5
BAB II DASAR TEORI
Ignition coil merupakan bagian terpenting dalam pengapian pada sebuah mesin karena ignition coil merupakan komponen pengapian yang menentukan baik tidaknya dalam proses pembakaran dalam ruang bakar. Ignition coil difungsikan sebagai pengubah arus tegangan rendah menjadi tegangan tinggi untuk menghasilkan percikan bunga api pada busi dan dilihat dari sudut fungsinya ignition coil merupakan sumber nyata dari tegangan yang dibutuhkan dalam proses pembakaran. Ignition coil menghasilkan tegangan tinggi dengan prinsip induksi dimana tegangan listrik pada baterai merupakan tegangan rendah 6 – 12 volt dan dinaikan sampai 5.000 – 25.000 volt. Secara fisik ignition coil dikontruksi mirip dengan trafo. Pada bagian tengah ignition coil berisi batangan logam yang dilapisi dengan inti besi, sekitar inti dan yang terisolasi dililit dengan penyekat kumparan sekunder (tegangan tinggi) dengan jumlah lilitan kawat tembaga yang sangat tipis dan lebih banyak dari kumparan primer. Dibagian luar dari penyekat dan bagian yang terisolasi dililit penyekat kumparan primer dengan lilitan kawat tembaga yang lebih besar, perbandingan lilitan antara penyekat sekunder dengan kumparan primer adalah 60 sampai dengan 150 lilitan.
5
6
2.1 Prinsip Kerja Ignition Coil Pada ignition coil, kumparan primer dan sekunder digulung pada inti besi. Kumparan-kumparan ini akan menaikkan tegangan yang diterima dari baterai menjadi tegangan yang sangat tinggi melalui induksi elektromagnetik. Inti besi (core) dikelilingi kumparan yang terbuat dari baja silicon tipis. Terdapat dua kumparan yaitu sekunder dan primer di mana lilitan primer digulung oleh lilitan sekunder. Untuk mencegah terjadinya hubungan singkat (short circuit) maka antara lapisan kumparan disekat dengan kertas khusus yang mempunyai tahanan sekat yang tinggi. Ujung kumparan primer dihubungkan dengan terminal negatif primer, sedangkan ujung yang lainnya dihubungkan dengan terminal positif primer. Kumparan sekunder dihubungkan dengan cara serupa di mana salah satunya dihubungkan dengan kumparan primer lewat (pada) terminal positif primer yang lainnya dihubungkan dengan tegangan tinggi melalui suatu pegas dan keduanya digulung.[1]
Gambar 2.1 Diagram rangkaian primer ketika tertutup
Medan magnet akan dibangkitkan pada saat arus mengalir pada gulungan (kumparan) primer. Garis gaya magnet yang dibangkitkan pada inti besi berlawanan dengan garis gaya magnet dalam kumparan primer. [1]
6
7
Gambar 2.2. Diagram rangkaian primer ketika terbuka Arus yang mengalir pada rangkaian primer tidak akan segera mencapai maksimum, karena adanya perlawanan oleh induksi diri pada kumparan primer. Diperlukan waktu agar arus maksimum pada rangkaian primer dapat tercapai. Bila arus mengalir dalam kumparan primer dan kemudian arus tersebut diputuskan tiba-tiba, maka akan dibangkitkan tegangan dalam kumparan primer berupa induksi sendiri sebesar 300 – 400V, searah dengan arus yang mengalir sebelumnya. Arus ini kemudian mengalir dan disimpan untuk sementara dalam kondensor. Apabila platina menutup kembali maka muatan listrik yang ada dalam kondensor tersebut akan mengalir ke rangkaian, sehingga arus primer segera menjadi penuh. [1]
Gambar 2.3 Hubungan kumparan primer dan kumparan
8
Jika dua kumparan disusun dalam satu garis (dalam satu inti besi) dan arus yang mengalir kumparan primer dirubah (diputuskan), maka akan terbangkitkan tegangan pada kumparan sekunder berupa induksi sebesar 10 KV atau lebih. Arahnya berlawanan dengan garis gaya magnet pada kumparan primer. [1]
