sistem pengisian baterai
advertisement
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan BAB 8 SISTEM PENGISIAN BATERAI (CHARGING SYSTEM) 8.1. Pendahuluan Sistem pengisian berfungsi untuk 1) mengisi kembali baterai, dan 2) mensuplai arus listrik ke seluruh sistem kelistrikan setelah mesin hidup. Komponen -komponen pada sistem pengisian adalah seperti ditunjukkan pada gambar di ba wah ini, terdiri dari baterai, kunci kontak, alternator, dan regulator. Alternator berfungsi untuk mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Tegangan yang dihasilkan oleh alternator bervariasi tergantung dari kecepatan putaran dan besarnya beban. Karen a tegangan alternator bervariasi akibat putaran, maka digunakan regulator yang berfungsi untuk menjaga tegangan output alternator tetap konstan dengan mengatur besar kecilnya arus listrik atau kuat lemahnya medan magnet pada kumparan rotor (rotor coil). Regulator ada dua macam, pertama tipe konvensional atau tipe kontak point, kedua tipe regulator IC. Gambar 8.1. Sistem p engisian Sistem pengisian terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu baterai, alternator, regulator, kunci kontak, dan beberapa komp onen pendukung seperti tali kipas, lampu indikator, dan kabel -kabel atau harness. Tegangan yang dihasilkan oleh sistem pengisian harus selalu stabil meskipun putaran mesin berubah -ubah. Berikut ini dijelaskan dasar-dasar sistem pengisian. Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 203 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Prinsip Dasar Alternator Pembangkitan arus AC (alternating current) satu fasa. Gambar di bawah memperlihatkan prinsip dasar alternator. Alternator adalah generator untuk menghasilkan arus bolak -balik. Pada alternator, kumparan yang diam berada di luar dan mengitari medan magnet yang berputar. Jika magnet berputar, maka arah (kutub) magnet yang diterima oleh kumparan (penghantar) akan berubah -ubah. Hal ini menyebabkan terjadi tegangan induksi pada penghantar yang arahnya juga berubah ubah. Makin tinggi putaran, maka tegang an induksi pada penghantar tersebut makin tinggi. Gambar 8.2. Dasar alternator Gambar di bawah mengilustrasikan tegangan yang dihasilkan oleh kumparan saat medan magnet berputar. Satu gelombang adalah perubahan gaya el ectromotif dari a ke a' dan frekwensinya adalah banyaknya pengulangan tersebut dalam satu detik. Saat magnet berputar satu kali dalam satu detik, freku ensinya adalah satu siklus. Jika menggunakan 4 kutub magnet, maka perubahan yang sama terjadi setiap 1/2 putaran, jadi 2-siklus terjadi setiap satu kali putaran magnet. Apabila jumlah kutub magnetnya bertambah atau putarannya naik, maka frekwensinya juga meningkat. Gambar 8.3. Gelombang gaya elektromotif Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 204 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Apabila tiga buah kumparan yang mempunyai gulungan yang sama, A -A', B-B' dan C-C' (lihat gambar di bawah) , dililitkan dengan arah 120°, dan ketika magnet berputar di sekitar kumparan, maka akan dihasilkan tegangan AC 3 fasa seperti tampak pada gambar 8.4. Setiap gerakan magnet sejauh 120 0, maka dihasilkan tegangan, sehingga untuk sa tu putaran magnet menghasilkan tiga tegangan yang berurutan yang dihasilkan oleh ketiga kumparan tersebut. Gambar 8.4. Alternator dengan tiga kumparan dan grafik output tegangan Berdasarkan prinsip dasar alternator yang telah dijelaskan di atas , maka dapat diambil kesimpulan bahwa ada tiga hal pokok agar alternator dapat menghasilkan tegangan, yaitu ada medan magnet, ada kumparan yang memotong medan magnet, dan ada gerakan (putaran) yang menyebabkan terjadinya perpotongan antara medan magnet dan kumparan. Apabila salah satu dari ketiga hal tersebut tidak ada, maka alternator tidak dapat menghasilkan tegangan. Putaran mesin pada kendaraan tidak konstan karena bekerja pada putaran rendah, sedang, atau tinggi tergantung dari kebutuhan. Naik turunny a putaran akan mempengaruhi tegangan yang dihasilkan alternator. Bila putaran naik, maka tegangan yang dihasilkan juga akan naik dan bila putaran turun maka tegangan akan turun juga. Jumlah kumparan sta tor juga akan mempengaruhi besar kecilnya tegangan yan g dihasilkan. Kuat lemahnya medan magnet juga akan mempengaruhi besar kecilnya tegangan. Jumlah lilitan pada Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 205 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan alternator adalah tetap, putaran mesin selalu berubah -ubah. Besarnya tegangan baterai pada kendaraan adalah konstan (12 V), sehingga tegangan outpu t alternator tidak boleh terlalu tinggi melebihi 14,8 V. Berdasarkan kondisi tersebut, untuk menghasilkan tegangan yang stabil, tidak mungkin mempertahankan putaran pada kecepatan tertentu karena mesin selalu berputar turun naik. Untuk menghasilkan tegang an yang stabil juga tidak mungkin mengurangi atau menambah jumlah lilitan pada alternator. Untuk menstabilkan tegangan yang dihasilkan alternator, yang dapat dilakukan hanya dengan mengatur kuat lemahnya medan magnet. Jika putaran mesin naik, maka medan ma gnet harus dilemahkan agar tegangan yang dih asilkan tidak terlalu tinggi, dan sebaliknya pada saat putaran rendah medan magnet harus dikuatkan untuk mencegah tegangan alternator turun. Jadi pengaturan output alternator agar tegangan yang dihasilkan selalu stabil adalah dengan mengatur medan magnet pada alternator. 8.2. Sistem Pengisian Konvensional Sistem pengisian tipe konvensional adalah sistem pengisian yang pengaturan output alternator dilakukan dengan regulator model konvensional (tipe kontak poin) yang bekerja berdasarkan medan magnet pada kumparan regulator untuk mengatur arus listrik yang mengalir ke ku mparan rotor (rotor coil) sehingga kuat lemahnya medan magnet pada kumparan tersebut dapat diatur sesuai kebutuhan. Bagian bagian dari sistem pengi sian konvensional ini secara rinci dijeladkan sebagai berikut. 8.2.1. Nama dan Fungsi komponen Sistem Pengisian Tipe konvensional Sistem pengisian terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu baterai, alternator, regulator, kunci kontak, dan kabel -kabel atau harness. Hubungan antar komponen sistem pengisian ditunjukkan pada gambar di bawah. Berikut ini dijelaskan masing-masing komponen sistem pengisian. Gambar 8.5. Komponen sistem pengisian konvensional Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 206 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan 8.2.1.1. Baterai Baterai dalam sistem pengis ian berfungsi untuk memberikan energi listrik pada sistem pengisian terutama untuk menghasilkan medan magnet pada rotor coil di dalam alternator pada saat mesin belum hidup. Setelah mesin hidup, baterai berfungsi untuk menyimpan energi listrik. Jika beban listrik yang bekerja pada kendaraan melebihi kemampuan alternator dalam menghasilkan energi listrik, maka baterai akan memberikan energi listrik tambahan untuk memenuhi kekurangan energi listrik dari alternator. Pembahasan khusus mengenai baterai dapat dil ihat pada bab 5. 8.2.1.2. Kunci Kontak Kunci kontak pada sistem pengisian berfungsi untuk menghidupkan dan mematikan sistem pengisian atau menghubungkan dan memutuskan arus listrik yang masuk ke rotor coil pada alternator. 8.2.1.3. Alternator Gambar 8.6. Alternator konvensional dan terminal-terminalnya Alternator berfungsi untuk mengubah energi mekanik (putar) menjadi energi listrik. Pada bagian belakang alternator terdapat beberapa terminal. Terminal-terminal tersebut adalah terminal E, F, N (atau ada juga yang menuliskan terminal N dengan menggunakan notasi P) dan B alternator. Ada juga alternator dengan terminal E, F, N, A, dan B. Terminal A pada alternator ini dapat dihubungkan dengan terminal B pada regulator. Regulator yang digunakan dal am sistem pengisian konvensional ini adalah regulator model kumparan dan kontak poin untuk mengatur arus yang masuk ke rotor Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 207 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan coil sehingga tegangan alternator stabil . Alternator terdiri dari banyak komponen. Komponen-komponen pendukung alternator dapat dil ihat pada gambar di bawah. Gambar 8.7. Komponen-komponen alternator 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Fungsi masing-masing komponen alternator adalah sebagai berikut. Puli, berfungsi untuk meneruskan tenaga putar dari poros engkol (melalui tali kipas) ke poros alternator (rotor). Kipas, berfungsi untuk mendinginkan komponen -komponen yang ada di dalam alternator. Spacer, berfungsi untuk memberi jarak antara kipas dan bantalan sehingga kipas tidak menggesek rangka depan. Rangka depan dan belakang, berfungsi untuk dudukan bantalan depa n dan belakang serta sebagai penutup bagian depan dan belakang alternator. Bantalan atau bearing, berfungsi untuk mengurangi gesekan antara poros rotor dengan rumah depan dan rumah belakang alternator. Kumparan rotor (rotor coil), berfungsi untuk menghasi lkan medan magnet pada alternator. Kumparan stator (stator coil), berfungsi untuk membangkitkan tegangan bolak balik (AC). Sikat, berfungsi untuk menghantarkan arus dari terminal alternator (F) ke kumparan rotor memalui slip ring positif, dan menghantarkan arus dari rotor koil melalui slip ring negatif ke terminal E alternator. Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 208 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan 9. Dudukan sikat, berfungsi sebagai tempat terpasangnya sikat dan pegas. 10. Dioda penyearah (rectifier), berfungsi untuk menyearahkan atau mengubah arus bolak-balik (AC) yang dihasilkan k umparan stator menjadi arus searah (DC). Komponen alternator terbagi menjadi dua bagian, yaitu komponen aktif dan komponen pasif. Komponen aktif adalah bagian dari alternator yang secara langsung berhubungan dengan proses terjadinya arus listrik pada alt ernator, yaitu kumparan rotor, kumparan stator, sikat, dan dioda penyearah. Komponen pasif dalam alternator adalah komponen yang mendukung komponen aktif alternator yang ti dak secara langsung dialiri arus listrik. Yang termasuk komponen pasif adalah puli, kipas, bantalan, rangka depan dan belakang, dan komponen -komponen kecil lainnya. Dalam buku ini komponen yang akan dibahas secara rinci adalah komponen aktif pada alternator yaitu kumparan rotor, kumparan stator, sikat, dan dioda penyearah. 