TA Sepeda Motor Listrik PDF
-
Upload
endar-aditria-kurniawan -
Category
Documents
-
view
9.439 -
download
326
description
Transcript of TA Sepeda Motor Listrik PDF
i
LAPORAN PROYEK AKHIR
SEPEDA MOTOR LISTRIK
(ELECTRIC MOTORCYCLE)
Disusun oleh:
ENDAR ADITRIA KURNIAWAN
07/251429/NT/12026
PROGRAM DIPLOMA TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS GADJAH MADA
YOGYAKARTA
2010
ii
LAPORAN PROYEK AKHIR
SEPEDA MOTOR LISTRIK
(ELECTRIC MOTORCYCLE)
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat
Kelulusan di Program Diploma Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Gadjah Mada
Disusun oleh:
ENDAR ADITRIA KURNIAWAN
07/251429/NT/12026
PROGRAM DIPLOMA TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS GADJAH MADA
YOGYAKARTA
2010
iii
LEMBAR PENGESAHAN
SEPEDA MOTOR LISTRIK
(ELECTRIC MOTORCYCLE)
Disusun oleh:
ENDAR ADITRIA KURNIAWAN
07/251429/NT/12026
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat
Kelulusan di Program Diploma Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Gadjah Mada
Diperiksa dan Disetujui :
Mengetahui: Ketua Program Diploma Teknik
Elektro FT – UGM
Ir. Lukman Subekti, M.T NIP. 19210301993031002
Dosen Pembimbing
Ir. Lukman Subekti, M.T NIP. 19210301993031002
iv
LEMBAR PENGESAHAN
SEPEDA MOTOR LISTRIK
(ELECTRIC MOTORCYCLE)
Telah diuji dan dipertahankan di hadapan Dewan Penguji
Serta dinyatakan Lulus pada:
Hari : Jumat
Tanggal : 25 Juni 2010
Pukul : 13.30
Tempat : Ruang 101 Program Diploma
Teknik Elektro Universitas Gadjah Mada
1. Ketua Penguji
Ir. Y. Wahyo Setiyono, M.T. 195807091989031004
2. Sekertaris Penguji
Ir. Sri Lestari, M.T. 195908281986022001
3. Penguji Utama
Hidayat Nur Isnianto, S.T.
197305282002121001
4. Anggota
Ir. Rizal 131766568
HALAMAN PERSEMBAHAN
Tugas Akhir ini Kupersembahakan untuk:
Allah Subhanahu Wata’ala beserta rosul-Nya,
Ayah dan Bundaku sebagai sumber motivasi saya, pendidik saya, yang
telah membesarkan dan mendidik saya dari saya lahir hingga sampai
seperti ini untuk bersifat terbuka, kreatif, berani dan bijaksana, yang
memiliki peran yang sangat penting dan tak terhingga, sehingga
rasanya ucapan terimakasih ini tidaklah cukup untuk
menggambarkan wujud penghargaan saya atas segala limpahan cinta
dan kasih sayangnya yang tak terbatas.
Saudara sekandungku Mas Iwan dan Mbak Mira serta seluruh
keluargaBesarku yang telah memberikan dukungannya.
Saudara-saudaraku se-Iman yang selalu Berjuang bersama-Nya
Semoga iman kita tetap terjaga sampai akhir hayat
MOTTO
Sesungguhnya shalatku, ibadahku, hidupku, dan matiku hanya untuk Allah,
Tuhan semesta alam (Q.S. Al An’am: 162).
Untuk mencapai kesuksesan, kita jangan hanya bertindak, tapi juga perlu
bermimpi, jangan hanya berencana, tapi juga perlu untuk percaya.
To accomplish great things, we must not only act, but also dream; not only plan, but
also believe.
~ Anatole France
Bakat yang kita miliki adalah hadiah dari Tuhan untuk kita… Apa yang dapat
kita hasilkan dari bakat tersebut adalah hadiah dari kita untuk Tuhan.
Our talents are the gift that God gives to us… What we make of our talents is our
gift back to God.
~ Leo Buscaglia
vi
PRAKATA
Segala puji dan syukur kepada dari suara-suara hati yang bersifat mulia,
sumber dari kehidupan, sumber ilmu pengetahuan, sumber segala kebenaran, penabur
cahaya ilham, Pilar nalar kebenaran dan kebaikan yang terindah, Allah Subhanahu
Wa Ta’ala yang telah melimpahkan rahmat, berkat, hidayah serta kekuatannya
sehingga penulis dapat menyelesaikan Proyek Akhir dan penyusunan laporan dengan
judul “Sepeda Motor Listrik (Electric Motorcycle) ”.
Laporan Proyek Akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu tugas mata
kuliah wajib di Program Diploma Teknik Elektro serta disusun untuk memenuhi
salah satu syarat untuk memperoleh sebutan Ahli Madya pada Program Diploma
Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Jogjakarta.
Banyak pihak yang telah membantu penulis, baik berupa material maupun
spiritual dalam menyelesaikan Proyek Akhir ini, oleh karena itu pada kesempatan
kali ini penulis ingin menyampaikan penghargaan dan ucapan terimakasih yang tak
terhingga kepada:
1. bapak Ir Lukman Subekti, MT., Selaku Ketua Program Diploma Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada, serta sebagai dosen
vii
pembimbing tugas akhir yang setia membimbing dan memberikan masukan
dalam pembuatan tugas akhir ini,
2. segenap dosen di lingkungan Program Diploma Teknik Elektro yang telah
memberikan banyak ilmunya selama penulis melaksanakan kuliah,
3. seluruh staf di lingkungan Program Diploma Teknik Elektro yang telah
membantu dan memberi kemudahan,
4. ayah dan bundaku yang tercinta dan tersayang serta semua keluargaku: Mbah
Kurnia, Mas Iwan, Mba Mira, Titis, QQ, Doni, Mastur dan Mba Beti yang
telah memberikan bantuan dan dukungan baik material maupun spiritual,
5. teman-teman penulis: Green House Camp (Mas Ibnu, Nasyir, Thom,
Bandung, Tiok, Ari), S-Mut7 (Doody Cool, Danang, Te), Dieng Cyber (Pak
Aryo, Saprol, Sidoel, Indra,Teo), Ridwan, Wanda, Nosha, Ratih, Ina, Rika,
Novi, Perly, Sasa, Rian Tusad,
6. Semua pihak yang telah membantu penyusun dalam penyusunan dan
pembuatan Proyek Akhir yang tidak dapat disebutkan satu per satu, semoga
Tuhan berkenan memberikan balasan yang sepadan atas bantuan yang telah
diberikan.
viii
Tentu saja penulisan laporan Proyek Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh
karena itu penulis mengharapkan adanya saran dan kritik yang sifatnya membangun
dari siapa saja yang telah membaca laporan Proyek Akhir ini.
Akhir kata, penulis berharap semoga laporan ini dapat menjadi sumbangan
yang berarti dan bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan dapat
dipergunakan sebagai bahan pengetahuan bagi yang memerlukan.
