## Energi Listrik dari Pengereman Regeneratif Sepeda Motor dengan Menggunakan Dinamo Sepeda
Melda Latif * , Anugrah Valdesio , Mumuh Muharam Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Andalas
* Corresponding author, e-mail: melda_latif@eng.unand.ac.id
Abstrak —  Pengereman  regeneratif  adalah  mekanisme  untuk  memperoleh  kembali  energi  yang  terbuang  saat proses pengereman. Biasanya saat direm energi kinetik dari roda motor yang bergerak akan terkonversi menjadi panas  akibat  gesekan  rem.  Pada  pengereman  regeneratif  energi  kinetik  tersebut  dirubah  menjadi  energi  listrik dengan bantuan dinamo. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui besar arus, tegangan dan daya yang dihasilkan dari pengereman regeneratif sepeda motor dengan  memanfaatkan dinamo  sepeda. Dengan  menambahkan suatu prototipe, yang terdiri dari dinamo sepeda, penyearah dan dc-dc converter , maka pengereman regeneratif dapat diubah  menjadi  energi  listrik.  Penelitian  dilakukan  dengan  tiga  perilaku  di  cakram  depan  sepeda  motor  yaitu dengan  memberikan  isolasi  kasar,  isolasi  polos  dan  tanpa  isolasi.  Hasil  pengujian  yang  terbaik  adalah  dengan pemasangan isolasi kasar. Pada kecepatan 70 km/jam, nilai tegangan, arus dan daya yang dihasilkan adalah 12,8 Volt,  130  mA  dan  1664  mWatt.  Keuntungan  menggunakan  isolasi  kasar  adalah  gaya  gesek  dan  slip  yang dihasillkan kecil. Panas yang ditimbulkan tidak sebanyak isolasi polos dan tanpa isolasi. Bunyi yang dihasilkan pada pengujian juga lebih kecil.
Kata Kunci : Pengereman regeneratif, sepeda motor, isolasi, cakram, dinamo sepeda.
Abstract —  Regenerative  breaking  is  an  energy  recovery  mechanism  from  wasted  energy  during  breaking process. In a conventional breaking process, the kinetic energy from the wheel is converted into heat due to friction of the break disc.  In regenerative breaking, the kinetic energy is converted into electric energy by a dynamo. This research aims to find amount of electric power, voltage and current that can be generated from regenerative breaking. By adding a prototype which contains dynamo of bicycle, rectifier and dc-dc converter, the generative braking can change kinetic energy into electrical energy. In this research, three types of front wheel disc, i.e. with hard insulation, soft insulation and without insulations had been used for the experiment.. It  is  found  that  the  best  result  is  obtained  by  using  hard  insulation.  For  motorcycle  speed  at  70  km/hours, voltage,  current  and  power  values  are  12,8  Volt,  130  mA  and  1664  mWatt.  The  advantages  of  the  hard insulation are less friction,  less heat dissipation and  quieter.
Keywords : Regenerative braking, motorcycle, isolation, wheel, dynamo of bicycle .

## Pendahuluan
Saat menuruni tanjakan, pengendara umumnya  akan  melakukan  pengereman.  Akibat pengereman,  energi  kinetik  motor  akan  berubah menjadi  panas  karena  gesekan  cakram  rem. Energi panas yang terbuang ini, sebenarnya masih dapat dimanfaatkan dengan menggunakan pengereman regeneratif. Saat proses pengereman motor, pengereman regeneratif mengubah energi kinetik  menjadi  energi  listrik  yang  kemudian dapat digunakan untuk penggunaan lain.
Ada berbagai penelitian yang memanfaatkan  energi  dari  sepeda  motor, misalnya  penelitian  yang  menggunakan  panas
knalpot  sepeda  motor  sebagai  sumber  energi terbarukan  [1].  Penelitian  tentang  pengereman regeneratif  di  kendaraan  telah  banyak  dilakukan [2-5].  Pada  [2]  diggunakan  motor  DC  magnet permanen  untuk  pengoptimalan  pengereman regeneratif di sepeda motor. Pada [3] mengenalkan  sepeda  motor hybrid dengan menambahkan  sistem  pengereman  hydraulik. Pada [4] dikaji efisiensi energi selama pengereman regeneratif di sepanjang jalan kereta api. Pada [5] dilakukan penambahan tiga cakram untuk mengontrol torka saat pengereman regeratif.
Pada penelitian ini dilakukan pengkajian besar daya,  tegangan  dan  arus  listrik  yang  dapat
dihasilkan    dari  pengereman  regeneratif  sepeda motor menggunakan dinamo sepeda.

