB I PENDAHULUAN................................................................................... 1
1.1. Tujuan...................................................................................................... 11.2. Latar Belakang Masalah.......................................................................... 11.3. Spesifikasi Alat........................................................................................ 21.4. Sistematika Penulisan.............................................................................. 3
BAB II DASAR TEORI....................................................................................... 4
2.1. Kajian Pustaka......................................................................................... 42.2. Dasar Teori.............................................................................................. 7
2.2.1 Medan Elektromagnetik................................................................................. 72.2.2 Induksi Elektromagnetik................................................................................ 82.2.3 nduktansi Bersama (Mutual Inductance)....................................................... 92.2.4 Osilator........................................................................................................... 102.2.5 Rectifier.......................................................................................................... 12
BAB III PERANCANGAN................................................................................... 13
3.1. Gambaran Alat......................................................................................... 13
3.2. Perancangan Elektronika......................................................................... 163.2.1 Transmitter..................................................................................................... 173.2.2 Receiver.......................................................................................................... 19
i. Kumparan RX.................................................................................. 19ii. Rectifie.............................................................................................. 19
3.2.3 Panduan Praktikum Wireless Energy Transfer............................................... 20
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS.............................................................. 21
4.1. Pengujian Dengan Variasi Jarak.............................................................. 214.2. Pengujian Dengan Variasi Sudut............................................................. 284.3. Pengaruh Frekuensi Pada Teknologi Wireless Energy Transfer.............. 314.4. Ujicoba Alat dan Pedoman Praktikum Pada Mahasiswa........................ 32
BAB V KESIMPULAN....................................................................................... 34
5.1. Kesimpulan.............................................................................................. 345.2. Saran Pengembangan.............................................................................. 35
DAFTAR PUSTAKA................................................................................................. 36
LAMPIRAN............................................................................................................... 37
Lampiran A.............................................................................................. 37
Lampiran B.............................................................................................. 42
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Arah Induksi Magnet.................................................................................9
Gambar 2.2. Osilator Colpitts......................................................................................11
Gambar 3.1. Blok Diagram Alat..................................................................................13
Gambar 3.2. Realisasi Alat Keseluruhan.....................................................................14
Gambar 3.3. Modul Penggerak Wireless Energy Transfer...........................................15
Gambar 3.4. Modul Trainer.........................................................................................15
Gambar 3.5. Skema Modul Trainer.............................................................................16
Gambar 3.6. Rangkaian Osilator..................................................................................17
Gambar 3.7. Rangkaian Rectifier.................................................................................20
Gambar 4.1. Grafik Pengaruh Jarak Pada Tegangan Keluaran....................................23
Gambar 4.2. Induksi Jarak Dekat.................................................................................24
Gambar 4.3. Induksi Jarak Jauh...................................................................................24
Gambar 4.4. Hasil Pengukuran Arus Transmitter Pada Frekuensi 300KHz................25
Gambar 4.5. Hasil Pengukuran Arus Transmitter Pada Frekuensi 150KHz................25
Gambar 4.6. Hasil Pengukuran Arus Transmitter Pada Frekuensi 10KHz..................26
Gambar 4.7. Grafik Pengaruh Sudut Terhadap Tegangan Keluaran............................29
Gambar 4.8. Sinyal Keluaran Saat Sudut Kemiringan Sebesar 20°............................30
Gambar 4.9. Sinyal Keluaran Saat Sudut Kemiringan Sebesar 160°..........................30
Gambar 4.10. Grafik Hasil Penilaian Responden........................................................32
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Kajian Pustaka...............................................................................................4
Tabel 3.1. Perhitungan Perancangan Rangkaian Osilator............................................18
Tabel 3.2. Hasil Pengukuran Perancangan Rangkaian Osilator ..................................18
Tabel 3.3. Perancangan Kumparan RX........................................................................19
Tabel 4.1. Hasil Pengukuran Pengaruh Jarak Terhadap Tegangan Keluaran.............. 22
Tabel 4.2. Perhitungan Arus dan Daya Pada Transmitter............................................26
Tabel 4.3. Perhitungan Arus dan Daya Pada Receiver.................................................27
Tabel 4.4. Hasil Pengukuran Pengaruh Sudut Terhadap Tegangan Keluaran..............28
Tabel 4.5. Presentase Penilaian Responden................................................................33
DAFTAR SIMBOL
V Tegangan (Volt)
f Frekuensi (Hz)
c Cepat rambat gelombang elektromagnetik (m/s)
μ0 Permeabilitas ruang hampa (Wb/Am)
ϵ0 Permitivitas ruang hampa ( C2/Nm2 )
ϕ Fluks magnet (Wb)
B Induksi magnet (Wb/ m2)
A Luas Bidang (m2)
θ Sudut ()
ε GGL induksi (volt)
N Banyak lilitan
I Arus (Ampere)
λ Fluks lingkup total (Wb)
M Mutual inductance
k Koefisien gandeng
L Induktor (Henry)
C Kapasitor (F)
fo Frekuensi osilasi (Hz)
r Jari-jari
l Panjang
Inch Satuan panjang (Inchi)
P Daya (Watt)
F Satuan Kapasitansi (Farad)
R Hambatan (Ω)
DAFTAR SINGKATAN
FTEK Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
UKSW Universitas Kristen Satya Wacana
EBT Energi Baru dan Terbarukan
MIT Massachusetts Institute of Technology
AC Alternating Current
DC Direct Current
TX Transmitter
RX Receiver
GGL Gaya Gerak Listrik
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A Panduan Praktikum .............................................................. 32
Lampiran B Angket.................................................................................. 37