BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Definisi Transmisi Daya Listrik Tanpa Kabel

Sistem transmisi daya listrik tanpa kabel merupakan teknologi yang dapat merubah

energi listrik menjadi energi magnetik untuk ditransmisikan ke udara melalui frekuensi

tertentu. Walaupun sistem teknologi wireless ini sudah berkembang pesat pada transmisi data,

namun terdapat perbedaan mencolok antara transmisi yang bertujuan untuk mentransfer

informasi dengan transmisi yang bertujuan untuk mentransfer daya listrik.

Sistem transmisi daya listrik tanpa kabel dapat merubah daya magnetik menjadi daya

listrik dengan penerapan teori, yaitu daya magnetik mempengaruhi sifat material logam di

sekitarnya. Menurut para ahli, penggunaan daya listrik tanpa kabel dianggap lebih efisien dan

lebih aman daripada penggunaan daya listrik melalui kabel. Daya listrik tanpa kabel tidak

memerlukan jaringan listrik yang dapat menaikkan harga produksi listrik, sekaligus dapat

mencegah kecelakaan yang tidak diharapkan, misalnya kecelakaan korsleting atau hubung

singkat. Sistem ini juga dapat mengurangi jumlah konsumsi batu baterai dalam skala besar,

dan hal ini memiliki peran penting dalam rangka melestarikan lingkungan hidup yang sehat.

[1]

Saat ini, kebutuhan akan sistem transmisi daya listrik tanpa kabel telah menjadi gaya

hidup baru untuk kita semua. Pada tahun 2003, satu tim ahli berhasil mengembangkan sistem

penggunaan frekuensi radio untuk mengontrol temperatur A/C secara otomatis. Ditambah

lagi, sejumlah besar masyarakat setiap hari menggunakan sikat gigi listrik yang dapat mengisi

ulang tanpa adanya kabel. Selain itu, sistem pengisian listrik tanpa kabel untuk telepon

genggam dan televisi, juga sudah diumumkan secara resmi baru-baru ini.

Alat pengirim daya listrik tanpa kabel memiliki banyak sekali kegunaan dalam

kehidupan sehari-hari, antara lain :

Memberikan sumber daya listrik secara langsung, yaitu ketika peralatan elektronik tanpa

baterai membutuhkan daya listrik dan tidak ada kabel di sekitarnya, maka alat pengirim

daya listrik tanpa kabel akan berfungsi selama masih berada dalam area jangkauan.

Mengisi ulang secara otomatis, yaitu ketika peralatan elektronik yang menggunakan

baterai yang dapat diisi ulang sedang membutuhkan daya listrik, maka alat pengirim

daya listrik tanpa kabel ini dapat digunakan.

Akan tetapi, dalam sistem transmisi daya listrik tanpa kabel masih terdapat hal-hal

yang harus diperbaiki, khususnya dari segi jarak transmisi. Sistem transmisi daya listrik

wireless sekarang ini, hanya mampu mentransmisikan daya listrik sejauh 2.4 kilometer saja.

Selain itu, sistem ini terlebih dahulu harus mengatasi kekhawatiran masyarakat tentang

bahaya efek magnetik yang dapat timbul pada kesehatan manusia.[2]

Setidaknya terdapat empat metode dimana energi listrik dapat ditransfer dari sumber

listrik menuju beban listrik tanpa menggunakan konduktor buatan manusia, yaitu :

Induksi elektromagnetik.

Radiasi elektromagnetik.

Kopling gelombang.

Konduksi listrik.[3]

2.2. Prinsip Induksi Elektromagnetik

Pada tahun 1821, Michael Faraday membuktikan bahwa dengan adanya perubahan

medan magnet, maka dapat menimbulkan arus listrik. Melalui sebuah eksperimen sederhana,

yaitu sebuah magnet digerakkan masuk dan keluar pada kumparan, dapat menghasilkan arus

listrik pada kumparan tersebut. Arus listrik bisa terjadi jika pada ujung-ujung kumparan

terdapat GGL (Gaya Gerak Listrik), dan GGL yang terjadi pada ujung-ujung kumparan

dinamakan GGL induksi.[4]

Gambar 2.1. Gerak masuk keluarnya magnet di dalam kumparan [4]

Salah satu contoh sederhana dari transfer energi wireless berdasarkan prinsip induksi

adalah transformator. Pada transformator, transfer energi dapat terjadi karena adanya kopling

elektromagnetik melalui proses yang dikenal sebagai induksi, dimana arus listrik akan

mengalir ke kumparan primer dan menginduksi kumparan sekunder. Kelemahan utama dari

induksi adalah jarak yang pendek, karena penerima harus berada dalam jarak yang relatif

dekat dengan pemancar. Jika kedua kumparan ini dijauhkan, maka tingkat efisiensi

transformator akan sangat berkurang. Dan untuk mengatasi masalah jarak serta tingkat

efisiensi tersebut, maka digunakan rangkaian resonator yang biasa disebut dengan induksi

resonansi.

