a. Pengertian Sistem Pengisian
Hampir semua sistem kelistrikan pada kendaraan menggunakan arus listrik
DC. Sebagai sumbernya digunakan baterai yang jika digunakan secara terus
menerus, maka arus yang tersimpan dalam baterai akan habis. Untuk mengganti
arus baterai yang digunakan oleh sistem kelistrikan diperlukan sistem pengisian
(charging system).
Sistem pengisian atau charging system akan memproduksi listrik untuk mengisi kembali baterai dan menyuplai kelistrikan ke komponen yang memerlukannya pada waktu mesin dihidupkan.
1) Prinsip Pembangkitan Kelistrikan
a) Induksi elektromagnet
Bila sebuah konduktor digerakkan melintasi bidang magnet, maka di dalam konduktor tersebut terdapat electromotive force (emf) atau gaya gerak listrik. Bila konduktor membentuk bagian sirkuit yang sangat dekat maka gaya gerak listrik yang dihasilkan akan mengalirkan arus mengelilingi sirkuit. Disini gaya gerak listrik di biaskan “induced” ke dalam konduktor sebagai hasil dari gerakan melintasi bidang magnet. Efek dari reaksi tersebut dikenal sebagai induksi elektromagnet.
Tiga hal yang diperlukan untuk induksi elektromagnet, yaitu:
(1) Jumlah garis magnet yang memotong coil.
(2) Gerakan relatif antara medan magnet dan konduktor.
(3) Kecepatan konduktor bergerak melalui medan magnet
Gambar 2.2. Induksi Elektomagnet
(Toyota Astra Motor, 1994: 2)
b) Arah gaya gerak listrik
Arah gaya gerak listrik yang dibangkitkan di dalam penghantar diantara medan magnet bervariasi mengikuti arah perubahan garis gaya magnet dan gerakan penghantar. Arah garis gaya magnet dapat dipahami dengan menggunakan hukum tangan kanan Fleming (Fleming’s Right-hand Rule).
(Toyota Astra Motor, 1994: 3)
Dengan ibu jari, telunjuk dan jari tengah kanan dibuka dengan sudut yang tepat satu sama lain, maka telunjuk akan menunjukkan garis gaya magnet, ibu jari menunjukkan arah gerakan penghantar dan jari tengah menunjukkan arah gaya gerak listrik.
c) Besar Gaya Listrik
Gambar 2.4. Perpotongan Medan Magnet
Besarnya gerak listrik yang dibangkitkan pada saat penghantar memotong (melewati) garis gaya magnet diantara medan magnet sebanding dengan banyaknya garis gaya magnet yang dipotong pada suatu satuan waktu.
Bila penghantar digerakkan dengan jalan melingkar dalam medan magnet, maka akan berubah secara konstan. Pada gambar dibawah ini, penghantar digerakkan dalam lingkaran dengan kecepatan tetap dari titik A ke L antara kutub magnet utara dan selatan. Dalam hal ini jumlah garis gaya magnet terbesar dipotong antara titik D dengan E dan antara titik J dengan K, tetapi tidak ada garis gaya yang dipotong antara A dengan B atau G dengan H.
Jadi gaya gerak listrik yang dibangkitkan pada saat penghantar digerakkan dalam lingkaran dinyatakan dalam sebuah grafik, dapat dilihat bahwa keberadaan gaya ini secara tetap mengalami perubahan. Arah arus yang dibangkitkan oleh gaya gerak listrik ini akan berubah setiap setengah putaran penghantar.
Gambar 2.5. Output arus yang dihasilkan konduktor
(Toyota Astra Motor 1994: 4)
2) Generator
Generator adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Energi mekanis diubah menjadi energi listrik. Reaksi tersebut merupakan satu contoh sederhana dari generator.
Untuk meningkatkan daya generator, bisa dibuat medan magnet yang lebih kuat, yaitu dengan cara mengganti magnet tetap dengan magnet buatan atau elektromagnet. Kumparan yang ditempatkan berlawanan dari kutub-kutub dan dipercepat ke steel frame atau generator case. Revolving coil atau armatur, digantungkan di dalam case resting pada bearing yang sesuai. Single coil diganti dengan lilitan kawat coil ke armatur. Putaran armatur dihubungkan ke bagian luar sirkuit. Kontruksi generator brushes sangat sederhana dan terbuat dari karbon lunak.
Perbedaan utama antara Generator AC dan DC adalah pada pemakaian slip ring di dalam generator AC dan pemakaian commutator (split ring) di dalam generator DC. Kedua slip ring dan split ring gunanya adalah memberikan koneksi arus listrik dari armatur ke sirkuit beban generator. Dua slip ring digunakan pada generator AC. Slip ring tersebut berfungsi menyediakan suatu alat mekanis untuk tetap menjaga koneksi antara sirkuit armatur dan sirkuit bagian luar. Dalam generator AC, slip ring secara tetap melakukan kontak dengan brushes.
b. Komponen dan Fungsinya pada Sistem Pengisian
Komponen utama pada sistem pengisian terdiri dari beberapa bagian, yaitu: baterai, altenator dan regulator.