1. Rotor dan Kumparan Rotor (Rotor Coil) Rotor terdiri dari poros rotor, kumparan yang dililitkan pada inti besi (kumparan rotor), batang-batang kutub (pole piece), dan cincin gesek (slip ring). Kumparan rotor (rotor coil) berfungsi untuk menghasilkan medan magne t. Poros rotor berfungsi sebagai dukukan komponen -komponen rotor. Batang kutub berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan kumparan rotor dan membentuk kutub kutub utara dan selatan pada rotor. Slip ring berfungsi untuk meneruskan arus dari sikat (+) ke kumparan rotor dan dari rotor ke sikat ( -). Gambar 8.8. Rotor pada alternator Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 209 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Gambar 8.9. Garis-garis gaya magnet pada kumparan rotor Batang kutub dan slip ring disatukan dengan poros rotor dengan cara dipres menjadi satu sehingga membentuk kuku-kuku magnet yang saling berpasangan. Di dalam kuku-kuku magnet tersebut terdapat kumparan rotor. Sikat terpasang pada slip ring untuk menghantarkan arus ke kumparan rotor. Pada saat arus mengalir ke kumparan rotor, maka medan magnet akan te rbentuk dan pada kuku-kuku magnet akan terbentuk kutub utara dan selatan. Hal ini menyebabkan terjadinya garis gaya magnet yang arahnya saling berlawanan di antara kuku -kuku magnet yang berdekatan. Gambar 8.10. Rotor tipe kutub dan tipe Randle Rotor terdiri dari dua macam yaitu jenis randle dan jenis kutub. Untuk jenis kutub diameter luarnya lebih kecil namun cara menggulungnya lebih sulit. Jenis rotor ini umumnya dipakai untuk alternator dengan kapasitas besar. Untuk alternator pada kendaraan, jenis Randle strukturnya sederhana dan kekuatannya cukup bai k sehingga banyak digunakan. Jenis Randle terdiri dari 4 sampai 6 inti besi (batang kutub) yang disisipkan pada poros dari kedua ujung kumparan rotor yang berbentuk tabung. Ujung lilitan pada kumparan rotor dihubungkan ke dua slip ring yang dipasang pada poros. Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 210 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan 2. Kumparan Stator (Stator Coil) Gambar 8.11. Kumparan stator (stator coil) Kumparan stator (stator coil) berfungsi untuk menghasilkan arus bolak-balik (AC). Kumparan stator terpasa ng secara tetap pada inti stator dan terikat pada rumah alternator sehingga tidak ikut berputar (statis). Kumparan stator terdiri dari tiga gulungan kawat berisolasi yang dililitkan pada slot di sekeliling rangka besi (inti stator). Setiap gulungan mempuny ai jumlah lilitan yang sama. Ketiga gulungan kawat dililitkan secara saling bertumpuk berurutan untuk mendapatkan sudut fasa yang diperlukan sehingga tegangan yang dihasilkan oleh tiap gulungan stator mempunyai sudut fasa yang berbeda sehingga output alter nator tersebut menjadi tiga fasa. Gambar 8.12. Kumparan stator model bintang dan delta pada alternator Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 211 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Hubungan antara gulungan pada kumparan stator ada dua macam, yaitu hubungan bintang dan hubungan delta. Sambungan model bintang pada alternator dapat diidentifikasi dengan mudah karena jenis ini mempunyai empat ujung kumparan, yaitu tiga ujung kumparan yang berhubungan dengan dioda dan satu ujung kumparan yang merupakan gabungan tiga ujung kumparan stator yang disebut dengan sambungan netral (N). Kumparan model bintang digunakan pada alternator yang membutuhkan output tegangan yang tinggi pada kecepatan lambat. Pada saat terjadinya tegangan (misal pada satu fasa), dua kumparan terhubung secara seri dalam suatu rangkaian tertutup (hal ini secara kh usus dijelaskan pada bagian penyearahan oleh dioda). Sambungan delta kumparan stator dapat diidentifikasi dengan mudah karena pada kumparan jenis ini hanya mempunyai tiga ujung kumparan stator yaitu ujung kumparan yang ketiganya dihubungkan dengan dioda penyearah. Sambungan delta ini biasanya digunakan untuk alternator yang mampu menghasilkan arus yang besar pada saat putaran rendah. Ketiga kumparan ini dihubungkan secara paralel. 3. Dioda Gambar 8.13. Dioda terpasang pada ujung kumparan stator Dioda berfungsi untuk mengubah arus bolak -balik (AC) yang dihasilkan oleh kumparan stator menjadi arus searah ( DC). Karakteristik dioda yang hanya bisa dialiri oleh arus dalam satu arah saja (lihat kembali bab 3 tentang bahan semikonduktor dan dioda) dapat dimanfaatkan sebagai pen yearah arus. Pada alternator tipe konvensional, terdapat enam buah dioda, tiga buah dioda masuk dalam kelompok Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 212 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan dioda positif dan tiga dioda lainnya adalah dioda negatif. Keenam dioda tersebut disusun dengan sistem jembatan seper ti yang ditunjukkan pada gambar di bawah. Gambar 8.14. Rangkaian enam dioda dalam alternator Berdasarkan gambar di atas, tampak bahwa dua buah dioda dihubungkan secara seri sehingga terdapat tiga pasang dioda yang dihubungkan secara seri. Kaki anoda pada sisi dioda negatif digabungkan satu sama lain dan dihubungkan dengan massa, sedangkan kaki katoda pada sisi dioda positif saling dihubungkan juga dan dihubungkan dengan terminal B. Ujung -ujung kumparan stator disambungkan dengan bagian tengah di antara pasangan dioda yang dihubungkan seri. Berikut ini dijelaskan proses penyearahan arus AC yang dihasilkan oleh kumparan stator. Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 213 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Gambar 8.15. Penyearahan oleh dioda pada kumparan stator model bintang Gambar 8.16. Penyearahan oleh dioda pada kum paran stator model delta Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 214 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Pada gambar 8.15 (a) di atas, misalnya kumparan yang menghasilkan tegangan adalah kumparan A dan B (dalam kondisi ini kumparan A dan B berhubungan secara seri). Jika pada ujung kumparan C menghasilkan tegangan dengan polaritas positif dan pada ujung kumparan A polaritasnya negatif, maka arus akan mengalir dari ujung kumparan C menuju dioda dan mengalir ke terminal positif baterai, ke terminal negatif baterai, ke dioda, kemudian ke ujung kumparan A. Apabila sekarang tegangan dihasi lkan pada kumparan B dan C (gambar 8.15 (b)), dan ujung kumparan B menghasilkan tegangan dengan polaritas positif dan ujung terminal C polaritasnya negatif, maka arus akan mengalir dari ujung kumparan B ke dioda, ke positif baterai, ke negatif baterai, ke dioda, kemudian ke ujung kumparan C. Meskipun dalam keadaan ini ujung kumparan C negatif, namun arus tetap mengalir ke terminal positif baterai. Dengan demikian tegangan bolak balik yang dihasilkan kumparan stator akan dialirkan dengan arah yang tetap sama (searah) ke dalam baterai. Jadi, jelaslah bahwa fungsi dioda pada sistem ini sebagai penyearah atau pengubah arus bolak-balik menjadi arus searah. Proses yang sama terjadi pada stator model delta. 8.2.1.4. Regulator Tipe Konvensional Regulator berfungsi untuk mengatur besar kecilnya arus yang masuk ke kumparan rotor (rotor coil) atau untuk mengatur kuat lemahnya medan magnet pada kumparan rotor sehingga output alternator tetap stabil (13,8 V sampai 14,8 V) meskipun putaran mesin naik atau turun. Putaran mesin yang tinggi akan cenderung menghasilkan tegangan yang tinggi, namun dengan adanya regulator pada saat putaran tinggi arus yang masuk ke kumparan rotor diperkecil atau dilangsungkan ke massa sehingga medan magnet pada kumparan rotor kecil. Saat mesin berputar lambat, tegangan alternator akan turun, namun pada kondisi ini regulator mengatur agar arus yang masuk ke kumparan rotor besar sehingga medan magnet pada kumparan rotor kuat. Berdasarkan hal tersebut, maka tegangan output alternator akan selalu s tabil baik pada putaran rendah, sedang, maupun tinggi. Regulator tipe konvensional atau tipe kontak point terdiri dari : 1) kumparan voltage regulator yang berfungsi untuk mengatur arus yang masuk ke rotor coil agar kemagnetannya bisa diatur sesuai kebutuhan sehingga tegangan output alternator tetap konstan, tahanan kumparan tersebut sekitar 100 Ohm dan 2) kumparan voltage relay yang berfungsi untuk mematikan lampu CHG dan menghubungkan arus dari terminal B ke voltage regulator. Besar tahanan kumparan voltage relay adalah sekitar 25 Ohm. Terminal yang terdapat pada regulator tipe ini ada enam terminal, yaitu terminal IG, N, F, E, L, dan B. Gambar 8.17. Regulator Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 215 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Setiap unit kumparan pada regulator dilengkapi dengan titik kontak yang berfungsi untuk menyalurkan arus yang menuju ke kumparan rotor. Pada kumparan pengatur tegangan (voltage regulator) terdapat tiga titik kontak y ang disebut dengan Pl0 (kontak gerak), Pl1 (kontak kecepatan rendah) , dan Pl 2 (kontak kecepatan tinggi) . Pada kondisi normal (tidak bekerja) Pl 0 selalu menempel dengan Pl 1. Pada kumparan voltage relay juga terdapat tiga buah titik kontak yang disebut dengan P 0, P1, dan P 2. Pada kondisi normal (tidak bekerja) titik kontak P 0 selalu menempel dengan P 1. Pada bagian bawah regulator terda pat resistor yang menghubungkan terminal IG dan terminal F pada regulator. Besar tahanan resistor ini sekitar 11 Ohm. Resistor ini juga menjadi salah satu petunjuk untuk menentukan kumparan voltage regulator karena resistor merupakan bagian dari kumparan voltage regulator. Gambar 8.18. Regulator tipe konvensional Tiap terminal regulator berhubungan dengan titik kontak -titik kontak dalam regulator. Terminal IG berhubungan langsung dengan titik kontak Pl 1. Terminal N berhubungan dengan salah satu ujung kumparan voltage relay (ujung lainnya ke massa). Terminal F berhubungan dengan Pl 0. Terminal E berhubungan dengan massa dan Pl2. Terminal L berhubungan dengan P 0 dan satu ujung kumparan voltage regulator (ujung lainnya ke massa). Terminal B berhubun gan dengan P2. Kontak P1 berhubungan dengan massa. Bagian atas kumparan voltage regulator dan kumparan voltage relay terdapat pegas yang digunakan sebagai penahan gerakan kontak gerak (Pl0 atau P0) agar tidak terlalu mudah berpindah tempat dari satu posisi ke posisi lain. Kekakuan pegas ini dapat diatur oleh lidah penyetel. Jika lidah penyetel dibengkokan ke atas (dengan tang lancip) maka pegas semakin kaku dan sebaliknya jika lidah penyetel dibengkokkan ke bawah maka pegas akan menjadi lemah. Jika lidah pada kumparan voltage regulator dibengkokkan ke atas, maka tegangan output pada alternator akan naik dan bila lidah penyetel dibengkokkan ke bawah maka tegangan output alternator menjadi rendah. Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 216 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Gambar 8.19. Prinsip alternator dan pengaturan arus kumpara n rotor oleh regulator Gambar di atas memperlihatkan peranan regulator untuk mengatur besar kecilnya arus yang masuk ke kumparan rotor. Prinsip dasar gambar di atas adalah sebagai berikut. Arus yang mengalir ke kumparan rotor terlebih dahulu melewati regulator. Arus tersebut digunakan untuk menghasilkan medan magnet pada kumparan rotor. Jika rotor berputar, maka pada kumparan stator akan terjadi tegangan bolak-balik yang kemudian disearahkan untuk mengisi baterai dan memberikan energi listrik ke beban (load) kelistrikan lainnya. Jika rotor berputar makin cepat, maka tegangan yang dihasilkan akan ikut naik. Hal ini tidak boleh terjadi karena akan menyebabkan pengisian berlebihan ( overcharge). Pada kondisi tegangan yang makin naik ini, maka regulator akan me ngurangi besarnya arus yang masuk ke kumparan rotor sehingga medan magnet pada kumparan rotor melemah. Namun karena putarannya tinggi, tegangan yang dihasilkan kumparan stator tetap stabil karena naiknya putaran diimbangi dengan penurunan arus (yang juga m enyebabkan penurunan kuat medan magnet) pada kumparan rotor. Gambar 8.20. Hubungan antar komponen sistem pengisian Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 217 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Gambar 8.21. Hubungan alternator dengan terminal -terminal regulator Terminal-terminal yang terdapat pada alternator adalah termi nal E, F, N, dan B sedangkan terminal-terminal pada regulator adalah terminal IG, N, F, E, L, dan B. terminal E alternator dihubungkan dengan terminal E regulator. Terminal F alternator dihubungkan dengan terminal F regulator. Terminal B alternator dihubun gkan dengan terminal B regulator. Terminal N alternator dihubungkan dengan terminal N regulator. Terminal IG regulator dihubungkan dengan terminal IG pada kunci kontak. Terminal L regulator dihubungkan dengan sebuah lampu indikator pengisian, dan satu kaki lainnya dari lampu tersebut dihubungkan dengan kunci kontak terminal IG. 8.2.2. Cara Kerja Sistem Pengisian Konvensional Kerja sistem pengisian untuk menghasilkan tegangan tidak lepas dari tiga hal penting yang harus ada dalam proses penghasilan tegan gan. Pertama, adanya medan magnet (pada rotor), kedua, adanya kumparan (stator coil), dan ketiga, adanya gerak pemotongan medan magnet. Sebelum membahas cara kerja secara keseluruhan, akan dibahas terlebih dahulu prisip dasar kerja regulator. Dasar kerja regulator ini merupakan pengetahuan awal untuk memahami cara kerja sistem pengisian. 8.2.2.1. Prinsip Dasar Regulator Beberapa hal yang perlu diingat dalam mempelajari prinsip kerja regulator pada sistem pengisian adalah 1) makin tinggi kecepatan putar rotor, tegangan yang dihasilkan akan semakin tinggi juga, 2) makin kuat medan magnet pada kumparan rotor, makin tinggi tegangan yang dihasilkan, 3) makin banyak jumlah kumparan stator, makin tinggi tegangan yang dapat dihasilkan. Untuk poin (3), dalam sist em pengisian tidak mungkin dilakukan karena jumlah lilitan pada kumparan stator jumlahnya tetap. Jadi yang selalu berubah -ubah adalah putaran dan kuat -lemahnya medan magnet. Pada regulator terdapat kumparan regulator yang berfungsi untuk menghasilkan medan magnet yang digunakan untuk menarik kontak gerak ( moving contact) agar dapat lepas dari P 1 (mengambang) atau menempel dengan P2 saat tegangan yang bekerja pada kumparan regulator naik akibat putaran rotor yang makin tinggi. Berikut dijelaskan prinsip dasa r pengaturan tegangan oleh regulator. Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 218 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Gambar 8.22. Prinsip dasar regulator saat putaran lambat Saat putaran lambat, tegangan yang dihasilkan kumparan stator cenderung rendah. Tegangan yang rendah ini juga menyebabkan tegangan yang masuk ke kumparan regulator rendah sehingga medan magnet yang dihasilkan rendah. Karena gaya tarik magnet pada kumparan regulator lemah, maka pegas kontak gerak akan menarik kontak gerak sehingga menempel dengan P 1. Hal ini menyebabkan arus listrik yang mengalir menuju kump aran rotor besar karena tidak melalui hambatan sehingga medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan rotor kuat. Putaran yang lambat diimbangi dengan kuatnya medan magnet pada kumparan rotor menyebabkan output dari kumparan stator cukup untuk mengisi baterai . Gambar 8.23. Prinsip dasar regulator saat putaran sedang Jika rotor berputar makin cepat sampai dengan putaran sedang, maka tegangan yang dihasilkan kumparan stator juga akan naik yang juga akan mempengaruhi tegangan yang bekerja pada kumparan regu lator. Kenaikan tegangan Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 219 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan pada kumparan ini menyebabkan medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan regulator menguat dan mampu menarik kontak gerak sehingga lepas dari P1 dan posisinya menjadi mengambang. Hal ini akan menyebabkan arus yang mengalir ke kumparan rotor melewati resistor sehingga arus yang masuk ke kumparan rotor mengecil. Medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan rotor menjadi turun atau melemah. Namun, karena putaran naik maka tegangan yang dihasilkan tetap cukup stabil untuk mengisi baterai meskipun medan magnet pada kumparan rotor melemah. Jadi naiknya putaran diimbangi dengan menurunnya medan magnet sehingga output kumparan stator menjadi stabil. (a) (b) Gambar 8.24. Prinsip dasar regulator saat putaran tinggi (kontak terhubung (a) dan terlepas lepas (b) dengan P 2 secara periodik) Apabila rotor berputar pada kecepatan tinggi, maka tegangan yang dihasilkan kumparan stator juga akan tinggi sehingga tegangan yang bekerja pada kumparan regulator juga makin tin ggi. Hal ini menyebabkan terjadinya medan magnet yang makin kuat pada kumparan regulator sehingga mampu menarik kontak gerak dan Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 220 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan menempel dengan P 2. Kejadian ini menyebabkan arus mengalir melalui resistor dan langsung mengalir ke massa sehingga tidak ada a rus yang masuk ke kumparan rotor. Akibatnya, medan magnet pada kumparan rotor hilang karena kumparan tersebut tidak mendapatkan arus. Ini akan menyebabkan turunnya tegangan yang dihasilkan kumparan stator karena tidak ada kemagnetan. Jika tegangan turun, maka tegangan pada kumparan regulator juga akan turun sehingga medan magnetnya melemah. Pada saat ini pegas akan menarik kontak gerak lepas dari P 2 sehingga arus akan kembali mengalir dari resistor ke kumparan rotor sehingga medan magnet akan terbentuk lag i pada kumparan rotor. Karena putaran masih tinggi, maka tegangan yang dihasilkan kumparan stator akan kembali naik. Jika tegangannya tinggi lagi maka proses pada gambar (a) dan (b) akan berulang lagi sehingga kontak gerak akan kembali menempel dengan P 2. Hal ini terjadi terus menerus sehingga tegangan output kumparan stator tetap stabil. 8.2.2.2. Cara Kerja Sistem Pengisian Konvensional Rangkaian sistem pengisian konvensional digambarkan pada skema di bawah ini. Pada skema di bawah, terdapat dua bagian utama (dalam kotak garis putus -putus) yaitu bagian alternator dan bagian regulator. Di dalam alternator terdapat beberapa bagian, yaitu kumpatan stator ( stator coil), kumparan rotor ( rotor coil), enam buah dioda yang dirangkai dengan sistem jembatan, dan terminal alternator (E, F, N, dan B). Pada bagian regulator, terdapat beberapa bagian yaitu voltage regulator, voltage relay, kontak poin, resistor, dan terminal -terminal regulator (Ig, N, F, E, L, dan B). Semua komponen dalam alternator dan regulator dihu bungkan satu sama lain sehingga membentuk rangkaian sistem pengisian. Berikut digambarkan hubungan antar terminal regulator, alternator, dan komponen lainnya dalam sistem pengisian. Gambar 8.25. Rangkaian sistem pengisian konvensional Prinsip kerja dari sistem pengisian dengan regulator tipe konvensional terbagi menjadi empat bagian, yaitu pada saat kunci kontak ON mesin belum hidup, mesin hidup putaran lambat, putaran sedang, dan putaran tinggi. Berikut dijelaskan cara kerja sistem pengisian tipe konv ensional. Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 221 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Gambar 8.26. Saat kunci kontak ON mesin mati Saat kunci kontak ON, mesin belum hidup : 1. Arusmengalir dari baterai ke Fusible link (FL), ke kunci kontak (KK) ke fuse ke Charge Warning Lamp (CWL) ke L ke P0 ke P1 ke massa. Akibatnya lamp u pengisian menyala. 2. Pada saat yang sama, arus dari baterai juga mengalir ke FL ke KK ke fuse ke Ig ke Pl1 ke Pl0 ke terminal F regulator ke F alternator ke rotor coil (RC) ke massa. Akibatnya pada RC timbul medan magnet. Kecepatan rendah Gambar 8.27. Saat mesin berputar lambat 3. Setelah mesin hidup, stator coil (SC) menghasilkan arus listrik. Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 222 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan 4. Tegangan dari terminal N alternator mengalir ke N regulator , ke kumparan voltage relay, ke massa. Akibatnya pada kumparan voltage relay timbul meda n magnet, sehingga terminal P 0 tertarik dan menempel dengan P 2. Akibatnya lampu pengisian menjadi padam karena tidak mendapat massa. 5. Output dari SC disalurkan ke diode dan disearahkan menjadi arus searah (DC) kemudian mengalir ke B alternator kemudian ke baterai. Terjadi pengisian baterai. 6. Arus dari terminal B juga mengalir ke B reg ke P2 ke P0 ke kumparan voltage regulator ke massa. Akibatnya terjadi medan magnet pada kumparan voltage regulator. 