HALAMAN PERSETUJUAN MOBIL LISTRIK - core.ac.uk · perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit...
Transcript of HALAMAN PERSETUJUAN MOBIL LISTRIK - core.ac.uk · perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit...
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
MOBIL LISTRIK : PEMBUATAN KONTROL KECEPATAN
MOTOR PADA MOBIL LISTRIK
Disusun Oleh :
CATUR HARYADI
I 8607031
Proyek Akhir ini telah disetujui untuk diajukan dihadapan Tim Penguji
Tugas Akhir Program Studi D-III Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Pembimbing I
Muh Nizam, MT, P. hd
NIP.197202292000121001
Pembimbing II
Ir. Agus Sujono, MT.
NIP. 196906251997021001
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iii
PENGESAHAN
Proyek Akhir ini telah disetujui untuk dipertahankan dihadapan Tim
penguji Proyek Akhir Program Studi D III Teknik Mesin Otomotif Fakultas
Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta dan diterima untuk memenuhi
persyaratan mendapat gelar Ahli Madya.
Pada hari :
Tanggal :
Tim Penguji Proyek Akhir
1. Ketua/Penguji I
Muhammad Nizam, P. hd
( 19700720 199903 1 001 )
( )
2. Penguji II
Ir. Agus Sujono, M.T.
( 19511001 198503 1 001 )
( )
3. Penguji III
Bambang Kusharjanta, S.T.,M.T.
( 19691116 199702 1 001 )
( )
4. Penguji IV
Zainal Arifin, S.T.,M.T.
( 19700911 200003 1 001 )
( )
Mengetahui, Disahkan, Ketua Program D-III Teknik Mesin Koordinator Proyek Akhir
Fakultas Teknik UNS Fakultas Teknik UNS
Zainal Arifin, S.T., M.T. Jaka Sulistya Budi, S.T. NIP. 19700911 200003 1 001 NIP. 19671019 199903 1 001
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv
HALAMAN MOTTO
• Jangan katakan tidak bisa sebelum mencoba bila ingin mencapai
kesuksesan.
• Jangan tunggu-tunggu kesempatan dalam kesempitan, tapi ciptakanlah
kesempatan dan situasi yang menguntungkan.
• Jangan takut menghadapi penderitaan, sebab makin dekat cita-cita yang
kita hadapi, maka makin banyak penderitaan.
• Kegelisahan, cemas dan bersusah hati sama jahatnya dengan penyakit
kanker.
• Berbagilah dengan sesama karena dengan berbagi dapat mengurangi
masalah yang ada .
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
v
PERSEMBAHAN
Laporan Proyek Akhir ini kami persembahkan kepada :
1. Kedua Orang tuaku, Bapak Citro Suwarno dan Ibu Sugiharti tercinta terima
kasih atas semua dukungan, do’a materi dan segala bimbingannya.
2. Semua keluargaku yang tersayang terima kasih atas semua dukungan, do’a
dan materi yang telah diberikan.
3. Rekan-rekan mahasiswa D-III Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret
Surakarta angkatan 2007 terima kasih atas semua bantuannya.
4. Teman-teman kelompok Proyek Akhir ( Rimba, Kun, Jatun ) terima kasih atas
semua kerja sama dan bantuannya..
5. Semua orang yang telah memberi kasih sayang, cinta, do'a dan semangat
untuk penulis.
6. Semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian Proyek Akhir ini.
7. Almamater Universitas Sebelas Maret Surakarta.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
ABSTRAK
Kun Yasmono, 2011, PEMBUATAN KONTROL KECEPATAN MOTOR
PADA MOBIL LISTRIK
Program Studi Diploma III Teknik Mesin Otomotif, Fakultas Teknik, Universitas
Sebelas Maret Surakarta.
Teknologi kendaraan listrik batere dipercaya akan dengan cepat berkembang
dan mendominasi sebagai pengganti era transportasi mesin bakar, ini dikarenakan
teknologi kendaraan listrik baterai memiliki beberapa keunggulan dibandingkan
dengan teknologi alternatif lainnya.
Pertama, penggunaan transportasi listrik akan memberikan efisiensi rata rata
dua kali lipat lebih efisien daripada penggunaan transportasi berbasis mesin bakar.
Kedua, sumber energi transportasi listrik jauh lebih flexible dibandingkan dengan
teknologi mesin bakar. Ketiga, penggunaan transportasi listrik akan mengembalikan
kualitas udara dalam kota karena kendaraan listrik tidak mengeluarkan gas sisa
pembakaran.
Proyek akhir ini bertujuan adalah merancang dan mengaplikasikan kontrol
kecepatan motor listrik yang dapat bekerja dengan baik dan ekonomis. Metode
dalam perancangan mesin ini adalah studi pustaka, pengamatan dan Pembuatan
alat pengatur kecepatan motor mobil listrik. Dari perancangan yang dilakukan,
dihasilkan suatu kontrol kecepatan motor mobil listrik, dengan spesifikasi sebagai
berikut :
Sumber tegangan yang digunakan 3 buah baterai 36V 100 Ah.
Motor listrik yang digunakan memiliki daya 3 hp dan putaran 2300 rpm.
Kontrol kecepatan yang digunakan menggunakan metode PWM (Pulse
Width Modulation).
Total biaya untuk pembuatan 1 unit kontrol kecepatan adalah Rp 821.450,00.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat, karunia dan
hidayah-Nya. Sehingga laporan Proyek Akhir dengan judul PEMBUATAN
KONTROL KECEPATAN MOTOR PADA MOBIL LISTRIK ini dapat
terselesaikan dengan baik tanpa halangan suatu apapun. Laporan Tugas Akhir ini
disusun untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam mata kuliah Tugas Akhir
dan merupakan syarat kelulusan bagi mahasiswa DIII Teknik Mesin Otomotif
Universitas Sebelas Maret Surakarta dalam memperoleh gelar Ahli Madya (A.Md)
Dalam penulisan laporan ini penulis menyampaikan banyak terima kasih
atas bantuan semua pihak, sehingga laporan ini dapat disusun. Dengan ini penulis
menyampaikan terima kasih kepada:
1. Allah SWT yang selalu memberikan limpahan rahmat dan hidayah-Nya.
2. Bapak dan Ibu di rumah atas segala bentuk dukungan dan doanya.
3. Bapak Zainal Arifin, S.T., M.T., selaku Ketua Program D-III Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
4. Bapak Muhammad Nizam, P. hd., selaku pembimbing I Proyek Akhir.
5. Bapak Ir. Agustinus Sujono, M.T., selaku pembimbing II Proyek Akhir.
6. Bapak Jaka Sulistya Budi, S.T., selaku koordinator Proyek Akhir.
7. Bapak Tri Irianto terima kasih atas bimbingan dan bantuannya selama proses
pembuatan kyang Proyek Akhir ini
8. Semua Dosen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
9. Teman-teman seangkatanku, D III Produksi dan Otomotif 2007 terima kasih
atas kekompakannya dan canda tawanya.
10. Mas Solikin, Mas Mamad, dan Lek Yan selaku laboran Motor Bakar terima
kasih atas bimbingan dan bantuannya..
11. Teman – teman dikost terima kasih canda tawanya.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
12. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu – persatu yang telah membantu
dalam penyusunan laporan proyek akhir ini.
Penulis menyadari dalam penulisan laporan ini masih jauh dari
sempurna. Oleh karena itu kritik, pendapat dan saran yang membangun dari
pembaca sangat dinantikan. Semoga laporan ini dapat bermafaat bagi penulis pada
khususnya dan bagi pembaca bagi pada umumnya, Amin.
