RANCANG BANGUN SEPEDA LISTRIK RODA TIGA UNTUK PENYANDANG DISABILITAS (TUNA DAKSA) DENGAN PEMANFAATAN MOTOR LISTRIK BRUSHLESS DC LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Oleh : RONALDO FIDELIS NAINGGOLAN 1205052098 JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
KATA PENGANTAR Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas limpahan rahmat, hidayah dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Laporan Tugas Akhir ini dengan baik dan tepat pada waktunya. Laporan ini berjudul Rancang Bangun Sepeda Listrik Roda Tiga Untuk Penyandang Disabilitas (Tuna Daksa) Dengan Pemanfaatan Motor Listrik Brushless DC ini dimaksudkan sebagai salah satu syarat yang harus dilaksanakan oleh mahasiswa untuk menyelesaikan Pendidikan Program Diploma 3 Jurusan Teknik Mesin, Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik di Politeknik Negeri Medan. Perencanaan, pembuatan serta penulisan laporan tugas akhir ini tidak akan terlaksana dengan baik tanpa adanya bantuan dan dukungan baik material maupun spiritual dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. M. Syahruddin, S.T., M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Idham Kamil, S.T., M.T., Sebagai Ketua Jurusan Teknik Mesin; 3. Ir. Abdul Razak, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik; 4. Marlon Tua P. Sibarani, S.T.,M.T., selaku dosen pembimbing yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini; 5. Isman Harianda, S.T.,M.T., selaku dosen wali kelas EN-6C; 6. Seluruh staf pengajar Teknik Konversi Energi Mekanik, jurusanteknik Mesin Politeknik Negeri Medan; 7. Teristimewa kepada kedua orang tua penulis, Bapak M. Nainggolan dan Ibu S. br. Silalahi yang selalu memberi dukungan dalam doa dan nasihat selama ini sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan Diploma III di Politeknik Negeri Medan; 8. Terimakasih kepada teman-teman satu kelompok yaitu Benni Kesuma Sigiro, Jennis Berkam Purba, Rio Nataldo Panjaitan dan Rumia vi
Pasaribu yang telah membantu dan bekerjasama dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 9. Terimakasih kepada sahabat-sahabat saya yaitu Bonavasius Sinurat, Neil Pramana Putra Siadari, Teguh Wibowo, Marthin C H Silalahi, Christina Sinaga, Citra Napitupulu dan Theresia Pasaribu yang telah memberikan semangat dan motivasi dalam mengerjakan Tugas Akhir sehingga dapat selesai dengan tepat waktu. 10. Terimakasih kepada rekan rekan seperjuangan di Keluarga Mahasiswa Katolik St. Fransiskus Assisi Politeknik Negeri Medan. 11. Terimakasih kepada rekan rekan seperjuangan di Badan Eksekutif Mahasiswa Politeknik Negeri Medan. 12. Terima kasih kepada rekan rekan seperjuangan dan seluruh teman teman di Politeknik Negeri Medan atas motivasi dan dukungannya dalam menyelesaikan perkuliahan penulis. Walaupun penulis sudah berupaya semaksimal mungkin, namun penulis juga menyadari bahwa laporan ini tidak luput dari kekurangan. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun, demi kesempurnaan laporan ini di masa yang akan datang. Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih,semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca pada umumnya dan bagi penulis pada khususnya. Medan, 1 September 2015 Hormat Penulis, Ronaldo Fidelis Nainggolan NIM: 1205052098 vii
DAFTAR ISI SPESIFIKASI TUGAS AKHIR... ii LEMBAR PERSETUJUAN... iii LEMBAR PENGESAHAN... iv PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR... v KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI... viii DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xiv INTISARI... xv ABSTRAK... xvi BAB 1 PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Batasan Masalah... 2 1.3 Tujuan... 2 1.4 Manfaat... 2 1.5 Sistematika Penulisan... 3 1.6 Teknik Pengumpulan Data... 4 BAB 2 LANDASAN TEORI... 6 viii
