A. Prinsip Dasar Pembangkit Listrik pada Alternator
Bila garis gaya magnet dipotong atau dilewati arus listrik yang bergerak di antara medan magnet, akan timbul gaya gerak listrik pada penghantar dan arus akan mengalir apabila penghantar tersebut merupakan bagian dari sirkuit lengkap. Besarnya arus induksi tergantung pada kekuatan medan magnet, jumlah konduktor pemotong medan magnet dan kecepatan perpotongan.
Kerja sebuah alternator adalah medan magnet berputar (rotor) sedangkan penghantar (stator) diam.
Seperti ditunjukan pada gambar 1, jarum Galvanometer (Ammeter yang dapat mengukur arus yang sangat kecil) akan bergerak karena gaya gerak listrik yang dihasilkan pada saat penghantar digerakkan maju mundur di antara kutub utara dan kutub selatan magnet, maka gaya gerak listrik mengalir dari kanan ke kiri.
Bila satu buah penghantar disambung dari ujung ke ujung, maka akan timbul gaya gerak listrik yang dihasilkan bila sebuah penghantar diputar dalam medan magnet, sebenarnya gaya yang dihasilkan sangat kecil. Bila penghantar terbentuk dalam dua kumparan, jumlah total gaya gerak listrik yang dibangkitkan menjadi lebih besar. Demikian juga tenaga listrik yang dihasilkan, generator membangkitkan tenaga listrik dengan jalan memutar sebuah kumparan di dalam medan magnet. Ada dua macam arus listrik, arus searah dan arus bolak-balik dan tergantung cara menghasilkan listrik generator.
Gambar 2. Prinsip Generator (PT. Toyota Astra Motor Step 2)
Bila penghantar terbentuk dalam dua kumparan, jumlah total gaya gerak listrik yang dibangkitkan menjadi lebih besar. Demikian juga besarnya tenaga listrik yang dihasilkan. Generator membangkitkan tenaga listrik dengan jalan memutar sebuah kumparan di dalam medan magnet. Ada dua macam arus listrik, arus searah dan arus bolak – balik dan tergantung pada cara menghasilkan listrik generator.
Alternator berfungsi untuk merubah energi mekanik yang didapatkan dari mesin menjadi tenaga listrik. Energi mekanik mesin dihubungkan oleh pully yang memutarkan rotor sehingga membangkitkan arus bolak-balik pada stator yang diubah menjadi arus searah oleh dioda sebelum digunakan oleh komponen- komponen kendaraan yang membutuhkan ataupun untuk mengisi baterai kendaraan.
B. Komponen dan Macam Sistem Pengisian
1. Komponen Sistem Pengisian
a. Baterai
Baterai berfungsi sebagai sumber tenaga listrik yang digunakan untuk menggerakkan komponen-komponen kelistrikan pada kendaraan, yang kerjanya yaitu dengan cara merubah energi kimia menjadi energi listrik. Umumnya ada dua macam baterai yang digunakan dalam kendaraan yaitu beterai kering yang tidak dapat diisi kembali dan baterai basah (automotive baterai) yang dapat diisi kembali. Jumlah tenaga listrik yang disimpan dalam baterai dapat digunakan sebagai sumber tenaga listrik dinamakan kapasitas baterai untuk ini digunakan satuan ampere jam (ampere hour = AH).
Fenomena yang terjadi apabila energi kimia diubah menjadi energi listrik disebut discharging (pengosongan), dan sebaliknya apabila energi listrik diubah menjadi energi kimia disebut charging (pengisian). Bila pelat negatif dan pelat positif baterai dihubungkan dengan rangkaian kelistrikan, elektrolit dan bahan aktif dari pelat baterai mulai bereaksi satu sama lain secara kimia dan listrik akan mengalir dalam rangkaian tersebut, pada saat itulah baterai mulai discharging (pengosongan). Pengisian atau charging dapat dilakukan dengan adanya alternator yang dipasang pada suatu kendaraan
Konstruksi baterai:
1. Kotak dan Sel Baterai
Kontak baterai terbuat dari ebonite atau dammar sintesis, berfungsi untuk menampung elektrolit. Sel-sel tersebut digabungkan secara seri, dengan demikian tegangan listrik yang terbentuk sama dengan jumlah tegangan listrik tiap-tiap sel. Setiap sel mampu menghasilkan tegangan 2,1 volt. Jadi bila baterai mempunyai 6 buah sel teganganya menjadi 12,6 volt. Setiap sel pada baterai mempunyai satu lubang untuk mengisi air sulingan (air accu) atau electrolit (accu zuur).
