skripsi rancang-bangun sistem electric drive untuk …

SKRIPSI

RANCANG-BANGUN SISTEM ELECTRIC DRIVE UNTUK MESIN

KENDARAAN LISTRIK RINGAN BERBASISKAN MOTOR DC

ANDI ZAENAL AQZA MP RASYID

10582 11 140 17 10582 11 149 17

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR

2021

iv

ABSTRAK

Dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi, tingkat produksi pada

mobil listrik terus mengalami peningkatan. Secara global di dunia otomotif,

penggunaan akan bahan bakar minyak yang dipakai terus meningkat yang dapat

menimbulkan dampak negatif bagi lingkungan. Pengembangan kendaraan listrik

memberikan cara terbaik untuk mengatasi masalah ini.

Penggunaan kendaraan listrik dinilai efektif selain tidak mencemari udara

dan konstruksi mesinnya lebih sederhana. Penggunaan mobil listrik tentunya

membutuhkan mesin listrik. Pada skripsi ini telah dilakukan pembuatan sistem

elektrik drive sederhana yang menggunakan motor listrik jenis motor DC dengan

magnet permanen. Motor DC lebih mudah diatur kecepatan putarannya

dibandingkan dengan motor AC, disebut sebagai motor DC magnet permanen

karena motor ini menggunakan dua atau lebih magnet permanen pada statornya.

Sedangkan bagian motor yang berputar, atau rotor, terdiri dari lilitan yang akan

terhubung pada suatu komutator mekanik melalui karbon brush.

Kata kunci : mobil listrik, motor DC magnet permanen, DC drive.

v

ABSTRAC

With the advancement of science and technology, the production rate of

electric cars continues to increase. Globally in the automotive world, the use of

fuel oil used continues to increase which can have a negative impact on the

environment. The development of electric vehicles provides the best way to solve

this problem.

The use of electric vehicles is considered effective in addition to not

polluting the air and the engine construction is simpler. The use of electric cars of

course requires an electric engine. In this thesis, a simple electric drive system has

been made using an electric motor with a DC motor type with permanent magnets.

DC motors are more easily regulated than AC motors, they are called permanent

magnet DC motors because they use two or more permanent magnets in the stator.

The rotating part of the motor, or rotor, consists of windings which are connected

to a mechanical commutator via carbon brushes.

Keywords : electric car, DC motor with permanent magnet, DC drive.

vi

KATA PENGANTAR

Assalamualaikum Wr. Wb.

Segala puji bagi Allah yang telah melimpahkan rahmat, karunia,

menciptakan manusia dengan sebaik-baik bentuk dan telah memberikan petunjuk

kepada manusia dengan firman-Nya. Betapa besar kasih sayang Allah kepada

seluruh umat manusia walaupun sering kali kita terlupa atau dengan sengaja kufur

terhadap nikmat-Nya. Salam dan shalawat semoga Allah curahkan bagi junjungan

kita, penghulu para Nabi, Muhammad Shallallhu Alaihi wa Sallam beserta segenap

keluarga dan sahabatnya serta para pengikutnya yang telah membawa kita dari alam

jahiliyah ke dinul islam seperti saat ini, sehingga penulis dapat menyelesaikan

Tugas Akhir yang berjudul “Rancang-Bangun Sistem Electric Drive Untuk

Mesin Kendaraan Listrik Ringan Berbasiskan Motor DC”. Dalam penulisan

Tugas Akhir ini tidak bisa lepas dari bantuan banyak pihak, maka dengan segala

hormat penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan nikmatnya sehingga penulis

dapat menyelesaikan laporan kerja praktek ini tepat pada waktunya.

2. Ayah, Ibu, kakak dan adik yang kusayangi serta segenap keluarga penulis

yang telah memberikan motivasi, dukungan baik moril maupun materil dan

juga kasih sayang kepada penulis.

3. Ibu Adriani., S.T., M.T selaku ketua prodi dan Ibu Rahmania., S.T., M.T

selaku sekretaris prodi Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah

Makassar.

4. Bapak Ir. Abd. Hafid., M.T selaku Pembimbing 1 dan dan Bapak Andi

Faharuddin., S.T.,M.T Pembimbing 2 tugas akhir yang telah banyak

memberikan masukan dan arahan dalam penulisan Tugas Akhir ini.

5. Seluruh karyawan dan staf tata usaha yang telah membantu dan memberikan

bimbingan kepada penulis dalam menyelesaikan proses administrasi Tugas

Akhir.

vii

6. Seluruh Dosen Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Makassar yang

telah memberikan dukungan dan ilmunya kepada penulis.

7. Seluruh teman-teman KKP yang telah memberikan motivasi dan

dukungannya.

8. Seluruh teman-teman AKURASI angkatan 2017 yang telah membantu

penulis dalam menyelesaikan kuliah di Jurusan Teknik Elektro Universitas

Muhammadiyah Makassar.

9. Rekan-rekan Lab. Elektro Universitas Muhammadiyah Makassar atas

pengertian, kerja sama dan toleransinya kepada penulis selama pengerjaan

Tugas Akhir ini.

10. Teman-teman seperjuangan BACOT yang telah memberikan saran dan

motivasi kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini..

11. Semua pihak yang tentunya tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang

telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Akhirnya tiada yang sempurna kecuali Allah, semoga buah karya dan

laporan ini dengan segala kekurangannya bisa mengisi khazanah

kepustakaan kita dan sebagai referensi.

Tugas Akhir yang akan datang. Penulis berharap laporan ini bermanfaat

untuk semua pihak. Kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan

untuk perbaikan di kemudian hari. Terima kasih.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Makassar, 10 September 2021

Penulis

viii

DAFTAR ISI

HALAMAN PENGASAHAN ........................................................................... ii

PENGESAHAN ................................................................................................ iii

ABSTRAK ........................................................................................................ iv

KATA PENGANTAR ...................................................................................... vi

DAFTAR ISI ................................................................................................... viii

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xii

DAFTAR TABEL........................................................................................... xiii

DAFTAR GRAFIK ........................................................................................ xiv

DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... xv

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang ........................................................................................ 1

B. Rumusan Masalah ................................................................................... 2

C. Tujuan Penelitian .................................................................................... 2

D. Batasan Masalah...................................................................................... 2

E. Manfaat Penelitian .................................................................................. 3

F. Sistematika Penulisan.............................................................................. 4

BAB II DASAR TEORI

A. Terminologi Dasar ................................................................................... 5

1. Gaya .................................................................................................... 5

2. Torsi .................................................................................................... 5

3. Kecepatan ............................................................................................ 7

4. Kecepatan Pada Objek Berputar.......................................................... 7

ix

5. Percepatan ........................................................................................... 8

B. Motor Listrik ........................................................................................... 9

1. Konsep Dasar Motor Listrik .............................................................. 10

2. Jenis-Jenis Motor Listrik ................................................................... 11

a. Motor AC .................................................................................. 12

b. Prinsip Kerja Motor AC ............................................................ 13

3. Motor DC .......................................................................................... 14

a. Prinsip Kerja Motor DC ............................................................ 15

b. Komponen Utama Motor DC .................................................... 16

c. Jenis-jenis Motor DC ................................................................ 18

C. Baterai ................................................................................................... 22

1. Konstruksi Baterai ............................................................................. 22

2. Cara Kerja Accu ................................................................................ 27

a. Saat Baterai Aki Menerima Arus .............................................. 28

b. Saat Baterai Menerima Arus ..................................................... 28

3. Kapasitas Baterai ............................................................................... 29

a. Faktor Yang Mempengaruhi Kapasitas Aki .............................. 30

D. Device Kontrol Motor ........................................................................... 31

1. Relai ............................................................................................... 31

a. Prinsip Kerja Relai....................................................................... 33

b. Jenis-Jenis dan Simbol Relai ....................................................... 33

1) Jenis Relai Berdasarkan Cara Kerja .................................... 33

2) Jenis Relai Berdasarkan Jumlah Pole dan Throw ............... 34

x

c. Konstruksi Relai .......................................................................... 36

2. Kontaktor ......................................................................................... 37

E. Potensiometer ........................................................................................ 39

BAB III METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................... 41

B. Peralatan dan Bahan .............................................................................. 41

1. Pelaratan .......................................................................................... 41

2. Bahan............................................................................................... 42

C. Diagram Blok Sistem ............................................................................ 43

D. Langkah Penelitian ................................................................................ 45

E. Jadwal Penelitian ................................................................................... 47

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Perancangan Sistem Elektrik................................................................. 49

1. Wiring Diagram ................................................................................ 49

a. Sistem Relai Pengunci .................................................................. 50

b. Speed Controller ........................................................................... 50

c. Sistem Kendali Arah Putaran ........................................................ 51

B. Pengukuran Alat .................................................................................... 51

1. Pengukuran Pada Output Baterai ...................................................... 51

a. Hasil Pengukuran Tegangan Output Baterai pada Putaran

Maju .................................................................................................. 52

b. Hasil Pengukuran Tegangan Output Baterai pada Putaran

Mundur ............................................................................................. 53

xi

2. Pengukurana Tegangan Sistem Pengendali Arah ............................. 53

3. Pengukuran Pada Input Motor .......................................................... 55

a. Hasil Pengukuran Input Motor Pada Putaran Maju ...................... 55

b. Hasil Pengukuran Input Motor Pada Putaran Mundur ................. 56

4. Pengukuran Kecepatan Pada Putaran Motor ..................................... 57

a. Hasil Pengukuran Pada Putaran Maju .......................................... 57

b. Hasil Pengukuran Pada Putaran Mundur ...................................... 58

BAB V PENUTUP

A. Kesimpulan ...................................................................................... 59

B. Saran ................................................................................................ 60

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 61

LAMPIRAN ..................................................................................................... 63

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Torsi pada porosnya ............................................................................. 5

Gambar 2.2 Ilustrasi kecepatan suatu objek ............................................................. 7

Gambar 2.3 Ilustrasi kecepatan suatu objek ............................................................. 7

Gambar 2.4 Ilustrasi percepatan suatu objek ........................................................... 8

Gambar 2.5 Ilustrasi percepatan dan perlambatan suatu objek ................................ 8

Gambar 2.6 Sifat alami magnet .............................................................................. 11

Gambar 2.7 Visualisasi garis-garis antara kutub berbeda ...................................... 11

Gambar 2.8 Bagan jenis-jenis motor listrik ........................................................... 12

Gambar 2.9 Kutub medan magnet ......................................................................... 16

Gambar 2.10 Stator ................................................................................................ 16

Gambar 2.11 Jangkar/rotor..................................................................................... 17

Gambar 2.12 Komutator......................................................................................... 17

Gambar 2.13 Brush ................................................................................................ 18

Gambar 2.14 Motor DC magnet permanen ............................................................ 20

Gambar 2.15 Bagian-bagian baterai ....................................................................... 22

Gambar 2.16 Kotak dan penutup baterai................................................................ 23

Gambar 2.17 Pelat positive dan negative dalam satu sel ....................................... 24

