## Pengatur Kecepatan Prototipe Mesin Solenoid 4 Induktor Menggunakan Metode Kontrol Frekuensi
Yusuf Nurul Hilal 1) , Trias Andromeda 2) , dan Susatyo Handoko 3)
1) Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Semarang
2,3) Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
1) Jl. Soekarno Hatta, Tlogosari Kulon, Pedurungan, Semarang, Indonesia 59160
2,3) Jl. Prof. Soedarto, SH, Kampus UNDIP Tembalang, Semarang, Indonesia 50275 e-mail: yhilal2@gmail.com 1)

## ABSTRACT
The development of electric vehicles is in rapid progress, especially in terms of the main engine drive. The use of solenoid can be applied as an alternative driving electric vehicles instead of a dc motor as the main driver. In this paper, the prototype solenoid machine is applied by using 4 inductors controlled by an Arduino microcontroller and the solenoid driver based on application of Mosfet L298N. The prototype runs successfully. Based on the experimental results, the greater the frequency value applies to the driver, the faster the solenoid moves. The acceleration occures due to the electromagnetic field which is getting stronger and the field is proportional to the frequency value, so the solenoid movement is faster.

## Keywords: solenoid, frequency, electric vehicle

## ABSTRAK
Perkembangan  kendaraan  listrik  mengalami  kemajuan  pesat,  terutama  dalam  hal  penggerak  mesin  utama.  Penggunaan solenoid bisa diterapkan dalam mencari alternatif penggerak kendaraan listrik, selain menggunakan motor dc sebagai peng- gerak utamanya. Percobaan prototipe mesin solenoid menggunakan 4 induktor yang dikontrol menggunakan mikrokontroler arduino dan driver solenoid menggunakan Mosfet L298N telah berhasil dilakukan. Berdasarkan percobaan, dapat disimpulkan bahwa  semakin  besar  nilai  frekuensi  yang  dikeluarkan,  semakin  cepat  solenoid  bergerak.  Hal  tersebut  dikarenakan  medan elektromagnetik yang semakin kuat dan sebanding dengan nilai frekuensi yang semakin besar, sehingga gerakan solenoid juga semakin cepat.
Kata kunci: solenoid, frekuensi, kendaraan listrik
I. P ENDAHULUAN erkembangan teknologi kendaraan listrik semakin  berkembang  pesat  di  berbagai  negara beberapa  tahun  terakhir,  dengan  tujuan  dapat mengurangi polusi udara dari hasil  pembakaran bahan bakar fosil [1] dan ikut serta dalam mengurangi efek  rumah  kaca  [2].  Penerapannya  sudah  dapat dijumpai diberbagai produk kendaraan listrik, diantaranya  sepeda  listrik,  motor  listrik  dan  mobil listrik.  Penerapan  motor  listrik  dalam  industri kendaraan  listrik  masih  sangat  besar,  dimana  motor listrik  bekerja  sesuai  prinsip  induksi  elektromagnetik, yaitu  mengubah  energi  listrik  menjadi  energi  kinetik [3].

