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 :
BENI KESUMA SIGIRO NIM: 1205052062
JENNIS BERKAM PURBA NIM: 1205052078
RIO NATALDO PANJAITAN NIM: 1205052095 RONALDO FIDELIS NAINGGOLAN NIM: 1205052098
RUMIA PASARIBU NIM: 1205052099
JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI MEDAN
MEDAN
2015
v KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada ALLAH SWT, 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 E.Sigiro dan Ibu H. Br Simarmata (orang tua Beni Kesuma Sigiro), Bapak R. Purba dan Ibu N. br. Sitanggang (orang tua Jennis Berkam Purba), Bapak D. Panjaitan dan Ibu H. Br Silaban (orang tua Rio Nataldo Panjaitan), Bapak M. Pasaribu dan Ibu R. Pardosi(orang tua Rumia Pasaribu) yang selalu memberi dukungan dalam doa dan nasihat selama ini sehingga
penulis dapat menyelesaikan pendidikan Diploma III di Politeknik Negeri Medan;
8. 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, Agustus 2015 Hormat Penulis,
BJR3
viii
DAFTAR ISI
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ... ii
LEMBAR PERSETUJUAN... iii
LEMBAR PENGESAHAN ... iv
LEMBAR KEASLIAN. ... 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
2.1 Sepeda... 6
2.2 Baterai... 7
2.2.1 Prinsip Kerja Baterai ... 7
2.2.2 Jenis-jenis Baterai Berdasarkan Elektrolitnya ... 7
2.2.3 Rangkaian Instalasi Pemakaian Baterai... 8
2.3 Motor Brushless DC ... 10
2.3.1 Bagian – bagian Motor Brushless DC ... 11
2.3.2 Cara kerja Motor Brushless DC ... 12
2.3.3 Keunggulan dan Kelemahan Motor Brushless DC ... 13
2.4 Sistem Kontrol Motor Brushless DC ... 14
2.4.1 Inverter ... 16
2.4.2 PWM ( Pulse Width Modulation ) ... 18
2.4.3 Mikrokontroler ... 21
2.4.4 Sensor Posisi (Hall sensor) ... 22
2.5 Dinamo Sepeda ... 24
2.6 Dioda Jembatan (Rectifier) ... 25
2.7 Pengertian Penyandang Disabilitas. ... 27
2.7.1 Jenis-Jenis Penyandang Disabilitas. ... 27
BAB 3 PERANCANGAN ... 30
3.1 Alat-alat yang digunakan ... 30
3.2 Bahan-bahan yang digunakan... 31
3.3 Pembuatan Kerangka Sepeda Listrik ... 32
x
3.5 Diagram Blok ... 34
BAB 4 ANALISA ... 36
4.1 Pengujian rangkaian motor Brushless DC ... 37
4.2 Pengujian kecepatan ... 38
4.2.1 Pengujian kecepatan putaran roda ... 39
4.2.2 Pengujian kecepatan laju sepeda listrik tanpa beban ... 40
4.2.2.1 kecepatan 1 tanpa beban ... 40
4.2.2.2 kecepatan 2 tanpa beban ... 40
4.2.3 Pengujian kecepatan laju sepeda listrik berbeban ... 41
4.2.3.1 kecepatan 1 berbeban ... 39
4.2.3.2 kecepatan 2 berbeban ... 39
4.3 Pembahasan Sistem Pengisian ... 43
4.4 Pembahasan Jarak Maksimal sepeda listrik ... 43
4.5 Pembahasan Perbandingan Kecepatan Sepeda Listrik Tanpa Beban Dan Berbeban... 45
4.6 Spesifikasi Sepeda Listrik Roda Tiga. ... 46
BAB 5 SIMPULAN DAN SARAN ... 47
5.1 Kesimpulan ... 47
5.2 Saran ... 47
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sepeda Listrik ... 6
Gambar 2.2 Baterai Basah dan Baterai Kering ... 8
Gambar 2.3 Rangkaian Seri Baterai ... 8
Gambar 2.4 Rangkaian Paralel Baterai ... 9
Gambar 2.5 Rangkaian Seri Paralel Baterai ... 9
Gambar 2.6 Blok Diagram Sistem Kontrol Motor BLDC ... 10
Gambar 2.7. Circuit Controller Brushless DC ... 10
Gambar 2.8 Stator... 11
Gambar 2.9 Konstruksi Motor BLDC ... 11
Gambar 2.10 Skema Motor BLDC... 14
Gambar 2.11 Konfigurasi Listrik Stator (Tiga Tahap, Tiga Kumparan) ... 15
Gambar 2.12 Tiga Kumparan Stator Tiga Fase Dan Rotor Motor DC Brushless... 16
Gambar 2.13 Motor yang langsung dengan velg pada umumnya adalah BLDC ... 17
Gambar 2.14 Blok Diagram PWM (Pulse Width Modulation) ... 20
Gambar 2.15 Konsep Pembentukan Tegangan PWM ... 20
Gambar 2.16 Bentuk Fisik Mikrokontroler ... 22
Gambar 2.17 Bentuk Fisik Hall Sensor ... 23
xii
Gambar 2.19 Dinamo Sepeda ... 24
Gambar 2.20. Rangkaian Dinamo Sepeda ... 25
Gambar 2.21 Dioda Jembatan Gelombang Penuh ... 25
Gambar 2.22 Proses Penyearah Gelombang Penuh Dioda Jembatan ... 26
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
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Alat yang Digunakan Dalam Perancangan... 27
Tabel 3.2 Bahan yang Digunakan Dalam Perancangan ... 28
Tabel 4.1 Tabel Pengujian Motor Brushless DC ... 34
Tabel 4.2 Tabel putaran roda motor brushless DC ... 35
Tabel 4.3 Kecepatan Laju Sepeda Listrik ... 38
Tabel 4.4 Tabel Laju Kecepatan Sepeda Listrik ... 39
Tabel 4.5 Tabel Jarak Tempuh Sepeda Listrik ... 41
Tabel 4.6 Perbandingan Tingkat Kecepatan Tanpa Beban dan Berbeban Sepeda Listrik ... 42
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Tabel Spesifikasi Motor
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.
xvi
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.
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 berlomba-lomba 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.
2 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.
3. Hasil rancangan ini dapat dimanfaatkan para penyandang disabilitas (tuna daksa) dalam melakukan aktifitasnya.
4. Meningkatkan kreatifitas dan motivasi 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.
4 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
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.