Gambar 2.18 Penyekat atau separator diatara pelat baterai ................................... 25

Gambar 2.19 Sel baterai ......................................................................................... 25

Gambar 2.20 Terminal baterai ............................................................................... 26

Gambar 2.21 Tutup ventilasi .................................................................................. 27

Gambar 2.22 (a) Bentuk relai, (b) Simbol relai ..................................................... 31

x

Gambar 2.23 Tampilan relai jenis SPST ................................................................ 35

Gambar 2.24 Tampilan relai jenis SPDT ............................................................... 35

Gambar 2.25 Tampilan relai jenis DPST ............................................................... 35

Gambar 2.26 Tampilan relai jenis DPDT .............................................................. 36

Gambar 2.27 Konstruksi relai elektro mekanik posisi NC (normally close) ......... 36

Gambar 2.28 Konstruksi relai elektro mekanik posisi NO (normally open) ......... 37

Gambar 2.29 Kontaktor .......................................................................................... 38

Gambar 2.30 Pedal/potensiometer ......................................................................... 39

Gambar 3.1 Diagram balok skema penelitian ........................................................ 43

Gambar 3.2 Flow chart proses penelitian .............................................................. 45

Gambar 4.1 Wiring diagram .................................................................................. 50

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Kelebihan dan kelemahan PM ..................................................... 21

Tabel 3.1 Alat penelitian .............................................................................. 41

Tabel 3.2 Bahan penelitian ........................................................................... 42

Tabel 3.3 Jadwal penelitian .......................................................................... 47

Tabel 4.1 Hasil pengukuran sistem pengendali arah .................................... 54

xiv

DAFTAR GRAFIK

Grafik 2.1 Sumber daya AC satu fasa .................................................................... 13

Grafik 2.2 Sumber daya AC tiga fasa .................................................................... 13

Grafik 4.1 pengukuran tegangan output baterai pada putaran maju ...................... 52

Grafik 4.2 pengukuran tegangan output baterai pada putaran mundur .................. 53

Grafik 4.3 pengukuran tegangan input motor pada putaran maju .......................... 55

Grafik 4.4 pengukuran tegangan input motor pada putaran mundur .................... 56

Grafik 4.5 pengukuran kecepatan putaran motor pada putaran maju .................... 57

Grafik 4.6 pengukuran kecepatan putaran motor pada putaran mundur ................ 58

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Rangkaian alat sistem electric drive .......................................... 63

Lampiran 2 Pengukuran tegangan sumber baterai ....................................... 63

Lampiran 3 Pengukuran kelayakan relai ....................................................... 64

Lampiran 4 Pengukuran tegangan input motor ............................................ 64

Lampiran 5 Pengukuran kecepatan motor..................................................... 65

Lampiran 6 Data pengukuran kelayakan relai ............................................. 65

Lampiran 7 Data pengukuran tegangan sumber, sistem pengendali arah,

Tegangan input motor, dan RPM motor .................................... 67

Lampiran 8 Data pengukuran resistansi potensiometer ................................ 68

Lampiran 9 Spesifikasi motor DC................................................................. 69

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Seiring perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, tingkat

produksi pada mobil listrik terus meningkat sejak awal diciptakan. Secara

global, mobil listrik mengalami kenaikan pesat dalam 1 dekade terakhir,

walaupun saat ini Indonesia masih berada pada tahap awal pengembangan

kendaraan listrik.

Di Indonesia hampir seluruh kendaraan masih menggunakan bahan

bakar minyak sebagai bahan bakar utama, Bukan hanya tentang ramah lingkungan

atau tidaknya, ternyata ukuran dan berat mobil sangat berpengaruh. Mobil yang

berukuran besar tentunya membutuhkan tenaga yang lebih banyak, dan semakin

banyak tenaga yang digunakan maka semakin banyak polusi yang ditimbulkan,

maka sebaiknya industri otomotif mulai mengembangkan mobil listrik ringan

dengan satu penumpang.

Mobil listrik memiliki banyak kelebihan dari pada mobil bahan bakar

fosil, diantaranya efisiensi bahan bakar yang lebih hemat, tidak menimbulkan

polusi udara, suaranya halus, tahan lama, dan konstruksi mesinnya yang lebih

sederhana. Mobil listrik memiliki beberapa komponen pendukung yaitu salah

satunya motor listrik, di mana motor listrik ini merupakan komponen

utamanya. Ada beberapa jenis motor listrik yang digunakan dan memiliki

keuntungan masing-masing.

2

Tugas akhir ini akan diarahkan ke desain, realisasi serta pengujian suatu

sistem Electrick Drive (ED) khususnya bagian pengendalian arah gerak

kendaraan ringan, yang menggunakan motor DC.

B. Rumusan Masalah

1. Bagaimana desain/rancangan & bangunan sistem electric drive (ED)

kendaraan listrik ringan?

2. Bagaimana kinerja dari sistem electric drive (ED) yang telah dibangun?

C. Tujuan Penelitian

Penelitian ini diarahkan untuk:

1. Mendapatkan desain & bangunan sistem electric drive (ED).

2. Mendapatkan kinerja dari sistem ED.

D. Batasan Masalah

Adapun batasan-batasan dalam tugas akhir ini berfokus pada

perancangan, realisasi dan pengujian kinerja dari suatu bagian sistem

electric drive mesin kendaraan, yakni sistem kendali gerakan maju &

mundur dari mobil listrik

3

E. Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini antara lain :

1. Dapat berfungsi sebagai purwarupa sistem pengendalian arah gerakan

(maju, netral dan mundur) untuk kendaraan listrik ringan.

2. Sarana pengaplikasian pengetahuan teoritis dan praktik, tentang sistem

electric drive pada mesin kendaraan ringan bagi peneliti.

F. Sistematika Penulisan

Bab Pertama, Bab ini menjelaskan tentang latar belakang, rumusan masalah,

batasan masalah, serta tujuan dan manfaat dari penelitian yang dilakukan serta

sistematika penulisan dari laporan hasil penelitian.

Bab Kedua, bab ini menjelaskan teori-teori pendukung yang berkaitan dengan

judul penelitian.

Bab Ketiga, bab ini menjelaskan tentang waktu dan tempat penelitian, alat dan

bahan yang digunakan, diagram balok dan gambar rangkaian penelitian, serta

metode penelitian yang berisi langkah-langkah dalam proses melakukan

penelitian.

Bab Keempat, bab ini menjelaskan hasil penelitian, alat dan perhitungan serta

pembahasan mengenai judul penelitian.

Bab Kelima, bab ini merupakan penutup yang berisi kesimpulan dan saran

mengenai judul penelitian.

Daftar Pustaka, berisi daftar sumber referensi bagi penulis dalam memilih

teori yang relevan dengan judul penelitian..

4

Lampiran, berisi dokumentasi hasil penelitian serta alat dan bahan yang

digunakan dalam penelitian.

5

BAB II

DASAR TEORI

A. Terminologi Dasar

1. Gaya

Menurut Kristianto (2020) menjelaskan bahwa jika kita mendorong atau

menarik sebuah benda, maka dapat dikatakan bahwa kita melakukan gaya pada

benda tersebut. Newton mendefinisikan gaya dengan, “Segala sesuatu yang dapat

mempercepat atau memperlambat gerak suatu benda”. Semakin besar gaya yang

bekerja pada suatu benda semakin besar pula percepatan atau perlambatan yang

dihasilkan.

2. Torsi

Menurut Zumain (2009) bahwa torsi adalah gaya puntir yang menyebabkan

suatu objek berputar. Contohnya suatu gaya yang diterapkan terhadap ujung

pengungkit menyebabkan efek puntir atau torsi pada titik porosnya.

Gambar 2.1 Torsi pada porosnya

Torsi (T) dihasilkan dari perkalian hasil gaya dan jari-jari (panjang lengan

pengungkit) dan diberi satuan Nm.

𝑇 = 𝐹. 𝑟

6

Di mana

T = Torsi (Nm)

F = Gaya (N)

r = Jari-jari (m)

Gaya untuk motor listrik dapat dihitung dengan rumus:

𝐹 = 𝐵. 𝐼. 𝑙

Di mana

B = kuat medan magnet (Wb / m2)

I = arus yang mengalir di lilitan motor (A)

l = panjang kawat lilitan (m)

Berdasarkan aturan tangan kiri Fleming’s maka rumus diatas dapat

dikembangkan lebih lanjut untuk menghitung torsi motor dengan sejumlah lilitan

armature sebagai berikut.

T = B. I. l. r. Z

Di mana

T = torsi (Nm)

r = Jari-jari armature (m)

Z = jumlah lilitan armature yang aktif

Menurut Zumain (dalam Kuswardana, 2016) bahwa dari persamaan diatas

terlihat penambahan nilai gaya atau jari-jari, akan meningkatkan torsi. Contoh, jika

gaya 10 N pada pengungkit dengan panjang 1 m, maka torsinya sebesar 10 Nm.

Penambahan besar gaya menjadi 20 N, atau panjang pengungkitnya 2 m, akan

meningkatkan torsi sebesar 20 Nm.

7

3. Kecepatan

Menurut pendapat Zumain (2009) Suatu objek yang bergerak akan

menempuh jarak tertentu dalam waktu yang ditentukan. Kecepatan adalah

perbandingan jarak yang ditempuh dan waktu yang dibutuhkan untuk melakukan

perjalanan. Misalnya, sebuah mobil menempuh jarak 60 km dalam satu jam.

Gambar 2.2 Ilustrasi kecepatan suatu objek

4. Kecepatan Pada Objek Berputar

Menurut Zumain (2009), bahwa kecepatan juga diterapkan pada objek

berputar seperti ban mobil atau as motor. Dalam hal ini dikenal sebagai kecepatan

putar. Kecepatan benda berputar adalah ukuran berapa lama sebuah titik pada benda

berputar untuk menyelesaikan satu putaran penuh. Kecepatan putar suatu benda

umumnya dinyatakan dalam putaran per menit (RPM). Suatu benda yang

menghasilkan sepuluh putaran penuh dalam satu menit memiliki kecepatan 10

RPM.

Gambar 2.3 Ilustrasi kecepatan suatu objek

8

5. Percepatan

Menurut Kuswardana (2016) Suatu objek dapat berubah kecepatannya,

perubahan kecepatan ini disebut dengan percepatan. Percepatan terjadi ketika ada

perubahan pada gaya total (gaya bersih) yang bekerja pada objek, yang

menyebabkan perubahan kecepatan. Sebuah mobil menambah kecepatan dari 30

km/jam menjadi 60 km/jam, berarti telah ada perubahan kecepatan sebesar 30

km/jam. Percepatan dapat juga berubah dari kecepatan tinggi ke kecepatan yang

lebih rendah. Hal ini disebut dengan perlambatan (deceleration/negative

acceleration).

Gambar 2.4 Ilustrasi percepatan suatu objek

Percepatan dan perlambatan juga dapat diterapkan untuk objek yang

berputar. Sebagai contoh, suatu objek yang berputar dapat dipercepat dari 10

RPM menjadi 20 RPM, atau diperlambat dari 20 RPM menjadi 10 RPM.