Surakarta, Januari 2011
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .................................................................................... I
HALAMAN PERSETUJUAN ..................................................................... II
HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................... III
HALAMAN MOTTO .................................................................................. IV
HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................. V
ABSTRAKSI ............................................................................................... VI
KATA PENGANTAR ................................................................................. VII
DAFTAR ISI ................................................................................................ IX
DAFTAR GAMBAR ................................................................................... XII
DAFTAR TABEL ........................................................................................ XIV
DAFTAR NOTASI ...................................................................................... XV
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................ 1
1.1. Latar Belakang ..................................................................... 1
1.2. Perumusan masalah .............................................................. 3
1.3. Tujuan Proyek Akhir ............................................................ 3
1.4. Manfaat Proyek Akhir ........................................................... 3
1.5. Kerangka Pemikiran .............................................................. 3
1.6. Metode Pemecahan Masalah ................................................. 4
BAB II DASAR TEORI ............................................................................ 5
2.1. Pengertian Kontrol kecepatan motor DC ............................. 5
2.2. Mengontrol Kecepatan Motor ……………………………… 6
2.2.1 PWM (Pulse Width Modulation)…………………… 6
2.3. Mengontrol arah putar............................................................ 8
2.2.2 Menggunakan Saklar Mekanik................................... 8
2.2.3 Menggunakan Transistor dengan susunan H-bridge.. 8
2.4. Teori Dasar Elektronika ........................................................ 10
2.5. Transistor ............................................................................. 10
2.5.1. Fungsi Transistor ....................................................... 12
2.5.2. Cara Kerja Transistor ................................................ 12
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
x
2.6. Resistor ................................................................................. 13
2.6.1 Karakteristik Resistor ............................................... 14
2.6.2 Pertimbangan untuk memilih Resistor ...................... 14
2.7. Dioda ..................................................................................... 15
2.7.1. Fungsi Dioda ............................................................. 15
2.7.2. Prinsip Kerja Dioda ................................................... 15
2.7.3. Forward bias dan reverse bias ................................... 17
2.7.4. Jenis Dioda ................................................................ 18
2.8. IC (INTEGRATED CIRCUIT) 18
2.8.1. Fungsi IC (Integrated Circuit) 18
2.8.2. Prinsip Kerja IC NE 555 19
2.9. Kapasitor 21
2.9.1 Fungsi Kapasitor 21
2.9.2 Macam-macam kapasitor 21
2.9.3 Prinsip Kerja 22
2.10. Kinerja Traksi Kendaraan 23
2.10.1. Gaya Traksi kendaraan 23
2.10.2. Perhitungan Torsi Motor dan Kecepatan 24
BAB III PERENCANAAN DAN PEMBUATAN KONTROL KECEPATAN 27
3.1. Perencanaan Layout Tata Letak Rangkaian Kontrol Pada
Mobil .................................................................................. 27
3.2. Perencanaan sistem ............................................................... 28
3.3. Perancangan Rangakaian Kontrol kecepatan ........................ 28
3.3.1 Rangakaian pada pedal Gas ....................................... 28
3.3.2 Rangkaian PWM (Pulse Width Modulation) ............. 31
3.3.3 Rangkaian MOSFET Sebagai Switching Tegangan
( Driver ) ................................................................... 33
3.3.4. Rangkaian Saklar Mekanis Maju Mundur ( SM3 ) ... 36
3.4. Membuat desain PCB (Printed Circuit Board) untuk
rangkaian kontrol kecepatan 37
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xi
3.5. Membuat jalur PCB pada rangkaian untuk rangkaian
kontrol kecepatan 37
3.6. Gambar Langkah Pembuatan PWM 40
3.7. Sistem Operasi Kontrol 42
3.8. Perakitan ................................................................................ 42
3.9. Perakitan Perangkat Kontrol Kecepatan dan Motor pada
Mobil .................................................................................... 45
BAB IV DATA PERCOBAAN .................................................................. 46
4.1. Pengujian Motor .................................................................... 46
4.1.1 Analisa Gaya Traksi Kendaraan................................ 46
4.1.2 Perhitungan Torsi Dan Kecepatan Mobil .................. 47
4.1.3 Perhitungan Sudut Kemiringan Maksimum .............. 48
4.2. Pengujian Sinyal Sistem ........................................................ 50
4.2.1 Mencari nilai Frekuensi PWM
(Pulse Width Modulation) 50
4.2.2. Perhitungan tegangan yang digunakan...................... 51
4.2.3 Perhitungan (%) Prosentase Lebar Pulsa Minimum . 51
4.2.4 Perhitungan (%) Prosentase Lebar Pulsa Maksimal . 52
4.3. Analisa Voltase Output ......................................................... 53
4.4. Analisa Biaya ........................................................................ 58
BAB V PENUTUP ..................................................................................... 61
5.1. Kesimpulan ........................................................................... 61
5.2. Saran ..................................................................................... 61
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Sinyal PWM ................................................................................... 6
Gambar 2.2. Sinyal PWM ................................................................................... 7
Gambar 2.3. Skema pengaturan arah putaran dengan saklar mekanik ............... 8
Gambar 2.4. Skema pengaturan arah putaran dengan transistor ......................... 9
Gambar 2.5. Skema arah putaran searah jarum jam dengan transistor ............... 9
Gambar 2.6. Simbol transistor bipolar .............................................................. 11
Gambar 2.7. Simbol dan bentuk fisik resistor tetap .......................................... 13
Gambar 2.8. Simbol dan struktur dioda ............................................................ 15
Gambar 2.9. Dioda dengan bias maju ............................................................... 16
Gambar 2.10. Dioda dengan bias negatif ......................................................... 16
Gambar 2.11. Grafik arus dioda ....................................................................... 17
Gambar 2.12. IC NE555 ................................................................................... 19
Gambar 2.13. Prinsip dasar kapasitor ............................................................... 22
Gambar 2.14. Gaya yang bekerja pada mobil ................................................... 23
Gambar 2.15. Analisis kemiringan maksimum ................................................. 26
Gambar 3.1. Tata Letak Rangkaian Kontrol .................................................... 27
Gambar 3.2. blok diagaram sistem 28
Gambar 3.3. Microswitch dan potensiometer pada mekanis gas ...................... 29
Gambar 3.4. mekanisme pemutar potensiometer .............................................. 30
Gambar 3.5. mekanisme pada pedal rem .......................................................... 31
Gambar 3.6. Rangkaian PWM 32
Gambar 3.7. Rangkaian MOSFET 34
Gambar 3.8. Rangkaian PWM dan Driver ........................................................ 35
Gambar 3.9. Pengaturan posisi maju dan posisi mundur serta netral dengan
Menggunakan SM3 ( Saklar Mekanis Maju Mundur ) ..................................... 36
Gambar 3.10 Layout Rangkaian PWM ............................................................. 38
Gambar 3.11 Jalur PCB PWM .......................................................................... 38
Gambar 3.12 Layout Rangkaian DRIVER ....................................................... 39
Gambar 3.13 Jalur PCB DRIVER ..................................................................... 39
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiii
Gambar 3.14(a-f) Gambar Kontruksi rangkaian PWM..................................... 40
Gambar 3.15. Perakitan pada Mobil ................................................................. 44
Gambar 4.1 Gaya yang bekerja pada mobil ...................................................... 46
Gambar 4.2.Analisis kemiringan maksimum .................................................... 49
Gambar 4.3.Sinyal PWM pada keadaan minimal speed ................................... 50
Gambar 4.4. Sinyal PWM ................................................................................. 51
Gambar 4.5. Sinyal PWM ................................................................................. 51
Gambar 4.6. Sinyal PWM ................................................................................. 52
Gambar 4.7 Grafik hubungan jarak, waktu, dan kecepatan ¼ putaran gas ....... 53
Gambar 4.8 Grafik hubungan jarak, waktu, dan kecepatan ½ putaran gas ...... 54
Gambar 4.9 Grafik hubungan jarak, waktu, dan kecepatan ¾ putaran gas ..... 55
Gambar 4.10 Grafik hubungan jarak, waktu, dan kecepatan putaran
gas penuh ..................................................................................... 56
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kode Warna Resistor 14
Tabel 4.3.1 Putaran gas ¼, dengan jarak 50 m 53
Tabel 4.3.2 Putaran gas 1/2, dengan jarak 50 m 54
Tabel 4.3.3 Putaran gas 3/4, dengan jarak 50 m 55
Tabel 4.3.4 Putaran gas penuh, dengan jarak 50 m 56
Tabel 4.4.1 Biaya Komponen 58
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xv
DAFTAR NOTASI
= waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi tinggi
= waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi rendah
= Daur aktif duty cycle
= Tegangan keluar (V)
Vin = Tegangan masukan (V)
W = Berat
m = massa
g = percepatan gravitasi bumi
= koefisien gesek
N = Gaya Normal
Fmaks = Gaya Traksi maksimum
V = voltase motor listrik
= Kecepatan sudut
Rpm = Rotation per minutes
π = 3,14
T = Torsi motor
k = motor konstanta
I = arus yang digunakan pada motor
P = Daya motor
v = Kecepatan
Ah = Kapasitas arus batere
Iin = arus input
v0 = kecepatan awal
a = percepatan
s = koefisien gesek
Ftraksi = gaya traksi
Fgesek = gaya gesek
= sudut kemiringan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG
Saat ini pemerintah sedang gencar dalam mengembangkan kendaraan
listrik sebagai pengganti transportasi mesin bakar. Hal ini disebabkan karena
subsidi BBM untuk kendaraan semakin lama semakin membengkak, akan tetapi
belum banyak perusahaan otomotif di Indonesia yang membuat dan
mengembangkan sarana transportasi mobil listrik sebagai pengganti transportasi
mesin bakar.
Kendaraan listrik memiliki efisiensi energi yang paling tinggi
dibandingkan dengan kendaraan mesin bakar konvensional. Pada mesin bakar
85% lebih dari energi yang dihasilkan terbuang menjadi panas, gerak dan gesekan
komponen. Hanya sekitar 15% yang dapat dikonversikan menjadi energi kinetik
penggerak kendaraan. Sedangkan pada kendaraan listrik justru terjadi
kebalikannya di mana sekitar 88% energi yang dipakai dikonversikan menjadi
energi kinetik penggerak kendaraan (Wikipedia Indonesia, 2010). Sehingga untuk
menggerakan sebuah kendaraan dengan bobot yang sama, kendaraan listrik
memerlukan energi yang jauh lebih sedikit dan juga tidak mengeluarkan polusi
kendaraan sama sekali.
Teknologi kendaraan listrik baterai dipercaya akan dengan cepat
berkembang dan mendominasi sebagai pengganti era transportasi mesin bakar, hal
ini dikarenakan teknologi kendaraan listrik batterai memiliki beberapa keunggulan
dibandingkan dengan teknologi alternatif lainnya.
Pertama, penggunaan transportasi listrik akan memberikan efisiensi rata
rata dua kali lipat lebih efisien daripada penggunaan transportasi berbasis mesin
bakar. Kedua, sumber energi transportasi listrik jauh lebih flexible dibandingkan
dengan teknologi mesin bakar. Sumber energi bisa didapatkan dari sumber
berbasis fosil seperti batubara, minyak bumi dan gas ataupun sumber energi
terbaharui seperti tenaga air, angin, surya, biofuel, sampah, panas bumi dan lain
lain tanpa harus merubah teknologi pada kendaraan. Flexibilitas ini dapat
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
meningkatkan ketahanan energi nasional dengan melepaskan ketergantungan akan
satu sumber energi dan beralih pada sumber energi yang lain pada saat dibutuhkan
(Wikipedia Indonesia, 2010).
Ketiga, penggunaan transportasi listrik akan mengembalikan kualitas udara
dalam kota karena kendaraan listrik tidak mengeluarkan gas sisa pembakaran. Jika
energi listrik yang dipakai didapat dari sumber yang berkesinambungan yang
tanpa emisi dalam prosesnya, maka terjadilah mobilitas yang 100% berkelanjutan
dari segi energi dan lingkungan. Jika pada tahap awal energi listrik yang
digunakan masih didapatkan dari proses konversi energi fosil maka akan tetap
terbentuk polusi, akan tetapi polusi tersebut akan jauh lebih kecil, jauh dari
kepadatan penduduk dan lebih mudah dikendalikan (www.motorplus-online.com,
2009).
Di dalam membuat mobil listrik dibutuhkan komponen-komponen, salah
satunya adalah kontrol kecepatan motor listrik pada mobil listrik. Kontrol
kecepatan adalah suatu alat yang berfungsi sebagai kontrol untuk mengatur
kecepatan motor pada saat motor dialiri arus sehingga motor dapat bergerak.
Pembuatan kontrol kecepatan motor pada mobil listrik ini didasarkan pengamatan
sistem kontrol kecepatan yang terdapat pada sepeda motor listrik. Oleh karena itu
perlu dirancang sebuah sistem kontrol kecepatan motor listrik yang universal,
dimana kontrol kecepatan tersebut dapat digunakan dan diaplikasikan untuk
kontrol kecepatan mobil listrik.
Sebuah alat kontrol kecepatan diperlukan untuk menjalankan mobil listrik
dan mengatur putaran mesin. Kontrol kecepatan pada mobil listrik terdiri dari 3
bagian, yaitu power, kontrol, dan pembalik putaran motor. Ketiga bagian ini
saling berkaitan, dimana kontrol digerakkan dengan memakai pedal gas.
Kemudian kontrol mengirimkan sinyal ke power yang kemudian memutar motor,
sehingga mobil dapat berjalan. Sedangkan pembalik putaran hanya dipakai untuk
membalik putaran motor agar mobil dapat berjalan mundur
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3
1.2. PERUMUSAN MASALAH
Dari latar belakang di atas dapat dirumuskan permasalahannya adalah
bagaimana merancang dan mengaplikasikan kontrol kecepatan motor listrik yang
dapat bekerja dengan baik pada mobil listrik.