## II. T EORI

## Solenoid
Beberapa dekade terakhir sedang banyak dilakukan penelitian  tentang  penggunaan  mesin  solenoid  dalam menggantikan motor listrik, karena penggunannya yang juga ramah lingkungan dan tidak rumit dalam susunan mesin.  Penggunaan  solenoid  juga  banyak  digunakan pada  sistem  pneumatik  dan  hidrolik  [4][5][6].  Cara kerja  solenoid  adalah  saat  arus  listrik  mengalir  ke  in- duktor,  kemudian  menimbulkan  medan  magnet  yang berfungsi  sebagai  elektromagnet,  dimana  akan  terjadi
gaya tarik pada benda yang bersifat magnetik. Sebuah piston akan dipasang di dalam solenoid yang terhubung dengan penggerak, kemudian terjadi gaya dorong yang disebabkan energi elektromagnetik oleh induktor yang dialiri arus listrik [7][8]. Hal ini sesuai dengan prinsip kerja medan magnet.
Metode  kontrol  solenoid  yang  pernah  dilakukan sebelumnya  adalah  dengan  menggunakan switching transistor ,  dimana  komponen  ini  mampu  bekerja  se- bagai switch dengan  kecepatan  yang  tinggi  [3].  Pen- gontrol elektronik yang digunakan harus responsif dan stabil karena gerakan solenoid akan sangat cepat. Pada metode  ini  gerakan  solenoid  tergantung  pada  kondisi output dari switching transistor yang dikendalikan oleh mikrokontroler, kemudian switching akan berstatus I/O dalam mengalirkan arus listrik ke induktor.
Selain metode switching transistor , ada juga metode lain  yang  digunakan  dalam  mengendalikan  solenoid. Metode ini menggunakan variasi tegangan dalam men- gendalikan  kecepatan  dan  torsi  solenoid  [9].  Dalam penerapan metode  variasi tegangan  digunakan  sumber tegangan DC, karena setelah dilakukan uji coba, sumber tegangan DC lebih aman dibanding dengan sumber te- gangan AC, yang dapat menyebabkan kumparan lebih cepat panas.
P
Mesin  solenoid  mempunyai  persamaan  dengan mesin konvensional, yaitu sama-sama memiliki tabung silinder, piston, batang penghubung dan poros engkol. Dilihat  dari  desain  mesin  dan  perspektif  operasional, mesin  solenoid  memiliki  beberapa  keunggulan dibandingkan  dengan  mesin  kendaraan  listrik  yang sudah  ada  [10].  Tetapi  perbedaan  yang  jelas  terlihat antara  mesin  solenoid  dan  mesin  konvensional  adalah bahan  bakar  yang  digunakan.  Salah  satu  keuntungan dari  mesin  solenoid  adalah  bebas  polusi  udara,  serta mudah dalam merancang struktur mesin. Karena mesin solenoid dalam kendaraan listrik tidak memiliki ruang pembakaran, katup, sistem pendingin air, pompa bahan bakar,  saluran  bahan  bakar,  filter  udara  dan  tidak menggunakan bahan bakar cair[11]. Sehingga penggunaan mesin solenoid menjadi ramah lingkungan.

## III. M ETODE P ENELITIAN
A. Metode Kontrol
Berdasarkan uraian beberapa metode diatas, maka penelitian  kali  ini  akan  mencoba  penggantian  kompo- nen utama dalam kendaraan listrik yaitu motor DC akan digantikan dengan solenoid. Dibuat prototipe mesin so- lenoid 4 induktor bersumber tegangan DC, dengan ke- cepatan gerak yang dikontrol frekuensi, yang dibangkit- kan dari mikrokontroler.
Sebuah  potensiometer  terhubung  dengan  mikro- kontroler  yang  berfungsi  sebagai  pengubah  nilai keluaran frekuensi dari mikrokontroler. Pada rangkaian ini output dari mikrokontroler akan terhubung ke driver solenoid  yang  berfungsi  sebagai switch arus  listrik menuju solenoid, kemudian terjadi gerakan mendorong. Pengamatan  akan  dilakukan  dengan  cara  mengukur nilai RPM dan nilai frekuensi menggunakan tachometer dan osiloskop.
Mengacu  pada  referensi  yang sudah  ada,  gerakan prototipe mesin solenoid akan dikelompokkan menjadi dua  bagian,  dan  bekerja  secara  bergantian  [12].  Sole- noid bekerja saat posisi pertama piston pada solenoid 1 dan  2  akan  bergerak  menekan  kebawah  karena  men- galami gaya tarik magnet, sedangkan posisi piston pada solenoid  3  dan  4  akan  mengarah  ke  atas,  karena terdorong. Setelah itu akan bergantian posisi piston so- lenoid  3  dan  4  menekan  kebawah  karena  gaya  tarik magnet,  sedangkan  posisi  piston  solenoid  1  dan  2 mengarah ke atas. Kejadian tersebut akan terjadi beru- lang-ulang selama mesin bekerja.