2. Pelat-pelat
Ada dua macam plat yang digunakan pada baterai, yaitu pelat positif dan pelat negatif. Pelat-pelat ini terbuat dari timah hitam atau campuran dari timah hitam dan antimon. Pelat ini diselubungi dengan zat aktif yang berfungsi menyimpan listrik. Penyusunan pelat ini diselang-seling antara pelat positif dan pelat negatif. Pada umumnya plat negatif jumlahnya lebih satu dari pelat positif, sehingga kedua ujungnya merupakan pelat negatif.
3. Separator
Separator ditempatkan antara pelat positif dan pelat negatif yang berfungsi untuk mencegah persiggungan langsung antara dua pelat tersebut. Separator ini terbuat dari ebonit, kayu dan fiber glass. Pada separator ini terdapat lubang- lubang dan alur-alur yang memungkinkan untuk elektrolit mengalir.
4. Elektrolit
Elektrolit merupakan campuran dari air yang disuling (60,8%) dan asam sulfat (39,2%). Pada suhu 200C berat jenis air (elektolit) dalam baterai yang berkapasitas penuh berada pada 1,26 atau 1,28. Perbedaan ini disebabkan karena perbandingan antara air sulingan dengan asam sulfat pada masing-masing tipe berbeda. Elekterolit yang berat jenisnya 1,26 mengandung 65% air sulingan dan 35% asam sulfat, sedangkan elektrolit yang berat jenisnya 1,28 mengandung 63% air sulingan dan 37% asam sulfat. Pelat-pelat yang terendam elektrolit akan menjadi energi listrik karena reaksi kimia antara zat aktif dari pelat-pelat dan elektrolit.
Gambar 3. Komponen Baterai (PT. Toyota Astra Motor Step 1)
b. Alternator
Gambar 4. Konstruksi Alternator dan Bagiannya (PT. Toyota Astra Motor Step 2)
Konstruksi Alternator terdiri dari:
1. Puli (Pully)
Puli berfungsi untuk tali kipas.
Gambar 5. Pully (PT. Toyota Astra Motor Step 2)
2. Kipas (Fan)
Fungsi kipas untuk mendinginkan diode dan kumparan-kumparan pada Alternator.3. Rotor coil
Rotor tersusun dari inti kutub magnet (pole core), Field coil (rotor koil), slip ring dan rotor shaft. Field coil tersebut digulung dengan cara penggulungan yang arahnya sama dengan putarannya, dan masing-masing ujungnya dihubungkan pada slip ring, kedua inti kutub dipasang pada kutub ujung kumparan sebagai penutup field coil. Garis gaya magnet akan timbul pada saat arus mengalir, salah satu kutub menjadi kutub N dan yang lain menjadi kutub S. Slip ring tersebut dibuat dari logam baja putih (stainless stell) dengan permukaan yang berhubungan dengan brush dan dikerjakan sangat halus. Slip ring dipisahkan dari poros rotor (rotor shaft)
Gambar 6. Rotor Coil (PT. Toyota Astra Motor Step 2)
4. Stator coil
Stator terdiri dari inti magnet dan kumparan, bagian depan dan belakang dipasang frame sebagai pelindung. Gulungan terdiri dari kawat tembaga yang dilapisi dengan lapisan tipis yang bersifat isolator. Di bagian dalam terdapat slot- slot yang terdiri dari tiga kumparan yang terdiri dari tiga kumparan yang bebas. Inti magnet bertugas sebagai saluran garis-garis gaya magnet. Gulungan kawat pada stator berjumlah tiga pasang yang dipasangkan secara segi tiga atau bintang, namun yang paling banyak dipakai adalah hubungan bintang, arus listrik yang dihasilkan adalah arus bolak balik tiga phase.
Gambar 7. Stator Coil (PT. Toyota Astra Motor Step 2)
5. Rectifier (silicon diode)
Pada diode holder terdapat tiga buah diode positif dan tiga buah diode negative. Arus yang dibangkitkan oleh alternator dialirkan dari diode holder pada posisi positif sehingga terisolasi dari end frame. Selama proses penyearah, diode menjadi panas sehingga diode holder bekerja meradiasikan panas ini dan mencegah diode menjadi terlalu panas. Pada model yang lama bagian diode positif (+) mempunyai rumah yang lebih besar dari bagian negatif (-). Selain perbedaan tersebut ada lagi perbedaannya yaitu strip merah pada diode positif dan strip hitam pada diode negatif.
6. Frame
Mempunyai dua fungsi yaitu sebagai pendukung rotor dan sebagai pemegang dengan mesin, kedua frame mempunyai beberapa saluran udara untuk meningkatkan kemampuan pendinginan.
