68 Jurnal Teknik Elektro dan Komputer, Vol.2, No.1, April 2014, 68-74 Aplikasi Optocoupler dalam Sistem Pengaturan Kecepatan Sepeda Listrik Nur Khamdi Program Studi Mekatronika Jurusan Elektro Politeknik Caltex Riau khamdi@pcr.ac.id Abstrak Perkembangan terknologi dibidang energy alternative untuk pengendara kendaraan motor baik mobil, motor ataupun sepeda. Salah satunya adalah sepeda yang digerakkan oleh motor listrik dengan pengaturan kecepatannya seperti halnya pada sebuah sepeda motor. Pengaturan kecepatan pada sepeda motor saat ini banyak menggunakan system mekanik. Untuk penelitian ini, pengaturan kecepatan sepeda listrik menggunakan sensor optocoupler sebagai fungsi untuk mengatur lajunya sepeda listrik. Fungsi dari sensor ini sebagai pengganti resistor geser yang mengatur kecepatan motor listrik pada motor brushless. Dalam penelitian ini sensor optocoupler akan di kendalikan oleh pengaturan laju, yaitu saat pengaturan ini di putar maka sensor optocoupler akan aktif satu demi satu tergantung dari banyaknya putarannya. Makin diputar maka jumlah sensor optocoupler yang aktif makin banyak dan mengakibatkan laju motornya makin kencang. Pada penelitian ini, hasil dari sensor optocoupler ini dapat berfungsi dengan baik sebagai pengendali laju motor akan tetapi perubahannya tidak semulus dari perubahan menggunakan resistor geser. Kata kunci: Sensor Optocoupler, Sepeda Listrik, Kecepatan motor listrik. Abstract The development of electronic technology in the field of alternative energy for motor vehicle, motorcycle or bicycle. One is a bike that is driven by an electric motor with speed settings as well as on a motor cycle. Setting the speed on a motorcycle today many use a mechanical system. For this study, the electric bicycle speed settings using optocoupler sensor to adjust its speed as a function of electric bicycles. The function of this sensor instead that regulates of a sliding resistor the speed of the electric motor to brushless motors. In this study sensor optocoupler will be controlled by setting the rate, which currently is in turn setting the sensor will optocoupler active one by one depending on the number cycling. The more plays, the number of active sensors optocoupler resulted in more and more and the faster pace of the bike. In this study, the results of this optocoupler sensor can function well as a motor speed controller but the changes are not as smooth of changes using a sliding resistor. Keywords: Optocoupler Sensors, Electric Bicycles, electric motor speed 1 Pendahuluan Pola hidup dengan memanfaatkan sepeda merupakan suatu gerakan yang membantu akan pedulinya masyarakat terhadap kerisis energi dan suatu implementasi terhadap gerakan GO GREEN. Bersepeda memiliki keunggulan yakni sepeda tidak memerlukan konsumsi energi BBM, tidak menghasilkan emisi gas yang di nilai berpolusi serta sepeda juga mempunyai fungsi yang sama sebagai alat teransportasi roda dua yang lebih ramah lingkungan di bandingkan sepeda motor berkonsumsi BBM. Namun sepeda memiliki kekurangan dalam penggunaanya dimana penggunanya harus mengeluarkan energi fisik atau tenaga manusia sebagai pengeraknya yang di nilai melelahkan oleh para penggunya. Karena bersepeda memiliki segi positif dalam gerakan mengatasi kerisis energi maka penulis merancang Sepeda Listrik dimana sepeda yang ramah lingkungan ini di harapkan akan memepermudah pemakai serta penggunaanya yang dinilai melelahkan menjadi mudah untuk di gunakan karna adanya penamabahan motor listrik sebagai penggerak bantu tambahan.
