7
BAB II LANDASAN TEORI
A. LANDASAN TEORI 1. Pembebanan Suatu mobil dalam memenuhi kebutuhan tenaga listrik selalu dilengkapi dengan alat pembangkit listrik berupa generator yang berfungsi memberikan tenaga listrik dalam jumlah yang cukup pada bagian kelistrikan mobil seperti motor stater, lampu-lampu, wiper dan komponen lainnya yang membutuhkan tenaga listrik. Mobil dilengkapi dengan baterai, namun kapasitas baterai terbatas dan baterai tidak mampu memberikan semua tenaga tersebut secara terus-menerus. Oleh karena itu baterai harus selalu terisi penuh agar suatu mobil dapat berjalan dan terpenuhi kebutuhan tenaga listriknya. Sistem pengisian pada mobil berfungsi untuk mengisi baterai serta untuk memberikan arus yang dibutuhkan untuk bagian-bagian kelistrikan yang cukup selama mesin itu bekerja. Keperluan sejumlah besar arus listrik pada sebuah kendaraan merupakan beban pemakaian arus listrik yang harus dilayani selama kendaraan beroperasi, khususnya beban pemakaian pada malam hari. Terdapat beberapa beban pemakaian arus listrik yaitu : 1. Sistem starter 2. Sistem pengapian 3. Sistem bahan bakar
6
8
4. Sistem pengisian 5. Sistem penerangan dan accesories Apabila kita menggunakan mobil pada malam hari, pada saat kita menghidupkan lampu-lampu dan accesories lainnya maka mesin akan terasa berat, maka dalam hal ini pembebanan akan menyebabkan drop putaran mesin, dengan adanya drop putaran mesin maka tentu saja tegangan yang dikeluarkan alternator akan turun. Mobil dilengkapi dengan altenator yang dapat menghasilkan listrik sekitar 45 sampai 65 Ampere dan. puli pada altenator dibuat lebih kecil daripada puli yang dipasang pada ujung poros engkol, ini berfungsi apabila mesin berputar 600 rpm, altenator dapat berputar 1200 rpm. Kebanyakan mobil dilengkapi dengan altenator arus bolak-balik karena ini lebih baik dari arus searah dalam hal kemampuan membangkitkan tenaga listrik dan ketahanannya.
2. Prinsip Dasar Generator a. Induksi elektro magnet Ada tiga (3) syarat untuk menghasilkan induksi electromagnet yaitu (1)Medan magnet, (2)Kondukator, dan (3)Kecepatan potong. Bila flux magnet dipotong oleh gerakan konduktor di dalam sebuah medan magnet, maka di dalam konduktor tersebut akan dihasilkan gaya listrik (tegangan induksi) dan arus akan mengalir apabila penghantar tersebut merupakan bagian dari sirkuit lengkap.
9
Gambar 1. Induksi Elektromagnet (Toyota Service Training, 1995 : 2)
Gambar di atas menunjukkan jarum galvanometer yang dapat mengukur arus yang sangat kecil akan bergerak karena gaya gerak listrik yang dihasilkan pada saat penghantar digerakkan maju mundur di antara kutub utara dan kutub selatan magnet. Dari percobaan yang dilakukan seperti pada gambar dapat kita simpulkan: 1)
Jarum galvanometer akan bergerak bila penghantar atau magnet digerakkan.
2)
Arah gerakan jarum bervariasi mengikuti arah gerakan penghantar atau magnet.
3)
Besarnya gerakan jarum akan semakin besar sebanding dengan kecepatan gerakan
4)
Jarum tidak akan bergerak bila gerakan dihentikan. Bila dengan beberapa cara penghantar dilewatkan melalui garis
gaya magnet, maka dalam penghantar akan terbangkit gaya gerak listrik,
10
keadaan
ini
disebut
dengan
induksi
elektromagnet.
