Alternator merupakan salah satu komponen yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Energi mekanik memutarkan rotor dan membangkitkan arus bolak-balik pada stator. Arus bolak-balik ini diubah menjadi arus searah oleh dioda rectifier. Alternator berfungsi menghasilkan arus searah untuk mengisi Akumulator.
2.5.1. Tujuan Dari Pemakaian Alternator tipe AC
Jenis Alternator arus bolak-balik adalah 3 fasa yang memperoleh output arus searah melalui pemakaian dioda silikon rectifier. Ketahanannya bagus pada kecepatan tinggi dan performa pengisiannya agak lambat sehingga kebanyakan dipakai untuk sistem pengisian baterai kendaraan.
Karakteristiknya adalah sebagai berikut:
Ukurannya kecil dan beratnya ringan, dapat membuat tegangan output dengan kecepatan rendah.
Tidak mempunyai kommutator pada komponen yang berputar, batas kecepatan putarnya bisa sangat tinggi.
Karena diselaraskan dengan memakai dioda silikon, maka kapasitas listriknya besar.
Usia brush cukup lama.
2.5.2. Struktur dan cara kerja Alternator Mobil AC
Altenator Mobil AC terdiri dari stator yang merupakan komponen tetap, rotor yaitu komponen yang berputar, dan end frame yang menopang kedua ujung rotor. Stator merupakan bagian tetap dari Alternator sebagai tempat keluarnya arus dan tegangan dari Alternator. Rotor berputar di dalam stator untuk menginduksi gaya electromotive pada stator coil.
Gambar 2.46 Struktur Alternator Mobil AC
(Daryanto, Sistem kelistrikan motor, Satu nusa. Bandung, 2011)
Arus yang dihasilkan oleh stator coil disearahkan oleh rectifier (dioda silikon) yang dipasang pada end frame menjadi arus searah dan disuplai ke luar. Brush tidak untuk mendapatkan arus output namun dipakai untuk membangkitkan rotor coil melalui pemberian arus ke rotor coil dari baterai. Fungsi dioda silikon tidak hanya menyerahkan arus bolak-balik yang dibangkitkan dari stator coil namun juga untuk mencegah arus terbalik dari baterai ke Alternator. Karena itulah, tidak lagi diperlukan cut out relay seperti pada altenator mobil DC. Apabila tegangan yang dibangkitkan dari Alternator lebih tinggi dari tegangan terminal baterai, maka proses pengisian baterai secara otomatis akan dimulai.
(1) Stator
Stator bertindak sebagai armatur pada Alternator AC. Seperti tampak pada gambar 2.47. Tiga coil secara terpisah dililit disekitar steel core yang terdiri dari banyak layer. Tegangan 3 fasa AC akan diinduksikan ke dalam koil-koil ini.
Gambar 2.47. Struktur Stator
Untuk mengurangi hilangnya inti (gejala dimana pusaran arus hilang yang terjadi karena banyaknya garis magnet disekeliling steel core), maka stator steel core terdiri dari susunan pelat baja silikon tipis, dan diantara pelat-pelat tersebut terdapat bebarapa celah untuk memasang stator coil. Selama bekerja, dia akan menjadi jalan bagi fluks magnet yang dihasilkan dari kutub rotor.
Satu kelompok stator coil dibuat dari gulungan kawat tembaga yang ditutup dengan material insulating menjadi celah seperti tampak pada gambar 2.54. Coil pitch pemasangannya pas dengan celah yang ada pada kutub (pole pitch). Tiga kelompok koil ini disusun secara 1200 (2/3 dari pole pitch) dan dibentuk dengan sambungan 3 fasa. Untuk metode penyambungan coil-nya ada dua macam yaitu koneksi bintang (Y) dan koneksi segitiga.
Gambar 2.48. Bentuk Stator Coil
(2) Rotor
Rotor, merupakan tempat untuk membuat fluks magnetik (garis magnet). Rotor terdiri dari rotor core, rotor coil, shaft, dan slip ring. Untuk Alternator AC kendaraan, menggunakan rotor jenis Randle yang strukturnya sederhana dan kekuatannya cukup baik sehingga banyak digunakan pada kendaraan. Seperti tampak pada gambar 2.49., jenis Randle terdiri dari 4~6 inti baja yang disisipkan pada shaft dari kedua ujung rotor coil yang berbentuk tabung. Lilitan awal dan akhir pada rotor coil dihubungkan ke dua slip rings yang dipasang pada shaft yang sudah terbungkus.