Jogjakarta, Juni 2010
Penulis
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL……………………………………………..……………………i
LEMBAR PENGESAHAN…………………………………………………………..iii
HALAMAN PERSEMBAHAN……………………………………………………....v
MOTTO ……………………………………………………………………………...vi
PRAKATA………….……………………………………………………………….vii
DAFTAR ISI……………………………………………………………………........ix
DAFTAR TABEL… ………………………………………………………….…….xii
DAFTAR GAMBAR ………………………………..…………………………......xiii
BAB I PENDAHULUAN…………………………………………………………….1
1.1 Latar Belakang……………………………………………………………....1
1.2 Maksud dan Tujuan…..……………………………………………………...3
1.3 Permasalahan……….……………………………………………………….3
1.4 Batasan Masalah……………….……………………………..……………...4
1.5 Metode Pengumpulan Data…………………………………….……………4
1.6 Sistematika Penulisan Laporan..……………………………………………..7
x
BAB II DASAR TEORI…………………………………………..………………...7
2.1 Tinjauan Umum …………………………………………………………….7
2.1.1 Arah Arus Listrik……………………………………………………….7
2.1.2 Hukum Ohm……………………………………………………………8
2.1.3 Arus Searah dan Arus Bolak-balik……………………………………..8
2.2 Accumulator (Aki)…………………………………………………………..9
2.3 Motor Listrik………………………………………………………………..11
2.3.1 Cara Kerja Motor Listrik………………………………………………12
2.3.2 Jenis-jenis Motor Listrik……………………………………………….13
2.3.3 Mesin Arus Searah……………………………………………………..14
BAB III PERANCANGAN ALAT………………………………………………….20
3.1 Diagram Sistem Keseluruhan……………………………………………….20
3.2 Rangkaian Charger………………………………………………………….21
3.2.1 Transformator………………………………………………………….21
3.2.2 Dioda…………………………………………………………………..24
xi
3.3 Rangkaian PWM (Pulse Width Modulation)……………………………….28
3.4 Motor Listrik………………………………………………………………...31
3.5 Watak Motor DC……………………………………………………………32
3.6 Sistem Mekanik……………………………………………………………..33
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN……………………………..35
4.1 Pengujian Rangkaian Driver Motor DC…………………………………….36
4.2 Pengujian Kecepatan………………………………………………………..37
4.2.1 Pengujian Kecepatan Putar Motor DC………………………………...37
4.2.2 Penghitungan Kecepatan Sepeda Motor Listrik……………………….38
4.3 Pengujian Pengisian Baterai………………………………………………...44
4.4 Jarak dan Waktu Tempuh Sepeda Motor Listrik……………………………45
4.5 Pembahasan…………………………………………………………………46
BAB V PENUTUP…………………………………………………………………..54
5.1 Kesimpulan………………………………………………………………….54
5.2 Saran………………………………………………………………………...54
Daftar Pustaka………………………………………………………………………..57
xii
DAFTAR TABEL
4.1 Hasil Pengujian Rangkaian Driver Motor DC…………………………………...37
4.2 Putaran Pulley Motor DC………………………………………………………..38
4.3 Kecepatan Laju Sepeda Motor Listrik…………………………………………..44
4.4 Waktu Pengisian Baterai sampai Penuh ………………………………………...45
4.5 Jarak dan Waktu Tempuh Sepeda Motor Listik………………………………...46
4.6 Perbandingan Jarak Tempuh…………………………………………………….50
4.7 Perbandingan Kecepatan Sepeda Motor Listrik………………………………...53
xiii
DAFTAR GAMBAR
2.1 Bagan Klasifikasi Motor Listrik…………………………………………………13
2.2 Karakteristik Motor DC Shunt…………………………………………………..17
2.3 Karakteristik Motor DC Seri…………………………………………………….18
2.4 Karakteristik Motor DC Kompon……………………………………………….19
3.1 Diagram Sistem Keseluruhan……………………………………………………20
3.2 Rangkaian Charger………………………………………………………………21
3.3 Transformator 10 Ampere……………………………………………………….23
3.4 Kurva Dioda……………………………………………………………………..24
3.5 Kurva Dioda Ideal……………………………………………………………….25
3.6 Fisik Dioda Bridge………………………………………………………………26
3.7 Dioda Bridge yang Digunakan………………………………………………….26
3.8 Siklus Tegangan DC…………………………………………………………….27
3.9 Grafik Sinyal Penyearah Gelombang Penuh……………………………………28
3.10 Output PWM…………………………………………………………………...28
xiv
3.11 Pin IC SG3525………………………………………………………………….29
3.12 Diagram Blok IC SG3525……………………………………………………...30
3.13 Rangkaian PWM………………………………………………………………..30
3.14 Kurva Daya dan Kurva Torsi atau Kecepatan Motor DC……………………33
3.15 Sketsa Sistem Mekanik…………………………………………………………34
4.1 Hasil Pembuatan Alat……………………………………………………………35
4.2 Diagram Blok Pengujian Rangkaian Driver Motor DC…………………………36
4.3 Grafik Hubungan Tingkat Kecepatan dengan Jarak yang Ditempuh………….50
4.4 Grafik Hubungan Tingkat Kecepatan dengan Kecepatan Sepeda Motor Listrik
berbeban dan tanpa beban……………………………………………………53
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Ketergantungan terhadap bahan bakar fosil setidaknya memiliki tiga
ancaman serius, yakni: (1) menipisnya cadangan minyak bumi yang diketahui,
(2) kenaikan/ketidakstabilan harga akibat laju permintaan yang lebih besar dari
produksi minyak, dan (3) polusi gas rumah kaca (terutama CO2) akibat
pembakaran bahan bakar fosil. Kadar CO2 saat ini disebut sebagai yang
tertinggi selama 125,000 tahun belakangan. Bila ilmuwan masih
memperdebatkan besarnya cadangan minyak yang masih bisa dieksplorasi,
efek buruk CO2 terhadap pemanasan global telah disepakati hampir oleh semua
kalangan. Hal ini menimbulkan ancaman serius bagi kehidupan makhluk hidup
di muka bumi. Oleh karena itu, pengembangan dan implementasi bahan bakar
terbarukan yang ramah lingkungan perlu mendapatkan perhatian serius dari
berbagai negara.
Indonesia sesungguhnya memiliki potensi sumber energi terbarukan
dalam jumlah besar. Beberapa diantaranya bisa segera diterapkan di tanah air,
seperti: bioethanol sebagai pengganti bensin, biodiesel untuk pengganti solar,
tenaga panas bumi, mikrohidro, tenaga surya, tenaga angin, tenaga baterai
(accumulator), bahkan sampah/limbah pun bisa digunakan untuk
membangkitkan listrik. Hampir semua sumber energi tersebut sudah dicoba
diterapkan dalam skala kecil di tanah air. Momentum krisis bahan bakar
2
minyak (BBM) saat ini merupakan waktu yang tepat untuk menata dan
menerapkan dengan serius berbagai potensi tersebut. Meski saat ini sangat sulit
untuk melakukan substitusi total terhadap bahan bakar fosil, namun
implementasi sumber energi terbarukan sangat penting untuk segera dimulai.
Salah satunya sumber energi dengan reaksi kimia yaitu Accumulator (Aki).
Aki adalah jenis baterai yang banyak digunakan untuk kendaraan
bermotor. Aki menjadi pilihan praktis karena dapat menghasilkan listrik yang
cukup besar dan dapat diisi kembali. Aki berasal dari kata accumulator atau
biasa disingkat accu. Aki dapat memberikan aliran listrik bila dihubungkan
dengan suatu rangkaian luar. Aki ini dapat dimanfaatkan salah satunya sebagai
sumber energi listrik pada motor listrik.
Sekarang ada solusi sepeda motor listrik yang mulai dikembangkan.
Sepeda motor listrik hanya menggunakan aki sehingga tidak mengeluarkan
polusi sama sekali. Sepeda motor listrik pun sudah bisa jalan dengan kecepatan
hingga 60 km/jam sehingga untuk berkendaran di dalam kota sangat cukup.
Dengan segala keterbatasan pengetahuan yang dimiliki penulis, dengan
melihat alasan tersebut, penulis mengajukan tugas akhir dengan judul
“SEPEDA MOTOR LISTRIK (ELECTRIC MOTORCYCLE)”
3
1.2. Maksud dan Tujuan
Adapun maksud dan tujuan dari rancangan pembuatan sepeda motor
listrik adalah sebagai berikut.
1. Mempelajari dan memahami prinsip kerja Motor Listrik
2. Dapat mengetahui prinsip dan cara kerja dari alat yang dibuat sehingga
dapat digunakan dalam aplikasinya
3. Untuk mengetahui kegunaan dan cara kerja komponen yang digunakan pada
alat tersebut.
4. Menerapkan ilmu yang didapat dari bangku kuliah dalam bentuk
perancangan dan pembuatan alat.
5. Mendukung program Green Campaign dan penghematan bahan bakar
fosil.
6. Serta untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan studi di Program Diploma
Teknik Elektro Universitas Gadjah Mada.
1.3. Permasalahan
Permasalahan yang dihadapi penulis dalam pembuatan tugas akhir ini
antara lain:
1. Bagaimana merangkai sepeda, accumulator dan motor listrik menjadi
sebuah sepeda motor listrik.
2. Banyak penggunaan motor listrik yang digunakan secara modern dan
canggih namun ini bermula dari motor listrik yang dirangkai secara
sederhana, oleh karena itu penulis memilih untuk merancang sepeda motor
listrik sederhana.