1) Baterai
Gambar 2.6. Baterai
Baterai adalah alat elektrokimia yang dibuat untuk menyuplai arus listrik ke sistem starter, sistem pengapian, assesoris kendaraan, sistem kelistrikan bodi dan peralatan lainnya. Alat ini menyimpan arus listrik dalam bentuk energi kimia yang dikeluarkan bila diperlukan dan menyuplainya ke masing-masing sistem kelistrikan atau alat yang memerlukannya.
Dalam baterai terdapat plat positif dan plat negatif sebagai terminal baterai. Plat-plat tersebut biasanya terbuat dari timbal dan timah, maka baterai ini disebut baterai timah. Ruang dalamnya dibagi menjadi beberapa sel dan dalam masing masing sel terdapat beberapa elemen yang terendam didalam larutan elektrolit. Baterai menyediakan arus listrik tegangan rendah 12 volt. Kutub negatif baterai dihubungkan dengan masa, sedangkan kutub positif baterai dengan kunci kontak dan altenator.
2) Alternator
Alternator berfungsi untuk mengubah energi mekanis yang didapatkan dari mesin menjadi tenaga listrik. Alternator menyuplai kebutuhan listrik pada kendaraan sewaktu mesin hidup. Tetapi apabila jumlah pemakaian listrik lebih besar daripada yang dihasilkan alternator, maka baterai ikut memikul beban kelistrikan tersebut. Altenator berfungsi untuk menghasilkan arus listrik untuk mengisi baterai.
Gambar 2.7. Alternator
(Toyota Astra Motor, 1994: 17)
Gambar 2.8. Komponen Alternator
(Toyota Astra Motor, 1994: 15)
(a) Puli (pulley), fungsinya sebagai tempat tali kipas yang menggerakkan rotor yang berasal dari sumber tenaga atau crankshaft.
Gambar 2.9. Puli
(b) Kipas (fan), fungsinya mendinginkan dioda dan kumparan pada alternator selama bekerja.
(c) Rotor, terdapat plat-plat yang fungsinya sebagai kutub-kutub magnet dan slip ring menyalurkan listrik kekumparan rotor, berputarnya rotor ditumpu oleh bantalan (bearing) yang menjadikan simbang.
Gambar 2.10. Rotor dan Simbol Kumparan
(Toyota Astra Motor, 1994: 16)
(d) Stator, merupakan bagian yang diam dalam alternator, arus listrik keluar dari kumparan ini apabila rotor berputar.
Gambar 2.11. Simbol Stator Coil dan Stator Coil
(Toyota Astra Motor, 1994 16)
Pada stator terdapat tiga (3) kumparan yang berjarak masing-masing 120o. Pada saat rotor berputar pada masing-masing kumparan akan timbul arus bolak balik ini berarti alternator membangkitkan arus bolak-balik 3 phase.
Arus tertinggi pada saat kutub N dan S mencapai jarak terdekat dengan kumparan setiap setengah putaran arus akan mengalir dengan arah berlawanan, dan arus yang mengalir dengan cara ini disebut arus bolak-balik satu phase, banyaknya perubahan yang terjadi setiap detik disebut dengan frekuensi.
Gambar. 2.12. Rangkaian Arus Bolak Balik 1 Phase dan 3 Phase
(Toyota Astra Motor: 9)
(e) Dioda (Rectifier), berfungsi untuk merubah arus bolak – balik (AC) menjadi arus searah (DC). Rectifier terdir dari dioda-dioda. Dalam altenator terdapat tiga buah dioda positif, tiga buah dioda negatif dan dioda holder. Dioda ini berfungsi untuk menyearahkan arus AC yang dibangkitkan oleh stator menjadi arus searah (DC). Dioda holder berfungsi untuk meradiasikan panas dan mencegah dioda panas.
Gambar 2.13. Dioda
(Toyota Astra Motor, 1994: 16)
Gambar 2.14. Lambang Dioda
(Toyota Astra Motor, 1994: 10)
(f) Sikat (Brush), fungsinya untuk menyalurkan arus listrik yang menuju kumparan rotor melalui slip ring. Sikat-sikat arang / carbon brush berhubungan dengan cincin-cincin gesek yang dipasangkan pada rumah bagian belakang, atau menyatu dengan regulator tegangan di dalam alternator yang dipasangkan pada plat dudukan dioda.
