SIMULATOR PENGISIAN AKUMULATOR DENGAN MENGGUNAKAN ALTERNATOR MOBIL 12VDC/60A
ACCUMULATOR CHARGING SIMULATOR USING 12VDC/60A CAR ALTERNATOR
PROYEK AKHIR
Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro
Oleh: FAJAR MUHAMAD RAMDAN 091321047
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012
ABSTRAK
Untuk peralatan listrik yang memerlukan tegangan 12VDC dapat menggunakan
Akumulator 12VDC sebagai sumber listrik. Pemakaian energi listrik secara terus
menerus dengan menggunakan Akumulator membuat kapasitas listrik Akumulator menjadi berkurang, bahkan habis. Agar kapasitas Listrik dari Akumulator kembali penuh, maka diperlukan proses pengisian, seingga Akumulator dapat digunakan kembali.
Metode pengisian Akumulator dengan Alternator Mobil termasuk kedalam metode constant voltage charge karena pada saat putaran rotor konstan, maka tegangan yang dihasilkan Alternator menjadi konstan. Constant voltage charge merupakan bagian dari metode normal charge. Sistem pengisian Akumulator yang direalisasikan menggunakan Alternator Mobil 12VDC/60A, dan Voltage Regulator jenis elektro mekanik 12VDC. Tegangan keluaran yang dihasilkan oleh Alternator Mobil di regulasi oleh Voltage Regulator pada saat mencapai 13,5VDC – 14,7VDC. Hasil pengujian menunjukan, Alternator dapat mengisi Akumulator pada putaran rotor antara 800 rpm – 2.000 rpm dengan tegangan keluaran yang dihasilkan Alternator antara 12,5VDC – 14VDC dan arus pengisian antara 3A – 6A. Kata Kunci: Alternator Mobil, Voltage Regulator Electro Mechanic, Akumulator.
ABSTRACT
Electrical devices which require voltage of 12 DC Volt may use a 12 DC Volt
Accumulator as an electric source. However, the continuous usage of the Accumulator can reduce its electric capacity. Therefore, to make the electric capacity in an Accumulator become fully loaded and able to used again, the charging process is required.
The Accumulator charging using car Alternator included in the constant voltage
charge method. It is because when the rotor rotation is constant, the output is constant as well. In addition, constant voltage charge is one of the normal charge methods. The applied Accumulator charging systems are 12 DC Volt/ 60 using a car Alternator and 12 DC Volt electro mechanics type of Voltage Regulator. The testing result shows that the Alternator can fill the Accumulator in 800 RPM to 2000 RPM rotor rotation with the output voltage between 12,5 DC Volt to 14 DC Volt and charging current between 3A to 6 A Keywords: Car Alternator, Voltage Regulator Electro Mechanic, Accumulator
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan
proyek akhir yang berjudul
“Simulator Pengisian Akumulator dengan
menggunakan Alternator 12VDC/60A”, yang merupakan salah satu syarat
kelulusan pendidikan Diploma III, Program Studi Teknik Listrik, Jurusan Teknik
Elektro, Politeknik Negeri Bandung. Dalam rangkaian terciptanya laporan proyek akhir ini banyak hal yang penulis rasakan, baik itu suka maupun duka. Banyak pula dorongan dan bantuan yang diberikan kepada penulis. Oleh karena itu, penulis menyadari sepenuhnya bahwa tanpa adanya bimbingan, dukungan, dan inspirasi dari berbagai pihak, maka laporan proyek akhir ini tidak dapat diselesaikan sesuai dengan harapan penulis. Pada kesempatan ini Penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Hari Purnama, Ir., M.Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung. 2. Bapak Sunarto, ST., M.Eng., selaku Ketua Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Bandung. 3. Bapak Siswoyo, Drs., Ir,. MSIE selaku dosen pembimbing utama yang telah senantiasa membimbing, memberi ilmu, arahan, dan wejangan kepada penulis. 4. Bapak Dedi Nono Suharno, Ir., MT. selaku dosen pembimbing pendamping yang telah memberikan arahan dan masukan kepada penulis. 5. Bapak Sarjono Wahyu J, ST., M.Eng. selaku ketua penguji utama yang telah senantiasa menguji penulis. 6. Bapak Sofian Yahya, Drs., SST., MT. selaku anggota penguji yang telah senantiasa menguji penulis. 7. Bapak Yusuf Sofyan, ST, MT. selaku anggota penguji yang telah senantiasa menguji penulis.
8. Seluruh Teknisi bengkel dan laboratorium Teknik Listrik yang telah banyak membantu dan memberikan dukungan selama pengerjaan Proyek Akhir ini.
