BAB IV

PENGUJIAN ALAT DAN ANALISIS

Pada bab ini akan ditunjukkan hasil pengujian alat dan analisis dari hasil

pengujian yang didapatkan. Dilakukan pengujian modul pembelajaran wireless energy

transfer dengan induksi elektromagnetik pada variasi jarak dan sudut pada frekuensi

10KHz, 150KHz DAN 300KHz. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh

jarak dan sudut pada teknologi wireless energy transfer dengan induksi

elektromagnetik.

4.1. Pengujian Dengan Variasi JarakTelah dilakukan pengujian pada alat dengan variasi jarak dari 5cm sampai 20cm

pada frekuensi 300KHz, 150KHz dan 10KHz. Pengujian tersebut bertujuan untuk

mengetahui pengaruh jarak terhadap nilai tegangan keluaran DC pada alat ini. Hasil

pengujian ditunjukkan pada Tabel 4.1 dan Gambar 4.1.

Dapat dilihat dari Tabel 4.1 dan Gambar 4.1 menunjukkan pengaruh jarak

terhadap tegangan output, dengan tegangan tertinggi pada frekuensi 300KHz sebesar

752 mili volt saat kumparan RX berada pada jarak 5cm dari kumparan TX. Tegangan

paling rendah pada frekuensi 300KHz sebesar 6,2 mili volt saat kumparan RX berada

pada jarak 20cm dari kumparan TX. Pada frekuensi 150KHz didapat tegangan sebesar

1402 mili volt pada saat kumparan RX berada pada jarak 5cm dari kumparan TX.

Tegangan paling rendah pada frekuensi 150KHz sebesar 10,6 mili volt saat kumparan

RX berada pada jarak 20cm dari kumparan TX. Sedangkan pada frekuensi 10KHz

didapat tegangan sebesar 680 mili volt pada saat kumparan RX berada pada jarak 5cm

dari kumparan TX. Tegangan paling rendah pada frekuensi 10KHz sebesar 6,4 mili volt

saat kumparan RX berada pada jarak 20cm dari kumparan TX.

21

Tabel 4.1. Hasil Pengukuran Pengaruh Jarak Terhadap Tegangan Keluaran

Jarak (cm)

Tegangan Output (mili volt)Frekuensi

300KHz

Frekuensi

150KHz

Frekuensi

10KHz5 752 1402 6806 604 1190 5647 420,1 994 3448 296,7 715 2649 214.4 392 19310 160,2 248 126,411 110,2 157 96,912 76,8 119 8013 52,3 84,2 49,114 39.6 61,3 4015 28.1 45 3416 19,7 32,4 22,817 15,8 25,6 14,218 11,3 18,6 1119 8,5 13,3 8,620 6,2 10,6 6,4

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Pengaruh Jarak Pada Tegangan Keluaran

frekuensi 300KHz

frekuensi 150KHz

frekuensi 10KHz

Jarak (cm)

tegangan keluaran (mili volt)

Gambar 4.1. Grafik Pengaruh Jarak Pada Tegangan Keluaran

22

Percobaan ini membuktikan bahwa semakin besar jarak antar kumparan TX dan

kumparan RX maka tegangan output yang diperoleh dari induksi medan magnetik juga

semakin kecil. Hal ini dapat terjadi karena semakin jauh jarak kumparan RX dari

kumparan TX maka semakin kecil pula fluks medan magnet dari kumparan TX yang

merambat ke kumparan RX maka semakin kecil pula nilai induksi bersama antara

kumparan TX dan kumparan RX. Atau dapat dikatakan koefisien gandeng (k) yang

merupakan rasio perbandingan antar fluks lingkup terhadap fluks total bernilai kurang

dari satu (k<1) yang berati tidak semua fluks dari kumparan TX yang dapat

menginduksi kumparan RX atau terdapat fluks bocor.Sedangkan semakin kecil laju

perubahan fluks magnet pada kumparan RX maka semakin kecil pula GGL induksi

yang dihasilakan oleh kumparan RX. Gambar 4.2 dan Gambar 4.3 menjelaskan

pengaruh jarak pada induksi kumparan TX dan RX.

