Aplikasi Optocoupler dalam Sistem Pengaturan

68
Jurnal Teknik Elektro dan Komputer, Vol.2, No.1, April 2014, 68-74
Aplikasi Optocoupler dalam Sistem Pengaturan Kecepatan Sepeda
Listrik
Nur Khamdi
Program Studi Mekatronika Jurusan Elektro Politeknik Caltex Riau
[email protected]
Abstrak
Perkembangan terknologi dibidang energy alternative untuk pengendara kendaraan motor baik mobil,
motor ataupun sepeda. Salah satunya adalah sepeda yang digerakkan oleh motor listrik dengan
pengaturan kecepatannya seperti halnya pada sebuah sepeda motor. Pengaturan kecepatan pada sepeda
motor saat ini banyak menggunakan system mekanik. Untuk penelitian ini, pengaturan kecepatan sepeda
listrik menggunakan sensor optocoupler sebagai fungsi untuk mengatur lajunya sepeda listrik. Fungsi
dari sensor ini sebagai pengganti resistor geser yang mengatur kecepatan motor listrik pada motor
brushless. Dalam penelitian ini sensor optocoupler akan di kendalikan oleh pengaturan laju, yaitu saat
pengaturan ini di putar maka sensor optocoupler akan aktif satu demi satu tergantung dari banyaknya
putarannya. Makin diputar maka jumlah sensor optocoupler yang aktif makin banyak dan mengakibatkan
laju motornya makin kencang. Pada penelitian ini, hasil dari sensor optocoupler ini dapat berfungsi
dengan baik sebagai pengendali laju motor akan tetapi perubahannya tidak semulus dari perubahan
menggunakan resistor geser.
Kata kunci: Sensor Optocoupler, Sepeda Listrik, Kecepatan motor listrik.
Abstract
The development of electronic technology in the field of alternative energy for motor vehicle, motorcycle
or bicycle. One is a bike that is driven by an electric motor with speed settings as well as on a motor
cycle. Setting the speed on a motorcycle today many use a mechanical system. For this study, the electric
bicycle speed settings using optocoupler sensor to adjust its speed as a function of electric bicycles. The
function of this sensor instead that regulates of a sliding resistor the speed of the electric motor to
brushless motors. In this study sensor optocoupler will be controlled by setting the rate, which currently
is in turn setting the sensor will optocoupler active one by one depending on the number cycling. The
more plays, the number of active sensors optocoupler resulted in more and more and the faster pace of
the bike. In this study, the results of this optocoupler sensor can function well as a motor speed controller
but the changes are not as smooth of changes using a sliding resistor.
Keywords: Optocoupler Sensors, Electric Bicycles, electric motor speed
1
Pendahuluan
Pola hidup dengan memanfaatkan sepeda merupakan suatu gerakan yang membantu
akan pedulinya masyarakat terhadap kerisis energi dan suatu implementasi terhadap gerakan
GO GREEN. Bersepeda memiliki keunggulan yakni sepeda tidak memerlukan konsumsi energi
BBM, tidak menghasilkan emisi gas yang di nilai berpolusi serta sepeda juga mempunyai fungsi
yang sama sebagai alat teransportasi roda dua yang lebih ramah lingkungan di bandingkan
sepeda motor berkonsumsi BBM. Namun sepeda memiliki kekurangan dalam penggunaanya
dimana penggunanya harus mengeluarkan energi fisik atau tenaga manusia sebagai pengeraknya
yang di nilai melelahkan oleh para penggunya.
Karena bersepeda memiliki segi positif dalam gerakan mengatasi kerisis energi maka
penulis merancang “Sepeda Listrik” dimana sepeda yang ramah lingkungan ini di harapkan
akan memepermudah pemakai serta penggunaanya yang dinilai melelahkan menjadi mudah
untuk di gunakan karna adanya penamabahan motor listrik sebagai penggerak bantu tambahan.
Aplikasi Optocoupler dalam Sistem Pengaturan Kecepatan Sepeda Listrik
69
Kelebihan dari sepeda listrik ini adalah dapat di operasikan dengan dua metode selain
dapat di kayuh layaknya sepeda biasa sepeda ini dapat di operasikan dengan mengaktifkan
motor listrik dikala pengguna mengalami kelelahan dalam pemakaian sepeda.
Dalam pengaturan gas saat pengoperasian sepeda listrik akan menggunakan sensor
optocopler. Sensor ini terdiri dari sensor photodioda dan sumber cahaya, dua komponen ini di
pasang sebagai transmitter (pemancar) yaitu sumber cahaya dan sebagai receiver (penerima)
yaitu sensor photodioda. Kedua komponen ini di pasang saling berhadapan. Yang bertujuan
untuk mengatur kecepatan dengan cara keluaran (output) di hubungkan ke rangkaian
pengolahan sinyal. Hasil dari pengolahan sinyal ini di teruskan untuk mengatur sumber energi
listrik ke aktuator motor.