Generator
mengahasilkan gaya gerak listrik dengan cara induksi electromagnet dan mengubahnya menjadi tenaga listrik (tegangan dan arus). b. Arah gaya gerak listrik Arah gaya gerak listrik yang dibangkitkan di dalam penghantar di antara medan magnet bervariasi mengikuti arah gaya medan magnet dan gerakan penghantar. Hal ini dapat dipahami dengan menggunakan hukum kaidah tangan kanan fleeming.
Gambar 2. Hukum Tangan Kanan Fleming. (Toyota Service Training, 1995: 3) Gambar telunjuk menunjukkan arah garis gaya magnet, jari tengah menunjukkan arah gaya gerak listrik dan ibu jari menunjukkan arah gerakan penghantar. c. Besarnya gaya gerak listrik Besarnya gaya gerak listrik yang dibangkitkan pada saat penghantar memotong (melewati) garis gaya magnet di antara medan
11
magnet sebanding dengan besarnya garis gaya magnet yang dipotong pada satu satuan waktu. Dan dapat dinyatakan dengan persamaan:
E ∞ N/t (Toyota Service Training,1995 :4) Dimana: E = Gaya gerak listrik (V) N = Banyaknya garis gaya magnet yang dipotong t = Lamanya waktu yang diperlukan (detik) Berdasarkan rumus tersebut dapat diartikan bahwa semakin banyak garis gaya magnet yang dipotong (N) dan semakin cepat waktu kecepatan potongnya (t) maka gaya gerak listrik (E) yang dihasilkan akan semakin besar.
Gambar 3. Arah Gerak Listrik (Toyota Service Training, 1995: 4)
12
Gambar 4. Garis Perpotongan Magnet (Toyota Service Training, 1995: 4) Gambar di atas menunjukkan sebuah penghantar digerakkan dari titik A ke B ke C ke D dan kembali ke A lagi. Bagaimanapun ia memotong garis gaya magnet hanya pada saat bergerak dari A ke B dan dari C ke D dengan kata lain meskipun penghantar bergerak dengan kecepatan yang sama di antara masing-masing titik, gaya gerak listrik akan bangkit hanya pada saat penghantar bergerak di antara A dan B dan antara C dan D. Bila penghantar digerakkan dengan jalur melingkar di dalam medan magnet, maka besarnya garis gaya magnet akan bergerak secara konstan.
Gambar 5. Garis Perpotongan Magnet (Toyota Service Training, 1995: 4) Bila penghantar (konduktor) digerakkan dengan jalur melingkar di dalam medan magnet, maka besarnya garis gaya magnet akan berubah secara konstan. Pada gambar terlihat penghantar digerakkan
dalam
lingkaran searah dengan jarum jam dengan kecepatan tetap dari titik A
13
sampai ke titik L antara kutub utara dan kutub selatan, dalam hal ini jumlah garis gaya magnet terbesar dipotong antar titik D dengan E dan antar titik J dengan K, namun tidak ada garis yang dipotong antara A dengan B dan G dengan H.
3. Prinsip Alternator 1.Magnet Berputar dalam Kumparan Kontruksi dasar altenator adalah elektromagnet yang berputar (rotor) dalam sebuah kumparan stator akan menghasilkan arus listrik. Listrik dibangkitkan dalam kumparan pada saat magnet diputarkan dalam kumparan tersebut. Jenis arus listrik yang dihasilkan adalah arus bolakbalik. Magnet yang digunakan dalam altenator adalah magnet buatan. Proses kemagnetan terjadi bila ada aliran arus masuk melalui brush menuju slip ring dan kemudian menuju kumparan rotor sehingga rotor menjadi magnet. Semakin besar volume listrik yang dibangkitkan di dalam kumparan, maka kumparan semakin panas. Oleh karena itu stator coil diletakkan diluar, dengan rotor coil berputar di dalamnya, hal ini dimaksudkan agar pendinginan akan menjadi lebih baik.