4
1.4. Batasan Masalah
Mengingat begitu luasnya masalah yang menyangkut pembuatan sepeda
motor listrik yang meliputi sistem kerangka, sistem rem, sistem gerigi, sistem
penggerak, sistem pengukur kecepatan dan sistem kelistrikan, maka ruang
lingkup perlu dibatasi.
Batasan dalam proyek akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Hanya motor listrik DC yang akan dipelajari.
2. Sistem kelistrikan alat yang digunakan.
3. Analisis dengan asumsi ideal yang akan digunakan.
1.5. Metode Pengumpulan Data
Tugas akhir ini dengan judul “Sepeda Motor Listrik (Electric
Motorcycle)” ini disusun secara bertahap untuk memudahkan dalam pembuatan
alat maupun penyusunan laporannya. Adapun tahap-tahapannya dapat
dijabarkan sebagai berikut:
1. Metode Pustaka
Yaitu dengan cara mencari literature yang ada kaitannya dengan Tugas
Akhir yang sedang dibuat.
2. Metode Perancangan Sistem
Yaitu dengan cara mencoba-coba membuat desain rangkaian yang akan
dibuat.
5
3. Metode pengujian
Yaitu dilakukan untuk menguji rangkaian yang dirancang sudah sesuai
dengan yang diharapkan atau belum.
4. Penulisan Laporan Tugas Akhir
Penulisan hasil studi literature dan hasil pengujian serta proses pembuatan
“Sepeda Motor Listrik (Electric Motorcycle)”.
1.6. Sistematika Penulisan Laporan
Sistematika penulisan laporan dengan judul “Sepeda Motor Listrik
(Electric Motorcycle)” adalah sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Memuat latar belakang masalah, maksud dan tujuan, permasalahan, batasan
masalah, metode pengumpulan data, dan sistematika penulisan laporan.
BAB II DASAR TEORI
Membahas tentang komponen-komponen yang digunakan dalam perancangan
alat. Pembahasan berdasarkan sifat, kegunaan dan karakteristik dari bagian-
bagian tersebut.
BAB III PERANCANGAN ALAT
Membahas mengenai penggunaan komponen, letak komponen, cara kerja
rangkaian, serta sistem-sistem lain yang mendukung.
BAB IV PENGAMATAN DAN ANALISIS
Membahas tentang hasil pengamatan dan analisis data, sehingga dapat
diketahui fungsi masing-masing bagian dalam suatu sistem (objek penelitian).
6
BAB V PENUTUP
Membahas tentang kesimpulan dan saran-saran, sehingga tugas akhir ini dapat
dikembangkan lebih lanjut, dengan harapan dapat digunakan atau diaplikasikan
dalam kehidupan bermasyarakat.
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
7
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Tinjauan Umum
Listrik merupakan suatu energi yang dibangkitkan oleh pembangkit listrik
(alternator, generator, dinamo yang diputar). Energi listrik sangatlah fleksibel, yaitu
dapat diubah menjadi energi yang lain seperti energi gerak (mekanik), energi panas,
energi cahaya dan juga dapat ditampung pada accumulator (penampung) dalam
energi kimia. Sesuai dengan hukum Kekekalan Energi oleh Joule, bahwa “Energi
tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, energi hanya dapat diubah bentuk yang
satu kebentuk lainnya.”
2.1.1 Arah arus listrik
Arus listrik yaitu aliran listrik yang mengalir melalui penghantar atau
konduktor pada suatu rangkaian tertutup. Arah arus listrik mengalir dari kutub positif
(terminal plus) melalui penghantar ke kutub negatif, pada suatu rangkaian tertutup.
Arah arus listrik bertentangan dengan arus elektron yaitu dari kutub negatif melalui
penghantar ke kutub pasitif, pada suatu rangkaian tertutup. Pertentangan antara arus
listrik dan arus elektron tidak perlu menimbulkan kesalahpahaman mengingat bahwa
bila arus listrik mengalir dalam suatu arah maka bersamaan dengan itu arus elektron
mengalir berlawanan arah.
8
2.1.2 Hukum Ohm
Hubungan antara tegangan, arus dan hambatan sesuai dengan Hukum Ohm yaitu
“Arus listrik pada suatu rangkaian tertutup berbanding lurus dengan tegangan dan
berbanding terbalik dengan hambatan.”
VR ………………………………………………..(2.1)
Keterangan
I = Kuat Arus Listrik (Ampere)
V= Tegangan (Volt)
R= Hambatan (Ohm)
2.1.3 Arus searah dan arus bolak-balik
a. Arus searah direct current (DC)
Arus searah (DC) adalah aliran elektron dari suatu titik yang energi
potensialnya tinggi ke titik lain yang energi potensialnya lebih rendah. Sumber
arus listrik searah biasanya adalah baterai. Arus searah biasanya mengalir pada
sebuah konduktor, walaupun mungkin saja arus searah mengalir pada semi-
konduktor, isolator, dan ruang hampa udara.
Arus searah dulu dianggap sebagai arus positif yang mengalir dari ujung
positif sumber arus listrik ke ujung negatifnya. Pengamatan-pengamatan yang
lebih baru menemukan bahwa sebenarnya arus searah merupakan arus negatif
(elektron) yang mengalir dari kutub negatif ke kutub positif. Aliran elektron ini
9
menyebabkan terjadinya lubang-lubang bermuatan positif, yang "tampak"
mengalir dari kutub positif ke kutub negatif.
Penyaluran tenaga listrik komersil yang pertama (yang dibuat oleh Thomas
Edison di akhir abad ke 19) menggunakan listrik arus searah. Karena listrik arus
bolak-balik lebih mudah digunakan dibandingkan dengan listrik arus searah
untuk transmisi (penyaluran) dan pembagian tenaga listrik, di zaman sekarang
hampir semua transmisi tenaga listrik menggunakan listrik arus bolak-balik.
b. Arus listrik bolak-balik alternating current (AC)
Arus bolak-balik (AC) adalah arus listrik dimana besarnya dan arahnya
arus berubah-ubah secara bolak-balik. Berbeda dengan arus searah dimana arah
arus yang mengalir tidak berubah-ubah dengan waktu. Bentuk gelombang dari
listrik arus bolak-balik biasanya berbentuk gelombang sinusoida, karena ini
yang memungkinkan pengaliran energi yang paling efisien. Namun dalam
aplikasi-aplikasi spesifik yang lain, bentuk gelombang lain pun dapat
digunakan, misalnya bentuk gelombang segitiga (triangular wave) atau bentuk
gelombang segi empat (square wave).
2.2 Accumulator (Aki)
Baterai adalah suatu kimia listrik dimana energi listrik diubah menjadi energi
kimia yang kemudian diubah kembali menjadi energi listrik bila diperlukan. Bila
energi listrik diubah menjadi energi kimia berarti baterai sedang diisi (charge) dan
10
jika diubah dari energi kimia menjadi energi listrik berarti baterai sedang
mengeluarkan isi (discharge).
Aki menjadi pilihan praktis karena dapat menghasilkan listrik yang cukup
besar dan dapat diisi kembali. Aki berasal dari kata accumulator atau biasa disingkat
accu. Aki dapat memberikan aliran listrik bila dihubungkan dengan suatu rangkaian
luar. Sel aki terdiri dari anoda atau lempeng negatif Pb (timbal = timah hitam) dan
katoda atau lempeng positif PbO2 (10ynamo10 oksida), keduanya merupakan zat
padat, yang dicelupkan dalam larutan asam sulfat. Kedua elektroda tersebut, juga
hasil reaksinya, tidak larut dalam larutan asam sulfat, sehingga tidak perlu
memisahkan anoda dan katoda dan dengan demikian tidak perlu jembatan garam,
yang perlu dijaga adalah jangan sampai kedua elektroda tersebut saling bersentuhan.
Aliran listrik pada aki terjadi karena reaksi kimia dari asam sulfat dengan Pb
dari anoda dan PbO2 dari katoda yang merupakan bahan aktifnya. Reaksi redoks
spontan ini bersifat dapat balik (reversible) antara proses pengisian muatan
(charging) dan pelepasan muatan (discharging). Pada pelepasan muatan listrik,
oksigen dari PbO2 bereaksi dengan 10ynamo10l dari H2SO4 sehingga terbentuk air.
Pada saat yang sama Pb dari PbO2 bereaksi dengan ion sulfat membentuk PbSO4,
demikian pula Pb dari anoda akan menjadi PbSO4.