## Tinjauan Pustaka

## 2.1 Sepeda Motor
Hubungan  kecepatan  putar  sepeda  motor dengan  kecepatan  mesin  dapat  dilihat  di persamaan (1).
𝑣 = 60𝜋𝐷𝑛 1000𝑖 (1)
dimana : v = kecepatan putar sepeda motor (km/h) π = phi = 3.14 D = diameter roda sepeda motor (m) n = kecepatan mesin di sepeda motor (rpm) i = pembanding total reduksi tiap gigi.

## 2.2 Dinamo Sepeda.
Dinamo sepeda bekerja atas prinsip tegangan induksi. Diagran dinamo dapat dilihat di gambar 1.
Poros rotor Magnet rotor Belitan stator

## Tegangan induksi
Gambar 1. Bagian dalam dinamo sepeda
Bila  poros  rotor  dinamo  berputar,  otomatis magnet  juga  ikut  berputar  di  sekitar  belitan kumparan.  Sesuai  dengan  hukum  Faraday, magnet  yang  berputar  di  sekitar  kumparan  akan menghasilkan tegangan induksi di ujung kumparan  Persamaan  tegangan  induksi  dapat dilihat di persamaan 3 [6].
𝐸 = N dΦ dt (3)
dimana:
E = tegangan induksi (Volt)
N = jumlah beliitan kumparan
 = fuksi magnet (Wb)
t = waktu (detik)
Bila terhubung ke beban, maka dihasilkan arus yang nilainya sebanding dengan tegangan.
Persamaan  4  adalah  persamaan  arus  yang berasal dari hukum Ohm.
𝐼 = 𝑉 𝑠 𝑍 (4)
dimana:
I = arus yang mengalir di rangkaian (A) V s = tegangan sumber (Volt) Z = impedansi (Ω)

## 2.3 Rectifier.
Rectifier  adalah  konverter  yang  mengubah teganngan  bolak  balik  (ac)  menjadi  tegangan searah  (dc).  Rectifier  dikenal  juga  dengan  nama penyearah.  Penyearah  yang  digunakan  pada penelitian ini adalah penyearah gelombang penuh. Rangkaian  penyearah  gelombang  penuh  dapat diliihat di gambar 2.
AC D1 D2 D3 D4 C Beban
Gambar  2.  Rangkaian  penyearah  gelombang penuh. Gambar 3a memperlihatkan bentuk gelombang  tegangan  dan  arus  peneyearah gelombang penuh sebelum penambahan kapasitor. Saat setengah siklus positif, dioada D1 dan D4 bekerja dan setengah siklus negatif, dioda D2  dan  D3  yang  bekerja.  Bentuk  gelombang  dc yang  dihasilka  masih  berbentuk  riak  ( ripple ). Untuk  mengurangi  riak,  digunakan  kapasitor. Bentuk  gelombang  dc  setelah  menggunakan kapasitor dapat dilihat di gambar 3b.
a. b. Gambar 3. Bentuk tegangan penyearah gelombang penuh [8].
Besar  tegangan  DC  yang  dihasilkan  dari penyearah  gelombang  penuh  didapat  dari persamaan 5 [7].
𝑉 𝑑𝑐 = 1 𝑇 ∫ √2𝑉 𝑠 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡𝑑𝑡 𝑇 0 𝑉 𝑑𝑐 = 2 𝜋 √2𝑉 𝑠 (5)
dimana:
V dc = tegangan DC yang dihasilkan (Volt) V s = tegangan sumber (Volt)

