Cara kerja alternator AC

 Berdasarkan gambar 1, kita akan jelaskan cara kerjanya. Pertama, pada saat kunci kontak di putar ke posisi ON, arus sebesar 2~3A akan mengalir melalui terminal F (+) brush slip ring rotor coil slip ring (-) brush terminal E (ground). Karena arus ini, rotor coil dimagnetkan untuk membuat garis-garis magnet.

Kerja alternator AC pada awalnya dibangkitkan secara terpisah dan setelah mesin hidup , rotor diputar oleh driving belt, dan kemudian terjadi pemotongan garis gaya magnet terhadap stator coil.Sehingga arus alternatif 3-phase dihasilkan pada stator coil. Tegangan AC ini disearahkan menjadi arus DC melalui 6 silicon diode dan dikeluarkan melalui terminal B. Tegangan juga dikeluarkan melalui terminal N alternator.

Gambar 1. Konstruksi alternator

Ketika kecepatan putarannya mencapai 1,000rpm, tegangan dari arus AC ini lebih tinggi dari tegangan yang ada pada terminal baterai. Karena itulah, arus output disuplai dari terminal B ke setiap peralatan elektronik dan ke baterai sebagai arus pengisian. Output terminal tegangan N adalah setengahnya dari output terminal B. Tegangan ini digunakan untuk menjalankan voltage regulator.

Besarnya tegangan yang dibangkitkan oleh alternator dipengaruhi oleh :

a).     Putaran mesin.

Tegangan yang dibangkitkan dipengaruhi oleh kecepatan putar dari rotor coilnya, bila putaran tinggi maka tegangan yang dibangkitkan semakin besar dan tegangan akan turun bila putaran rotor coilnya menurun. Maka untuk mendapatkan tegangan yang stabil yang akan disuplai ke peralatan kelistrikan pada mobil maka diperlukan suatu peralatan yang digunakan untuk menstabilkan tegangan yaitu regulator.

                                                b).     Besarnya arus listrik yang mengalir ke rotor coil.

Semakin besar arus listrik yang mengalir ke dalam rotor coil maka tegangan yang dibangkitkan oleh alternator semakin besar. Maka arus listrik yang mengalir ke dalam rotor coil harus diregulasi oleh regulator untuk mendapatkan tegangan yang stabil.

                                                c).     Jumlah lilitan rotor coil.

Semakin banyak lilitan rotor coil maka semakin besar medan magnet yang dibangkitkan pada rotor coil. Jumlah lilitan ini telah dirancang oleh pabrik pembuat alternator sehingga banyaknya lilitan kawat telah ditetapkan.

Dari ke tiga factor tersebut yang bisa dimanipulasi untuk mendapatkan output tegangan yang stabil dari alternator adalah dengan memanipulasi besarnya arus listrik yang mengalir ke rotor coil.

 

3).     Alternator regulator

Output pada alternator ditentukan oleh banyaknya lilitan kawat stator coil, kekuatan medan dan banyaknya garis-garis magnet per waktu (kecepatan putaran). Karena itulah, begitu putaran mesin meningkat, tegangan dan arus yang dibuat oleh alternator juga akan naik. Karena itulah, tegangan dan arus yang dibangkitkan harus diatur untuk melindungi semua peralatan elektronik dan alternator itu sendiri. Dan yang melakukan pengaturan ini adalah alternator regulator. Alternator regulator dapat mengatur arus yang dibangkitkan melalui pengaturan besar arus yang mengalir di rotor coil dengan menggunakan regulator mekanik dan IC regulator.

                             a).     Voltage regulator

Voltage regulator fungsinya adalah untuk memastikan agar tegangan yang dihasilkan selalu tetap konstan. Tegangan yang dibangkitkan oleh alternator berkisar 13,8 – 14 Volt. Tegangan yang dibangkitkan oleh alternator tidak boleh terlalu rendah ( voltage drop ) atau terlalu tinggi ( over charging ). Tegangan terlalu rendah akan mengakibatkan baterai akan mudah tekor karena baterai tidak discharging oleh sistem pengisian. Bila tegangan terlalu tinggi akan mengakibatkan baterai cepat aus hal ini ditandai dengan baterai panas dan elektrolit cepat panas yang mengakibatkan mempercepat proses penguapan elektrolit. Untuk menghindari hal tersebut tegangan yang dibangkitkan oleh sistem pengisian harus konstan setiap variasi kecepatan mesin.