Gambar. 2.4.Terjadinya tegangan pada kumparan sekunder
Pada saat kunci kontak di-on-kan, arus mengalir pada gulungan primer (demikian juga saat kunci kontak off) garis gaya magnet yang telah terbentuk tiba-tiba menghilang, akibatnya pada kumparan sekunder terbangkit tegangan tinggi. Sebaliknya apabila kunci kontak dihubungkan kembali, maka pada kumparan sekunder juga akan dibangkitkan tegangan dengan arah yang berlawanan dengan pembentukan garis gaya magnet pada kumparan primer (berlawanan dengan yang terjadi saat arus diputuskan). Ignition coil dapat membangkitkan tegangan tinggi apabila arus primer tiba-tiba diputuskan. Besarnya arus primer yang mengalir tidak segera mencapai maksimum pada saat
menutup, karena arus tidak segera mengalir pada kumparan primer. Adanya
tahanan dalam kumparan tersebut, mengakibatkan perubahan garis gaya magnet yang
9
terjadi juga secara bertahap. Tegangan tinggi yang terinduksi pada kumparan sekunder juga terjadi pada waktu yang sangat singkat. [1]
Prinsip kerja Ignition coil hampir sama dengan prinsip kerja transformator yang berdasarkan
prinsip hukum Ampere dan hukum Faraday, yaitu: arus listrik dapat
menimbulkan medan magnet dan sebaliknya medan magnet dapat menimbulkan arus listrik. Jika pada salah satu kumparan pada transformator diberi arus bolak-balik (AC) maka jumlah garis gaya magnet akan berubah-ubah. Akibatnya pada sisi primer terjadi induksi. Sisi sekunder menerima garis gaya magnet dari sisi primer yang jumlahnya berubah-ubah pula. Maka di sisi sekunder juga timbul induksi, akibatnya antara dua ujung kumparan (lilitan) terdapat beda tegangan dalam transformator terdapat perhitungan untuk menentukan jumlah lilitan primer dan sekunder agar dapat dihasilkan keluaran dengan tegangan rendah dan arus besar. [1,2,4] Rumus yang digunakan adalah
=
( Persamaan 2.1 )
Dimana Np = Jumlah lilitan primer
Ns = Jumlah lilitan sekunder
Vp = Tegangan primer
Vs = Tegangan sekunder
10
2.2
Komponen- komponen utama Ignition coil
Gambar 2.5. Komponen utama Ignition coil
1. Secondary coil ( Kumparan sekunder ) Pada kumparan sekunder timbul arus induksi dengan tegangan 10.000 – 20.000 volt. Pada motor silinder satu atau dua , arus mengalir ke busi. Sedangkan pada motor silinder banyak arus mengalir ke busi lewat pembagi arus sesuai dengan piring order/urutan pengapian.Ciri ciri khusus kumparan sekunder. Merubah induksi menjadi tegangan tinggi. Penampang kawat kecil. Jumlah gulungan banyak minimal 10.000 Lilitan. 2. Primary coil ( Kumparan primer ) Kumparan primer berfungsi menimbulkan medan magnet pada ignition coil, sehingga menghasilkan induksi pada kumparan kumparannya. Ciri dari
11
kumparan primer ini adalah yang penampangnya besar tetapi gulungannya sedikit (50 - 300 lilitan). 3. High Tension Cord ( Kabel tegangan Tinggi ) Kabel tegangan tinggi berfungsi untuk menyalurkan arus listrik tegangan tinggi hasil induksi sekunder koil ke busi. Tegangan yang dialirkan sebesar 15.000 volt sampai 30.000 volt. Kabel tegangan tinggi terdiri dari tembaga yang diisolasi dengan karet silikon, karena arus yang mengalir tegangannya sangat tinggi maka isolatornya sangat tebal. 4. Inti besi ( Core ) Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluks, yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh arus pusar atau arus eddy (eddy current).
