RANCANG BANGUN PENGGERAK GOKART MENGGUNAKAN BLDC MOTOR

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN PENGGERAK GOKART MENGGUNAKAN BLDC MOTOR LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Listrik Oleh ANDRI RAMADHANI ERIKA NINGSIH W. BAKO NIM NIM JETRO ROLLING SILALAHI NATANIEL NAPITUPULU NIM NIM RAHMAT ARIANTO NIM PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015

2 ABSTRAK Pengembangan teknologi mobil listrik pada saat ini sangat dibutuhkan demi mencapai tujuan pengganti mesin berbahan bakar minyak. Hal ini dikarenakan semakin menipisnya sumber daya alam khususnya minyak fosil. Pengunaan mobil listrik dirasa efektif selain tidak menimbulkan polusi udara dan konstruksi mesin yang lebih sederhana. Mobil listrik khususnya gokart yang kami bahas digerakkan dengan menggunakan BLDC (Brushless Direct Current) motor. Pemilihan BLDC motor dilakukan karena memiliki torsi dan efesiensi yang tinggi. Untuk menggerakkan mobil listrik ini, sumber energi yang digunakan adalah baterai dengan kapasitas 48 volt/ 80Ah dan diinginkan mencapai kecepatan 80 km/jam dengan jarak yang ditempuh sebesar 10 km. Baterai sangat berpengaruh terhadap pemakaian mobil itu sendiri. Dalam melakukan pengujian diperoleh kecepatan motor yang mencapai 70 km/jam dengan beban maksimal 300 kg. Jadi, perbedaan hasil rancangan dengan pengujian dikarenakan adanya rugi-rugi mekanik dan pengaruh besarnya beban. Kata Kunci: Mobil listrik, BLDC motor, Baterai. iii

3 DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN... i LEMBAR PENGESAHAN... ii ABSTRAK... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR LAMPIRAN... x KATA PENGANTAR... xi BAB PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Manfaat Metode Pembahasan Sistematika Penulisan... 3 BAB LANDASAN TEORI Brushless Direct Current Motor Bagian-bagian Motor BLDC Cara Kerja Motor BLDC Karakteristik Motor BLDC Keunggulan dan Kekurangan Motor BLDC Inverter PWM (Pulse Width Modulation) iv

4 2.3 Sistem Kontrol BLDC Pengatur Pengendali Motor BLDC Hall Sensor Teori Putar Balik Motor BLDC Baterai Baterai Lead-Acid Teori Baterai MF (Maintenance Free) Perhitungan Kapasitas Baterai BAB PERANCANGAN SISTEM Prinsip Kerja Alat Perancangan Diagram Blok Gigi Transmisi Perhitungan Perbandingan Roda Gigi Motor BLDC Sistem Kontrol Sistem Kontrol Kecepatan Sistem Kontrol Maju Mundur Perhitungan Kecepatan Motor BLDC Baterai Perancangan Sistem Mekanik Rangka Sistem kemudi (Terot) Perancangan Sistem Elektrik Perakitan Alat Hasil Rancangan BAB PENGUKURAN DAN ANALISA SISTEM Pengukuran Sistem Mekanik v

5 4.1.1 Pengukuran Perbandingan Roda gigi Pengukuran dan Analisa Sistem Elektrik Pengujian Kecepatan Putar Motor BLDC Tanpa Beban Pengukuran Kecepatan Mobil Gokart Pengukuran Arus Pada Motor Pengujian dan Analisa Inverter 3 Fasa Pengukuran Dalam Aplikasi Matlab Pengukuran dan Analisa di laboratorium BAB KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vi

6 DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Konstruksi Motor BLDC... 5 Gambar 2. 2 Skema Motor BLDC... 5 Gambar 2. 3 Penampang Motor BLDC... 5 Gambar 2. 4 Sensor Hall dan Encoder pada Motor BLDC... 6 Gambar 2. 5 Stator... 7 Gambar 2. 6 Rotor Motor BLDC... 8 Gambar 2. 7 Karakteristik arus Gambar 2. 8 Rangkaian daya inverter 3 fasa Gambar 2. 9 Three phase bridge inverter Gambar a. Circuit equivalen b. Phase voltage for 180 conduction Gambar Blok diagram PWM (Pulse Width Modulation) Gambar Konsep pembentukan tegangan PWM Gambar Blok diagram sistem kontrol Gambar Circuit controller BLDC Gambar Fisik mikrokontroler Gambar Bentuk fisik hall sensor Gambar Diagram hall sensor Gambar Bentuk fisik baterai Gambar Baterai MF Gambar 3. 1 Blok diagram perancangan sistem mobil listrik Gambar 3. 2 Rangka mobil listrik Gambar 3. 3 Sistem Kemudi (Terot) Gambar 3. 4 Motor BLDC Gambar 3. 5 Kontrol BLDC motor Gambar 3. 6 Diagram driver kontrol BLDC motor Gambar 3. 7 Fisik kontrol BLDC motor Gambar 3. 8 Baterai yang dipakai pada mobil listrik vii

