1

RANCANG BANGUN SISTEM PEDAL POWER SEBAGAI ENERGI ALERNATIF

M. Thanthawi Yahya 1,Ir.Moh.Zaenal Effendi,MT.2, M. Machmud Rifadil SST, MT3 1 Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Industri,

2 Dosen Pembimbing pertama, 3 Dosen pembimbing kedua Politeknik Elektronika Negeri Surabaya

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Kampus ITS Sukolilo Surabaya 60111

Telp (+62) 031-59447280 .Fax (+62) 031-5946114 e-mail: m.thanthawi@gmail.com

ABSTRAK

Dimana roda sepeda sebangai penggerak yang diputar oleh pedal fungsinya untuk memutar generator. Vasil energi dari generator di simpan dalam sebuah accu, untuk menyuplai beban. Sebelum menyuplai beban di

searahkan DC ke AC dengan inverter I phasa dan di step up dengan menggunakan trafo step up untuk menyuplai

beban. Sensor tegangan dan sensor arus sebagai indikator untuk setiap plant.

Maka akan ketemu berapa daya yang dihasilkan selanjutnya daya tersebut di konversi ke energi untuk

mencari nilai kalori maka ketemu berapa kalori yang dihasilkan. Dalam arti berapa tegangan yang dihasilkan

maka kalori yang dihasilkan berapa, begitu juga sebaliknya. Dengan menggunakan metode PI yang dikontrol oleh

mikrokontroler Atmega 8535. Mengontrol PWM dari Back Converter tegangan yang dihasilkan oleh generator DC.

terlalu rendah atau terlalu besar tegangan yang di hasilkan maka PWM mengatur tegangan sesuai dengan nilai

shet poin yang diinginkan.

Dengan menampilkan nilai kalori, bisa mengetahui berapa kalori yang kita keluarkan untuk mengeluarkan

tegangan dan arus pengisian pada aki. arus yang di keluarkan oleh generator sebesar 2 ampere jadi lama pengecesan agar aki menjadi penuh sekitar 13 jam, karena alat ini ditaruh di fasilitas umum,misalnya di tempat

fitnes. Di amsumsikan setaiap orang mengayuh sepeda selama 1 jam. Maka pengecesan aki untuk menjadi penuh

semakin cepat dari perhitungan.

Kata kunci: PWM, generator DC, sensor arus, sensor tegangan, PI, inverter 1 phasa, mikrokontroller ATmega

8535, trafo step - up.

I. PENDAHULUAN Kebutuhan akan sebuah energi sangatlah

luar bisa, dari hal sepele sampai besar

semuanya menggunakan energi listrik.

Contoh kasuh yang kecil adalah setiap kebutuhan rumah tangga sebagian besar

sudah menggunakan listrik sebagai

sumbernya. Dimana sekarang bahan baku

utama (batu bara) untuk membakitkan

listrik semakin menipis mungkin 15 tahun

atau 20 tahun kedepan semuanya sudah

habis. Mungkin tidak bisa dibayangin jika

itu habis.

Sudah saatnya kita menghemat energi atau

mengembangkan energi alternatif yang

ramah lingkungan dan juga murah biaya operasionalnya. Dalam proyek akhir ini

yang berjudul Rancang Bangun Sistem

Pedal Power Sebagai Energi Alternatif.

Menjadi salah satu solusi untuk mengatasi

masalah diatas.

Dimana Rancang Bangun Sistem Pedal

Power Sebagai Energi Alternatif, itu

sendiri mempunyai dua manfaat yaitu

menghasilkan energi dan juga

menyehatkan badan. Karena di saat menjalankan alat tersebut kita mengkayuh

pedal sepeda dan sedangkan roda sepeda

memutar generator dan generator pun

menghasilkan energi listrik selanjutnya di

simpan dalam aki (ACCU). Harapan

dalam penelitian proyek akhir ini adalah

dimana alat ini bisa menjadi sebuah solusi

yang tepat untuk mengatasi krisis energi

yang dihadapi sekarang. Dan tidak kalah

pentingnya bahwa alat ini untuk daerah daerah yang terpencil yang belum pernah tersentuh oleh listrik sama sekali.