Gambar 2.15. Sikat dan Lambang Sikat
3) IC Regulator
Dalam sistem pengisian dikenal dua jenis regulator yaitu regulator tipe titik (point type) dan regulator tipe IC. Namun pada dasarnya mempunyai fungsi dasar yang sama yaitu untuk mengatur tegangan yang dihasilkan oleh altenator agar tidak terjadi over charge. Yang membedakan adalah cara pengaturannya, IC regulator pemutusannya menggunakan IC, sedangkan regulator tipe poin pengaturannya menggunakan relay.
IC regulator sangat kompak dan ringan dan mempunyai kemampuan yang tinggi karena tidak mempunyai titik kontak mekanik. Dibandingkan dengan tipe titik kontak (point type), ini mempunyai kelebihan sebagai berikut :
a. Rentang tegangan outputnya lebih sempit dan variasi tegangan outputnya dalam waktu singkat.
b. Tahan terhadap getaran dan dapat digunakan dalam waktu lama karena tidak banyak bagian-bagian yang bergerak.
c. Karena tegangan outputnya rendah suhunya naik, pengisisan baterai dapat dilakukan dengan baik.
Sedangkan kerugiannya adalah mudah terpengaruh oleh tegangan dan suhu yang tidak wajar. IC adalah sirkuit yang dikecilkan yang terdiri dari bagian-bagian listrik dan elektronik kecil seperti transistor, dioda, dioda zener, resistor kapasitor dan lain-lain yang dipasang atau dibuat pada substrate (bahan dasar semacam circuit board atau silicon chip).
Gambar 2.16. IC Regulator
(Toyota Astra Motor, 1994: 18)
Komponen IC regulator dan fungsinya, yaitu:
a) Transistor
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya atau tegangan inputnya, memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.
Gambar 2.17. Transistor
(Toyota Astra Motor, 1994: 9)
Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.
Arus akan mengalir dari kolektor menuju Emitor apabila kaki basis diberikan arus atau tegangan. Sedikit saja arus atau tegangan kita berikan ke kaki basis, maka arus yang besar akan mengalir dari Kolektor ke Emitor. Perbandingan arus colektor yang mengalir ke Emitor dan arus basis yang diberikan dinamakan penguatan atau Gain. Variasi arus basis yang diberikan juga akan mengakibatkan variasi besarnya arus yang mengalir di kolektor ke Emitor.
b) Dioda
Dioda adalah komponen aktif bersaluran dua (dioda termionik mungkin memiliki saluran ketiga sebagai pemanas). Dioda mempunyai dua elektrode aktif dimana isyarat listrik dapat mengalir, dan kebanyakan dioda digunakan karena karakteristik satu arah yang dimilikinya. Dioda varikap (variable kapasitor/kondensator variabel) digunakan sebagai kondensator terkendali tegangan.
Gambar 2.18. Gambar Dioda dan Simbol Dioda
(Toyota Astra Motor, 1994: 8)
Sifat kesearahan yang dimiliki sebagian besar jenis dioda seringkali disebut karakteristik menyearahkan. Fungsi paling umum dari dioda adalah untuk memperbolehkan arus listrik mengalir dalam suatu arah (disebut kondisi panjar maju) dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya (disebut kondisi panjar mundur). Karenanya, dioda dapat dianggap sebagai versi elektronik dari katup pada transmisi cairan.
c) Dioda Zener
Dioda Zener adalah dioda yang memiliki karakteristik menyalurkan arus listrik mengalir ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui batas "tegangan tembus" (breakdown voltage) atau "tegangan Zener". Ini berlainan dari dioda biasa yang hanya menyalurkan arus listrik ke satu arah.
Gambar 2.19. Gambar Dioda Zener dan Simbol Dioda Zener
Dioda yang biasa tidak akan mengalirkan arus listrik untuk mengalir secara berlawanan jika dicatu-balik (reverse-biased) di bawah tegangan rusaknya. Jika melampaui batas tegangan operasional, dioda biasa akan menjadi rusak karena kelebihan arus listrik yang menyebabkan panas. Namun proses ini adalah reversibel jika dilakukan dalam batas kemampuan. Dalam kasus pencatuan-maju (sesuai dengan arah gambar panah), dioda ini akan memberikan tegangan jatuh (drop voltage) sekitar 0.6 Volt yang biasa untuk dioda silikon. Tegangan jatuh ini tergantung dari jenis dioda yang dipakai.
d) Resistor
Resistor adalah komponen elektronik dua kutub yang didesain untuk menahan arus listrik dengan memproduksi tegangan listrik di antara kedua kutubnya, nilai tegangan terhadap resistansi berbanding dengan arus yang mengalir. Resistor digunakan sebagai bagian dari jejaring elektronik dan sirkuit elektronik, dan merupakan salah satu komponen yang paling sering digunakan. Resistor dapat dibuat dari bermacam-macam komponen dan film, bahkan kawat resistansi (kawat yang dibuat dari paduan resistivitas tinggi seperti nikel-kromium).
|
|
Gambar 2.20. Gambar Resistor dan Simbol Resistor
Gambar 2.21. Gambar Skema Kode Warna Resistor (http://id.wikipedia.org/wiki/Resistor)
Prinsip Kerja IC Regulator
Saat tegangan output diterminal B rendah, tegangan baterai mengalir ke base Tr1 melalui resistor R1 dan Tr1 ON, pada saat itu arus field ke rotor coil mengalir dari B rotor coil F Tr1 E (massa).
