BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Alternator
Alternator atau yang lebih kita kenal sebagai "Dinamo Amper" merupakan
suatu unit yang berfungsi sebagai power supply dan charging syste.
Fungsi alternator adalah untuk mengubah energi mekanis yang didapatkan dari mesin tenaga listrik . Energi mekanik dari mesin disalurkan sebuah puli,yang memutarkan roda dan menghasilkan arus listrik bolak-balik pada stator. Arus listrik bolak-balik ini kemudian dirubah menjadi arus searah oleh diode-diode.
6
Komponen utama alternator adalah : rotor yang menghasilkan medan magnet listrik, stator yang menghasilkan arus listrik bolak-balik, dan beberapa diode yang menyearahkan arus. Komponen tambahan lain adalah : sikat-sikat yang menyuplai arus listrik ke rotor untuk menghasilkan kemagnetan (medan magnet), bearing-bearing yang memungkinkan rotor dapat berputar lembut dan sebuah kipas untuk mendinginkan rotor, stator dan diode.
Konstruksi alternator bagian-bagiannya terdiri dari :
Gambar 2.1 Bagian-bagian dari alternator
a. Pull ( Pully )
Puli berfungsi untuk tempat tali kipas penggerak rotor.
b. Kipas ( Fan )
Fungsi kipas adalah untuk mendinginkan diode dan kumparan-kumparan pada alternator.
c. Rotor
Rotor merupakan bagian yang berputar di dalam alternator, ada rotor terdapat kumparan rotor (rotor coil) yang berfungsi untuk membangkitkan
kemagnetan. Kuku-kuku yang terdapat pada rotor berfungsi sebagai kutub-kutub magnet, dua slip ring yang terdapat pada alternator berfungsi sebagai penyalur listrik ke kumparan rotor. Untuk lebih jelasnya terlihat pada gambar 2.2 berikut :
Gambar 2.2 Kontruksi Rotor
d. Stator
Pada gambar 2.3 terlihat konstruksi dan stator coil. Kumparan stator adalah bagian yang diam dan terdiri dari tiga kumparan yang pada salah satu ujung-ujungnya dijadikan satu. Pada gambar sebelah kanannya terlihat teori gambar konstruksi ini disebut hubungan “Y” atau bintang tiga fhase. Bgian tengah yang menjadi satu adalah pusat gulungan.Dan bagian ini disebut terminal “N”.
Pada bagian ujung kabel lainnya akan menghasilkan arus bolak-balik (AC) tiga phase.
Gambar 2.3 Kontruksi coil dan stator
e. Rectifier (Diodes)
Pada gambar 2.4 memperlihatkan konstruksi dan hubungan antara stator coil dengan diode. Ketiga ujung dari stator dihubingkan dengan kedua macam diode. Pada model yang lama terdapat dua bagian yang terpisah antara diode positif (+) dan diode negative (-). Bagian positif (+) mempunyai rumah yang lebih besar daripada yang negatif (-). Selain perbedaan tersebut ada lagi perbedaan lainnya yaitu strip merah pada diode positif dan strip hitam pada diode negative.
Fungsi dari diode adalah menyearahkan arus bolak-balik (AC) yang dihasilkan oleh stator coil menjadi arus searah (DC). Diode juga berfungsi mencegah arus balik dari baterai ke alternator.
Gambar 2.4 Rangkaian penyearah penuh 3 fase
Pada dasarnya listirk merupakan kondisi dari partikel subatomik tertentu, seperti elektron dan proton yang menyebabkan penarikan dan penolakan diantaranya dengan landasan itu biasanya penghasil listrik menggunakan suatu energi guna di konveksikan menjadi energi listrik, pada alternator juga terjadi demikian dimana alternator merupakan peralatan lektromekanis yang mampu mengkonversikan energy mekanik menjadi energy listrik arus bolak-balik.
Gambar 2.5 Skema alternator
Dalam alternator memiliki sistem penghasilan listrik yang menggunakan input energi mekanis, seperti yang digambarkan berikut :
Gambar 2.6 proses alternator dalam menghasilkan listrik
Dalam gambar tersebut energi mekanis yang merupakan input dalam menghasilkan energi listrik menggerakan rotor, dimana rotor adalah kumparan yang terdapat dalam alternator dan berputar (bergerak) dan magnet dalam alternator yang diem (tidak bergerak) disebut stator. Pada saat kumparan (rotor) sejajar dengan arah medan magnet (membentuk sudut 00), belum terjadi arus listrik dan belum terjadi GGL induksi.