2

II. DISAIN PERENCANAAN

Pada Bab ini di bahas mengenai

perencanaan pembuatan alat software dan

hadware dari sistem rancang bangun pedal

power sebagai energi alternatif. Pada gambar 3.1 merupakan blok diagram

keseluruhan sistem.

Gambar 2.1 blok diagram keseluruhan

sistem

Tugas akhir ini tentang rancang bangun

sistem pedal power dimana sistem pada

plant ini adalah sebuah generator dikayuh

oleh pedal sepeda untuk mengkonversi

dari energi gerak menjadi energi listrik.

Tegangan yang keluar dari generator

masuk ke rangkaian buck converter, disini

tegangan yang keluar dari generator di

olah tegangannya oleh buck converter

menjadi konstan yaitu 14 Volt. Tujuannya

untuk bisa mengeces aki karena untuk bisa mengeces aki tegangannya harus di

atas tegangan yang ada di nameplate aki

tersebut. Kebetulan aki yang dipakai

adalah 12 Volt 26 AH. Setelah mengeces

aki sampai penuh maka digunakan untuk

menyuplai beban yaitu beban resistif

(lampu dan kipas angin). Karena tegangan

aki DC sedangkan bebannya AC maka

diperlukan inverter 1 phasa untuk

mengubah tegangan DC menjadi AC

kemudian di step up ke 220 Volt dengan menggunakan travo step up.

Dengan menggunakan metode PI

dimana yang dikontrol adalah sensor

tegangan. Tujuannya adalah tegangan

yang keluar dari buck converter bisa

konstan, walaupun tegangannya besar

maka buck converter menurunkan

tegangan tersebut menjadi konstan yaitu

14 Volt. Selain sensor tegangan ada juga

sensor arus dimana fungsinya untuk

monitoring arus yang keluar dari buck

converter. Selain itu sensor arus juga berfungsi sebagai pengkali untuk

mendapatkan nilai kalori. Menggunakan

rumus energi di konversi ke kalori .

Selain dinyatakan dengan Joule, energi

listrik dapat dinyatakan juga dengan

kalori.

Karena 1 kalori = 4,18

Joule..(1)

..(2) Oleh karena itu rumus energy lisrik

menjadi :

...(3)

II.1 Perencanaan Dan Pembuatan Buck

Converter

AH battray (accu): Tegangan = 220 Volt

Beban = - lampu 10 Watt x 2 = 20 Watt

- Kipas angin 26 Watt x 1 = 26

Watt

Total beban = 46 W

Misal : efisiensi inverter = 85%

=

Arus Input Inverter:

- Asumsi pemakaian 6 jam maka AH battray = 4,4 A x 6 = 26,5 27 AH

- Aki yang di pakai = 12 volt 27AH - Asumsi pengecasan aki 10 jam maka

- Misal : efisiensi buck converter = 85% - Jadi Pout aki= Pinaki=Pin Inverter= Pout Buck

Converter = 55 W

- =

- Disaint buck converter

Vin= 15 - 52 V

Vout = 14 V

Iout= 4,32 A

F =25 khz

Vo = 0,1% IL = 20%

3

- Gambar rangkaian

- Perhitungan duty cycle

- perhitungan nilai inductor cara 1.

Cara 2.

- Perhitungan capasitor

- jumlah lilitan

Panjang kawat

Menentukan kawat AWG:

Di split menjadi 3 sehingga

AWG yang dipilih no 22 diameter 0,64 mm

- perhitungan rangkaian snubber

II.2 Perencanaan Dan Pembuatan Inverter Full Bridge Satu Phase

Rangkaian inverter ini digunakan untuk

merubah tegangan DC keluaran dari full bridge

DC-DC converter menjadi tegangan AC

sebesar 220 V. Komponen semikonduktor yang

digunakan adalah IGBT. Gambar 3.9

menunjukkan gambar rangkaian inverter.

Besarnya tegangan yang keluaran inverter

bergantung pada sudut penyulutan dari base

MOSFET. Pengaturan rangkaian trigger ini

dilakukan dengan Pulse Width Modulation (PWM).