7 Gambar 3. 9 (a) roda gigi dan motor (b) Kontrol (c) Hasil rakitan mekanik Gambar Hasil perakitan potensiometer pada rangka mobil listrik Gambar Rangka hasil pelaksanaan Gambar Sistem kemudi (terot) hasil pelaksanaan Gambar (a) Dudukan motor, roda gigi dan kontrol (b) Lampu tanda (rem) 45 Gambar Hasil rakitan klakson Gambar 4. 1 Rangkaian pengontrol motor BLDC (pengujian di laboratorium) Gambar 4. 2 Karateristik arus pada motor Gambar 4. 3 Inverter 3 fasa Gambar 4. 4 Rangkaian inverter 3 fasa dalam simulasi matlab Gambar 4. 5 Gelombang inverter 3 fasa hasil simulasi matlab Gambar 4. 6 Gelombang dari tegangan Van, Vbn dan Vcn Gambar 4. 7 Gelombang dari tegangan Vab dan Vbc Gambar 4. 8 Gelombang dari tegangan Vbc dan Vca viii

8 DAFTAR TABEL Tabel 2. 1 Tabel logika Motor BLDC Tabel 2. 2 Tabel logika invers Motor 3 Fasa Tabel 2. 3 Logika hall sensor untuk putar balik Motor BLDC Tabel 4. 1 Hasil pengukuran kecepatan Motor BLDC Tabel 4. 2 Hasil pengujian kecepatan Tabel 4. 3 Arus asut pada Motor BLDC Tabel 4. 4 Pengukuran Arus pada saat mobil listrik berjalan ix

9 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Katalog Motor BLDC Lampiran 2 Kontruksi Motor BLDC Lampiran 3 Karakteristik Motor BLDC Lampiran 4 Kontruksi kontroler Lampiran 5 Spesifikasi TPDT (Thriple Phase Double Throw) x

10 KATA PENGANTAR Alhamdulillah, Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas akhir yang berjudul Pemilihan Penggerak Gokart Menggunakan BLDC Motor. Dengan tujuan untuk memberikan ilmu pengetahuan baru kepada masyarakat betapa banyak kemajuan akan teknologi yang berkembang pada saat ini. Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat yang harus dipenuhi dalam menyelesaikan pendidikan Diploma III Jurusan Teknik Elektro, Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Medan. Laporan Tugas Akhir ini dapat disusun dengan baik, karena banyak masukan dan dukungan dari berbagai pihak yang berupa informasi, arahan, bimbingan dan saran baik moril maupun materil. Oleh karena itu penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1. Ayahanda dan Ibunda tercinta yang telah mengasuh, membimbing dan memberikan kasih sayangnya serta do a dan juga bantuan moril, material, dan motivasinya. 2. M. Syahruddin, S.T.,M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan. 3. Junaidi, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro. 4. Ir. Gunoro, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Listrik. 5. Ir. Ashuri A.W. M.T., selaku Dosen Pembimbing yang dengan sabar memberikan motivasi, bimbingan dan pengarahan dalam penyusunan tugas akhir ini. 6. Ir. Martin Sembiring, M.T., selaku Dosen wali kelas EL-6A yang telah banyak memotivasi kami dalam penyusunan tugas akhir ini. 7. Tenaga perpustakaan Politeknik Negeri Medan yang telah memberikan bekal ilmu dan pengetahuan. 8. Seluruh dosen dan staff pengajar Politeknik Negeri Medan. xi

11 9. Buat seluruh teman-teman kelompok tugas akhir, teman-teman seperjuangan EL-6A terkhusus M. Yusuf Rifa I, M. Rivai, M Soleh, M Ikhsan W, Ahmad Riadi, Lindsay M Rumapea, Maruli Tua S, Oktavianus Barus, dan teman-teman seangkatan EL-6B, EL-6C, EL- 6D, EL-6E. Penulis menyadari bahwa masih terdapat kekurangan dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir ini. Untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran dari berbagai pihak yang bersifat membangun demi penyempurnaan Laporan Tugas Akhir ini. Semoga Laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca. Medan, 11 September 2015 Hormat Kami, Penulis xii