9. Serta semua pihak yang belum penulis sebutkan telah ikut membantu dalam pelaksanaan proyek akhir dan pembuatan laporan proyek akhir ini.
Semoga Allah SWT membalas semua kebaikan dan pihak yang telah
membantu penulis dalam penulisan laporan proyek akhir ini. Penulis menyadari
bahwa pembuatan laporan proyek akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, dengan hati terbuka penulis mengharapkan saran dan kritik yang
bermanfaat serta konstruktif sehingga penulis dapat mengembangkan pengetahuan dan memperbaiki kesalahan di kemudian hari. Akhir kata, penulis mengharapkan laporan proyek akhir ini dapat bermanfaat dan memberi sumbangan yang cukup berarti bagi para pembacanya dan juga dapat memberikan manfaaat bagi para mahasiswa Politeknik Negeri Bandung pada khususnya dan dapat memberikan pengetahuan lebih untuk para pembaca masyarakat luas pada umumnya
Bandung,
Agustus 2011
Penulis
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL............................................................................................... i
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................ ii
DAFTAR RIWAYAT HIDUP .......................................................................... iii
KATA MUTIARA ............................................................................................ iv LEMBAR PERSEMBAHAN ............................................................................ v ABSTRAK......................................................................................................... vi
ABSTRACT ..................................................................................................... vii
KATA PENGANTAR ..................................................................................... viii DAFTAR ISI ...................................................................................................... x DAFTAR TABEL ........................................................................................... xiii DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiv DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................. xviii BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1 1.1.
Latar Belakang ....................................................................................... 1
1.2.
Rumusan Masalah .................................................................................. 2
1.3.
Tujuan .................................................................................................... 2
1.4.
Pembatasan Masalah .............................................................................. 2
1.5.
Metodologi............................................................................................. 3
1.6.
Sistematika Penulisan ............................................................................. 4
BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................. 6
2.1.
Prinsip Pembangkitan Tenaga Listrik .................................................... 6
2.1.1.
Induksi Elektro Magnet ......................................................................... 6
2.1.2.
Arah Gerak Gaya Listrik ........................................................................ 7
2.1.3.
Besarnya Garis Gaya Magnet ................................................................ 7
2.1.4.
Prinsip Generator ................................................................................ 10
2.1.5.
Generator Arus Bolak Balik ................................................................ 11
2.1.6.
Generator Sinkron ................................................................................ 12
2.1.6.1. Prinsip Kerja ........................................................................................ 12 2.1.6.2. Frekuensi Dan Putaran ......................................................................... 14
2.1.6.3. Konstruksi ............................................................................................ 14 2.1.6.4. Persamaan GGL yang Timbul .............................................................. 20
2.1.6.6. Penguatan............................................................................................. 21 2.1.6.7. Karakteristik Beban Nol ....................................................................... 22 2.2.
Penyearah Tiga Fasa Gelombang Penuh ............................................... 23
2.2.1.
Cara Kerja Rangkaian .......................................................................... 23
2.2.2.
Persamaan Tegangan Keluaran Vdc ..................................................... 24
2.3.
Alternator Regulator Tipe Elektro Mekanik ......................................... 26
2.3.1
Prinsip Kerja Voltage Regulator Dalam Rangkaian Pengisian Akumulator .......................................................................................... 28
2.4.
Akumulator .......................................................................................... 31
2.4.1.
Prinsip Kerja Akumulator ..................................................................... 31
2.4.2.
Maksud Pemakaian Akumulator ........................................................... 33
2.4.3.
Jenis-jenis Akumulator ......................................................................... 33
2.4.4.
Struktur Akumulator lead-acid ............................................................. 34
2.4.5.
Mengukur Berat Jenis Air Akumulator ................................................. 36
2.4.6.
Perbandingan Berat Jenis Air Akumulator dengan Kapasitas Akumulator .......................................................................................... 37
2.4.7.
Charging pada Akumulator lead-acid................................................... 38
2.4.8.
Kapasitas Akumulator lead-acid .......................................................... 39
2.4.9.
Metode-Metode Pengisian Akumulator ................................................ 40
2.4.10. Hal yang Harus Diperhatikan dalam Melakukan Charging Akumulator .......................................................................................... 43
2.5.
Alternator Mobil .................................................................................. 44
2.5.1.
Tujuan Dari Pemakaian Alternator tipe AC ......................................... 44
2.5.2.
Struktur dan cara kerja alternator Mobil AC ........................................ 44
2.5.3.
Cara Kerja Alternator AC Mobil .......................................................... 48
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ............................................... 50 3.1.