1.3. TUJUAN PROYEK AKHIR
Tujuan dari proyek akhir ini adalah merancang dan mengaplikasikan
kontrol kecepatan motor listrik yang dapat bekerja dengan baik dan ekonomis.
1.4. MANFAAT PROYEK AKHIR
Proyek akhir ini mempunyai manfaat sebagai berikut :
1. Secara Teoritis
Mahasiswa dapat memperoleh pengetahuan dan pengalaman dalam
merancang serta pembuatan peralatan sistem kontrol kecepatan
motor listrik yang baru maupun memodifikasi dari peralatan yang
sudah ada.
2. Secara Praktis
Mahasiswa mampu menerapkan ilmu pendidikan yang telah
diperoleh selama masa perkuliahan dan mahasiswa mampu melatih
ketrampilan dalam bidang perancangan, sistem elektronika, serta
permesinan.
1.5. KERANGKA PEMIKIRAN
1) Langkah-langkah dalam pembuatan alat sistem kontrol kecepatan
motor listrik.
Tahap I : Mulai
Tahap II : Membuat proposal
Tahap III : Konsultasi
Tahap IV : Mencari data
Tahap V : Membuat gambar sket sistem kontrol kecepatan
motor listrik
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
Tahap VI : Membuat analisis perhitungan dan biaya
Tahap VII : Membuat kontrol kecepatan
Tahap VIII : Membuat sistem kontrol kecepatan
Tahap IX : Pengujian alat
Tahap X : Membuat laporan
1.6 METODE PEMECAHAN MASALAH
Dalam penyusunan laporan ini penulis menggunakan beberapa metode
antara lain :
1. Studi pustaka.
Yaitu data diperoleh dengan merujuk pada beberapa literatur sesuai dengan
permasalahan yang dibahas.
2. Pengamatan (investigasi).
Yaitu dengan melakukan beberapa kali percobaan/pembuatan langsung untuk
mendapatkan kontrol kecepatan motor pada mobil listrik dengan spesifikasi
yang dikehendaki.
3. Pembuatan alat pengatur kecepatan motor mobil listrik.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5
BAB II
DASAR TEORI
Untuk melakukan perhitungan pada komponen pengatur kecepatan ini
diperlukan pengertian mengenai beberapa terminologi sebagai berikut :
2.1 Pengertian kontrol kecepatan motor DC
Kecepatan motor DC berbanding lurus dengan tegangan sumber, jadi jika
kita mengurangi pasokan tegangan dari 12 Volt ke 6 Volt, motor akan berjalan
pada setengah kecepatan. Pengendali kecepatan bekerja dengan memvariasikan
tegangan yang dikirim ke motor. Dapat terjadi dengan hanya menyesuaikan
tegangan dikirim ke motor, tetapi ini sangat tidak efisien jika dilakukan. Cara
yang lebih baik adalah dengan mengalihkan pasokan motor dan turun dengan
sangat cepat. Jika switching cukup cepat, motor tidak merespon itu, hal tersebut
hanya memberikan pasokan efek rata-rata.
Bila saklar ditutup, motor menangkap 12 Volt, dan ketika dibuka
memiliki tegangan 0 Volts. Jika saklar ini terbuka untuk jumlah waktu yang sama
seperti yang tertutup, motor akan menangkap rata-rata 6 Volt, dan akan berjalan
lebih lambat dengan kecepatan tetap.
Oleh karena itu diperlukan sebuah alat yang digunakan untuk
menyambung dan memutus sumber tegangan yang akan dikirim ke motor secara
periodik dan bervariatif. Keluaran tegangan merupakan suatu pulsa – pulsa
tegangan atau arus yang berbentuk gelombang kotak. Gelombang tersebut dibuat
oleh sebuah IC. IC juga didukung oleh komponen lainnya untuk penyempurnaan
gelombang kotak yang dihasilkan. Rangkaian inilah yang disebut dengan Pulse
Width Modulation (PWM).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6
2.2 Mengontrol Kecepatan Motor
2.2.1 Menggunakan PWM (Pulse Width Modulation)
Salah satu cara untuk mengirimkan informasi analog adalah dengan
menggunakan pulsa-pulsa tegangan atau pulsa-pulsa arus. Dengan modulasi pulsa,
pembawa informasi terdiri dari pulsa-pulsa persegi yang berulang-ulang.Salah
satu teknik modulasi pulsa yang digunakan adalah teknik modulasi durasi atau
lebar dari waktu tunda positif ataupun waktu tunda negatif pulsa-pulsa persegi
tersebut. Metode tersebut dikenal dengan nama Pulse Width Modulation (PWM).
Metode PWM dikenal juga dengan nama Pulse Duration Modulation (PDM) atau
Pulse Length Modulation (PLM) Untuk membangkitkan sinyal PWM, digunakan
komparator untuk membandingkan dua buah masukan yaitu generator sinyal dan
sinyal referensi. Hasil keluaran dari komparator adalah sinyal PWM yang berupa
pulsa-pulsa persegi yang berulang-ulang. Durasi atau lebar pulsa dapat dimodulasi
dengan cara mengubah sinyal referensi.
Gambar 2.1 Sinyal PWM
Metode PWM digunakan untuk mengatur kecepatan motor, informasi yang
dibawa oleh pulsa-pulsa persegi merupakan tegangan rata-rata. Semakin lebar
durasi waktu tunda positif pulsa dari sinyal PWM yang dihasilkan, maka putaran
motor akan semakin cepat, demikian juga sebaliknya.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7
PWM pada dasarnya adalah menyalakan (ON) dan mematikan (OFF)
motor DC dengan cepat. Kuncinya adalah mengatur berapa lama waktu ON dan
OFF.
Rasio waktu ON terhadap waktu total (waktu total = ON + OFF). Duty Cycle
umumnya dinyatakan dalam persen (%).
Gambar 2.2 Sinyal PWM
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
8
2.3 Mengontrol arah putar Motor
1. Menggunakan saklar mekanik
Menggunakan saklar manual untuk mengubah arah arus yang masuk ke motor DC
adalah sebuah saklar mekanik sangat mudah tetapi lambat, dan sulit atau tidak
mungkin dihubungkan dengan sebuah kontroler.
Gambar 2.3 Skema pengaturan arah putaran dengan saklar mekanik
2. Menggunakan Transistor Mosfet dengan susunan H-bridge
Transistor daya menggantikan fungsi saklar manual, transistor disusun di sekitar
motor DC sehingga pada skematik membentuk huruf-H, dengan demikian
Hindari (A dan B) atau (D dan C) (pada gambar) menyala bersamaan karena dapat
menyebabkan transistor bocor.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
9
-
Gambar 2.4 Skema pengaturan arah putaran dengan transistor
Berikut adalah skematis dari jalannya arus melalui transistor ketika motor
berputar searah jarum jam.
Gambar 2.5 Skema arah putaran searah jarum jam dengan transistor
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
10
2.4 Teori Dasar Elektronika
Menjelaskan dan mengetahui karakteristik dari setiap komponen
elektronika baik yang termasuk komponen pasif maupun komponen aktif.
Mengetahui cara menentukan atau menghitung besarnya nilai dari suatu jenis
komponen elektronika.
a. Komponen aktif
Komponen aktif adalah komponen elektronika yang dalam
pengoperasiannya membutuhkan sumber arus atau sumber tegangan sendiri.
seperti transistor, tranducer, integrated circuit dan sensor.
b. Komponen Pasif
Komponen pasif adalah komponen elektronika yang dalam
pengoperasiannya tidak memerlukan sumber tegangan atau sumber arus tersendiri.
seperti kapasitor, resistor, dioda, transformator dan relay.
2.5 Transistor
Transistor adalah komponen semikonduktor yang terdiri atas sebuah bahan
tipe P dan diapit oleh dua bahan tipe N (transistor NPN) atau terdiri atas sebuah
bahan tipe N dan diapit oleh dua bahan tipe P (transistor PNP). Sehingga
transistor mempunyai tiga terminal yang berasal dari masing-masing bahan
tersebut. Disamping itu yang perlu diperhatikan adalah bahwa ukuran basis
sangatlah tipis dibanding emitor dan kolektor. Perbandingan lebar basis ini
dengan lebar emitor dan kolektor kurang lebih adalah 1 : 150, sehingga ukuran
basis yang sangat sempit ini kemudian akan mempengaruhi kerja transistor.
Simbol transitor bipolar ditunjukkan pada gambar 2.6. Pada kaki emitor terdapat
tanda panah yang kemudian bisa diketahui bahwa itu merupakan arah arus
konvensional. Pada transistor NPN tanda panahnya menuju keluar sedangkan
pada transistor PNP tanda panahnya menuju kedalam.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
11
Gambar 2.6 Simbol transistor bipolar
Ketiga terminal transistor tersebut dikenal dengan Emitor (E), Basis (B)
dan Kolektor(C). Emitor merupakan bahan semikonduktor yang diberi tingkat
doping sangat tinggi. Bahan kolektor diberi doping dengan tingkat yang sedang.
Sedangkan basis adalah bahan dengan dengan doping yang sangat rendah. Perlu
diingat bahwa semakin rendah tingkat doping suatu bahan, maka semakin kecil
konduktivitasnya. Hal ini karena jumlah pembawa mayoritasnya (elektron untuk
bahan N; dan hole untuk bahan P) adalah sedikit.
Transistor terdiri dari dua jenis yaitu transistor bipolar dan unipolar.
Transistor bipolar adalah transistor yang ada pada daerah N mempunyai banyak
sekali elektron pita dan pada daerah P mempunyai banyak sekali hole. Jenis dari
transistor bipolar adalah transistor PNP dan NPN, sedangkan pada transistor
unipolar misalnya FET, MOSFET, JPET dan lain-lain. Fungsi dari transistor
adalah sebagai penguat arus, saklar elektronika, osilator, pencampur (mixer) dan
penyearah. JFET (Junction Field Effect Transistor) adalah salah satu model
transistor junction dan mempunyai resistansi input yang cukup tinggi. JFET
memerlukan pembawa mayoritas untuk dapat bekerja (muatan hole atau elektron).