2.1 Disabilitas (Tuna Daksa)... 6 2.2 Sepeda... 7 2.2.1 Sepeda Listrik... 7 2.3 Baterai... 8 2.3.1 Prinsip Kerja Baterai... 8 2.3.2 Jenis-jenis Baterai Berdasarkan Elektrolitnya... 8 2.3.3 Rangkaian Instalasi Pemakaian Baterai... 9 2.4 Motor Brushless DC... 11 2.4.1 Bagian bagian Motor Brushless DC... 12 2.4.2 Cara kerja Motor Brushless DC... 13 2.4.3 Keunggulan dan Kelemahan Motor Brushless DC... 14 2.5 Sistem Kontrol Motor Brushless DC... 15 2.5.1 Inverter... 17 2.5.2 PWM ( Pulse Width Modulation )... 19 2.5.3 Mikrokontroler... 22 2.5.4 Sensor Posisi (Hall sensor)... 23 2.6 Dinamo Sepeda... 25 2.7 Dioda Jembatan (Rectifier)... 26 BAB 3 PERANCANGAN... 28 3.1 Alat-alat yang digunakan... 28 3.2 Bahan-bahan yang digunakan... 29 3.3 Pembuatan Kerangka Sepeda Listrik... 30 ix
3.4 Perakitan Sepeda Listrik... 31 3.5 Diagram Blok... 32 BAB 4 ANALISA... 34 4.1 Pengujian rangkaian motor Brushless DC... 35 4.2 Pengujian kecepatan... 36 4.2.1 Pengujian kecepatan putaran roda... 36 4.2.2 Pengujian kecepatan laju sepeda listrik tanpa beban... 37 4.2.2.1 kecepatan 1 tanpa beban... 37 4.2.2.2 kecepatan 2 tanpa beban... 38 4.2.3 Pengujian kecepatan laju sepeda listrik berbeban... 39 4.2.3.1 kecepatan 1 berbeban... 40 4.2.3.2 kecepatan 2 berbeban... 40 4.3 Pembahasan Sistem Pengisian... 41 4.4 Pembahasan Jarak Maksimal sepeda listrik... 41 4.5 Pembahasan Perbandingan Kecepatan Sepeda Listrik Tanpa Beban Dan Berbeban... 43 BAB 5 SIMPULAN DAN SARAN... 44 5.1 Kesimpulan... 43 5.2 Saran... 43 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN x
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Penyandang Disabilitas (Tuna Daksa)... 6 Gambar 2.2 Sepeda Listrik... 7 Gambar 2.3 Baterai Basah dan Baterai Kering... 9 Gambar 2.4 Rangkaian Seri Baterai... 9 Gambar 2.5 Rangkaian Paralel Baterai... 10 Gambar 2.6 Rangkaian Seri Paralel Baterai... 10 Gambar 2.7 Blok Diagram Sistem Kontrol Motor BLDC... 11 Gambar 2.8. Circuit Controller Brushless DC... 11 Gambar 2.9 Stator... 12 Gambar 2.10 Konstruksi Motor BLDC... 12 Gambar 2.11 Skema Motor BLDC... 15 Gambar 2.12 Konfigurasi Listrik Stator (Tiga Tahap, Tiga Kumparan)... 16 Gambar 2.13 Tiga Kumparan Stator Tiga Fase Dan Rotor Motor DC Brushless... 17 Gambar 2.14 Motor yang langsung dengan velg pada umumnya adalah BLDC... 18 Gambar 2.15 Blok Diagram PWM (Pulse Width Modulation)... 21 Gambar 2.16 Konsep Pembentukan Tegangan PWM... 21 Gambar 2.17 Bentuk Fisik Mikrokontroler... 23 xi
Gambar 2.18 Bentuk Fisik Hall Sensor... 24 Gambar 2.19 Diagram Hall Sensor... 24 Gambar 2.20 Dinamo Sepeda... 25 Gambar 2.21. Rangkaian Dinamo Sepeda... 26 Gambar 2.22 Dioda Jembatan Gelombang Penuh... 26 Gambar 2.23 Proses Penyearah Gelombang Penuh Dioda Jembatan... 27 Gambar 3.1 Bentuk Kerangka Sepeda Listrik... 29 Gambar 3.2 Diagram Pengawatan Sepeda Listrik... 30 Gambar 3.3 Diagram Blok Sepeda Listrik... 31 Gambar 4.1 Gambar Sepeda Listrik Roda Tiga Pandangan Depan... 33 Gambar 4.2 Gambar Sepeda Listrik Roda Tiga Pandangan Samping... 33 Gambar 4.3 Gambar Sepeda Listrik Roda Tiga Pandangan Atas... 34 xii
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Alat yang Digunakan Dalam Perancangan... 28 Tabel 3.2 Bahan yang Digunakan Dalam Perancangan... 29 Tabel 4.1 Tabel Pengujian Motor Brushless DC... 35 Tabel 4.2 Tabel putaran roda motor brushless DC... 36 Tabel 4.3 Kecepatan Laju Sepeda Listrik... 39 Tabel 4.4 Tabel Laju Kecepatan Sepeda Listrik... 40 Tabel 4.5 Tabel Jarak Tempuh Sepeda Listrik... 42 Tabel 4.6 Perbandingan Tingkat Kecepatan Tanpa Beban dan Berbeban Sepeda Listrik... 43 xiii
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Tabel Spesifikasi Motor Lampiran 2 Spesifikasi Sepeda Listrik Roda Tiga Oleh Tim Rancang Bangun Lampiran 3 Gambar Sketsa Rancangan Sepeda Listrik xiv
