generator arus searah dalam hal kemampuan membangkitkan tenaga listrik

dan ketahanannya. Karena mobil membutuhkan arus searah, maka arus bolak-

balik yang diproduksi oleh alternator diserarahkan sebelum keluar menuju sistem

kelistrikan mobil.

Sistem pengisian berfungsi untuk mengisi kembali baterai setelah

digunakan untuk starting dan menyuplai kebutuhan listrik ke sistem kelistrikan

saat mesin hidup. Arus baterai yang digunakan untuk menghidupkan starter sangat

banyak sehingga memerlukan sistem pengisian untuk mengisinya kembali. Baterai

berfungsi sebagai sumber tenaga listrik terhadap seluruh sistem kelistrikan pada

kendaraan. Kunci kontak berfungsi sebagai penyambung dan pemutus arus listrik

yang mengalir ke regulator. Lampu indikator berfungsi sebagai tanda peringatan

jika adanya kerusakan pada sistem pengisian. Alternator berfungsi sebagai

penyuplai arus listrik ke komponen kelistrikan saat mesin hidup dan untuk

mengisi baterai.

Ketika mesin berputar dengan kecepatan putaran semakin tinggi, pada

generator atau pembangkit tegangan terbentuk arus listrik bolak balik atau

alternating current yang terus meningkat tegangannya seiring putaran mesin,

diperlukan regulator untuk membatasi tegangan sesuai yang di perlukan, dengan

mengurangi suplay arus listrik ke rotor koil untuk mengurangi gaya medan

magnet yang terbentuk. Dengan beban besar, maka alternator akan menghasilkan

arus yang besar pula, begitu juga sebaliknya,seperti contoh saat mesin habis di

starter, maka pengisian alternator akan besar, dan mengecil secara otomatis

setelah arus aki tercukupi. Bisa juga saat kita menyalakan lampu besar, maka

kinerja alternator akan otomatis naik. Pada dasarnya alternator memiliki beberapa

6

terminal utama diantara nya terminal F, terminal N, terminal E ada juga yang

tidak pakai terminal E karena terminal E sama dengan ground, serta terminal B+

dan Ground. Seiring dengan kebutuhan beban dan fitur kendaraan terminal

alternator juga di sesuaikan dengan kebutuhan tersebut.

Gambar 2.1. Bagan Sistem Pengisian

B. Komponen-komponen Sistem Pengisian

1. Baterai

Baterai atau akumulator adalah sebuah sel listrik dimana di dalamnya

berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (dapat berbalikan) dengan

efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia

reversibel, adalah di dalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan

kimia menjadi tenaga listrik (proses pengosongan), dan sebaliknya dari tenaga

listrik menjadi enaga kimia, pengisian kembali dengan cara regenerasi dari

elektroda-elektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam

arah (polaritas) yang berlawanan di dalam sel. Pada mobil banyak terdapat

komponen-komponen kelistrikan yang digerakkan oleh tenaga listrik.

7

Diwaktu mesin mobil hidup komponen kelistrikan tersebut dapat

digerakkan oleh tenaga listrik yang berasal dari alternator dan baterai, tetapi

saat mesin mobil mati tenaga listrik yang digunakan hanya berasal dari baterai

saja. Contoh untuk pemakaian energi listrik saat mesin mobil mati adalah pada

lampu parkir, lampu ruangan, indikator pada ruangan kemudi, peralatan audio

(tape recorder), peralatan pengaman dan lain-lain. Jumlah tenaga listrik yang

disimpan dalam baterai dapat digunakan sebagai sumber tenaga listrik

tergantung pada kapasitas baterai dalam satuan amper jam (AH). Jika pada

kotak baterai tertulis 12 volt 50 AH, berarti baterai baterai tersebut

mempunyai tegangan 12 volt dimana jika baterai tersebut digunakan selama 1

jam dengan arus pemakaian 50 amper maka kapasitas baterai tersebut setelah

1 jam akan kosong. Kapasitas baterai tersebut juga dapat menjadi kosong

setelah 2 jam jika arus pemakaian 25 amper.