Gambar 2.2 Rangkaian Inverter Full

bridge 1 phasa

4

Gambar 2.3 Inverter 1 phasa

Rangkaian daya Inverter satu fasa jembatan penuh terdiri dari 4 buahsaklar semikonduktor

dalam hal ini adalah mosfet. Saklar S1 dan S4

ON-OFF secara bersama-sama demikian juga

saklar S2 dan S3. Pada saat saklar S1 dan S4

ON, maka saklar S2 dan S3 OFF. Oleh karena

itu pada saat saklar S1 danS4 ON maka

tegangan input +VDC akan melewati beban.

Dari penjelasan ini dapat digambarkan

gelombang keluaran dan tegangan pada saklar

semikonduktor seperti ditunjukan pada

Gambar 3.8

Gambar 2.4 keluaran Inverter 1 phasa

Program inverter pada mikrokontroler dengan

frekuensi 50 Hz:

// Timer 0 output compare interrupt service

routine interrupt [TIM0_COMP] void

timer0_comp_isr(void)

{

//bit status;

ch1 = 0;

ch4 = 0;

//delay_us(1);

ch2 = 0;

ch3 = 0;

delay_us(10);

if(status)

{

ch1 = 1;

ch4 = 1;

//delay_us(1);

ch2 = 0;

ch3 = 0;

}

else

{ ch2 = 1;

ch3 = 1;

//delay_us(1);

ch1 = 0;

ch4 = 0;

}

status = !status;

}

II.3 Perencanaan Dan Pembuatan Travo Step Up

Dalam pembuat travo step up kali ini dengan

inputan 12 Volt dan tegangan ouput 220 Volt.

1. Jenis transformator : Transformator step-up

Parameter yang diketahui :

Vp = 12 V Is =

Vs = 220 V Efisiensi = 80 %

2. Menentukan daya primer dan daya skunder

P primer =

=

= 57,4 VA

3. Menentukan arus primer dan arus skunder

4. Menentukan Inti Besi (KERN) Panjang inti (b) :

Lebar/tinggi inti besi ( h ) :

Luas penampang inti (A) :

Berat KERN Berat KERN (dalam gram)

=1,5xDaya primerx7,8

= 1,5

x 57,5 x 7,8 =

672,75 gram

5

5. Menghitung jumlah lilitan primer dan skunder

Lilitan primer :

Lilitan skunder :

6. Menentukan ukuran kawat tembaga (AWG)

Diameter kawat primer ( ) :

Diameter kawat skunder ( ) :

Maka ukuran kawat yang digunakan adalah 1

mm untuk lilitan primer dan 0,25 mm untuk

lilitan skunder

7. Total kawat AWG yang diperlukan : Keliling Bobin Inti Induktor

=

= 11,28 cm 12 cm

Jika Toleransi Panjang Kawat = 50%

= 720 + 360 c

= 1080 cm = 10,80 m

= 12660 + 6330

= 18990 cm = 189,90 m

Dari perhitungan diatas maka travo step up

yang dihasilkan seperti pada gambar di bawah ini:

Gambar 2.5 gambar trafo step up

Gambar 2.6 trafo step up input

Gambar 2.7 trafo step up output

II.4 Perencanaan Dan Pembuatan Sensor.

A. Sensor Tegangan

Sensor tegangan pada plant kali ini

menggunakan sensor pembagi tegangan. Komponen utamanya adalah resistor yang di

paralel. Untuk prinsip kerja sendiri hanya

mengluarkan tegangan pada buck converter.