JFET mempunyai kaki terminal, sama halnya dengan transistor bipolar yaitu
Drain (D), Source (S) dan Gate (G). MOSFET (Metal Oxide Semi Conductor)
adalah gate yang mempunyai gate terbuat dari bahan logam dan antara kanal dan
gate dilapisi oleh suatu bahan silikon dioksida. MOSFET mempunyai jenis kanal
N dan kanal P. Dalam penggunaan transistor untuk suatu proyek harus dipakai
transistor yang tepat. Letak sambungan kaki suatu transistor sudah ditetapkan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12
2.5.1 Fungsi Transistor:
Transistor dapat dipakai untuk bebagai keperluan misalnya :
a) Mengubah arus bolak balik menjadi arus searah, pekerjaan ini disebut
penyearah.
b) Menguatkan arus rata atau tegangan rata maupun arus bolak balik atau
tegangan bolak balik.
c) Menjangkitkan getaran listrik, dinamai oscilator. Rangkaian oscillator
banyak ditemui pada rangkaian elektronika.
d) Mencampur arus (tegangan) bolak balik dengan frekuensi yang berlainan
(permodulasian).
e) Saklar elektronik : tujuannya agar saklar tidak cepat putus.
2.5.2 Cara kerja transistor
Dari banyak tipe-tipe transistor modern, pada awalnya ada dua tipe dasar
transistor, bipolar junction transistor (BJT atau transistor bipolar) dan field-effect
transistor (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda.
Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya
menggunakan dua polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk
membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu
daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini
dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran arus
utama tersebut.
FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya menggunakan satu jenis
pembawa muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe FET). Dalam FET, arus
listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di
kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis
memotong arah arus listrik utama). Ketebalan daerah perbatasan ini dapat dirubah
dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal
konduksi tersebut.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
13
2.6 Resistor
Resistor adalah suatu komponen elektronika yang fungsinya untuk
menghambat arus dan tegangan listrik. Berdasarkan jenisnya resistor dibagi
menjadi 2 jenis yaitu :
- Resistor tetap
- Resistor variabel
Tetapi pada rangkaian intercom hanya menggunakan satu jenis resistor
yaitu resistor tetap, jadi kami hanya membahas tentang resistor tetap saja. Resistor
tetap adalah resistor yang memiliki hambatan tetap. Resistor memiliki batas
kemampuan daya misalnya : 1,16 watt, 1,8 watt, ¼ watt, ½ watt, dan sebagainya.
Artinya resistor hanya dapat dioperasikan dengan daya maksimal sesuai dengan
kemampuan dayanya.
Gambar 2.7 Simbol dan bentuk fisik resistor tetap
Bentuk fisik dari resistor tetap ini terdiri dari 2 jenis yaitu ada yang
memiliki 4 buah gelang dan 5 buah gelang seperti pada gambar diatas, tetapi
untuk cara perhitungannya sama saja. Untuk mengetahui nilai hambatan suatu
resistor dapat dilihat atau dibaca dari warna yang tertera pada bagian luar badan
resistor tersebut yang berupa gelang warna.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
Tabel 2.1 Kode Warna Resistor
Keterangan : - Gelang ke 1 dan 2 menunjukkan angka
- Gelang ke 3 menunjukkan faktor pengali
- Gelang ke 4 menunjukkan toleransi
2.6.1 Karakteristik resistor
Menurut karakteristik utamanya resistor dibagi 2 yaitu:
1. Resistansinya
2. Rating dayanya
2.6.2 Pertimbangan Untuk Memilih Resistor.
1. Ukuran fisiknya
2. Bentuknya
3. Cara pemasangan dan penyambungan pada rangkaian
4. Nilai resistansinya
5. Dissipasi dayanya
6. Kemampuan menangani beban lebih
7. Keandalan
8. Perubahan resistansi terhadap frekuensi dan terhadap tegangan yang jatuh
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
15
9. Ketahanan sebagai beban
10. Pengaruh kondisi dan lingkungannya
2.7 Dioda
Dioda merupakan suatu semikonduktor yang hanya dapat menghantar arus
listrik dan tegangan pada satu arah saja. Bahan pokok untuk pembuatan dioda
adalah Germanium (Ge) dan Silikon/Silsilum (Si).
2.7.1 Fungsi Dioda
Dioda berfungsi mengalirkan arus pada satu arah saja dan menahan arus
dari arah yang berlawanan. Bisa dikatakan dioda juga berfungsi sebagai pencegah
arus balik (feed back).
2.7.2 Prinsip Kerja Dioda
Struktur dioda tidak lain adalah sambungan semikonduktor P dan N. Satu
sisi adalah semikonduktor dengan tipe P dan satu sisinya yang lain adalah tipe N.
Dengan struktur demikian arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P menuju sisi
N.
Gambar 2.8 Simbol dan struktur dioda
Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan PN dengan sedikit porsi
kecil yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat
keseimbangan hole dan elektron. Seperti yang sudah diketahui, pada sisi P banyak
terbentuk hole-hole yang siap menerima elektron sedangkan di sisi N banyak
terdapat elektron-elektron yang siap untuk bebas merdeka. Lalu jika diberi bias
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
positif, dengan arti kata memberi tegangan potensial sisi P lebih besar dari sisi N,
maka elektron dari sisi N dengan serta merta akan tergerak untuk mengisi hole di
sisi P. Tentu kalau elektron mengisi hole disisi P, maka akan terbentuk hole pada
sisi N karena ditinggal elektron. Ini disebut aliran hole dari P menuju N, Kalau
mengunakan terminologi arus listrik, maka dikatakan terjadi aliran listrik dari sisi
P ke sisi N.
Gambar 2.9 Dioda dengan bias maju
Sebaliknya jika polaritas tegangan dibalik yaitu dengan memberikan bias
negatif (reverse bias). Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritas tegangan lebih
besar dari sisi P.
Gambar 2.10 Dioda dengan bias negatif
Maka yang terjadi adalah tidak akan terjadi perpindahan elektron atau aliran hole
dari P ke N maupun sebaliknya. Karena baik hole dan elektron masing-masing
tertarik ke arah kutup berlawanan. Bahkan lapisan deplesi (depletion layer)
semakin besar dan menghalangi terjadinya arus.
Dengan tegangan bias maju yang kecil saja dioda sudah menjadi
konduktor. Tidak serta merta diatas 0 volt, tetapi tegangan beberapa volt diatas
nol baru bisa terjadi konduksi. Ini disebabkan karena adanya dinding deplesi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
(
a
d
m
b
d
2
a
T
b
A
y
(deplesion la
adalah diata
dari bahan G
Seba
memang ada
breakdown,
di lapisan de
2.7.3 Forwa
a. Tegangan
Tegangan di
b. Arus Boc
Arus yang m
yang menga
ayer). Untuk
s 0.7 volt. K
Germanium.
aliknya untuk
a batasnya.
dimana diod
eplesi.
ard bias dan
n Knee
imana meng
cor
mengalir pa
alir.
k dioda yang
Kira-kira 0.2
Gambar 2.
k bias negat
Sampai beb
da tidak lagi
n reverse bi
alir dengan c
ada saat bias
g terbuat dar
volt batas m
11 Grafik a
tif dioda tida
berapa puluh
i dapat mena
ias
cepat setelah
s reverse, p
ri bahan Silik
minimum un
arus dioda
ak dapat me
h bahkan rat
ahan aliran e
h melewati p
padahal seha
kon tegangan
ntuk dioda ya
engalirkan ar
tusan volt b
elektron yang
potensial bar
arusnya tidak
17
n konduksi
ang terbuat
rus, namun
baru terjadi
g terbentuk
rrier.
k ada arus
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
2.7.4 Jenis Dioda
a. Dioda schotshy
berfungsi untuk menyearahkan frekuensi diatas 300 MHz.
b. Dioda varactor
untuk mengubah frekuensi resonansi.
c. Dioda step recovery
untuk menghasilkan pulsa yang sangat cepat
2.8 IC (INTEGRATED CIRCUIT)
Sirkuit terpadu (integrated circuit atau IC) adalah komponen dasar yang
terdiri dari resistor, transistor dan lain-lain. IC adalah komponen yang dipakai
sebagai otak peralatan elektronika.Pada komputer, IC yang dipakai adalah
mikroprosesor. Sirkuit terpadu dimungkinkan oleh teknologi pertengahan abad
ke-20 dalam fabrikasi alat semikonduktor dan penemuan eksperimen yang
menunjukkan bahwa alat semikonduktor dapat melakukan fungsi yang dilakukan
oleh tabung vakum. Pengintegrasian transistor kecil yang banyak jumlahnya ke
dalam sebuah chip yang kecil merupakan peningkatan yang sangat besar bagi
perakitan tube-vakum sebesar-jari. Ukuran IC yang kecil, terpercaya, kecepatan
"switch", konsumsi listrik rendah, produksi massal, dan kemudahan dalam
menambahkan jumlahnya dengan cepat menyingkirkan tube vacum. IC
mempunyai ukuran seukuran tutup pena sampai ukuran ibu jari dan dapat diisi
sampai 250 kali.
2.8.1 Fungsi IC (Integrated Circuit)
Di dalam rangkaian kontrol kecepatan ini memakai tipe NE555 dalam
rangkaian kontrol kecepatan berfungsi sebagai (Timer) pewaktu sehingga
menimbulkan sinyal daur aktif.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
k
u
u
r
r
d
s
I
“
I
s
N
A
e
b
y
d
2.8.2 Prin
IC N
komponen e
ukurannya y
utama IC N
rangkaian m
rangkaian as
dan Sequent
Fung
sebagai peng
IC TTL (T
“keperluan y
IC yang bi
sakelar sent
NE555 in
Apalagi jik
elektronika
bisa mengo
Untuk
yang perlu d
dapat dilihat
sip Kerja IC
NE555 yan
elektronika y
yang kurang
NE555 ini
monostable d
stable. Selai
tial Timing.
gsi dan aplik
gatur alarm,
Transistor-tr
yang diingin
sa langsung
tuh, dan jik
i bisa di
a digabung
yang mendu
ontrol bebe
k keperluan
diketahui ad
t seperti beri
C NE 555
ng mempuny
yang cukup
g dari 1/2 cm
digunakan
dan Pulse G
n itu, dapat j
kasi IC NE5
, sebagai pe
ransistor Lo
nkan” (kalau
g digunakan
ka digabung
ijadikan se
kan dengan
ukung, bisa
erapa peran
praktis dala
dalah posisi
ikut:
Gamba
yai 8 pin (
terkenal, s
m3 (sentimet
sebagai T
Generator (P
juga digunak
555 ini ban
nggerak mo
ogic) dan s
u hanya untu
n), bisa jug
gkan dengan
ebagai pem
n teknik mo
dihasilkan r
ngkat elektr
am membuat
dan fungsi m
ar 2.12 IC N
(kaki) ini m
ederhana, d
ter kubik). P
Timer (Pewa
Pembangkit
kan sebagai
nyak sekali d
otor DC, bisa
sebagai inp
uk jam digita
a dimanfaat
n infra mera
mancar at
odulasi dan
remote contr
ronik lain
t sebuah ran
masing-masi
NE555
merupakan
an serba gu
Pada dasarny
aktu) denga
Pulsa) deng
Time Delay
digunakan d
a digabungk
ut jam dig
al biasa, sud
tkan dalam
ah ataupun
au remote
n beberapa
rol multi cha
dalam sat
ngkaian deng
ing kakinya
19
salah satu
una dengan
ya aplikasi
an operasi
gan operasi
y Generator
diantaranya
kan dengan
gital untuk
dah banyak
rangkaian
ultrasonic,
e control.