Konsep transmisi daya listrik tanpa kabel ini sangat berbeda dengan gelombang radio

maupun radiasi secara langsung, karena dalam proses transmisi daya listriknya tidak

memerlukan syarat yang mengharuskan tidak adanya penghalang antara rangkaian pemancar

dengan rangkaian penerima.[5]

2.3. Prinsip Induksi Resonansi Magnetik

Resonansi adalah suatu sistem fisik di dalam frekuensi alami yang cenderung untuk

menyerap lebih banyak energi dari lingkungan. Dengan kata lain, resonansi adalah fenomena

ketika satu objek bergetar dan menyebabkan objek lain dengan frekuensi yang sama ikut

bergetar pula. Resonansi dapat mentransfer energi. Dapat dikatakan bahwa inti dari propagasi

getaran adalah transfer energi. Demikian pula untuk bidang suara, hal ini juga mungkin bagi

medan elektromagnetik.

Bidang elektromagnetik itu sendiri adalah bidang energi yang dapat memberikan

energi untuk peralatan listrik yang digunakan. Mengingat faktor keselamatan bagi orang-

orang dan organisme lain di dalam medan listrik, maka medan magnet lebih aman dan lebih

cocok untuk digunakan sebagai media transfer energi dalam transfer energi resonansi

magnetik.

Gelombang elektromagnetik yang memancar itu sendiri mengandung energi, tidak

peduli apakah ada penerima atau tidak, energi gelombang elektromagnetik terus dikonsumsi.

Jika kita bisa membuat bidang non-radiasi magnet dengan frekuensi resonansi tertentu,

seperti sirkuit LC berosilasi dengan frekuensi resonansi yang sama di dalamnya, maka akan

menghasilkan resonansi elektromagnetik yang terus mengumpulkan energi di dalam

kumparan induktansi sehingga tegangan akan meningkat. Kemudian energi yang diterima

dapat digunakan oleh beban setelah dikonversi oleh sirkuit selanjutnya.

Jika ada lebih dari dua resonator dalam jangkauan efektif, mereka juga dapat

bergabung dengan sistem resonansi. Satu resonator dapat dihubungkan dengan catu daya

sebagai sumber energi, sedangkan yang lain sebagai pengkonsumsi energi, sehingga sistem

transfer energi direalisasikan. Dengan kata lain, kita dapat mentransfer energi dari satu

tempat ke tempat lain melalui medan magnet tak terlihat bukan melalui kabel listrik.[6]

2.4. Rangkaian Resonator

Rangkaian resonator adalah suatu rangkaian resonansi yang terdiri dari induktor (L)

dan kapasitor (C). Rangkaian ini biasa digunakan untuk menghasilkan sumber arus bolak-

balik atau sebagai pembangkit sinyal.

Prinsip kerja rangkaian ini agar dapat menghasilkan sinyal bolak-balik atau berosilasi

adalah dengan menggunakan induktor (L) dan kapasitornya (C). Kapasitor (C) menyimpan

energi di dalam medan listrik antara kedua pelatnya, berdasarkan tegangan di antara kedua

pelatnya. Sedangkan induktor (L) menyimpan energi di dalam medan magnetnya,

berdasarkan besarnya arus yang melaluinya.

Gambar 2.2. Skema diagram dari sistem transfer energi melalui resonansi magnetik [6]

Seperti terlihat pada gambar 2.2. di atas, ditunjukkan sebuah skema diagram

sederhana dari suatu sistem transmisi daya listrik tanpa kabel menggunakan prinsip induksi

resonansi magnetik. Blok yang berada di sebelah kiri merupakan rangkaian pemancar,

sedangkan blok yang berada di sebelah kanan merupakan rangkaian penerima.