Gambar 4.2. Induksi Jarak Dekat

Gambar 4.3. Induksi Jarak Jauh

23

Dilakukan pula pengukuran arus pada variasi jarak, hal ini dilakukan untuk

mengetahui daya (P) dari rangkaian transmitter maupun reciever. Daya dapat dihitung

dengan rumus sebagai berikut:

P=V . I ................................................(4.1)

Dimana :

P = Daya (watt)

V = Tegangan (volt)

I = Arus (amper)

Pada transmiter tegangan yang digunakan sebesar 12V pada setiap frekuensi,

sedangkan arus didapat dari pengukuran dengan multimeter yang dapat dilihat pada

Gambar 4.4, Gambar 4.5, dan Gambar 4.6 dan hasil perhitungan daya dilihat pada Tabel

4.2. Sedangkan receiver menggunakan tegangan yang didapat dari pengukuran pada

Tabel 4.1 dan untuk arus diukur menggunakan multimeter dengan diberi beban 10 ohm,

hasil pengukuran arus dan perhitungan daya dapat dilihat pada Tabel 4.3.

Gambar 4.4. Hasil Pengukuran Arus Transmitter Pada Frekuensi 300KHz

24

Gambar 4.5. Hasil Pengukuran Arus Transmitter Pada Frekuensi 150KHz

Gambar 4.6. Hasil Pengukuran Arus Transmitter Pada Frekuensi 10KHz

Tabel 4.2. Perhitungan Arus dan Daya Pada Transmitter

FrekuensiTegangan

(volt)Arus (mili

amper)Daya(watt)

300KHz 12 9 0,108150KHz 12 10 0,12010KHz 12 8 0,096

25

Tabel 4.3. Perhitungan Arus dan Daya Receiver

Jarak (cm)

Frekuensi 300KHz Frekuensi 150KHz Frekuensi 10KHzIo (mA) P(mW) Io (mA) P(mW) Io (mA) P(mW)

5 0,7 0,526 0,85 1,1917 0,675 0,459

6 0,4 0,242 0,8 0,952 0,2 0,112

7 0,25 0,105 0,7 0,696 0,3 0,103

8 0,2 0,059 0,675 0,482 0,15 0,039

9 0,125 0,027 0,3 0,117 0,1 0,019

10 0,1 0,016 0,15 0,037 0,075 0,009

11 0,05 0,005 0,1 0,011 0,05 0,004

12 0,005 0,00038 0,075 0,0089 0,005 0,0004

13 0,004 0,00021 0,05 0,0042 0,004 0,00019

14 0,003 0,00012 0,0045 0,00027 0,003 0,00012

15 0,002 0,00006 0,003 0,00013 0,002 0,00006

16 0,002 0,00004 0,0025 0,00008 0,002 0,00004

17 0,0015 0,00002 0,002 0,00002 0,001 0,000014

18 0,001 0,00001 0,001 0,000018 0,001 0,000011

19 0,001 0,000008 0,001 0,000013 0,001 0,000008

20 0.001 0,000006 0,001 0,000001 0,001 0,000006

Pada Tabel 4.3 dapat dilihat daya maksimum pada frekuensi 300KHz sebesar

0,526 mili watt. Pada frekuensi 150KHz sebesar 1,1917 mili watt dan untuk frekuensi

10KHz sebesar 0,459 mili watt. Dengan mengetahui daya pada transmitter dan reciever

dapat dihitung efisiensi daya pada setiap frekuensi dengan rumus sebagai berikut:

Efisiensi ( )=Pout

P¿

×100 .......................................(4.2)

Efisiensi daya untuk 300KHz:

Efisiensi ( )=0,526108

×100=0,487 =0,5

Efisiensi daya untuk 150KHz:

Efisiensi ( )=1,1917120

×100=0,993 =1

26

Efisiensi daya untuk 10KHz:

Efisiensi ( )=0,45996

×100=0,478 =0,5

Dari hasil perhitungan efisiensi daya di atas didapat efisiensi daya paling besar

pada frekuensi 150KHz yaitu sebesar 1%. Sedangkan efisiensi daya pada frekuensi

300KHz dan frekuensi 10KHz hanya sebesar 0,5%.

