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