Ketika kumparan atau rotor berputar perlahan-lahan, arus dan GGL beranjak naik sampai kumparan membentuk sudut 900. Saat itu posisi rotor tegak lurus terhadap arah medan magnet. Pada kedudukan ini nilai arus dan GGL menunjukan nilai maksimum.
Selanjutnya kumparan terus berputar, arus dan GGL makin berkurang hingga mencapai sudut 1800 kedudukan kumparan sejajar dengan arah mendan magnet maka GGL induksi dan arus induksi menjadi nol.
Putaran berikutnya arus dan tegangan mulai naik lagi dengan arah yang berlawanan. Pada saat rotor membentuk sudut 2700, terjadi lagi kumparan berarus tegak lurus dengan arah medan magnet. Pada kedudukan kuat arus dan GGL induksi menunjukan nilai maksimum lagi namum arahnya berbeda. Putaran kumparan selanjutnya, arus dan tegangan perlahan-lahan hingga membentuk sudut 3600. Kumparan dan magnet yang berputar menyebabkan terjadinya GGL induksi pada kumparan. Energi mekanik yang diberikan di ubah ke dalam bentuk energi gerak rotasi.
Hal ini menyebabkan GGL induksi secara terus menerus dan dengan pola yang berulang secara periodik. Prinsip dasarnya bekerja karena adanya gerakan yang memotong garis gaya magnet sehingga dapat menimbulkan/menghasilkan energi listrik.
2.2 Silicon Control Rectifier (SCR)
Silicon Control Rectifier (SCR) merupakan salah satu jenis thyristor yang prinsip kerjanya mirip dengan dioda namun dilengkapi gate untuk mengatur besarnya fasa yang dilalukan. Simbolnya terlihat pada gambar 2.7 (a). SCR adalah
komponen semikonduktor yang terbentuk dengan struktur empat lapis PNPN (Positif-Negatif-Positif-Negatif) dengan tiga lapisan sambungan PN. SCR memiliki tiga terminal yaitu anoda, katoda dan gate.
Sambungan PN (PN junction) berturut-turut dari anoda diberi simbol J1, J2 dan J3 seperti terlihat pada gambar 2.7(b).
Gambar 2.7 (a) Simbol, (b) Struktur fisik, (c) Karakteristik SCR.
Dari gambar 2.5(c) dapat dipelajari sistem operasi SCR. Apabila tegangan anoda lebih positif dari katoda, sambungan J1 dan J3 pada kondisi forward bias dan J2 pada kondisi reverse bias. Pada kondisi ini SCR masih dalam kondisi memblokir tegangan maju.
Agar arus dapat mengalir dari anoda ke katoda, maka diberikan tegangan antara gate terhadap katoda. Jika pada katoda tegangan lebih positif dari anoda, sambungan J2 terbias maju sedangkan J1 dan J3 terbias mundur. Hal ini seperti dioda-dioda yang terhubung seri dengan tegangan balik bagi keduanya. SCR akan berada pada kondisi reverse blocking dan arus bocor reverse (current reverse) akan mengalir melalui divais. SCR dapat dihidupkan dengan meningkatkan tegangan maju VAK diatas VBO, tetapi kondisi ini bisa merusak komponen.
Dalam penggunaannya, harus mengetahui cara-cara pengoperasian SCR yaitu dengan metode membuat SCR dalam kondisi menyala atau pemicuan dan metode membuat SCR dalam kondisi tidak menghantar atau komutasi. Metode yang digunakan pada SCR adalah pemicuan melalui gate (pemberian arus gate) yang dilakukan dengan memberi tegangan kecil saja pada gate katoda (tergantung spesifikasi produk), maka arus gate dapat mengalir dan membuat kondisi SCR dalam keadaan on.
Daerah kerja SCR adalah 0°-180° (sifat umum dioda), maka hanya pada daerah tersebut pengontrolan fasa dapat dilakukan. Apabila SCR telah terpicu, maka SCR berada dalam kondisi menghantarkan arus listrik. Untuk pengaturan fasa atau menghentikan arus listrik maka diperlukan metode komutasi yaitu mengusahakan tegangan pada SCR adalah nol, sehingga arus tidak mengalir. Pada saat itu dapat dipastikan bahwa SCR dalam kondisi tidak dapat menghantarkan arus listrik dari anoda ke katoda hingga pemicuan dimasukkan kembali.
Gambar 2.8 adalah rangkaian sederhana SCR dan pemicuan SCR sebesar α° serta bentuk gelombang yang dihasilkan.