## B. Alat dan bahan
Dalam  melaksanakan  penelitian,  diperlukan  alat serta bahan pendukung berupa hardware dan software. Berikut ini adalah alat dan bahan yang diperlukan:
a. Arduino UNO
b. Driver Solenoid L298N H-Bridge
c. Solenoid (Induktor)
d. I2C ( Integrated Circuit ) dan LCD ( Liquid Crystal Display )
e. Potensiometer Rotary
f. Power Supply
g. Software Arduino IDE 1.8.10 .

## Gambar 1. Rangkaian Penelitian
Gambar  1  menunjukkan  sebuah  rangkaian  kese- luruhan dan peralatan yang digunakan dalam penelitian ini. Solenoid yang digunakan pada prototipe mesin so- lenoid mempunyai spesifikasi sebagai berikut:
a. Panjang induktor (L) : 1 cm
b. Jari-jari inti induktor (a)  : 1 cm
c. Diameter kawat induktor (d)  : 0.02cm
d. Jumlah lilitan per lapis (N)  : 50
e. Jumlah lapisan (n)   : 10 lapis
f. Tebal lapisan (D)    : 0.5 cm

## C. Rangkaian Keseluruhan
Alat yang diuji coba dalam penelitian ini terdiri dari prototipe  mesin  solenoid  dan  rangkaian  pengendali frekuensi  menggunakan  mikrokontroler  arduino  uno. Serta driver pengendali solenoid menggunakan mosfet L298N.  Gambar  2  menggambar  rangkaian  alat keseluruhan dalam penelitian ini.

## Gambar 2 Rangkaian Alat Keseluhan

## D. Pemrograman Mikrokontroler
Pemrograman  mikrokontroler  arduino  uno  dalam penilitian ini dilakukan menggunakan software arduino IDE 1.8.10.  Bertujuan agar output dari mikrokontroler dapat mengeluarkan frekuensi yang berbeda beda.

## E. Simulasi
Simulasi  percobaan  dilakukan  dengan  mengukur hasil  kecepatan  pada  prototipe  mesin  solenoid menggunakan  tachometer.  Dapat  dilihat  pada  Gambar 3.

## Gambar 3. Pengukuran Kecepatan
Begitu juga dengan pengukuran nilai frekuensi yang dilakukan  menggunakan  osiloskop,  dapat  dilihat  pada Gambar 4.

## Gambar 4 Pengukuran Frekuensi

## IV. H ASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  pengukuran  yang  telah  dilakukan  disajikan pada  Tabel  1. Dapat  dilihat  mengenai  pengaruh  nilai frekuensi terhadap kecepatan yang dihasilkan oleh pro- totipe mesin solenoid. jadi semakin besar nilai frekuensi yang  dihasilkan,  semakin  besar  juga  nilai  RPM  yang didapatkan.
Tabel 1. Hasil Pengukuran No. Solenoid (VDC) RPM Sole- noid Engine Frequency (KHz) A B 1. 1,2 12 0 52,58 2. 1,4 1,4 141,3 71,38 3. 1,8 1,8 208,5 99,90 4. 2,4 2,4 230,1 166,6 5. 3,4 3,4 461,2 332,8
Untuk  lebih  jelasnya  pengaruh  frekuensi  terhadap kecepatan  gerak  solenoid  dapat  dilihat  pada  sebuah kurva yang di tunjukkan pada Gambar 5.

## Gambar 5. Pengaruh Frekuensi Pada Kecepatan
Begitu  pula  dengan  tegangan  yang  dihasilkan,  se- makin besar nilai duty cycle semakin besar juga nilai te- gangan  yang  keluar  menuju  solenoid,  nilainya  dapat dilihat  pada  Tabel  1.  Tetapi  dalam  uji  coba  yang  dil- akukan,  nilai  frekuensi  belum  bisa  berubah.  Sehingga belum  terlihat  pengaruh  perubahan  nilai  frekuensi ter- hadap cara kerja solenoid.