Pada pemancar, sumber energi listrik arus bolak-balik disearahkan terlebih dahulu

dengan modul Power Convert. Induktor Ls dan kapasitor Cs merupakan sirkuit sumber

resonansi untuk menghasilkan medan non-radiasi magnetik alternatif. Frekuensi resonansi

dari sirkuit LC adalah fs. Sinyal kontrol untuk saklar daya tabung T dihasilkan oleh Switch

Drive Circuit dan frekuensinya adalah fk. Secara teori, ketika ft dekat atau sama dengan fs,

maka osilasi dari sirkuit resonansi adalah sumber terkuat ; nilai arus resonansi tertinggi dan

intensitas medan magnet juga terkuat. Induktor Lt dan kapasitor Ct merupakan sirkuit

resonansi penerima untuk menerima energi. Frekuensi sirkuit resonansi penerima ini adalah

ft. Yang dibutuhkan oleh sirkuit resonansi penerima adalah memastikan fs = ft, yaitu kondisi

yang diperlukan untuk mentransfer energi.

Cs dan Ct adalah kapasitor di sirkuit resonansi. Jika terdapat lebih dari 2 kapasitor,

maka nilai kapasitansi setara harus dihitung sesuai dengan sirkuit spesifik dan hubungan

antara kapasitor (seri atau paralel). Ls dan Lt adalah nilai-nilai induktansi kumparan di sirkuit

resonansi. Untuk bentuk dan struktur kumparan yang berbeda, maka rumus yang digunakan

untuk menghitung induktansi kumparan juga berbeda.

Frekuensi fk untuk saklar daya tabung T disebut frekuensi mengemudi. Hal ini dapat

ditentukan sesuai dengan fs. Sinyal mengemudi dapat dihasilkan oleh rangkaian sinyal

generasi atau perangkat. Semakin dekat fk ke fs, maka akan semakin kuat medan magnetnya.

Semakin kuat medan magnetnya, maka akan semakin jauh jarak transfer energi dan juga lebih

tinggi efisiensi transfernya. Frekuensi ft juga ditentukan oleh fs. Ketika kumparan resonansi

penerima masuk ke dalam medan magnet yang dihasilkan oleh sumber energi transmisi, ia

mulai berosilasi karena memiliki frekuensi resonansi yang sama dengan medan magnet.

Salah satu keuntungan dari teknologi ini adalah proses transfer energinya dapat

menembus berbagai objek. Berbagai macam rintangan ditempatkan antara sumber dan

kumparan penerima masing-masing untuk menguji kemampuan melalui benda. Hasil

penelitian menunjukkan bahwa energi masih dapat ditransfer bahkan dalam kondisi

lingkungan yang berlapis-lapis. Benda non-logam seperti dinding, buku, produk kayu, panel

kaca organik, kulit, dan tekstil tidak berdampak pada transfer daya. Sedangkan dampak dari

benda logam pada sistem tergantung pada karakteristik yang berbeda dari konduktor logam

tersebut. Namun hal ini akan memiliki dampak yang sedikit jika objek berukuran kurang dari

diameter coil, atau objek tidak bisa menghasilkan arus eddy yang lebih. Jika benda logam

tersebut dapat menghasilkan arus eddy yang lebih besar atau membentuk loop tertutup

mendekati sistem ini, dampaknya akan akan lebih besar bahkan mampu memblokir transfer

energi.[6]

Referensi

[1] Nikola Tesla. World System Of Wireless Transmission Of Energy. Telegraph and

Telegraph Age, 16 October 1927. Diakses Dec. 01, 2012, dari

http://www.tfcbooks.com/tesla/1927-10-16.htm

[2] S. Sheik Mohammed, K. Ramasamy, and T. Shanmuganantham. Wireless Power

Transmission – A Next Generation Power Transmission System, International Journal of

Computer Application (0975-8887), vol. 1, no. 13.

[3] PowerPedia: Wireless transmission of electricity. (tanpa tanggal). Diakses Dec. 01, 2012,

dari http://peswiki.com/index.php/PowerPedia:Wireless_transmission_of_electricity

[4] Induksi Elektromagnetik. (tanpa tanggal). Diakses Dec. 01, 2012, dari

http://rintosudiarto-sagitarius.blogspot.com/2012/10/rss-induksi-elektromagnetik.html

[5] André Kurs, Aristeidis Karalis, Robert Moffatt, J. D. Joannopoulos, Peter Fisher, and

Marin Soljacˇic´. Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances,

ASSS SCIENCE, vol. 317, July 6, 2007.

[6] Chunbo Zhu, Kai Liu, Chunlai Yu, Rui Ma, and Hexiao Cheng. Simulation and

Experimental Analysis on Wireless Energy Transfer Based on Magnetic Resonances,

IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), September 3-5, 2008.

Menyetujui Pembimbing,

( Ir. Sudirman Palaloi, MT )

Serpong, 07 Desember 2012

Mahasiswa,

( Donny Priambodo )