BAB 2 - Cronyos

Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
BAB
2 DASAR-DASAR KELISTRIKAN
2.1. Pendahuluan
Mempelajari listrik dan elektronika akan selalu berkaitan dengan energi yang
yang diakibatkan oleh aliran arus (dalam teori lain juga disebut aliran elektron) pada
berbagai penghantar dan komponen-komponen yang membentuk suatu rangkaian.
Istilah listrik merupakan nama yang diberikan terhadap bidang kajian yang berkaitan
dengan sistem rangkaian di mana elektron mengalir terutama melalui konduktor atau
penghantar dengan berbagai macam kawat atau kabel. Istilah elektronika digunakan
untuk hal-hal yang berkaitan dengan sistem-sistem rangkaian di mana tabung-tabung
elektron atau komponen semi konduktor seperti dioda dan transistor mengatur aliran
elektron.
Energi yang merupakan kemampuan untuk melakukan kerja, terbagi dalam
dua bentuk yaitu energi potensial dan energi kinetik. Energi potensial didefinisikan
sebagai energi yang tersimpan atau energi yang tidak aktif, misalnya energi yang ada
pada terminal-terminal baterai. Energi ini (dalam bentuk tegangan) dapat melakukan
kerja yang menyebabkan arus dapat mengalir jika suatu rangkaian dihubungkan ke
terminal-terminal baterai tersebut. Aliran arus ini dapat menghasilkan kerja sehingga
misalnya lampu menyala atau bel listrik berbunyi. Energi gerak (aliran arus) disebut
dengan energi kinetik.
Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan
atau dimusnahkan. Namun, energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya.
Energi listrik misalnya, dalam bentuk aliran arus dapat diubah menjadi energi panas,
cahaya, energi kimia, atau energi magnetik. Rangkaian listrik merupakan suatu sistem
yang terdiri dari penghantar dan komponen-komponen yang digunakan untuk
keperluan mengubah energi listrik menjadi bentuk energi lain yang berbeda.
Rangkaian listrik secara umum terdiri dari beberapa bagian penting, yaitu sumber
energi (misalnya baterai), penghantar atau kabel untuk mengalirnya arus, komponen
pengontrol (misalnya saklar), dan beban. Beban merupakan alat tempat terjadinya
perubahan (konversi) energi.
2.2. Teori Dasar Listrik
Gambar 2.1. Struktur atom
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
21
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
Semua benda padat, cair atau gas yang mempunyai massa dan menempati
ruang pada dasarnya tersusun dari molekul atau atom yang tergabung menjadi satu.
Atom merupakan bagian terkecil dari suatu benda yang memiliki properties yang sama
dari benda yang dibentuk olehnya. Inti dari sebuah atom disebut dengan nukleus yang
terbentuk dari gabungan antara proton dan neutron dan dikelelingi oleh partikel lain
yang disebut elektron. Setiap partikel atom mempunyai muatan listrik. Proton
bermuatan positif, elektron bermuatan negatif, dan neutron tidak bermuatan atau
netral.
Suatu atom berada dalam keadaan setimbang apabila banyaknya elektron
sama dengan proton. Proton yang bermuatan positif mempertahankan elektron berada
dalam orbitnya. Gaya sentrifugal mencegah elektron yang berada pada orbitnya untuk
bergerak ke dalam. Neutron mempertahankan keadaan proton dengan mencegah
atau menetralkan gaya tolak menolak proton untuk mempertahankan inti atom.
Hidrogen mempunyai atom yang paling sederhana dengan satu buah proton di dalam
nukleus dan satu buah elektron yang mengitarinya. Bentuk atom tembaga lebih
kompleks karena terdiri dari 29 elektron pada empat orbit yang berbeda yang berputar
mengitari sebuah nukleus yang di dalamnya terdiri dari 29 proton dan 29 neutron.
Gambar 2.2. Struktur atom hidrogen dan tembaga
Sebuah atom yang mempunyai kelebihan elektron disebut dengan ion negatif
sedangkan atom yang kekurangan elektron disebut dengan ion positif. Ion-ion positif
akan menarik elektron-elektron yang ada pada atom yang berdekatan dengannya agar
menjadi seimbang. Perpindahan elektron-elektron dari atom lain akibat adanya gaya
tarik dari ion-ion positif suatu atom yang lain menyebabkan terjadinya aliran elektron.
Gambar 2.3. Ion positif dan ion negatif
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
22
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
Kemampuan mengalirkan arus listrik dari suatu atom tergantung dari jumlah
elektron pada orbit bagian luar dari atom tersebut. Elektron yang berada pada orbit
yang berdekatan dengan inti atom mempunyai gaya tarik yang kuat terhadap proton
sehingga posisinya tetap atau terikat dan ini disebut elektron terikat (bound electrons).
Elektron yang terletak pada orbit yang paling luar atau jauh dari inti atom mempunyai
gaya tarik yang lemah terhadap proton sehingga mudah berpindah-pindah dan ini
disebut elektron bebas (free elektron). Elektron dapat berpindah akibat adanya gaya
atau paksaan dari luar misalnya aksi kimia, tekanan, cahaya, gesekan, panas, dan
pengaruh magnetik. Elektron yang berpindah akibat pengaruh gaya tersebut
berpindah dari satu atom ke atom lainnya. Aliran elektron bebas ini menghasilkan
suatu arus listrik.
Gambar 2.4. Aliran elektron
Jumlah elektron bebas pada orbit paling luar dari suatu atom akan
mempengaruhi sifat-sifat listrik dari suatu bahan. Sifat listrik dari suatu bahan dapat
dibagi menjadi tiga macam yaitu 1) sifat bahan yang dapat menghantarkan arus listrik
atau konduktor, 2) sifat bahan yang dapat menghantarkan dan tidak dapat
menghantarkan atau semikonduktor, dan 3) sifat bahan yang tidak dapat
menghantarkan arus listrik atau isolator.
Gambar 2.5. Atom bahan konduktor, semikonduktor, dan isolator
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
23
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
Bahan yang termasuk konduktor adalah bahan yang mempunyai satu sampai
tiga elektron pada orbit terluar dari atomnya dan mempunyai sifat sebagai penghantar
listrik yang baik, misalnya tembaga, besi, aluminium, dan logam-logam lain pada
umumnya. Bahan yang termasuk semikonduktor adalah bahan yang mempunyai
empat elektron pada orbit terluar dari atomnya dan mempunyai sifat sebagai
penghantar listrik yang baik pada kondisi tertentu dan sebagai isolator yang baik juga
pada kondisi lainnya, misalnya karbon, germanium, dan silikon. Bahan yang termasuk
dalam isolator adalah bahan yang mempunyai lima sampai delapan elektron pada
orbit terluar dari atomnya dan mempunyai sifat sebagai penghantar listrik yang tidak
baik. Elektron tertahan sangat kuat dan elektron sangat sulit untuk mengalir. Bahan
yang termasuk isolator misalnya kaca, plastik, karet, kayu, dll.
Listrik terbagi menjadi dua macam, yaitu listrik statis dan listrik dinamis. Pada
listrik statis, tidak terjadi aliran elektron. Apabila dua buah bahan bukan penghantar
listrik misalnya sebatang kaca dan kain sutera saling digesekan satu sama lain,
beberapa elektron dibebaskan sehingga kedua bahan tersebut menjadi bermuatan
listrik. Salah satu bahan tersebut menjadi kekurangan elektron atau bermuatan positif,
dan bahan yang lainnya menjadi kelebihan elektron atau bermuatan negatif. Muatanmuatan ini akan tetap berada pada permukaan kedua bahan tersebut dan tidak
bergerak kecuali kedua bahan tersebut disentuhkan. Listrik dinamis (listrik yang dapat
mengalir) terdiri dari dua macam, yaitu listrik arus searah (DC = direct current) dan
listrik arus bolak-balik (AC = alternating current). Aliran listrik terjadi pada saat
elektron-elektron lepas dari atom-atomnya dan mengalir melalui suatu penghantar
atau konduktor. Karena listrik ini dapat mengalir, maka listrik ini disebut dengan listrik
dinamis.