7. Karena putaran rendah, tegangan output alternator cenderung rendah. Bila tegangan B kurang dari 13,8 medan magnet pada kumparan voltage regulator lemah dan Pl 0 tetap menempel ke Pl 1 (karena adanya pegas pada Pl 0). 8. Akibatnya arus yang besar mengalir dari Ig , ke Pl1, ke Pl0, ke F regulator, ke F alternator ke RC ke massa, maka arus yang mengalir ke RC besar dan medan magnet pada RC kuat. Jadi, meskipun putaran lambat, output alternator tetap cukup untuk mengisi baterai karena medan magnet pada RC kuat. Putaran sedang Gambar 8.28. Saat mesin putaran sedang 9. Bila putaran mesin naik menjadi putaran sedang, maka tegangan output alternator di terminal B akan naik juga dan arusnya mengalir ke B reg ulator ke P2 ke P0 ke kumparan voltage regulator, ke massa. 10. Akibatnya, medan magnet pada kumparan voltage regulator menjadi makin kuat dan menarik Pl 0 sehingga lepas dari Pl 1 (Pl0 mengambang). 11. Akibatnya, arus dari B alternator mengalir ke Ig ke resistor (R) ke F regulator ke F alternator ke RC ke massa. Kemagnetan pada RC melemah karena arus melewati resistor. 12. Meskipun kemagnetan pada RC melemah, namun putaran naik ke putaran sedang sehingga output alternator tetap cukup untuk mengisi baterai (tegangan antara 13,8 sampai 14,8 volt). Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 223 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Putaran Tinggi Gambar 8.29. Saat mesin putaran tinggi 13. Bila putaran naik menjadi putaran tinggi, maka tegangan output pada terminal B alternator akan cenderung makin tinggi. Bila tegangan tersebut melebihi 14,8 volt, maka kemagnetan pada kumparan voltage regulator semakin kuat sehingga kontak Pl 0 tertarik dan menempel dengan pl 2. 14. Akibatnya arus yang berasal dari Ig mengalir ke R ke Pl0 ke Pl2 ke massa (tidak mengalir ke RC). Hal ini menyebabkan medan magnet pada RC drop. 15. Output dari terminal B alternator menjadi turun. Bila tegangan output kurang dari tegangan standar (13,8 – 14,8 V) maka kemagnetan pada voltage regulator melemah lagi, sehingga Pl 0 lepas lagi dari Pl 2. 16. Arus dari Ig ke R kembali mengalir ke RC ke massa, sehingga medan magnet pada RC kembali menguat sehingga tegangan output alternato r naik lagi. 17. Bila tegangan di B naik lagi dan melebihi 14,8 volt, maka prosesnya berulang ke proses no 13 di atas secara berulang -ulang dan Pl 0 lepas dan menempel dengan Pl2 secara periodik sehingga output alternator menjadi stabil. Berdasarkan cara kerja sistem pengisian seperti dijelaskan di atas, maka dapat disimpulkan bahwa terjadinya tegangan output alternator dipengaruhi oleh tiga hal penting, yaitu 1) adanya medan magnet yang dihasilkan oleh rotor coil, 2) adanya kumparan di sekitar medan magnet, yaitu stator coil, dan 3) adanya pemotongan medan magnet oleh kumparan. Pemotongan medan magnet ini terjadi karena adanya putaran poros alternator yang menyebabkan rotor coil berputar dan medan magnet yang ada padanya juga berputar memotong kumparan pada stator coil. 8.3. Sistem Pengisian dengan Regulator Elektronik (IC, Integrated Circuit) Sistem pengisian dengan regulator elektronik merupakan perkembangan dari sistem pengisian dengan regulator konvensional. Pada regulator tipe konvensional seperti yang telah dijelaskan di atas, proses pengaturan tegangan output alternator dilakukan secara elektromagnetik dengan memindahkan posisi titik kontak pada voltage regulator sesuai dengan kebutuhan. Pemindahan posisi titik kontak ini digunakan untuk mengatur be sar kecilnya arus yang masuk ke kumparan rotor. Saat Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 224 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan putaran tinggi, arus yang masuk ke kumparan rotor dikurangi sehingga kuat medan magnetnya menurun, dan sebaliknya pada putaran rendah arus yang ke kumparan rotor dibesarkan sehingga medan magnet pada kum paran rotor kuat. Efek dari pengaturan arus pada kumparan rotor sesuai dengan kecepatan putaran rotor adaalah tegangan yang dihasilkan oleh alternator stabil (13,8 sampai 14,8 V). Secara prinsip, kerja regulator elektronik sama dengan dengan kerja regulat or konvensional yaitu dengan mengatur arus yang masuk ke kumparan rotor. Jika pada regulator konvensional pengaturan arus dilakukan dengan gerak mekanis titik kontak, maka pada regulator elektronik (IC) kerja kontak tersebut digantikan oleh transistor yang bekerja sebagai saklar elektronis yang mengatur arus yang masuk ke kumparan rotor. Pada regulator konvensional, kelebihan tegangan pengisian terdeteksi oleh kumparan voltage regulator. Kelebihan tegangan tersebut dimanfaatkan untuk memperkuat medan magnet pada kumparan tersebut dan reaksi akibat hal itu adalah menarik kontak sehingga arus mengalir melalui hambatan. Pada regulator elektronik, kelebihan tegangan itu dideteksi oleh dioda zener. Secara lengkap hal ini dijelaskan pada bagian cara kerja regulato r elektronik (IC). 8.3.1. Komponen Sistem Pengisian dengan Regulator Elektronik (IC) Gambar 8.30. Rangkaian sistem pengisian dengan alternator tipe regulator IC Hubungan antar komponen pada sistem pengisian dengan regulator IC dapat dilihat pada gambar di atas. Alternator kompak mempunyai empat terminal pada bagian belakang alternator tersebut. Terminal -terminal tersebut adalah terminal B, IG, S, dan L (atau ada juga yang menyebut terminal U) . Terminal B adalah terminal output alternator yang dihubungkan dengan baterai. Terminal IG adalah terminal yang dihubungkan dengan kunci kontak untuk mengaktifkan alternator atau regulator. Terminal S adalah terminal yang dihubungkan langsung dengan terminal positif baterai yang berfungsi untuk mendeteksi tegan gan pengisian yang masuk ke baterai. Terminal L adalah terminal yang dihubungkan dengan lampu pengisian untuk me massa-kan (grounding) lampu pengisian. Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 225 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Bagian belakang alternator juga terdapat sebuah lubang yang posisinya bertepatan dengan terminal F pad a regulator. Regulator pada sistem pengisian ini terdapat di dalam alternator. Regulator ini bentuknya seperti ditunjukkan pada gambar 8.30. Beberapa terminal yang terdapat pada regulator ini adalah terminal E, P, F, S, L, IG, dan B. berikut ini dijelaskan komponen-komponen pada sistem pengisian dengan regulator IC. 8.3.1.1. Alternator Gambar 8.31. Alternator dengan regulator elektronik yang terpasang di dalamnya Gambar di atas memperlihatkan alternator kompak atau alternator yang di dalamnya sudah terdapat reg ulator. Secara umum, komponen -komponen pada alternator dengan regulator IC sama dengan komponen -komponen pada alternator konvensional. Fungsi komponen-komponen yang ada juga sama dengan fungsi komponen pada alternator tipe konvensional. Perbedaan pokoknya adalah bahwa pada pada alternator kompak terdapat regulator IC di dalamnya. Di bawah ini digambarkan konstruksi dari alternator dengan regulator IC. Gambar 8.32. Konstruksi alternator dengan regulator IC Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 226 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Gambar 8.33. Bagian dalam alternator dengan regulator IC Apabila tutup bagian belakang alternator dilepas, maka akan terlihat regulator IC, sikat dan dudukannya, dioda, dan slip ring. Apabila regulator IC, sikat dan dudukan sikat, dan dioda dilepas, maka akan terlihat ro tor yang dilengkapi kipas dan kumparan stator. Jika dibandingkan dengan bagian -bagian alternator konvensional, semua komponen yang ada pada alternator IC juga ada pada alternator konvensional (kecuali IC-nya). Namun bentuk komponen -komponen tersebut berbed a. Berikut dijelaskan secara singkat bagian-bagian alternator tersebut. 8.3.1.2. Regulator. Gambar 8.34. Regulator IC dan regulator konvensional Seperti halnya pada regulator tipe konvensional, regulator tipe IC ini berfungsi untuk mengatur arus yang masuk ke kumparan rotor. Jika pada regulator tipe konvensional pengaturan arus yang masuk ke kumparan rotor menggunakan prinsip magnetik-mekanik (kumparan dan perpindahan kontak poin), maka pada regulator IC ini pengaturan arus yang masuk ke kumparan r otor dilakukan secara elektronik. Komponen aktif yang bekerja sebagai pengganti kumparan dan kontak point adalah transistor. Transistor ini bekerja ON dan OFF secara periodik untuk mengatur besar dan kecilnya medan magnet pada kumparan rotor. Secara rinci prinsip pengaturan ini akan dijelaskan pada bagian prinsip kerja regulator IC. Di bawah ini ditunjukkan gambar regulator IC dan terminal -terminalnya. Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 227 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Beberapa terminal yang terdapat pada regulator ini adalah termin al E, P, F, S, L, IG, dan B. Terminal E merupakan terminal yang langsung berhubungan dengan massa atau bodi alternator. Terminal P adalah terminal yang dihubungkan dengan salah satu ujung kumparan stator . Terminal F adalah terminal yang tidak dihubungkan dengan terminal manapun saat regulator ini terpasang pada alternator. Terminal F ini difungsikan untuk melakukan pengetesan saat terjadi gangguan pada sistem pengisian untuk menentukan apakah IC alternator rusak atau tidak. Terminal S adalah terminal yang lansung dipasangkan dengan terminal positi f baterai. Terminal ini berfungsi untuk mennyensor tegangan yang masuk ke dalam baterai. Di dalam terminal S terdapat dioda zener sebagai pendeteksi kelebihan tegangan. Terminal L (lampu) adalah terminal alternator yang dihubungkan dengan lampu pengisian sebagai indikator ada tidaknya atau normal tidaknya sistem pengisian. Terminal IG adalah terminal yang dihubungkan dengan kunci kontak pada terminal IG yang berfungsi sebagai sumber catu daya pada regulator IC. Terminal B merupakan output arus DC yang keluar dari alternator yang dihubungkan langsung dengan baterai. 8.3.1.3. Dioda. Gambar 8.35. Dioda pada alternator Jumlah dioda pada alternator dengan regulator IC terdiri dari 8 buah, empat buah tergabung dalam dioda positi f, dan empat buah lainnya dioda negatif. Pada alternator model lain, terdapat sembilan buah dioda, enam buah dioda penyearah, dan tiga lainnya tergabung dalam dioda trio. Dioda pada alternator tipe konvensional terdiri dari enam buah dioda, tiga dioda positif, dan tiga dioda negati f. Dioda ini berfungsi untuk menyearahkan atau mengubah arus AC yang dihasilkan kumparan stator menjadi arus DC. Ujung-ujung kumparan stator (ada empat buah) pada alternator IC dihubungkan dengan terminal T 1, T2, T3, dan T4. Lubang baut pada dioda tersebut merupakan massa dari dioda dan dalam pengecekan dioda, lubang tersebut digunakan untuk terminal negatif dioda. Baut terminal B merupakan output arus DC yang keluar dari alternator yang d ihubungkan langsung dengan baterai. Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 228 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan 8.3.1.4. Kumparan stator Gambar 8.36. Kumparan stator Kumparan stator pada alternator tipe IC sama dengan kumparan stator pada alternator konvensional, yang terdiri dari empat ujung yaitu tiga ujung kumparan stator dan satu ujung yang merupakan gabungan dari tiga ujung kumparan stator yang disebut dengan terminal netral (N). Keempat ujung kumparan tersebut dibautkan pada dioda di terminal T 1, T2, T3, dan T4. Kumparan tersebut merupakan kumparan jenis bintang karena mempunyai terminal N. Untuk kumparan stator yang berbentuk delta atau segitiga, jumlah ujung kumparan statornya ada tiga. Kumparan stator berfungsi untuk menghasilkan atau membangkitkan tegangan bolak -balik. 8.3.1.5. Rotor dan Kumparan Rotor Gambar 8.37. Rotor Rotor adalah bagian yang berputar pada alternator. B eberapa bagian dari rotor adalah slip ring, bantalan, kipas, inti kutub, dan kumparan rotor. Slip ring berfungsi untuk meneruskan arus dari sikat ke kumparan rotor ( rotor coil). Bantalan (bearing) berfungsi untuk mengurangi gesekan antara poros dengan rumahnya. Kipas berfungsi untuk mendinginkan komponen -komponen alternator terutama dioda dan IC. Inti kutub berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan rotor dan Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 229 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan untuk membentuk kutub utara dan selatan pada rotor. Kumparan rotor berfu ngsi untuk menghasilkan medan magnet pada alternator. Rotor berputar di antara kumparan stator. Jika kumparan rotor menghasilkan medan magnet dan rotor berputar, maka garis-garis gaya magnet akan dipotong oleh kumparan stator sehingga pada kumparan stator menghasilkan tegangan. Karena medan magnet (pada rotor) yang berputar maka kutub magnet yang memotong kumparan berganti -ganti antara utara dan selatan sehingga tegangan yang dihasilkan adalah tegangan bolak -balik. 8.3.1.6. Sikat dan Dukukan Sikat Gambar 8.38. Sikat dan dudukan sikat Sikat berfungsi untuk menghantarkan arus dari terminal B alternator ke kumparan rotor (sikat positif) melalui slip ring positif dan meneruskan arus dari kumparan rotor ke terminal F regulator (sikat negatif) melalui sl ip ring negatif untuk diteruskan ke massa melalui transistor di dalam regulator IC. Sikat terpasang di dalam dudukannya dan dilengkapi pegas sikat untuk menjamin hubungan yang baik antara sikat dengan slip ring. 8.3.1.7. Komponen pendukung lainnya Selain komponen-komponen yang telah dibahas di atas, terdapat komponen komponen pendukung lainnya pada alternator yaitu puli, rangka (rumah alternator), tutup belakang, dan lain -lain. Komponen-komponen tersebut secara khusus sudah dibahas pada bagian awal ba b ini. 8.3.2. Dasar Rangkaian dan Pengaturan Tegangan oleh Regulator IC Dibandingkan dengan alternator yang memakai regulator tipe kontak point, alternator dengan regulator IC mempunyai keuntungan: tahan terhadap getaran dan tahan lama, tegangan outpu t lebih stabil, tahanan kumparan rotor lebih kecil sehingga arus dapat diperbesar. Komponen aktif dalam regulator IC adalah transistor dan dioda zener. Secara sederhana proses pengaturan arus pada kumparan rotor sistem pengisian non konvensional dapat diga mbarkan dengan skema berikut. Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 230 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Gambar 8.39. Dasar pengaturan arus rotor koil pada alternator Pengaturan arus yang masuk ke rotor koil pada regulator IC ada dua macam, yaitu IC regulator memberikan massa rotor koil melalui transistor sebagai kontrol massa, dan IC regulator yang memberikan arus melalui transistor sebagai control arus. Transistor bekerja untuk memutus atau menghubungan arus yang menuju ke rotor coil sesuai dengan kondisi output alternator sehingga pengaturan medan magnet pada rotor coil dapat terjadi. Dioda zener bekerja sebagai pendeteksi tegangan yang dihasilkan oleh alternator. Gambar 8.40. Skema dasar regulator IC Dioda zener akan mengalirkan arus pada saat ada tegangan yang bekerja padanya melebihi tegangan kerja dari dioda ze ner tersebut. Pada dasarnya, kerja regulator IC sama dengan kerja regulator tipe konvensional, yaitu mengatur arus yang masuk ke rotor coil sehingga medan magnet pada rotor coil juga dapat diatur sesuai dengan kondisi kerjanya. Transistor Tr1 pada rangkaia n di atas berfungsi untuk Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 231 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan memutus dan menghubungkan arus yang mengalir ke kumparan rotor untuk mengatur kuat lemahnya medan magnet pada kumparan rotor tersebut. Tr2 berfungsi untuk mengatur kerja (ON atau OFF -nya) Tr1. Dioda zener (ZD) berfungsi untuk meng atur kerja Tr2 dengan mengalirkan atau tidak mengalirkan arus ke Tr2. Mengalir tidaknya arus dari dioda zener tergantung dari tinggi rendahnya tegangan yang bekerja pada dioda zener yang berasal dari terminal B alternator. Prinsip kerja dari sistem pengisi an IC di atas dapat dijelaskan sebagai berikut. 1. 2. 3. Kunci Kontak on, mesin belum hidup Arus mengalir dari baterai ke fusible link (FL) → Kunci Kontak (KK) → R1 → B Tr1 → E Tr1 → massa. Akibatnya Tr1 on. Hal ini menyebabkan arus dari baterai juga mengalir ke slip ring positif → rotor coil → slip ring negatif → C Tr1 → E Tr1 → massa. Akibatnya pada rotor coil timbul medan magnet. Mesin hidup, output alternator kurang dari 14 V Setelah mesin hidup, stator coil menghasilkan arus listrik. Tegangan dari stator coil disearahkan oleh dioda dan kemudian mengalir ke terminal B → baterai → terjadi pengisian. Selain ke baterai, arus juga mengalir ke KK → R1 → B Tr1 → E Tr1 → massa. Akibatnya Tr1 tetap on, sehingga arus dari terminal B alternator juga mengalir ke slip ring positif → rotor coil → slip ring negatif → C Tr1 → E Tr1 → massa. Akibatnya pada rotor coil tetap timbul medan magnet. Mesin hidup, output alternator lebih dari 14 V Apabila putaran mesin makin tinggi, maka tegangan output alternator aka n naik juga. (a)* Bila output alternator lebih dari 14 V, maka dioda zener (ZD) akan tembus atau dapat mengalirkan arus karena tegangan yang ada pada ZD tersebut melebihi tegangan kerjanya. Akibatnya, arus dari R2 dapat mengalir ke ZD → B Tr2 → E Tr2 → massa. Hal ini menyebabkan Tr2 menjadi on. Arus yang semula dari R1 mengalir ke B Tr1 akan pindah dan mengalir ke massa melalui C Tr2 → E Tr2 → massa. Akibatnya B Tr1 tidak mendapatkan arus picu sehingga Tr1 menjadi off. Dengan demikian arus dari terminal B alternator tidak dapat mengalir ke rotor coil karena Tr1 off. Akibatnya adalah medan magnet pada rotor coil drop. Efek dropnya medan magnet ini menyebabkan output dari stator coil menjadi drop juga. (b)* Apabila tegangan pada terminal B alternator drop dan harganya kurang dari 14 V, maka ZD menjadi posisi memblok arus karena tegangan yang ada kurang dari tegangan kerjanya. Hal ini menyebabkan Tr 2 menjadi off, dan arus dari R1 kembali mengalir ke Tr1 sehingga Tr1 on lagi. Tr1 on mengakibatkan arus mengalir lagi ke rotor coil dan medan magnet pada rotor coil akan menguat lagi, sehingga tegangan output alternator akan naik lagi. Bila tegangan tersebut melebihi 14 V maka proses akan kembali ke (a)*. Proses (a)* dan (b)* akan terjadi secara terus menerus sehingga tegangan output alternator akan stabil sekitar 14 V. 8.3.3. Cara Kerja Sistem Pengisian dengan regulator IC Gambar di bawah menunjukkan hubungan antar komponen sistem pengisian regulator elektronik (IC). Terminal B alternator dihubungkan dengan ter minal positif baterai. Terminal IG dihubungkan dengan terminal IG kunci kontak. Terminal S dihubungkan dengan terminal positif baterai. Terminal L dihubungkan dengan lampu pengisian. Untuk menjelaskan cara kerja sistem ini, maka hubungan antar komponen diwakili dengan skema rangkaian. Skema sistem pengisian dengan regulator IC dapat dilihat pada gambar berikut. Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 232 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Gambar 8.41. Skema sistem pengisian dengan regulator IC MIC (monolithic Integrated Circuit ) pada rangkaian di atas merupakan bagian dari regulator IC yang berfungsi untuk mengatur berbagai fungsi, yaitu pengaturan kerja Tr1, Tr2, dan Tr3 sehingga lampu pengisian bisa menyala saat mesin mati kunci kontak ON, lampu padam saat alternator sudah mengeluarkan output. Fungsi lainnya adalah menyalakan lampu pengisian jika terjadi overcharge saat terminal S dan B lepas atau putus. Fungsi -fungsi tersebut secara rinci dijelaskan dalam c ara kerja sistem pengisian dengan regulator IC pada beberapa kondisi, yaitu saat kunci kontak ON, mesin belum hidup, saat mesin hidup tegangan output alternator kurang dari 14 V, saat tegangan lebih dari 14 V, saat terminal S lepas atau putus, dan sa at terminal B lepas atau putus. Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 233 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan 8.3.3.1. Saat kunci kontak ON, mesin belum hidup Gambar 8.42. Aliran arus saat kunci kontak ON, mesin belum hidup Saat kunci kontak ON, mesin belum hidup (gambar di atas), maka arus dari baterai mengalir sekering, ke kunci kontak, ke terminal IG, dan masuk ke MIC. Arus yang masuk ke MIC tersebut kemudian mengalir ke kaki basis (B) tran sistor (Tr1), ke E Tr1, kemudian ke massa. Hal ini menyebabkan Tr1 menjadi ON. Pada saat yang sama arus juga mengalir ke B Tr3, ke E Tr3, kemudian ke massa. Akibatnya Tr3 menjadi ON. Aktifnya Tr1 dan Tr3 menyebabkan aliran arus seperti digambarkan pada skema di bawah ini. Gambar 8.43. Aliran arus saat Tr1 dan Tr3 ON Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 234 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Aktifnya Tr1 menyebabkan arus mengalir dari baterai ke terminal B, ke kumparan rotor (rotor coil), ke terminal F, ke C Tr1, ke E Tr1, kemudian ke massa. Aliran arus ke kumparan rotor ini menyebabkan terjadinya medan magnet pada kumparan rotor. Pada saat yang sama, aktifnya Tr3 menyebabkan arus mengalir dari baterai ke kunci kontak, ke lampu pengisian, ke terminal L regulator, ke kaki C Tr3, ke E Tr3, kemudian ke massa. Aliran arus ini men yebabkan lampu pengisian menyala. 