## 2.4 DC – DC Converter
DC-DC Converter
digunakan untuk
mempertahankan tegangan ouput pada suatu nilai tertentu.  Di  penelitian  ini,  tegangan  input  DC dinaikkan  untuk  menghasilkan  tegangan  ouput DC  5  Volt.  Prinsip  kerja  DC-DC  Converter diilustrasikan di gambar 4.
V d R L D C S + V o
-
Gambar 4. Rangkaian DC-DC Converter
Switch  S  di  gambar  4  adalah  komponen elektronika daya yang digunakan. Jenis komponen  elektronika  daya  antara  lain  jenis transistor dan thyristor. Tegangan ouput V o yang dihasilkan dapat dilihat di persamaan 6 [7].
𝑉 𝑜 = ( 1 1−𝐷 ) 𝑉 𝑑𝑐 (6)
dimana V o = tegangan output yang dihasilkan (Volt)
D = duty cycle
V dc = tegangan input DC (Volt).
Duty  cycle adalah  perbandingan  waktu  on switching  dengan  periode  switching.  Dengan pengaturan duty  cycle ,  maka  tegangan  output yang dihasilkan bisa ditentukan.

## Metode Penelitian
Di penelitian ini, dimanfaatkan dinamo sepeda sebagai  penghasil  tegangan  DC.  Tegangan  DC yang  dihasilkan  dimanfaatkan  charging  telepon selular.  Saat  pengereman  regenerative,  dinamo sepeda terhubung ke cakram depan sepeda motor, sehingga poros dinamo sepeda berputar mengikuti  putaran  roda.  Peputaran  poros menyebabkan  rotor  dinamo  ikut  berputar, sehingga  terjadi  medan  magnet  di  sekitar kumparan  stator  yang  akhirnya  menghasilkan tegangan induksi,
Bentuk luar dan bagian dalam dinamo sepeda dapat dilihat di gambar 5. Dari gambar 5b terlihat bahwa  kumparan  stator  mempunyai  4  belitan yang  terhubung  seri.  Jumlah  masing-masing belitan  adalah  200.  Bentuk  rotor  dari  dinamo sepeda dapat dilihat di gambar 5c.
a.
b.
c.
Gambar 5. Bentuk luar (a) dan bentuk dalam (b,
c) dinamo sepeda.
Pengujian  dilakukan  dengan  cakram  tanpa isolasi dan cakram berisolasi. Skema pemasangan dinamo  sepeda  di  cakram  sepeda  motor  dapat diihat di gambar 6 s/d 8.
a. b.
Gambar 6. Pemasangan dinamo sepeda di cakram sepeda motor tanpa isolasi.
Pengujian awal, cakram sepeda motor tidak diberi isolasi.  Agar  dinamo  sepeda  bisa  bekerja,  maka dinamo sepeda ditempatkan pada suatu dudukan. Desain  peletakan  dinamo  sepeda  dan  gambar nyata dapat dilihat di gambar 6a dan 6b.
a. b.
Gambar 7. Pemasangan dinamo sepeda di cakram sepeda motor dengan isolasi polos.
Gambar 7a dan 7b adalah skema dan gambar nyata pemasangan dinamo sepeda yang dihubungkan dengan cakram sepeda motor yang diberi  isolasi  polos.  Untuk  cakram  yang  diberi isolasi kasar dapat dilihat di gambar 8a dan 8b.
Gambar 8 Pemasangan dinamo sepeda di cakram sepeda motor dengan isolasi kasar.
Karena tegangan induksi yang dihasilkan dinamo sepeda  adalah  tegangan  bolak  balik  (AC),  maka ditambahkan penyearah dioda hubungan jembatan.  Rangkaian  penyearah  yang  dibuat seperti pada gambar 2.
Tegangan  output  dijaga  konstan  dengan menggunakan  DC-DC  Converter  tipe  CE8301A [9].  Bentuk  DC-DC  Converter  tipe  CE8301A dapat dilihat di gambar 9.
Gambar 9. DC-DC Converter tipe CE8301A