Gambar 2.5 Ilustrasi percepatan dan perlambatan suatu objek

9

B. Motor Listrik

Menurut Saleh dan Bahariawan (2018) menyatakan bahwa motor listrik

adalah sebuah mesin yang menggunakan energi listrik untuk menghasilkan energi

mekanik, melalui interaksi antara medan magnetik dengan konduktor-konduktor

pembawa arus. Proses sebaliknya, generator atau dinamo mengkonversi energi

mekanik menjadi energi listrik. Motor traksi yang digunakan pada kendaraan-

kendaraan dapat berfungsi sebagai motor ataupun sebagai generator. Motor listrik

dapat ditemukan dalam berbagai fungsi di industri ataupun di rumah tangga seperti

kipas angin, blower dan pompa, mesin perkakas, alat-alat rumah tangga, dan disc

drive.

Motor listrik tersebut dapat digerakkan oleh energi listrik arus searah,

sebagai contoh motor yang menggunakan tenaga baterai atau oleh arus bolak-balik

dari pusat jaringan distribusi tenaga listrik. Motor yang paling kecil dapat

ditemukan di dalam sebuah arloji.

Motor listrik ukuran sedang lebih banyak ditemukan dalam sebuah industri

dengan dimensi dan karakteristik yang memiliki standardisasi yang lebih tinggi,

motor-motor tersebut disesuaikan dengan fungsi dan intensitas penggunaannya oleh

industri yang bersangkutan.

Motor listrik paling besar digunakan untuk menggerakkan kapal-kapal besar

(kapal laut) sebagai sarana transportasi laut, dan dengan tujuan sama juga motor

listrik terdapat pada sebuah kompresor yang fungsinya untuk menghisap dan

menekan cairan, dengan rating daya yang sampai jutaan watt.

10

Konversi energi listrik kedalam enegi mekanik berdasarkan prinsip kerja

medan elektromagnetik yang pertama kali diperkenalkan oleh seorang ilmuan asal

inggris, Michael Faraday, pada tahun 1821.

Percobaan yang dilakukan Faraday yaitu sepotong kawat menggantung

(free-hanging wire) dicelupkan kedalam sebuah wadah mercury di mana pada

wadah mercury tersebut diletakkan pula sebuah magnet permanen.

Ketika kawat dialiri arus listrik, kawat tersebut berputar disekitar magnet,

hal ini menunjukkan bahwa arus listrik menimbulkan medan magnet putar disekitar

kawat.

1. Konsep Dasar Motor Listrik

Menurut Yudha (2020) bahwa pada bagian ini akan dijelaskan bagaimana

cara kerja motor listrik. Tujuannya adalah untuk memberikan informasi awal

sebelum melanjutkan pokok bahasan utama. Akan dipelihatkan pula konsep

magnetism, AC (alternating current), elektromagnetik, konstruksi motor, dan torsi.

a. Magnetism

Semua magnet memiliki dua karakteristik, yaitu: menarik logam seperti besi

dan baja. Dan akan bergerak untuk menunjukkan utara-selatan jika tidak ada yang

menghalangi. Fungsi lain yang sangat penting dari magnet adalah memiliki dua

kutub, kutub utara dan kutub selatan. Kutub senama akan saling menjauh,

sedangkan kutub berbeda saling mendekat satu sama lain, perhatikan gambar

berikut:

11

Gambar 2.6 Sifat alami magnet

b. Garis Magnetik Fluks

Kita dapat menvisualisasikan medan magnet, di mana gaya magnet yang

tidak terlihat dapat membuat magnet berlaku sebagaimana yang dikatakan, seperti

garis-garis fluks bergerak dari kutub utara ke kutub selatan (perhatikan Gambar

2.7). Dalam beberapa kasus, kutub utara dan selatan tidak mudah diidentifikasi

seperti pada batang magnet klasik atau magnet tapal kuda. Ini tentu saja kasus

dengan elektromagnetik.

Gambar 2.7 Visualisasi garis-garis antara kutub berbeda

2. Jenis-jenis Motor Listrik

Menurut Saleh dan bahariawan (2018) bahwa tipe atau jenis motor listrik

yang ada saat ini beraneka ragam jenis dan tipenya. Semua jenis motor listrik yang

ada memiliki dua bagian utama yaitu stator dan rotor. Stator adalah bagian motor

listrik yang diam dan rotor adalah bagian motor yang bergerak (berputar). Pada

dasarnya motor listrik dibedakan dari jenis sumber tegangan kerja yang digunakan.

Berdasarkan sumber tegangan kerjanya motor listrik dapat dibedakan 2 jenis yaitu:

12

a. Motor listrik arus bolak-balik AC (Alternating Current)

b. Motor listrik arus searah DC (Direct Current)

Dari 2 jenis motor listrik diatas terdapat beberapa jenis-jenis motor listrik

berdasarkan prinsip kerja, konstruksi, operasinya dan karakternya.

Gambar dibawah ini memperlihatkan motor listrik yang paling umum.

Motor tersebut dikategorikan berdasarkan pasokan input, konstruksinya dan

mekanisme operasi, dan dijelaskan lebih lanjut dibawah ini.

Gambar 2.8 Bagan jenis-jenis motor listrik

a. Motor AC

Menurut Saleh dan Bahariawan (2018) bahwa motor listrik arus bolak-balik

adalah jenis motor listrik yang beroperasi dengan sumber tegangan arus listrik bolak

balik (AC, Alternating Current). Sumber daya arus bolak-balik (AC) dimaksudkan

untuk menyuplai kebutuhan listrik dalam berbagai industri perdagangan atau

pelanggan tetap. Menurut Nur dan Suyuti (2018) menyatakan bahwa sumber daya

Magnet

Permanen

13

AC dikelompokkan dalam satu fasa dan tiga fasa. Sebagaian besar instalasi

komersial ringan hanya menggunakan sumber daya satu fasa yang disalurkan

melalui dua kawat konduktor dan satu kawat tanah dengan bentuk gelombang daya

yang terjadi seperti yang terlihat dalam gambar dibawah ini. Sedangkan daya tiga

fasa disuplay ke sistem tiga kawat dan tersusun dari tiga gelombang berbeda dengan

amplitudo yang sama dengan beda tiap fasa 1200.

Grafik 2.1 Sumber daya AC satu fasa

Grafik 2.2 Sumber daya AC tiga fasa

b. Prinsip kerja Motor AC

Menurut Saleh dan Bahariawan (2018) bahwa pada motor listrik tenaga

listrik diubah menjadi tenaga mekanik. Perubahan ini dilakukan dengan mengubah

tenaga listrik menjadi magnet yang disebut sebagai elektro magnet. Sebagaimana

14

diketahui bahwa kutub-kutub dari magnet yang senama akan tolak menolak dan

kutub-kutub tidak senama akan tarik menarik. Maka kita akan dapat memperoleh

gerakan jika kita menempatkan sebuah magnet pada sebuah poros yang dapat

berputar, dan magnet yang lain pada suatu kedudukan yang tetap.

3. Motor DC

Menurut Saleh dan Bahariawan (2018) bahwa motor DC atau sering juga

disebut motor arus searah, sebagaimana namanya menggunakan arus langsung yang

tidak langsung/direct-unidirectional yang lebih sering digunakan untuk keperluan

pengaturan kecepatan dibandingkan dengan motor AC. Bentuk motor yang paling

sederhana memiliki kumparan tunggal yang dapat berputar bebas di antara kutub-

kutub magnet permanen. Motor DC merupakan jenis motor yang menggunakan

tegangan searah sebagai sumber tenaganya.

Menurut Sukmawidjaja (2014) menyatakan bahwa jika arus melewati

konduktor, maka akan timbul medan magnet dan garis-garis medan magnet (fluks)

dihasilkan oleh kutub-kutub magnet pada stator. Interaksi antara kedua medan

tersebut akan menimbulkan perpotongan medan magnet sehingga menimbulkan

gaya, gaya tersebut menghasilkan torsi yang akan memutar rotor.

Menurut Aditya, dkk (2019) menyatakan bahwa motor DC terdapat jangkar

dengan satu atau lebih dengan kumparan terpisah. Tiap kumparan berujung pada

cincin belah (komulator). Dengan adanya insulator antara komulator cincin belah

dapat berperan sebagai saklar kutup ganda (double pole, double throwswith).

15

Dalam perkembangannya banyak sekali cara pengaturan motor DC,

diantaranya pengaturan motor DC menggunakan sebuah drive, kegunaan drive

tersebut untuk memudahkan operator dalam menggunakan motor DC agar bekerja

sesuai yang diinginkan.

a. Prinsip Kerja Motor DC

Menurut pendapat Zumain (2009) menyatakan bahwa berdasarkan pada

prinsip kemagnetan, maka motor DC menggunakan prinsip kemagnetan diatas.

Penghantar yang mengalirkan arus ditempatkan tegak lurus pada medan magnet,

cenderung bergerak tegak lurus terhadap medan. Besarnya gaya yang didesakkan

untuk menggerakkan berubah sebanding dengan kekuatan medan magnet, besarnya

arus yang mengalir pada penghantar, dan panjang penghantar. Untuk menentukan

arah gerakan penghantar yang mengalirkan arus pada medan magnet, digunakan

hukum tangan kanan motor. Ibu jari dan dua jari yang pertama dari tangan kanan

disusun sehingga saling tegak lurus satu sama lain dengan menunjukkan arah garis

gaya magnet dari medan, dan jari tengah menunjukkan arah arus yang mengalir

(minus ke plus) pada penghantar. Ibu jari akan menunjukkan arah gerakan

penghantar. Gambar terebut menggambarkan bagaimana torsi motor dihasilkan

oleh kumparan yang membawa arus atau loop pada kawat yang ditempatkan pada

medan magnet. Interaksi pada medan magnet menyebabkan pembengkokan garis

gaya. Apabila garis cenderung lurus keluar, pembengkokan tersebut menyebabkan

loop mengalami gerak putaran. Penghantar sebelah kiri ditekan ke bawah dan

16

penghantar sebelah kanan ditekan ke atas, menyebabkan putaran jangkar

berlawanan dengan arah putaran jarum jam.

Gambar 2.9 Kutub medan magnet

b. Komponen Utama Motor DC

Menurut Yuski, dkk (2017) komponen utama motor DC yaitu :

1) Stator Motor DC

Gambar 2.10 Stator

Stator adalah bagian yang berfungsi sebagai rangkaian magnetik yang

mempunyai sepasang kutub medan yang terpasang pada bagian dalam stator.

17

2) Jangkar atau rotor motor DC

Gambar 2.11 Jangkar/rotor

Jangkar berfungsi untuk merubah energi listrik menjadi energi gerak dalam

bentuk gerak putar. Jangkar terdiri dari poros baja di mana tumpukan keping-keping

inti yang berbentuk silinder dijepit. Pada inti jangkar terdapat alur-alur dimana

lilitan jangkar diletakkan.