Gambar 2.6. Listrik statis
Jika elektron bebas mengalir dalam satu arah, maka listrik itu disebut listrik
arus searah (DC), dan jika elektron bebas mengalir berubah arah dari positif ke negatif
dan sebaliknya secara berulang-ulang maka listrik ini disebut listrik arus bolak-balik
(AC). Contoh untuk listrik arus searah adalah listrik yang dihasilkan oleh baterai (accu)
pada kendaraan, dan batu baterai. Arus yang dihasilkan adalah arus searah (DC),
sedangkan contoh arus bolak-balik adalah arus listrik yang dihasilkan oleh alternator
pada sistem pengisian baterai (charging system) pada kendaraan, dan arus listrik PLN
yang ada di rumah-rumah.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
24
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
Gambar 2.7. Listrik arus searah dan arus bolak-balik
Teori aliran arus listrik yang digunakan dalam rangkaian listrik ada dua, yaitu
teori konvensional dan teori elektron. Teori konvensional yang umumnya digunakan
pada sistem-sistem otomotif menyatakan bahwan arus listrik mengalir dari positif ke
negatif atau dari daerah yang kelebihan proton atau daerah yang berpotensial tinggi
(+) ke daerah yang berpotensial rendah (-). Teori elektron yang umumnya digunakan
pada bidang elektronika menyatakan bahwa arus mengalir dari negatif ke positif atau
kelebihan elektron menyebabkan suatu daerah yang berpotensial negatif (-) mengalir
ke daerah yang kekurangan elektron (daerah +) untuk menyeimbangkan muatan.
Untuk tidak membingungkan, pembahasan rangkaian kelistrikan dalam buku ini
menggunakan teori konvensional.
Gambar 2.8. Teori aliran arus
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
25
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
2.3. Efek-efek yang Ditimbulkan oleh Listrik
Listrik merupakan suatu bentuk energi dan sering disebut dengan energi listrik.
Energi listrik merupakan bentuk energi yang tidak dapat dilihat, tidak dapat didengar,
tidak dapat disentuh, dan tidak dapat dicium dengan indra penciuman manusia.
Meskipun begitu, adanya energi listrik dapat dilihat atau dirasakan dari efek-efek yang
ditimbulkannya. Misalnya lampu yang tadinya padam menjadi terang setelah saklar
diaktifkan, setrika listrik yang menjadi panas setelah dihubungkan dengan sumber
listrik, bel listrik yang menghasilkan suara setelah tombol bel ditekan, adanya asap
dan bau bahan terbakar yang keluar dari kabel listrik yang terbakar akibat adanya
hubungan singkat, loncatan bunga api di antara elektroda busi, suara yang keras
seperti bunyi petir, sengatan dan efek-efek lain yang dapat ditimbulkannya.
Gambar 2.9. Efek-efek yang diakibatkan oleh listrik
Beberapa contoh alat-alat listrik yang menunjukkan efek-efek yang ditimbulkan
oleh listrik dalam kehidupan sehari-hari dapat diuraikan sebagai berikut.
1. Energi listrik menjadi panas : kompor listrik, pemanas (heater) pada ceret untuk
memasak air, setrika listrik, solder, penanak nasi listrik, pemantik rokok pada
kendaraan, window defoger, dan lain-lain.
2. Energi listrik menjadi cahaya : lampu pijar, lampu tabung (lampu neon), lampulampu pada kendaraan, dan-lain-lain
3. Energi listrik menjadi kimia : pada baterai saat pengisian (recharging)
4. Energi listrik menjadi magnetik (elektromagnet) : solenoid pada motor starter, koil
pada sistem pengapian mobil, kumparan rotor pada alternator, dan lain-lain.
2.4. Besaran-besaran Listrik dan Hukum Ohm
Besaran-besaran listrik yang ditulis dalam buku ini dibatasi pada besaranbesaran listrik yang banyak digunakan pada rangkaian kelistrikan pada kendaraan.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
26
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
Besaran-besaran tersebut adalah tegangan, arus listrik, resistansi (tahanan), daya
listrik, dan kapasitansi.
2.4.1. Tegangan
Tegangan merupakan tekanan listrik yaitu suatu gaya potensial atau
perbedaan muatan listrik pada dua tempat yang berbeda. Tegangan (dalam hukum
Ohm ditulis dengan simbol E) diukur dengan satuan volt (V). Adanya perbedaan
potensial atau tegangan dapat menyebabkan arus listrik mengalir melalui suatu
penghantar yang menghubungkan antara satu titik yang berpotensial tinggi (+) ke titik
lain yang berpotensial rendah (-). Berikut adalah tabel yang menjelaskan tentang
tegangan dan satuannya.
Tabel 2.1. Tegangan dan Satuannya
Tegangan
Simbol
Sebutan
Pengali
Satuan
V
Volt
1
Satuan dalam Skala Kecil
µV
mV
Micro-volt
Mili-volt
0,000001
0,001
Satuan dalam Skala Besar
kV
MV
Kilo-volt
Mega-volt
1.000
1.000.000
2.4.2. Arus
Tegangan atau beda potensial akan menyebabkan arus listrik mengalir. Arus
merupakan laju aliran muatan positif menuju daerah yang bermuatan negatif melalui
suatu penghantar. Arus (dalam hukum Ohm ditulis dengan simbol I) dinyatakan dalam
satuan Amper dan diukur dengan alat yang disebut amper meter. Berikut adalah tabel
yang menjelaskan tentang arus dan satuannya.
Tabel 2.2. Arus dan Satuannya
Arus
Simbol
Sebutan
Pengali
Satuan
A
Amper
1
Satuan dalam Skala Kecil
µA
mA
Micro-amper
Mili-amper
0,000001
0,001
Satuan dalam Skala Besar
kA
MA
Kilo-amper
Mega-amper
1.000
1.000.000
2.4.3. Resistansi
Resistansi (dalam hukum Ohm ditulis dengan simbol R) merupakan tahanan
dari suatu bahan konduktor untuk menghambat aliran arus listrik. Setiap logam yang
digunakan sebagai penghantar mempunyai karakteristik hambatan yang berbeda.
Besar tahanan suatu konduktor tergantung pada tahanan jenis bahan, panjang bahan,
luas penampang bahan, dan temperatur. Luas penampang dan panjang konduktor
yang sama, nilai tahanannya bisa berbeda jika bahan dan tahanan jenisnya berbeda.
Berikut adalah tabel yang menjelaskan tentang tahanan dan satuannya.
Tabel 2.3. Resistansi dan Satuannya
Resistansi
Simbol
Sebutan
Pengali
Satuan
Ω
Ohm
1
Satuan dalam Skala Kecil
µΩ
mΩ
Micro-ohm
Mili-ohm
0,000001
0,001
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
Satuan dalam Skala Besar
kΩ
MΩ
Kilo-ohm
Mega-ohm
1.000
1.000.000
27
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
Luas penampang konduktor yang kecil mempunyai tahanan yang lebih besar
dibanding konduktor dengan penampang yang lebih besar. Konduktor yang lebih
panjang mempunyai tahanan yang lebih besar dibanding dengan konduktor yang
pendek meskipun luas penampangnya sama. Konduktor dengan temperatur yang
tinggi mempunyai nilai tahanan yang lebih besar dibanding dengan konduktor dengan
temperatur yang rendah.
Gambar 2.10. Perbedaan nilai resistansi pada beberapa kondisi
2.4.4. Daya Listrik dan Kerja Listrik
Sebelum membahas tentang daya terlebih dahulu disinggung tentang energi.