## Hasil Dan Pembahasan
Data hasil penelitian berasal dari tiga kondisi cakram di roda sepeda motor bagian depan. Tiga kondisi tersebut adalah kondisi saat cakram tidak diberi isolasi, diberi isolasi polos dan saat diberi isolasi  kasar.  Untuk  mendapatkan  data  yang akurat dan presisi, pengujian dilakukan berulang- ulang dan diambil nilai rata-ratanya. Pengereman regeneratif  pada  sepeda  motor  dilakukan  selama 15  detik  dengan  mendapatkan  15  variasi kecepatan  sepeda  motor.  Daerah  uji  mempunyai jalan dengan kemiringan dan jarak tertentu.
Data  yang  diukur  dari  pengujian  adalah  data kecepatan  motor,  tegangan,  arus  dan  daya  yang dihasilkan.  Gambar  10  memperlihatkan  diagram kecepatan motor selama 15 detik. Pada gambar 10 diperlihatkan  bahwa  pengujian  menggunakan isolasi  kasar  menghasilkan  grafik  yang  paling baik dengan penurunan yang stabil. Pada detik ke- 15  nilai  kecepatan  yang  dihasilkan  motor  paling rendah  dengan  menggunakan  isolasi  kasar  di cakram  sepeda  motor.  Hal  ini  kasar  di  cakram sepeda  motor.  Hal  ini  memperlihatkan  bahwa pengereman  yang  paling  baik  dan  gaya  gesekan yang  besar  terjadi  pada  pengujian  menggunakan isolasi kasar.
Gambar 10. Kecepatan saat pengereman
regeneratif selama 15 detik.
T egangan  yang  dibangkitkan  terhadap kecepatan dapat dilihat di gambar 11. Cakram dengan  isolasi  kasar  mempunyai  nilai  lebih tinggi dibanding cakram dengan isolasi polos dan tanpa isolasi. Saat kecepatan 70 km/jam tegangan  menggunakan  isolasi  kasar  adalah 12,8 V, sedangkan yang menggunakan isolasi polos dan tanpa isolasi adalah 10,8 V dan 12 V.  pada  pengujian  sebelumnya  hanya  1,1  V dan 0,8 V.

## Gambar 11 Tegangan vs kecepatan
Arus  yang  dihasilkan  dari  tiga  pengujian dapat dilihat di gambar 12. Seperti tegangan, arus yang  dihasilkan  dari  cakram  isolasi  kasr mempunyai  nilai  lebih  besar  dari  cakram  isolasi polos dan tanpa isolasi. Ini sesuai dengan hukum
Ohm,  bahwa  arus  yang  dihasilan  sebanding dengan  tegangan  yang  dibangkitkan.  Pengujian menggunakan isolasi kasar mempunyai arus 130 mA,  sedangkan  pengujian  dengan  isolasi  polos dan  tanpa  isolasi  adalah    121  mA  dan  105  mA.

## Gambar 12 Arus vs kecepatan
Grafik daya yang dikonsumsi oleh power bank dapat dilihat di Gambar 13. Terlihat bahwa daya  di  pengujian  menggunakan  isolasi  kasar mempunyai  nilai  yang  lebih  tinggi  dibanding menggunakan  isolasi  polos  dan  tanpa  isolasi. Fungsi  pengereman  juga  tampak  lebih  baik menggunakan isolasi kasar karena gaya gesek dan  slipnya  kecil,  sehingga  kerja  dinamo sepeda lebih optimal. Panas yang ditimbulkan jauh  lebih  cepat  berkurang.  Bunyi  yang dihasilkan pada pengujian juga lebih kecil.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 1 3 5 7 9 11 13 15 v (km/jam) t (det) Tanpa Isolasi Isolasi Polos Isolasi Kasar 0 2 4 6 8 10 12 14 0 20 40 60 80 V (Volt) v (km/jam) Tanpa Isolasi Isolasi Polos Isolasi Kasar 0 20 40 60 80 100 120 140 0 20 40 60 80 I (mA) v (km/jam) Tanpa Isolasi Isolasi Polos Isolasi Kasar
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 20 40 60 80 P (mW) v(km/jam) Tanpa Isolasi Isolasi Polos
Isolasi Kasar
Gambar  pengisian  arus  di  power  bank  dapat dillihat  di  gambar  14.  Di  gambar  ini,  terlihat lampu  menyala  di  power  bank,  sebagai  tanda adanya proses arus pengisian
Gambar 14 Pengisian arus di power bank