14
Gambar 6. Magnet Berputar di dalam Kumparan (Toyota Service Training, 1995: 7) 2.Kumparan Menghasilkan Electromagnet Listrik dibangkitkan pada kumparan yaitu saat magnet di dalam kumparan berputar dan besarnya bisa berubah-ubah sesuai dengan kecepatan pemutusan gaya gerak magnet. Untuk menghindari terjadinya tegangan yang berubah-ubah dalam kumparan maka magnet permanen diganti dengan elektro magnet, yang garis gaya magnetnya berubah-ubah sesuai dengan putaran altenator.
Gambar 7. Kumparan menghasilkan elektromagnet (Toyota Service Training, 1995: 9) Elektromagnet mempunyai inti besi dengan kumparan yang dililitkan di sekelilingnya. Saat arus mengalir melalui kumparan, inti besi
15
tersebut akan menjadi magnet, jadi saat altenator berputar dengan kecepatan rendah, arus naik dan sebaliknya jika altenator berputar dengan kecepatan tinggi arus menurun. 3.Arus Bolak-Balik 3 Phase Saat magnet berputar dalam kumparan akan timbul tegangan di antara kedua ujung kumparan, ini akan memberikan kenaikan pada arus bolak-balik, arus tertinggi pada saat kutub N dan S mencapai jarak terdekat dengan kumparan setiap setengah putaran arus akan mengalir dengan arah berlawanan, dan arus yang mengalir dengan cara ini disebut arus bolak-balik satu fasa, banyaknya perubahan yang terjadi setiap detik disebut dengan frekuensi. Alternator dalam mobil menggunakan tiga kumparan, masingmasing kumparan berjarak 120 derajat, seperti terlihat dalam gambar. Keuntungan menggunakan tiga kumparan yaitu arus yang dibangkitkan lebih efisien. Dan arus yang dihasilkan adalah arus bolak-balik.
Gambar 8. Arus Bolak-Balik 3 Phase (Toyota Service Training, 1995: 9)
16
4.Penyearahan Arus Keterangan
di
atas
menunjukkan
dalam
altenator
mobil
menghasilkan arus bolak-balik tiga Fase, karena dalam pengisian diperlukan arus searah maka perlu diubah menjadi arus searah. Proses ini disebut penyearahan yang dapat dilakukan dengan beberapa cara, namun alternator mobil banyak menggunakan dioda yang efektif, dimana dioda memungkinkan arus hanya mengalir pada satu arah.
Gambar 9. Penyearahan pada Dioda (Nippon Denso,____: 11) Pada dioda arus mengalir dari P ke N dan tidak sebaliknya. Ini adalah sifat dasar dioda yang digunakan untuk fungsi penyearahan, bahkan pada arah P ke N, bila tegangannya kurang dari suatu nilai tertentu, maka arus tidak dapat mengalir. Sistem penyearahan dengan dioda terbagi menjadi dua cara yaitu: a. Penyearahan setengah gelombang Hanya sisi positif dari arus AC yang digunakan b. Penyearahan gelombang penuh Sisi positif dan negative dari arus AC dirubah menjadi DC.
17
Gambar 10. Penyearahan (Nippon Denso, ____: 11) Penyearahan
pada
alternator
adalah
dengan
penyearahan
gelombang penuh. Ini dimaksudkan agar arus yang dihasilkan lebih rata. Dan apabila arus rata maka tidak akan cepat merusak komponen dalam alternator.