4.2. PengujianDengan Variasi Sudut

Dilakukan pula pengukuran tegangan keluaran dengan variasi sudut yang

dilakukan pada jarak 10cm pada frekuensi 300KHz, 150KHz dan 10KHz. Pengujian

tersebut bertujuan untuk mengetahui pengaruh sudut terhadap nilai tegangan keluaran

dari alat ini. Hasil pengujian alat seperti pada Tabel 4.4.

Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Pengaruh Sudut Terhadap Tegangan Keluaran

Sudut ( °)

Tegangan Output (mili volt)Frekuensi300KHz

Frekuensi 150KHzFrekuensi

10KHz0 164 243,1 150,4

10 97,8 235,2 14020 90,3 224,1 134,130 86,2 205,9 113,240 84,4 183,6 94,450 60,4 159,1 89,160 49,1 140,2 50,270 41,5 89,3 3480 29,5 71,6 14,690 2,4 5,9 4,9

100 3,8 8,1 15,2110 30,2 64,4 40120 39,4 81,9 49,8130 52,8 137,2 55,2140 71,1 156,3 78,9150 84,2 180,8 101,2160 91,8 205,3 120,1170 97,5 222,4 134,4180 136,5 233,1 144,7

27

0 10 2030

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140150

160170180190200

210220

230

240

250

260

270

280

290

300

310

320

330340

350 360

0

200

400

Pengaruh Sudut Terhadap Tegangan Keluaran

frekuensi 300KHz

frekuensi 150KHz

frekuensi 10KHz

Gambar 4.7. Grafik Pengaruh Sudut Terhadap Tegangan Keluaran

Pada Tabel 4.4 dan Gambar 4.7 menunjukkan pengaruh sudut kemiringan

kumparan RX pada jarak 10 cm dari kumparan TX. Pada pengujian didapatkan

tegangan tertinggi pada frekuensi 300KHz sebesar 164 mili volt, frekuensi 150KHz

sebesar 243,1 mili volt dan pada frekuensi 10KHz sebesar 150,4 mili volt saat sudut

kemiringan kumparan RX sebesar 0° terhadap kumparan TX. Sedangkan tegangan

terendah pada frekuensi 300KHz sebesar 2,4 mili volt, frekuensi 150KHz sebesar 5,9

28

mili volt dan pada frekuensi 10KHz sebesar 4,9 mili volt, saat sudut kemiringan

kumparan RX sebesar 90° terhadap kumparan TX.

Sedangkan pada rentang sudut 90° sampai 180° didapat nilai tegangan negatif

yang ditunjukkan dari perubahan fase pada sinyal keluaran AC, hal ini sesuai dengan

hukum Lenz yang menyatakan bahwa polaritas dari tegangan yang terinduksi pada

rangkaian kedua adalah sedemikian hingga jika rangkaian ini lengkap, maka arus akan

mengalir melalui koil kedua pada arah sedemikian hingga arus ini akan membangkitkan

fluks yang melawan fluks utama [6]. Gambar 4.8 menunjukkan sinyal keluaran AC saat

sudut kemiringan sebesar 20° dan Gambar 4.9 menunjukkan sinyal keluaran AC saat

sudut 160°.

Gambar 4.8. Sinyal Keluaran Saat Sudut Kemiringan Sebesar 20°

29

Gambar 4.9. Sinyal Keluaran Saat Sudut Kemiringan Sebesar 160°

Hasil yang didapat membuktikan bahwa nilai tegangan output yang dipengaruhi

oleh sudut kemiringan kumparan RX, semakin besar sudut kemiringan kumparan RX

terhadap kumparan TX maka tegangan yang ditransfer juga semakin kecil. Hal ini

disebabkan oleh fluks medan magnet yang diterima pada kumparan RX lebih kecil dari

fluks medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan TX, ini dapat dibuktikan dari

persamaan 2.2, ϕ=BA cosθ dimana nilai fluks magnet dipengaruhi oleh sudut arah

induksi magnet. Besarnya kemiringan juga berpengaruh terhadap adanya kebocoran

fluks magnet sehingga koefisien gandeng (k) atau rasio perbandingan antar fluks

lingkup terhadap fluks total bernilai kurang dari satu (k<1) sehingga semakin kecil pula

nilai induksi bersama antara kumparan TX dan kumparan RX. Sedangkan semakin kecil

laju perubahan fluks magnet pada kumparan RX maka semakin kecil pula GGL induksi

yang dihasilkan oleh kumparan RX.