Energi merupakan kemampuan untuk melakukan kerja (dalam satuan Joule). Daya
merupakan laju penggunaan energi atau kemampuan untuk melakukan kerja per
satuan waktu dan diukur dalam satuan watt (W). Daya pada suatu rangkaian listrik
sama dengan hasil perkalian antara tegangan dan arus atau P = E x I, dimana P
adalah daya dalam satuan watt, E adalah tegangan dalam satuan volt, dan I adalah
arus dalam satuan amper. Kerja merupakan ukuran energi yang digunakan dalam
suatu periode waktu dan ditulis dengan satuan watt-detik atau watt-jam. Kerja listrik
didapat dari hasil perkalian daya (satuan watt) dengan waktu (satuan detik atau jam)
atau W = P x t. Berikut adalah tabel yang menjelaskan tentang daya dan satuannya.
Tabel 2.4. Daya dan Satuannya
Daya
Simbol
Sebutan
Pengali
Satuan
W
Watt
1
Satuan dalam Skala Kecil
mW
Mili-watt
0,001
Satuan dalam Skala Besar
kW
MW
Kilo-watt
Mega-watt
1.000
1.000.000
2.4.5. Kapasitansi
Kapasitansi atau kapasitas adalah kemampuan untuk menyimpan elektronelektron atau energi listrik. Komponen yang dapat menyimpan elektron atau energi
listrik disebut dengan kapasitor atau kondensator/kondensor. Besar kecilnya kapasitas
kondensator tergantung dari besar kecilnya luas plat pada kondensator, jenis bahan
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
28
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
dielektrikum, dan jarak antara kedua plat kondensator tersebut. Secara rinci
penjelasan tentang kondensator dibahas pada Bab 3. Berikut adalah tabel yang
menjelaskan tentang kapasitansi dan satuannya.
Tabel 2.5. Kapasitansi dan Satuannya
Kapasitansi
Simbol
Sebutan
Pengali
Satuan
F
Farad
1
µF
Mikro farad
1 x 10-6
Satuan dalam Skala Kecil
nF
Nano farad
1 x 10-9
pF
Piko farad
1 x 10-12
Dalam suatu rangkaian, satu-satunya yang melawan aliran arus adalah
resistansi atau tahanan. Hubungan antara tegangan yang diberikan pada suatu
rangkaian (E), besarnya arus listrik yang mengalir pada rangkaian (I), dan tahanan (R)
disebut Hukum Ohm. Karena arus terjadi akibat adanya tegangan yang diberikan pada
rangkaian, maka arus berbanding lurus dengan tegangan. Apabila tegangan yang
diberikan pada suatu rangkaian konstan, besarnya arus akan menurun jika besarnya
tahanan dinaikan. Oleh karena itu besarnya arus berbanding terbalik dengan besarnya
tahanan. Hubungan antara ketiga besaran tegangan, arus, dan tahanan dalam suatu
rangkaian listrik secara matematis dinyatakan dengan persamaan berikut.
atau
atau
E=IxR
I=E/R
R=E/I
(2.1)
(2.2)
(2.3)
di mana E = tegangan (volt), I = arus (amper), dan R = tahanan (ohm).
Daya pada suatu rangkaian listrik sama dengan hasil perkalian antara tegangan dan
arus atau
P=ExI
(2.4)
dimana P adalah daya dalam satuan watt, E adalah tegangan dalam satuan volt, dan I
adalah arus dalam satuan amper
Contoh penggunaan hukum Ohm.
1. Tentukan tegangan yang harus diberikan pada suatu lampu jika arus yang
diperlukan adalah 1,5 amper dan tahanan lampu tersebut adalah 6 ohm. Berapa
daya listrik pada rangkaian tersebut.
Jawab : diketahui I = 1,5 A dan R = 6 ohm. Dengan hukum Ohm,
E = I x R = 1,5 x 6 = 9 volt
P = E x I = 9 x 1,5 = 13,5 W
2. Tentukan daya dan arus listrik yang mengalir pada suatu rangkaian jika tegangan
yang diberikan sebesar 12 volt dan tahanan rangkaian tersebut 20 ohm.
Jawab : diketahui E = 12 V dan R = 20 ohm. Dengan hukum Ohm,
I = E / R = 12 / 20 = 0,6 A.
P = E x I = 12 x 0,6 = 7,2 W
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
29
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
3. Tentukan tahanan suatu rangkaian yang dapat mengalirkan arus sebesar 3 A jika
tegangan yang diberikan pada rangkaian tersebut 15 V.
Jawab : diketahui E = 15 V dan I = 3 A. Dengan hukum Ohm,
R= E / I = 15 / 3 = 5 Ω.
P = E x I = 15 x 3 = 45 W
2.5. Alat Ukur Listrik
Pengukuran-pengukuran yang umum dilakukan pada rangkaian kelistrikan
otomotif adalah pengukuran tegangan, arus, dan resistansi/tahanan. Pengukuran
besaran-besaran listrik tersebut dilakukan dengan menggunakan alat ukur multimeter
atau multitester (gambar di bawah). Untuk kebutuhan pengukuran rangkaian listrik
otomotif alat ini sudah cukup karena pada alat tersebut terdapat saklar pemilih
(selektor) untuk memilih pengukuran yang akan dilakukan. Pengukuran yang dapat
dilakukan di antaranya adalah pengukuran tegangan AC maupun DC dengan skala
pembacaan 0 – 1000 V, pengukuran arus listrik DC dengan skala pengukuran sampai
0,25 A untuk arus kecil dan sampai 10 A untuk arus besar (pada model multitester
digital skala pengukuran arus bisa lebih 10 A), dan pengukuran tahanan dengan skala
0 sampai 20 mega ohm. Pada merek multitester tertentu skala pembacaan bisa lebih
besar atau lebih kecil dari yang disebutkan di atas tergantung spesifikasi dan
kemampuan alat tersebut.
Gambar 2.11. Multitester analog (kiri) dan digital (kanan)
Bagian-bagian utama multitester dapat dilihat pada gambar di bawah dan
fungsi bagian-bagiannya dijelaskan sebagai berikut.
1. Jarum penunjuk, berfungsi untuk menunjukkan skala hasil pengukuran yang
dilakukan.
2. Skala, berfungsi untuk menyatakan besaran-besaran pengukuran dan bersama
jarum penunjuk menghasilkan besarnya atau nilai hasil pengukuran.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
30
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
3. Sekrup kalibrasi jarum, berfungsi untuk mengeset jarum pada posisi nol (pada sisi
sebelah kiri).
4. Tombol kalibrasi ohm, berfungsi untuk mengeset jarum ke posisi nol (pada sisi
sebelah kanan) pada setiap akan melakukan pengukuran tahanan.
5. Terminal positif, berfungsi sebagai tempat dudukan kabel penguji yang berwarna
merah (kabel positif)
6. Terminal negatif berfungsi sebagai tempat dudukan kabel penguji yang berwarna
hitam (kabel negatif)
7. Selektor, berfungsi untuk memilih mode pengukuran sesuai dengan kebutuhan.
Possisi selektor digeser ke skala Ω jika digunakan untuk mengukur tahanan, ke
skala DCmA jika digunakan untuk mengukur arus, ke skala DCV jika digunakan
untuk mengukur tegangan listrik arus searah (DC), dan ke skala ACV jika
digunakan untuk mengukur tegangan listrik arus bolak-balik (AC).