Gambar 9. Frame (PT. Toyota Astra Motor Step 2)
c. Regulator
Tegangan listrik yang dihasilkan dari alternator tidak selalu konstan atau sama hasilnya. Karena hasil listrik dari alternator tergantung dari kecepatan putaran motor, makin cepat putaran motornya, makin besar pula listrik yang dihasilkan demikian pula sebaliknya makin rendah putaran motor, maka makin rendah pula listrik yang dihasilkan.
Rotor berfungsi sebagai magnet. Adapun magnet yang dihasilkan adalah magnet listrik, maka dengan menambah atau mengurangi arus listrik yang masuk ke rotor coil akan mempengaruhi daya magnet tersebut sehingga hasil pada stator coil pun akan terpengaruh. Jadi hasil alternator salah satunya sangat dipengaruhi oleh adanya arus listrik yang masuk ke rotor coil.
Fungsi Regulator adalah mengatur besar kecilnya arus yang masuk ke dalam rotor, sehingga arus yang dihasilkan dari stator coil akan tetap konstan atau sama menurut harga yang telah ditentukan walaupun putaran mesin berubah - ubah. Selain daripada itu regulator juga berfungsi untuk mematikan lampu tanda pengisian, lampu tanda pengisian akan secara otomatis mati apabila alternator sudah menghasilkan arus listrik. Regulator terdiri dari titik-titik kontak, kumparan magnet (coil magnet) dan tahanan (resistor).
d. Rangkaian Sistem Pengisian
Sirkuit atau rangkaian dari sistem pengisian yang menggunakan regulator dua titik kontak seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah ini. Kebutuhan tenaga yang menghasilkan medan magnet (magnetic flux) pada rotor Altenator disuplai dari terminal F, arus ini diatur dalam arti ditambah atau dikurangi oleh regulator sesuai dengan tegangan terminal B dan dipakai untuk mensuplai kembali beban-beban yang terjadi pada lampu besar (head light), wiper, radio dan lain-lain dalam penambahan untuk kembali mengisi baterai. Lampu pengisian akan menyala bila alternator tidak mengirimkan jumlah arus listrik yang normal. Hal tersebut terjadi bila tegangan dari terminal N alternator kurang dari jumlah yang ditentukan.
Seperti ditunjukan pada gambar, apabila sekering terminal IG putus, arus listrik tidak akan mengalir ke rotor dan akibatnya alternator tidak dapat membangkitkan arus listrik. Walaupun sekering charge (CHG) putus alternator akan tetap berfungsi. Hal tersebut dapat dibuktikan dengan bantuan sirkuit pengisian.
Gambar diatas adalah rangkaian pemasangan pada kendaraan (mobil). Terminal negatif pada baterai dihubungkan dengan masa (body) dan terminal positif baterai dihubungkan dengan terminal B pada altenator, temimal B pada regulator dan kunci kontak. Terminal N, F, E pada alternator di hubungkan dengan terminal N, F, E pada regulator. Terminal IG pada regulator dihubungkan ke kunci kontak dengan melalui fuse. Terminal L regulator di hubumgkan dengan lampu kemudian ke kunci kontak melalui fuse.
2. Macam Sistem Pengisian
Macam Sistem Pengisian pada mobil ada 2 tipe yaitu :
a. Sistem Pengisian tipe Konvensional
b. Sistem Pengisian tipe IC
Tetapi yanmg dibahas hanya sistem pengisian tipe konvensional
C. Cara Kerja Sistem Pengisian Konvensional pada Toyota Kijang 5K
1. Kunci Kontak ON, Mesin Mati.Bila kunci kontak dihidupkan (ON), maka arus field dari baterai akan mengalir ke rotor dan membangkitkan rotor coil. Pada saat itu juga arus dari baterai akan mengalir ke lampu indikator dan lampu menyala. Secara keseluruhan mengalirnya arus listrik sebagai berikut:
1). Arus yang ke field coil.
Terminal (+) baterai → fusible link → kunci kontak → (IG switch) → fuse terminal IG regulator → point PL 1 → point PL o → terminal F regulator → terminal F alternator → brush → slip ring → rotor coil → slip ring → brush → terminal E alternator → massa body.
Akibatnya rotor terbangkitkan dan timbul kemagnetan yang selanjutnya arus tersebut disebut arus medan (field current).
2). Arus ke lampu indikator
Terminal (+) baterai → fusible link → kunci kontak IG (IG switch) → fuse → lampu CHG → terminal L regulator → titik kontak Po→ titik kontak P1 → terminal E regulator → massa body.
Akibatnya lampu indikator (lampu CHG) menyala.