4.3. Pengaruh Frekuensi Pada Tekonologi Wireless Energy TransferPada teknologi wireless energy transfer pemgaruh frekuensi dapat dijelaskan

dengan menurunkan persamaan 2.2, ϕ=BA cosθ dimana nilai A dan cosθ=1 dan

B merupakan fungsi waktu, dan dianggap B=ωcos t maka dapat ditulis sebagai berikut

ϕ=ω cos t . Dilanjutkan dengan mengunakan persamaan 2.3 maka dapat disebagai berikut :

30

ε=−N (ΔϕΔt

)

ε=−N (ω cos t

d t)

ε=−N (−ωsin t)

dengan ω=2πf maka didapat persamaan GLL sebagai berikut :

ε=−N (−2 πf sin t )

Dengan hasil persamaan di atas dapat diketahui jika konsanta pada frekuensi ( f ) nilainya

semakin besar maka maka nilai GGL yang didapat juga semakin besar dan tegangan yang di

dapat dari transfer energy juga semakin besar. Sedangkan pada pengujian yang dilakukan

pada frekuensi 300KHz, 150KHz dan 10KHz didapat nilai tegangan terbesar pada frekuensi

150KHz. Hal ini dapat disebabkan oleh efisiensi pada transitor yang digunakan pada rangkaian

osilator terbukti pada Tabel 4.2 daya terbesar didapat pada frekuensi 150 KHz.

4.4. Ujicoba Alat dan Pedoman Praktikum Pada MahasiswaPada pengujian alat dan pedoman praktikum pada mahasiswa, dilakukan kepada

10 mahasiswa yang sudah mengambil matakuliah Medan Elektromagnetik dan Energi

Baru Terbarukan (EBT). Setelah mahasiswa melakukan percobaan dengan alat dan

pedoman praktikum yang telah dibuat, mahasiswa diberi angket untuk menilai alat dan

pedoman praktikum, pada Gambar 4.10 merupakan respon penilaian alat dan pedoman

praktikum.

31

1 2 3 4 5 6 7 80

2

4

6

8

10

Hasil Penilaian Responden

Baik

Cukup

Buruk

Aspek Penilaian

Responden

Gambar 4.10. Grafik Hasil Penilaian Responden

Keterangan Aspek penilaian :1. Kemudahan penggunaan modul praktikum.2. Modul praktikum membantu memahami mengenai teknologi wireless energy

transfer.3. Modul praktikum membantu memahami pengaruh jarak pada teknologi wireless

energy transfer.4. Modul praktikum membantu memahami pengaruh sudut pada teknologi wireless

energy transfer.5. Modul Praktikum memberi gambaran tentang pengembangan alat pemanen

medan elektromagnetik.6. Pedoman praktikum mudah dimengerti.7. Pedoman praktikum membantu dalam menggunakan alat peraga.8. Dengan adanya praktikum ini, membantu dalam memahami materi yang telah

diajarkan saat kuliah.

Tabel 4.5. Persentase Penilaian Responden

Aspek penilaian Baik Cukup Buruk1 0% 90% 10%2 60% 40% 0%3 80% 20% 0%4 70% 30% 0%5 60% 40% 0%6 80% 20% 0%7 80% 20% 0%8 80% 20% 0%

32

Rata – rata 63,75% 35% 1,25%

Berdasar penilaian responden yang ditunjukan pada Gambar 4.10 dan

Persentase penilaian responden pada Tabel 4.5 pada aspek penilaian dua sampai delapan

mendapat penilaian baik diatas 60% dan penilaian cukup dibawah 40%. Sedangkan

pada aspek penilaian yang pertama, yaitu kemudahan penggunaan modul praktikum

mendapat nilai cukup sebesar 90 % dan nilai buruk sebesar 10%. Hal ini disebabkan,

pada perancangan modul praktikum masih digerakan secara manual untuk

memvariasikan jarak dan sudutnya. Secara keseluruhan modul praktikum dan panduan

praktikum yang telah di rancang mendapat penilaian baik sebesar 63,75%, penilaian

cukup sebesar 35%, dan buruk sebesar 1,25%.

33