Aplikasi Optocoupler dalam Sistem Pengaturan Kecepatan Sepeda Listrik 69 Kelebihan dari sepeda listrik ini adalah dapat di operasikan dengan dua metode selain dapat di kayuh layaknya sepeda biasa sepeda ini dapat di operasikan dengan mengaktifkan motor listrik dikala pengguna mengalami kelelahan dalam pemakaian sepeda. Dalam pengaturan gas saat pengoperasian sepeda listrik akan menggunakan sensor optocopler. Sensor ini terdiri dari sensor photodioda dan sumber cahaya, dua komponen ini di pasang sebagai transmitter (pemancar) yaitu sumber cahaya dan sebagai receiver (penerima) yaitu sensor photodioda. Kedua komponen ini di pasang saling berhadapan. Yang bertujuan untuk mengatur kecepatan dengan cara keluaran (output) di hubungkan ke rangkaian pengolahan sinyal. Hasil dari pengolahan sinyal ini di teruskan untuk mengatur sumber energi listrik ke aktuator motor. 2 Sensor Optocoupler Optocoupler adalah suatu piranti yang terdiri dari 2 bagian yaitu transmitter dan receiver, yaitu antara bagian cahaya dengan bagian deteksi sumber cahaya terpisah, seperti pada Gambar 1. Gambar 1 Piranti Optpcoupler Optocoupler merupakan salah satu jenis komponen yang memanfaatkan sinar sebagai pemicu on/off-nya. Opto berarti optic dan coupler berarti pemicu. Sehingga bisa diartikan bahwa optocoupler merupakan suatu komponen yang bekerja berdasarkan picu cahaya optic opto-coupler termasuk dalam sensor, dimana terdiri dari dua bagian yaitu transmitter dan receiver. LED infra merah ini merupakan komponen elektronika yang memancarkan cahaya infra merah dengan konsumsi daya sangat kecil. Jika diberi prasikap maju, LED infra merah yang terdapat pada optocoupler akan mengeluarkan panjang gelombang sekitar 0,9 mikrometer. Phototransistor memiliki sambungan kolektor basis yang besar dengan cahaya infra merah, karena cahaya ini dapat membangkitkan pasangan lubang elektron. Dengan diberi prasikap maju, cahaya yang masuk akan menimbulkan arus pada kolektor. Phototransistor memiliki bahan utama yaitu germanium atau silikon yang sama dengan bahan pembuat transistor. Tipe phototransistor juga sama dengan transistor pada umumnya yaitu PNP dan NPN. Perbedaan transistor dengan phototransistor hanya terletak pada rumahnya yang memungkinkan cahaya infra merah mengaktifkan daerah basis, sedangkan transistor biasa ditempatkan pada rumah logam yang tertutup. Dan cara kerja optocoupler adalah jika antara phototransistor dan LED terhalang maka phototransistor tersebut akan off sehingga output dari kolektor akan berlogika high. Sebaliknya
70 Nur Khamdi jika antara phototransistor dan LED tidak terhalang maka phototransistor dan LED tidak terhalang maka phototransistor tersebut akan on sehingga output-nya akan berlogika low. Biasanya dipasaran optocoupler tersedia dengan tipe 4N25 / 4N35 ini mempunyai tegangan isolasi 7500 volt dengan kemampuan maksimal LED dialiri arus forward sebesar 3A. Ditinjau dari penggunaanya, fisik optocoupler dapat berbentuk bermacam-macam. Bila hanya digunakan untuk mengisolasi level tegangan atau data pada sisi transmitter dan sisi receiver, maka optocoupler ini biasanya dibuat dalam bentuk solid ( tidak ada ruang antara LED dan phototransistor ). Sehingga sinyal listrik yang ada pada input dan otput akan terisolasi. Dengan kata lain optocoupler ini digunakan sebagai optoisolator jenis IC. 3 Metode Penelitian Pergerakan sepeda listrik dilakukan dengan mengayunkan pedal untuk manualnya dan memutarkan gas pada posisi stan sebelah kanan. Pemutaran gas ini berfungsi untuk mengatur perputaran motor yang di couple dengan rantai pada ayunan pedal. Perputaran motor di control oleh sebuah controller dan di kendalikan perputarannya menggunakan perputaran gas yang di beri sensor optocoupler. Blok diagram perputaran gas hingga perputaran motor dapat dilihat pada Gambar 2. Gambar 2 Blok Diagram Sistem Untuk pemasangan sensor Optocoupler sebagai perputaran gas (kecepatan) di rancang seperti pada Gambar 3. Dan bentuk aslinya dapat dilihat pada Gambar 4. Kedudukan Sensor Gambar 3 Bentuk Pengaturan Gas dan Kedudukan Sensor
Aplikasi Optocoupler dalam Sistem Pengaturan Kecepatan Sepeda Listrik 71 Gambar 4 Kedudukan dan sensor Optocoupler pada Pengaturan Kecepatan Untuk rangkaian sensor optocopler yang digunakan seperti terlihat pada gambar rangkaian pada Gambar 5. Gambar 5 Rangkaian Sensor Optocoupler Pengkondisian sinyal output dari sensor optocopler dirancang untuk mengaktifkan sebuah relay, dan bentuk rancangan elektriknya dapat dilihat pada Gambar 6 dan Gambar 7. Gambar 6 Rangkaian pengkodinsian sinyal dari sensor optocopler
72 Nur Khamdi Gambar 7 Rangkaian sinyal output dari kondisi sinyal sensor optocopler Pengujian yang akan di lakukan pada sensor kecepatan sepeda listrik ini terdiri beberapa poin yaitu : Menguji keberhasilan sensor untuk mengatur kecepatan motor Menguji kecepatan maksimum motor dengan putaran sensor 4 Analisa dan Pembahasan Pengambilan data sensor menggunakan metode pengaturan putaran motor untuk mengaktifkan sensor optocoupler dan hasilnya dilihatkan output dari akuisisi data yang berupa tegangan dari rangkaian akuisisi data seperti pada Gambar 8.