Jika pelepasan muatan listrik terjadi terus-menerus, asam sulfat yang
berfungsi sebagai cairan elektrolit akan lebih encer dan reaksi akan terus berlangsung
sampai seluruh bahan aktif menjadi PbSO4. Jika aki tidak dapat memberikan tenaga
listrik pada voltase tertentu maka aki perlu diisi muatan kembali (charging atau reaksi
11
ke kiri dari reaksi total). Pengisian muatan listriknya kebalikan dari reaksi kimia pada
saat melepaskan muatan (discharging atau reaksi ke kanan dari reaksi total).
PbSO4 yang terbentuk dari proses pelepasan muatan terurai menjadi Pb pada
anoda, PbO2 pada katoda dan H2O menjadi 11ynamo11l dan oksigen. Hidrogen ini
akan bereaksi dengan ion sulfat yang dibebaskan dari katoda dan anoda menjadi
H2SO4. Oksigennya akan bereaksi dengan Pb, sehingga terbentuk PbO2 pada katoda.
Densitas atau rapatan larutan asam sulfat menjadi lebih rendah pada saat discharging,
karena terbentuknya air yang densitasnya lebih rendah (1,000 g/ml) daripada larutan
asam sulfat yang terdapat dalam aki (1,280 g/ml). Sebaliknya pada saat charging air
dipakai untuk membentuk asam sulfat sehingga densitas larutan asam sulfat akan
naik.
Reaksi Kimia Baterai adalah sebagai berikut:
Reaksi kimia saat baterai diisi (charge)
PbSO4 + 2H2O + PbSO4 → PbO2 + 2H2SO4 + Pb
Reaksi kimia saat baterai mengeluarkan arus (discharge)
PbO2 + 2H2SO4 + Pb → PbSO4 + 2H2O + PbSO4
2.3 Motor Listrik
Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah
11ynamo listrik menjadi 11ynamo mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk,
misalnya, memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor,
mengangkat bahan, dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan
12
angin) dan di 12 ynamo 12 l. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya
12 ynamo 12 l sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70%
beban listrik total di 12ynamo12l.
2.3.1 Cara kerja motor listrik
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama
• Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya
• Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah
lingkaran Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torque untuk
memutar kumparan.
• Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk
memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya
dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan
medan/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan
magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.
Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang
dimaksud dengan beban motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga
putar/ torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya
dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok (BEE India, 2004):
• Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran
energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torque nya
13
tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah
conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.
• Beban dengan 13ynamo13l torque adalah beban dengan torque yang
bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan
13 ynamo 13 l torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque
bervariasi sebagai kwadrat kecepatan).
• Beban dengan 13ynamo konstan adalah beban dengan permintaan
torque yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan.
Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan
mesin.
2.3.2 Jenis-jenis Motor Listrik
Jenis-jenis motor listrik dapat dilihat seperti gambar bagan berikut.
Gambar 2.1 Bagan Klasifikasi Motor Listrik
14
2.3.3 Mesin Arus Searah
Mesin arus searah dapat berupa generator DC atau motor DC. Generator DC
alat yang mengubah 14ynamo mekanik menjadi 14ynamo listrik DC. Motor DC
alat yang mengubah 14ynamo listrik DC menjadi 14ynamo mekanik putaran.
Sebuah motor DC yang memiliki tiga komponen utama, antara lain sebagai
berikut.
• Kutub medan. Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua
kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor
DC memiliki kutub medan yang stasioner dan 14 ynamo yang
menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC
sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan.
Garis 14 ynamo 14 l 14 ynamo membesar melintasi bukaan diantara
kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau
lebih komplek terdapat satu atau lebih 14 ynamo 14 l 14 g 14 et.
Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai
penyedia struktur medan.
• Dinamo. Bila arus masuk menuju 14 ynamo, maka arus ini akan
menjadi 14 ynamo 14 l 14 g 14 et. Dinamo yang berbentuk silinder,
dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus
motor DC yang kecil, 14ynamo berputar dalam medan magnet yang
dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet
15
berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah
kutub-kutub utara dan selatan 15ynamo.
• Commutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC.
Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam
15ynamo. Commutator juga membantu dalam transmisi arus antara
15ynamo dan sumber daya.
Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali
kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini
dapat dikendalikan dengan mengatur:
• Tegangan 15 ynamo – meningkatkan tegangan 15 ynamo akan
meningkatkan kecepatan
• Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.
Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya
pada umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah,
penggunaan daya rendah hingga sedang seperti peralatan mesin dan
rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus
listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi
hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab
resiko percikan api pada sikatnya. Motor DC juga 15ynamo15l mahal
dibanding motor AC.
16
Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo
ditunjukkan dalam persamaan
berikut:
Gaya elektromagnetik: E = kΦn…………………………………..….(2.2)
Torque: = kΦIa…………………………………………………….(2.3)
Dimana:
E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)
Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan
n = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)
= torque elektromagnetik
Ia = arus dinamo
k = konstanta persamaan
Motor DC sumber daya terpisah/ Separately Excited
Jika arus medan dipasok dari sumber terpisah maka disebut motor
DC sumber daya terpisah/separately excited.
Motor DC sumber daya sendiri/ Self Excited: motor shunt
Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan
secara paralel dengan gulungan jangkar (A) seperti diperlihatkan dalam
gambar 2.2. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan
penjumlahan arus medan dan arus dinamo
.
17
Gambar 2.2 Karakteristik Motor DC Shunt
Berikut tentang kecepatan motor shunt :
• Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga
torque tertentu) setelah kecepatannya berkurang, lihat Gambar 2.2 dan
oleh karena itu cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal
yang rendah, seperti peralatan mesin.
• Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam
susunan seri dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan
memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).
Motor DC daya sendiri: motor seri
18
Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara
seri dengan gulungan jangkar (A) seperti ditunjukkan dalam gambar 2.3. Oleh
karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo. Berikut tentang kecepatan
motor seri (Rodwell International Corporation, 1997):
• Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM
• Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab
motor akan mempercepat tanpa terkendali.
Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torque
penyalaan awal yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist
(lihat Gambar 2.3).
Gambar 2.3 Karakteristik Motor Seri DC
19
Motor DC Kompon/Gabungan
Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada
motor kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel
dan seri dengan gulungan jangkar (A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar
2.4. Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus
dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yakni
persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula
torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini. Contoh,
penggabungan 40-50% menjadikan motor ini cocok untuk alat pengangkat
hoist dan derek, sedangkan motor kompon yang standar (12%) tidak cocok
(My Electrical, 2005).
Gambar 2.4 Karakteristik Motor Kompon DC
BAB III
PERANCANGAN ALAT
Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan perangkat-perangkat yang
digunakan dalam pembuatan sepeda motor listrik (electric motorcycle) yang meliputi
charger, rangkaian PWM (Pulse Width Modulation), accumulator, kontrol dan motor
listrik serta sistem mekaniknya.
3.1 Diagram Sistem Keseluruhan
Diagram sistem secara keseluruhan ditunjukkan oleh gambar 3.1.
Gambar 3.1 Diagram sistem keseluruhan
3.2 Rangkaian charger
Rangkaian charger yang dibuat ditunjukkan oleh gambar 3.2.
Gambar 3.2 Rangkaian charger
Komponen yang digunakan dalam rangkaian charger antara lain;
transformator dan dioda bridge.
3.2.1 Transformator
Transformator atau sering juga disebut trafo adalah komponen
elektronika pasif yang berfungsi untuk mengubah (menaikkan atau
menurunkan) tegangangan listrik bolak-balik (AC). Bentuk dasar
transformator adalah sepasang ujung pada bagian primer dan sepasang
ujung pada bagian sekunder. Bagian primer dan skunder adalah
merupakan lilitan kawat email yang tidak berhubungan secara elektris.
Kedua lilitan kawat ini dililitkan pada sebuah inti yang dinamakan inti
trafo. Untuk trafo yang digunakan pada tegangan AC frekuensi rendah
biasanya inti trafo terbuat dari lempengan2 besi yang disusun menjadi
satu membentuk teras besi.