3.1.1.
Diagram Blok ....................................................................................... 52
3.1.2.
Spesifikasi Alat .................................................................................... 53
3.1.3.
Motor Penggerak .................................................................................. 53
3.1.4.
Alternator Mobil 12VDC/60A .............................................................. 54
3.1.5.
Akumulator .......................................................................................... 54
Perancangan ......................................................................................... 50
3.2.
Realisasi ............................................................................................... 56
3.2.1.
Motor Penggerak .................................................................................. 56
3.2.2.
Alternator Mobil 12 VDC..................................................................... 58
3.2.3.
Voltage Regulator ................................................................................ 59
3.2.4.
Akumulator .......................................................................................... 59
3.3.
Realisasi Sistem ................................................................................... 60
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ......................................................... 62 4.1.
Tujuan Pengujian ................................................................................ 62
4.1.1.
Pengujian Alternator ............................................................................ 62
4.1.2.
Pengujian Voltage Regulator ................................................................ 71
4.1.3.
Pengisian Akumulator Aki dengan mengunakan Alternator Mobil ................................................................................................... 73
4.2.
Analisa ................................................................................................. 75
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................ 78 5.1
Ksimpulan ............................................................................................ 78
5.2
Saran .................................................................................................... 78
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... xix LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Spesifikasi Alat yang Diinginkan ..................................................... 50
Tabel 3.2. Spesifikasi Motor DC ...................................................................... 55
Tabel 4.1. Data hasil pengujian Alternator dengan menggunakan arus eksitasi dari Akumulator .................................................................. 64
Tabel 4.2. Data hasil pengujian Alternator tanpa beban apabila arus
eksitasi dibatasi Rheostat ................................................................. 65
Tabel 4.3. Data
hasil
pengujian
Alternator
tanpa
beban dengan
menggunakan komponen Voltage Regulator .................................... 67 Tabel 4.4. Data hasil pengujian Alternator berbeban dengan arus eksitasi dibatasi Rheostat .............................................................................. 68 Tabel 4.5. Data hasil pengujian Alternator berbeban menggunakan Voltage Regulator. ........................................................................... 70 Tabel 4.6. Data Hasil Pengujian Relai Lampu Indikator ................................... 72 Tabel 4.7. Data Hasil Pengujian Relai Tegangan .............................................. 72 Tabel 4.8. Data hasil pengujian Alternator 12VDC untuk pengisian Akumulator ..................................................................................... 74
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1.
Pengkukuran Arus Yang Kecil Dengan Galvanometer ................ 6
Gambar 2.2.
Hukum Tangan Kanan Fleming .................................................. 8
Gambar 2.3.
Garis Gaya Magnet ..................................................................... 8
Gambar 2.4.
Gerakan Penghantar Pada Garis Gaya Magnet ............................ 9
Gambar 2.5.
Gerakan Melingkar Garis Gaya Listrik ........................................ 9
Gambar 2.6.
Grafik Gaya Gerak Listrik......................................................... 10
Gambar 2.7.
Prinsip Generator ...................................................................... 10
Gambar 2.8.
Perputaran Kumparan Pada Medan Magnet ............................... 11
Gambar 2.9.
Kumparan dengan Beban Lampu yang di Beri Cincin Gesek
dan Sikat, Bergerak Diantara Medan Magnet ............................ 11 Gambar 2.10.
Gravik Penyearahan Arus Oleh Dioda ....................................... 12
Gambar 2.11.
Pembangkitan Tegangan dengan Jangkar Berputar .................... 13
Gambar 2.12.
Pembangkitan
Tegangan
dengan
Kumparan
Medan
Berputar .................................................................................... 13 Gambar 2.13.
Rotor Kutub Sailent .................................................................. 15
Gambar 2.14.
Rotor Silinder ........................................................................... 16
Gambar 2.15.
Jangkar Dari Alternator ............................................................. 16
Gambar 2.16.
Bentuk Alur .............................................................................. 17
Gambar 2.17.
Gulungan Berlapis Tunggal....................................................... 17
Gambar 2.18.
Gulungan Berlapis Ganda ......................................................... 18
Gambar 2.19.
Gulungan Jangkar Generator 3 Fasa .......................................... 19
Gambar 2.20.
Hubungan Bintang dan Segitiga ................................................ 20
Gambar 2.21.
Generator dengan Main Exciter ................................................. 22
Gambar 2.22.
Generator dengan Main Exciter dan Pilot Exciter ...................... 22
Gambar 2.23.
Karakteristik Beban Nol............................................................ 23
Gambar 2.24.