8.3.3.2. Saat mesin hidup, tegangan alternator kurang dari 14 V Gambar 8.44. Aliran arus saat tegangan alternator kurang dari 14 V Setelah mesin hidup, maka rotor (yang sudah menjadi magnet) berputar karena diputarkan oleh poros engkol melalui tali kipas sehingga pada kumparan stator terjadi tegangan AC. Tegangan ini kemudian disearahkan menjadi DC oleh dioda penyearah. Karena kumparan stator sudah menghasilkan tegangan, maka arus pada salah satu ujung kumparan sta tor mengalir ke terminal P. Aliran arus ini oleh MIC diolah dan digunakan untuk mengalirkan arus basis (B) Tr2 sehingga Tr2 menjadi ON dan menghentikan aliran arus ke B Tr3 sehingga Tr3 menjadi OFF. Karena Tr3 OFF, maka aliran arus dari lampu ke massa mela lui Tr3 terhenti sehingga lampu tidak mendapat massa dan aktifnya Tr2 menyebabkan aliran arus dari IG ke E Tr2, ke C Tr2, ke terminal L, dan kemudian ke lampu pengisian. Karena lampu mendapat dua aliran arus dari L dan dari kunci kontak, maka tidak ada per bedaan tegangan di antara kaki-kaki lampu sehingga lampu padam (lampu juga mati karena tidak mendapat massa dari Tr3). Tegangan yang disearahkan oleh dioda mengalir ke terminal B dan mengalir ke baterai sehingga terjadi pengisian. Apabila tegangan yang dihasilkan alternator kurang dari 14 V, maka terminal S tidak mendeteksi adanya kelebihan tegangan sehingga MIC akan tetap memberikan arus ke B Tr1 sehingga Tr1 tetap ON. Hal ini menyebabkan arus dari dioda kengalir ke kumparan rotor, ke terminal F, ke C Tr 1, ke E Tr1, kemudian ke massa. Hal ini menyebabkan medan magnet pada kumparan rotor tetap kuat. Jadi pada saat tegangan alternator kurang dari 14 V, medan magnet dipertahankan pada keadaan kuat sehingga tegangan tidak drop. Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 235 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan 8.3.3.3. Saat tegangan alternator lebih dari 14 V Gambar 8.45. Aliran arus saat tegangan alternator lebih dari 14 V Apabila mesin berputar makin tinggi, maka output alternator akan cenderung naik juga. Berdasarkan gambar di atas, (1)* jika tegangan yang dihasilkan lebih dari 14 V, maka tegangan itu akan terdeteksi oleh komponen aktif di dalam MIC berupa dioda zener melalui terminal S. Aliran arus melalui terminal S ini oleh MIC akan diolah dan difungsikan untuk menghentikan arus yang mengalir ke B Tr1, sehingga Tr1 menjadi OFF. Perhatikan gambar di bawah ini, jika Tr1 OFF maka aliran arus dari dioda yang menuju kumparan rotor dan ke massa melalui Tr1 akan terhenti sehingga medan magnet pada kumparan rotor menjadi hilang. Aliran arus dari terminal P tetap mengalir selama mesin hidup untuk mempertahankan Tr3 OFF dan Tr2 ON sehingga lampu pengisian tetap padam. Gambar 8.46. Saat Tr1 OFF Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 236 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Jika medan magnet pada kumparan rotor hilang karena Tr1 OFF, maka tegangan yang dihasilkan oleh alternator akan turun. (2)* Jika tegangan alternator kurang dari 14 V, maka terminal S tidak mendeteksi adanya kelebihan tegangan (perhatikan gambar di bawah ini) sehingga MIC akan merespon dengan mengalirkan kembali arus ke B Tr1. Jika arus mengalir ke B Tr1, maka Tr1 menjadi ON. Gambar 8.47. Saat Tr1 kembali ON Apabila Tr1 kembali menjadi ON (perhatikan gambar di bawah ini), maka arus dari dioda akan mengalir kembali ke kumparan rotor, ke terminal F, ke kaki C Tr1, ke E Tr1, kemudian ke massa. Hal ini menyebabkan kemagnetan pada kumparan rotor kembali menguat. Medan magnet yang menguat ini kemudian akan menyebabkan output alternator kembali naik. Gambar 8.48. Aliran arus saat tegangan turun kurang dari 14 V Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 237 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Jika kenaikan tegangan ini melebihi 14 V lagi, maka proses ini akan kembali berulang ke proses (1)* sehingga tegangan akan kembali turun, dan jika tegangan kurang dari 14 V maka proses akan kembali ke proses (2)*. Proses (1)* dan (2)* ini akan terjadi secara terus menerus sehingga tegangan output alternator akan berkisar 14 V dan tetap diperta hankan (stabil) pada tegangan tersebut meskipun terjadi penurunan atau kenaikan putaran mesin. 8.3.3.4. Saat terminal S putus Gambar 8.49. Saat terminal S putus Apabila terminal S putus, maka MIC akan mendeteksi bahwa tidak ada masukan tegangan melalui terminal F. Jika pada terminal P tegangannya mencapai di atas 16 V (tegangan pengisian berlebihan) maka MIC akan mengaktifkan Tr3 dan mematikan Tr2 sehingga lampu pengisian menyala (perhatikan gambar (a) dan (b) di bawah ini). (a) Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 238 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan (b) Gambar 8.50. ON dan OFF-nya Tr1 saat terminal S putus Berdasarkan masukan dari terminal P juga MIC akan menghentikan aliran arus ke kaki B Tr1 sehingga Tr1 menjadi tidak aktif (OFF). Akibatnya arus yang mengalir ke kumparan rotor menjadi terhenti dan medan magnet pada kumparan rotor hilang. Hal ini menyebabkan tegangan di terminal P turun dan jika penurunan tegangan ini sampai di bawah 16 V maka MIC akan kembali mengalirkan arus ke B Tr1 sehingga Tr1 menjadi ON dan arus ke kumparan rotor kembali mengalir. Hal ini terjadi berulang ulang, dan dalam kondisi ini lampu pengisian tetap menyala untuk memberi peringatan kepada pengemudi untuk mengecek dan memperbaiki kerusakan tersebut. 8.3.3.5. Saat terminal B putus (a) Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 239 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan (b) Gambar 8.51. Aliran arus saat terminal B putus Jika kabel terminal B yang menghubungkan terminal B alternator dan terminal positif baterai putus (perhatikan gambar (a) dan (b) di atas), maka yang terjadi adalah sebagai berikut. Terminal S akan mendeteksi adanya tegangan yang besarnya kurang dari 13 V karena tidak ada masukan dari terminal B alternator. Sementara itu pada terminal P tarjadi tegangan di atas 16 V. Perbedaan tegangan antara terminal S dan terminal P yang besar ini akan tebaca oleh MIC sehingga MIC akan mengatur kerja Tr1 untuk mempertahankan tegangan sekitar 16 V. Pada saat yang sama MIC akan menghentikan arus B Tr2 dan memberikan arus ke B Tr3 sehingga Tr2 menjadi OFF sementara Tr3 menjadi ON. Hal ini menyebabkan lampu pengisian menyala. Tegangan dipertahankan dengan mengatur kerja Tr1 ON dan OFF sehingga kerja rangkaian sistem pengisian bekerja seperti gambar (a) dan (b) secara berulang -ulang. Gambar di bawah ini memperlihatkan model lain rangkaian sistem pengisian dengan MIC. Gambar 8.52. Diagam sistem pengisian MIC model lain Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 240 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Gambar 8.53. Beberapa macam alternator dengan regulator IC 8.4. Sistem Pengisian dengan Brushless Alternator Kelemahan alternator tipe konvensional maupun alternator dengan regulator IC salah satunya adalah brush atau sikat cepat aus karena selalu bergesekan dengan slip ring saat alternator bekerja. Untuk itu, maka alternator tipe tanpa sikat ( brushless alternator) dibuat. Pada alternator tipe ini tidak terdapat kumparan rotor (rotor coil). Fungsi untuk menghasilkan medan magnet dipenuhi oleh kumparan medan ( stationary field coiI) yang terpasang di dalam alternator tetapi tidak bisa berputar. Untuk memenuhi syarat adanya pemotongan medan magnet saat poros alternator b erputar, dipasang rotor pada poros alternator yang dapat berputar di antara kumparan medan dan kumparan stator. Akibat putaran rotor di dekat meda n magnet, maka garis-garis gaya magnet dapat berubah -ubah sehingga pada kumparan stator terjadi tegangan induksi (AC) yang kemudian disearahkan oleh dioda seperti pada alternator tipe konvensional. Gambar di bawah ini memperlihatkan alternator yang tidak menggunakan sikat (brushless alternator). Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 241 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan 8.4.1. Konstruksi Alternator Tanpa Sikat Gambar 8.54. Alternator model brushless Secara umum, bagian -bagian dari alternator tanpa sikat ini sama dengan alternator model lainnya yang menggunakan sikat terdiri dari beberapa komponen yaitu (lihat gambar di bawah ini) kumparan stator, kumparan yang menghasilkan medan magnet (kumparan medan, pada alternator konvensional disebut kumparan rotor), dioda penyearah, dan komponen -komponen pendukung lainnya seperti kipas, bantalan (bearing), dan rumah alternator. Perbedaan pokok alternator ini adalah tidak terdapat sikat untuk mengalirkan arus ke kumparan medan. Gambar 8.55. Konstruksi dan penampang alternator tanpa sikat (33-34 SI Delco Remy) Alternator tipe ini dapat beroperasi dengan dua arah putaran, searah jarum jam atau berlawanan jarum jam pada kecepatan konstan sampai 10.000 rpm (putaran per menit), atau pada kecepatan yang tidak konstan sampai dengan 12.000 rpm . Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 242 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Temperatur kerjanya adalah -34 sampai 93 0C. Alternator ini didesain sebagai sistem pengisian satu kabel ( one wire charging system ) yang meminimalisir jumlah kabel yang digunakan pada sistem pengisian. Tegangan stabil yang dihasilkan pada alternator jenis ini ada be berapa macam yaitu 13,8; 14,0; dan 14,2 V untuk sistem 12 V dan 27,5 V untuk sistem 24 V. Terminal yang terdapat pada alternator tanpa sikat adalah terminal B, terminal R, dan terminal L. Terminal L dihubungkan dengan lampu pengisian. Terminal R terhubung dengan dioda penyearah di dalam alternator yang letaknya bersebelahan dengan terminal B. terminal R dapat digunakan untuk mengoperasikan beberapa tipe lampu indikator, tachometer, atau peralatan lain yang memberikan pulsa tegangan dengan frekuensi 8 pulsa tiap putaran alternator. Terminal B merupakan terminal output alternator yang dihubungkan dengan baterai. Berikut adalah rangkaian sistem pengisian alternator satu kabel (hanya terminal L yang dipakai dalam rangkaian, tidak termasuk terminal B). Gambar 8.56. Komponen-komponen Alternator Tanpa Sikat 8.4.2. Rangkaian Sistem Pengisian dengan Alternator Tanpa Sikat Gambar 8.57. Rangkaian sistem pengisian dengan alternator tanpa sikat Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 243 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Berdasarkan gambar di atas, terminal L dihubungkan dengan sebuah lampu dan kaki lampu lainnya dihubungkan dengan kunci kontak. Terminal B langsung dihubungkan dengan baterai. Sistem ini disebut sistem pengisian satu kabel karena hanya satu terminal saja yang dirangkaikan pada sistem pengisian, yaitu hanya terminal L saja. Pada sistem pengisian dengan alternator lain ada beberapa terminal yang dipakai yaitu terminal S, L, dan IG pada sistem pengisian dengan alternator IC dan terminal IG, N, F, E, L, dan B pada sistem pengisian dengan alternator konvensional. Gambar di bawah ini memperlihatkan rangkaian sistem pengisian dengan alternator tanpa sikat yang dilengkapi dengan regulator IC. Berdasarkan gambar tersebut, tampak bahwa pada kumparan medan yang berfungsi untuk menghasilkan medan magnet tidak terdapat sikat. Gambar 8.58. Hubungan alternator dengan regulator sistem pengisian tanpa sikat Ujung kumparan medan langsung dihubungkan dengan terminal L alternator dan ujung lainnya berhubungan dengan terminal F pada regulator. Komponen pada regulator yang mengatur kuat lemahnya medan magnet pada kumparan medan adalah transistor Tr1 (lihat gambar di bawah ini) . Prinsip kerja regulator IC pada rangkaian tersebut secara umum sama dengan regulator IC pada sistem pengisian lainnya. Transistor Tr3 berfungsi untuk mengontrol k erja Tr1, sedangkan Tr2 berfungsi untuk mengatur arus kolektor pada Tr3 yang secara tidak langsung juga akan mengatur kerja Tr1. Aktif tidaknya Tr2 tergantung dari dioda zener yang terpasang pada kaki B Tr2. Dioda zener akan mengalirkan arus ke B Tr2 jika tegangan yang masuk ke dioda zener dari R2 melebihi tegangan kerja dioda zener tersebut. Jika hal ini terjadi, maka Tr2 akan ON. Dioda trio difungsikan untuk memberikan energi listrik yang diperlukan untuk menghasilkan medan magnet pada kumparan medan sete lah mesin hidup dan alternator sudah menghasilkan arus listrik. Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 244 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Gambar 8.59. Skema alternator tanpa sikat dan regulator IC 8.4.3. Cara Kerja Sistem Pengisian dengan Alternator Tanpa Sikat Prinsip kerja sistem pengisian dengan alternator tanpa sik at secara umum sama dengan sistem pengisian dengan regulator IC lainnya. Berikut dijelaskan cara kerja saat kunci kontak ON mesin belum hidup, saat mesin hidup tegangan alternator kurang dari 14 V, dan saat mesin hidup tegangan lebih dari 14 V. 8.4.3.1. Saat kunci kontak ON mesin belum hidup Gambar 8.60. Saat kunci kontak ON mesin belum hidup Perhatikan gambar di atas, saat kunci kontak ON mesin belum hidup, arus mengalir dari terminal positif baterai ke terminal B alternator, ke R5, ke basis Tr3, ke emitor Tr3, ke R4, kemudian ke massa. Hal ini menyebabkan Tr3 menjadi ON sehingga kaki kolektor dan emitornya terhubung. Karena Tr3 ON, maka arus yang lain Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 245 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan akan mengalir (perhatikan gambar di bawah ini) dari terminal positif baterai ke terminal B alternator, ke R1, ke kolektor Tr3, ke emitor Tr3, ke R4 dan ke basis Tr1, ke emitor Tr1 kemudian ke massa. Gambar 8.61. Aliran arus saat Tr1 ON Aliran arus ke basis Tr1 menyebabkan Tr1 menjadi ON sehingga kaki kolektor dan emitornya terhubung. Akibatnya, ar us dari positif baterai juga mengalir ke kunci kontak, ke terminal L, ke kumparan medan, ke kaki kolektor Tr1, ke emitor Tr1, kemudian ke massa. Maka, lampu pengisian menyala dan terjadi medan magnet pada kumparan medan. Jadi pada kondisi kunci kontak ON d an mesin dalam keadaan belum hidup, terjadi dua kejadian, yaitu lampu pengisian menyala dan terjadi medan magnet pada kumparan medan. 8.4.3.2. Saat mesin hidup tegangan alternator kurang dari 14 V Gambar 8.62. Aliran arus saat tegangan alternator kurang dari 14 V Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 246 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Setelah mesin hidup, maka rotor akan berputar di sekitar kumparan medan yang sudah menjadi magnet. Putaran rotor (yang berbentuk kuku-kuku, beberapa inti kutub) menyebabkan garis -garis gaya magnet di sekitar kumparan stator berubah ubah dengan cepat secara periodik sehingga pada kumparan stator terjadi tegangan bolak-balik yang kemudian disearahkan oleh dioda. Output dari dioda ini mengalir ke terminal B alternator, ke amper meter, kemudian ke terminal positif baterai sehingga terjadi pengisian. Dioda trio terpasang secara paralel dengan dioda lainnya dan berhubungan dengan ujung -ujung kumparan stator sehingga dari dioda trio ini juga menghasilkan tegangan output. Output dari dioda trio ini kemudian mengalir ke lampu pengisian sehingga di kak i-kaki lampu tidak terdapat perbedaan tegangan sehingga lampu menjadi padam. Arus dari dioda trio ini juga mengalir ke kumparan medan, kemudian mengalir ke kaki kolektor Tr1, ke kaki emitor Tr1, kemudian ke massa. Sehingga medan magnet pada kumparan medan tetap terbentuk. Pada kondisi tegangan output alternator di terminal B kurang dari 14 V, dioda zener D1 tidak menghantarkan arus listrik karena tegangan yang ada padanya masih di bawah tegangan kerja dioda zener. Dalam kondisi dioda zener tidak menghanta rkan arus, Tr2 berada dalam posisi OFF karena tidak mendapat arus basis sedangkan Tr3 dan Tr1 keadaannya ON. Jadi saat tegangan output kurang dari 14 V, medan magnet terbentuk dengan kuat pada kumparan medan sehingga tegangan output alternator akan cenderu ng naik. 8.4.3.3. Saat tegangan alternator lebih dari 14 V Gambar 8.63. Aliran arus saat tegangan alternator lebih dari 14 V Jika tegangan alternator lebih dari 14 V, maka dioda zener akan tembus karena tegangan yang ada melebihi tegangan kerja di oda zener tersebut. Arus yang mengalir melalui dioda zener akan diteruskan ke kaki basis Tr2, ke kaki emitor Tr2, kemudian ke massa. Akibatnya Tr2 menjadi ON sehingga kaki kolektor dan emitornya terhubung. Dengan demikian, arus yang mengalir dari R1 akan p indah (sebelumnya Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 247 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan mengalir ke kaki kolektor Tr3) ke kaki kolektor Tr2, ke emitor Tr2, kemudian ke massa. Hal ini menyebabkan Tr3 tidak dapat memberikan arus ke basis Tr1 sehingga Tr1 menjadi OFF, dan menyebabkan aliran arus ke kumparan medan terhenti. Keja dian ini menyebabkan medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan menjadi hilang. Hilangnya medan magnet ini mengakibatkan turunnya te gangan yang dihasilkan oleh kumparan stator sehingga tegangan output alternator juga akan turun. Gambar 8.64. Aliran arus jika output alternator kembali turun Jika tegangan alternator turun karena hilangnya medan magnet pada kumparan medan, dan jika penurunan tegangan menyebabkan tegangan alternator kenjadi kurang dari 14 V, maka dioda zener D1 tidak menghantarkan arus listrik karena tegangan yang ada padanya masih di bawah tegangan kerja dioda zener. Dalam kondisi dioda zener tidak menghantarkan arus, Tr2 berada dalam posisi OFF karena tidak mendapat arus basis sedangkan Tr3 dan Tr1 keadaannya ON. Jadi saat tegangan output kurang dari 14 V, medan magnet terbentuk dengan kuat pada kumparan medan sehingga tegangan output alternator akan cenderung naik lagi. Kejadian ini akan terjadi secara berulang -ulang sehingga output alternator akan dipertahankan tidak kurang dari 14 V dan tidak lebih dari 14 V, atau dengan kata lain output alternator akan dipertahankan pada tegangan 14 V. 8.5. Menentukan Alternator untuk Dipasang pada Kendaraan Beberapa hal perlu diperhatikan untuk memasang alternator pada suatu kendaraan berdasarkan kebutuhan energi listrik yang diperlukan pada kendaraan tersebut. Berikut langkah -langkah yang perlu dilakukan untuk menentukan kapasitas alternator yang harus dipakai. 1. Menentukan power input untuk semua beban yang secara tetap bekerja pada tegangan 14V. Misal, daya yang dibutuhkan sistem pengapian 20W, pompa bensin listrik 70W, injeksi bb 100W, radio 12W, lampu besar 110W, dll sehingga total P w1 = 350W. Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 248 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan 2. Menentukan power input untuk semua beban yang tidak tetap pada 14V. Misal untuk wiper, lampu belok, lampu kabut, dll sehingga totalnya menjadi P w2 = 134 W (pembulatan). Total power input = P w1 + Pw2 = 484W. 3. Dengan P w = 484 dan menggunakan tabel berikut (Bosch, alternator system): Tabel 8.1. Daya dan Arus untuk Penerapan Alternator Pw (14V) IN (A) 300 ... <450 45 450 ...< 550 55 550... < 675 65 675... < 800 75 800...<850 80 Maka arus minimum yang diperlukan adalah IN = 55A. Jadi alternator yang digunakan adalah alternator dengan kemampuan mengeluarkan arus 55 A atau di atasnya. 4. Pengecekan selanjutnya dapat dilakukan menggunakan arus alternator IL pada saat idle. IL dapat ditentukan dari kurva karakteristik alternator pada putaran nL pada putaran engine idle, dalam hal ini contoh kecepatan alternator adalah 2000 rpm. Berdasarkan pengalam an praktis, untuk kendaraan penumpang pada kecepatan engine idle IL harus melebihi arus Iw1 dengan faktor keamanan 1,3. Iw1 diperoleh dari daya input P w1 untuk semua beban tetap . Hal ini untuk menjamin pengisian baterai yang efisien meskipun engine pada k ondisi idle dan dalam menempuh perjalanan pendek. Misalnya, saat idle alternator menghasilkan arus IL = 36A. Arus Iw1 dihitung dari P w1 ke Iw1 = Pw1/14V = 25 A dikalikan faktor 1,3 didapat 33A (pembulatan). Karena harga IL melebihi 33A, maka kebutuhan da ya tercukupi dan aman. 8.6. Pemeriksaan dan Pengetesan Sistem Pengisian Sistem pengisian memerlukan pemeriksaan dan pemeliharaan secara rutin. Pemeriksaan yang dilakukan meliputi pemeriksaan secara visual, pemeriksaan elektrik yang meliputi pengujian ou tput alternator, pengujian penurunan tegangan pada rangkaian sistem pengisian, pengetesan regulator (untuk tipe buka n IC), pengujian penurunan tegangan ( voltage drop test) rangkaian pengisian, dan alternator bench test. Beberapa hal yang perlu diperhatikan sebelum melakukan pengetesan adalah sebagai berikut. 