Jenis voltage regulator ada beberapa macam yaitu vibration contacting, carbon pile, transistor dan IC. Sekarang ini yang dipakai adalah hanya jenis IC. Dan akan dijelaskan pada bab AC alternator regulator dengan jenis transistor.

                                        (1).  Konstruksi dan cara kerja regulator AC tipe mekanikal.

Pada prinsipnya regulator ini dalam meregulasi tegangan yang dibangkitkan adalah dengan mengatur arus listrik yang masuk kedalam rotor coil.

Gambar 2. Konstruksi regulator mekanik dan wiring diagram. 

Komponen utama dari voltage regulator terdiri dari :

(a).  Resistor.

Berfungsi untuk membatasi arus listrik yang masuk ke rotor coil. Pembatasan arus listrik terjadi ketika mesin putaran menengah dan putaran tinggi. Nilai tahanan resistor yang diaplikasikan pada regulator jenis ini berkisar 5 – 11 ohm tergantung dari pabrik pembuatnya.

(b).  Voltage relay.

Voltage relay ini mempunyai 2 fungsi yaitu untuk mengatur hidup padamnya lampu control CHG dan membuat hubungan arus output alternator ke kumparan voltage regulator untuk mengatur besarnya kemagnetan yang terjadi pada kumparan voltage regulator. Pada saat mesin mati kunci kontak ON lampu control CHG hidup , bila mesin berputar maka lampu control CHG padam.

(c).   Voltage regulator

Voltage regulator berfungsi untuk mengatur tegangan sistem pengisian dengan cara mengatur arus listrik yang mengalir ke dalam rotor coil.

Cara kerja regulator tipe mekanikal :

Arus input mengalir ke regulator melalui terminal IG dan terminal L arus ini berasal dari sumber tegangan baterai.

Arus output mengalir ke regulator melalui terminal N dan terminal B arus ini berasal dari alternator ketika mesin sudah berputar. Arus dari terminal N dikirim ke kumparan voltage relay untuk memutus massa lampu CHG sehingga lampu CHG padam dan menghubungkan terminal B alternator dengan kumparan voltage regulator   untuk mengalirkan arus listrik ke kumparan voltage regulator untuk mengatur koneksi kontak poin voltage regulator. Besarnya arus listrik yang masuk ke rotor coil diatur oleh voltage regulator dengan mengatur koneksi kontak poin voltage regulator. Bila mesin berputar stasioner arus listrik yang masuk ke rotor coil tidak dibatasi. Bila putaran menengah arus yang dikirim oleh terminal B alternator semakin besar sehingga kemagnetan yang terjadi pada kumparan voltage regulator mampu melawan kekuatan pegas sehingga kontak poin voltage regulator (PLo ) mengambang ditengah tidak membuat koneksi dengan kontak poin PL1 dan kontak poin PL2 sehingga arus yang mengalir rotor coil dibatasi oleh resistor. Semakin tinggi putaran mesin maka semakin kuat kemagnetan yang terjadi pada kumparan voltage regulator sehingga kontak poin PLo akan membuat koneksi dengan PL2 sehingga arus yang masuk ke rotor coil tidak ada karena arus langsung digrounded melalui koneksi PLo dan PL2. Akibatnya tidak terjadi pengisian ( terminal N dan B tidak mengirim arus listrik ) sehingga kontak poin voltage relay memutus koneksi terminal B regulator dan kumparan    voltage    regulator                 sehingga   kemagnetan         pada kumparan voltage regulator hilang menyebabkan kontak poin PLo lepas koneksinya dengan PL2 , sehingga terjadi pengisian kembali.

Cara kerja sistem pengisian dengan menggunakan regulator tipe mekanikal :

 

Pada saat kunci kontak ON mesin mati ( belum berputar ).