3) Komutator

Gambar 2.12 Komutator

Konstruksi dari komutator terdiri dari batangan tembaga yang dikeraskan

(drop forged) yang diisolasi dengan sejenis mika. Fungsi komutator ini adalah

mengumpulkan arus induksi dari konduktor jangkar dan mengkonversikan menjadi

arus searah melalui sikat. Secara mekanik motor DC merupakan alat yang komplek

18

dan cenderung banyak persoalan. Sebagai contoh, kotoran pada komutator, dapat

menghambat suplai listrik menuju jangkar. Beberapa jenis perawatan dibutuhkan

pada saat menggunakan motor DC, pada beberapa pemakaian dengan lingkungan

tertentu. Misalnya pada lingkungan asam, akan memunculkan karat yang dapat

membahayakan.

4) Sikat (Brush)

Gambar 2.13 Brush

Sikat digambarkan pada gambar (2.13) terbuat dari karbon, graphite, logam

graphite atau campuran karbon dan grafit yang dilengkapi dengan pegas penekanan

dan konak sikatnya. Sikat biasanya dipasang dengan menumpangkannya pada sisi

komutator untuk menyuplai listrik ke motor.

c. Jenis- jenis Motor DC

Menurut Saleh dan Bahariawan (2018) bahwa motor listrik arus searah DC

dapat dibedakan lagi berdasarkan sumber dayanya sebagai berikut:

1) Motor DC sumber daya terpisah/separately excited, adalah jenis motor DC yang

memiliki sumber arus medan disuplai dari sumber terpisah, sehingga motor ini

disebut motor DC sumber daya terpisah (separately excited).

19

2) Motor DC sumber daya sendiri/self excited, adalah jenis motor DC yang sumber

arus medannya disuplai dari sumber yang sama dengan kumparan motor listrik

sehingga motor listrik DC disebut motor DC sumber daya sendiri (self excited).

3) Motor DC sumber daya sendiri/self excited dapat dibedakan lagi menjadi 3 jenis

berdasarkan konfigurasi suplai medan dengan kumparan motornya sebagai

berikut:

a) Motor DC Shunt, pada motor DC shunt, gulungan medan disambungkan secara

paralel dengan gulungan motor listrik. Oleh karena itu arus dalam jalur

merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.

b) Motor DC seri, pada motor DC seri, gulungan medan yang dihubungkan secara

seri dengan gulungan kumparan motor (A). oleh sebab itu arus medan sama

dengan arus dinamo.

c) Motor DC kompon, motor kompon DC merupakan gabungan antara motor seri

dan shunt. Pada motor kompon, gulungan medan dihubungkan secara seri dan

parallel dengan gulungan motor listrik. Sehingga motor kompon memiliki

torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil.

d) Motor DC magnet permanen

Menurut Yudha (2020) menjelaskan bahwa motor DC memerlukan suplai

tegangan yang searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik.

Disebut dengan motor DC magnet permanen karena terdapat dua buah magnet

permanen pada bagian statornya atau bagian motor yang tidak berputar, serta

terdapat lilitan yang terhubung dengan komutator mekanik melalui karbon brush

pada rotornya atau bagian motor yang berputar. Menurut Hartono, dkk (2016)

20

menyatakan bahwa motor DC magnet permanen dapat mengubah polaritas positif

dan negatif pada tegangan sumber DCnya, maka dapat dengan mudah mengatur

menggerakkan motor untuk dua arah putaran (reversible).

Gambar 2.14 Motor DC magnet permanen

Karakteristik utama PMDC antara lain :

(1) Kurva torsi kecepatan garis lurus

(2) Beroperasi kecepatan sedang 1.000-5.000 rpm

(3) Efisiensi 60% - 70% (kecil kebesar)

(4) Torsi pengasutan tinggi (8-10 kali torsi nominal)

(5) Pengoperasian pada tegangan DC

(6) Usia pakai 2.000 jam lebih

(7) Tipikal konstruksi yang benar-benar tertutup.

Salah satu keunggulan motor PM adalah kecepatan operasi yang lebih

rendah, membuatnya ideal untuk digunakan dengan peredam roda gigi dan

memungkinkan untuk operasi yang jauh lebih tenang.

21

Tabel 2.1 Kelebihan dan kelemahan PM

Kelebihan Kelemahan

(a) Berfungsi dengan baik dengan

gearbox

(b) Beroperasi pada tegangan DC tanpa

kontrol

(c) Pengaturan kecepatan dapat dicapai

dengan kontrol yang murah

(d) Biaya rendah

(a) Pemeliharaan tinggi karena sikat

(b) Kebisingan sedang karena sikat

(c) Conging pada kecepatan rendah

(kurang dari 300 rpm)

(d) Kurang dari daya signifikan pada

tegangan gelombang penuh

(e) Torsi awal yang tinggi dapat

merusak gearbox

Kerapatan daya dari motor PM tidak tinggi. Dari sudut pandang perawatan,

motor PM memiliki kepadatan sikat yang harus diperiksa dan diganti secara berkala

untuk memaksimalkan umur motor. kurva kecepatan-torka yang umumnya linier

untuk motor PMDC. Liniearitas ini membuatnya sangat mudah untuk mengontrol

torsi output motor hanya dengan memantau tarikan saat ini. Selain itu, motor

PMDC memiliki kecepatan tanpa beban rendah dan torka pengasutan yang tinggi.

Dari kurva panas motor, pada saat temperature motor meningkat, kecepatan tanpa

beban meningkat, dan torsi stall berkurang. Hal ini terjadi karena pengaruh suhu

pada magnet. Saat motor menjadi dingin, kecepatan akan kembali normal.

22

C. Baterai

Menurut Daryanto (2003) bahwa baterai merupakan bagian yang cukup

vital pada kendaraan listrik dalam hal menyimpan energi listrik untuk dapat

digunakan sebagai daya penggerak motor dan kontrolnya. Baterai adalah suatu alat

yang menyimpan tenaga listrik dalam bentuk tenaga kimia di mana akan

mengeluarkan tenaga listrik bila diperlukan. Baterai terdiri diri beberapa sel di

mana sel-sel tersebut membangkitkan tenaga listrik, tiap sel terdiri dari beberapa

pelat/lempeng, pemisah dan elektrolit. Kotak baterai terbuat dari ebonit atau damar

sintetis yang bertugas untuk memegangi memegangi sel dan penampang elektrolit,

reaksi kimia terjadi dalam kotak baterai, sel-sel tersebut dihubungkan secara seri

dengan demikian tenaga listrik yang terbangkit sama dengan jumlah tengangan

listrik yang terbangkit sama dengan jumlah tegangan listrik tiap-tiap selnya.

Umumnya pada mobil memakai baterai yang mempunyai tegangan 12 Volt.

1. Konstruksi baterai

Menurut Gilang (2019) bahwa kontruksi baterai digambarkan dengan

ilustrasi pada gambar bagian-bagian baterai. Berikut adalah penjelasan dari tiap-

tiap bagian baterai.

Gambar 2.15 Bagian-bagian baterai

23

a. Kotak Baterai

kotak baterai berfungsi sebagai pelindung dan penampung untuk semua

komponen baterai yang ada di dalamnya, dan memberikan ruang untuk endapan-

endapan baterai pada bagian bawah. Bahan pembuatan kotak baterai ini biasanya

transparan untuk mempermudah pengecekan ketinggian larutan elektrolit pada

baterai.

Gambar 2.16 Kotak dan penutup baterai

b. Tutup baterai

Bagian ini secara permanen menutup bagian atas baterai (Gambar 2.16),

tempat dudukan terminal-terminal baterai, lubang ventilasi, dan untuk perawatan

baterai seperti pengecekan larutan elektrolit atau penambahan air.

c. Pelat Baterai

Pelat positif dan pelat negatif memiliki grid yang terbuat dari antimoni dan

paduan timah. Pelat positif terbuat dari bahan antimoni yang dilapisi dengan lapisan

aktif oksida timah (lead dioxide, PbO2) yang berwarna coklat dan pelat negatif

terbuat dari sponge lead (Pb) yang berwarna abu-abu. Jumlah dan ukuran pelat

mempengaruhi kemampuan baterai mengalirkan arus. Baterai yang mempunyai

24

pelat yang besar atau banyak dapat menghasilkan arus yang lebih besar disbanding

baterai dengan ukuran pelat yang kecil atau jumlahnya lebih sedikit.

Gambar 2.17 Pelat positif dan negatif dalam satu sel

d. Separator atau penyeka

Penyekat yang berpori ini ditempatkan diantara pelat positif dan plat negatif.

Pori-pori yang terdapat pada penyekat tersebut memungkinkan larutan elektrolit

melewatinya. Bagian ini juga berfungsi mencegah hubungan singkat antar pelat.

Separator disisipkan antara pelat positif dan negatif untuk mencegah agar

tidak terjadi hubungan singkat antara kedua pelat tersebut. Apabila pelat mengalami

hubungan singkat karena kerusakan separator, maka energi yang dihasilkan akan

bocor. Bahan yang dipakai untuk separator adalah resi fiber yang diperkuat, karet

atau plastik. Permukaan separator yang berpori menghadap ke pelat positif untuk

melindungi karat dari pelat positif agar tidak berhamburan. Persyaratan yang harus

dipenuhi oleh separator adalah bukan konduktor, harus cukup kuat, tidak mudah

berkarat oleh elektrolit dan tidak menimbulkan bahaya terhadap elektroda.

25

Gambar 2.18 Penyekat atau separator diantara pelat baterai

e. Sel

Satu unit pelat positif dan negatif dibatasi oleh penyekat diantara kedua

pelat positif dan negatif disebut dengan sel atau elemen. Sel-sel baterai

dihubungkan secara seri satu dengan lainnya, sehingga jumlah sel baterai akan

menentukan besarnya tegangan baterai yang dihasilkan. Satu buah sel di dalam

baterai dapat menghasilkan tegangan sebesar 2,1 volt, sehingga untuk baterai 12

volt mempunyai 6 sel.

Gambar 2.19 Sel baterai

26

f. Penghubung sel (cell connector)

Merupakan pelat logam yang dihubungkan dengan pelat baterai. Pelat

penghubung ini untuk setiap sel ada dua buah (lihat gambar sel baterai), yaitu untuk

pelat positif dan pelat negatif. Penghubung sel pada pelat positif dan negatif

disambungkan secara seri untuk semua sel.

g. Pemisah sel

Ini merupakan bagian dari kotak baterai yang memisahkan tiap sel (Gambar

2.16).

h. Terminal baterai

Ada dua terminal pada baterai, yaitu terminal positif dan terminal negatif

yang terdapat pada bagian atas baterai. Saat terpasang pada kendaraan, terminal-

terminal ini dihubungkan dengan kabel besar positif (ke terminal positif baterai)

dan kabel massa (ke terminal negatif baterai).

Gambar 2.20 Terminal baterai

27

i. Tutup ventilasi

Komponen ini berfungsi untuk menambah atau memeriksa air baterai.