Disini terlihat bahwa lamanya pengosongan baterai sangat ditentukan

oleh besarnya pemakaian arus listrik dari baterai. Semakin besar arus yang

digunakan semakin cepat terjadi pengosongan baterai, dan sebaliknya.

Besarnya kapasitas baterai sangat ditentukan oleh luas permukaan plat atau

banyaknya plat baterai. Jadi dengan bertambahnya luas plat atau dengan

bertambahnya jumlah plat baterai maka kapasitas baterai juga akan bertambah.

Sedangkan tegangan baterai ditentukan oleh jumlah sel baterai, dimana satu

sel baterai dapat menghasilkan tegangan 2,1 volt. Tegangan listrik yang

terbentuk sama dengan jumlah tegangan listrik tiap-tiap sel. Jika baterai

mempunyai enam sel, maka tegangan baterai tersebut adalah 12,6 volt.

8

Biasanya setiap sel baterai ditandai dengan adanya satu lobang pada kotak

baterai bagian atas untuk mengisi elektrolit baterai.

Gambar 2.2. Proses pengosongan/Discharge (kiri), proses pengisian/Charge

(kanan)1

2. Alternator

Alternator berfungsi menghasilkan arus listrik ketika mesin

dihidupkan. Tegangan yang dihasilkan oleh alternator adalah tegangan bolak

balik (Alternative Current/AC) yang kemudian dikonversikan/ diubah menjadi

tegangan searah (Direct Current/DC).

Gambar 2.3. Alternator

1 Ibid. hal, 34

9

Terminal-terminal yang terdapat pada alternator (Gambar 2.3) adalah:

“S” Terminal indikator voltase baterai.

“IG” Terminal indikator strum kontak.

“L” Terminal lampu indikator.

“B” Terminal output alternator.

“F” Terminal tegangan langsung (bypass).

Gambar 2.4. Terminal Alternator

Jika bagian atas alternator dibuka (Gambar 9.28), maka akan terlihat

regulator yang mengontrol tegangan output alternator, carbon brush yang

menempel dengan bagian atas rotor (slip ring), rangkaian dioda (rectifier)

yang mengkonversi (mengubah) tegangan AC menjadi tegangan DC dan slip

ring (bagian dari rotor) dihubungkan dengan setiap field winding.

10

Dua slip ring ditempatkan di setiap bagian atas rotor. Slip ring

dihubungkan dengan field winding dimana carbon brush dapat bergerak, dan

ketika arus mengalir melalui field winding lewat slip ring, maka akan ada

arus magnet di sekitar rotor. Dua buah arang yang diposisikan sejajar yang

akan menempel dengan slip ring. Carbon brush disolder atau diikat dengan

baut Alternator dalam menghasilkan arus listrik prinsipnya sama dengan

sistem elektromagnet.

Alternator berfungsi untuk mengubah energi mekanik menjadi energi

listrik. Arus bolak balik yang dihasilkan alternator akan diubah menjadi arus

searah. Untuk mengubah arus tersebut pada rangkaian alternator dilengkapi

dengan 6 buah dioda, masing-masing dua buah dioda dihubungkan dengan

kumparan stator. Energi mekanik mesin dihubungkan dengan puli sehingga

dapat memutarkan rotor dan membangkitkan arus listrik bolak-balik di dalam

stator.

Arus bolak-balik inilah yang akan disearahkan oleh rangkaian rectifier

dioda. Arus ini digunakan untuk mengisi baterai. Sementara medan magnet

yang dihasilkan rotor diteruskan voltage regulator, dan tegangan keluaran

voltage regulator digunakan untuk menyuplai kunci kontak (terminal IG) dan

baterai (terminal S). Pada saat alternator melakukan proses pengisian, arus

pengisian ini akan dialirkan ke kawat konektor yang lebih besar yang terletak

antara terminal B dan baterai. Pada saat yang bersamaan, tegangan dari baterai

akan dimonitor oleh MIC regulator yang terhubung dengan terminal S.

Tegangan regulator yang dihasilkan bisa besar dan kecil tergantung dari koil

11

rotor. Koil rotor terhubung dengan terminal P. Sementara terminal U berfungsi

untuk menghidupkan lampu indikator sistem pengisian.