Rangkaian Penyearah Tiga Fasa Gelombang Penuh ................. 24
Gambar 2.25.
Bentuk
Gelombang
Keluaran
Penyearah
Tiga
Fasa
Gelombang Penuh ..................................................................... 24 Gambar 2.26.
Gambar Contoh Soal 1 .............................................................. 26
Gambar 2.27.
Alternating Current Alternator Regulator .................................. 27
Gambar 2.28.
Struktur Voltage Regulator ....................................................... 27
Gambar 2.29.
Rangkaian Pengisian Pada Akumulator ..................................... 28
Gambar 2.30.
Aliran Arus Pada Saat Sakelar Mengontak ................................ 29
Gambar 2.31.
Aliran Arus Pada Saat Putaran Rendah...................................... 29
Gambar 2.32.
Aliran Arus Pada Saat Putaran Sedang ...................................... 30
Gambar 2.33.
Aliran Arus Pada Saat Putaran Tinggi ....................................... 31
Gambar 2.34.
Prinsip Kerja Primary Cell ........................................................ 32
Gambar 2.35.
Prinsip Kerja Lead-Acid Battery................................................ 32
Gambar 2.36.
Skema Dasar Diagram Lead-Acid Battery ................................. 35
Gambar 2.37.
Struktur Penyimpanan Akumulator .......................................... 35
Gambar 2.38.
Alat Hydrometer ....................................................................... 37
Gambar 2.39.
Grafik Perbandingan Berat Jenis dengan Isi Aki........................ 37
Gambar 2.40.
Chemical Changes During The Charge Operation .................... 38
Gambar 2.41.
Grafik Karakter Pengisian ......................................................... 38
Gambar 2.42.
Grafik Perbandingan Berat Jenis Air Akumulator dengan Presentase Kekosongan Arus Listrik Akumulator...................... 39
Gambar 2.43.
Karakteristik Pengisian Arus dan Tegangan Pada Constant Current Charge......................................................................... 41
Gambar 2.44.
Karakteristik Pengisian Arus dan Tengangan Pada Constant Voltage Charge ......................................................................... 42
Gambar 2.45.
Quick Charger .......................................................................... 43
Gambar 2.46.
Struktur Alternator Mobil AC ................................................... 45
Gambar 2.47.
Struktur Stator .......................................................................... 45
Gambar 2.48.
Bentuk Stator Coil ................................................................... 46
Gambar 2.49.
Struktur Rotor Tipe Randle ...................................................... 47
Gambar 2.50.
Koneksi Dioda .......................................................................... 48
Gambar 2.51.
Operasi Alternator AC .............................................................. 49
Gambar 3.1.
Diagram Alir Proses Perancangan dan Pembuatan Alat ............. 51
Gambar 3.2.
Diagram Blok Simulator Pengisian Akumulator ........................ 52
Gambar 3.3.
Tingkat Kekosongan Akumulator Aki Menurut Berat Jenis Air Aki. .................................................................................... 55
Gambar 3.4.
Rangkaian Motor DC ................................................................ 57
Gambar 3.5.
Realisasi Motor Penggerak........................................................ 57
Gambar 3.6.
Rangkaian Alternator Mobil 12 VDC ........................................ 58
Gambar 3.7.
Realisasi Alternator Mobil 12 VDC .......................................... 58
Gambar 3.8.
Rangkaian Voltage Regulator.................................................... 59
Gambar 3.9.
Realisasi Voltage Regulator ...................................................... 59
Gambar 3.10.
Realisasi Akumulator ................................................................ 60
Gambar 3.11.
Gambar Rangkaian Pengisian Akumulator ................................ 60
Gambar 3.12.
Layout Modul Pengisian Akumulator dengan menggunakan Alternator Mobil 12VDC/60A .................................................. 61
Gambar 4.1.
Rangkaian Pengujian Alternator Tanpa Beban, dan Tanpa Pembatas Arus Eksitasi ............................................................. 63
Gambar 4.2.
Karakteristik Tegangan Output Alternator Tanpa Beban, dan Tanpa Pembatas Arus Eksitasi ............................................ 64
Gambar 4.3.
Rangkaian Pengujian Alternator Tanpa Beban, dengan Rheostat untuk Membatasi Arus Eksitasi .................................. 65
Gambar 4.4.
Karakteristik Tegangan Output Alternator Apabila Arus Eksitasi Dibatasi Rheostat ......................................................... 66
Gambar 4.5.
Rangkaian Pengujian Alternator Tanpa Beban, dengan Komponen Voltage Regulator ................................................... 66
Gambar 4.6.