Gambar 2.49. Struktur Rotor Tipe Randle
Cara kerja rotor adalah sebagai berikut. Pada saat arus mengalir di dalam rotor coil melalui kontak brush ke slip ring, garis-garis magnet akan terbentuk sesuai dengan arah shaft sehingga satu sisi dari inti dimagnetkan ke kutub N dan satu sisinya lagi dimagnetkan ke kutub S. karena itulah, masing-masing kutub yang saling berhadapan satu sama lainnya juga dimagnetkan, dan ke 8 sampai 12 kutub N dan S disusun secara berjejer. Bahan rotor core terbuat dari penggandaan besi karbon yang rendah. Slip-nya terbuat dari material konduksi yang baik seperti tembaga atau besi baja.
(3) Brush
Kedua brush disisipkan ke dalam brush holder yang terpasang pada bracket dan melakukan kontak ke slip ring melalui spring. Satu brush dihubungkan ke terminal luar yang dibungkus, dan satu brush lainnya di-grounded melalui brush holder. Ketika rotor berputar, secara beruturan brush akan bergerak dan melakukan kontak ke slip ring, karena itulah brush ini terbuat dari material metal karbon yang ketahanannya cukup baik dan tahanan kontaknya rendah.
(4) Rectifier
Rectifier terdiri dari dioda. Seperti tampak pada gambar 2.51. enam buah dioda dipasang di bagian belakang end frame untuk menyearahkan tegangan arus bolak-balik 3 fasa yang dihasilkan dari stator coil untuk dirubah ke arus searah.
Pada saat arus mengalir ke dioda, temperatur dioda akan naik, sehingga perlu di pasang heat sink (pelat pendingin). Umumnya tiga dioda sisi negatif dimasukkan ke bagian belakang end frame dan tiga dioda positif di pasang ke heat sink yang sudah dibungkus. Atau bisa juga, masing-masing ketiga positif dan
negatif disolder ke heat sink. Dengan kata lain, ke enam diode dipasang pada printed board yang mempunyai heat sink.
Gambar 2.50. Koneksi Dioda
(Daryanto, Sistem kelistrikan motor, Satu nusa. Bandung, 2011)
2.5.3. Cara Kerja Alternator AC Mobil
Berdasarkan gambar 2.52, cara kerja Alternator dapat dijelaskan. Pertama, pada saat kunci kontak di putar ke posisi ON, arus sebesar 2A sampai 3A akan mengalir dari baterai ke terminal F → (+) brush → slip ring → rotor coil → slip ring → (-) brush → terminal E (ground). Oleh karena rotor coil mendapatkan arus dari baterai, maka rotor coil menjadi magnet, sehingga disekeliling rotor terdapat garis-garis magnet.
Setelah terdapat garis-garis gaya magnit di sekitar rotor dan melingkupi belitan stator, maka apabila rotor tersebut di putar, di belitan stator maka akan dibangkitkan tegangan arus bolak-balik 3 fasa. Tegangan AC ini disearahkan menjadi arus DC melalui 6 dioda silikon dan dikeluarkan melalui terminal B Alternator.
Ketika kecepatan putaran Alternator mencapai 1,000 rpm, tegangan dari Alternator akan lebih tinggi dari pada tegangan pada terminal baterai. Karena itulah, arus output disuplai dari terminal B ke baterai sebagai arus pengisian, dan ada pula yang disuplai ke rotor coil. Pada Alternator, arus tidak akan mengalir pada saat tegangan yang disuplai ke dioda silikon kurang dari 0.5V.
Output terminal tegangan N adalah setengahnya dari output terminal B. Tegangan ini digunakan untuk menjalankan voltage regulator.
Gambar 2.51 Operasi Alternator AC
(Daryanto, Sistem kelistrikan motor, Satu nusa. Bandung, 2011)