Gambar 2.5. Rangkaian Prinsip Kerja Alternator

Komponen utama dari alternator ada dua, yaitu stator yang berfungsi

menghasilkan kemagnetan listrik, dan rotor yang berfungsi menghasilkan arus

listrik. Selain dari rotor dan stator, alternator juga dilengkapi dengan dioda

(rectifier) untuk mengubah arus dari arus bolak balik menjadi arus searah.

Dioda penyearah dipasang sebanyak 6 buah pada alternator.

Dioda penyearah ini berbeda konstruksinya dengan dioda yang biasa

dipakai di rangkaian elektronik. Karena dalam satu konstruksi dioda ini hanya

memiliki satu terminal. Dioda terminal positif disebut dengan dioda penyearah

positif, dan dioda dengan terminal negatif disebut dengan dioda penyearah

negatif. Berdasarkan dari konstruksinya maka alternator dapat dibedakan

menjadi dua tipe yaitu, alternator konvensional dan alternator dengan

12

kecepatan tinggi. Alternator kecepatan tinggi (high speed) konstruksinya

menggunakan IC pada rangkaian regulatornya. 2

3. Regulator

Regulator biasa juga disebut dengan voltage regulator, berfungsi untuk

mengatur besar kecilnya jumlah arus yan diperlukan oleh rotor (Gambar 2.6).

Regulator tersusun dari titik–titik kontak, kumparan magnet dan resistor.

Gamabar 2.6. Terminal Regulator

Pada rangkaian regulator saat ini sudah dilengkapi dengan IC

regulator. Keuntungan menggunakan IC ini adalah ukurannya kecil, tidak

diperlukan penyetelan tegangan dan mempunyai sifat kompensasi temperatur

untuk mengontrol tegangan pengisian dan suplai arus ke lampu. Sebelum

menggunakan IC regulator, dulu digunakan regulator sistem satu titik kontak,

dua titik kontak dan regulator voltage relay.

Regulator tipe satu kontak mempunyai tahanan yang dihubungkan

langsung ke titik kontak pada waktu mesin berputar pada putaran rendah.

Tahanan ini dipasang seri dengan kumparan rotor. Bila tegangan alternator

2 Boentarto. Cara Pemeriksaan, Penyetelan, dan Perawatan Kelistrikan mobil. (Yogyakarta: Andi Offset, 1995

13

rendah, gaya magnet dari kumparan magnet juga lemah sehingga titik kontak

menutup dan arus yang mengalir ke kumparan rotor melewati titik titik kontak.

Bila tegangan alternator bertambah tinggi, gaya magnet bertambah

kuat, maka titik kontak akan membuka. Karena tegangan baterai yang

dibutuhkan maksimal 12 volt, sementara tegangan dari alternator cenderung

bertambah naik, maka akan mengakibatkan baterai over charge. Untuk

mencengah baterai over charge (kelebihan pengisian), maka alternator

dilengkapi dengan voltage regulator. voltage regulator akan mengatur output

rotor tetap stabil pada tegangan 13.8 volt s/d 14.8 volt. Untuk mengurangi dan

menambah arus ke baterai, maka pada voltage regulator kontak-kontaknya

akan menutup dan membuka. Apabila kecepatan alternator tinggi, maka akan

diperlukan resistansi yang tinggi pula. Akan tetapi pemakaian resistansi yang

tinggi akan menyebabkan loncatan bunga api pada saat kontak membuka dan

menutup.3

Untuk mengatasi kelemahan pada regulator satu titik kontak, maka

digunakan regulator dua titik kontak. Prinsipnya sama dengan regulator satu

titik kontak. Hanya saja pada putaran rendah putaran kontak yang bekerja

adalah kontak putaran rendah (P1) dan pada saat diperlukan tegangan tinggi

maka kontak yang menutup dan membuka adalah kontak putaran tinggi (P2).

Kelemahan dari regulator dua titik kontak ini adalah terjadinya penurunan

tegangan pada saat perubahan posisi alternator dari kecepatan tinggi ke

kecepatan rendah.