## V. K ESIMPULAN
Setelah  dilakukan  percobaan  dapat  disimpulkan bahwa  pengendalian  prototipe  mesin  solenoid  4  in- duktor  dengan  metode  kontrol  nilai  frekuensi  berhasil dilakukan. Hal tersebut dibuktikan dengan semakin ber- tambahnya nilai frekuensi yang dihasilkan, semakin be- sar  juga  nilai  kecepatan  yang  diperoleh.  Driver  yang digunakan  dalam  mengendalikan  solenoid  adalah Mosfet  L298N H-Bridge .  Kecepatan  gerak  prototipe mesin solenoid  dipengaruhi semakin kuat gaya medan magnet  yang  terjadi  pada  induktor  seiring  ber- tambahnya  nilai  frekuensi,  sehingga  torsi  dorongan yang terjadi juga semakin kuat.

## D AFTAR P USTAKA
[1] J.  Du,  X.  Meng,  J.  Li,  X.  Wu,  Z.  Song,  and  M. Ouyang,  “Insights  into  the  Characteristics  of Technologies  and  Industrialization  for  Plug-In Electric Cars in China,” ENERGY , pp. 1–32, 2018.
[2] N.  Ding,  K.  Prasad,  and  T.  T.  Lie,  “The  electric vehicle : a review,” vol. 9, no. 1, pp. 49–66, 2017.
[3] S. Zainal et al. , “Evaluating the Potential of Solenoid Motion  System  for  Electric  Vehicle  –  Challenging the  Conventional  Usage  of  Electric  Motor,”  no. PECon 08, pp. 726–730, 2008.
[4] H. Kang, J. Park, J. Cho, J. Kim, and J. Oh, “A New Method for Maintaining Constant Dither Amplitude

## Pengaruh Frekuensi Pada Kecepatan
Prototipe Mesin Solenoid
RPM FREKUENSI
in Low Frequency PWM,” AECE , vol. 17, no. 1, pp.
89–94, 2017.
[5] Ž.  Šitum,  T.  Žili,  and  M.  Essert,  “High  Speed Solenoid Valves in Pneumatic Servo Applications,”
IEEE , 2007.
[6] A. Rahman, M. Rahman, and H. Karim, “The Theory of the Development of an Electromagnetic Engine for Automotive Use,” Symbiosis , 2017.
[7] M.  M.  Akhtar,  S.  K.  Tripathy,  E.  P.  Kumar,  S. Biswal,  S.  Kumar,  and  H.  S.  Dash,  “Solenoid Engine,” IJSDR , vol. 2, no. 4, pp. 297–301, 2017.
[8] A.  Mannur,  R.  Patil,  S.  Padalkar,  and  K.  Prem, “Electromagnetic  Engine  with  an  Objective  of Lowering Pollution,” IARJSET , vol. 4, no. 6, pp. 32– 35, 2017.
[9] S.  Zainal,  A.  Syed,  and  K.  Bahrin,  “Design  and Development  of  a  New  Electromagnetic  Prime
Mover  Using  Solenoid  Technology  -  Solenoid Powered Engine
Mathematical
Derivations (Inductance Variation),” IEEE , pp. 277–281, 2014.
[10] S.  Zainal,  A.  Syed,  and  K.  Bahrin,  “Design  and Development  of  a  New  Electromagnetic  Prime Mover  Using  Solenoid  Technology  -  Solenoid Powered  Engine  Model  Simulation  (Torque  Vs. Speed  Characteristic)  Syed,” IEEE ,  pp.  255–259,
2014.
[11] A.  K.  A.  N.  Y.  Vijay  Kumar,  Anurag,  Abhishek Rocky, Ashutosh Kumar, “ORIGINAL RESEARCH PAPAER  -  SOLENOID  ENGINE,” PARIPEX  - INDIAN J. Res. , vol. 6, no. 7, pp. 33–35, 2017.
[12] J. Rithula, J. Jeyashruthi, and Y. Anandhi, “Electric Vehicle with Zero-fuel Electromagnetic Automobile Engine,” Int. J. Eng. Res. Technol. , vol. 6, no. 4, pp. 483–486, 2013.