Lubang ventilasi berfungsi untuk membuang gas hidrogen yang dihasilkan saat

terjadi proses pengisian.

Gambar 2.21 Tutup ventilasi

j. Larutan elektrolit

Larutan elektrolit merupakan cairan pada baterai merupakan campuran

antara air (H2O) dan asam sulfat (H2SO4). Secara kimia, campuran tersebut bereaksi

dengan bahan aktif pada pelat baterai untuk menghasilkan listrik. Baterai yang terisi

penuh mempunyai kadar 36% asam sulfat dan 64% air. Larutan elektrolit

mempunyai berat jenis (specific gravity) 1,270 pada 20 oC (680F) saat baterai terisi

penuh.

2. Cara Kerja Accu

Menurut Gilang (2019) bahwa baterai merupakan kombinasi dua atau lebih

sel elektrokimia yang bisa menyimpan energi dan kemudian merubahnya menjadi

energi listrik.

28

a. Saat Baterai Aki Menerima Arus

1) Oksigen (O) pada pelat positif terlepas karena bereaksi/bersenyawa dengan

hidrogen (H) pada cairan elektrolit yang secara perlahan-lahan keduanya

bergabung/berubah menjadi air (H20).

2) Asam (SO4) pada cairan elektrolit bergabung dengan timah (Pb) di pelat positif

ataupun pelat negatif sehigga melekat dikedua pelat tersebut. Reaksi ini akan

berlangsung terus sampai isi baterai habis ataupun dalam kondisi discharge.

Ketika baterai dalam keadaan kosong, hampir semua asam menempel

pada pelat elektroda baterai, sehingga konsentrasi elektrolit sangat rendah,

hampir terdiri dari air (H2O), sehingga kerapatan cairan turun menjadi sekitar

1,1 kg/dm3, Ini mendekati berat jenis air, yaitu 1 kg/dm3. Meskipun baterai

masih pada beban penuh, berat jenisnya sekitar 1.285 kg/dm3. Melalui

perbedaan berat jenis ini, Anda dapat mengetahui apakah kapasitas baterai

masih terisi penuh atau hidrometer sudah berkurang. Selain itu, ketika baterai

dalam keadaan kosong, 85% elektrolit terdiri dari air (H2O), dimana air akan

membeku, baterai dapat pecah, dan pelat rusak) habis atau dalam keadaan

kosong.

b. Saat Baterai Menerima Arus

Arus penerima baterai mengacu pada baterai yang disetrum/diisi, yaitu

baterai diisi dengan arus searah, elektroda positif baterai terhubung ke arus

pengisian positif, dan elektroda negatif terhubung ke arus pengisian negatif.

Tegangan yang diberikan biasanya sama dengan tegangan total baterai, yaitu baterai

12 V memiliki tegangan 12 V DC, baterai 6 V memiliki tegangan 6 V DC, dan dua

29

baterai 12V dihubungkan secara seri dengan tegangan 24 V DC (baterai secara seri).

Tegangan total adalah jumlah dari tegangan masing-masing baterai: tegangan 1 +

tegangan 2 = tegangan total). Ini dapat ditemukan di bengkel baterai, di mana ada

beberapa baterai yang terhubung secara seri, dan semuanya tersengat listrik pada

saat yang bersamaan. Berapa banyak arus (ampere) yang harus dilewati juga

tergantung pada kapasitas baterai (penjelasan untuk ini dapat ditemukan di bawah).

Konsekuensinya, proses penerimaan arus ini berlawanan dengan proses

pengeluaran arus, yaitu:

1) Oksigen (O) dalam air (H2O) terlepas karena bereaksi/bersenyawa dengan

timah (Pb) pada pelat positif dan secara perlahan-lahan kembali menjadi oksida

timah colat (PbO2).

2) Asam (SO4) yang menempel pada kedua pelat (pelat positif maupun negatif)

terlepas dan bergabung dengan hidrogen (H) pada air (H2O) di dalam cairan

elektrolit dan kembali terbentuk menjadi asam sulfat (H2SO4) sebagai cairan

elektrolit. Akibatnya berat jenis cairan elektrolit bertambah menjadi sekitar

1,285 (pada baterai yang terisi penuh).

3. Kapasitas Baterai

Kapasitas baterai adalah jumlah ampere jam (Ah = kuat arus/Ampere x

waktu/hour), artinya baterai dapat memberikan/menyuplai sejumlah isinya secara

rata-rata sebelum tiap selnya menyentuh tegangan/voltase turun (drop voltage)

yaitu sebesar 1,75 V (ingat, tiap sel memiliki tegangan sebesar 2 V; jika dipakai

maka tegangan akan terus turun dan kapasitas efektif dikatakan sudah terpakai

30

semuanya bila tegangan sel telah menyentuh 1,75 V). Misal, baterai 12 V 75 Ah.

Baterai ini bisa memberikan kuat arus sebesar 75 Ampere dalam satu jam artinya

memberikan daya rata-rata sebesar 900 Watt. Secara hitungan kasar dapat

menyuplai alat berdaya 900 Watt selama satu jam atau alat berdaya 90 Watt selama

10 jam. Jadi ampere hour (Ah) adalah satuan banyaknya listrik. Jumlah Ah yang

harus diberikan pada proses pengisian tentu lebih besar dari Ah yang diberikan oleh

baterai aki.

Hasil bagi antara kapasitas dalam Ah terhadap besarnya Ah pada proses

pengisian kemudian dikalikan dengan 100 % disebut sebagai randemen Ah dari

baterai aki. Untuk baterai aki yang baru randemennya berkisar antara 90 % sampai

95 %.

a. Faktor Yang Mempengaruhi Kapasitas Aki

1) Jumlah bahan aktif

Makin besar ukuran pelat yang bersentuhan dengan cairan elektrolit maka

makin besar kapasitasnya makin banyak pelat yang bersentuhan dengan cairan

elektrolit maka makin besar kapasitasnya. Jadi untuk mendapatkan kapasitas yang

besar luas pelat dan banyaknya pelat haruslah ditingkatkan.

2) Temperatur

Makin rendah temperatur (makin dingin) maka makin kecil kapasitas baterai

saat digunakan karena reaksi kimia pada suhu yang rendah makin lambat tidak

peduli apakah arus yang digunakan tinggi atapun rendah. Kapasitas baterai biasanya

diukur pada suhu tertentu, biasanya 25 0C.

31

3) Waktu dan arus pengeluaran

Pengeluaran lambat (berupa pengeluaran arus yang rendah) mengakibatkan

waktu pengeluaran juga makin lama pemakaiannya. Sebaliknya jika arus

pengeluarannya besar maka energi yang tersimpan pada baterai aki akan cepat

habis.

D. Device Kontrol Motor

1. Relai

(a) (b)

Gambar 2.22 (a) Bentuk relai, (b) Simbol relai

Menurut Hadibrata, dkk (2014) bahwa relai adalah suatu komponen yang

bekerja berdasarkan elektromagnetik untuk menggerakan sejumlah kontaktor yang

tersusun atau sebuah saklar elektronis yang dapat dikendalikan dari rangkaian

elektronik lainnya dengan memanfaatkan tenaga listrik sebagai sumber energinya.

Kontaktor akan tertutup (menyala) atau terbuka (mati) karena efek induksi magnet

yang dihasilkan kumparan (induktor) ketika dialiri arus listrik. Berbeda dengan

saklar, pergerakan kontaktor (on atau off) dilakukan manual tanpa perlu arus listrik.

32

Relai yang paling sederhana ialah relai elektromekanis yang memberikan

pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik. Secara sederhana relai

elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut:

a. Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup (atau membuka)

kontak saklar.

b. Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik.

Jadi dapat disimpulkan bahwa relai adalah komponen elektronika berupa

saklar elektronik yang digerakkan oleh arus listrik. Beberapa fungsi relai yang telah

umum diaplikasikan ke dalam peralatan elektronika diantaranya adalah:

a. Relai digunakan untuk menjalankan fungsi logika (logic function)

b. Relai digunakan untuk memberikan fungsi penundaan waktu (time delay

function)

c. Relai digunakan untuk mengendalikan sirkuit tegangan tinggi dengan bantuan

dari signal tegangan rendah.

d. Ada juga relai yang berfungsi untuk melindungi motor ataupun komponen

lainnya dari kelebihan tegangan ataupun hubung singkat (short).

e. Penguatan daya: menguatkan arus atau tegangan. Contoh: starting relai pada

mesin mobil

Suatu jenis relai yang dapat menangani kekuatan tinggi yang diperlukan

untuk secara langsung mengontrol motor listrik atau beban lain disebut kontaktor.

relai solid-state mengontrol sirkuit listrik tanpa bagian yang bergerak, bukan

menggunakan perangkat semikonduktor untuk melakukan switching. Relai dengan

karakteristik operasi dikalibrasi dan kadang-kadang beberapa kumparan operasi

33

yang digunakan untuk melindungi sirkuit listrik dari kelebihan beban atau

kesalahan; dalam sistem tenaga listrik modern fungsi-fungsi ini dilakukan oleh

instrumen digital masih disebut "relai pelindung".

a. Prinsip Kerja Relai

Menurut Amirah (2014) bahwa relai merupakan tuas saklar dengan lilitan

kawat pada batang besi (solenoid) di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus listrik,

gaya magnet yang dihasilkan oleh solenoida menarik tuas dan menutup kontak

saklar. Pada saat arus dihentikan, gaya magnet akan hilang, tuas akan kembali ke

posisi semula dan kontak saklar kembali terbuka. Relai biasanya digunakan untuk

mengendalikan arus/tegangan yang besar (sbagai contoh peralatan listrik 4

ampere AC 220 V) dengan menggunakan arus/tegangan yang kecil (misalnya 0.1

ampere 12 V DC)).

b. Jenis –Jenis dan Simbol Relai

1) Jenis Relai Berdasarkan Cara Kerja

Menurut Amirah (2014), bahwa relai memiliki kondisi saklar atau

kontaktor dalam 3 posisi. Ketika relai menerima sumber tegangan oleh

elektromagnet, ia mengubah tiga posisi pada sakelar atau kontaktor. Ketiga posisi

saklar relai tersebut adalah:

a. Posisi Normally Open (NO), yaitu posisi saklar relai yang terhubung ke

terminal NO (Normally Open). Kondisi ini terjadi ketika relai menerima

34

tegangan listrik melalui solenoid.

b. Posisi Normally Close (NC), yaitu posisi saklar relai yang terhubung ke

terminal NC (Normally Close). Kondisi ini terjadi ketika relai tidak menerima

suplai tegangan melalui elektromagnet.

c. Posisi Change Over (CO), yaitu kondisi perubahan armatur saklar relai yang

berubah dari posisi NC ke NO atau sebaliknya dari NO ke NC. Kondisi ini

terjadi ketika sumber tegangan diberikan pada elektromagnet atau ketika

sumber tegangan diputus dari elektromagnet relai.