Karakteristik Tegangan Alternator Apabila menggunakan Komponen Voltage Regulator ................................................... 67
Gambar 4.7.
Rangkaian Pengujian Alternator Berbeban, dengan Arus Eksitasi dibatasi Rheostat .......................................................... 68
Gambar 4.8.
Karakteristik
Pengujian
Alternator
Berbeban
dengan
Rheostat untuk Pembatas Arus Eksitasi ..................................... 69 Gambar 4.9.
Rangkaian
Pengujian
Alternator
Berbeban,
dengan
menggunakan Voltage Regulator .............................................. 69
Gambar 4.10.
Karakteristik
Tegangan
Alternator
Berbeban
dengan
Voltage Regulator ..................................................................... 70
Gambar 4.11.
Rangkaian Pengujian Voltage Regulator ................................... 71
Gambar 4.12.
Rangkaian
Pengisian
Akumulator
dengan
menggunakan Alternator Mobil................................................. 73
Pengujian
Gambar 4.13a. Karakteristik arus pengisian dan arus eksitasi pada pengisian Akumulator ............................................................... 74
Gambar 4.13b. Karakteristik arus pengisian dan arus eksitasi pada
pengisian Akumulator ............................................................... 74
DAFTAR PUSTAKA
1. Daryanto. Sistem kelistrikan motor. Satu nusa. Bandung. 2011.
2. Sartono. PERAWATAN AKI KENDARAAN BERMOTOR. Teknologi
Energi Riset Manajemen Sains (TERMS). 1997. 3. Wijayanto,
Kartono.
ELEKTRONIKA
ANALOG.
Politeknik
Negeri
Bandung. 2010.
4. Training Support & Development. Engine Electrical. Hyundai Motor
Company.
5. Charging system – voltage regulator. Isuzu training center 6. Mahendra, Hengki (2011). Modul Sistem Pengisian. Padang: Universitas Negeri Padang. 7. Proposal Kerja Praktik Analisis Sistem Eksitasi Pada Generator Sinkron Tiga Fasa 8. Masruddin
Said.
2011.
Alternator
dalam
http://masruddin.freevar.com/sistem_pengisian/alternator.html di akses pada Kamis, 19 April 2012. 9. Patria
Bagas
Surya.
Sistem
Pengisian
Pada
Mobil
dalam
http://blog.elearning.unesa.ac.id/patria-bagas-surya/sistem-pengisian-padamobil, di akses pada Kamis, 19 April 2012. 10. Siswoyo.
Teknik
Pengaturan
Otomatis
http://crayonpedia.org/mw/Teknik_pengaturan_otomatis._siswoyo pada Kamis, 26 april 2012.
dalam diakses
Curriculum Vitae
BIODATA PRIBADI
Personal
Nama Jenis Kelamin Tempat, Tanggal Lahir Agama Status Alamat Telpon E-Mail IPK
: : : : : :
FAJAR MUHAMAD RAMDAN Laki-laki Bandung, 16 Maret 1991 Islam Belum Menikah Komplek Mekarsari Blok B6 No. 12 RT 05/24 Kec./Kel. Baleendah Kab. Bandung 40375 : 0899 6897 823 :
[email protected] : 3,10
Pendidikan 2009 – 2012, Politeknik Negeri Bandung, Jurusan Teknik Elektro, Program Studi Teknik Listrik 2006 – 2009, SMA Negeri 1 Baleendah, Jurusan IPA 2003 – 2006, SMP Negeri 1 Banjaran 1996 – 2003, SD Negeri 2 Batukarut
Organisasi 2009 – 2012, Himpunan Mahasiswa Lisrtik (HML), sebagai Anggota Divisi Seni dan Budaya 2009 – 2012, Forum Komunikasi Himpunan Mahasiswa Elektro Bandung (FKHMEB), sebagai Anggota 2006 – 2008, Badminton Baleendah Club (BBC), sebagai Anggota 2006 – 2008, Dewan Keluarga Masjid (DKM AT-TARBIYAH), sebagai Anggota 2003 – 2005, Praja Muda Karana (PRAMUKA) SMPN 1 Banjaran, sebagai Anggota 2000 – 2003, Praja Muda Karana (PRAMUKA) SDN 2 Batukarut, sebagai Anggota
Hobi Membaca, Berolah raga, Bermain Gitar, Bermain Komputer
Skill
Operating System Office Software Drawing Software PLC Program PLC Kemampuan permesinan
: : : : : :
Microsoft Windows Microsoft Office AutoCAD, CorelDRAW Omron CX-Programmer Mesin Bor