Gambar 2.12. Bagian-bagian multitester
Skala yang terdapat pada multitester lebih jelas tergambar pada gambar di
bawah. Skala paling atas (skala no. 1 terdapat simbol Ω pada sisi sebelah kanan)
adalah skala untuk pembacaan nilai tahanan dari komponen yang diukur. Skala yang
kedua dari atas (skala no. 2 tertulis DCV & ACV di sisi sebelah kanan dan kiri) dapat
digunakan untuk membaca hasil pengukuran tegangan baik tegangan AC maupun DC
tergantung posisi selektor apakah di ACV atau DCV. Skala 0 – 10 dapat digunakan
untuk membaca hasil pengukuran tegangan 0 sampai 10 V DC atau 0 sampai 1000 V
DC dan AC, sedangkan untuk pembacaan 0 sampai 10 V AC digunakan skala di
bawahnya (skala no. 3 tertulis AC10V di sisi sebelah kiri dan kanan). Untuk membaca
hasil pengukuran tagangan 0 – 50 V angka yang digunakan adalah angka 0 sampai
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
31
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
50 dengan garis skala yang digunakan tetap garis skala no. 2, begitu pula untuk
pembacaan tegangan 0 sampai 250 V. Skala no. 4 (tertulis hFE di sisi sebelah kiri)
digunakan untuk mengukur atau menentukan perbandingan arus kolektor dan arus
basis dari suatu transistor. Skala no.5 (tertulis mA di sisi kanan) digunakan untuk
membaca hasil pengukuran arus. Skala no. 6 (tertulis LV di sisi kanan) digunakan
untuk membaca hasil pengukuran tegangan rendah antara 0 sampai 3 volt. Skala no.
7 digunakan untuk membaca hasil pengukuran decibel.
Gambar 2.13. Skala pada multitester
Contoh pembacaan hasil pengukuran nilai tahanan.
Jika posisi selektor ditempatkan pada Ω posisi X1 (lihat gambar 2.14),
hubungkan kaki kabel penguji berwarna merah dan hitam. Lihat posisi jarum, jika
belum menunjuk ke nol Ω, set jarum dengan memutar tombol kalibrasi ohm sehingga
jarum menunjuk nol Ω. Lakukan pengukuran pada objek yang akan diukur
tahanannya. Jika jarum (dengan garis putus-putus) menunjuk ke posisi seperti gambar
2.14 (menunjuk angka 20), maka nilai tahanannya adalah
20 x 1 = 20 Ω
Jika selektor berada di Ω posisi X1k, jarum juga menunjuk angka 20 maka nilai
tahanannya adalah
20 x 1k = 20 kΩ atau 20 x 1000 Ω = 20.000 Ω
Begitu seterusnya, angka yang ditunjukkan oleh jarum saat pengukuran tahanan
dikalikan dengan angka yang tertera pada selektor, sehingga diperoleh hasil
pengukuran. Perlu diingat, setiap kali mengubah posisi selektor dari posisi x1 ke
posisi x1k atau lainnya, jarum harus diset kembali ke posisi nol karena setiap
perubahan posisi akan menyebabkan posisi nol jarum pada skala Ω berubah. Hal ini
harus dilakukan agar hasil pembacaan selalu akurat.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
32
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
Gambar 2.14. Contoh pengukuran tahanan dan posisi jarum multitester (garis
putus-putus)
Contoh pembacaan hasil pengukuran nilai tegangan.
Apabila selektor berada pada posisi seperti ditunjukkan pada gambar 2.16
(sebelah kiri), dan setelah kaki-kaki tester dihubungkan dengan suatu sumber
tegangan atau rangkaian secara parallel (gambar 2.15) jarum menunjukkan posisi
seperti gambar 2.16 kanan, maka hasil pembacaannya ditentukan dengan
memperhatikan hal-hal berikut. Jarum menunjuk pada skala DCV, perhatikan angka
pada skala 0 sampai 50 V. Angka yang ditunjukkan oleh jarum adalah 34. Jadi hasil
pengukuran tersebut adalah 34 V. Perlu diperhatikan bahwa untuk mengukur
tegangan, skala pada selektor yang dipilih harus lebih besar dari tegangan yang akan
diukur agar tidak merusak alat ukur. Apabila tidak mengetahui dengan pasti berapa
tegangan yang akan diukur, sebaiknya menggunakan skala yang terbesar. Jika tidak
terbaca, turunkan skala pada selektor dan begitu seterusnya sampai tegangan yang
diukur terbaca dengan jelas.
Hal yang sama dapat dilakukan untuk mengukur tegangan AC. Perbedaannya
hanya pada posisi selektor saja. Untuk mengukur tegangan AC selektor harus
ditempatkan pada posisi ACV pada skala tertentu tergantung berapa tegangan yang
akan diukur. Untuk mengukur tegangan yang tidak diketahui, caranya sama dengan
penjelasan di atas menggunakan skala yang tinggi terlebih dahulu.
Gambar 2.15. Pengukuran tegangan baterai
Perlu diperhatikan, untuk mengukur tegangan DC, kabel atau kaki multitester
tidak boleh terbalik. Kaki tester yang berwarna merah harus dihubungkan dengan
terminal posisitf baterai (atau terminal positif rangkaian) dan terminal negatif tester
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
33
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
yang berwarna hitam dihubungkan dengan terminal negatif baterai (atau massa dari
rangkaian) yang akan diukur. Pemasangan kaki yang terbalik akan menyebabkan
jarum bergerak ke arah yang salah dan dapat menyebabkan kerusakan alat ukur.
Gambar 2.16. Contoh posisi selektor, dan posisi jarum multitester (garis putus-putus)
Pengukuran Arus.
Pengukuran arus pada suatu rangkaian listrik dilakukan dengan memasang
alat ukur secara seri dengan rangkaian tersebut. Selektor pada multitester harus
berada pada posisi DCA atau DCmA. Kabel positif tester dihubungkan dengan sumber
arus dan kabel negatif tester dihubungkan dengan rangkaian tersebut. Jadi, sebelum
masuk ke rangkaian, arus terlebih dahulu melewati ampermeter atau multitester.
Besarnya arus yang mengalir pada rangkaian dapat dibaca melalui skala.
Gambar 2.17. Pengukuran arus pada rangkaian
2.6. Rangkaian Listrik (Seri, Paralel, Gabungan)
Energi listrik yang terdapat pada sumber tegangan seperti baterai tidak dapat
mengalir tanpa ada pengantar yang menghubungkan antara terminal positif dan
terminal negatifnya. Penghantar yang dipakai untuk mengalirkan arus berupa
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
34
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
rangkaian listrik yang merupakan suatu jalur yang lengkap sebagai tempat arus
mengalir saat tegangan diberikan pada rangkaian tersebut. Rangkaian yang lengkap
biasanya terdiri dari sumber arus, penghantar atau kabel-kabel penghubung, beban
atau komponen yang dapat bekerja bila diberi arus listrik (lampu, motor listrik,
kumparan, dll), alat atau komponen pengontrol (saklar, relay), alat pengaman
(sekering, pemutus rangkaian / circuit breaker, fusiblelink), dan massa. Gambar
berikut menunjukkan komponen-komponen dasar rangkaian kelistrikann.
Gambar 2.18. Komponen dasar rangkaian kelistrikan
Pengukuran pada rangkaian kelistrikan yang umum dilakukan adalah
pengukuran tegangan, pengukuran arus, dan pengukuran tahanan atau resistansi. Hal
yang perlu diperhatikan dalam pengukuran adalah 1) pengukuran tegangan dilakukan
dengan menghubungkan alat ukur (volt meter) secara paralel terhadap rangkaian, 2)
pengukuran arus dilakukan dengan memasang alat ukur (amper meter) secara seri
pada rangkaian, dan 3) pengukuran tahanan dilakukan dengan menghubungkan alat
ukur (amper meter) ke komponen yang akan diukur tahanannya. Saat pengukuran
tahanan, komponen harus dalam keadaan terlepas (tidak dalam rangkaian tertutup
yang masih terhubung dengan komponen lain atau masih terdapat tegangan yang
bekerja pada komponen tersebut). Gambar berikut memberikan ilustrasi prinsip
pengukuran tegangan, arus, dan tahanan.