1. Yakinkan bahwa kabel baterai terpasang pada terminal -terminal yang benar. 2. Lepaskan kabel baterai jika baterai sedang diisi cepat dengan melepas kabel negatif terlebih dahulu. 3. Hindari mengoperasikan alte rnator saat kabel baterai terlepas. 4. Ikuti petunjuk pengujian sesuai dengan yang sudah ditentukan saat melakukan pengujian terminal F regulator (tipe IC) saat di bypass. Putaran tinggi dapat menyebabkan kelebihan output yang dapat menyebabkan kerusakan komp onen. 5. Hindari menghubungkan terminal B alternator ke massa meskipun mesin dalam keadaan mati karena tegangan selalu ada (berasal dari baterai) pada terminal tersebut. 8.6.1. Pemeriksaan Visual Pemeriksaan visual merupakan pemeriksaan pertama yang harus dilakukan pada sistem pengisian. Beberapa persoalan yang dapat menurunkan kemampuan Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 249 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan kerja sistem pengisian dapat diidentifikasi dan diperbaiki. Pengecekan visual yang dapat dilakukan adalah : 1. Pengecekan baterai dengan melihat ketinggian air b aterai (jangan kurang dari batas bawah), pemeriksaan berat jenis air baterai (antara 1,25 sampai 1,27) pada 26,7 0C, dan pemeriksaan terminal baterai dan kabel baterai yang harus bebas dari karat dan hubungan kabel yang kendor. Gambar 8.65. Pemeriksaan baterai dan terminalnya 2. Pemeriksaan sekering dan fusible link. Pemeriksaan yang dilakukan adalah pemeriksaan kontinyuitas (hubungan) sekering engine, sekering pengisian, dan sekering pengapian. Pengecekan kontinyuitas juga dilakukan pada fusible link. Gambar 8.66. Pemeriksaan sekering dan fusible link 3. Pemeriksaan tali kipas dari retak -retak, dan kondisi fisik lainnya yang kurang baik, posisi tali kipas pada pulinya, dan ganti jika diperlukan. Cek ketegangan tali kipas dengan alat ukur kekencangan tali kipas. Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 250 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Gambar 8.67. Pemeriksaan tali kipas 4. Periksa alternator, hubungan terminal -terminalnya dan kebel-kabelnya. Ganti kabel jika diperlukan dan kencangkan terminal -terminal yang kendor. Periksa alternator dari bunyi-bunyi yang tidak normal yang mengindikasi kan kerusakan pada bantalan (bearing), tali kipas. Gambar 8.68. Periksa alternator 5. Periksa rangkaian lampu pengisian. Pada keadaan mesin mati dan semua asesoris dalam keadaan tidak aktif, nyalakan kunci kontak. Lampu pengisian harus menyala. Saat mesin hidup, lampu pengisian harus padam. Apabila lampu pengisian tidak bekerja sesuai dengan ketentuan di atas, periksa lampu pengisian dan rangkaian lampu pengisian. Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 251 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Gambar 8.69. Lampu pengisian 8.6.2. Pengetesan Output Alternator Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kemampuan alternator untuk menghasilkan tegangan dan arus sesuai dengan ketentuan. Pengujian ini dilakukan pada sistem pengisian yang mengalami kelebihan output ( overcharge) maupun yang mangalami output rendah ( undercharge). Output sistem pengisian harus memenuhi spesifikasi alternator tersebut. Jika hasil pengujian menunjukkan tidak sesuai dengan spesifikasi, alternator atau regulator perlu diperiksa atau diganti. Alat khusus dapat digunakan, atau dapat juga menggunakan alat ukur tegangan dan arus yang terpisah. Ikuti petunjuk yang dikeluarkan oleh pabrik saat menggunakan alat ukur tersebut. Berikut prosedur yang dilakukan untuk mengetes output al ternator dengan alat Sun VAT-40. Gambar 8.70. Pengujian output sistem pengisian Pengujian tanpa beban Pengujian sistem pengisian tanpa beba n dilakukan dengan beberapa langkah sebagai berikut. 1. Siapkan alat ukur. Putar pengontrol kenaikan beban ke posisi OFF, cek jarum di posisi Nol (atur jika diperlukan), hubungkan kabel alat ukur ya ng berwarna merah ke positif baterai dan yang hitam ke negatif, set pemilih tegangan ke 18 V, Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 252 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan 2. 3. 4. 5. posisikan selektor ke #2 CHARGING, set amper meter ke posisi Nol, dan pasang klem amper meter ke kabel negatif baterai. Putar kunci kontak ke posisi ON (mesin tid ak hidup), baca penunjukkan pada amper meter. Ini merupakan pembacaan awal untuk arus alternator yang harus diberikan untuk sistem pengapian dan asesoris lain sebelum alternator bekerja memberikan arus untuk mengisi baterai. Pembacaan kira-kira 6 A. Hidupkan mesin dan set putaran pada 200 rpm. Beberapa model memerlukan seting kecepatan yang berbeda. Setelah sekitar 3 sampai 4 menit, baca penunjukkan amper meter dan volt meter. Tambahkan hasil pembacaan ini dengan hasil pembacaan sebelum mesin hidup seperti dijelaskan pada langkah 2 di atas. Pembacaan total harus kurang dari 10 A. Jika lebih dari 10 A, kemungkinan alternator masih bekerja mengisi baterai karena baterai belum penuh. Jika baterai sudah penuh, pembacaan harus di bawah 10 A. Hasil pengukuran teg angan harus berada dalam spesifikasi alternator dan biasanya berkisar antara 13 V sampai 15 V. Cocokan dengan spesifikasi, jika melebihi spesifikasi ganti regulator (untuk tipe IC , jangan melakukan pengetesan dengan putaran selain yang sudah ditentukan ) dan setel lidah pada voltage regulator pada regulator model konvensional. Apabila tegangan kurang dari spesifikasi, lakukan pengujian dengan me -massa-kan terminal F (untuk tipe IC) dan setel lidah pada voltage regulator untuk tipe konvensional kemudian lihat pembacaan volt meter. Jika pembacaan masih kurang dari spesifikasi, periksa alternator. Lepas pe-massa-an pada terminal F (untuk tipe IC). Gambar 8.71. Menghubungsingkatkan terminal F Pengujian dengan beban 6. Saat mesin masih dalam keadaan be rputar pada putaran yang sudah ditentukan, atur pengontrol kenaikan beban untuk mendapatkan pembacaan amper meter tertinggi tanpa menyebabkan terjadinya penurunan tegangan ( voltage drop) di bawah 12 V. 7. Baca penunjukkan amper meter. Pembacaan harus barada dalam 10% output alternator yang telah ditentukan. Jika kurang, pemeriksaan lanjutan penggantian pada alternator perlu dilakukan. Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 253 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Gambar 8.72. Lokasi terminal F pada beberapa model alternator IC 8.6.3. Pengujian penurunan tegangan ( voltage drop test) Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui tahanan yang berlebihan pada rangkaian sistem pengisian. Pengujian ini dapat menentukan penurunan tegangan pada rangkaian otuput sistem pengisian. Pengujian dilakukan pada bagian massa dan bagian positif sistem. Penurunan tegangan yang berlebihan yang disebabkan oleh tahanan yang terlalu tinggi akan menurunkan arus pengisian. Pada kondisi beban listrik yang berat, baterai akan mengeluarkan arus yang seharusnya dipenuhi oleh sistem pengisian. Berikut dijelaskan langkah-langkah pengujiannya dengan menggunakan volt meter. 8.6.3.1. Pengujian pada bagian positif sistem ( insulated side) Gambar 8.73. Pengujian pada bagian positif sistem pengisian Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 254 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan 1. 2. 3. Pasang kaki positif tester terminal B alternator dan kaki negatif tester ke terminal positif baterai. Hidupkan mesin dan set pada putaran sekitar 2000 rpm Baca penunjukkan volt meter. Penurunan tegangan tidak boleh lebih dari 0,2 V. Jika lebih dari harga tersebut, cari jaringan yang mungkin bermasalah yang dapat menyebabkan tahanan yang tinggi dan betulkan. Lakukan pengujian ulang. Catatan : Gambar di atas adalah ilustrasi pengujian untuk rangkaian sistem pengisian dengan regulator IC. Untuk sistem pengisian dengan regulator konvensional , proses pengujiannya sama, yaitu pengujian pada terminal B alternator (konvensional) dan pada terminal positif baterai. 8.6.3.2. Pengujian pada bagian negatif sistem ( ground side) Gambar 8.74. Pengujian pada bagian negatif sistem pengisian 1. 2. 3. Pasang kaki negatif tester bodi altern ator dan kaki positif tester ke terminal negatif baterai. Hidupkan mesin dan set pada putaran sekitar 2000 rpm Baca penunjukkan volt meter. Penurunan tegangan tidak boleh lebih dari 0,2 V. Jika lebih dari harga tersebut, cari jaringan yang mungkin bermasa lah yang dapat menyebabkan tahanan yang tinggi dan betulkan. Tahanan yang berlebihan umumnya disebabkan oleh hubungan kabel yang kendor atau berkarat. Catatan : Gambar di atas adalah ilustrasi pengujian untuk rangkaian sistem pengisian dengan regulator IC. Untuk sistem pengisian dengan regulator konvensional, proses pengujiannya sama, yaitu pengujian pada bodi alternator (konvensional) dan pada terminal negatif baterai. Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 255 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan 8.6.4. Pengetesan Komponen Alternator ( Alternator Bench Test ) Pengetesan ini secara rinci dijelaskan pada bagian 8.7 gangguan dan perbaikan pada sistem pengisian yang tercakup dalam pembongkaran, pengukuran, dan pemasangkan kembali alternator. 8.7. Gangguan dan Perbaikan pada Sistem Pengisian Gangguan dan perbaikan sistem pengisian dalam buku ini dibagi menjadi dalam tiga bagian, yaitu gangguan dan perbaikan pada sistem pengisian konvensional, sistem pengisian dengan regulator IC, dan sistem pengisian dengan alternator tanpa sikat. 8.7.1. Gangguan dan Perbaikan pada Sistem Pengisian Konvensional 8.7.1.1. Trouble Shooting pada Sistem Pengisian Konvensional Beberapa gangguan yang sering terjadi pada sistem pengisian konv ensional adalah sebagai berikut. 1. Lampu pengisian tidak menyala saat kunci kontak ON Apabila lampu tidak menyal a pada saat kunci kontak ON, maka beberapa langkah yang perlu dilakukan adalah seperti yang dijelaskan pada diagram alir berikut. Gambar 8.75. Pemeriksaan lampu pengisian tidak menyala saat kunci kontak ON Direktorat Pembinaan Seko lah Menengah Kejuruan 256