2
Sensor Optocoupler
Optocoupler adalah suatu piranti yang terdiri dari 2 bagian yaitu transmitter dan
receiver, yaitu antara bagian cahaya dengan bagian deteksi sumber cahaya terpisah, seperti pada
Gambar 1.
Gambar 1
Piranti Optpcoupler
Optocoupler merupakan salah satu jenis komponen yang memanfaatkan sinar sebagai
pemicu on/off-nya. Opto berarti optic dan coupler berarti pemicu. Sehingga bisa diartikan
bahwa optocoupler merupakan suatu komponen yang bekerja berdasarkan picu cahaya optic
opto-coupler termasuk dalam sensor, dimana terdiri dari dua bagian yaitu transmitter dan
receiver.
LED infra merah ini merupakan komponen elektronika yang memancarkan cahaya infra
merah dengan konsumsi daya sangat kecil. Jika diberi prasikap maju, LED infra merah yang
terdapat pada optocoupler akan mengeluarkan panjang gelombang sekitar 0,9 mikrometer.
Phototransistor memiliki sambungan kolektor–basis yang besar dengan cahaya infra
merah, karena cahaya ini dapat membangkitkan pasangan lubang elektron. Dengan diberi
prasikap maju, cahaya yang masuk akan menimbulkan arus pada kolektor.
Phototransistor memiliki bahan utama yaitu germanium atau silikon yang sama dengan
bahan pembuat transistor. Tipe phototransistor juga sama dengan transistor pada umumnya
yaitu PNP dan NPN. Perbedaan transistor dengan phototransistor hanya terletak pada rumahnya
yang memungkinkan cahaya infra merah mengaktifkan daerah basis, sedangkan transistor biasa
ditempatkan pada rumah logam yang tertutup.
Dan cara kerja optocoupler adalah jika antara phototransistor dan LED terhalang maka
phototransistor tersebut akan off sehingga output dari kolektor akan berlogika high. Sebaliknya
70
Nur Khamdi
jika antara phototransistor dan LED tidak terhalang maka phototransistor dan LED tidak
terhalang maka phototransistor tersebut akan on sehingga output-nya akan berlogika low.
Biasanya dipasaran optocoupler tersedia dengan tipe 4N25 / 4N35 ini mempunyai
tegangan isolasi 7500 volt dengan kemampuan maksimal LED dialiri arus forward sebesar 3A.
Ditinjau dari penggunaanya, fisik optocoupler dapat berbentuk bermacam-macam. Bila
hanya digunakan untuk mengisolasi level tegangan atau data pada sisi transmitter dan sisi
receiver, maka optocoupler ini biasanya dibuat dalam bentuk solid ( tidak ada ruang antara LED
dan phototransistor ). Sehingga sinyal listrik yang ada pada input dan otput akan terisolasi.
Dengan kata lain optocoupler ini digunakan sebagai optoisolator jenis IC.
3
Metode Penelitian
Pergerakan sepeda listrik dilakukan dengan mengayunkan pedal untuk manualnya dan
memutarkan gas pada posisi stan sebelah kanan. Pemutaran gas ini berfungsi untuk mengatur
perputaran motor yang di couple dengan rantai pada ayunan pedal. Perputaran motor di control
oleh sebuah controller dan di kendalikan perputarannya menggunakan perputaran gas yang di
beri sensor optocoupler. Blok diagram perputaran gas hingga perputaran motor dapat dilihat
pada Gambar 2.
Gambar 2
Blok Diagram Sistem
Kedudukan
Sensor
Untuk pemasangan sensor Optocoupler sebagai perputaran gas (kecepatan) di rancang
seperti pada Gambar 3. Dan bentuk aslinya dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 3
Bentuk Pengaturan Gas dan Kedudukan Sensor
Aplikasi Optocoupler dalam Sistem Pengaturan Kecepatan Sepeda Listrik
Gambar 4
71
Kedudukan dan sensor Optocoupler pada Pengaturan Kecepatan
Untuk rangkaian sensor optocopler yang digunakan seperti terlihat pada gambar
rangkaian pada Gambar 5.
620 K
330
330
620 K
620 K
330
330
620 K
Gambar 5
Rangkaian Sensor Optocoupler
Pengkondisian sinyal output dari sensor optocopler dirancang untuk mengaktifkan
sebuah relay, dan bentuk rancangan elektriknya dapat dilihat pada Gambar 6 dan Gambar 7.
Gambar 6
Rangkaian pengkodinsian sinyal dari sensor optocopler
72
Nur Khamdi
Gambar 7
Rangkaian sinyal output dari kondisi sinyal sensor optocopler
Pengujian yang akan di lakukan pada sensor kecepatan sepeda listrik ini terdiri beberapa
poin yaitu :

Menguji keberhasilan sensor untuk mengatur kecepatan motor

Menguji kecepatan maksimum motor dengan putaran sensor
4
Analisa dan Pembahasan
Pengambilan data sensor menggunakan metode pengaturan putaran motor untuk
mengaktifkan sensor optocoupler dan hasilnya dilihatkan output dari akuisisi data yang berupa
tegangan dari rangkaian akuisisi data seperti pada Gambar 8.