Pada penggunaannya trafo juga digunakan untuk mengubah
impedansi. Untuk trafo frekuensi rendah contohnya adalah trafo penurun
tegangan (Step Down Trafo) yang digunakan pada peralatan-peralatan
elektronik tegangan rendah, adaptor, pengisi battery. Trafo jenis ini jika
pada bagian primernya kita hubungkan dengan tegangan AC 220 volt
maka pada bagian skundernya akan mengeluarkan tegangan yang lebih
rendah. Pada rangkaian tersebut trafo berfungsi untuk menurunkan
tegangan AC dari jala-jala PLN yang 220 volt menjadi sebesar tegangan
yang dibutuhkan peralatan tersebut agar dapat bekerja normal, misalnya
3 volt, 6 volt, 12 volt atau 25 volt.
Prinsip trafo penurun tegangan adalah jumlah lilitan primernya
lebih banyak dari pada jumlah lilitan skundernya. Jika dilihat dari
besarnya ukuran kawat email yang digunakan, trafo penurun tegangan
memiliki ukuran kawat yang lebih kecil pada lilitan primernya.
Sebaliknya trafo penaik tegangan memiliki ukuran kawat yang lebih
besar pada lilitan primernya. Hal ini dikarenakan pada trafo penurun
tegangan output (keluaran) arus listriknya lebih besar, sedangkan trafo
penaik tegangan memiliki out put arus yang lebih kecil. Sementara itu
frekuensi tegangan pada input dan outputnya tetap (tidak ada perubahan).
Parameter lain adalah efisiensi daya trafo. Dalam kinerjanya trafo yang
bagus memiliki efisiensi daya yang besar (sekitar 70-80%). Daya yang
hilang biasanya keluar menjadi kalor/panas yang timbul pada saat trafo
bekerja. Trafo yang memiliki efisiensi tinggi dibuat dengan teknik
tertentu dengan memperhatikan bahan inti trafo, kerapatan lilitannya
serta faktor-faktor lainnya.
Secara fisik trafo yang bagus adalah trafo yang memiliki inti trafo
yang rata dan rapat serta jika digunakan tidak bergetar, sehingga efisiensi
dayanya bagus. Dalam penggunaannya perhatikan baik-baik tegangan
kerja trafo, tiap tep-nya biasanya ditulis tegangan kerjanya misalnya pada
primernya 0V - 110V - 220V, untuk tegangan 220 volt gunakan tep 0V
dan 220V, sedangkan untuk tegangan 110 volt gunakan 0V dan 110V,
jangan sampai salah atau trafo kita bakal hangus! Dan pada skundernya
misalnya 0V - 3V - 6V - 12V – 25V, gunakan 0V dan tegangan yang
diperlukan. Ada juga jenis trafo yang menggunakan CT (Center Tep)
yang artinya adalah titik tengah. Contoh misalnya 25V - CT - 25V,
artinya jika kita gunakan tep CT dan 25V maka besarnya tegangan adalah
25 volt.
Transformator yang digunakan adalah transformator penurun
tegangan dari 220 V menjadi 25 V dengan arus maksimal 10 Ampere.
Gambar transformator yang digunakan dalam rangkaian charger
ditunjukkan oleh gambar 3.3. Alasan memakai travo 10 Ampere adalah
mempercepat pengisian accu sesuai dengan waktu yang dapat ditentukan.
Gambar 3.3 Transformator 10 ampere
3.2.2 Dioda
Dioda adalah piranti semikonduktor dengan bahan tipe-n yang
menyediakan elektron-elektron bebas dan bahan tipe-p yang disatukan
(P-N junction). Dioda merupakan suatu piranti dua elektroda dengan arah
arus yang tertentu, dapat juga dikatakan dioda bekerja sebagai
penghantar bila tegangan listrik diberikan dalam arah tertentu tetapi
dioda akan bekerja sebagai isolator bila tegangan yang diberikan alam
arah berlawanan dari pergerakan elektron pembentuknya.
Kristal pn sebagai penyusun dioda akan bekerja jika arus
didalamnya hanya dapat mengalir dalam satu arah dan tidak sebaliknya.
Hubungan ini disebut dengan rangkaian prategangan maju (fowrard
bias). Pada dioda, kita mengenal potensial barrier yaitu beda potensial
pada persambungan. Beda potensial ini menjadi cukup besar untuk
menghalangi proses penyebaran difusi selanjutnya dari elektron-elektron
bebas. Pada suhu ruangan potensial barrier bekerja sekitar 0,7 Volt untuk
Silikon dan 0,3 Volt untuk Germanium.
Gambar 3.4 Kurva Dioda
Gambar 3.4 merupakan kurva karakteristik dioda pada pra
tegangan maju (forward) dan pra tegangan balik (reverse). Dari gambar
karakteristik tersebut dapat dianalisa bahwa sebuah dioda akan
mengalirkan arus setelah tegangan luar mengatasi potensial barrier, maka
arus maju akan menjadi besar. Pada kurva dengan karakteristik balik saat
tegangan yang diberikan sama dengan nol, maka tidak ada arus yang
mengalir jika tegangan dinaikkan maka arus akan sangat kecil. Saat arus
maju terlalu besar maka dioda akan rusak karena disipasi daya terlalu
besar. Jika pada arah balik tegangan yang terlalu tinggi akan
menimbulkan kedadalan (breakdown) listrik pada dioda.
Gambar 3.5 Kurva Dioda Ideal
Dioda yang digunakan adalah dioda bridge dengan arus maksimal
25 ampere. Dioda bridge adalah dioda silicon yang dirangkai menjadi
suatu bridge dan dikemas menjadi satu kesatuan komponen. Di pasaran
terjual berbagai bentuk dioda bridge dengan berbagai macam
kapasitasnya. Ukuran dioda bridge yang utama adalah voltage dan
ampere maksimumnya. Dioda bridge digunakan sebagai penyearah pada
charger.
Gambar 3.6 Fisik dioda bridg
Gambar dioda yang digunakan dalam rangkaian charger
ditunjukkan oleh gambar 3.8. Dengan memakai komponen dioda bridge
ini maka dapat mengubah arus bolak balik atau arus AC menjadi arus
searah atau DC.
Gambar 3.7 Dioda bridge yang digunakan
Gambar 3.8 Siklus tegangan DC.
Pada bagian sekunder trafo CT , terdapat dua sinyal output yang
terjadi secara bersamaan namun berlawanan fasa.
Saat tegangan input (tegangan primer) berada pada siklus positif ,
maka pada titik dioda 2-1 akan terjadi siklus positif. Akibatnya dioda 2-1
akan mengalami panjaran maju (forward bias) sehingga arus mengalir di
2-1 menuju beban dan kembali masuk ke CT.
Saat tegangan input (tegangan primer) berada pada siklus negatif ,
maka pada titik dioda 3-1 akan terjadi sil;us positif. Akibatnya dioda 3-1
akan mengalami panjaran maju (forward bias) sehingga arus mengalir di
3-1 menuju beban dan kembali masuk ke CT.
Dari penjelasan cara kerja penyearah gelombang penuh jenis ini
terlihat bahwa tegangan yang terjadi pada beban mempunyai polaritas
yang sama tanpa memperdulikan dioda mana yang menghantar karena
arus mengalir melalui arah yang sama sehingga akan terbentuk
gelombang penuh yang disearahkan seperti ditunjukkan pada grafik
sinyal berikut.
Gambar 3.9 Grafik sinyal penyearah gelombang penuh
Jembatan dioda (dioda bridge) tersedia dalam bentuk 1 komponen
saja atau pun bisa dibuat dengan menggunakan 4 dioda yang sama
karakteristiknya. Yang harus diperhatikan adalah besar arus yang
dilewatkan oleh dioda harus lebih besar dari besar arus yang dilewatkan
pada rangkaian.
3.3 Rangkaian PWM (Pulse Width Modulation)
Rangkaian pengendali motor ini dibuat menggunakan prinsip PWM
(Pulse Width Modulation). PWM mengatur kecepatan motor menggunakan
gelombang kotak yang lebar pulsanya dimodulasi, sehingga menghasilkan
tegangan rata-rata yang bervariasi. Teknik ini memberikan kemudahan dalam
pengaturan kecepatan motor, tanpa banyak energi yang terbuang. Output dari
PWM berupa gelombang kotak seperti gambar di bawah.