Gambar 2.8 rangkaian sensor tegangan

Untuk pembuatan sensor pembagi tegangan dapat dihitung seperti dibawah ini,

untuk tegangan input 14 Volt dari keluaran

buck converter:

6

B. Sensor Arus

Sensor arus ini mengunakan ACS712-

5A-T yang memiliki kemampuan arus

sampai 20 Ampere. Keluaran dari ACS

ACS712- 5A-T adalah tegangan dc ripple. Perubahan yang dihasilkan dari keluaran

sensor arus ACS ACS712-5A-T ini sangat

kecil sekitar 100 mV setiap perubahan 1

Ampere (sesuai data sheet). Pada gambar 3.6

merupakan modul ACS ACS712-5A dan

untuk gambar rangkaian sensor arus pada

gambar 3.7

Gambar 2.9 sensor ACS

Gambar 2.10 rangkaian sensor arus

III. HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA

Metode pengujian dilakukan dengan cara

pengujian setiap alat dan pengujian saat

semua alat diintegrasikan balk hardware

dan software

tegangan, sensor anus, buck converter,

inverter 1 phasa, travo step up,

mikrokontroller dan pengujian integrasi

sistem. Mat sistem pengontrolan pada

pedal power, bisa dilihat pada Gambar 3.1

dibawah ini.

Gambar 3.1 alat Sistem pada kontrol pedal

power

III.1 . Pengujian Sensor Tegangan

Sensor tegangan ini menggunakan

pembagi tegangan sehingga dilakukan

pengujian pada tegangan ke)uaran pada

buck converter. Tegangan yang keluar

dari buck converter di kontrol oleh

mikrokontroller supaya tegangan ang

keluar clari buck converter menjadi

konstan 14 Volt. Untuk pembuatan alat

bisa dilihat Gambar 4.2, sedangkan

pengujian sensor tegangan di lihat pada

Tabel 3.1

Gambar 3.2 Rangkaian Sensor Pembagi

Tegangan

Tabel 3.1 Hasil Pengujian Sensor

Tegangan

7

Dari Tabel 3.1 terlihat data hasil

pengukuran sensor tegangan yang diukur

pada tegangan yang disensor dan tegangan keluaran dari sensor. Pengujian dilakukan

dengan memberi tegangan sumber 5 Volt

Dc sampai 35 Volt Dc dengan

menggunakan power supplay Dc.

Pengujian dilakukan dengan mengukur

tegangan keluaran dari rangkaian pembagi

tegangan. Hasil tegangan keluaran sensor

pada saat tegangan 5 Volt maka keluaran

tegangan sekitar 1,1 Volt dan pada saat

tegangan 35Volt maka keluaran tegangan

sekitar 8 Volt yang nantinya digunakan

sebagai tegangan sensor yang masuk ke adc.

III.2 Peugujian Sensor Arus

Pengujian sensor dilakukan dengan

menggunakan variac sebagai beban.

Terdapat tujuh step dalam beban, dimana

setiap step bernilai 0.5A, Sensor arus ini

dipasang seri terhadap beban. Untuk

mengarnbil sinyal arus digunakan sensor

anus ACS712 -5A , yang nantinya masuk

ADC mikrokontroler.

Gambar 3.3 Getombang tegangan

keluaran sensor arus

Tabel 3.2 Data nenguiian sensor arus Acs

Pada Tabel 3.2 merupakan hasil pengujian

sensor arus. Pengujian ini dilakukan

dengan memberikan ants antara 0 sampai

dengan 2,9 Ampere. Kelm= sensor anus

ini berupa tegangan dc antara 1,915V

sampai dengan 2,264 V untuk arus 0 sampai dengan 2,9 Ampere. Untuk

melihat hasil pengujian sensor arus pada

Tabel 4.2 terlihat dari garfik antara anus

terhadap tegangan keluaran sensor

mendekati grafik linear yang nantinya

akan ditentukan persamaan garis untuk

digunakan sebagai persamaan penskalaan.

Dan hasil pengujian sensor anus telah

didapatkan besamya tegangan dc.

Tegangan dc ini digunakan untuk

pengolahan nilai pada mikrokontroller. Tegangan dc sebagai tegangan masukkan

pada ADC mikrokontroller yang nantinya

tegangan dc dikonversi menjadi nilai

desimal (adc 8 bit). Nilai ADC ini yang

akan diolah untuk penskalaan pada

pemrogaman dalam menampilkan

parameter arus dan tegangan. Berikut

adalah grafik perubahan tegangan output

sensor ACS712 terhadap arus yang

melewati sensor acs 712:

III.3 Pengujian Travo Step Up

Gambar 3.4 gambar trafo step up

8

Pengujian travo step up dari 12 Volt di

step up ke 220 Volt. Tegangan masukan

travo step up dari inverter 1 phase. Tapi

untuk pengujian kali ini travo step Up

diberi sumber variac 1 phasa dengan

tegangan output 12 Volt ac, beban yang digunakan adalah lampu 25 watt sampai

80 watt.