Aplikasi Optocoupler dalam Sistem Pengaturan Kecepatan Sepeda Listrik
Gambar 8
73
Output dari Akuisis Data Sensor Optocoupler
Rilay dari R1 sampai R5 akan dikendalikan oleh sensor Optocoupler yang diletakkan
pada perputaran kecepatan motor (seperti pada Gambar 4.2). Rilay 1 (R1) akan dikendalikan
pada sensor yang letakkan paling depan atau di urutan pertama pada perputaran kecepatan
motor. Dan untuk rilay 5 (R5) ada sensor yang paling terakhir atau paling bawah. Fungsi dari
rilay ini untuk membuat rangkaian short sehingga tahanan yang parallel dengan rilay aktif tidak
berfungsi.
Dan data yang diperoleh antara ke aktifan sensor optocoupler saat perputaran kecepatan
motor terhadap nilai output pada akuisisi data yang nantinya data ini di kirimkan ke controller
motor. Data itu dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1
Output Akuisisi Data dari Sensor Optocoupler
Jumlah Aktif Sensor
1
2
3
4
5
Nilai Vout (volt)
1,678
2,012
2,516
3,353
5,050
Data perputaran motor merupakan hubungan antara pengaturan kecepatan motor
terhadap perputaran kecepatan motor. Pengaturan kecepatan akan berkaitan dengan jumlah
sensor optocoupler yang aktif dan kecepatan motor akan berkaitan dengan rpm, dengan motor
tanpa adanya beban. Data ini dapat dilihat pada Tabel 2.
74
Nur Khamdi
Tabel 2
Pengaturan terhadap Perputaran Motor
Jumlah Aktif Sensor
1
2
3
4
5
Perputaran motor (rpm)
53,8
64,6
80,8
107,7
162,2
Sebenarnya fungsi sensor optocoupler di pengaturan kecepatan perputaran motor ini
sebagai pengganti resistor geser yang biasa di gunakan untuk mengatur kecepatan perputaran
motor pada kontrol motor brushless.
Berdasarkan data pada Tabel 1, bahwa perputaran pengaturan kecepatan yang di pasang
dengan sensor optocoupler yang berfungsi mendeteksi perputaran dapat berfungsi dengan
sempurna. Dan pengaturan dengan sensor optocoupler ini dapat berfungsi seperti halnya sebuah
resistor geser yang di geser – geser nilai resistansinya. Kelemahan dengan menggunakan sensor
optocoupler bila dibandingkan dengan resistor geser adalah nilainya tidak berubah secara smoot
atau kecil seperti pada resistor geser. Dengan menggunakan sensor optocoupler ini perubahan
tegangannya terbagi terhadap jumlah sensor yang ada, untuk penelitian ini menggunakan 5 buah
sensor optocoupler yang di karenakan tempat atau kedudukan sensor yang tidak cukup.
Berdasarkan data pada Tabel 2, terlihat bahwa perubahan kecepatan pada motor tidak
secara smoot atau halus, hal ini karena perubahan input pada controller yang terbatas. Walaupun
demikian sensor optocoupler ini dapat berfungsi sebagai pengatur kecepatan motor dan masih
ada kekurangannya bila di bandingkan dengan resistor geser. Akan tetapi sensor optocoupler ini
mempunyai keunggulan bila di bandingkan dengan resistor geser, yaitu untuk peletakan dan
penggunakan pada pengatur kecepatan model perputaran di tangan cukup fleksible bila di
bandingkan dengan menggunakan resistor geser pada model yang sama. Maka dari itu sensor ini
cukup baik dan bagus untuk pengaturan kecepatan pada sepeda listrik.
5
Kesimpulan
Berdasarkan data dan analisa penggunaan sensor optocoupler sebagai sensor pengaturan
kecepatan perputaran motor dapat di simpulkan sebagai berikut:
1. Sensor optocoupler dapat berfungsi sebagai pengganti resistor geser pada kasus input
pada control sebuah motor.
2. Sensor optocoupler dapat digunakan untuk mengatur kecepatan perputaran sebuah
motor.
3. Sensor optocoupler lebih fleksible penggunaannya pada pengaturan kecepatan motor
pada perputaran motor dengan model pengaturan di tangan seperti halnya pengaturan
gas pada sepeda motor.
6
Daftar Pustaka
[1] Albert Paul Malvino, Ph.D, Prinsip-Prinsip Elektronika, edisi kedua, Erlangga tahun
1996.
[2] Radius Dwiatmojo, MENINGKATKAN KINERJA INFRARED OPTOCOUPLER
DENGAN TEKNIK MODULASI CAHAYA, Jurnal Kolaborasi Elektrika, Universitas
Negeri Jakarta, 2010