Gambar 3.10 Output PWM
Ton adalah perioda output tinggi (Vmax), sedangkan Toff adalah perioda
output rendah (0V). Perioda satu gelombang penuh adalah :
OffOnTotal TTT +=
Duty Cycle didefinisikan sebagai:
Total
On
TTD =
Tegangan output bervariasi sesuai dengan Duty Cycle, yaitu:
inTotal
Onout
inout
VTTV
VDV
×=
×=
Dari persamaan di atas terlihat jika Ton = 0 maka Vout = 0 dan akan
meningkat dengan semakin besarnya Ton. Output maksimum akan dicapai pada
Ton=TTotal yaitu sebesar Vin
Rangkaian Pengendali ini memanfaatkan komponen ICSG3525 sebagai
pengontrol PWM, dengan susunan pin sebagai berikut:
Gambar 3.11 Pin ICSG3525
Adapun blok diagram internalnya seperti gambar Diagram Blok IC 3525
berikut.
Gambar 3.12 Diagram Blok ICSG3525
Rangkaian pengendali motor seperti gambar di bawah.
Gambar 3.13 Rangkaian PWM
Prinsip Kerja Rangkaian
Saat handel gas diputar, tegangan output handel gas akan menurun dari
nilai maksimalnya. Tegangan output ini digunakan untuk mengatur terang
nyala lampu Led D3 yang selanjutnya digunakan untuk mengatur nilai
resistansi pada LDR R9. Perubahan nilai resistansi R9 ini akan memvariasi
nilai masukan pada pin 2 IC SG3525 untuk menentukan nilai Duty Cycle dari
output PWM, yang selanjutnya akan menentukan kecepatan motor.
Perioda total (TTotal) dari output PWM diatur dengan menggunakan VR2
yang dihubungkan seri dengan R7 dan dihubungkan ke pin 6 (RT). Resistansi
total kedua resistor ini bersama dengan C5 yang dihubungkan dengan pin 5
(CT), digunakan untuk menentukan frekuensi oscillator pada komponen PWM,
sehigga menghasilkan perioda total yang sesuai.
Output A (pin 11) dan Output B (pin 14) masing-masing dihubungkan ke
kaki G MOSFET Q1 dan Q2 yang untuk mengendalikan kecepatan motor
berdasarkan pulsa PWM yang dihasilkan. Pulsa PWM ini berupa gelombang
kotak yang berselang-seling antara Output A dengan Output B. Kaki S dari Q1
dan Q2 dihubungkan ke ground melalui R5 sekaligus dipakai untuk memberi
kondisi pin 8 IC SG3525 (Soft-Start) melalui transistor Q3 untuk mengontrol
PWM. Dioda D1 dipasang untuk melindungi dari beban lebih (overload)
motor. D2 berfungsi melindungi dari short tegangan sumber.
3.4 Motor listrik
Motor listrik yang digunakan dalam perancangan ini adalah motor DC
yang menggunakan permanen magnet. Alasan pemilihan motor DC tipe ini
adalah kemudahan dalam pengontrolan dengan menggunakan pengaturan
tegangan DC. Medan stator motor jenis ini dihasilkan oleh magnet permanen
bukan elektromagnet. Penggunaan magnet permanen tidak membutuhkan daya
listrik untuk menghasilkan medan stator, sehingga daya dan pendinginan yang
diperlukan lebih rendah dibandingkan motor yang menggunakan
elektromagnet. Perubahan kecepatan motor dapat dengan mudah diatur dengan
cara mengubah ubah besarnya tegangan DC yang diberilkan pada motor.
3.5 Sistem Mekanik
Sistem mekanik yang direncanakan dapat dilihat pada gambar 3.6, yang
terdiri dari:
a. Kerangka alat yaitu tempat pemegang poros dan motor yang terbuat dari
campuran besi dan baja.
b. Transmisi belt atau rantai yaitu alat yang menghubungkan pulley motor DC
dengan pulley pemutar roda.
c. Perbandingan pulley motor DC dengan pulley pemutar roda adalah 1 : 5.
Dengan pulley motor DC 11 dan pulley pemutar roda 55.
d. Motor penggerak yaitu menggunakan motor DC dengan kecepatannya yang
dikontrol menggunakan rangkaian PWM .
Gambar 3.6 Sketsa Sistem Mekanik
35
BAB IV
HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini akan dibahas mengenai pengujian alat yang selanjutnya akan di
analisa, hal ini dimaksudkan untuk memperoleh data yang dibutuhkan dan untuk
mengetahui kemampuan alat yang direncanakan apakah bekerja sesuai dengan yang
diharapkan dan berjalan sesuai dengan teori yang direncanakan.
Dari hasil rancangan dan pembuatan sepeda motor listrik (electric motorcycle)
ini mempunyai hasil yang tampak pada gambar 4.1 berikut.
Gambar 4.1 Hasil Pembuatan Alat
36
4.1 Pengujian Rangkaian PWM Motor DC
Pengujian rangkaian PWM motor DC bertujuan untuk mengetahui apakah
sistem rangkaian yang dibuat sesuai dengan yang direncanakan atau tidak.
Langkah–langkah pengujian rangkaian PWM motor DC adalah sebagai
berikut.
1. Menyiapakan alat dan bahan yang akan digunakan dalam percobaan, yaitu
rangkaian PWM motor DC, power supply, dan LED.
2. Menyusun rangkaian seperti pada diagram balok berikut :
Gambar 4.2 Diagram Balok Pengujian Rangkaian Driver Motor DC
3. LED dihubungkan dengan keluaran dari rangkaian PWM motor DC,
kemudian output dari rangkaian tersebut berupa menyala atau tidaknya LED
tersebut.
4. Hasil dari keluaran LED dicatat dan ditabelkan.
Power Supply Rangkaian PWM
Motor DC
LED
37
Dari hasil pengujian didapatkan seperti pada tabel 4.1. dibawah ini.
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Rangkaian Driver Motor DC
Input ( Catu Daya ) Output ( LED ) Keterangan
ON Menyala Berfungsi
OFF Mati Tidak Berfungsi
4.2 Pengujian Kecepatan
Pengujian kecepatan putar dilakukan dengan menggunakan tachometer yang
dihubungkan langsung ke sumbu putar. Tujuan pengujian ini adalah untuk
mengetahui kecepatan maksimal sepeda motor listrik tanpa beban maupun berbeban.
4.2.1`Pengujian kecepatan putar motor DC
Langkah-langkah pada pengujian kecepatan putar motor DC dan pulley roda
sesuai dengan handel gas adalah sebagai berikut.
1. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan dalam percobaan, yaitu
tachometer dan sepeda motor listrik yang akan diuji.
2. Pasang tachometer pada pusat putaran pulley motor DC dan roda.
3. Pengaturan ini bervariasi sesuai dengan tingkat putaran handel gas, yaitu
kecepatan 1, kecepatan 2 dan kecepatan 3.
4. Mencatat penunjukan alat ukur setiap kali melakukan perubahan variasi
tarikan handel gas.
38
Tabel 4.2 Putaran Pulley Motor DC
Tingkat kecepatan putar motor
listrik Rpm
Kecepatan 1 (12 Volt) 864
Kecepatan 2 (24 Volt) 1675
Kecepatan 3 (36 Volt) 2601
4.2.2 Penghitungan kecepatan sepeda motor listrik
Dari data di atas dapat dihitung kecepatan sepeda motor listrik ini. Disini
tidak ada alat penghitung kecepatan sepeda motor listrik karena kesulitan dalam
tempat maupun dana. Oleh karena itu kecepatan sepeda motor listrik ini dihitung
secara manual.
ϖ Kecepatan 1 tanpa beban
Dengan diketahui kecepatan putar poros adalah 864 rpm
• Menghitung kecepatan dalam rotasi / detik
Kec. = rotasi/menit : 60
Kec. = 864 : 60
= 14,4 rotasi / detik
Ini adalah kecepatan putar poros motor listrik.
39
• Menghitung kecepatan putar roda
Kec. Putar roda = Kec. Putar poros
Rumus yang didapat ini dikarenakan perbandingan gerigi poros
dengan gerigi roda adalah 11 berbanding 55. Maka kecepatan putar
roda adalah sebagai berikut.
Kec. = 14,4 rotasi / detik
= 2,88 rotasi / detik
Jadi kecepatan putar roda adalah 2,88 rotasi / detik. Dengan
diketahuinya kecepatan putar roda maka dapat menghitung kecepatan
sepeda motor saat melaju dijalan dengan mengetahui keliling roda.