2.3 Jenis jenis Ignition coil Terdapat tiga tipe utama koil pengapian yang umum digunakan pada kendaraan bermotor yaitu: 2.3.1 Tipe Canister Tipe ini mempunyai inti besi di bagian tengahnya dan kumparan sekunder mengelilingi inti besi tersebut. Kumparan primernya berada di sisi luar kumparan sekunder. Keseluruhan komponen dirakit dalam satu rumah di logam canister. Kadangkadang canister diisi dengan oli (pelumas) untuk membantu meredam panas yang dihasilkan koil. Kontruksi tipe canister seperti terlihat pada gambar di bawah ini. [1]
12
Gambar 2.6. Ignition coil tipe canister 2.3.2
Tipe Moulded
Tipe moulded coil merupakan tipe yang sekarang umum digunakan. Pada tipe ini inti besi di bagian tengahnya dikelilingi oleh kumparan primer, sedangkan kumparan sekunder berada disisi luarnya. Keseluruhan komponen dirakit kemudian dibungkus dalam resin (damar) supaya tahan terhadap getaran yang biasanya ditemukan dalam sepeda motor. Tipe moulded coil menjadi pilihan yang populer sebab konstruksinya yang tahan dan kuat. Pada mesin multi cylinder(silinder banyak) biasanya satu coil melayani dua busi karena mempunyai dua kabel tegangan tinggi dari kumparan sekunder. [1]
Gambar 2.7 Ignition coil tipe moulded
13
2.3.3
Tipe Koil gabungan (menyatu) dengan tutup busi (spark plug)
Tipe koil ini merupakan tipe paling baru dan sering disebut sebagai koil batang (stick coil). Ukuran besar dan beratnya lebih kecil dibanding tipe moulded coil dan keuntungan paling besar adalah koil ini tidak memerlukan kabel tegangan tinggi.[1]
Gambar 2.8. Ignition coil tipe stick
2.4
Parameter kelistrikan Ignition Coil Parameter kelistrikan yang mempengaruhi kinerja ignition coil yaitu : Inductance ( Induktansi ) Induktansi adalah faktor fisik yang menunjukkan efisiensi elektromagnetik atau kemampuan kumparan untuk melakukan induksi sendiri. Secara umum induktansi konduktor listrik ditentukan oleh material (bahan) dan penampang sirkuit magnetik, jumlah lilitan dan diameter kabel tembaga. Kumparan pengapian meliputi elemen induktansi primer dan induktansi sekunder. [3] Primary resistance ( hambatan primer )
14
Hambatan primer dari koil ditentukan dari hambatan spesifik sensitif temperatur tembaga. Umumnya hambatan primer ignition coil berkisaran 0.15~0.4Ω. Nilai hambatan primer dapat di hitung dengan rumus di bawah ini [2,3] = MLT (Np)
Dimana : Rp
Ω
(10 ) ...................( persamaan 2.2 )
= Resistance primary ( hambatan primer )
MLT
= Mean length of turn ( cm )
Np
= jumlah lilitan primer
µΩ/cm = Nilai hambatan sesuai dengan tabel Enamelled copper wire IEC 60317 ( lampiran ) Secondary Resistance ( Hambatan sekunder ) Hambatan sekunder dari koil ditentukan dari hambatan spesifik sensitif temperatur tembaga. Umumnya hambatan sekunder ignition coil berkisaran 5~ 15 kΩ. [2,3] = MLT (Ns)
Dimana : Rs
Ω
(10 ) ...................( persamaan 2.3 )
= Resistance secondary ( Hambatan sekunder )
MLT
= Mean length of turn ( cm )
Np
= jumlah lilitan primer
µΩ/cm = Nilai hambatan sesuai dengan tabel Enamelled copper wire IEC 60317 ( lampiran)
15
2.5
LCR Meter ( induktansi,kapasitan dan hambatan )
Gambar 2.9. LCR meter LCR meter adalah bagian dari peralatan tes elektronik yang digunakan untuk mengukur inductance (L),capacitance (C), dan resistance (R) dari komponen. Dalam versi sederhana dari nilai-nilai alat ini sebenarnya dari kuantitas ini tidak diukur, melainkan dengan impedansi yang diukur secara internal dan dikonversi untuk ditampilkan dengan kapasitansi yang sesuai atau nilai induktansi. Bacaan akan cukup akurat jika kapasitor atau induktor perangkat yang diuji tidak memiliki komponen resistif signifikan impedansi. Desain yang lebih canggih mengukur induktansi atau kapasitansi, dan juga resistansi seri setara kapasitor dan faktor Q komponen induktif. Biasanya perangkat yang diuji disambungkan ke sumber tegangan AC. Meteran mengukur tegangan dan menemukan arus melalui DUT. Dari rasio tersebut meteran dapat menentukan besarnya impedansi. Meteran LCR juga dapat digunakan untuk menilai variasi induktansi sehubungan dengan posisi rotor dalam mesin magnet permanen (namun harus berhati-hati karena beberapa meter LCR bisa rusak oleh dihasilkan EMF yang dihasilkan dengan memutar rotor di mesin magnet permanen).Pegangan LCR meter biasanya memiliki uji frekuensi dari 100 Hz, 120 Hz, 1kHz, 10kHz, dan 100kHz untuk akhir meter atas. Resolusi layar dan pengukuran kemampuan jangkauan biasanya akan berubah dengan uji frekuensi.
16
Benchtop LCR meter biasanya memiliki uji frekuensi lebih dari 100 kHz. Mereka kemungkinan sering termasuk untuk menempatkan di tegangan atau arus DC pada pengukuran sinyal AC. End meter yang lebih rendah menawarkan kemungkinan untuk memasok tegangan DC eksternal ini atau arus sementara perangkat akhir yang lebih tinggi
dapat
memasok
mereka
secara
internal.