Gambar 11. Sirkuit Penyarah (Toyota Service Training, 1995: 10)
4. Sistem Pengisian Mesin Suzuki Katana GX Sistem pengisian yang digunakan pada Suzuki Katana GX menggunakan alternator dengan spesifikasi sebagai berikut :
18
Tipe
: Alternator type small
Jenis
: Nippondenso
Besar output Voltage regulator
: 12 volt / 60 Ampere : Monolithic Integrated Circuit (M-IC)
Gambar 12. Alternator Suzuki Katana GX (Dokumentasi pada tanggal 18 Feb 2009)
1. Monolothic Integrated Circuit Regulator (IC Regulator) Dalam sistem pengisian dikenal dua jenis regulator yaitu regulator tipe titik (point type) dan regulator tipe Integrated circuit (IC). Pada dasarnya kedua jenis regulator tersebut mempunyai fungsi dasar yang sama yaitu untuk mengatur tegangan yang dihasilkan oleh alternator agar tidak terjadi over charge. Adapun yang membedakan diantara keduanya yaitu cara pengaturannya, IC regulator pengaturan arusnya menggunakan IC sedangkan regulator tipe point pengaturan arusnya menggunakan relay atau contac poin / platina. M-IC regulator merupakan suatu sistem yang digunakan untuk mengatur arus rotor. M-IC (M-Integrated Circuit) adalah sirkuit yang dikecilkan terdiri dari
19
bagian-bagian listrik dan elektronik kecil yang sangat rumit dan kompleks serta tidak dapat dijelaskan secara terperinci. M-IC regulator sangat kompak, ringan dan mempunyai kemampuan tinggi karena tidak mempunyai kontak mekanik seperti pada regulator tipe kontak poin.
2. Komponen-komponen altenator 1
1 1
1
9
1
7 6
8
5 4 3
1
2
Gambar 13. Komponen Alternator (PT. Indomobil Suzuki International, 2006:32) Keterangan : 1. Puli Alternator
8. Spring
2. Bearing
9. IC Regulator
3. Rotor
10. Conektor
4. Rear End Cover
11. Terminal
5. Rectifier
12. Stator
6. Slipring
13. Rear End Frame
7. Brush
14. Drive End Frame
20
Penyalur energi makanis (puli)
Pembangkit medan magnet (rotor)
Mensuplai listrik ke battery dan beban
Membangkitkan tenaga listrik secara berkesinambungan (stator)
Merubah listrik AC menjadi DC (rectifier)
A L T E R N A T O R
Pendingin alternator (fan)
Menjaga putaran agar halus (bearing)
Memegang komponen-komponen dalam dan melindunginya
Memegang stator dan rotor (end frame)
Memegang masuknya benda asing (end frame) Memasang ke mesin (End frame stay) Pemegang ke mesin
Melekatkan alternator Memudahkan dilepas (End frame stay) Menyetel kekencangan belt
1. Puli (Pully) Energi mekanik dari mesin akan disalurkan ke altenator melalui sebuah puli dengan penghubung belt. Jadi puli di sini berfungsi sebagai penerima energi putar dari mesin.
21
Gambar 14. Jenis-Jenis Puli (Nippon Denso, ____: 23) Jenis puli dibagi menjadi dua yaitu puli V dan puli V Ribbed. Untuk Zusuki Katana GX menggunakan puli V ribbed.
2. Rotor Rotor merupakan bagian yang berputar bersama mesin melalui perantara puli. Rotor disusun dari inti kutub (kutub magnet) field coil, slipring, rotor shaft dan fun.
Rotor berfungsi untuk membangkitkan
kemagnetan. Slip ring
Slip ring
Rotor winding
Rotor core Rotor shaft
Gambar 15. Rotor (Nippon Denso,____: 22)
22
Gambar 16. Rotor Suzuki Katana GX (Dokumentasi pada tanggal 18 Feb 2009)
3. Stator Stator berfungsi untuk menghasilkan arus listrik dengan memotong garis-garis gaya magnet yang dihasilkan rotor, sehingga pada stator terjadi induksi magnet yang menghasilkan arus listrik. Arus yang dihasilkan stator merupakan arus bolak-balik (AC) 3 fase. Stator terdiri dari stator core (inti stator), dan stator coil (lilitan stator) yang disatukan dengan drive and frame. Stator core Stator coil
Slot (alur)
Gambar 17. Stator (Nippon Denso,____: 22)
23
Gambar 18. Stator Suzuki Katana GX (Dokumentasi pada tanggal 18 Feb 2009) 4. End Frame Frame mempunyai dua fungsi yaitu sebagai pendukung rotor dan sebagai pemegang dengan mesin, kedua End Frame mempunyai beberapa saluran udara untuk meningkatakan efisiensi pendinginan.