Gambar 2.19. Prinsip pengukuran tegangan, arus, dan tahanan
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
35
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
Rangkaian listrik terdiri dari tiga macam, yaitu rangkaian seri, rangkaian
paralel, dan rangkaian gabungan seri dan paralel. Secara rinci masing-masing
rangkaian dijelaskan sebagai berikut.
2.6.1. Rangkaian Seri
Contoh rangkaian seri yang sederhana ditunjukkan pada gambar 2.18. pada
gambar tersebut tampak bahwa komponen alat pengaman, alat pengontrol, dan beban
terpasang secara seri. Gambar 2.20 memperlihatkan rangkaian seri dengan dua
beban (dua buah lampu yang dipasang secara seri).
Gambar 2.20. Rangkaian seri
Dua buah lampu pada rangkaian di atas merupakan beban atau tahanan listrik.
Pada rangkaian seri, total tahanan sama dengan jumlah seluruh nilai tahanan pada
pada rangkaian tersebut. Secara matematis, nilai tahanan total pada rangkaian seri
adalah
Rtotal = R1 + R2 + ..... + Rn
(2.5)
Contoh :
Jika pada rangkaian gambar 2.20 harga tahanan R1 adalah 4 Ω dan R2 adalah 2 Ω,
maka tahanan total pada rangkaian seri tersebut (tahanan pada sekering dan saklar
diabaikan) adalah
RTotal
RTotal
RTotal
= R1 + R2
= 4 + 2
= 6 Ω
Apabila saklar pada gambar 2.20 diaktifkan (ditutup), arus akan mengalir dari
positif baterai ke semua komponen yang ada pada rangkaian tersebut (lihat gambar
2.21) kemudian ke massa / negatif baterai (maka kedua lampu menyala). Karena
terpasang secara seri, besarnya arus yang mengalir ke semua komponen dalam
rangkaian adalah sama. Hukum Ohm menyatakan bahwa intensitas arus (dalam
amper) pada suatu rangkaian listrik sama dengan perbedaan tegangan (dalam volt)
pada rangkaian dibagi dengan tahanan (dalam ohm) rangkaian tersebut atau dapat
ditulis dengan persamaan berikut.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
36
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
I
= E / R
(2.2)
Berdasarkan persamaan 2.2, maka besarnya arus yang mengalir pada
rangkaian seperti pada gambar 2.21, dapat dihitung. Dengan asumsi tegangan baterai
adalah 12 volt, maka
I = E / RTotal
I = 12 / 6
I = 2A
Jadi, arus yang mengalir pada rangkaian tersebut sebesar 2 A. Karena nilai tahanan
kedua beban tersebut berbeda, maka tegangan yang bekerja pada tiap beban akan
berbeda. Tegangan pada tiap beban dapat dihitung dengan persamaan 2.1. Karena
arus yang mengalir pada semua beban sama, maka I1 = I2 = I sehingga tegangan
pada beban 1 dan beban 2 dapat dinyatakan
Dengan demikian,
dan
E1
E2
E1 = 2 x
E2 = 2 x
=
=
4
2
I x R1
I x R2
= 8 volt
= 4 volt
(2.6)
(2.7)
Jumlah tegangan E1 + E2 = 8 + 4 = 12 volt = EBat (tegangan baterai). Jadi
jumlah tegangan yang bekerja pada setiap tahanan (beban atau lampu) sama dengan
besarnya tegangan baterai.
Gambar 2.21. Aliran arus pada rangkaian seri dan tegangan pada tiap beban
Berdasarkan hukum Ohm dan contoh perhitungan di atas, maka karakteristik
rangkaian seri adalah 1) arus yang mengalir ke semua komponen/tahanan pada
rangkaian besarnya sama, 2) tegangan pada tiap tahanan berbeda, 3) jumlah
tegangan pada semua tahanan dalam rangkaian sama dengan besarnya tegangan
pada sumber (baterai), 4) jumlah tahanan dari tiap tahanan sama dengan tahanan
total rangkaian, dan 5) jika salah satu komponen / tahanan rusak atau putus, maka
rangkaian tidak akan bekerja.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
37
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
Latihan :
Perhatikan gambar 2.21, jika nilai tahanan pada lampu 1 adalah 4 Ω dan tahanan
pada lampu 2 adalah 8 Ω, berapa tegangan yang bekerja pada lampu 1 dan lampu 2?
Cek jawabannya apakah jumlah tegangan pada kedua beban tersebut sama dengan
tegangan sumbernya.
2.6.2. Rangkaian Paralel
Tahanan pada rangkaian paralel terpasang secara berjajar. Contoh rangkaian
paralel yang sederhana ditunjukkan pada gambar 2.22. Pada gambar tersebut tampak
dua beban (lampu) terpasang secara paralel. Kabel dari saklar yang menuju lampu
bercabang, satu cabang untuk lampu 1 dan cabang lainnya untuk lampu 2. Dengan
demikian arus listrik dapat mengalir baik ke lampu 1 (R1) maupun ke lampu 2 (R2).
Besarnya arus yang mengalir pada tiap tahanan bisa berbeda tergantung dari nilai
tahanan lampu-pampu tersebut.
Gambar 2.22. Rangkaian paralel
Dua buah lampu pada rangkaian di atas merupakan beban atau tahanan listrik.
Pada rangkaian paralel, tahanan total dapat dinyatakan dengan persamaan berikut.
Untuk dua tahanan,
1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + ..... + 1/Rn
1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2
Rtotal = (R1 x R2) / (R1 + R2)
(2.8)
(2.9)
(2.10)
Contoh :
Jika pada rangkaian gambar 2.22 harga tahanan lampu 1 (R1) adalah 4 Ω dan lampu 2
(R2) adalah 6 Ω, maka tahanan total pada rangkaian paralel tersebut (tahanan pada
sekering dan saklar diabaikan) adalah
Rtotal
RTotal
RTotal
RTotal
=
=
=
=
(R1 x R2) / (R1 + R2)
(4 x 6) / (4 + 6)
24/10
2,4 Ω
Apabila saklar pada gambar 2.22 diaktifkan (ditutup), arus akan mengalir dari
positif baterai ke semua komponen yang ada pada rangkaian tersebut (lihat gambar
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
38
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
2.23) kemudian ke massa / negatif baterai (maka kedua lampu menyala). Karena
terpasang secara paralel, arus mengalir ke lampu 1 dan ke lampu 2. Berdasarkan
persamaan 2.2, maka besarnya arus yang mengalir pada rangkaian seperti pada
gambar 2.23 dapat dihitung. Dengan asumsi tegangan baterai adalah 12 volt, maka
I = E / RTotal
I = 12 / 2,4
I = 5A
Jadi, arus yang mengalir pada rangkaian tersebut sebesar 5 A. Jika dilakukan
pengukuran tegangan pada lampu 1 dan lampu 2 (lihat gambar 2.23), pengukuran
pada kedua lampu tersebut menghasilkan harga tegangan yang sama. Jadi E1 = E2
= tegangan baterai. Karena nilai tahanan kedua beban tersebut berbeda, maka arus
yang mengalir pada tiap beban berbeda (I1 ≠ I2). Arus pada tiap beban dihitung
dengan persamaan 2.2.
I = E / R
Karena E1 = E2 = E (tegangan baterai), maka
Arus ke Lampu 1
Arus ke Lampu 2
Dengan demikian,
arus ke lampu 1 adalah
Arus ke lampu 2 adalah
I1 = E / R1
I2 = E / R2
I1 = E / R1
I1 = 12 / 4
I1 = 3 A
I2 = E / R2
I2 = 12 / 6
I2 = 2 A
Jumlah arus ke semua lampu I1 + I2 = 3 + 2 = 5 A = I (arus rangkaian). Jadi
besarnya arus yang mengalir pada rangkaian sama dengan penjumlahan arus yang
mengalir pada tahanan 1 dan tahanan 2.