Gambar 3.5 pengujian trafo step up

Data hasil pengujian travo step up dapat

dilihat Tabel 3.3

Tabel 3.3 data pengujian trafo step-up

Dad data di atas dapat diambil analisa

bahwa travo step up hanya bisa digunakan

secara maksimal dengan beban 50 Watt.

Karena pada awal pembuatan travo step

up di disaint untuk beban 46 Watt dengan

arus 0,2 ampere.

III.4 Pengujian Inverter full bridge 1

phasa

Pengujian inverter 1 phasa dengan

frekuensi 50 Khz yang di kontrol dengan mikrokontroller. Kerja penyulutan

inverter itu sendiri seperti saklar on dan

off. Di saat Ch1 dan Ch4 on maka Ch2

dan Ch3 off begitu juga sebaliknya apa

bila Ch 1 dan Ch4 off maka Ch2 dan Ch3

on. Sedangkan keluaran gelombang

inverter berupa gelombang kotak.

Berikut ini adalah hasil gelombang pada

penyulutan mosfet IRFP460LC.

Sedangkan drivernya menggunakan

autocoper 4N25. Untuk menyulutan PWM

menggunakan mikrokontroller dengan

frekuensi 50 Khz.

Gambar 3.6 Rangkaian Inverter 1 phasa

Gambar 3.7 Rangkainan Driver Inverter 1

phasa menggunakan autoCoper 4N25.

Hasil penyulutan mosfetnya sehesar 50

Khz, dengan menggunakan PWM yang di

kontrol oleh mikrokontroller

Gambar 3.8 gelombang penyulutan pada

mosfet Chl dan Ch4 dengan volt/div =5 V

dan time/div = 5ms

9

Gambar 3.9 gelombang penyulutan pada

mosfet Ch2 dan Ch3 dengan volt/div = 5 V

dan time/div = 5ms

Gambar 3.10 gelombang output inverter

volt/div = 5 V dan time/div = 5ms

Gambar 3.11 pengujian inverter dengan sumber power supplay 12 volt

Gambar 3.12 pengujian inverter dengan

sumber aki 12 Volt 26 Ah.

Data pengujian inverter juga bisa berupa

tegangan inputnya di rubah - rubah untuk

mengetahui keluaran tegangan inverter.

Dengan cara mengubah nifai tegangan

input pada inverter dari 5 Volt dc sampai

12 Volt dc. Dapat diketahui nilai tegangan output inverternya berupa tegangan Ac.

Menggunakan lampu 40 watt sebagai

beban. Data pengujian dapat dilihat pada

Tabel 3.4

Tabel 3.4 basil nenguiian inverter 1 phasa

III.5 Pengujian Buck Converter

Pengujian buck converter kali ini dari

pembuatan dan pengukuran core sampai

keluaran tegangan input dan output buck

converter. Dengan beban yang berbeda

dan tegangan yang berubah - rubah dan

jugs duty cycle_nya. Dengan mengguakan mikrokontroller dengan mitode PI dimana

tujuannya adalah mengontrol tegangan

keluaran buck converter supaya constan

14 Volt. Dalam pengujian kontrolnya

sendiri bisa mencapai 14 Volt, walaupun

tidak begin' sepurna tapi bisa mencapai

tegangan 13,53 sampai 14 Volt. Data basil

percobaan untuk percobaan buck

converter bisa di lthat Tabel 4.5 dan Tabel

4.6 dari dua tabel tersebut yang

membedakan adalah beban dan tegangan penyulutannya. Untuk Tabel 4.5 sumber

yang diberik.an langsung dari generator

Dc dan datanya bisa di lihat di bawah

Tabel 4.6 menggunakan somber dari

power suplay dengan tegangan konstan 30

Volt dan menggunakan beban lampu.