• Menghitung keliling roda
Karena roda berbentuk bulat / lingkaran maka dapat menggunakan
rumus lingkaran untuk menghitung keliling roda.
K = 2 r atau d
Keterangan
K = keliling lingkaran
r = jari-jari lingkaran
d = diameter lingkaran
maka, K = 3,14 . 29,6
= 92,94 cm
= 0,93 m
Jadi keliling roda belakang sepeda motor listrik tersebut adalah 0,93m.
40
• Menghitung kecepatan motor listrik saat melaju
.
Keterangan
= kecepatan laju sepeda motor listrik
K = keliling roda
V roda = kecapatan putar roda
Maka, Vsepeda = 0,93 meter . 2,88 rotasi / detik
= 2,68 meter / detik
= 9,648 km / jam
Jadi kecepatan laju sepeda motor listrik tanpa beban pada kecepatan
pertama adalah 9,648 km / jam.
ϖ Kecepatan 2 tanpa beban
Dengan diketahui kecepatan poros adalah 1675 rpm
• Menghitung kecepatan dalam rotasi / detik
Kec. = rotasi/menit : 60
Kec. = 1675 : 60
= 27,92 rotasi / detik
Ini adalah kecepatan putar poros motor listrik.
• Menghitung kecepatan putar roda
Kec. Putar roda = Kec. Putar poros
41
Rumus yang didapat ini dikarenakan perbandingan gerigi poros
dengan gerigi roda adalah 11 berbanding 55. Maka kecepatan putar
roda adalah sebagai berikut.
Kec. = 27,92 rotasi / detik
= 5,58 rotasi / detik
Jadi kecepatan putar roda adalah 5,58 rotasi / detik. Dengan
diketahuinya kecepatan putar roda maka dapat menghitung kecepatan
sepeda motor saat melaju dijalan dengan mengetahui keliling roda.
• Menghitung keliling roda
Karena roda berbentuk bulat / lingkaran maka kita dapat menggunakan
rumus lingkaran untuk menghitung keliling roda.
K = 2 r atau d
Keterangan
K = keliling lingkaran
r = jari-jari lingkaran
d = diameter lingkaran
maka, K = 3,14 . 29,6
= 92,94 cm
= 0,93 m
Jadi keliling roda belakang sepeda motor listrik tersebut adalah 0,93m.
• Menghitung kecepatan motor listrik saat melaju
.
42
Keterangan
= kecepatan laju sepeda motor listrik
K = keliling roda
V roda = kecapatan putar roda
Maka, Vsepeda = 0,93 meter . 5,58 rotasi / detik
= 5,18 meter / detik
= 18,648 km / jam
Jadi kecepatan laju sepeda motor listrik tanpa beban pada kecepatan
kedua adalah 18,648 km / jam.
ϖ Kecepatan 3 tanpa beban
Dengan diketahui kecepatan poros adalah 2601 rpm
• Menghitung kecepatan dalam rotasi / detik
Kec. = rotasi/menit : 60
Kec. = 2601 : 60
= 43,35 rotasi / detik
Ini adalah kecepatan putar poros motor listrik.
• Menghitung kecepatan putar roda
Kec. Putar roda = Kec. Putar poros
Rumus yang didapat ini dikarenakan perbandingan gerigi poros
dengan gerigi roda adalah 11 berbanding 55. Maka kecepatan putar
roda adalah sebagai berikut.
Kec. = 43,35 rotasi / detik
43
= 8,67 rotasi / detik
Jadi kecepatan putar roda adalah 8,67 rotasi / detik. Dengan
diketahuinya kecepatan putar roda maka dapat menghitung kecepatan
sepeda motor saat melaju dijalan dengan mengetahui keliling roda.
• Menghitung keliling roda
Karena roda berbentuk bulat / lingkaran maka kita dapat menggunakan
rumus lingkaran untuk menghitung keliling roda.
K = 2 r atau d
Keterangan
K = keliling lingkaran
r = jari-jari lingkaran
d = diameter lingkaran
maka, K = 3,14 . 29,6
= 92,94 cm
= 0,93 m
Jadi keliling roda belakang sepeda motor listrik tersebut adalah 0,93m.
• Menghitung kecepatan motor listrik saat melaju
.
Keterangan
= kecepatan laju sepeda motor listrik
K = keliling roda
V roda = kecapatan putar roda
44
Maka, Vsepeda = 0,93 meter . 8,67 rotasi / detik
= 8,063 meter / detik
= 29,120 km / jam
Jadi kecepatan laju sepeda motor listrik pada kecepatan ketiga tanpa
beban adalah 29,120 km / jam.
Dengan hasil pengukuran diatas maka diperoleh table berikut.
Tabel 4.3 Kecepatan Laju Sepeda Motor Listrik
Tingkat laju kecepatan
motor listrik
Putaran pulley motor
DC tanpa beban dalam
rpm
Kecepatan laju
sepeda motor listrik
tanpa beban
Kecepatan 1 (12 V) 864 9,648 km / jam
Kecepatan 2 (24 V) 1675 18,648 km / jam
Kecepatan 3 (36 V) 2601 29,120 km / jam
4.3 Pengujian Pengisian Baterai
Pengujian pengisian baterai bertujuan untuk mengetahui berapa lama waktu
yang diperlukan untuk mengisi accumulator hingga terisi penuh.
Langkah–langkah pengujian pengisian baterai adalah sebagai berikut.
1. Menyiapakan alat dan bahan yang akan digunakan dalam percobaan, yaitu
charger 10 Ampere, Ampere meter, alat indikator pengisian baterai,
stopwatch dan baterai yang ada di dalam sepeda motor listrik.
2. Merangkai ampere meter secara seri antara charger dengan baterai.
45
3. Memasangkan alat indikator pengisian baterai secara paralel dengan baterai
yang akan diuji.
4. Menghidupkan stopwatch sesaat setelah semuanya dirangkai.
5. Mencatat hasil pengukuran dengan tabel.
Tabel 4.4 Waktu Pengisian Baterai sampai Penuh
Jumlah baterai
yang diisi
Tegangan
pengisian
Dalam Volt
Waktu saat baterai
terisi penuh dalam
detik
Arus pengisian
( Ampere )
1 13,2 1980 8,8
2 25,1 2076 8,5
3 38,4 2110 8,3
4.4 Jarak dan Waktu Tempuh Sepeda Motor Listrik
Pengujian sepeda motor listrik ini dilakukan di alun-alun wonosobo yang
berbentuk persegi panjang yang memiliki panjang 246 meter dan lebar 198 meter
dengan keliling 888 meter. Pengujian dilakukan dengan menaiki sepeda motor listrik
dengan beban 60 kg ccdan mengikuti jalur luar dari alun-alun wonosobo tersebut.
Langkah-langkah dalam pengujian daya tempuh sepeda motor listrik adalah
sebagai berikut.
1. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan dalam percobaan, yaitu
meteran (alat pengukur jarak dalam meter) dan sepeda motor listrik yang akan
diuji.
46
2. Mengukur panjang dan lebar alun-alun wonosobo yang berbentuk persegi
panjang.
3. Pengukuran dilakukan dengan beberapa variasi kecepatan, yaitu pada
tegangan 12 volt kemudian 24 volt serta 36 volt.
4. Mencatat berapa kali putaran sepeda motor listrik memutari alun-alun
wonosobo.
Dengan menguji sepeda motor listrik diperoleh data pengukuran jarak
tempuh sepeda motor listrik saat baterai terisi penuh sebagai berikut.
Tabel 4.5 Jarak dan Waktu Tempuh Sepeda Motor Listrik
Tingkat laju kecepatan motor listrik
Jarak tempuh Jarak
( meter )
Waktu
( detik )
Kecepatan 1 (12 V) 15 putaran + 54
meter 13.374 5.237
Kecepatan 2 (24 V) 29 putaran + 129
meter 25.881 5.305
Kecepatan 3 (36 V) 47 putaran + 810
meter 42.546 5.380
4.5 Pembahasan
Berdasarkan hasil pengujian alat, baik pengujian tiap diagram kotak maupun
keseluruhan maka dapat diuraikan beberapa permasalahan yang berhubungan dengan
alat sebagai berikut ini:
47
1. Pembahasan pengisian baterai
Baterai memiliki kapasitas 3,5 Ah. Padahal waktu pengisian, secara teori
charger memberikan arus sebesar 10 Ampere sesuai yang tertera dalam kemasan
transformator. Perhitungan secara teori adalah sebagai berikut.