Gambar 2.23. Aliran arus pada rangkaian paralel
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
39
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
Berdasarkan hukum Ohm dan contoh perhitungan di atas, maka karakteristik
rangkaian paralel adalah 1) jika nilai tahanan pada tiap percabangan tidak sama, arus
yang mengalir ke tiap tahanan atau beban pada rangkaian besarnya tidak sama, 2)
jika nilai tahanan pada tiap percabangan sama, maka arus yang mengalir ke tiap
tahanan akan sama, 3) tegangan pada tiap tahanan sama, 4) jumlah arus pada semua
tahanan dalam rangkaian sama dengan besarnya arus yang mengalir pada rangkaian,
5) tahanan total rangkaian makin kecil, dan 6) jika salah satu komponen / tahanan
rusak atau putus, maka arus masih dapat mengalir ke komponen yang tidak rusak
atau rangkaian masih dapat bekerja.
Latihan :
Perhatikan gambar 2.23, jika nilai tahanan pada lampu 1 adalah 4 Ω dan tahanan
pada lampu 2 adalah 2 Ω, berapa arus yang mengalir pada lampu 1 dan lampu 2?
Cek jawabannya apakah penjumlahan arus pada kedua beban tersebut sama dengan
besarnya arus yang mengalir pada rangkaian paralel tersebut. Bandingkan besarnya
arus yang mengalir pada rangkaian ini dengan arus yang mengalir pada rangkaian
seperti pada contoh perhitungan pada rangkaian seri (harga R1 dan R2nya sama pada
kedua contoh ini). Buat kesimpulan hasil perbandingan tersebut.
2.6.3. Rangkaian Gabungan
Rangkaian gabungan sering disebut juga rangkaian seri-paralel. Pada
rangkaian seri, arus hanya mempunyai satu jalur untuk mengalir. Pada rangkaian
paralel arus mempunyai beberapa jalur untuk mengalir. Pada rangkaian seri-paralel
arus mengalir pada bagian seri dari rangkaian, kemudian arus terbagi menjadi
beberapa jalur pada percabangan rangkaian paralel. Sistem kelistrikan pada
kendaraan banyak menggunakan rangkaian seri-paralel. Berikut salah satu contoh
rangkaian seri-paralel.
Gambar 2.24. Rangkaian seri-paralel
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
40
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
Dua buah lampu pada rangkaian di atas merupakan beban atau tahanan listrik
yang terpasang secara paralel. Tahanan total (tahanan pengganti) dari kedua lampu
paralel tersebut adalah RPar. Antara tahanan pengganti RPar dan tahanan geser R1
terangkai secara seri. Tahanan total rangkaian seri-paralel dari rangkaian tersebut
adalah
Rtotal = R1 + RPar
(2.11)
Dari persamaan 2.10 :
Rtotal(paralel) = (R1 x R2) / (R1 + R2)
Persamaan 2.11 menjadi
Rtotal = R1 + {(R2 x R3) / (R2 + R3)}
(2.12)
Keterangan : R1 dan R2 pada persamaan 2.10 menjadi R2 dan R3 pada persamaan
2.12 karena notasi tersebut disesuaikan dengan notasi yang ada pada rangkaian
paralel di gambar 2.24.
Contoh :
Jika pada rangkaian gambar 2.24 harga tahanan geser (R1) adalah 2 Ω, R2 adalah 4
Ω, dan R3 adalah 6 Ω, maka tahanan total pada rangkaian tersebut adalah
Rtotal
RTotal
RTotal
RTotal
RTotal
=
=
=
=
=
R1 + {(R2 x R3) / (R2 + R3)}
2 + {(4 x 6) / (4 + 6)}
2 + {24 / 10)
2 + 2,4 → 2,4 = RPar
4,4 Ω
Apabila saklar pada gambar 2.24 diaktifkan (ditutup), arus akan mengalir dari
positif baterai ke semua komponen yang ada pada rangkaian tersebut (lihat gambar
2.25) kemudian ke massa / negatif baterai (maka kedua lampu menyala). Berdasarkan
persamaan 2.2, maka besarnya arus yang mengalir pada rangkaian seperti pada
gambar 2.25, dapat dihitung. Dengan asumsi tegangan baterai adalah 12 volt, maka
I = E / RTotal
I = 12 / 4,4
I = 2,7273 A
Jadi, arus yang mengalir pada rangkaian tersebut sebesar 2,7273 A. Karena R1
terhubung seri pada rangkaian tersebut, maka besarnya arus yang mengalir ke R1
sama dengan arus yang mengalir pada rangkaian yaitu 2,7273 A. Jika dilakukan
pengukuran tegangan pada tahanan geser (R1) maka didapat E1 dan pengukuran
pada lampu 1 (R2) dan lampu 2 (R3) (lihat gambar 2.25), didapat E2 dan E3. Karena
lampu 1 dan lampu 2 paralel, maka E2 = E3. Dari persamaan 2.1, tegangan pada R1
adalah
E1 = I x R1
E1 = 2,7273 x 2
E1 = 5,45 V
Tegangan pada rangkaian paralel E2 atau E3 adalah
E2,3 = I x RPar
E2,3 = 2,7273 x 2,4
E2,3 = 6,55 V
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
41
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
Jumlah tegangan E1 + E2,3 = 5,45 V + 6,55 V = 12 V (= tegangan baterai). Karena
nilai tahanan kedua lampu tersebut berbeda, maka arus yang mengalir pada tiap
lampu juga berbeda (I2 ≠ I3). Arus pada tiap lampu dihitung dengan persamaan 2.2.
I
= E / R
Karena E2 = E3, maka
Arus ke Lampu 1
Arus ke Lampu 2
I2 = E2,3 / R2
I3 = E2,3 / R3
Dengan demikian, arus ke lampu 1 adalah
Arus ke lampu 2 adalah
I2 = 6,55 / 4
I2 = 1,64 A
I3 = 6,55 / 6
I3 = 1,09
Jumlah arus ke tiap lampu I2 + I3 = 1,64 A
mengalir ke rangkaian.
+ 1,09 A = 2,73 A ≈ arus yang
Gambar 2.25. Aliran arus pada rangkaian seri-paralel
Karakteristik rangkaian paralel adalah 1) arus yang mengalir pada bagian seri
sama dengan jumlah arus cabang pada bagian paralel, 2) tahanan rangkaian
merupakan jumlah tahanan pengganti paralel dengan tahanan seri, 3) tegangan yang
bekerja pada bagian paralel sama dengan tegangan sumber dikurangi tegangan yang
ada pada bagian seri, 4) jika salah satu komponen / tahanan pada bagian seri rusak
atau putus, maka rangkaian tidak dapat bekerja.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
42
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
Latihan :
Perhatikan gambar 2.25, jika nilai tahanan pada R1 adalah 4 Ω , R2 adalah 2 Ω dan
tahanan pada R3 adalah 6 Ω, berapa arus yang mengalir pada lampu 1 dan lampu 2?
Berapa tegangan R2 dan R3 ?
2.6.4. Rangkaian Seri dan Paralel pada Baterai
Selain beban dan komponen pada rangkaian kelistrikan yang dapat
dihubungkan secara seri atau paralel, sumber tegangan atau baterai juga dapat
dihubungkan secara seri dan paralel. Berikut digambarkan hubungan seri dan paralel
pada baterai.