10

Tabel 3.5 sumber dari generator DC

dengan beban aki

Tabel3. 6 sumber dari power supplay dengan beban lampu

III.6 Pengujian Sistem Charger

Pengujian kali ini dilakukan untuk

mengetahui berapa tegangan yang keluar

jika RPM dan tegaangan berubah - ubah berdadarkan kecepatan atau RPM. Dari

RPM 300 sampai dengan 1500 RPM.

Dengan anus yang besar sekitar 1,2 A

maka bisa mengeces aki. Sesuai dengan

perhitungan pada disain menentukan buck

converter maka Aki yang digunakan

adalah 12Voh 26Ah.

Data yang diambil berpatokan pada RPM

pada motor maka didapat nilai yang di

inginkan seperti tegangan input dan

output, arus input dan ouput. Lebih lengkapnya bisa dilihat di Tabel 3.7

ditabel ini data yang diambil

menggunakan beban lampu.

Tabel 3.7 data sistem chanter nada

buck converter

Dari Tabel diatas bisa dilihat bagaimana

basil percabaart dan perhitungan daya

yang dipemleh dengan menggunakan

beban lampu. Semakin besar nilai Rpm

maka semakin besar nilai tegangan dan

arusnya begitu juga dengan nilai daya yang dihasilkan. Daya output yang

dihasilkan sekitar 0,6 watt sampai

III.7 Pengujian Sistem Charger Dengan

Control

Tabel 3.8 data basil pengecesan dan

mementukan kalori yang dihasilkan.

Tabel 3.8 adalah data basil pengujian

secara sistem yang sudah di integrasikan

dengan alat - alat yang lainnya. Dengan data Tabel 3.8 untuk arus pengisian aki

penuh pada arus maksimum 1.14 Ampere

maka aki akan penuh selama 18 jam. Akan

habis selama 7 jam dengan beban 45 Watt.

Sedang ants pengisian pada arcs minimum

1.02 Ampere aki akan penubh selama 25

jam.

Untuk Rpm 1100 membutuhkan kalori

sekitar 616.43 dengan arus pengisian

maksimal. Aki akan penuh selama 18 jam.

IV. KESIMPULAN

kesimpulan yang didapat dari pengujian pada

alat serta basil yang didapat dari proses adalah

sebagai berikut :

Hasil percobaan diatas bisa diambil kesimpulan dengan menggunakan w=

0,24 x V x I x t maka akan didapat

nilai kalori yang di inginkan.

Dengan menggunakan aki 12 Volt 26 AH dengan arus pengecesan sekitar

1,3 A sampai 2 A maka aki tersebut bisa penuh kurang lebih 10 jam.

Kalori yang dihasilkan atau di hitung perdetik jadi kalori maksimal yang

dihasilkan sebesar 616.43 kal.

11

Dengan arus maksimal 1.14 maka arus pengisian selama 18 jam untuk

aki menjadi penuh

V. DAFTAR PUSTAKA [1]. Charlotha."Pengontrol Motor DC

Sehagai Pengoptimal Torsi", Proyek

Akhir EEPIS-ITS, 2007, Surabaya.

[2]. Putra Dwi, Hijrah."Optimasi Daya

Listrik Pada Perternakan Ayam

Potong Dengan Siam ?Control Pi

Berbasih Mikrokontroller (Perangkat

Lunak)". Proyek Akhir EEPIS-ITS,

2007, Surabaya.

[3] H. Jogianto Adi."Konsep Dasar

Pemograman Bahasa C". ANDI,

2003, Yogyakarta.

[4]. Dwi Hartong:), Thomas Wahyu dan Agung Prasetyo, Y. Wahyu. "Analisa

Dan Derain Sistent !Control Dengan

Matlap". ANDI, 2002, Yogyakarta.

[5]. Andrianto, Heri."Pemograman

Mikrokontroller AVR ATMEGA 16

Menggunakan Bahasa C (Code

Vision AVRI". INFORMATIICA,

2008, Bandung

[6]_ Charlota,"Pengontrol Motor DC

Sebagai Pengoptimal Torsi". Proyek

Akhir EEPIS-ITS, 2007, Surabaya.