INTISARI Judul laporan tugas akhir ini adalah Rancang Bangun Sepeda Listrik Roda Tiga Untuk Penyandang Disabilitas (Tuna Daksa) Dengan Pemanfaatan Motor Listrik Brushless DC. Sepeda listrik merupakan alat transportasi yang menggunakan motor sebagai penggerak dan listrik sebagai sumber energi. Pada umumnya sepeda listrik ini masih dipakai oleh pengemudi yang normal. Oleh karena itu pada sepeda listrik ini dimodifikasi dengan memakai roda tiga agar akhirnya bisa digunakan oleh penyandang disabilitas (tuna daksa). Penggerak yang digunakan pada sepeda listrik ini adalah motor brushless DC. Motor brushless DC adalah motor pada kendaraan listrik kelas kecepatan menengah yang tidak menggunakan brush atau sikat dan menggunakan magnet permanen sebagai rotor. Sepeda listrik roda tiga untuk penyandang disabilitas (tuna daksa) ini menggunakan motor brushless DC dengan daya motor 350 watt 48 volt, 4 buah baterai 12 volt sebagai sumber energi, dinamo sebagai pemberi energi untuk pengisian baterai. Sepeda listrik ini memiliki kecepatan maksimal 30 km/jam dengan beban 70 kg. Jarak tempuh maksimal sepeda listrik ini adalah 41.100 m. Lama pengisian baterai sampai terisi penuh dengan memanfaatkan dinamo sepeda adalah 36.000 detik atau sama dengan 10 jam. Kata kunci : Sepeda Listrik Roda Tiga, Motor Brushless DC, Dinamo Sepeda xv
ABSTRACT The title of this final report is "Design of Electric Bicycle Tricycle For Disability (disabled) With Utilization of Brushless DC Electric Motor". Electric bicycle is a means of transportation that uses the motor as a driver and electricity as an energy source. In general, the electric bicycle is still used by a normal driver. Therefore, the electric bike is modified by using a tricycle that could eventually be used by persons with disabilities (disabled). Activator used in electric bicycles are brushless DC motors. DC brushless motor is the motor at medium speed of an electric vehicle classes that do not use a brush and use a permanent magnet as the rotor. Electric bicycle tricycle for persons with disabilities (disabled) using brushless DC motors with motor power of 350 watt 48 volt, 4 batteries 12 volts as a source of energy, a dynamo as a supplier of energy for charging the battery. This electric bike has a maximum speed of 30 km/h with a load of 70 kg. Maximum mileage of electric bikes is 41,100 m. The time of the fully charged battery by using a bicycle dynamo is equal to 36,000 seconds or 10 hours. Keywords: Electric Bicycle Tricycle, Brushless DC Motor, Bicycles Dynamo xvi
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sepeda adalah kendaraan beroda dua atau tiga, mempunyai setang, tempat duduk, dan sepasang pengayuh yang digerakkan kaki untuk menjalankannya. Sedangkan sepeda listrik ialah kendaraan tanpa bahan bakar minyak yang digerakkan oleh dinamo dan akumulator. Seiring dengan mencuatnya masalah pemanasan global dan kelangkaan BBM maka kini produsen kendaraan berlombalomba menciptakan kendaraan hibrida, dan sepeda listrik termasuk salah satu di dalamnya. Sampai sekarang di Indonesia telah tersedia tipe dengan kecepatan 60 km/jam, dilengkapi rem cakram, lampu penerangan dekat dan jauh, lampu sein, lampu rem serta klakson. Dengan memanfaatkan sistem sepeda listrik, banyak perusahaan yang membuat dan mengembangkan aplikasi yang sesuai dengan kebutuhan. Berdasarkan hal tersebut, maka kami terinspirasi untuk membuat suatu aplikasi pada sepeda listrik sesuai dengan kebutuhan. Disaaat ini kita hanya mengenal kursi roda sebagai alat untuk membantu penyandang disabilitas (Tuna Daksa) untuk berpindah tempat, namun sampai saat ini belum terfikirkan untuk membuat kendaraan yang membantu transportasi penyandang disabilitas tersebut. Untuk itulah dari pemikiran hemat energi dari sepeda listrik, kami membuat TA yang berjudul Rancang Bangun Sepeda Listrik Roda Tiga Untuk Penyandang Disabilitas (Tuna Daksa) Dengan Pemanfaatan Motor Listrik Brushless DC dimodifikasi yang akhirnya digunakan sebagai alat transportasi penyandang disabilitas. Pada modifikasi sepeda listrik ini kami memanfaatkan motor listrik brushless DC sebagai penggerak utama karena mempunyai banyak kelebihan dibanding dengan motor listrik lainnya. 1