Gambar 2.26. Baterai dihubungkan secara seri
Jika baterai dihubungkan secara seri, maka terminal positif baterai pertama
dihubungkan dengan terminal negatif baterai kedua. Terminal negatif baterai pertama
dihubungkan dengan massa, dan terminal positif baterai kedua dihubungkan dengan
rangkaian. Jika tiap baterai mempunyai tegangan 12 volt, maka tegangan baterai yang
dihubungkan secara seri tersebut menjadi 12 + 12 = 24 volt. Jadi tegangan yang
bekerja pada rangkaian menjadi 24 volt. Dengan demikian, jika dua baterai atau lebih
dihubungkan secara seri, maka tegangan menjadi naik dan total tegangannya adalah
jumlah dari semua tegangan baterai yang dihubungkan secara seri.
Gambar 2.27. Baterai dihubungkan secara paralel
Jika baterai dihubungkan secara paralel, maka terminal positif baterai pertama
dihubungkan dengan terminal positif baterai kedua dan bagian ini dihubungkan
dengan rangkaian. Terminal negatif baterai pertama dihubungkan dengan terminal
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
43
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
negatif baterai kedua dan dan bagian ini kemudian dihubungkan dengan massa. Jika
tiap baterai mempunyai tegangan 12 volt, maka tegangan baterai yang dihubungkan
secara paralel tersebut akan tetap 12 volt. Namun, kemampuan mengalirkan arus
pada baterai yang dihubungkan secara paralel menjadi dua kali lipat. Jadi tegangan
yang bekerja pada rangkaian tetap 12 volt tetapi arus yang mengalir pada rangkaian
dapat lebih besar. Secara ringkas dapat dinyatakan bahwa baterai yang dihubungkan
secara seri tegangannya akan meningkat, sedangkan baterai yang dihubungkan
secara paralel arus yang dapat mengalir jadi meningkat.
2.7. Istilah-istilah dalam Pengukuran Listrik
Beberapa istilah dalam pengukuran rangkaian listrik yang sering dijumpai
adalah 1) tegangan sumber (source voltage), 2) tegangan yang tersedia (available
voltage), dan 3) penurunan tegangan (voltage drop). Tegangan sumber adalah
tegangan yang terdapat pada baterai sebagai sumber arus pada suatu rangkaian
kelistrikan. Tegangan yang tersedia adalah tegangan dalam suatu rangkaian yang
yang ada pada beban untuk mengoperasikan beban listrik tersebut. Penurunan
tegangan diakibatkan oleh adanya tahanan listrik. Adanya tahanan ini menyebabkan
terjadinya penurunan tegangan. Ilustrasi tegangan-tegangan tersebut dalam rangkaian
sistem kelistrikan dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 2.28. Pengukuran tegangan pada rangkaian kelistrikan
Pengukuran tegangan sumber dilakukan dengan secara langsung mengukur
terminal-terminal baterai menggunakan volt meter dengan skala yang sesuai. Untuk
mengukur tegangan baterai (12 V), selektor pada multi tester dapat diset pada skala
DCV 50. Pengukuran tegangan yang tersedia dapat dilakukan misalnya dengan
mengukur tegangan yang ada pada kunci kontak. Kaki merah volt meter dihubungkan
dengan terminal pada kunci kontak, sementara kaki hitam volt meter dihubungkan
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
44
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
dengan massa. Maka, akan terukur tegangan yang tersedia pada kunci kontak.
Penurunan tegangan merupakan salah satu pengujian yang penting. Pengetesan
penurunan tegangan dapat dilakukan dengan cara berikut. Tempatkan kabel merah
multitester ke bagian positif dari komponen yang dites dan kabel hitam ke bagaian
negatif atau massa. Aktifkan rangkaian saat alat ukur terpasang dan kemudian baca
hasil penunjukkan alat ukur.
2.8. Kemagnetan
Elektromagnet berarti magnet yang dihasilkan oleh adanya listrik. Hubungan
antara listrik dan magnet sangat dekat karena listrik dapat digunakan untuk
mengasilkan magnet dan magnet dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik.
Pada saat arus listrik mengalir melalui suatu penghantar, terbentuk medan magnet di
sekitar penghantar tersebut. Keberadaan medan magnet tersebut tidak dapat dilihat
namun dapat diketahui dengan mendekatkan kompas ke pengahantar tersebut. Jarum
pada kompas akan bergerak akibat pengaruh medan magnet yang dihasilkan oleh
aliran arus tersebut. Fenomena lain juga akan terlihat apabila dua buah kumparan
yang dialiri arus listrik didekatkan satu sama lain. Kedua kumparan tersebut akan
saling tarik menarik atau tolak menolak tergantung kutub-kutub mana yang
berdekatan.
Gambar 2.29. Medan magnet di sekitar penghantar yang dialiri arus listrik
Arus listrik yang mengalir melewati penghantar yang lurus, medan magnet
mengitari penghantar berbentuk garis-garis gaya magnet melingkar yang tersusun
secara seri. Pada penghantar yang berbentuk melingkar (gulungan), medan magnet
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
45
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
dapat terkonsentrasi di pusat lingkaran dan menghasilkan medan magnet yang kuat.
Kuat medan magnet dapat ditingkatkan dengan menambah jumlah kumparan dan
memperbesar arus. Contoh medan magnet yang sederhana dapat dibuat dengan
melilitkan kawat berisolasi pada sebuah paku, kemudian ujung-ujung kumparan itu
dihubungkan dengan sebuah baterai. Pada saat arus mengalir ke kumparan tersebut,
terjadi medan magnet dan bila beberapa penjepit kertas yang terbuat dari besi
didekatkan, maka penjepit kertas tersebut akan menempel pada paku tersebut.
Gambar 2.30. Elektromagnet
Elektromagnet banyak digunakan pada sistem kelistrikan pada kendaraan.
Beberapa penggunaan elektromagnet dalam bidang otomotif di antaranya adalah
motor starter untuk menggerakan mesin (engine) pada saat pertama kali dihidupkan,
generator atau alternator untuk menghasilkan arus listrik yang dimanfaatkan untuk
mengisi baterai, relai sebagai saklar elektromagnet yang dimanfaatkan untuk
mengaktifkan rangkaian kelistrikan yang membutuhkan arus yang besar, solenoid
(untuk menggerakan punyer pada motor starter, injektor pada sistem electronic fuel
injection, kopling magnet pada AC, koil untuk menghasilkan tegangan tinggi pada
sistem pengapian, dan lain-lain).
2.9. Ringkasan
Semua benda padat, cair atau gas yang mempunyai massa dan menempati
ruang pada dasarnya tersusun dari molekul atau atom yang tergabung menjadi satu.
Atom merupakan bagian terkecil dari suatu benda yang memiliki propertis atau sifat
yang sama dari benda yang dibentuk olehnya. Inti dari sebuah atom disebut dengan
nukleus yang terbentuk dari gabungan antara proton dan neutron dan dikelelingi oleh
partike lain yang disebut elektron. Setiap patikel atom mempunyai muatan listrik.
Proton bermuatan positif, elektron bermuatan negatif, dan neutron tidak bermuatan
atau netral.
Bahan yang termasuk konduktor adalah bahan yang mempunyai satu sampai
tiga elektron pada orbit terluar dari atomnya dan mempunyai sifat sebagai penghantar
listrik yang baik, misalnya tembaga, besi, aluminium, dan logam-logam lain pada
umumnya. Bahan yang termasuk semikonduktor adalah bahan yang mempunyai
empat elektron pada orbit terluar dari atomnya dan mempunyai sifat sebagai
penghantar listrik yang baik pada kondisi tertentu dan sebagai isolator yang baik juga
pada kondisi lainnya, misalnya karbon, germanium, dan silikon. Bahan yang termasuk
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
46
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
dalam isolator adalah bahan yang mempunyai lima sampai delapan elektron pada
orbit terluar dari atomnya dan mempunyai sifat sebagai penghantar listrik yang tidak
baik.