12 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Di era globalisasi yang sangat canggih sekarang ini, teknologi sangatlah pesat dikehidupan masyarakat. Sehingga dalam mengelola maupun mengatur kehidupan manusia dituntut untuk selalu bertindak efisien dalam beraktivitas dan menemukan inovasi terbaru untuk menunjang kehidupannya. Salah satunya adalah dalam menghadapi masalah sumber daya alam yang semakin lama mengalami kekurangan. Saat ini harga BBM semakin mahal dan cadangannya menjadi sangat terbatas serta sulit dikendalikan untuk masa yang akan datang. Hal ini memicu pengembangan penggunaan energi listrik dalam transportasi sebagai pengganti bahan bakar fosil, sebab energi mudah dibangkitkan dari berbagai macam sumber termasuk dari sumber-sumber energi terbarukan. Mengacu pada permasalahan diatas maka dalam tugas akhir ini kami mengkonversi penggunaan Mesin Diesel berbahan bakar minyak ke motor BLDC (Brushless Direct Current) yang digerakkan oleh listrik. Kelebihan penggunaan motor listrik dibandingkan Diesel adalah tidak menggunakan BBM dan tidak menambah jumlah polusi di bumi ini, serta mengembangkan teknologi kelistrikan. Dalam pengembangannya kami menggunakan jenis motor BLDC sebagai penggerak mobil listrik. Dimana motor BLDC memiliki torsi dan kecepatan yang lebih baik sebagai penggerak kendaraan dibandingkan motor DC. Motor BLDC yang kami gunakan adalah motor BLDC berkapasitas 3 kw yang memiliki torsi dan kecepatan yang besar. Pemilihan motor BLDC berkapasitas 3 kw dikarenakan nilai beban daripada mobil ini cukup besar sehingga jika menggunakan motor BLDC berkapasitas lebih kecil maka tidak mampu menggerakkan mobil. Dari uraian yang telah disampaikan diatas, maka Tugas Akhir ini akan mengembangkan teknologi penggunaan Diesel menjadi motor BLDC. 1

13 2 1.2 Rumusan Masalah Masalah yang dibahas dalam tugas akhir ini adalah: 1) Bagaimana menggerakkan mobil gokart dengan menggunakan motor listrik dapat terwujud; 2) Bagaimana cara kerja motor brushless DC. 1.3 Batasan Masalah Berdasarkan uraian pokok permasalahan di atas, maka pembahasan pada Tugas Akhir ini tidak akan membahas tentang: 1) Cara pengisian baterai dari kontroler yang sudah disediakan; 2) Bagaimana cara pembuatan perancangan sistem mekanik. 1.4 Tujuan Tujuan dari tugas akhir ini adalah: 1) Pemilihan BLDC (Brushless Direct Current) Motor sebagai penggerak mobil gokart; 2) Pengembangan kendaraan yang lebih kompleks dimasa mendatang. 1.5 Manfaat Adapun manfaat dari pembuatan penggerak gokart menggunakan motor listrik adalah: 1) Tidak seperti mobil tradisional, penggerak gokart menggunakan motor listrik sangat halus sehingga tidak menyebabkan masalah polusi suara; 2) Penggerak gokart menggunakan motor listrik juga menjamin keamanan maksimum, karena tidak melibatkan bahan bakar minyak sehingga tidak akan terbakar atau meledak jika terbentur sesuatu; 3) Penggerak gokart menggunakan motor listrik juga memiliki biaya pemeliharaan yang secara signifikan lebih rendah dibandingkan mobil berbahan bakar konvensional, karena mobil listrik hanya memiliki sekitar lima bagian di motornya. Dibandingkan dengan mobil konvensional yang memiliki ratusan komponen dalam mesin pembakaran internal.

14 3 1.6 Metode Pembahasan Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis melaksanakan beberapa metode pembahasan data dengan cara sebagai berikut: 1) Metode kepustakaan yaitu dengan mengambil teori-teori dasar dan materimateri pendukung lainnya dari buku yang diperlukan dalam penulisan tugas akhir; 2) Mengamati fisik dari komponen-komponen yang ada dipenggerak gokart serta BLDC Motor; 3) Menguji komponen-komponen, apakah rusak atau tidak; 4) Menguji dan mencoba penggerak gokart menggunakan BLDC Motor. 1.7 Sistematika Penulisan Laporan tugas akhir ini dibagi menjadi 5 bab, yaitu: 1) Bab 1 Pendahuluan, bagian ini berisi latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan, manfaat, metode pembahasan, dan sistematika penulisan. 2) Bab 2 Landasan Teori, bagian ini berisi teori-teori yang mendukung dalam penyusuan laporan tugas akhir. 3) Bab 3 Perancangan Sistem, bagian ini berisi perancangan sistem penggerak gokart menggunakan BLDC Motor berikut pembuatan mobil gokart. 4) Bab 4 Analisa dan Pengujian, bagian ini berisi analisa dari implementasi penggerak motor BLDC dan hasil pengujian. 5) Bab 5 Penutup, bagian ini berisi kesimpulan dan saran dari laporan tugas akhir ini.