Pada
waktunya benchtop
meter memungkinkan penggunaan perlengkapan khusus untuk mengukur komponen SMD, kumparan inti udara atau transformer.Induktansi, kapasitansi, perlawanan, dan faktor disipasi juga dapat diukur oleh berbagai bridge circuits. Mereka melibatkan menyesuaikan variabel elemen dikalibrasi hingga sinyal pada detektor menjadi nol, daripada mengukur impedansi dan sudut fase.Awal jembatan LCR komersial menggunakan berbagai teknik yang melibatkan pencocokan atau “nulling” dari dua sinyal yang berasal dari satu sumber. Sinyal pertama dihasilkan dengan menerapkan tes sinyal untuk diketahui dan sinyal kedua yang dihasilkan dengan memanfaatkan kombinasi dikenal dengan nilai standar R dan C. Sinyal itu disimpulkan melalui detektor (biasanya meter panel dengan atau tanpa beberapa tingkat amplifikasi). Ketika arus nol tercatat dengan mengubah nilai standar dan mencari “null” di panel meter, dapat diasumsikan bahwa besarnya arus yang melalui diketahui adalah sama dengan yang standar dan bahwa fase persis sebaliknya (180 derajat terpisah). Kombinasi standar yang dipilih bisa diatur untuk membaca C dan DF langsung yang merupakan nilai yang tepat dari standar yang tidak diketahui. [5]
2.6
Osiloskop Kegunaan osiloskop tidak dibatasi pada dunia elektronik. Dengan transduser yang
tepat osiloskop dapat mengukur semua jenis phenomena. Transduser merupakan piranti
17
yang menciptakan sinyal listrik dalam respon terhadap rangsangan fisik seperti suara, tekanan mekanik, tekanan, cahaya atau panas. Sebuah mikropon merupakan transducer yang mengubah suara ke dalam sinyal listrik. [5] Osiloskop sinar katoda (cathode ray oscilloscope) selanjutnya disebut instrumen CRO merupakan instrumen yang sangat bermanfaat dan terandalkan untuk pengukuran dan analisa bentukbentuk gelombang dan gejala lain dalam rangkaian elektronik yang bersifat dinamis. Pada dasarnya CRO merupakan alat pembuat grafik yang menunjukkan
bagaimana
sinyal
berubah
terhadap
waktu:
sumbu
vertical
mempresentasikan tegangan dan sumbu horizontal mempresentasikan waktu. Intensitas atau kecerahan peragaan seringkali disebut sumbu Z. [5] 2.6.1 Prinsip Kerja Tabung Sinar Katoda Tabung sinar katoda pada beberapa penganalisa logika (Logic Analysers) defleksi secara magnetik, dapat monokrom atau warna. Pada jenis ini peraga menggunakan teknik seperti yang digunakan pada TV. Dalam tabung sinar katoda storage oscilloscope pada dasarnya serupa dengan defleksi elektrostatik jenis tabung yang akan dijelaskan di bawah ini hanya ditambahkan satu atau lebih storage meshes.
Gambar 2.10 Struktur tabung sinar katoda
18
Tabung sinar katoda merupakan komponen utama jantung osiloskop, pada dasarnya terdiri dari susunan elektroda yang dilapisi kaca bejana. Elektroda-elektroda berfungsi sebagai berikut Susunan tiga elektroda (triode) yang berfungsi membangkitkan berkas elektron, biasa disebut sinar katoda yang terdiri dari katoda (K) filamen pemanas (F), grid pengontrol (G) dan elektroda pemercepat berkas elektron (1). Elektroda pemfokus berkas elektron (2). Berkas elektron dipercepat sebelum mencapai pelat defleksi. Pelat pembelok vertical mengubah arah berkas sebanding dengan beda tegangan kedua pelat. Bila beda tegangan nol atau besar tegangan kedua pelat sama berkas akan dilewatkan lurus. Disebut pelat defleksi vertical karena dapat membelokkkan berkas ke arah vertikal, sehingga berkas dapat berada pada layar berupa titik yang bergerak dari atas ke bawah. Pelat defleksi horisontal serupa dengan defleksi vertikal hanya arah pembelokkan berkas elektron dalam arah horizontal dari kiri ke kanan. Setelah berkas dbelokkan akan menumbuk lapisan flouresensi yang berada pada permukaan layar tabung sinar katoda. Lapisan terdiri dari lapisan tipis pospor, olahan Kristal garam metalik yang sangat halus didepositkan pada kaca. Akibatnya berkas berpijar, semua emisi cahaya dalam arah maju. 2.6.2