Gambar 2.23. Prinsip Kerja IC Regulator 1
(Toyota Astra Motor, 19994: 24)
Saat tegangan output pada terminal B tinggi (14,8 Volt), tegangan ini mencapai tegangan zener, maka zener dioda akan menjadi penghantar, akibatnya Tr2 ON sedangkan Tr1 OFF ini akan menghambat field dan mengatur tegangan output.
Gambar 2.23. Prinsip Kerja IC Regulator 1
(Toyota Astra Motor, 19994: 24)
c. Cara Kerja Sistem Pengisian
Berikut adalah cara kerja dari sistem pengisian dengan IC regulator. Supaya lebih mudah memahami cara kerja sistem pengisian IC regulator, silahkan simak video pembelajaran berikut ini:
Penjelasan:
1) Cara kerja Saat kunci kontak “ON” mesin mati
Gambar 2.24. Pengisian saat Kunci Kontak “ON” Mesin Mati
Bila kunci kontak ON maka tegangan baterai mengalir ke terminal IG regulator. Tegangan ini dideteksi oleh MIC dan Tr1 menjadi ON. Ini menyebabkan arus mengalir ke rotor coil melalui baterai dan terminal B, sehingga rotor coil timbul kemagnetan. Pada saat itu MIC mempertahankan arus ke rotor coil pada harga yang kecil, yaitu sebesar 0,2 A dengan mengendalikan Tr1 dengan cara terputus-putus atau ON dan OFF secara terus menerus untuk mengurangi pengeluaran arus baterai atau untuk penghematan pada saat kunci kontak ON seperti ini, karena mesin mati maka rotor tidak berputar sehingga tidak terjadi pembangkitan arus listrik dan tegangan pada terminal P adalah nol. Kondisi ini dideteksi oleh MIC dan mengakibatkan Tr2 OFF dan TR3 ON maka listrik akan mengalir dari bateri kontak, lampu, Tr3 dan massa, sehingga lampu CHG menyala..
2) Cara Kerja saat Putaran Stasioiner
Gambar 2.25. Pengisian saat Mesin Putaran Stasioner
Pada saat mesin hidup maka rotor berputar, sehingga alternator membangkitkan arus listrik, maka tegangan pada terminal P naik dan dideteksi oleh MIC sehingga MIC merubah Tr1 dari posisi ON-OFF putus-putus menjadi terus ON. Ini menyebabkan arus dari baterai ke rotor coil menjadi besar, kemagnetan menjadi besar, sehingga arus yang dibangkitkan menjadi tinggi. Adanya tegangan pada P menyebabkan MIC membuat Tr3 OFF dan Tr2 ON. Karena Tr2 ON maka lampu menjadi mati karena tidak ada beda potensial antara kedua terminal lampu.
3) Cara Kerja saat Putaran Tinggi
Gambar 2.26. Pengisian saat Mesin Putaran Tinggi
Saat putaran mesin semakin tinggi maka output alternator menjadi semakin tinggi, hal ini dapat merusak sistem kelistrikan pada kendaraan, untuk mengatasi itu maka kemagnetan harus dikurangi agar tegangan keluaran alternator berkurang. Bila tegangan terminal B naik maka tegangan pada terminal S juga naik dan mencapai harga standar, kondisi ini dideteksi oleh MIC dan menyebabkan Tr1 OFF, maka tidak ada arus pada rotor coil, tegangan output alternatorpun menurun. Saat tegangan output alternator turun maka tegangan terminal S juga turun, kondisi ini dideteksi oleh MIC dan Tr1 kembali ON. Demikian seterusnya sehingga tegangan output dipertahankan pada tegangan tertentu yaitu sebesar 13,3 -16,3 Volt.
e. Mendiagnosis Kerusakan dan Cara Perbaikan Sistem Pengisian IC Regulator
Akhirnya, kita telah sampai pada tahap akhir pembelajaran "Mendiagnosis Kerusakan Sistem Pengisian IC Regulator". Untuk mengukur pehamanan kalian, silahkan kerjakan soal evaluasi pada link berikut:
Selamat Belajar
Terima Kasih
Tidak ada komentar:
Posting Komentar