Gambar 2.8 Rangkaian sederhana SCR (b) Bentuk gelombang hasil penciuman SCR
Gambar 2.6(a) menunjukkan rangkaian sederhana SCR. Gambar 2.6(b) menunjukkan jika SCR dipicu pada α°, maka arus akan ditahan dari 0°- α° dan arus akan melewati SCR secara penuh dari α°- 180°. Pada 180°-360° SCR akan terbias mundur dan pemicuan tidak akan berguna karena SCR hanya dapat menghantarkan arus jika terbias maju, sedangkan apabila terbias mundur SCR akan membloking arus.
2.3 Blok Diagram
Alternator merupakan generator listrik yang menghasilkan arus bolak- balik (AC), dalam kendaraan bermotor arus yang dihasilkan oleh aki merupakan arus searah (DC) dan hal tersebut tidak mampu mensupplay arus listrik pada kendaraan. Dengan begitu alternator sangat menunjang kebutuhan energy listrik dalam berkendaraan, dan kita dapat melihat cara kerja dari alternator dengan melihat diagram blok dibawah ini.
Gambar 2.9 Cara kerja alternator dalam kendaraan.
Bagian-bagian Blok diagram
1. Regulator : Mengasilkan tegangan naik turun, sebelum masuk ke komponen kelistrikan mobil tegangan dibuat stabil biasanya tegangan listrik pada mobil adalah 12 Volt.
2. Rotor : Rotor terdidri dari sebuah lilitan dari kawat membungkus di sekitar inti besi. Arus melalui kumparan kawat menghasilkan medan magnetic sekitar inti. Kekuatan medan magnet saat ini menentukan medan magnet.
Dengan kata lain, arus mengalir dalam satu arah saja, dan disediakan untuk kumparan kawat set kuas dan slip cincin. Medan magnet yang dihasilkan memiliki magnet apapun, kutub utara dan kutub selatan. Rotor didorong oleh katrol alternator, berputar sebagai mesin berjalan.
3. Stator : Menghasilkan arus bolak balik memiliki kumparan di bagian dalamnya. Stator memiliki tiga kumparan yang pada salah satu ujungnya dijadikan satu. Umumnya kontruksi yang dipakai adalah model Y atau bintang tiga Phase. Bagian tenggah yang menjadi satu adalah pusat gulungan yang disebut titik netral atau terminal N. Pada bagian ujungnya
stator arus listrik bolak balik berasal. Ketiga ujung stator dihubungkan dengan diode.
4. Diode : Bagian-bagian kelistrikan mobil membutuhkan arus searah untuk kerjanya dan baterai merupakan arus searah untuk pengisian. Alternator menghasilkan arus bolak-balik tiga fase tetapi system pengisian tidak dapat menggunakannya kecuali jika diubah menjadi arus searah.
Mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah disebut penyearah.
Penyearah dapat dilakukan dengan beberapa cara tetapi alternator mobil menggunakan diode yang sederhana dan efektif.
5. Diode Output : Arus Ac kurang bermanfaat dalam system Arus DC jika digunakan dalam system kelistrikan mobil sehingga dapat dikonversikan ke DC sebelum dapat digunakan. Konversi AC ke DC berlangsung dijembatan penyearah. Dioda memiliki property memungkinkan arus untuk mengalir dalam arah lain.Jembatan penyearah terdiri dari enam diodan, satu pasang untuk setiap berkelok-kelok. Salah satu pasangan adalah negative setengah siklus, dan yang lainnya untuk positif setengah siklus.
6. Aki / Baterai : Baterai pada mobil berfungsi untuk memberikan tenaga listrik dalam jumlah yang cukup pada bagian-bagian kelistrikan mobil seperti starter, lampu-lampu besar dan waiper. Akan tetapi kapasitas baterai terbatas dan tidak mampu memberikan semua tenaga yang diperlukan mobil. Oleh karena itu, baterai harus selalu terisi secara penuh agar mampu memberikan tenaga listrik yang diperlukan pada saat diperlukan olehh bagian-bagian kelistrikan.
7. Kunci Kontak : Sebagai pemutus dan penyambung pada rangkaian alternator, jika di sambungkan saklar kontak ini maka mobil akan menyala dan alternator bergerak tetapi setelah mesin mobil dipakai maka jika di putuskan seluruh komponen yang bergerak/bekerja akan mati seluruhnya.