komponen
annel yang
tu remote.
gan IC ini,
saja, yang
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20
Fungsi Masing-masing PIN (Kaki) IC NE555:
PIN ke: KETERANGAN
1 Ground (0V), adalah pin input dari sumber tegangan DC paling negatif
2 Trigger, input negative dari lower komparator (komparator B) yang
menjaga osilasi tegangan terendah kapasitor pada 1/3 Vcc dan mengatur RS
flip-flop
3 Output, pin keluaran dari IC 555.
4 Reset, adalah pin yang berfungsi untuk me reset latch didalam IC yang akan
berpengaruh untuk me-reset kerja IC. Pin ini tersambung ke suatu gate
(gerbang) transistor bertipe PNP, jadi transistor akan aktif jika diberi logika
low. Biasanya pin ini langsung dihubungkan ke Vcc agar tidak terjadi reset
5 Control voltage, pin ini berfungsi untuk mengatur kestabilan tegangan
referensi input negative (komparator A). pin ini bisa dibiarkan tergantung
(diabaikan), tetapi untuk menjamin kestabilan referensi komparator A,
biasanya dihubungkan dengan kapasitor berorde sekitar 10 nF ke pin ground
6 Threshold, pin ini terhubung ke input positif (komparator A) yang akan me-
reset RS flip-flop ketika tegangan pada pin ini mulai melebihi 2/3 Vcc
7 Discharge, pin ini terhubung ke open kolektor transistor internal (Tr) yang
emitternya terhubung ke ground. Switching transistor ini berfungsi untuk
meng-clamp node yang sesuai ke ground pada waktu tertentu.
8 Vcc, pin ini untuk menerima supply DC voltage. Biasanya akan bekerja
optimal jika diberi 5V s/d 15V. Sumber arusnya dapat dilihat di datasheet,
yaitu sekitar 10mA s/d 15mA.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
21
2.9 Kapasitor
Kapasitor merupakan komponen yang dapat menyimpan dan melepaskan
muatan listrik atau energi listrik. Sebuah kapasitor terdiri dari dua bahan
penghantar yang dipisahkan oleh sebuah bahan isolasi yang disebut dielektrikum.
Kemampuan untuk menyimpan muatan listrik pada kapasitor disebut dengan
kapasitansi atau kapasitas. Kapasitas kapasitor merupakan sebuah ukuran dari
banyaknya muatan listrik yang dapat disimpan oleh kapasitor tersebut dibagi (per)
satuan beda petensialnya. Kapasitas terdapat dalam beraneka ragam yang sangat
besar, dalam bentuk ukuran, tipe, pembuatan/bahan baku, nilai voltage kerja dan
nilai kapasitansinya. Nilai kapasitor dinyatakan dalam satuan farad (F) atau pada
umumnya satuan tersebut mempunyai skala mikro Farad (uF) yang tertera pada
badan kondesantor, artinya huruf ini menunjukan nilai sekian per sejuta dari 1
Farad. Satu Farad adalah nilai kapasitas yang sedemikian besarnya, sehingga tidak
akan pernah dijumpai dalam bidang elektronika khususnya, atau juga pada
umumnya dilengkapi dengan potensial kerja kapasitor tersebut.
2.9.1 Fungsi Kapasitor :
1. Untuk menyimpan muatan listrik.
2. Untuk menahan arus searah dan melewatkan arus bolak-balik.
3. Sebagai kopel (penghubung) pada rangkaian listrik.
4. Sebagai penentu frekuensi.
2.9.2 Macam-macam kapasitor :
1. Kapasitor elektrolit, mempunyai kapasitas sebesar 1uF atau lebih dan
mempunyai polaritas kutub (+) dan kutub (-).
2. Kapasitor non elektrolit, mempunyai kapasitas kurang dari 1 uF dan tidak
mempunyai polaritas, umumnya terbuat dari bahan dielektrik keramik,
mika atau poliyester.
3. Kapasitor Variable (varco).
4. Kapasitor Trimmer.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
b
b
k
t
k
k
p
2
o
u
t
k
t
m
u
M
k
Keba
bolak-balik,
bolak-balik.
keterangan l
tertentu). Ka
kutubnya. C
kawat tiap sa
positif atau w
2.9.3 Prin
Struk
oleh suatu b
udara vakum
tegangan lis
kaki (elektr
terkumpul p
menuju ujun
ujung kutup
Muatan elek
kakinya.
anyakan kap
akan tetapi
Kapasitor
lainnya (beb
apasitor yan
Cara yang u
ambungan, a
warna hitam
sip Kerja
ktur sebuah
bahan dielekt
m, keramik,
strik, maka m
roda) metaln
pada ujung m
ng kutup neg
p positif, ka
ktrik ini "te
G
pasitor tidak
beberapa tip
elektrolit s
berapa elekt
ng dipolarita
umum ialah
atau ada juga
m pada termin
kapasitor te
trik. Bahan-b
gelas dan
muatan-mua
nya dan pa
metal yang s
gatif dan seb
arena terpisa
ersimpan" se
Gambar 2.13
k dipolaritas
pe dipolarita
selalu dipola
trolit non-po
askan selalu
tanda negat
a yang diber
nal negatif.
erbuat dari 2
bahan dielek
lain-lain. Ji
atan positif
ada saat ya
satu lagi. M
baliknya mu
ah oleh baha
elama tidak
Prinsip das
kan, yang a
askan, artiny
aritaskan, k
olarisasi dibu
diberi tanda
tif (-) dan t
ri tanda warn
2 buah plat m
ktrik yang um
ka kedua uj
akan mengu
ang sama m
Muatan positi
uatan negatif
an dielektrik
k ada kondu
sar kapasitor
artinya dapa
ya tidak bole
kecuali jika
uat untuk p
a yang mem
tanda positi
na merah pad
metal yang
mum dikena
jung plat m
umpul pada
muatan-muat
if tidak dapa
f tidak bisa
k yang non-
uksi pada uj
r
22
at dipasang
eh dipasang
ada tanda
penggunaan
mperhatikan
if (+) pada
da terminal
dipisahkan
al misalnya
metal diberi
salah satu
tan negatif
at mengalir
menuju ke
-konduktif.
ujung-ujung
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
23
2.10 Kinerja Traksi Kendaraan
Kinerja traksi kendaraan merupakan kemampuan kendaraan untuk melaju
dengan membawa suatu beban dan melawan hambatan. Kemampuan tersebut
sangat dipengaruhi oleh kemampuan mesin. ( www.wikipedia.com ).
2.10.1 Gaya Traksi Kendaran
Gaya traksi juga umum disebut gaya dorong kendaraan untuk melawan
hambatan-hambatan seperti angin, tanjakan, hambatan inersia, dan hambatan
beban yang ditanggung oleh kendaraan. Gaya dorong disamping mampu melawan
hambatan juga harus mampu menghasilkan percepatan yang diinginkan. Dimana
gaya-gaya yang bekerja pada kendaraan ditunjukkan pada gambar 2.14.
(Thomas D, Gillespie, 1994 : 11)
Gambar 2.14 Gaya Yang Bekerja Pada Mobil
Misalnya, sebuah benda dengan berat W diletakkan pada bidang horisontal
dengan gaya – gaya yang bekerja pada benda tersebut seperti pada gambar 2.14.
Persamaan pada gambar dapat ditulis sebagai berikut :
Ftraksi ≥ Fgesek
Ftraksi
N
Fgesek
W
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
Gaya traksi atau gaya dorong tersebut dapat menggerakkan mobil bila
lebih besar daripada gaya gesek yang terjadi pada ban. Maka, dicari gaya traksi
minimumnya dengan :
Ftraksi = Fgesek
Ftraksi = s . W
2.10.2 Perhitungan Torsi Motor Dan Kecepatan
Langkah selanjutnya adalah menghitung besarnya nilai konstanta dari
motor listrik yang nantinya akan digunakan untuk menghitung torsi, dan daya
motor listrik. Perhitungan konstanta pada motor listrik :
V = k .
= 2 x π x 60
k =
Keterangan
V = voltase motor listrik
= Kecepatan sudut
Rpm = Rotation per minutes
π = 3,14
k = motor konstan
nilai konstanta motor akan digunakan untuk menghitung torsi, jumlah arus
konsumsi, dan daya yang dihasilkan oleh motor listrik pada putaran maksimum,
sehingga dapat dituliskan sebagai berikut :
T = k x I
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
25
Keterangan :
T = Torsi motor
k = motor konstanta
I = arus yang digunakan pada motor
Suatu mobil listrik dapat berjalan apabila daya motor DC yang tersedia
mencukupi untuk bergerak. Besarnya daya motor yang diperlukan untuk bergerak
sangat ditentukan oleh besarnya gaya yang diperlukan agar mobil dapat berjalan
dan kecepatan mobil berjalan. Besarnya kecepatan mobil seperti terlihat pada
persamaan :
P = Fx . v
Keterangan :
P = Daya motor
Fx = Gaya traksi
v = Kecepatan
Untuk mengetahui waktu daya tahan baterai dilakukan tes ketahanan
baterai dengan cara membiarkan beban on sampai beban off. Secara teoritis waktu
daya tahan baterai juga dapat dihitung
dengan persamaan.
Waktu Daya Tahan =
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
26
2.10.3 Perhitungan Sudut Kemiringan Maksimum
Kinerja dari suatu mesin pasti ada batasnya. Karena adanya beban berlebih
ataupun kemiringan maksimum, dimana mesin tersebut tidak dapat memenuhi
torsi benda. Kemiringan/tanjakan memiliki sudut dari arah horisontalnya. Sudut
kemiringan maksimum inilah yang akan diketahui.
Gambar 2.15 Analisis kemiringan maksimum
Sebelumnya, perlu diketahui gaya maksimumnya dimulai dengan mencari
percepatan mobil dengan persamaan GLBB :
v = V0 – a.t
mobil tidak dapat bergerak apabila :
Fmaks = Fgesek
Maka, m.a = m.g Sin
= arc Sin ..
W cos
W
W sin
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
k
d
d
3
m
k
d
PERE
Pada
keseluruhan
dilanjutkan
digunakan.
3.1 Peren
Pada u
motor listrik
kendali kece
dilihat pada
charger
NCANAAN
a bab ini
. Dimulai d
dengan pe
canaan Lay
umumnya m
k sebagai p
epatan, dan a
gambar 3.1.