• Menghitung waktu penuh baterai
t = kapasitas baterai : I
Keterangan
t = waktu pada saat baterai terisi penuh
I = Arus yang mengalir ke baterai
t = 3,5 : 10 A
= 0,35 jam
= 1260 detik
Jadi waktu yang diperlukan untuk mengisi baterai hingga penuh
menurut teori adalah 0,35 jam atau 1260 detik, namun dalam
kenyataannya waktunya berbeda yaitu rata-rata 2000 detik.
Hasil pengukuran secara teori dan kenyataan berbeda. Ini disebabkan oleh
beberapa faktor berikut.
1. Transformator tidak ideal.
2. Resistansi dalam baterai makin lama makin besar
3. Ada kebocoran arus di dalam transformator sehingga arus yang dikeluarkan
tidak sama dengan yang tertera pada transformator.
4. Karena dalam perhitungan arus diasumsikan konstan.
48
5. Adanya beban yang dapat menurunkan arus maupun tegangan keluaran
charger.
2. Pembahasan Jarak Maksial Sepeda Motor Listrik
Keadaan baterai terisi penuh memiliki kapasitas 3,5 Ah, yang artinya baterai
memiliki cadangan energi listrik 3,5 ampere dalam satu jam. Padahal rata-rata arus
yang digunakan pada motor listrik sebesar 2 ampere. Jadi perhitungannya adalah
sebagai berikut.
• Menghitung waktu habis baterai bila digunakan terus menerus.
Waktu habis baterai = kapasitas baterai : arus rata-rata
= 3,5 Ah : 2 A
= 1,75 jam
Jadi waktu habis baterai digunakan terus menerus adalah 1,75 jam.
Maka dapat dihitung secara manual berapa jauh jarak maksimum yang
dapat ditempuh sepeda motor listrik pada keadaan kecepatan 1,
kecepatan 2 dan kecepatan 3.
• Pada kecepatan 1
Jarak max = kecepatan 1 . waktu habis baterai
= 9,648 km / jam . 1,75 jam
= 16,884 km
= 16.884 m
49
Jadi jarak maksimum yang bisa ditempuh sepeda motor listrik ini
adalah 16.884 meter, tetapi dalam kenyataannya jarak yang ditempuh
sepeda motor listrik ini adalah 13.374 meter.
• Pada kecepatan 2
Jarak max = kecepatan 2 . waktu habis baterai
= 18,648 km / jam . 1,75 jam
= 32,624 km
= 32.624 m
Jadi jarak maksimum yang bisa ditempuh sepeda motor listrik ini
adalah 32.624 meter, tetapi dalam kenyataannya jarak yang ditempuh
sepeda motor listrik ini adalah 25.881 meter.
• Pada kecepatan 3
Jarak max = kecepatan 3 . waktu habis baterai
= 29,1201 km / jam . 1,75 jam
= 50,960175 km
= 50.960,175 m
Jadi jarak maksimum yang bisa ditempuh sepeda motor listrik ini
adalah 50.960,175 meter, tetapi dalam kenyataannya jarak yang
ditempuh sepeda motor listrik ini adalah 42.546 meter.
50
Tabel 4.6 Perbandingan Jarak Tempuh
Tingkat Kecepatan Perhitungan
(meter)
Kenyataan
(meter)
Waktu
( detik )
Kecepatan 1 (12 V) 16.884 13.374 5.237
Kecepatan 2 (24 V) 32.624 25.881 5.305
Kecepatan 3 (36 V) 50.960,175 42.546 5.380
Grafik hubungan waktu dengan jarak yang ditempuh secara perhitungan dan
kenyataan diperlihatkan pada Gambar 4.2.
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Tingkat Kecepatan dengan Jarak yang Ditempuh
Hasil pengukuran secara teori dan kenyataan berbeda. Ini disebabkan oleh
beberapa faktor berikut. Antara lain:
1. Faktor beban
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
0 1 2 3 4
jarak tempu
h sepe
da m
otor listrik (m
)
tingkat kecepatan
Perhitungan (meter)
Kenyataan (meter)
51
2. Faktor jalan yang tidak rata
3. Daya yang hilang di rantai
3. Pembahasan Kecepatan Sepeda Motor Listrik
Disini akan dibahas mengenai kecepatan sepeda motor listrik berbeban dan
tanpa beban. Dari hasil penelitian diatas dapat dihitung kecepatan sepeda motor listrik
rata-rata dengan mengetahui jarak dan waktu yang ditempuh.
ϖ Menghitung kecepatan rata-rata sepeda motor listrik
• Kecepatan 1 (12 Volt) berbeban
V =
Keterangan
V = kecepatan sepeda motor listrik
s = jarak yang ditempuh sepeda motor listrik
t = waktu untuk menempuh jarak tersebut
V = ..
= 2,553 m/detik
Jadi kecepatan sepeda motor listrik berbeban pada kecepatan 1
(12 Volt) adalah 2,553 m/detik.
• Kecepatan 2 (24 Volt) berbeban
V =
Keterangan
V = kecepatan sepeda motor listrik
52
s = jarak yang ditempuh sepeda motor listrik
t = waktu untuk menempuh jarak tersebut
V = . .
= 4,878 m/detik
Jadi kecepatan sepeda motor listrik berbeban pada kecepatan 2
(24 Volt) adalah 4,878 m/detik.
• Kecepatan 3 (36 Volt) berbeban
V =
Keterangan
V = kecepatan sepeda motor listrik
s = jarak yang ditempuh sepeda motor listrik
t = waktu untuk menempuh jarak tersebut
V = . .
= 7,908 m/detik
Jadi kecepatan sepeda motor listrik berbeban pada kecepatan 3
(36 Volt) adalah 7,908 m/detik.
53
Tabel 4.7 Perbandingan Kecepatan Sepeda Motor Listrik
Tingkat kecepatan Kecepatan tanpa beban
meter/detik
Kecepatan berbeban
meter/detik
Kecepatan 1 2,68 2,553
Kecepatan 2 5,18 4,878
Kecepatan 3 8,063 7,908
Grafik hubungan tingkat kecepatan dengan kecepatan tanpa beban dan
berbeban diperlihatkan pada Gambar 4.3.
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Tingkat Kecepatan dengan Kecepatan Sepeda Motor
Listrik berbeban dan tanpa beban
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
0 1 2 3 4
kecepatan sepe
da m
otor listrik (m
/s)
tingkat kecepatan
Kecepatan tanpa beban meter/detik
Kecepatan berbeban meter/detik
54
Perbedaan kecepatan sepeda motor listrik secara perhitungan dan kenyataan
berbeda. Ini dikaranakan oleh beberapa faktor berikut:
1. Faktor jalan yang tidak rata
2. Faktor beban
55
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari hasil pengujian dan pembahasan data yang diperoleh maka dapat
diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Dari hasil pengamatan secara keseluruhan, maka sepeda motor listrik ini akan
bekerja dengan baik untuk digunakan pada daerah yang cukup datar.
2. Sepeda motor listrik ini memiliki tiga tingkat kecepatan
a. Laju kecepatan 1 memiliki kecepatan maksimal 2,68 meter/detik.
b. Laju kecepatan 2 memiliki kecepatan maksimal 5,18 meter/detik.
c. Laju kecepatan 3 memiliki kecepatan maksimal 8,063 meter/detik.
3. Jarak tempuh maksimal dari sepeda motor listrik ini adalah 42.546 meter
dengan beban 60 kg untuk tiga buah baterai.
4. Pada kecepatan tinggi menghasilkan jarak tempuh yang lebih tinggi, karena
baterai yang digunakan lebih banyak.
5. Waktu pengisian baterai sampai terisi penuh adalah 2000 detik atau sekitar 33
menit
5.2 Saran
1. Perlu ditambahkan transmisi gigi untuk meringankan kinerja motor listrik.
2. Untuk mendapat penerangan di malam hari, sepeda motor listrik ini dapat
ditambahkan lampu.
56
3. Untuk meringankan kerja motor listrik, maka sebelum handel gas diputar,
sebaiknya sepeda digayuh terlebih dahulu.
4. Disarankan yang memakai sepeda motor listrik ini memiliki berat dibawah
80 kg.