Gambar 3. Cara kerja sistem pengisian saat mesin mati. Arus listrik akan mengalir ke lampu CHG dan ke rotor coil. Aliran arus listrik ke lampu CHG

Baterai à fusible link à kunci kontak terminal B à kunci kontak terminal IG à sekering à lampu CHG à terminal L regulator à kontak poin voltage relay Po à kontak poin voltage relay P1 à terminal E regulator à massa / body.

Akibatnya : Lampu CHG menyala. Aliran arus listrik ke rotor coil.

Baterai à fusible link à kunci kontak terminal B à kunci kontak terminal IG à sekering à terminal IG regulator à kontak poin voltage regulator PL1 à kontak poin voltage regulator PLo à terminal F regulator à terminal F alternator à brostel + à slip ring à rotor coil à

Slip ring à brostel - à terminal E à massa / body. Akibatnya : pada rotor coil terjadi kemagnetan.

 

Pada saat kunci kontak ON putaran mesin stasioner.

Gambar 4. Cara kerja sistem pengisian dengan regulator mekanik pada saat mesin berputar stasioner.

Baterai à fusible link à kunci kontak terminal B à kunci kontak terminal IG à sekering à terminal IG regulator à kontak poin voltage regulator PL1 à kontak poin voltage regulator PLo à terminal F regulator à terminal F alternator à brostel + à slip ring à rotor coil à

Slip ring à brostel - à terminal E à massa / body. Akibatnya : pada rotor coil terjadi kemagnetan.

Mesin    hidup    maka    alternator             berputar           sehingga             terjadi pemotongan garis gaya magnet rotor coil terhadap stator coil sehingga alternator membangkitkan arus listrik AC yang selanjutnya arus AC disearahkan oleh diode menjadi arus DC. Alternator membangkitkan arus listrik keluar lewat terminal B dan terminal N.

Arus keluar terminal N :

Terminal N alternator à terminal N regulator à kumparan voltage relay à terminal E regulator à massa / body.

Akibatnya : terjadi kemagnetan pada kumparan voltage relay sehingga mempengaruhi kedudukan kontak poin voltage relay Po lepas hubungannya dengan kontak poin voltage relay P1 dan berhubungan dengan kontak poin voltage relay P2. Lepasnya hubungan P1 dan Po dan terjadi hubungan kontak poin voltage relay Po dan P2 maka massa lampu terputus sehingga lampu CHG padam.  Terjadinya hubungan  kontak poin voltage relay

 

Po dan kontak poin voltage relay P2 sebagai koneksi saluran arus listrik yang akan dikirim dari terminal B alternator ke kumparan voltage regulator untuk mengontrol tegangan pengisian.

Arus keluar dari terminal B untuk pengisian :

Terminal B alternator à fusible link à baterai. Akibatnya : terjadi pengisian pada baterai.

Arus keluar terminal B yang dikirim ke kumparan voltage regulator :

Terminal B alternator à terminal B regulator à kontak poin voltage relay P2 à kontak poin voltage relay Po à kumparan voltage regulator à terminal E regulator à massa / body.

Akibatnya : terjadi kemagnetan , karena mesin berputar stasioner maka arus yang mengalir masih kecil sehingga kemagnetan yang terjadi pada kumparan voltage regulator belum kuat menarik kontak poin voltage regulator PLo sehingga pada saat mesin berputar stasioner arus yang masuk ke rotor coil belum dibatasi oleh resistor.

Pada saat mesin putaran menengah :

Pada saat mesin putaran menengah , arus yang dibangkitkan oleh alternator semakin besar. Sehingga arus yang dikirim ke kumparan voltage regulator semakin besar sehingga kemagnetan yang terjadi pada kumparan voltage regulator mampu mempengaruhi kedudukan kontak poin voltage regulator. Pada saat ini kontak poin voltage regulator PLo lepas hubungannya PL1 sehingga PLo mengambang ditengah akibatnya arus yang mengalir ke rotor coil dibatasi oleh resistor. Karena ada pembatasan / pengendalian besarnya arus listrik

 

Gambar 5. Cara kerja sistem pengisian putaran mesin menengah.