Gam
N DAN PEM
akan dijela
dari perenca
enjelasan m
yout Tata L
mobil listrik
enggerak, te
alat pengisi e
.
mbar 3.1 Tata
27
BAB III
MBUATAN
askan meng
anaan sistem
engenai per
etak Rangk
memiliki be
empat peny
energi listrik
a Letak Rang
KONTROL
genai perenc
m secara ga
rencanaan p
kaian Kontr
eberapa bag
impanan en
k. Dalam per
gkaian Kont
L KECEPA
canaan sist
aris besar. S
perangkat k
rol Pada Mo
gian utama d
nergi listrik
rencanaan la
trol
ATAN
em secara
Setelah itu
keras yang
obil
diantaranya
( batere ),
ayout dapat
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
28
3.2 Perencanaan Sistem
Perencanaan sistem secara garis besar dapat dilihat pada gambar 3.2
berikut ini :
Gambar 3.2 Blok Diagram Sistem
Secara keseluruhan sistem dapat dibagi menjadi tiga bagian. Bagian
pertama adalah bagian input yang berupa pedal gas sebagai data level kecepatan
mobil. Bagian kedua adalah bagian pengolah data yang berupa PWM (Pulse Width
Modulation) sebagai pengolah data dari input pedal gas, Mosfet sebagai
komponen switching tegangan. Ketiga adalah bagian putaran motor yang
dihasilkan dari pulsa PWM.
3.3 Perancangan Rangkaian Kontrol Kecepatan
Kontrol kecepatan yang akan dirancang pada tugas akhir ini terdiri atas :
Rangakaian pada pedal Gas, rangkaian PWM (Pulse Width Modulation),
rangkaian MOSFET sebagai switching tegangan, dan rangkaian pembalik arus.
3.3.1 Rangakaian pada pedal Gas
Rangkaian pedal gas pada mobil listrik tediri dari potensiometer dan
microswicth. Penggunaan potensiometer sebagai pengatur lebar pulsa PWM yang
akan menentukan besarnya putaran motor. Microswitch sebagai pengaman dan
efisiensi energi seperti pada gambar 3.3 sebagai berikut :
Pedal gas PWM MOSFET Pembalik putaran
Motor
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
b
p
e
Ga
Deng
berfungsi m
pedal gas dit
energi listrik
Limit
ambar 3.3 M
gan pemakai
mengamankan
tekan setelah
k pada saat k
t switch
Microswitch
ian mikro sw
n sistem day
h kunci kont
kendaraan m
dan potensio
witch yang m
ya karena da
tak di on kan
menempuh jal
ometer pada
menempel p
apat menerim
n, sekaligus
lanan macet
mekanis ga
ada mekanis
ma daya list
juga dapat m
dan penurun
29
s
s gas dapat
trik apabila
menghemat
nan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
g
s
Untu
gas terkadan
switch sebag
uk mengantis
ng bersama
gai pembatas
Gambar
sipasi kebias
an dengan
s.
r 3.4 meka
saan pengem
pengereman
anisme pemu
mudi yang bi
n mekanis, j
utar potensio
iasanya men
juga diguna
ometer
30
nekan pedal
akan mikro
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3
g
u
m
(
t
a
d
3.3.2 Rang
Mod
gelombang k
ubah untuk
merupakan n
Ton
(baca: high
tegangan ke
adalah wakt
dengan istila
Gam
gkaian PWM
dulasi lebar
kotak yang
k mendapatk
nilai rata-rat
adalah wak
atau 1) ditu
eluaran bera
tu satu siklu
ah “periode s
mbar 3.5 m
M (Pulse Wi
pulas (PWM
mana siklus
kan sebuah
a dari gelom
ktu dimana t
unjukkan pad
da pada pos
s atau penju
satu gelomb
Ttot
mekanisme p
Width Modula
M) dicapai/d
s kerja (duty
h tegangan
mbang terseb
tegangan ke
da gambar 2
sisi rendah
umlahan anta
ang”.
tal = Ton + To
pada pedal re
ation)
diperoleh de
y cycle) gelo
keluaran y
but.
eluaran bera
2.2 dan Toff
(baca: low
ara Ton deng
off
em
engan bantu
ombang dap
yang berva
ada pada po
f adalah wak
atau 0). An
gan Toff , bia
31
uan sebuah
pat diubah-
riasi yang
osisi tinggi
ktu dimana
nggap Ttotal
asa dikenal
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
S
T
s
s
D
d
V
n
S
Siklus kerja
Tegangan k
sebagai berik
sehingga:
Dari rumus
diubah-ubah
Vout juga ak
nilai maksim
Skema rangk
atau duty cy
keluaran dap
kut,
diatas dap
h secara lang
kan 0. Apab
mumnya.
kaian PWM
ycle sebuah g
D =
pat bervaria
V
Vou
pat ditarik k
gsung denga
bila Ton adala
Gambar 3.
gelombang d
=
asi dengan
Vout = D x Vin
ut = x V
kesimpulan
an mengubah
ah Ttotal mak
6 Rangka
di definisikan
duty-cycle
n
Vin
bahwa teg
h nilai Ton.
ka Vout adal
ian PWM
n sebagai,
dan dapat
angan kelua
Apabila Ton
lah Vin atau
32
dirumusan
aran dapat
n adalah 0,
katakanlah
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
33
Dari rangkaian tersebut dapat dijelaskan :
• Tegangan supplay yang digunakan oleh PWM sebesar 12 V masuk ke
dalam IC NE555 karena IC hanya mampu pada tegangan 5 – 15 V.
• Vinput sebesar 12V tersebut kemudian masuk ke IC NE555, sehingga
menghasilkan frekuensi tertentu yang nilainya dipengaruhi oleh nilai R1,
dan C1 yang di atur sesuai dengan putaran potensiometer.
• Potensiometer dihubungkan dengan IC NE555 kaki nomor 6 dan 7 yang
berfungsi membangkitkan daur aktif dari minimum sampai dengan
maksimum.
• Pulsa keluaran dari IC NE555 kaki no. 3 berbentuk seperti gigi gergaji.
• Saat pulsa keluar dari IC NE555 akan di bias oleh transistor 9012 dan
9013 Sehingga tidak akan ada tegangan balik sehingga tidak akan merusak
IC NE555.
• Output pulsa dari dari PWM kemudian masuk ke rangkaian MOSFET (
driver ).
3.3.3 Rangkaian MOSFET Sebagai Switching Tegangan ( Driver )
Rangkaian MOSFET disini berfungsi sebagai switching Tegangan
(Driver) yang di kontrol oleh masukan sinyal dari PWM yang kemudian tegangan
yang diatur tersebut masuk ke motor sehingga dapat menimbulkan putaran pada
motor.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
s
R
y
m
d
G
Pada
secara paral
Rangkaian D
yang dipasan
masing-mas
dengan kap
Gambar 3.8.
a rangkaian D
lel, yang m
Driver terdiri
ng secara pa
ing modul
pasitas 500
.
Gambar 3.7
Driver, digu
mana masing
i dari 5 mod
aralel bernila
tersebut kem
A. Rangkai
Rangkaian
unakan seban
g-masing mo
dul, masing-m
ai 100 A, sep
mudian di p
ian PWM d
n MOSFET
nyak 25 buah
osfet berkap
masing mod
perti pada
paralel sehi
dan DRIVE
h Mosfet ya
pasitas 20 A
dul terdiri dar
Gambar 3
ingga dipero
ER dapat di
34
ang disusun
A, 500 V.
ri 5 Mosfet
3.7. Dari
oleh driver
ilihat pada
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
35
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3
a
p
a
y
d
s
d
m
k
d
m
m
t
m
p
p
d
3.3.4 Rang
Untu
arus, seperti
pembalikan
arah arus ya
yang menga
dengan term
secara mek
dihubungkan
menuju term
kecepatan PW
dengan pem
menggunaka
mekanis sa
terminal C k
motor peng
penggerak y
penjelasan p
dilihat pada
Gambar 3
gkaian Sakl
uk sistem m
i diperlihatk
putaran mot
ang mengali
alir dari term
minal C pada
kanis meny
n ke termin
minal S2 pad
WM. Untuk
mbalikan arah
an SM3 di
aklar memi
ke terminal D
ggerak sehin
yang langsu
penggunaan
gambar seba
3.9 Pengat
Menggun
lar Mekanis
maju mundu
kan padaa g
tor penggera
ir pada lilita
minal motor
a SM3 kemu
ambungkan
nal S1 pad
a motor pen
k posisi mund
h arus. Arus
ihubungkan
indahkan h
D pada SM3
ngga arus
ung dihubun
SM3 pada
agai berikut
turan posisi
nakan SM3 (
s Maju Mun
ur dengan m
gambar dapa
ak jenis ini d
an stator mo
A1 dengan
udian mekan
C ke ter
a motor pe
nggerak yang
dur yang dip
yang menga
dengan te
hubungan se
3 kemudian
mengalir m
ngkan ke k
sistem maju
:
maju dan po
Saklar Mek
ndur ( SM3
menggunakan
at dijelaskan
dapat dilakuk
otor, untuk
n menggunak
nis saklar m
rminal B p
enggerak se
g langsung d
perlihatkan p
alir dari term
erminal A p
ecara meka
dihubungka
menuju term
kendali kece
u mundur d
osisi mundur
kanis Maju M
)
n rangkaian
n bahwa pri
kan dengan p
arah maju b
kan SM3 dih
emindahkan
pada SM3
ehingga arus
dihubungkan
pada gambar
minal motor
pada SM3
anis menya
an ke termin
minal S1 pa
epatan PWM
dan posisi n
r serta netral
Mundur )
36
n pembalik
insip dasar
pembalikan
berarti arus
hubungkan
n hubungan
kemudian
s mengalir
ke kendali
r dilakukan
A1 dengan
kemudian
ambungkan
nal S2 pada
ada motor
M. Berikut
netral dapat
l dengan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
37
Agar kendaraan dapat bergerak maju, mundur dan juga posisi netral
digunakan alat saklar mekanis maju mundur ( SM3 ) yang memiliki enam
terminal yang diberi kode masing – masing terminal a, b, c, d. Terminal a
dihubungkan ke terminal A kendali kecepatan melalui terminal A1 dan A2 pada
motor penggerak. Terminal c pada ( SM3 ) dihubungkan langsung dengan PWM.
Untuk terminal b dan d memiliki dua buah kutub dimana difungsikan untuk
membolak – balikkan input arah arus pada terminal S1 Dan S2 pada motor
penggerak.
3.4 Membuat desain PCB (Printed Circuit Board) untuk rangkaian
kontrol kecepatan.
Untuk membuat desain PCB, bahan yang dipakai adalah:
1. Gambar skema rangkaian PWM.
2. 1 lembar plat PCB fiber dengan ukuran 5x10 cm.