Di antara aplikasi relai yang dapat ditemui diantaranya adalah: Relai

sebagai kontrol ON/OFF beban dengan sumber tegangan berbeda. Relai sebagai

selektor atau pemilih hubungan. Relai sebagai pelindung atau pemutus arus

dalam kondisi tertentu relai sebagai pelaksana rangkaian (delay).

2) Jenis Relai Berdasarkan Jumlah Pole dan Throw

Menurut Hadibrata, dkk (2014) bahwa penggolongan relai berdasar jumlah

pole dan throw sebagai berikut :

a. SPST (Single Pole Single Throw)

Relai ini memiliki empat terminal yaitu, dua terminal kumparan atau koil

dan dua terminal saklar (A dan B) yang dapat diputuskan dan dihubungkan.

35

Gambar 2.23 Tampilan relai Jenis SPST

b. SPDT (Single Pole Double Pole)

Relai ini memiliki lima terminal, yaitu dua terminal kumparan atau koil

dan tiga terminal saklar (A,B, dan C) yang dapat terhubung dan terputus dengan

satu terminal pusat. Jika suatu saat terminal (A) terputus dengan terminal pusat

(C) maka terminal lain (B) terhubung dengan terminal pusat tersebut (C),

demikian juga sebaliknya.

Gambar 2.24 Tampilan relai jenis SPDT

c. DPST (Double Pole Single Throw)

Relai ini memiliki enam terminal, yaitu dua terminal kumparan atau koil

dan empat terminal, yaitu dua pasang saklar yang dapat terhubung dan terputus

(A1 dan B1 serta A2 dan B2).

Gambar 2.25 Tampilan relai jenis DPST

36

d. DPDT (Double pole Double Throw)

Relai ini memiliki delapan terminal, yaitu dua terminal kumparan atau

koil, keenam terminal merupakan dua set saklar yang dapat diputus dan

dihubungkan (A1, B1, C1 dan A2, B2, C2).

Gambar 2.26 Tampilan relai jenis DPDT

c. Konstruksi Relai

Bagian utama relai elektro mekanik adalah sebagai berikut:

a. Kumparan elektromagnet

b. Saklar atau kontaktor

c. Swing Armatur

d. Spring (Pegas)

Gambar 2.27 Konstruksi Relai Elektro Mekanik Posisi NC (Normally Close)

37

Dari konstruksi relai elektro mekanik pada gambar 2.27 dapat diuraikan

sistem kerja atau proses relai bekerja. Ketika elektromagnet tidak menerima

sumber tegangan, relai skalar tetap terhubung ke terminal NC (Normally Close).

karena tidak ada medan magnet untuk menarik angker. Ketika elektromagnet

menerima sumber tegangan, ada medan magnet yang menarik armature,

sehingga sakelar relai terhubung ke terminal NO (Normally Open) seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 2.28

Gambar 2.28 Konstruksi relai elektro mekanik posisi NO (Normally Open)

2. Kontaktor

Menurut Gunawan dan Wahyono (2017) menyatakan bahwa kontaktor

(magnetic contactor) yaitu peralatan listrik yang menggunakan prinsip induksi

elektromagnetik untuk bekerja. Ada belitan di kontaktor, ketika arus diterapkan,

medan magnet dibangkitkan di inti, sehingga kontak tertarik oleh gaya magnet yang

dihasilkan. Kontak bantu NO (biasanya terbuka) akan menutup, dan kontak bantu

NC (biasanya tertutup) akan terbuka. Kontak pada kontaktor terdiri dari kontak

utama dan kontak bantu. Kontak utama digunakan untuk rangkaian daya, dan

38

kontak bantu digunakan untuk rangkaian kontrol. Dalam kontaktor elektromagnetik

inti besi berisi kumparan utama, ketika dua inti besi dihubungkan satu sama lain,

kumparan hubung singkat bertindak sebagai peredam kejut.

Jika kumparan utama diberi energi, medan magnet akan dihasilkan di inti

besi, yang akan menarik inti besi dari kumparan hubung singkat yang digabungkan

ke kontak utama dan kontak bantu kontaktor. Hal ini akan menyebabkan kontak

utama dan kontak bantunya akan bergerak dari posisi normal dimana kontak NO

akan tertutup sedangkan NC akan terbuka.

Selama kumparan utama kontaktor tersebut masih dialiri arus, kontak

akan tetap dalam posisi aktif. Menempatkan tegangan yang terlalu tinggi pada

koil kontaktor akan memperpendek umur koil kontaktor. Namun, jika tegangan

yang diberikan terlalu rendah, tekanan antara kontak kontaktor akan turun. Ini

dapat menyebabkan percikan di permukaan dan merusak kontak. Kisaran

toleransi tegangan koil kontaktor adalah 85% - 110% dari tegangan kerja

kontaktor.

Gambar 2.29 Kontaktor

39

E. Potensiometer

Menurut Zumain (2009) bahwa potensiometer terbagi menjadi dua jenis

berdasarkan perbandingan perubahan nilai resistansi potensiometer dengan

kedudukan kontak gesernya yaitu potensiometer linier dan potensiometer

logaritmis. Potensiometer linier adalah jenis potensiometer yang perubahan nilai

resistansinya sebanding dengan kedudukan kontak gesernya. Tetapi sebaliknya jika

perubahan nilai resistansi potensiometer tersebut tidak sebanding dengan

kedudukan kontak gesernya maka potensiometer semacam ini disebut

potensiometer disebut potensiometer logaritmis.

Gambar 2.29 Pedal (potentiometer)

Potensiometer sebagai resistor yang nilai resistansinya dapat diubah-ubah,

seperti yang tercantum dari namanya, memiliki sebuah terminal tahanan yang dapat

diubah harganya dengan memutar dial, knob, ulir atau apa saja yang sesuai untuk

suatu aplikasi. Mereka bisa memiliki dua atau tiga terminal, akan tetapi kebanyakan

potensiometer memiliki tiga terminal. dial, knob, dan ulir pada tengah kemasannya

mengendalikan gerak sebuah kontak yang dapat bergerak sepanjang elemen

hambatan yang dihubungkan antara dua terminal luar. Tahanan antara terminal luar

40

selalu tetap pada harga penuh yang terdapat pada potensiometer, tidak terpengaruhi

pada posisi lengan geser. Dengan kata lain tahanan antar terminal luar untuk

potensiometer 10 Kohm, akan selalu 10 Kohm, tidak ada masalah bagaimana kita

putar elemen kendali. Tahanan antara lengan geser dan salah satu terminal luar

dapat diubah-ubah dari harga minimum yaitu nol ohm sampai harga maksimum

yang sama dengan harga penuh potensiometer tersebut. Jumlah tahanan antara

lengan geser dan masing-masing terminal luar harus sama dengan besar tahanan

penuh potensiometer. Apabila tahanan antara lengan geser dan salah satu kontak

luar meningkat, maka tahanan antara lengan geser dan salah satu terminal luar yang

lain akan berkurang.

41

BAB III

METODE PENELITIAN

Pada bab ini akan dibahas mengenai proses perancangan perangkat-

perangkat yang digunakan dalam pembuatan sistem pengendalian mobil listrik

(electric drive). Dengan demikian perancangan ini dapat menghasilkan kesimpulan

yang dapat dipertanggungjawabkan. Langkah-langkah yang telah ditetapkan adalah

penetapan tempat dan waktu penelitian, penetapan alat dan bahan, penetapan

prosedur percobaan dan membuat diagram alur pengujian.

A. Waktu dan Tempat Penelitian

Waktu : Maret 2021 hingga Juli 2021

Tempat : Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Makassar

Jalan Sultan Alauddin No.259 Makassar

B. Peralatan dan Bahan

1. Peralatan

Tabel 3.1 Alat Penelitian

No Alat Jumlah

1. Multimeter digital 1 buah

2. Tachometer digital 1 buah

3. Voltmeter 1 buah

4. Obeng 2 buah

5. Tang kombinasi 2 buah

6. Cutter 2 buah

7. Solder 1 buah

42

2. Bahan

Tabel 3.2 Bahan Penelitian

No Bahan Jumlah

1. Motor DC Magnet Permanen 22 V; Arus maksimal 15 A 1 buah

2. Sumber DC 12 V 1 buah

3. Relai DC 12 V; 80 A 4 buah

4. Relai DC 12 V; 1 A 3 buah

5. Switch Push Button (Normally Close) 2 buah

6. Switch Push Button (Open Close) 1 buah

7. Resistor ¼ W; 1,5 kΩ 3 buah

8. Lampu LED 5 V 3 buah

9. Fuse 10 A 2 buah

10. Kabel Secukupnya

11. Spacer 16 buah

12. Terminal 6 buah

13. Skun kabel Secukupnya

14. Soket 3 buah

15. PCB 1 buah

16. Papan Fiber 3 Lembar

17. Saklar ganda 3 posisi 1 buah

18. Sekering + rumah sekering 2 buah

19. Potensiometer 1 buah

20. Timah Secukupnya

43

C. Diagram Balok Sistem

Gambar 3.1 Diagram balok skema penelitian

Penjelasan lengkap sistem diagram blok diatas sebagai berikut:

1. Baterai

Baterai sebagai sumber energi listrik, sistem pusat kendali dan converter

daya variabel mobil listrik. Baterai akan mengalirkan listrik jika ada beban.

2. Diskonektor

Diskonektor berfungsi sebagai pemutus ataupun penghubung arus listrik.

Baterai 12 V; 18 Ah

Diskonektor

Sistem Kendali Arah Putaran (Maju / Mundur)

Motor DC

Pengatur Kecepatan Arah Maju Arah Mundur

Lampu Lampu

Kendaraan

Ringan

Sistem Relai Pengunci

44

3. Sistem Relai Pengunci

Relai pengunci berfungsi sebagai pengunci aliran listrik saat menekan push

button baik itu saat putaran maju/mundur, saat menekan push button maju ataupun

mundur maka relai dalam kondisi energies, sehingga arus yang stand by di kaki

(com) relai membuatnya terus aktif (terkunci) walaupun push button tidak ditekan

lagi.

Apabila relai masih aktif (terkunci) dan menekan push button netral maka

akan memutuskan tegangan pada relai maju/mundur sehingga relai yang

sebelumnya terkunci akan kembali pada posisi normal.

4. Sistem kendali arah putaran

Sistem ini berfungsi untuk mengatur arah putaran motor, setelah

melewati relai pengunci arah putaran motor tergantung dari masuknya arus

diantara relai sistem pengendali, sehingga relai pada posisi maju/mundur

tersebut dalam kondisi energies yang membuat terhubungnya arus dari speed

controller ke motor.

5. Pengatur kecepatan

Untuk mengatur kecepatan motor dibutuhkan pengatur tegangan yang

masuk ke motor, karena besar tegangan berbanding lurus dengan kecepatan motor

6. Motor

Motor berfungsi sebagai pengubah energi listrik menjadi energi mekanik

(penggerak).