Aplikasi Optocoupler dalam Sistem Pengaturan Kecepatan Sepeda Listrik 73 Gambar 8 Output dari Akuisis Data Sensor Optocoupler Rilay dari R 1 sampai R 5 akan dikendalikan oleh sensor Optocoupler yang diletakkan pada perputaran kecepatan motor (seperti pada Gambar 4.2). Rilay 1 (R 1 ) akan dikendalikan pada sensor yang letakkan paling depan atau di urutan pertama pada perputaran kecepatan motor. Dan untuk rilay 5 (R 5 ) ada sensor yang paling terakhir atau paling bawah. Fungsi dari rilay ini untuk membuat rangkaian short sehingga tahanan yang parallel dengan rilay aktif tidak berfungsi. Dan data yang diperoleh antara ke aktifan sensor optocoupler saat perputaran kecepatan motor terhadap nilai output pada akuisisi data yang nantinya data ini di kirimkan ke controller motor. Data itu dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1 Output Akuisisi Data dari Sensor Optocoupler Jumlah Aktif Sensor Nilai V out (volt) 1 1,678 2 2,012 3 2,516 4 3,353 5 5,050 Data perputaran motor merupakan hubungan antara pengaturan kecepatan motor terhadap perputaran kecepatan motor. Pengaturan kecepatan akan berkaitan dengan jumlah sensor optocoupler yang aktif dan kecepatan motor akan berkaitan dengan rpm, dengan motor tanpa adanya beban. Data ini dapat dilihat pada Tabel 2.
74 Nur Khamdi Tabel 2 Pengaturan terhadap Perputaran Motor Jumlah Aktif Sensor Perputaran motor (rpm) 1 53,8 2 64,6 3 80,8 4 107,7 5 162,2 Sebenarnya fungsi sensor optocoupler di pengaturan kecepatan perputaran motor ini sebagai pengganti resistor geser yang biasa di gunakan untuk mengatur kecepatan perputaran motor pada kontrol motor brushless. Berdasarkan data pada Tabel 1, bahwa perputaran pengaturan kecepatan yang di pasang dengan sensor optocoupler yang berfungsi mendeteksi perputaran dapat berfungsi dengan sempurna. Dan pengaturan dengan sensor optocoupler ini dapat berfungsi seperti halnya sebuah resistor geser yang di geser geser nilai resistansinya. Kelemahan dengan menggunakan sensor optocoupler bila dibandingkan dengan resistor geser adalah nilainya tidak berubah secara smoot atau kecil seperti pada resistor geser. Dengan menggunakan sensor optocoupler ini perubahan tegangannya terbagi terhadap jumlah sensor yang ada, untuk penelitian ini menggunakan 5 buah sensor optocoupler yang di karenakan tempat atau kedudukan sensor yang tidak cukup. Berdasarkan data pada Tabel 2, terlihat bahwa perubahan kecepatan pada motor tidak secara smoot atau halus, hal ini karena perubahan input pada controller yang terbatas. Walaupun demikian sensor optocoupler ini dapat berfungsi sebagai pengatur kecepatan motor dan masih ada kekurangannya bila di bandingkan dengan resistor geser. Akan tetapi sensor optocoupler ini mempunyai keunggulan bila di bandingkan dengan resistor geser, yaitu untuk peletakan dan penggunakan pada pengatur kecepatan model perputaran di tangan cukup fleksible bila di bandingkan dengan menggunakan resistor geser pada model yang sama. Maka dari itu sensor ini cukup baik dan bagus untuk pengaturan kecepatan pada sepeda listrik. 5 Kesimpulan Berdasarkan data dan analisa penggunaan sensor optocoupler sebagai sensor pengaturan kecepatan perputaran motor dapat di simpulkan sebagai berikut: 1. Sensor optocoupler dapat berfungsi sebagai pengganti resistor geser pada kasus input pada control sebuah motor. 2. Sensor optocoupler dapat digunakan untuk mengatur kecepatan perputaran sebuah motor. 3. Sensor optocoupler lebih fleksible penggunaannya pada pengaturan kecepatan motor pada perputaran motor dengan model pengaturan di tangan seperti halnya pengaturan gas pada sepeda motor. 6 Daftar Pustaka [1] Albert Paul Malvino, Ph.D, Prinsip-Prinsip Elektronika, edisi kedua, Erlangga tahun 1996. [2] Radius Dwiatmojo, MENINGKATKAN KINERJA INFRARED OPTOCOUPLER DENGAN TEKNIK MODULASI CAHAYA, Jurnal Kolaborasi Elektrika, Universitas Negeri Jakarta, 2010