3. Spidol marker, isolasi kertas.
3.5 Membuat jalur PCB pada rangkaian untuk rangkaian kontrol
kecepatan
1. Memotong bahan sesuai dengan gambar kerja yang telah dibuat.
Alat yang dipakai:
a. Gergaji tangan
b. Mesin bor PCB
c. Penggaris
d. Larutan Ferichlorida
2. Merangkai komponen sesuai dengan gambar skema rangkaian PWM .
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Gammbar 3.10 Lay
Gambar 3
yout Rangka
.11 Jalur PC
aian PWM
CB PWM
38
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3. Me
4. Fin
rap
Gam
enyolder kak
nshing (Mem
i).
mbar 3.12 La
Gambar 3.1
ki-kaki komp
motong kaki-
ayout Rangk
3 Jalur PCB
ponen
-kaki kompo
kaian DRIVE
B DRIVER
onen yang t
ER
terlalu panja
39
ang supaya
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3
K
G
k
k
3.6 Gamb
Gam
Gam
Keterangan
Gambar 3.1
Mulai
kemudaian m
kecepatan un
bar Langkah
mbar (a)
mbar (d)
Gambar
Gambar :
14.a :
pembuatan
melubangi P
ntuk menem
h Pembuata
3.14(a-f) Ga
jalur rangk
PCB sesuai d
mpatkan kaki
an Kontrol K
Gambar (b
Gambar (e
ambar Kontr
aian kompo
dengan yang
-kaki kompo
Kecepatan
b)
e)
ruksi rangkai
nen kontrol
ada pada sk
onen.
Gam
Gam
ian PWM
kecepatan
kema rangka
40
mbar (c)
mbar (f)
pada PCB
aian kontrol
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
41
Gambar 3.14.b :
Mulai perakitan dimulai dari komponen paling kecil sampai bagian yang
besar. Pemasangan komponen harus sesuai dengan yang ada pada skema
rangkaian kontrol kecepatan.
Gambar 3. 14.c :
Setelah perakitan komponen paling kecil kemudian dilanjutkan memasang
komponen yang besar sesuai dengan skema rangkain kontrol kecepatan.
Gambar 3. 14.d :
Setelah melakukan perakitan komponen dari yang paling kecil sampai
bagian yang besar kemudian dilanjutkan dengan langkah penyolderan kaki-kaki
komponen pada PCB.
Gambar 3. 14.e :
Melakukan penyolderan kaki-kaki komponen pada PCB dengan hati-hati
dan tidak terlalu lama, karena jika terlalu lama dapat merusak komponen tersebut.
Jika seluruh kaki komponen sudah di solder pada PCB kemudian memotong kaki-
kaki komponen supaya rapi.
Gambar 3. 14.f :
Merangkai MOSFET secara paralel pada PCB. Mosfet yang terpasang
pada PCB di pasangkan pada heatsink yang berupa alumunium, yang mana
alumunium berfungsi sebagai pendingin.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
42
3.7 Sistem Operasi Kontrol
Menggunakan Potensio sebagai kontrol yang mana output dari PWM berupa
siklus kerja ( duty cycle ). Masukan sinyal analog dari potensio pada rangkaian
kontrol ini akan menghailkan sinyal yang terbaca pada osiloskop berupa
gelombang kotak (divisi). Gelombang ini oleh potensio akan diatur periodenya
sesuai dengan putaran potensiometer. Periode inilah yang menentukan kecepatan
motor listrik, bilamana periodenya pendek maka kecepatan motor juga pelan,
begitu juga sebaliknya.
3.8 Perakitan
Perakitan merupakan tahap terakhir dalam proses perancangan dan
pembuatan suatu mesin atau alat, dimana suatu cara atau tindakan untuk
menempatkan dan memasang bagian-bagian dari suatu komponen yang digabung
dari satu kesatuan menurut pasangannya, sehingga akan menjadi perakitan alat
yang siap digunakan sesuai dengan fungsi yang direncanakan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
43
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
44
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
45
Sebelum melakukan perakitan, hendaknya memperhatikan beberapa hal sebagai
berikut :
1. Komponen-komponen yang akan dirakit, telah selesai dikerjakan dan telah
siap ukuran sesuai perencanaan.
2. Komponen-komponen standar siap pakai ataupun dipasangkan.
3. Mengetahui jumlah yang akan dirakit dan mengetahui cara pemasangannya.
4. Mengetahui tempat dan urutan pemasangan dari masing-masing komponen
yang tersedia.
5. Menyiapkan semua alat-alat bantu untuk proses perakitan.
Komponen – Komponen dari Alat ini adalah :
1. Motor Listrik
2. Baterai 12v, 100Ah
3. Kabel
4. Rangkaian PWM
5. Mur dan Baut
6. Bearing
7. Pedal Gas
8. Sekering ( Fuse )
9. Kunci Kontak
10. Flanges
3.9 Perakitan Perangkat Kontrol Kecepatan dan Motor pada Mobil
1. Menyiapkan cardan
2. Memasang bearing pada flanges
3. Memasang flanges pada motor
4. Memasang motor pada cardan dan diikat dengan baut ǿ 14 mm
5. Memasang pedal gas pada mobil
6. Menempatkan baterai dan rangkaian PWM pada mobil
7. Menghubungkan baterai ke kontrol PWM dengan kabel
8. Menghubungkan pedal gas dengan potensio PWM dengan kabel kawat.
9. Kontrol kecepatan siap digunakan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
46
BAB IV
DATA PERCOBAAN
4.1 Pengujian Motor
Pada bagian ini akan dibahas pengujian pada motor. Tujuan dilakukan
pengujian terhadap motor ini adalah untuk mengetahui respon motor terbaik
terhadap parameter arus dan kecepatan mobil.
4.1.1 Analisa gaya traksi kendaraan
Gambar 4.1 Gaya Yang Bekerja Pada Mobil
Asumsi Berat beban:
1. Batere : 75 N
2. Penumpang : 150 N
3. Motor listrik : 50 N
4. Bodi mobil : 250 N
Berat total ( W ) = 525 ( N )
Beban pada mobil diasumsikan sebagai beban merata, dengan s = 0,75
Dalam menentukan gaya traksi maksimum oleh tumpuan ban dengan jalan
dapat ditentukan dari koefisien adhesi jalan dan parameter berat kendaraaan .
Ftraksi
N
Fgesek
W
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
47
Ftraksi = s . W
Ftraksi = 0,75 . 525 N
= 393,75 N
4.1.3 Perhitungan Torsi dan Kecepatan Mobil
Untuk mengetahui torsi, perlu dicari terlebih dahulu konstanta motornya,
dengan diketahui nilai dari putaran motor (n) adalah 2300 Rpm dan tegangan yang
digunakan (V) 36 volt dengan rumus ;
V = k .
= . .
= . .
= 240,73 rad / s
k =
k = ,
k = 0.149 N.m / A
Torsi mesin = k x I
= 0.149 N.m / A . 75 A
= 11,21 N.m
= 0,01121 kN.m
Motor menggunakan = 3 Hp = 3 x 746 watt = 2238 watt
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
48
Besarnya daya motor yang diperlukan untuk bergerak sangat ditentukan
oleh besarnya gaya yang diperlukan agar mobil dapat berjalan dan kecepatan
mobil berjalan. Besarnya kecepatan mobil seperti terlihat pada persamaan :
v = Ftraksi
= 2238 watt
393,75 N
= 5,68 m/s
= 20,448 Km/jam
Untuk pengujian daya tahan baterai untuk mensuplai beban digunakan baterai
12V 100 Ah yang disusun secara seri sehingga tegangan menjadi 36V dengan arus
tetap yaitu 100 Ah. Diasumsikan arus input penuh 75 A.
Waktu Daya Tahan =
=
= 1,333 jam
Jarak maksimal yang ditempuh ( s ) = v x t
= 26,424 Km/jam x 1,333 jam
= 35,223 Km
4.1.3 Perhitungan Sudut Kemiringan Maksimum
Untuk menghitung sudut kemiringan maksimum, perlu diketahui terlebih
dahulu percepatannya. Maka dapat dicari dengan persamaan :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
49
Gambar 4.2 Analisis kemiringan maksimum
v = V0 – a.t
a =
= ,
= 2,84 m/s2
F – Fgesek = 0
F = Fgesek
m.a = m.g Sin
52,5 Kg . 2,84 m/s2 = 52,5 . 10 m/s2 . Sin
Sin = 0,284
= 16,5o
Jadi sudut kemiringan maksimum mobil tidak dapat bergerak sebesar 16,5o.
W cos W sin
W
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
s
d
4
Ns
G
M
0
D
4.2 Pengu
Tujuan
sistem yang
digital osilos
4.2.1 Menca
Nilai frekuespeed.
Gambar 4.3
Menghitung
0.5 m s/Div.
Diketahui da
1. Divis
T = 3,3
= 1.6
= 1.6
F =
F =
ujian Sinyal
n pengujian
g telah termo
skop .
ari Nilai Fr
ensi dari PW
sinyal PWM
g periode ( T
.
ata dari osilo
si (Div) = 3.
3 Div x 0.5 m
65 m s
65 x 10-3
- = 6
l Sistem
sinyal adal
odulasi. Sem
ekuensi PW
WM (Pulse
M pada keada
T ) dari hasi
oskop sebaga
3 Div
m s/Div
606 Hz
ah untuk m
mua pengujia
WM (Pulse W
e Width Mo
aan minimal
il pengukura
ai berikut :
engetahui le
an sinyal di
Width Modul
odulation) p
l speed
an, pada osil
Vo
Waktu
ebar pulsa p
lakukan me
lation)
pada keadaa
loskop menu
lt
50
pada output
nggunakan
an minimal
unjuk pada
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
p
D
4
4.2.2 Perhit
pada osilosk
Diketahui da
1. Divis
V =
V =
4.2.3 Perhit
tungan tega
kop menunju
ata dari osilo
si (Div) = 3
= 4 x 3
= 12 volt
tungan (%)
angan yang
Gambar
uk pada 4
oskop sebaga
Div
Div
Prosentase
Gambar
digunakan
r 4.4 Sinyal
.
ai berikut :
Lebar Puls
r 4.5 Sinyal
PWM
a Minimum
PWM
Wakt
m
Volt
tu
47
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
(
P
%
=
=
4
(
m
=
=
=
=
(%)Prosenta
Pada osilosk
% duty cycle
= x 10
= 2.4%
4.2.4 Perhi
(%)Prosenta
maksimum.