45

D. Langkah Penelitian

TIDAK

YA

TIDAK

YA

Mulai

Perumusan

Masalah

Studi

Literatur

Perencanaan

Kontrol

Sesuai

Spesifikasi

Pembuatan

Kontrol

Sesuai Dengan

Perencanaan

Pengujian dan

Pengambilan data

A B

46

Gambar 3.2 Flow chart proses penelitian

Diagram alir diatas menjelaskan tentang proses perancangan dan pembuatan alat

yang secara singkat uraiannya sebagai berikut :

1. Perumusan Masalah

Langkah pertama yang harus dilakukan sebelum melakukan penelitian ini

adalah menentukan rumusan masalah yang akan diteliti. Sehingga dari rumusan

masalah ini akan ditemukan berbagai permasalahan yang akan dibahas dan diteliti.

2. Studi Literatur

Setelah merumuskan masalah yang akan diteliti, maka materi yang

menunjang berjalannya penelitian ini diperlukan agar mempermudah dan

membatasi penelitian tentang Sistem kontrol mobil listrik.

TIDAK

YA

SELESAI

A B

Sesuai Dengan

Perencanaan

Pengujian dan

Pengambilan data

47

3. Perencanaan Kontrol

Merencanakan spesifikasi dari kontrol, yang nantinya akan dijadikan

sebagai bahan untuk merancang kontrol yang sesuai dan layak diaplikasikan pada

rancang bangun mobil listrik.

4. Pembuatan Alat

Merancang kontrol yang akan diaplikasikan pada rancang bangun mobil

listrik, mengacu pada spesifikasi yang telah direncanakan pada tahap perencanaan.

5. Pengujian dan Pengambilan Data

Adalah inti yang menentukan dari penelitian ini, apabila alat bekerja sesuai

dengan apa yang harapkan, maka sudah bisa dikatakan kontrol layak diaplikasikan

pada rancang bangun mobil listrik. Setelah alat diuji coba, pengambilan data

dilakukan untuk memperoleh hasil.

48

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan membahas tentang perancangan dan pengukuran terhadap

alat yang telah dibuat. Dari proses perancangan dan pengukuran yang dilakukan

kemudian akan didapatkan data hasil pengukuran, selanjutnya dilakukan proses

analisa terhadap data hasil pengukuran tersebut. Hasil analisa tersebut kemudian

dibandingkan dengan teori yang dipelajari sebelumnya.

Dalam proses pengukuran dan uji coba dibagi menjadi pengukuran pada

perangkat mekanik dan pengukuran pada perangkat elektrik. Untuk melakukan

pengukuran pada perangkat mekanik, maka dibutuhkan alat ukur yang disesuaikan

dengan parameter (besaran) yang akan diukur. Untuk perangkat mekanik parameter

yang akan diukur yaitu banyaknya revolusi per menit (RPM), sehingga alat ukur

yang diperlukan yaitu tachometer.

Begitu juga untuk melakukan pengukuran pada perangkat elektrik, maka

dibutuhkan alat ukur yang disesuaikan dengan parameter (besaran) yang akan

diukur. Untuk perangkat elektrik parameter yang akan diukur yaitu tegangan (V),

sehingga alat ukur yang diperlukan yaitu voltmeter. Untuk memudahkan

pembacaan hasil ukur, maka multimeter yang akan digunakan adalah multimeter

digital.

49

A. Perancangan Sistem Elektrik

Tahapan perancangan sistem elektrik sangat penting karena sebuah sistem

mobil listrik harus memiliki sistem kelistrikan yang akan memberikan tenaga

listrik, yang akan dikonversikan menjadi tenaga gerak oleh motor penggerak, dalam

hal ini yang digunakan sebagai motor penggerak adalah motor listrik DC magnet

permanen pada statornya. Karena tanpa memiliki sistem kelistrikan, maka sebuah

mobil tidak dapat digerakkan dan diatur kecepatannya. Sehingga dengan demikian

sistem elektrik ini perlu dirancang.

Oleh karena itu maka dilakukanlah proses perancangan sistem ini dengan

menyesuaikan kondisi perangkat dan tempat yang tersedia. Hal ini perlu

dipertimbangkan agar nantinya proses pemindahan energi dari sumber listrik sampe

ke motor listrik penggerak tidak mengalami masalah dan gangguan. Selain itu juga

agar mempermudah proses perakitan nantinya.

Macam-macam perangkat yang digunakan pada rancangan sistem elektrik

ini yaitu : motor penggerak, sumber tegangan, relai pengendali, relai pengunci

sistem controller, switch, soket, terminal blok, fuse, pengkabelan, lampu pilot, led

dan lain-lain.

50

1. Wiring Diagram

Gambar 4.1 Wiring Diagram

Wiring Diagram diagram diatas memperlihatkan skema perancangan alat-

alat yang membentuk beberapa sistem, kemudian sistem tersebut dirangkai satu

sama lain sehingga memiliki fungsi baru dan saling berkaitan satu sama lainnya

Adapun sistem pengoperasiannya yaitu:

1. Posisi Maju

Dengan menekan tombol maju (push bottom) warna hijau, maka arus akan

terhubung ke sistem relai pengunci yaitu relai C yang ditandai dengan

menyalanya lampu LED dan lampu pilot warna biru, kemudian terhubung

ke sistem pengendali arah yaitu relai A1 dan A2 (energies) sehingga motor

berputar maju.

51

2. Posisi Netral

Dengan menekan tombol netral (push bottom) warna merah, maka arus

akan terputus

3. Posisi Mundur

Dengan menekan tombol mudur (push bottom) warna hijau, maka arus

akan terhubung ke sistem relai pengunci yaitu relai D yang ditandai

dengan menyalanya lampu LED dan lampu pilot warna merah, kemudian

terhubung ke sistem pengendali arah yaitu relai B1 dan B2 (energies)

sehingga motor berputar mundur.

B. Pengukuran Alat

Untuk melakukan pengukuran pada sistem ini maka dibutuhkan alat ukur

yang disesuaikan dengan parameter (besaran) yang akan diukur. Parameter yang

diukur yaitu tegangan (V) dan kecepataran putaran motor (RPM), sehingga alat

ukur yang diperlukan yaitu multimeter dan tachometer.

Pengukuran yang akan dilakukan yaitu :

1. Pengukuran pada output baterai

2. Pengukuran sistem pengendali arah

3. Pengukuran pada input motor

4. Pengukuran putaran motor

1. Pengukuran Pada Output Baterai

Pengukuran output baterai dilakukan untuk mengetahui besarnya tegangan

baterai pada keadaan maju dan mundur yang dilakukan sebanyak tiga kali

52

percobaan dengan hasil yang di rata-ratakan. Baterai yang digunakan memiliki

spesifikasi 12 V DC / 18 Ah sebanyak satu buah.

a. Hasil Pengukuran Tegangan Output Baterai Pada Putaran Maju

Berikut grafik rata-rata pengukuran tegangan output baterai

Grafik 4.1 pengukuran tegangan output baterai pada putaran maju

Grafik diatas memperlihatkan hasil rata-rata pengukuran tegangan output

baterai terhadap nilai resistansi potensiometer. Pada nilai R1 menghasilkan

pengukuran rata-rata tegangan output baterai lebih tinggi dari nilai resistansi yang

lainnya yaitu sebesar 11,96 V. Kemudian pada nilai R2 mengalami penurunan

tegangan output sebesar 0,01 V. Pada nilai R3 dan R4 menghasilkan tegangan

output yang sama yaitu 11,94 V. Lalu pada R5 mengalami peningkatan tegangan

sebesar 0,01 V.

11.96

11.95

11.94 11.94

11.95

11.93

11.94

11.94

11.95

11.95

11.96

11.96

11.97

R1 R2 R3 R4 R5

Tega

nga

n (

V)

Nilai Resistansi Potensionmeter

Vout Sumber (Maju)

53

b. Hasil Pengukuran Tegangan Output Baterai Pada Putaran Mundur

Berikut rata-rata pengukuran tegangan output baterai

Grafik 4.2 pengukuran tegangan output baterai pada putaran mundur

Grafik diatas memperlihatkan hasil rata-rata pengukuran tegangan output

baterai terhadap nilai resistansi potensiometer. Pada nilai R1 menghasilkan

pengukuran rata-rata tegangan output baterai lebih tinggi dari percepatan yang

lainnya yaitu sebesar 11,96 V. Kemudian pada nilai R2 mengalami penurunan

tegangan output sebesar 0,01 V yang nilainya sama dengan nilai R3 dan R4.

Berikutnya pada nilai R5 mengalami peningkatan tegangan output sebesar 11,95 V.

2. Pengukuran Tegangan Sistem Pengendali Arah

Pengukuran tegangan sistem pengendali arah dilakukan untuk mengetahui

besarnya tegangan yang masuk pada input relai dalam keadaan maju, netral dan

11.96

11.95 11.9511.95

11.95

11.94

11.94

11.94

11.95

11.95

11.95

11.95

11.95

11.96

11.96

R1 R2 R3 R4 R5

Tega

nga

n (

V)

Nilai Resistansi Potensionmeter

Vout Sumber (Mundur)

54

mundur yang dilakukan sebanyak tiga kali percobaan dengan hasil yang dirata-

ratakan. Relai yang digunakan memiliki spesifikasi 12 V DC / 80 A sebanyak empat

buah.

Tabel 4.1 Hasil pengukuran sistem pengendali arah

Tabel diatas memperlihatkan hasil pengukuran tegangan relai sistem

pengendali arah yaitu pada posisi maju, netral dan mundur. Secara keseluruhan

hasil pengukurannya berbeda-beda.

Pada posisi maju, relai A1 dan A2 dalam status energies (aktif) dengan

tegangan sebesar 11,83 V. Sedangkan relai B1 dan B2 dalam status non energies

(tidak aktif) dengan tegangan sebesar 0,12 V. Pada posisi netral semua relai dalam

status non energies (tidak aktif) dengan tegangan sebesar 0,01 V. Sementara pada

posisi mundur relai A1 dan A2 dalam status non energies (tidak aktif) dengan

tegangan sebesar 0,11 V. Sedangkan relai B1 dan B2 dalam status energies (aktif)

dengan tegangan sebesar 11,80 V.

Posisi

Vin Relai A Vin Relai B

A1 Status A2 Status B1 Status B2 Status

Maju 11,83 Energies 11,83 Energies 0,12

Non

Energies

0,12

Non

Energies

Netral 0,01

Non

Energies

0,01

Non

Energies

0,01

Non

Energies

0,01

Non

Energies

Mundur 0,11

Non

Energies

0,11

Non

Energies

11,80 Energies 11,80 Energies

55

3. Pengukuran Pada Input Motor

Pengukuran tegangan motor dilakukan untuk mengetahui besarnya

tegangan yang masuk pada input motor dalam keadaan maju dan mundur yang

dilakukan sebanyak tiga kali percobaan dengan hasil yang di rata-ratakan. Motor

yang digunakan memiliki spesifikasi 12-18 V DC / 15 A sebanyak satu buah.

a. Hasil Pengukuran Tegangan Input Motor Pada Putaran Maju

Berikut rata-rata pengukuran tegangan input motor

Grafik 4.3 pengukuran tegangan input motor pada putaran maju

Grafik diatas memperlihatkan hasil rata-rata pengukuran tegangan input

motor pada putaran maju. Secara keseluruhan hasil pengukuran rata-rata tegangan

input motor mengalami peningkatan seiring dengan besar nilai resistansi.