2. Mesin Dari Kecepatan Rendah ke Kecepatan Sedang.
Sesudah mesin hidup dan rotor pada alternator berputar, tegangan / voltage dibangkitkan dalam stator coil, dan tegangan netral dipergunakan untuk voltage relay, karena itu lampu charge jadi mati. Pada waktu yang sama tegangan yang di keluarkan beraksi pada voltage regulator. Arus medan (field current) yang ke rotor dikontrol dan disesuaikan dengan tegangan yang dikeluarkan terminal B yang beraksi pada Voltage regulator. Demikianlah salah satu arus medan akan lewat menembus atau tidak menembus resistor R, tergantung pada keadaan titik kontak PO.
Bila gerakan PO dari voltage relay, membuat hubungan dengan titik kontak P2, maka pada sirkuit sesudah dan sebelum lampu pengisian (charge) tegangannya sama sehingga arus tidak akan mengalir ke lampu dan akhirnya lampu mati. Untuk jelasnya aliran arus pada masing-masing peristiwa sebagai berikut:
a. Tegangan neutral
Terminal N alternator → terminal N regulator → magnet coil dari voltage relay → terminal E regulator → massa body.
Akibatnya pada magnet coil dari voltage relay akan terjadi kemagnetan dan dapat menarik titik kontak Po dan P1 dan selanjutnya Po akan bersatu dengan P2 dengan demikian lampu pengisian (charge) jadi mati.
b. Tegangan yang keluar (output voltage)
Terminal B alternator → terminal B regulator → titik kontak P2 → titik kontak Po → magnet coil dari voltage regulator → terminal E regulator → massa body.
Akibatnya pada coil voltage regulator timbul kemagnetan yang dapat mempengaruhi posisi dari titik kontak (point) PLo akan tertarik pada PL1 sehingga pada kecepatan sedang PLo akan mengambang (seperti pada gambar rangkaian).
c. Arus yang ke field (field current)
Terminal B alternator → IG switch → fuse → terminal IG regulator → point PL1 → point PL2 → resistor R → terminal F regulator → terminal F alternator → rotor coil → terminal E alternator → massa body.
Dalam hal ini jumlah arus / tegangan yang masuk ke rotor coil biasanya melalui dua saluran.
- Bila kemagnetan di voltage regulator besar dan mampu menarik PLo dari PL1 maka arus yang mengalir ke rotor coil akan melalui resistor R. Akibatnya arus akan kecil dan kemagnetan yang ditimbulkan rotor coil pun kecil (berkurang).
- Sedangkan jika pada saat voltage regulator lemah dan PLo tidak tertarik pada PL1 maka arus yang ke rotor coil akan tetap melalui poin PL1 ke PLo. Akibatnya arus tidak melalui resistor dan arus yang masuk ke rotor coil akan normal kembali.
d. Output current
Terminal B alternator → baterai dan beban → massa body
3. Mesin dari Kecepatan Sedang ke Kecepatan Tinggi
Bila putaran mesin bertambah, voltage yang dihasilkan oleh kumparan stator menjadi naik, dan gaya tarik dari kemagnetan kumparan voltage regulator menjadi lebih kuat.
Dengan gaya tarik yang lebih kuat, field current yang ke rotor akan mengalir terputus-putus (intermittently), akan tetapi selama mesin berputar tinggi arus dapat mengalir ke rotor coil. Dengan kata lain, gerakan titik kontak PLo dari voltage regulator kadang-kadang membuat hubungan dengan titik kontak PL2.
Bila gerakan titik kontak PLo pada regulator berhubungan dengan titik kontak PL2, field coil akan dibatasi. Bagaimana pun juga, point Po dari voltage relay tidak akan terpisah dari point P2, sebab tegangan neutral terpelihara dalam sisa flux dari rotor. Aliran arusnya adalah sebagai berikut:
a. Voltage Neutral (tegangan netral)
Terminal N alternator → terminal N regulator → magnet coil dari voltage relay → terminal E regulator → massa body.
Arus ini sering disebut juga neutral voltage
b. Output voltage
 |
c. Tidak ada arus ke Field Current
Terminal B alternator → IG (switch) → fuse → terminal IG regulator → resistor R → terminal F regulator → terminal F alternator → rotor coil → point PLo → ground (no. F.C) → terminal E alternator → massa (F current).
Bila arus resistor R → mengalir terminal F regulator → rotor coil → massa, akibatnya arus yang ke rotor ada, tetapi jika PLo menempel PL 2 → maka arus mengalir ke massa sehingga yang ke rotor coil tidak ada.
d. Output Current
Terminal B alternator baterai / load masa.
Untuk lebih jelasnya, silahkan simak video pembelajaran berikut ini.
Setelah selesai mempelajari materi tersebut, untuk mengukur kemampuan, silahkan kerjakan soal evaluasi berikut.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar