IV . = A = R

BAB II
LANDASAN TEORI
Pada bab ini penulis menjelaskan kerangka teori yang digunakan dalam
tugas akhir ini. Dimulai dengan definisi listrik dan elektromagnetik dasar,
kemudian beralih ke daya nirkabel dan konsep teknik sistem daya nirkabel.
2.1 Resistansi
Resistansi atau tahanan didefinisikan sebagai pelawan arus yang
melalui konduktor. Kerugian akan selalu muncul ketika arus bergerak
melalui konduktor. Daya yang dihamburkan oleh resistor terutama akan
berada dalam bentuk panas dan ditunjukkan oleh rumus.
Pdiss  V .I ................................................
(2.1)
2.1.1 Resistansi dalam kawat Penghantar
Hambatan kawat untuk arus DC atau frekuensi rendah
ditunjukkan oleh resistivitas dari  material, luas penampang
 dan panjang kawat 
Rdc 


................................................
(2.2)
Ketika frekuensi meningkat, distribusi arus dalam perubahan
kawat.
Arus
mengalir
terdistribusi
secara
merata
dan
terkonsentrasi di sepanjang permukaan konduktor.
8
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Kedalaman kulit adalah ukuran seberapa jauh perubahan ini
telah pergi dan didefinisikan sebagai jarak dari permukaan luar
ke mana kepadatan saat ini telah jatuh ke 37% dari nilainya pada
permukaan, Gambar. 2.1.
 
2

................................................
(2.3)
Gambar 2.1 Kedalaman Kulit Konduktor
2.1.2 Induktansi
Induktansi
adalah
properti
dari
konduktor,
definisi
elektromagnetik dari induktansi L adalah rasio fluks magnetik
linkage  ke arus 
L