Pada nilai R1 menghasilkan pengukuran rata-rata tegangan input motor

lebih rendah dari yang lainnya yaitu sebesar 0,47 V. Dan pada nilai R5

menghasilkan tegangan input maksimal sebesar 11,76 V. Kemudian setiap

mengalami peningkatan nilai resistansi maka nilai tegangan juga meningkat.

0.47

2.90

6.11

9.32

11.76

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

R1 R2 R3 R4 R5

Tega

nga

n (

V)

Nilai Resistansi Potensiometer

Vin Motor (Maju)

56

b. Hasil Pengukuran Tegangan Input Motor Pada Putaran Mundur

Berikut rata-rata pengukuran tegangan input motor

Grafik 4.4 pengukuran tegangan input motor pada putaran mundur

Grafik diatas memperlihatkan hasil rata-rata pengukuran tegangan input

motor pada putaran mundur. Secara keseluruhan hasil pengukuran rata-rata

tegangan input motor mengalami peningkatan seiring dengan besar nilai resistansi.

Pada nilai R1 menghasilkan pengukuran rata-rata tegangan input motor

lebih rendah dari yang lainnya yaitu sebesar 0,42 V. Dan pada nilai R5

menghasilkan tegangan input maksimal sebesar 11,74 V. Kemudian setiap

mengalami peningkatan nilai resistansi maka nilai tegangan juga meningkat.

4. Pengukuran Kecepatan Putaran Motor (RPM)

Pengukuran ini dilakukan untuk mengetahui kecepatan putaran motor yang

dilakukan sebanyak tiga kali percobaan dengan hasil yang telah di rata-ratakan.

0.42

2.92

6.09

9.31

11.74

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

R1 R2 R3 R4 R5

Tega

nga

n (

V)


Vin Motor (Mundur)

57

a. Hasil Pengukuran Pada Putaran Maju

Berikut rata-rata pengukuran kecepatan putaran motor

Grafik 4.5 pengukuran kecepatan putaran motor pada putaran maju

Grafik diatas memperlihatkan hasil rata-rata pengukuran kecepatan motor

pada putaran maju. Secara keseluruhan hasil pengukuran kecepatan motor pada

setiap percepatan mengalami peningkatan.

Pada nilai R1 motor tidak mengalami perputaran, pada nilai R2

menghasilkan rata-rata putaran sebesar 70,63 RPM. Kemudian mengalami

peningkatan putaran sebesar 189,93 RPM pada nilai R3. Selanjutnya terus

mengalami peningkatan putaran pada nilai R4 sebesar 310,60 RPM. Sementara

putaran tertinggi dihasilkan pada nilai R5 yaitu sebesar 404,30 RPM.

0

70.63

189.93

310.60

404.30

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

R1 R2 R3 R4 R5

Kec

epat

an (

RP

M)


Kecepatan Motor (RPM)(Maju)

58

b. Hasil Pengukuran Pada Putaran Mundur

Berikut rata-rata pengukuran kecepatan putaran motor

Grafik 4.6 pengukuran kecepatan putaran motor pada putaran mundur

Grafik diatas memperlihatkan hasil rata-rata pengukuran pengukuran

kecepatan motor pada putaran mundur dari nilai resistansi R1-R5. Secara

keseluruhan hasil pengukuran kecepatan putaran motor pada setiap percepatan

mengalami peningkatan.

Pada nilai R1 motor tidak mengalami perputaran. Dan pada nilai R2

menghasilkan rata-rata putaran sebesar 69,60 RPM. Kemudian mengalami

peningkatan putaran sebesar 187,00 RPM pada nilai R3. Selanjutnya terus

mengalami peningkatan putaran pada nilai R4 sebesar 306,57 RPM. Sementara

putaran tertinggi dihasilkan pada nilai R5 yaitu sebesar 399,97 RPM.

0

69.60

187.00

306.57

399.97

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

R1 R2 R3 R4 R5

Axi

s Ti

tle


RPM Motor

59

BAB V

PENUTUP

A. KESIMPULAN

Berdasarkan desain dan rancang bangun electric drive terdapat

berbagai sistem di dalamnya, mulai dari sistem push button, sistem relai

pengunci, sistem lampu indikator, dan sistem pengendali arah.

Berdasarkan hasil pengukuran pada rancangan sistem ED yang telah

dibuat, maka didapatkan kinerja dari sistem ED, yaitu :

1. Output sumber tegangan pada posisi maju dan mundur berpengaruh

terhadap nilai resistansi potensiometer, semakin besar nilai resistansi

potensiometer maka tegangan output sumber tegangan akan drop

kurang lebih 0.001 V.

2. Sistem pengendali arah saat posisi maju relai A dalam status energies

sedangkan relai B dalam status non energies. Sehingga tegangan yang

masuk di relai mengendalikan arah putaran motor, begitupun

sebaliknya.

3. Tegangan input pada motor baik posisi maju dan mundur berpengaruh

pada nilai resistansi potensiometer di sistem control speed. Disaat nilai

resistansi potensiometer rendah maka input yang masuk ke motor juga

rendah, sedangkan jika nilai resistansi potensiometer maksimal maka

input ke motor juga maksimal.

60

4. Putaran motor pada posisi maju atau mundur memiliki maksimal

putaran ±400 RPM.

B. SARAN

Kami menyadari bahwa sistem pengendali arah putaran yang kami buat

ini belum sempurna, sehingga pengembangan dan riset dapat terus dilakukan

guna mewujudkan sistem yang lebih baik, kompleks, dan memiliki

kemampuan yang lebih.

61

DAFTAR PUSTAKA

Aditya, Angga Wahyu. dkk. 2019. Evaluasi Motor Listrik Sebagai Penggerak

Mobil Listrik. Jurnal Riset Sains dan Teknologi. Vol. 3(2):55-59.

Amirah, Yeni. 2014. Menjaga Kesehatan Mata Melalui Pengontrolan Jarak

Pandang Pada Televisi Secara Otomatis (Hardware). Teknik Elektro.

Fakultas Teknik. Politeknik Negeri Sriwijaya.

Daryanto. 2003. Dasar- Dasar Teknik Mobil. Jakarta. Bumi Aksara.

Daryanto. 2003. Reparasi Sistem Kelistrikan Mesin Mobil. Jakarta. Bumi Aksara.

Gilang, Fatkhurozaq. 2019. Perawatan Dan Kegunaan Accumulator (Accu) Di Km.

Santika Nusantara. 0,37 Hp. Teknika. Fakultas Kemaritiman. Universitas

Maritim AMNI Semarang.

Gunawan, Ery. dan Eko Wahyono. 2017. Rancangan Instalasi Lampu Penerangan

Jalan Umum Dengan Sistem Kontaktor dan Timer. Jurnal Cahaya

Bagaskara. Vol 1(1):36-44.

Hadibrata, Musa. dkk. 2014. Relay. Diambil dari

http://industri3601.wordpress.com/relay/. Diakses pada 2 april 2021

Happyanto, Dedit Cahya dan Mauridhi Hery Purnomo. 2014. Teknik Kendali Motor

Induksi Tiga Fasa Berbasis Kecerdasan Komputasional Sebagai Penggerak

Mobil Listrik. Yogyakarta. Graha Ilmu.

Hartono, Rudi. dkk. 2016. Perancangan dan Pembuatan Mobil Sel Surya

menggunakan Motor DC magnet Permanen. Jurnal ENERGY. Vol 6(1):37-

42.

Kristianto, Philip. 2020. Fisika Dasar, Teori, Soal, dan Penyelesaian. Surabaya.

Andipublisher.

Kuswardana, Aditya. 2016. Analisis Sistem Motor Penggerak Pada Mobil Listrik

Dengan Kapasitas Satu Penumpang. Teknik Mesin. Fakultas Teknik.

Universitas Negeri Semarang.

Michael, Rudolf. 1995. Pengisi Batere & Accumulator. Solo. CV Aneka

Nur, Rusdi dan Muhammad Arsyad Suyuti. 2018. Perancangan Mesin-Mesin

Industri. Yogyakata. Deepublish.

62

Saleh, Anang Supriadi dan Amal Bahariawan. 2018. Energi dan Elektrifikasi

Pertanian. Yogyakarta. Deepublish.

Sukmawidjaja, Maula dan Budhi Nursulistyo. 2014. Pengaturan Kecepatan Motor

DC dengan DC Drive Sinamics DCM pada Size Press. JETri. Vol 12(1):89-

104.

Sumanto. 1995. Mesin Arus Searah. Yogyakarta. Andi Offset.

Yudha, Hendra Marta. 2020. Penggunaan Motor Listrik. Palembang. Pantera

Publishing.

Yuski, Moh. Nur. dkk. 2017. Rancang Bangun Jangkar Motor DC. Berkala

Saintek. Vol 2 :98-103.

Zumain, M Andri. 2009. Prototipe Mobil Listrik Dengan Menggunakan Motor DC

Magnet Permanen 0,37 HP. Teknik Elektro. Fakultas Teknik. Universitas

Indonesia Depok.

63

LAMPIRAN

LAMPIRAN 1

Rangkaian alat sistem electric drive

LAMPIRAN 2

Pengukuran tegangan sumber baterai

64

LAMPIRAN 3

Pengukuran kelayakan relai

LAMPIRAN 4

Pengukuran tegangan input motor

65

LAMPIRAN 5

Pengukuran kecepatan motor

LAMPIRAN 6

Percobaan 1

Posisi

Relai A1 Relai A2 Relai B1 Relai B2

No Nc No Nc No Nc No Nc

Netral 0.02 12.01 0.02 11.99 0.08 11.98 0.09 11.98

Maju 11.84 0.02 11.83 0.05 0.11 11.83 0.05 11.83

Mundur 0.03 11.81 0.06 11.81 11.81 0.15 11.88 0.01

66

Percobaan 2

Posisi



Netral 0.03 12.01 0.02 12 0.09 12 0.15 12

Maju 11.88 0.01 11.87 0.03 0.14 11.87 0.09 11.86

Mundur 0.02 11.86 0.02 11.87 11.88 0.18 11.88 0.01

Percobaan 3

Posisi



Netral 0.03 12 0.02 11.99 0.09 11.99 0.05 11.99

Maju 11.84 0.01 11.85 0.04 0.09 11.85 0.01 11.84

Mundur 0.03 11.89 0.04 11.9 11.9 0.16 11.9 0.02

Data pengukuran kelayakan relai

67

LAMPIRAN 7

68

Data pengukuran tegangan sumber, sistem pengendali arah, tegangan input motor,

dan RPM motor

LAMPIRAN 8

Data pengukuran resistansi potensiometer

69

LAMPIRAN 9

Spesifikasi Motor DC

skripsi rancang-bangun sistem electric drive untuk …

Documents