3 Daryanto. Dasar-Dasar Kelistrikan Otomotif. (Jakarta: PT. Prestasi Pustakaraya, 2011) . hal, 125

14

Sistem pengisian pada regulator voltage relay menggunakan dua

regulator, yakni regulator tegangan dan regulator voltage relay. Voltage relay

menjamin pengaturan tegangan menjadi baik. Kumparan magnet dari tegangan

regulator bekerja tergantung dari tegangan yang dibangkitkan oleh alternator.

Voltage regulator relay berfungsi mencegah terjadinya penurunan tegangan

dari output alternator.

C. Sistem Starter

Sistem starter adalah suatu sistem yang dapat merubah energi listrik

menjadi energi mekanik yang dapat mengerakkan motor starter. Motor starter

harus bisa menghasilkan momen yang cukup besar meskipun daya tersedia pada

baterai cuma 12 volt.

Motor Starter yang sekarang dipergunakan pada automobil menggunakan

magnetic switch yang mendorong gear yang berputar (disebut pinion gear) untuk

menghubungkan dan melepaskan perkaitan dengan ring gear yang berada di

sekeliling flywheel yang diikat dengan baut-baut pada poros engkol. Dewasa ini

ada dua tipe utama motor starter yang dipergunakan pada mobil-mobil dan truk-

truk kecil yaitu: konvensional dan reduksi.4

Automobil yang dirancang untuk daerah dingin menggunakan motor

starter tipe reduksi yang menghasilkan momen yang lebih besar yang dibutuhkan

untuk menghidupkan mesin pada temperature rendah. Karena kemampuannya

membangkitkan momen jauh lebih besar dari pada tipe konvensional pada ukuran

dan berat yang sama, maka banyak automobil yang mulai menggunakan tipe

reduksi meskipun dioperasikan di daerah panas.

4 Boentarto. Teknik Kelistrikan Mobil dan Motor. (Surakarta: CV. Aneka, 1996) hal 66

15

Karena mesin tidak dapat berputar dengan sendirinya, dibutuhkan tenaga

dari luar untuk mengengkol dan membantunya untuk hidup. Diantara berbagai

peralatan yanga ada, sekarang automobil menggunakan motor listrik yang

dikombinasikan dengan magnetic switch untuk mendorong pinion gear yang

berputar ke dalam atau keluar dari hubungan dengan ring gear yang ada pada roda

penerus (flywheel) mesin.

Motor starter harus dapat membangkitkan momen puntir yang besar dari

sumber tenaga baterai yang terbatas. Pada waktu yang bersamaan harus ringan dan

kompak. Oleh karena itu maka dipergunakanlah motor seri DC (direct current).

Mesin tidak akan dapat start sebelum melakukan siklus operasionalnya berulang-

ulang yaitu langkah hisap, kompresi, pembakaran dan buang. Langkah pertama

untuk menghidupkan mesin, kemudian memutarkannya dan menyebabkan siklus

pembakaran pendahuluan.

Motor starter minimal harus dapat memutarkan mesin pada kecepatan

minimum yang diperlukan untuk memperoleh pembakaran awal. Kecepatan putar

minimum yang diperlukan untuk menghidupkan mesin berbeda tergantung pada

konstruksi dan kondisi operasinya tetapi pada umumnya 40 sampai 60 rpm untuk

motor bensin dan 80 sampai 100 rpm untuk motor diesel. Alasannya mengapa

mesin tidak akan hidup sampai kecepatan putarannya mencapai tingkat tertentu

meliputi:

1. Bahan bakar tidak teratomisasi sepenuhnya pada putaran rendah. Pada motor

bensin, kecepatan udara masuk berpengaruh terhadap kerja karburator. Pada

motor diesel, kecepatan putaran pompa injeksi yang rendah tidak

memungkinkan terjadinya atomisasi bahan bakar secara sempurna.

16

2. Temperatur yang terlalu rendah. Pada motor bensin, temperatur silinder yang

rendah menghambat pengabutan bahan bakar. Pada motor diesel, hingga

temperatur udara yang dikompresikan di dalam silinder tercapai, bahan bakar

masih dapat saja gagal terbakar.