.................................................
(2.4)
9
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.2 Hukum Ampere
Hukum Ampere ditemukan oleh André-Marie amper pada tahun
1826, ditetapkan bahwa "Arus listrik yang mengalir di dalam sebuah
konduktor akan menghasilkan medan magnet yang sebanding dengan
arusnya.
 H  dL  I
enc
.......................................
(2.5)
Pada persamaan. (1) Hukum Ampere menyatakan,
bahwa
berbentuk seperti apa sebuah kawat yang dialiri arus listrik, dan berapapun
arus yang mengalir di dalamnya maka kuat medan magnet di setiap titik di
sepanjang kawat yang dialiri arus adalah sama dengan jumlah arus yang
mengalir dalam kawat tersebut. Sebuah kawat yang diberikan, medan
magnet, H maka dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan. (2.6) di
mana R, adalah jari-jari loop dapat dilihat bagaimana bentuk garis-garis
gaya medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik yang mengalir dalam
konduktor
H 
I en c
2R
..............................................
(2.6)
10
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.2 Garis Gaya Magnet pada Hukum Ampere
2.3 Hukum Induksi Magnetik Faraday
Hukum Faraday untuk Induksi Magnetik menyatakan bahwa
“medan elektromagnetik yang berubah-ubah dalam waktu (t) akan
menyebabkan gaya gerak listrik (ggl) dalam rangkaian tertutup.” Arah ggl
yang dijelaskan dalam Hukum Lenz – “arus dalam loop selalu dalam arah
seperti melawan perubahan fluks Magnetic yang dihasilkan itu”.
Persamaan Hukum Faraday untuk Induksi Magnetic dinyatakan sebagai
berikut:
ggl   N
d
..................................................... (2.7)
dt
11
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Pada persamaan. dapat dilihat bahwa ggl induksi sebanding dengan
perubahan fluks, dφ. Gaya gerak listrik (ggl), berbanding terbalik dengan
perubahan waktu dt, saat ggl induksi tertinggi maka dt adalah terkecil.
Jumlah lilitan N, akan sebanding dengan ggl induksi sesuai banyaknya
lilitan di kumparan, semakin besar ggl yang dihasilkan. Tanda minus
adalah dasar daripada Hukum Lenz yang menyatakan bahwa “ fluks, dφ
yang berubah-ubah akan menyebabkan arus dan medan magnet saling
dapat
berlawanan”.
dilihat
bagaimana
sistem
kerja
induksi
elektromagnetik. Sebagai contoh disini yang dihasilkan dari baterai
mengalir
ke
kumparan
pertama
dan
menghasilkan
medan
elektromagnetik. Ketika sirkuit kumparan tertutup kedua adalah dekat
medan elektromagnetik, beban akan diberi energi, dan dalam hal ini, bola
lampu akan menyala.
Gambar 2.3 Induksi Elektromagnetik
2.4 Kopling Induktif versus Kopling Resonansi Magnetik
12
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Kopling Induktif atau Inductive Power Transfer (IPT) adalah
sistem
kopel induktif yang didasari atas hukum induksi Faraday dan
hukum rangkaian Ampere. Medan magnet yang terintegrasi sepadan
dengan arus yang mengalir pada loop (koil transmisi) didefinisikan dengan
hukum rangkaian Ampere. Menurut hukum induksi Faraday, medan
magnet yang bervariasi terhadap waktu menginduksi medan listrik dalam
koil penerima. Konfigurasi awal sistem IPT menggunakan induktor yang
di-seri-kan dengan koil. Analogi sama dengan trafo yang dikopel
renggang.
Belakangan, topologi dasar IPT telah diadopsi dengan
pengkompensasian kapasitor.
Sebaliknya, teknologi resonansi magnetik pada awalnya digunakan dengan
koil resonansi-diri „self-resonance‟ yang beresonansi dengan induktansidiri „self-inductance‟ dan kapasitansi parisitik „parasitic capacitance‟
pemilihan frekuensi untuk desain berbasis IPT terbatas pada frekuensi
kilohertz sementara sistem berbasis resonansi magnetik dapat beroperasi di
frekuensi hingga beberapa Megahertz. skema IPT khas terbatas pada
beberapa sentimeter sedangkan magnetic resonance WPT dapat digunakan
pada jangkah frekuensi yang lebih besar.
2.5 Frekuensi Resonansi
Resonansi adalah fenomena yang mana sebuah sistem atau benda
bergetar pada frekuensi alami dan pada amplitudo maksimum. Ketika
sistem berosilasi atau bergetar pada frekuensi yang selaras dengan
13
http://digilib.mercubuana.ac.id/
frekuensi alami, dikatakan bahwa sistem berosilasi pada frekuensi
resonansi. Resonansi dapat digunakan untuk mentransfer energi ketika dua
benda bergetar pada frekuensi yang sama.
2.6 Kopling Resonansi Magnetik
Kopling resonansi
magnetik
menerapkan
konsep frekuensi
resonansi dan induksi magnetik. Metode kopling resonansi magnetik
diinginkan untuk meningkatkan efisiensi transmisi daya dan jarak
transmisi. Pemancar menghasilkan arus bolak-balik (AC) yang ber-osilasi
pada frekuensi resonansi dari kumparan pemancar di mana kumparan
disetel ke frekuensi yang sama. Kemudian di sisi lain, kumparan penerima
menangkap medan magnet di mana kumparan juga disetel pada frekuensi
resonansi yang sama sebagai pemancar yang terhubung ke beban. Ketika
kumparan disetel ke frekuensi yang sama, posisi kumparan sekunder dan
objek antara kumparan tidak akan mempengaruhi transmisi yang disiapkan
di dalam medan magnet kumparan primer. Fenomena ini disebut
perpindahan energi non-radiasi.
Pada persamaan. (2.4) dapat dilihat bahwa frekuensi resonansi tergantung
pada induktansi dan kapasitansi.
f 
1
2 LC
............................................. (2.8)
14
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Dimana f = adalah frekuensi resonansi, L = Induktansi, C = Kapasitansi
Pada gambar 2.4, dapat dilihat induktor resonansi dan kapasitor
resonansi dalam kotak oranye yang akan bertanggung jawab dalam
menciptakan resonansi pada kedua sisi. Ini disebut rangkaian LC-tuned.
Resistor, RA dan RB mewakili tahanan (ohm) untuk resonator.
Gambar 2.4 Skematik Diagram dari Kopling Resonansi Magnetik
Kumparan, kumparan Tx dan kumparan Rx adalah komponen yang
penting dalam keseluruhan sistem. Kumparan dapat dimanipulasi dengan
parameter berikut: bentuk kumparan, jumlah putaran, ukuran dan
diameter kumparan, diameter dan jenis yang kawat. Fungsi dari
kapasitor resonan, Cs dan Cr di sirkuit LC-tuned adalah untuk
menghasilkan frekuensi resonansi dari kumparan pemancar dan
kumparan penerima. Nilai kapasitor harus konsisten dengan induktansi
resonan agar menghasilkan frekuensi resonansi yang akurat. Sirkuit LCtuned perlu tepat dan hampir sama identik dengan frekuensi yang
15
http://digilib.mercubuana.ac.id/
dihasilkan oleh pewaktuan untuk mencapai efek magnetik kopling
resonansi. Pada persamaan. (2.5) dapat dilihat bahwa nilai kapasitor
berasal dari Persamaan. (2.4):
C
1
(2f ) 2 L
................................................ (2.9)
2.7 Keuntungan dan kerugian Transfer Daya Tanpa Kabel
Transmisi daya nirkabel tentu banyak membantu dalam hal
menghilangkan peran saluran transmisi dalam berbagai jenis kenyamanan
kelistrikan.
Misalnya,
dalam
jala-jala
listrik,
WPT
mengurangi
penggunaan kabel transmisi yang saling berhubungan dan semrawut.
Dengan diterapkannya saluran transmisi tanpa kabel, biaya pengadaan
sistem kelistrikan dan biaya pemeliharaan kabel yang ada akan berkurang
secara radikal. Implikasinya adalah, biaya energi listrik bagi konsumen
juga dapat di reduksi. Selanjutnya, gangguan listrik karena kegagalan
kabel tembaga, sirkuit pendek atau gangguan eksternal dan pemeliharaan
jalan dapat dicegah. Selain itu, dalam skala yang lebih kecil, WPT
membantu dalam mengisi perangkat listrik mereka dengan nyaman. Juga,
akan mengurangi kebutuhan ruang sebagai tempat kawat dan kabel.
Namun, sisi negatifnya WPT adalah sebuah bidang baru dimana
kelayakan dan efisiensi WPT saat ini dinilai belum ekonomis atau belum
sesuai dengan harapan. Selain itu, biaya komponen WPT di pasaran masih
tinggi.
16
http://digilib.mercubuana.ac.id/