= % duty cy
=
= x 1
= 93%
ase Lebar Pu
kop menunju
e (daur aktif
00%
itungan (%)
ase Lebar P
Pada osilosk
ycle (daur akt
x 100%
100%
ulsa Minimum
uk pada 0,2 D
f) minimum
)Prosentase
Gambar
Pulsa maksim
kop menunju
tif) maksimu
m di cari sa
Div.
e Lebar Puls
r 4.6 Sinyal
mum di c
uk pada 0.5 D
um
aat potensio p
sa Maksima
PWM
cari saat p
Div.
3
pada keadaa
al
otensio pad
3,6 Div
0,25
48
an minimal.
da keadaan
5 Div
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
s
s
y
a
m
D
4
4.3 Analis
Pada b
sampai puta
sepanjang 5
yang diperlu
adalah untuk
motor. Semu
Data dari ha
4.3.1 Tabel
titik
5 101520253035404550
Gam
sa Voltase O
bagian ini di
aran gas pen
0 meter yan
ukan dilakuk
k mengetahu
ua pengujian
asil pengukur
putaran gas
t (deti
4.3 3,7 3,2 2,8 2,9 3 2,9 2,9 3 3,1
mbar 4.7 Gr
Output
ibahas pengu
nuh. Panjan
ng akan dib
kan saat men
ui voltase ra
n dilakukan m
ran dapat dil
¼, dengan j
k) V (Vol
26242324242223212223
rafik hubung
ujian putara
ng lintasan y
bagi menjadi
ncapai titik –
ata – rata ke
menggunaka
lihat dari tab
jarak 50 m
t) I (Amp52484648484446424446
gan jarak dan
an motor dar
yang diguna
i 10 titik. P
– titik terseb
luaran dari d
an multiteste
bel berikut :
pere) R (
0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.
n kecepatan
ri range puta
akan dalam
Pencatatan n
but. Tujuan A
driver yang
er.
(Ω) v ( m
.5 1,
.5 1,
.5 1,
.5 1,
.5 1,
.5 1
.5 1,
.5 1,
.5 1,
.5 1,
¼ putaran ga
49
aran gas ¼
percobaan
nilai – nilai
Analisa ini
menuju ke
m/s )
,16 ,25 ,33 ,43 ,47 1,5 ,53 ,55 ,57 ,57
as
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
4.3.2 Tabel
titik
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Gam
l putaran gas
t (detik)
3.2 2,9 2,9 2,5 2,4 2,5 2,3 2,1 2,1 2
mbar 4.8 Gra
s 1/2, dengan
) V (Volt
28 28 28 27 27 28 28 27 26 27
afik hubung
n jarak 50 m
t) I (Amp56565654545656545254
an jarak dan
m
pere) R
6 06 06 04 04 06 06 04 02 04 0
n kecepatan ½
(Ω) v
0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
½ putaran g
50
( m/s )
1,5 1,63 1,67 1,7 1,79 1,82 1,87 1,92 1,96 2,00
gas
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
4.3.3 Tabel
titik
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Gam
putaran gas
t (detik)
2.8 2,4 2 1,5 1,1 1 1 1,1 0,99 0,98
mbar 4.9 Gra
3/4, dengan
) V (Vo
31302930303029303130
afik hubunga
n jarak 50 m
lt) I (Am6656665666
an jarak dan
mpere) R
62 60 58 60 60 60 58 60 62 60
kecepatan ¾
R (Ω)
0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
¾ putaran g
51
v ( m/s )
1,7 1,92 2,08 2,29 2,55 2,77 2,96 3,1 3,24 3,36
gas
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
K
4.3.4 Tabel
titik
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Gambar 4
Dari data ta
tabel 4.3.1
Kecepatan ra
putaran gas
t (detik
1.7
1,2
1
0,92
0,91
0,91
0,99
0,8
1
0,97
4.10 Grafik h
abel di atas d
dengan data
ata-rata (Vr)
penuh, deng
k) V (Vo
33
31
32
33
32
33
33
32
32
31
hubungan jar
di peroleh ha
a putaran gas
) =
=
gan jarak 50
olt) I (Am 6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
rak, waktu, d
asil :
s ¼, dengan j
m
mpere) R
6 0
2 0
4 0
6 0
4 0
6 0
6 0
4 0
4 0
2 0
dan kecepata
jarak 50 m m
(Ω) v
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
an putaran ga
maka dipero
52
( m/s )
2,94
3,44
3,84
4,15
4,36
4,51
4,58
4,74
4,77
4,8
as penuh
oleh hasil :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
53
= 1,57 m/s = 5, 67
tabel 4.3.2 dengan data putaran gas , dengan jarak 50 m maka diperoleh hasil :
Kecepatan rata-rata (Vr) =
= ,
= 2,0 m/s = 7,2
tabel 4.3.3 dengan data putaran gas , dengan jarak 50 m maka diperoleh hasil :
Kecepatan rata-rata (Vr) =
= ,
= 3,36 m/s = 12,1
tabel 4.3.4 dengan data putaran gas penuh, dengan jarak 50 m maka diperoleh
hasil :
Kecepatan rata-rata (Vr) =
= ,
= 4,8 m/s = 17,3
Berdasarkan pengujian di atas didapatkan hasil pada putaran gas ¼, dengan
jarak 50 m diperoleh kecepatan rata-rata 5, 67 , putaran gas diperoleh
kecepatan rata-rata 7,2 , putaran gas diperoleh kecepatan rata-rata 12,1
, putaran gas penuh diperoleh kecepatan rata-rata 17,3 .
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
54
4.6 Analisa Biaya
Biaya Komponen
a. Komponen PWM
NO KOMPONEN JUMLAH TIPE Rp HARGA
1 PCB 1 Single layer 10 x20 Rp 3.900,00
2 Trimpot 10 50 kΩ Rp 7.500,00
3 IC Timer 10 NE555 Rp 12.000,00
4 Transistor 5
5
C 9012
C 9013
Rp 1.250,00
Rp 1.000,00
5 Dioda 4 IN 4002 Rp 600,00
6 Kapasitor 2
2
Kapasitor kertas 104
Kapasitor keramik 2A 333k
Rp 200,00
Rp 400,00
7 Resistor 6 100 kΩ Rp 1.000,00
8 Timah 5 m - Rp 5.000,00
9 Kabel 1 m NYAF 1,5 ETERNA Rp 2.100,00
JUMLAH Rp 34.950,00
b. Komponen Power ( Rangkaian Mosfet)
NO KOMPONEN JUMLAH TIPE Rp HARGA
1 PCB Fiber 5 PCB Fiber 10 x 10 Rp 50.000,00
2 Resistor 50
25
5 Watt 1
4 Watt
Rp 25.000,00
Rp 1.250,00
3 T. Block 10 T. Block 2 P Rp 16.000,00
4 Spaser besi 32 Spaser besi 2 cm Rp 28.800,00
5 Fan DC 2 Dc 12 Volt Rp 40.000,00
6 Kabel 2 m NYAF 1,5 ETERNA Rp 4.200,00
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
55
7 Isolator mosfet 25 - RP 3.750,00
7 Mosfet 25 IRFP 460 Rp 587.500,00
8 Heatsink 5 - Rp 30.000,00
JUMLAH Rp 786.500,00
Biaya total pembuatan kontrol kecepatan : Rp 821.450,00.
c. Komponen Perlengkapan
NO KOMPONEN JUMLA
H
TIPE Rp HARGA
1 Motor Listrik DC 1 3 HP 1 phase Rp 9.750.000, 00
2 Baterai 3 12 Volt, 100 Ah Rp 2.793.000, 00
3 Fuse 1 100 A Rp 10.000, 00
4 Pedal Gas 1 - Rp 125.000, 00
5 Kunci Kontak 1 - Rp 30.000, 00
6 Bearing 1 6007Z Rp 42.000, 00
7 Handle GZ RRT 1 63 A 0-2 Rp 80.000,00
8 Kabel 17 m 12 m 8 m
2
NYAF 1.5 ETERNA NYAF 6 ETERNA NYAF 10 ETERNA Kabel paralel 75 cm
35.700,0096.000,00112.000,0040.000,00
9 Rol Kabel 1 - 7000,00
10 Skun Kabel 6
12
4
2
20
Skun GAE 10-6 mm
Skun RF 2 – 5
Skun RF 3,5 – 4
Skun LK 1,5 mm
Skun Garpu/Ring
5.5
13.200,00
4.800,00
2.000,00
1200,00
14.000,00
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
56
11 Amplas 1 - 2.500,00
12 Microswicth 2 Omron 300.000,00
13 Skun terminal 6 set
10
Utiluc
-
6.000,00
3.000,00
14 Selang 1 m - 6.000,00
15 Isolator 6
10
Vinyl 6 m V-5,5
Vinyl 10 m V-8
1.500,00
4.500,0
16 Baut 2
2
4
4
4
3
4
Counter 5 x 10
M 8
BN 5 x 40
BN 6 x 20
BN 8 x 40
Baut L 6
M 12
1.400,00
800,00
1.000,00
1.200,00
2.400,00
3.000,00
8.000,00
17 Kabel Gas 1 - 30.000,00
18 Rumah sekering 1 - 5.000,00
JUMLAH 13.542.200
Biaya mesin bubut Rp 20.000, 00
Biaya Dudukan Accu, Carger, Pedal gas Rp 200.000,00
Biaya Perlengkapan Rp 13.542.200,00
Biaya lain – lain Rp 170.000,00 +
Rp 13.932.200,00
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
61
BAB V
PENUTUP 5.1 Kesimpulan
Dari hasil pembuatan kontrol kecepatan pada mobil listrik ini dapat
disimpulkan sebagai berikut :
1. Mobil listrik ini bekerja dengan menggunakan motor penggerak dengan
daya 3 hp, sumber tegangan 36 V 100 Ah dan putaran 2300 rpm.
2. Kontrol kecepatan pada mobil listrik menggunakan konsep PWM (Pulse
Width Modulation).
3. Kontrol Kecepatan memiliki Frekuensi 606 Hz, dan tegangan 12 Volt.
4. Secara teoritis mobil memiliki kecepatan 26,424 Km/jam, diperoleh gaya
traksi (Ftraksi) = 393,75 N.
5. Total biaya untuk membuat Kontrol kecepatan pada mobil listrik sebesar
Rp 821.450,00.
6. Secara teoritis ketahanan batere diperoleh selama 1,333 jam dan dapat
menempuh jarak 35,223 Km.
5.2 Saran
1. Kontrol kecepatan ini seharusnya menggunakan driver switching yang
mampu terhadap arus besar sehingga sehingga kontrol kecepatan lebih
awet.
2. Masih banyak terjadi kelemahan didalam kecepatan yang ditempuh
sehingga harus mengurangi kapasitas angkut dari mobil listrik.
3. Diperlukan penempatan khusus terhadap sistem kontrol kecepatan, karena
harus terhindar dari air.