Karena karakteristik motor starter semakin rendah putarannya, ia akan

mengambil arus lebih besar dari baterai, dan baterai mungkin tidak mampu untuk

memberikan tenaga yang cukup ke sistem pengapian (pada motor bensin) selama

pemutaran awal, karena tegangan di terminal baterai banyak turun. Bila ini

terjadi, maka kemampuan pembakaran akan menurun, karena tegangan yang

masuk ke kumparan primer dari ignition coil tidak cukup, menyebabkan tegangan

sekunder yang dikirimkan ke busi tidak cukup.

Prinsip kerja dari motor starter adalah sebagai berikut: Saat kunci kontak

start maka arus akan mengalir dari baterai menuju selenoid, brush starter

kemudian ke komutator dan dilanjutkan ke brush negatif dan berakhir dimassa.

Motor starter berfungsi untuk mengerakkan fly wheel, fly wheel berfungsi untuk

menerima dan mempertahankan daya putar poros engkol sehingga piston dapat

bergerak turun naik melakukan proses pembakaran. Starter selenoid berfungsi

sebagai kontak penghubung antara kunci kontak dengan motor starter. Apabila

pada starter selenoid terjadi aliran arus maka motor starter akan berputar.

Sementara alternator berfungsi untuk mengisi baterai, output dari alternator diatur

tetap konstan dengan menggunakan voltage regulator.5

5 Ibid. hal 68

17

Gambar 2.2 prinsip Kerja Sistem Starter

D. Jenis-Jenis Motor Starter

1. Motor Starter Konvensional

Motor Starter tipe ini terdiri dari sebuah magnetic switch, motor

elektrik, drive lever, pinion gear, starter clutch dan lain-lain seperti terlihat di

bawah. Pinion gear ditempatkan satu poros dengan armature. Pada umumnya

motor starter digolongkan menurut nominal outputnya (dalarn KW) makin

besar outputnya semakin besar pula kemampuan startnya. Pada umumnya

kendaraan menggunakan baterai 12 V maka motor starter juga dirancang untuk

tegangan tersebut. Beberapa kendaraan bermotor diesel menggunakan dua buah

bateral 12V yang dihubungkan seri (12 V + 12 V = 24 V) dengan sebuah motor

starter 24 V untuk memperbesar kemampuan start. Konstruksi, cara kerja dan

prosedur troubleshooting untuk motor starter 24 V pada dasarnya sama dengan

tipe 12 V.

18

Gambar 2.3. Motor Starter konvensional6

2. Motor Starter Tipe Reduksi

Motor starter tipe ini terdiri dari sebuah magnetic switch, sebuah motor

berkecepatan tinggi yang sangat kompak, beberapa roda gigi reduksi, sebuah

pinion gear, sebuah starter clutch, dan lain-lain. Roda gigi ekstra

memperlambat putaran motor sampai sepertiga atas seperempat putaran dan

memindahkan putaran tersebut ke pinion gear.

Plunger dan magnetic switch akan langsung menekan pinion gear yang

letaknya satu sumbu, menyebabkan pinion gear berhubungan dengan ring gear.

Motor starter tipe ini menghasilkan momen yang lebih besar, dengan ukuran

dan berat yang sama, bila dibandingkan dengan tipe konvensional.

6 Daryanto. Pengetahuan Komponen Mobil. (Jakarta : PT. Bumi Aksara, 1999) hal, 60

19

Gambar 2.4. Motor Starter Tipe Reduksi7

E. Komponen-Komponen Motor Starter

Komponen- komponen motor starter terdiri dari : yoke, armature,

overrunning clutch, magnetic switch, drive end frame, rear end frame, dan drive

lever.

1. Yoke Assy

Yoke Assy terdiri dari: Yoke core, pole core, field coil dan brush (+).