Drive End Frame
Rear End Frame
Gambar 19. End frame (Dokumentasi pada tanggal 18 Feb 2009)
24
5. Rectifier Rectifier merupakan rangkaian dari dioda-dioda. Dalam altenator terdapat tiga buah dioda positif dan tiga buah dioda negative. Dioda ini berfungsi untuk menyearahkan arus AC yang dibangkitkan oleh stator menjadi arus searah (DC).
Gambar 20. Rectifier (PT. Indomobil Suzuki International, 2006:24)
3. Keuntungan Alternator type small dengan IC Regulator 1. Bentuk ukuran alternator lebih kecil dan lebih ringan. 2. Sistem pendinginan lebih baik. 3. Dengan IC Regulator, pengaturan tegangannya lebih stabil. 4. Mudah dalam perawatan/ perbaikan. 5. Mampu/ tahan pada putaran tinggi. 6. Tahan terhadap getaran. 7. Mampu digunakan dalam waktu lama (awet).
25
4. Cara Kerja Alternator Komponen utama yang mengatur tegangan adalah Monolothic Integrated Circuit (M-IC). Komponen ini sangat rumit, kompleks dan tidak dapat dijelaskan secara terperinci. Di bawah ini wiring diagramAlternator :
Gambar 21. Wiring Diagram Alternator (PT. Indomobil Suzuki International, 2006:33) 1. Kunci kontak ON mesin mati (tidak berputar).
Gambar 22. Cara Kerja Kunci Kontak ON, Mesin Mati (PT. Indomobil Suzuki International, 2006:33)
26
Apabila kunci kontak ON, M-IC mendeteksi tegangan battery melalui terminal IG menyebabkan Tr1 ON. Dengan Tr1 ON akan terjadi aliran listrik dari battery ke rotor coil. Selama kondisi ini berlangsung, rotor terjadi kemagnetan tetapi karena rotor belum berputar maka tidak terjadi pembangkitan energi listrik pada stator coil. Pada terminal P juga tidak ada pembangkitan, M-IC mendeteksinya dan mengirimkan sinyal ke Tr3, Tr3 ON. Dengan kondisi Tr3 ON maka akan terjadi aliran listrik dari battery melalui kunci kontak, lampu charging, terminal L, Tr3 ke massa menyebabkan lampu charging menyala.
2. Kunci kontak ON mesin hidup dengan putaran rendah ke sedang.
Gambar 23. Cara Kerja Putaran Rendah ke Sedang (PT. Indomobil Suzuki International, 2006:34) Setelah mesin berputar dan putaran alternator bertambah, Tr1 tetap ON, dengan berputarnya rotor coil menyebabkan terjadinya pembangkitan energi listrik pada stator coil dan juga pada terminal P. Kondisi ini dideteksi oleh M-IC
27
seterusnya mengatur Tr3 OFF dan Tr2 ON. Bila tegangan yang dibangkitkan melebihi tegangan battery maka akan terjadi pengisian ke battery, disamping itu akan terjadi pula aliran listrik ke elektrothermal choke (selama pemanasan mesin).
3. Kunci kontak ON mesin hidup dengan putaran tinggi.
Gambar 24. Cara Kerja Putaran Tinggi (PT. Indomobil Suzuki International, 2006:34)
Selama Tr1 ON, pembangkitan listrik pada stator coil akan semakin bertambah besar, bila tegangannya melebihi 14, 5 Volt, melalui terminal S, M-IC mendeteksinya dan mengatur agar Tr1 OFF, mengakibatkan tegangan yang dibangkitkan turun, turunnya tegangan ini melalui terminal S juga dideteksi oleh M-IC, selanjutnya mengatur Tr1 ON kembali, kondisi ini akan terus menerus selama kunci kontak ON dan alternator berputar.
28
B. Hipotesa Dari uraian diatas maka didapat suatu hipotesa yaitu terdapat pengaruh antara pembebanan sistem pengisian terhadap tegangan out put alternator yaitu dengan di tandai adanya drop putaran mesin dan turunya tegangan yang di keluarkan Alternator.