Jenis-jenis Osiloskop
2.6.2.1
Osiloskop Analog
Pada dasarnya sebuah osiloskop analog bekerja dengan menerapkan sinyal tegangan yang diukur secara langsunng diberikan pada sumbu vertikal dari berkas elektron yang berpindah dari kiri melintasi layar osiloskop – biasanya tabung sinar
19
katoda. Disisi sebaliknya dari layar diberlakukan dengan perpendaran pospor yang menyala dimana saja berkas elektron membenturnya. Sinyal tegangan membelokkan berkas ke atas dan turun berpindah secara proporsional sebagaimana perindahan secara horisontal, pelacakan bentuk gelombang pada layar. Lebih sering berkas membentur lokasi layar tertentu, semakin terang nyalanya. [5]
Gambar 2.11 Blok diagram osiloskop analog CRT membatasi cakupan frekuensi yang dapat diperagakan dengan osiloskop analog. Pada frekuensi yang sangat rendah, sinyal muncul sebagai titik terang bergerak lambat yang sulit membedakan sebagai ciri bentuk gelombang. Pada frekuensi tinggi kecepatan penulisan CRT terbatas. Bila frekuensi sinyal melebihi kecepatan menulis CRT, peraga menjadi sangat samar untuk dilihat. Osiloskop analog tercepat dapat memperagakan frekuensi sampai sekitar 1 GHz. Bila sinyal dihubungkan rangkaian probe osiloskop, tegangan sinyal berjalan melalui probe ke system vertikal dari osiloskop. Gambar mengilustasikan bagaimana osiloskop analog memperagakan sinyal yang diukur. Tergantung pada bagaimana pengaturan skala vertikal (control Volt/div), attenuator mengurangi tegangan sinyal dan sebuah penguat menambah tegangan sinyal. Selanjutnya sinyal berjalan langsung ke pelat pembelok vertikal dari CRT. Tegangan
20
yang diberikan pada pelat pembelok menyebabkan perpendaran pada titik yang bergerak melintasi layar. Nyala titik dibuat oleh berkas elektron yang membentur pospor luminansi di dalam CRT. Tegangan positip menyebabkan titik berpindah ke atas sementara tegangan negatip menyebabkan titik bergerak ke bawah. [5] 2.6.2.2
Osiloskop digital
Pada CRO digital menyediakan informasi sinyal secara digital disamping peragaan CRT sebagaimana CRO analog. Pada dasarnya CRO digital terdiri dari CRO laboratorium konvensional berkecepatan tinggi ditambah dengan rangkaian pencacah elektronik yang keduanya berada dalam satu kotak kemasan. Rangkaian kedua unit dihubungkan dengan memakai sebuah pengontrol peragaan logic, memungkinkan pengukuran pada kecepatan dan ketelitian tinggi. CRO penunjuk angka pembacaan,. kenaikan waktu (rise time), amplitudo dan beda waktu, bergantung pada posisi alat control seperti TIME/DIV, AMPLITUDO/DIV dan PROGRAM dengan hasil relatip lebih akurat. Pada saat probe osiloskop digital diberi masukan, pengaturan amplitudo sinyal pada sistem vertikal seperti osiloskop analog. Selanjutnya sinyal analog diubah ke dalam bentuk digital dengan rangkaian analog-to-digital converter (ADC). Dalam system akuisi sinyal sampel pada titik waktu diskrit, diubah dalam harga digital disebut sample point. Sampel clock system digital menentukan seberapa sering ADC mengambil sampel. Kecepatan clock “ticks” disebut sample rate dan diukur dalam banyak sampel yang diambil dalam satuan detik (jumlah sample/detik). Hasil dari ADC disimpan dalam memori sebagai titik-titik bentuk gelombang. Mungkin lebih dari satu titik sampel dibuat satu titik bentuk gelombang. Titik-titik bentuk gelombang secara bersama-sama membentuk rekaman bentuk gelombang. Jumlah titik bentuk gelombang yang digunakan untuk membentuk rekaman disebut record length. Sistem trigger
21
menentukan kapan perekaman sinyal dimulai dan diakhiri. Peragaan menerima rekaman titik-titik bentuk gelombang setelah disimpan dalam memori. Kemampuan osiloskop tegantung pada pemroses pengambilan titik. Pada dasarnya osiloskop digital serupa dengan osiloskop analog, pada saat pengukuran memerlukan pengaturan vertikal, horisontal dan trigger. [5]
Gambar 2.12 Blok diagram osiloskop digital