8. Lampu Indikator : Lampu indicator akan menyala. Apabila alternator tidak mengirim jumlah listrik yang normal. Ini terjadi jika tegangan dari terminal N alternator kurang dari jumlah yang diperlukan. Lampu indicator accu akan menyala terus saat mesin hidup bertanda terjadi masalah apad system pengisian. Penyebabnya bias karena undercharger atau overcharger. Sesudah mesin dan rotor berputar, tegangan listrik dibangkitkan dalam stator coil. Selanjutnya, tegangan neutral dipergunakan untuk mengaktifkan voltage relay. Karena itu lampu charger menjadi mati.
2.4 Prinsip Kerja Alternator dan Regulator
Alternator mempunyai peranan pentng dalam sisitem charging sebuah unit. Charging system digunakan untuk mengembalikan kondisi battery agar selalu siap digunakan.
2.4.1 Prinsip Kerja Alternator
Tegangan yang dihasilkan alternator diatur oleh regulator sehingga sesuai dengan karakteristik system kelistrikannya pada unitnya. Adapun arus yang masuk ke battery (sebagai arus pengisian) dapat dimonitor melalui amper meter atau charging lamp yang dihubungkan serie dengan terminal R alternator dan terminal ACC starting s witch.
Gambar 2.10 Prinsip kerja alternator pada pengisian
a. Field coil ( rotor coil ) mendapat arus penguat sehingga pada rotor coil timbul medan magnet.
b. Bila alternator diputar oleh engine, maka medan magnet pada rotor coil akan dipotong oleh konduktor pada staior coil. Sehingga pada stator coil akan timbul arus listrik.
c. Tegangan bolak-balik yang keluar dari stator kemudian diserahkan oleh diode sehingga menjadi arus searah.
2.4.2 Prinsip Kerja Regulator
Fungsi semi conductor adalah mengontrol arus penguat kefield coil (rotor coil) sehingga tegangan yang dihasilkan alternator antara 27.5 samapi 29.5 volt.
Prinsip kerja regulator sebagai berikut :
Gambar 2.11 Prinsip kerja regulator
a. Bila starting switch posisi ON, maka arus dari battery akan mengalir ke rotor coil.
b. Setelah rotor coil menjadi megnet dan alternator diputar oleh engine, maka dari alternator akan menghasilkan tegangan.
c. Bila Out Put voltage dari alternator masih kecil maka arus yang keluar dari alternator akan memperkuat medan magnet pada rotor coil, sehingga out put voltage dari alternator naik. Out put voltage dari alternator adalah sebanding dengan putaran dan kekuatan medan magnetnya.
d. Saat tegangan mencapai 295 volt maka voltage drop di V3 akan dan akan menyebabkan zener diode mendapatkan reverse-voltage sehingga T2 akan ON dan T1 akan OFF. Dengan demikian arus penguat ke rotor coil tidak mendapatkan ground dan kemagnetan akan berkurang sehingga tegangan yang dihasilkan alternator akan turun.
Gambar 2.12 Zener diode
e. Bila out put voltage turun mencapai 27.5 volt, maka T2 akan OFF dan T1 ON (bekerja) dan field coil mendapatkan arus penguat kembali dan out put voltage alternator naik kembali.
2.5 Model Alternator
Model alternator untuk setiap jenis mobil itu berbeda-beda, tapi kebanyakan alternator mempunyai regulator yang berada didalamnya ( IC built In), namun untuk tipe yang lama mempunyai regulator diluar. Tidak seperti model yang lama, tipe yang punya IC bulit in ini dapat dengan mudah diperbaiki dengan membuka tutup bagian atasnya.
Tipe lainnya adalah model pulley alternator yang diikat/dikencangkan ke bagian sumbu rotor. Alternator dengan tipe ini tidak mempunyai kipas luar yang menjadi bagian dari pulley-nya namun sudah mempunyai 2 kipas dalam untuk sirkulasi udara pendingin, tidak seperti jenis alternator lama yang menggunakan kipas luar untuk pendinginan.
Antara aki dengan alternator
Besaran daya yang terdapat alternator beragam, mulai dari yang paling kecil yang mempunyai daya 35 A hingga yang terbesar yang beredar dipasaran yaitu 220 A. Karena berfungsi sebagai pembangkit daya listrik ke aki, apabila ada penambahan perangkat atau aksesoris mobil yang membutuhkan beban listrik yang besar banyak, cukup dengan mengganti alternatornya bukan aki. Karena bila memperbesar daya listrik di aki tapi penyaluran tenaganya lebih kecil, maka aki akan tetap tekor. Jadi makin besar beban listrik yang dipakai, makin besar juga daya dari alternator yang harus dipergunakan.