 

 

yang mengalir ke rotor coil maka tegangan yang dibangkitkan oleh alternator dapat dikendalikan. Tegangan yang dikeluarkan oleh sistem pengisian stabil 13,8 – 14 volt.

Gambar 6. Cara kerja sistem pengisian saat putaran mesin tinggi.

Pada saat putaran tinggi arus listrik yang dibangkitkan alternator semakin besar sehingga kemagnetan pada kumparan voltage regulator semakin besar sehingga kontak poin voltage regulator PLo berhubungan dengan kontak poin voltage regulator PL2 sehingga mengakibatkan arus ke rotor coil tidak ada ada karena arus dari IG regulator lewat resistor langsung diground ke massa sehingga pada rotor coil tidak terjadi kemagnetan sehingga mengakibatkan alternator tidak membangkitkan arus listrik.

Sehingga tidak ada arus listrik yang dikirim ke kumparan voltage relay dan voltage regulator, maka masing – masing kontak poin kembali ke posisi semula karena adanya gaya pegas. Arus dari baterai mengalir kebali ke rotor coil sehingga terjadi kemagnetan pada rotor coil sehingga alternator membangkitkan arus listrik pengisian kembali bekerja.

                                  b).     Voltage regulator jenis transistor

Menggunakan transistor sebagai switch / saklar menggantikan kontak poin yang dipakai oleh regulator tipe mekanikal , voltage regulator jenis transistor merubah rata-rata arus untuk mengatur tegangan yang akan dihasilkan.

Gambar 7. Perbedaan regulator mekanik dan IC regulator Pada tipe ini, ada semi-transistor yang merupakan gabungan transistor dan relay dan full transistor dimana komponen mekanisnya dihilangkan. Selanjutnya, IC regulator termasuk di dalamnya jenis full transistor yang dipasang di dalam bodi alternator menggunakan IC circuit.

                            (1).  IC voltage regulator

(a).  Tujuan pemakaian IC voltage regulator

Charging circuit pada IC voltage regulator terdiri dari sirkuit semikonduktor yang gunanya untuk mensuplai dan memutus arus pada rotor coil yang kemudian dapat mengatur tegangan yang dihasilkan pada alternator AC. Pada dasarnya prinsip kerjanya adalah sama seperti pada jenis

 

transistor. Namun, ukurannya dapat dibuat lebih kecil sehingga dipasang di dalam bodi alternator. Dan charging circuit pada jenis regulator ini dapat dibuat secara sederhana. Adapaun keunggulannya adalah sebagai berikut;  

* Wiring-nya sederhana.

* Tegangannya     tidak                         turun    naik      karena adanya guncangan dan ketahanannya cukup baik.

* Tingkat keakuratan pengaturan tegangan tinggi cukup baik.

 * Tahan terhadap panas dan output-nya cukup tinggi.

* Ukurannya kecil sehingga mudah dipasang di dalam alternator.

* Kemampuancharging dapat ditingkatkan, dan tenaga listriknya dapat disalurkan ke masing-masing beban listrik secara benar.

                            (2).  Prinsip kerja IC voltage regulator

                                                    Gambar 8. Cara kerja IC regulator saat mesin mati.

(a).  Ketika kunci kontak ON dan mesin dalam keadaan mati Arus listrik dari baterai mengalir ke MIC ( Monolithic Integreted Circuit ) dan ke rotor coil.

Arus yang mengalir ke MIC :

 

Baterai à fusible link à kunci kontak terminal B à kunci kontak terminal IG à terminal IG alternator. Pada saat ini MIC mendeteksi tegangan pada terminal IG yang selanjutnya mengirim arus ke terminal Basis pada TR1 dan TR3 sehingga TR1 dan TR3 menjadi ON. TR1 ON mengakibatkan arus listrik dari baterai bisa mengalir ke rotor coil dan TR3 ON mengakibatkan arus listrik bisa mengalir ke lampu CHG.