1.2 Batasan Masalah Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis perlu membuat batasan batasan masalah untuk menghindari pembahasan yang tidak perlu.adapun pokok pembahasan masalah yang akan dibahas di dalam tugas akhir ini adalah : 1. Bagaimana merancang dan membuat sepeda listrik hemat energi dengan pemanfaatan motor listrik Brushless DC. 2. Bagaimana merancang dan membuat sistem kendaraan agar mudah untuk digunakan penyandang disabilitas (Tuna Daksa). 1.3 Tujuan Adapun tujuan yang akan dicapai dalam tugas akhir ini antara lain : 1. Membuat kendaraan yang hemat energi dan ramah lingkungan dengan pemanfaatan motor listrik brushless DC. 2. Membantu penyandang disabilitas (tuna daksa) agar lebih mudah dalam melakukan aktifitasnya ketika harus berpindah tempat dengan jarak tempuh yang jauh. 1.4 Manfaat Adapun manfaat yang diambil dari penulisan dari laporan tugas akhir ini adalah : 1. Mendapatkan data guna penyusunan laporan tugas akhir yang merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan program pendidikan Diploma III pada Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan. 2. Hasil rancangan ini dapat dimanfaatkan masyarakat dalam pemanfaatan energi alternatif dalam penghematan BBM. 2
3. Hasil rancangan ini dapat dimanfaatkan para penyandang disabilitas (tuna daksa) dalam melakukan aktifitasnya. 4. Meningkatkan kreatifitas, motivasi dan inovasi bagi mahasiswa Politeknik Negeri Medan dalam bidang ilmu pengetahuan dan teknologi. 1.5 Sistematika Penulisan Untuk memaparkan hasil perancangan, perakitan dan pengujian sistem yang akan dibuat, maka laporan ini akan disusun dalam sistematika yang diharapkan mempermudah dengan memahami materi-materi yang ingin disampaikan kepada pembaca. Laporan ini terdiri dari 5 (lima) bab yang masing-masing membahas mengenai pokok penting dalam perancangan proyek ini. Setiap bab mempunyai keterkaitan antara satu dengan yang lain. Bab-bab yang terkandung laporan ini adalah : BAB I PENDAHULUAN Bab ini menjelaskan tentang latar belakang, pemilihan judul batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penulisan, dan sistematika penulisan. BAB II LANDASAN TEORI Bab ini menjelaskan tentang teori dasar yang perlu diketahui untuk mempermudah dalam pemahaman sistem kerja alat tersebut, seperti komponen komponen dasar. BAB III PERANCANGAN Bab ini menjelaskan tentang tahap tahap dalam pengerjaan serta cara pembuatan sepeda listrik dan menjelaskan bagian bagian dari sepeda listrik serta fungsinya. 3
BAB IV ANALISA Bab ini menjelaskan tentang pengujian dan pengukuran pada peralatan yang direncanakan, apakah peralatan tersebut telah berjalan dengan baik atau tidak. BAB V PENUTUP Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang telah diperoleh dalam perencanaan dan perancangan sistem ini, serta saran yang akan disampaikan kepada pembaca. 1.6 Teknik Pengumpulan Data Dalam perancangan dan pembuatan rancang bangun ini, penulis melakukan berbagai metode pembahasan, antara lain : 1. Persiapan dan Orientasi Mempersiapkan hal hal yang diperlukan untuk kegiatan kegiatan tugas akhir, membuat surat permohonan tugas akhir, membuat proposal, dan konsultasi pada dosen pembimbing. 2. Studi Kepustakaan Melakukan studi kepustakaan (literature) mengenai karya akhir terutama pada motor brushless DC dan sistem kontrol motor brushless DC. 3. Peninjauan di Lapangan Konsultasi dengan orang orang yang berkecimpung dan ahli dalam konstruksi alat yang dibangun. 4. Percobaan Penulis melakukan percobaan dengan membuat sepeda listrik yang menggunakan motor brushless DC sebagai penggerak utama dan merancang kerangka sepeda sedemikian rupa agar penyandang disabilitas ( tuna daksa ) dapat dengan mudah menggunakan sepeda tersebut. Pada 4
percobaan ini akan dikumpulkan data untuk mengetahui kecepatan dan torsi dari sepeda lisrik. 5. Pengumpulan Data Pengumpulan data yang akan digunakan untuk penyusunan laporan tugas akhir dengan cara : a. Pengamatan langsung terhadap objek. b. Melakukan diskusi dengan rekan satu tim. 6. Analisis dan Evaluasi Data Data yang diperoleh akan dianalisis dan dievaluasi secara bersama sama dengan dosen pembimbing. 7. Asistensi Mendiskusikan hasil penulisan tugas akhir kepada dosen pembimbing untuk melakukan bimbingan. 8. Penulisan Laporan Draf tugas akhir yang telah disetujui oleh dosen pembimbing siap dijilid. 5