Teori aliran arus listrik yang digunakan dalam rangkaian listrik ada dua, yaitu
teori konvensional dan teori elektron. Teori konvensional yang umumnya digunakan
pada sistem-sistem otomotif menyatakan bahwan arus listrik mengalir dari positif ke
negatif atau dari daerah yang kelebihan proton atau daerah yang berpotensial tinggi
(+) ke daerah yang berpotensial rendah (-). Teori elektron yang umumnya digunakan
pada bidang elektronika menyatakan bahwa arus mengalir dari negatif ke positif atau
kelebihan elektron menyebabkan suatu daerah yang berpotensial negatif (-) mengalir
ke daerah yang kekurangan elektron (daerah +) untuk menyeimbangkan muatan.
Energi listrik merupakan bentuk energi yang tidak dapat dilihat, tidak dapat
didengar, tidak dapat disentuh, dan tidak dapat dicium dengan indra penciuman
manusia. Meskipun begitu, adanya energi listrik dapat dilihat atau dirasakan dari efekefek yang ditimbulkannya. Misalnya lampu yang tadinya padam menjadi terang
setelah saklar diaktifkan, setrika listrik yang menjadi panas setelah dihubungkan
dengan sumber listrik, bel listrik yang menghasilkan suara setelah tombol bel ditekan,
adanya asap dan bau bahan terbakar yang keluar dari kabel listrik yang terbakar
akibat adanya hubungan singkat, loncatan bunga api di antara elektroda busi, suara
yang keras seperti bunyi petir, sengatan dan efek-efek lain yang dapat ditimbulkannya.
Tegangan merupakan tekanan listrik yaitu suatu gaya potensial atau
perbedaan muatan listrik pada dua tempat yang berbeda. Tegangan (dalam hukum
Ohm ditulis dengan simbol E) diukur dengan satuan volt (V). Adanya perbedaan
potensial atau tegangan dapat menyebabkan arus listrik mengalir melalui suatu
penghantar yang menghubungkan antara satu titik yang berpotensial tinggi (+) ke titik
lain yang berpotensial rendah (-). Arus merupakan laju aliran muatan positif menuju
daerah yang bermuatan negatif melalui suatu penghantar. Arus (dalam hukum Ohm
ditulis dengan simbol I) dinyatakan dalam satuan Amper dan diukur dengan alat yang
disebut ampermeter. Resistansi (dalam hukum Ohm ditulis dengan simbol R)
merupakan tahanan dari suatu bahan konduktor untuk menghambat aliran arus listrik.
Hubungan antara ketiga variabel tersebut dinyatakan dalam Hukum Ohm (I = E / R).
Setiap logam yang digunakan sebagai penghantar mempunyai karakteristik hambatan
yang berbeda. Besar tahanan suatu konduktor tergantung pada tahanan jenis bahan,
panjang bahan, luas penampang bahan, dan temperatur. Luas penampang dan
panjang konduktor yang sama nilai tahanannya bisa berbeda jika bahan dan tahanan
jenisnya berbeda.
Daya merupakan laju penggunaan energi atau kemampuan untuk melakukan
kerja per satuan waktu dan diukur dalam satuan watt (W). Daya pada suatu rangkaian
listrik sama dengan hasil perkalian antara tegangan dan arus atau P = E x I, dimana P
adalah daya dalam satuan watt, E adalah tegangan dalam satuan volt, dan I adalah
arus dalam satuan amper. Kerja merupakan ukuran energi yang digunakan dalam
suatu periode waktu dan ditulis dengan satuan watt-detik atau watt-jam. Kerja listrik
didapat dari hasil perkalian daya (satuan watt) dengan waktu (satuan detik atau
jam) atau W = P x t.
Kapasitansi atau kapasitas adalah kemampuan untuk menyimpan elektronelektron atau energi listrik. Komponen yang dapat menyimpan elektron atau energi
listrik disebut dengan kapasitor atau kondensator/kondensor. Besar kecilnya kapasitas
kondensator tergantung dari besar kecilnya luas plat pada kondensator, jenis bahan
dielektrikum, dan jarak antara kedua plat kondensator tersebut.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
47
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
Pengukuran besaran-besaran listrik tersebut dilakukan dengan menggunakan
alat ukur multimeter atau multitester. Pengukuran pada rangkaian kelistrikan yang
umum dilakukan adalah pengukuran tegangan, pengukuran arus, dan pengukuran
tahanan atau resistansi. Hal yang perlu diperhatikan dalam pengukuran adalah 1)
pengukuran tegangan dilakukan dengan menghubungkan alat ukur (volt meter) secara
paralel terhadap rangkaian, 2) pengukuran arus dilakukan dengan memasang alat
ukur (amper meter) secara seri pada rangkaian, dan 3) pengukuran tahanan dilakukan
dengan menghubungkan alat ukur (amper meter) ke komponen yang akan diukur
tahanannya.
Rangkaian listrik terdiri dari tiga macam, yaitu rangkaian seri, rangkaian
paralel, dan rangkaian gabungan seri dan paralel. Karakteristik rangkaian seri adalah
1) arus yang mengalir ke semua komponen/tahanan pada rangkaian besarnya sama,
2) tegangan pada tiap tahanan berbeda, 3) jumlah tegangan pada semua tahanan
dalam rangkaian sama dengan besarnya tegangan pada sumber (baterai), 4) jumlah
tahanan dari tiap tahanan sama dengan tahanan total rangkaian, dan 5) jika salah
satu komponen / tahanan rusak atau putus, maka rangkaian tidak akan bekerja.
Karakteristik rangkaian paralel adalah 1) jika nilai tahanan pada tiap
percabangan tidak sama, arus yang mengalir ke tiap tahanan atau beban pada
rangkaian besarnya tidak sama, 2) jika nilai tahanan pada tiap percabangan sama,
maka arus yang mengalir ke tiap tahanan akan sama, 3) tegangan pada tiap tahanan
sama, 4) jumlah arus pada semua tahanan dalam rangkaian sama dengan besarnya
arus yang mengalir pada rangkaian, 5) tahanan total rangkaian makin kecil, dan 6) jika
salah satu komponen / tahanan rusak atau putus, maka arus masih dapat mengalir ke
komponen yang tidak rusak atau rangkaian masih dapat bekerja.
Karakteristik rangkaian paralel adalah 1) arus yang mengalir pada bagian seri
sama dengan jumlah arus cabang pada bagian paralel, 2) tahanan rangkaian
merupakan jumlah tahanan pengganti paralel dengan tahanan seri, 3) tegangan yang
bekerja pada bagian paralel sama dengan tegangan sumber dikurangi tegangan yang
ada pada bagian seri, 4) jika salah satu komponen / tahanan pada bagian seri rusak
atau putus, maka rangkaian tidak dapat bekerja.
2.10. Soal-soal Latihan
Jawablah soal-soal berikut secara singkat dan jelas.
1. Jelaskan tentang teori dasar listrik: struktur atom, arus searah, arus bolak balik,
dan teori aliran arus.
2. Jelaskan efek-efek yang ditimbulkan oleh listrik.
3. Sebut dan jelaskan besaran-besaran listrik yang sering digunakan dalam sistem
kelistrikan pada kendaraan.
4. Sebutkan
alat-alat ukur listrik yang umum digunakan dan jelaskan cara
penggunaannya
5. Sebut dan jelaskan istilah-istilah yang sering digunakan dalam pengukuran listrik.
6. Buatlah rangkaian seri, paralel dan rangkaian gabungan seri paralel dan jelaskan
karakteristik rangkaian tersebut.
7. Sebutkan komponen-komponen kelistrikan pada bidang kelistrikan kendaraan
yang bekerja berdasarkan kemagnetan yang diakibatkan oleh aliran arus listrik
dan jelaskan cara kerjanya.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
48