Field coil dipasang pada setiap kutub (pole) dengan menggunakan lempeng

kabel tembaga dan diisolasi satu dengan yang lainnya serta terhadap core dan

dihubungkan secara seri dengan gulungan armature melalui brush. Pole core

berfungsi untuk menopang field coil dan berfungsi untuk memperkuat medan

7 Boentarto, Op-cit, hal, 69

20

magnet yang dihasilkan oleh field coil. Pada umumnya setiap motor starter

memiliki 4 buah pole core yang diikat pada yoke core (body starter) dengan

skrup.

Gambar 2.5. Yoke Assy8

2. Armature Assy

Armature Assy terdiri dari: Armature shaft, helical spline, armature

winding, armature core dan comutator. Secara umum armature berfungsi

untuk merubah energi listrik menjadi energi mekanik (gerak putar). Armature

core merupakan sebatang besi yang berbentuk silinder bercelah yang berfungsi

sebagai inti besi dari coil armature.

Armature shaft bertumpu pada 2 atau 3 bearing bush. Helical splines

dibuat pada poros untuk memungkinkan overruning clutch bergeser secara

halus saat bertaut dengan ring gear. Loops/ gulungan armature terletak pada

8 Ibid, hal 70

21

core dan diisolasi satu dengan yang lainnya dan ujungujungnya dihubungkan

ke segment-segment comutator.

Gambar 2.6. Armature Assy9

OC digunakan untuk meneruskan torsi putaran armature ke ring gear

mesin. OC memungkinkan pinion berputar lebih cepat dari armature setelah

mesin distart, mencegah kerusakan armature akibat gaya sentifugal pada

kecepatan tinggi. Overruning clutch terdiri dari :

a) Driving member yang dihubungkan dengan spline tube.

b) Driven member yang dihubungkan pada pinion.

c) Clutch spring.

d) Cylindrical roller.

9 Ibid, hal 71

22

Ada 5 atau lebih roller antara driven dan driving member, roller ini

terletak pada lubang atau celah. Permukaan luar dari celah ini sedikit miring

dan tirus (tapered). Setiap roller didorong kearah bagian tirus dari celahnya

oleh sebuah coil spring kecil. Bila outer barrel berputar ke arah jarum jam

maka roller akan menekan dan menyatukan antara outer barrel dan inner barrel

sehingga outer barrel dan inner barrel berputar dalam arah yang sama.

Keadaan demikian disebabkan karena roller ditekan oleh spring dan

putaran outer barrel. Apabila mesin telah hidup, maka pinion akan terputar

lebih cepat dari outer barrel. Akibatnya akan memindahkan roller dari posisi

semula hingga memungkinkan outer berputar bebas dari inner barrel. Dengan

demikian putaran pinion akibat putaran ring gear tidak diteruskan ke armature.

Gambar 2.7. Overruning Clutch Assy10

3. Magnetic Switch Assy

Magnetic switch terdiri dari : Solenoid, inti magnet, plunger (inti

gerak), return spring, kontak dan terminal. Solenoid terdiri dari 2 coil yaitu

10 Daryanto. Op-cit, hal 138

23

pull in coil (penarik) dan hold in coil (penahan), yang berfungsi untuk

menggerakkan pinion sehingga bertaut dengan engine ring gear dengan cara

menarik dan menahan plunger.

Gambar 2.8. Magnetic Switch Assy11

4. Drive End Frame

Satu bagian dari drive end frame menutup overruning clutch dan drive

lever, yang berfungsi memberikan perlindungan dan debu dan udara korosif.

Oilless bush dipress fit pada drive end frame, sehingga memberikan interval

service yang lama.

Gambar 2.9. Drive End Frame12

11 Ibid, hal 13912 Ibid, hal 140

24

5. Rear End Frame

Oilless bush juga dipress fit pada rear end frame. Grease ditambahkan

pada cover belakang untuk melumasi antara bush dan ujung poros dan juga

untuk melumasi brake spring.

Gambar 2.10. Rear End Frame13

6. Drive Lever

Drive lever (tempat dipasangnya drive spring) dihubungkan dengan

sambungan penggeser (Shift Linkage) untuk menghasilkan pertautan pinion

dengan ring gear yang halus dan efisien.

Gambar 2.11. Drive Lever14

13 Ibid, hal 14114 Ibid

25