Aliran arus listrik ke rotor coil :

Baterai à kunci kontak terminal B à kunci kontak terminal B

à terminal B alternator à brostel + à slip ring à rotor coil

à slip ring à brostel – à terminal F regulator à terminal Colektor TR1 à terminal emitter TR1 à terminal E alternator

à massa / body.

Akibatnya : pada rotor coil dialiri arus listrik sehingga pada rotor coil terjadi medan magnet.

Aliran arus listrik ke lampu CHG :

Baterai à fusible link à kunci kontak terminal B à kunci kontak terminal IG à lampu CHG à terminal L alternator à terminal L MIC à terminal colektor TR3 à terminal emiter TR3 à terminal E MIC à terminal E alternator à massa / body.

Akibatnya : lampu CHG dialiri arus listrik sehingga lampu CHG menyala.

                                       (b).  Ketika alternator AC mulai bekerja setelah mesin dihidupkan

Tegangan yang dibangkitkan normal 13,8 – 14,8 volt.

 

Gambar 9. Cara kerja IC regulator saat tegangan pengisian normal

Pada saat ini alternator membangkitkan arus listrik keluar terminal B alternator dan terminal P MIC.

Arus yang keluar dari terminal B alternator :

Terminal B alternator à fusible link à baterai + à baterai -

à massa / body.

Akibatnya : terjadi proses pengisian pada baterai. Arus yang dikeluarkan oleh terminal B alternator tidak mengalir ke terminal B MIC karena pada MIC dipasang diode D1.

Arus alternator yang menuju ke terminal P MIC :

Alternator à terminal P MIC à MIC mendeteksi tegangan pada terminal P sehingga TR1 ON , TR2 ON dan TR3 OFF. TR1 ON maka arus bisa mengalir ke rotor coil.

TR2 ON maka pada terminal IG dan terminal L tidak ada perbedaan tegangan sehingga tidak ada arus yang mengalir ke lampu CHG sehingga lampu CHG padam.

Karena TR3 OFF maka massa lampu CHG terputus sehingga lampu CHG pada. Padamnya lampu CHG diakibatkan oleh TR2 ON dan TR3 OFF.

(c).  Ketika tegangan yang dibangkitkan pada alternator AC melebihi batas aturan karena putaran mesin yang tinggi. Tegangan pada terminal P MIC diatas 14,5 dan MIC mendeteksi tegangan pada terminal S sehingga TR1 OFF. Tegangan pada terminal S diatas 14,5 mampu menembus tegangan kerja diode zener sehingga MIC mendeteksi

tegangan pada terminal S sehingga TR1 ON sehingga arus mengalir ke rotor coil kembali,

Gambar 10. Cara kerja IC regulator bila tegangan diatas tegangan normal

sehingga terjadi proses pengisian. MIC akan mematikan TR1 bila tegangan yang dibangkitkan oleh alternator diatas 14,5 volt.

Terminal S putus ( disconnected )

Gambar 11. Cara kerja IC regulator bila terminal S putus Bila terminal S putus maka MIC akan mendeteksi tidak ada tegangan pada pada terminal S maka akan mengakibatkan TR2 OFF dan TR3 ON. Karena TR2 OFF dan TR3 ON maka lampu CHG menyala.

Pada terminal P tegangannya diatas 16 volt maka MIC akan mendeteksi tegangan pada terminal P sehingga TR1 OFF sehingga tegangan pada terminal P turun di bawah 16 volt , penurunan tegangan ini dideteksi oleh MIC  sehingga TR1 

ON arus mengalir ke rotor coil sehingga terjadi proses pengisian. Lampu CHG menyala pada saat mesin hidup hal ini menunjukkan sistem pengisian bekerja tidak normal.

Terminal B putus ( disconnected )

Tegangan pada terminal S diatas 13 volt akan dideteksi oleh MIC . Tegangan pada terminal P diatas 20 volt mengakibatkan tegangan pada terminal S dibawah 13 volt selanjutnya dideteksi oleh MIC sehingga TR2 ON OFF dan TR3 ON sehingga lampu CHG menyala