## Kesimpulan
Dari  data  pemanfaatan  pengereman  generatif mekanik sepeda motor, maka didapat kesimpulan bahwa  untuk  mendapatkan  hasil  yang  terbaik, maka cakram sepeda motor di bagian depan roda sepeda  motor  haruslah  diberi  isolasi  tebal  dan kasar.
Dibanding  menggunakan  isolasi  halus  dan tanpa isolasi, nilai tegangan, arus dan daya pada cakram isolasi kasar mempunyai nilai yang lebih tinggi.  Pada  kecepatan  70  km/jam,  didapatkan nilai tegangan, arus dan daya pada cakram isolasi kasar sebesar 12,8 Volt, 130 mA dan 1664 mWatt.

## Ucapan Terima Kasih
Penelitian ini dibiayai dari dana penelitian Fakultas  Teknik  Universitas  Andalas  dengan nomor kontrak 089-105/ UN.16.09.D/PL/2017.

## Daftar Pustaka
[1]  Melda Latif, Nuri Hayati, Uyung Gatot S.
Dinata, “Energi Listrik  Pada Gas Buang Sepeda Motor”, Jurnal Rekayasa Elektrika
Vol. 11, No. 5, Desember 2015, hal. 163- 168.
[2]  W.  Cui,  H.  Zhang,  Y.  Ma,  and  Y.  Zhang, “Regenerative Braking Control Method and Optimal  Scheme  for  Electric  Motorcycle”, IEEE Transactions on Industry Applications ,
2011.
[3]  J.  Nadeau,  P.  Micheau,  and  M.  Boisvert,
“Ideal  regenerative  braking  torque  in collaboration with hydraulic brake system”, IEEE Transactions on Industry Applications ,
2017.
[4]    E.  Chen,  B.  Bu,  and  W.  Sun,  An  Energy- “Efficient Operation Approach Based on the
Utilization of  Regenerative  Braking  Energy among  Trains”, IEEE  Transactions  on
Industry Applications , 2015.
[5]  M.  Boisvert  and  P.  Micheau,  “Wheel  slip controller  for  the  regenerative  braking  of electric vehicle : experimental results with a three  wheels  recreational  hybrid  vehicle”, IEEE Transactions on Industry Applications ,
2015.
[6]  A. E. Fitzgerald, dkk, Electric Machinery , 6 th edition, Mc Graw Hill, 2003
[7]   Ned Mohan, Power Electronics, Converters and Drives, Minneapolis USA, Mnpere,
2003
[8]  Daniel W. Hart, Power Electronics , Mc Graw Hill, 2010.
[9] Small  Package  PFM  Control,  Step-Up DC/DC  Converter,  CE8301  Series ,  Chi Power Technology.

## Biodata Penulis
Melda  Latif menyelesaikan  pendidikan  Sarjana Teknik  Elektro  di  Universitas  Sumatera  Utara pada tahun 1988. Pada tahun 1999, menyelesaikan Post Graduate diploma di UMIST, Inggris. Gelar Magister Teknik Elektro
diperolehnya  dari  Institut  Teknologi  Bandung pada  tahun  2003.  Melda  Latif,  saat  ini  bekerja sebagai  staff  pengajar  pada  Jurusan  Teknik Elektro, Universitas Andalas. Bidang keahliannya adalah  elektronika  daya,  konversi  energi  dan material elektroteknik.
Anugrah  Valdesio menyelesaikan  pendidikan Sarjana  Teknik  Elektro  di  Universitas  Andalas pada tahun 2017.
Mumuh Muharam menyelesaikan S1 di jurusan Teknik  Fisika  Institut Teknologi  Bandung  1993. Pendidikan  S2  diperoleh  dari  Program  Magister Teknik Elektro Institiut Teknologi Bandung 2000. Bidang  peminatan  yang  ditekuni  adalah  Sistem Kendali