Komponen Utama Alternator¶

Alternator merupakan salah satu komponen sistem kelistrikan (sistem pengisian) pada kendaraan yang berfungsi untuk mengubah energi mekanis mesin menjadi energi listrik yang kemudian energi listrik tersebut digunakan untuk menyuplai dan mengisi kembali baterai setelah listrik pada baterai digunakan oleh komponen-komponen kelistrikan. Alternator berperan sebagai penyuplai listrik utama pada sistem kelistrikan kendaraan saat kecepatan menengah hingga kecepatan tinggi. Sedangkan baterai hanya menyuplai listrik ke komponen kelistrikan kendaraan saat mesin berputar idle dan kecepatan rendah dan atau ketika alternator tidak mampu memenuhi kebutuhan listrik. Keberadaan alternator sangatlah penting bagi ketersediaan listrik pada kendaraan. Tanpa alternator, baterai hanya mampu menghidupkan komponen kelistrikan dalam beberapa saat saja (sesuai kapasitas baterai). Alternator pada umumnya sering disebut dengan generator pembangkit listrik atau generator saja.

Jenis alternator yang dibahas adalah yang biasa digunakan pada kendaraan seperti mobil dan motor besar, hal ini karena ada sedikit perbedaan konstruksi alternator jika dibandingkan dengan kendaraan kecil seperti sepeda motor, namun secara prinsip kerja sama saja. Dibawah ini akan dibahas komponen alternator yaitu:

Rotor¶

Rotor merupakan salah satu komponen alternator yang berfungsi membangkitkan medan magnet didalam generator untuk menghasilkan arus listrik dari proses induksi elektromagnetik didalam gulungan stasioner stator. Penamaan rotor diambil dari keberadaannya yang berputar (rotasi) didalam alternator. Rotor dibuat dari banyak lilitan kawat tembaga berlapis pernis isolasi pada sebuah inti besi. Inti besi menyatu pada poros rotor (rotor shaft). Pada kedua ujung lilitan rotor terpasang plat logam tebal bengkok dengan ujung berbentuk segitiga yang menutupi/melindungi lilitan, plat logam tebal ini digunakan sebagai kutub medan magnet. Pelat tebal ujung kutub medan magnet rotor tidak saling bersentuhan antara satu ujung lilitan dengan ujung lilitan lainnya, melainkan renggang bersilang.

Jika tegangan mengalir pada lilitan inti rotor, maka pada ujung-ujung besi segitiga bersilangan akan terbentuk kutub elektromagnet. Kutub-kutub medan magnet, apakah menjadi utara atau selatan, yang terbentuk pada besi segitiga bersilang tergantung arah lilitan dan arah aliran arus yang masuk kedalam lilitan inti rotor. Pembentukan kutub medan magnet pada besi segitiga ujung lilitan akan saling bersilangan, ujung lilitan satu menjadi utara maka ujung lilitan satunya lagi menjadi selatan, dan terus bersilangan sebanyak jumlah segitiga yang melingkari lilitan inti rotor. Banyaknya kutub medan magnet yang terbentuk tergantung jumlah besi segitiga yang melingkar melindungi lilitan inti rotor. Medan magnet yang terbentuk pada celah-celah segitiga inilah yang kemudian akan menciptakan proses induksi elektromagnetik terhadap lilitan stasioner stator sehingga stator akan menghasilkan arus listrik pada ujung-ujung lilitannya.

Arus listrik yang menuju lilitan inti rotor mengalir melalui perantara sikat arang (brush carbon) yang menempel pada ujung lilitan inti rotor. Ujung lilitan inti rotor dibuat dari besi atau tembaga berbentuk lingkaran dengan permukaan licin dan rata yang kemudian disebut slip ring.

Stator¶

Komponen alternator berikutnya adalah stator (stator winding). Penamaan stator diambil dari keberadaannya sebagai lilitan yang diam (statis). Stator berfungsi sebagai pembangkit listrik dari hasil induksi elektromagnetik antara kutub-kutub medan magnet pada rotor dengan lilitan stator. Lilitan stator terdiri dari tiga buah lilitan tembaga terlaminasi, yang setiap ujung lilitan sebagai penghasil tegangan arus AC (Alternating Current) yang disearahkan menjadi arus DC (Direct Current) oleh semikonduktor diode rectifier.

Desain Stator¶

Ketika membongkar komponen alterator, sepintas tidak akan ditemukan perbedaan desain lilitan stator alternator, namun sebenarnya ada dua jenis desain lilitan stator yang paling banyak digunakan pada alternator, yaitu:

1. Delta¶

Desain stator delta dapat diidentifikasi dengan terdapatnya tiga buah inti lilitan dengan 3 ujung yang saling dihubungkan antara satu ujung lilitan dengan satu ujung lilitan yang lainnya sehingga membentuk rangkaian seri tertutup berbentuk segitiga sama sisi. Karena desainnya yang membentuk segitiga sama sisi maka disebutlah desain delta. Tiga ujung lilitan hasil penggabungan dari masing-masing lilitan tersebut yang mengeluarkan arus listrik. Namun pada saat terjadi induksi elektromagnetik pada lilitan stator hanya ada dua lilitan yang menghasilkan tegangan secara bergantian, lilitan yang digunakan merupakan perangkaian paralel.

2. Wye¶

Berbeda dengan delta, wye memiliki empat ujung lilitan. Terdiri dari tiga lilitan inti yang salah satu ujung dari masing-masing lilitan digabungkan menjadi satu, sedangkan satu ujung lainnya dari masing-masing lilitan tidak digabungkan, sehingga secara total memiliki empat ujung lilitan (satu ujung hasil penggabungan, 3 ujung dari masing-masing lilitan). Tiga ujung lilitan hasil penggabungan dari tiga lilitan stator sering disebut Netral Junction atau yang menghasilkan tegangan Netral. Jika desain lilitan delta menghasilkan tegangan dari setiap dua lilitan yang dihubungkan paralel, maka desain lilitan wye menghasilkan tegangan dari setiap dua lilitan yang dihubungkan seri dengan bagian tengah pertemuan lilitan sebagai penghasil Netral Junction. Desain wye ada juga yang menyebutnya sebagai desain bintang (star stator)

Stator dengan desain lilitan stator wye biasanya digunakan pada alternator yang mampu menghasilkan tegangan tinggi dan stabil pada putaran alternator rendah. Sedangkan desain lilitan stator delta mampu menghasilkan arus tinggi dan stabil pada putaran alternator rendah.

Membedakan Stator Delta dan Wye¶

Lilitan stator alternator dililit dengan dua desain seperti dijelaskan diatas. Untuk membedakannya pun mudah.

Perhatikan gambar lilitan stator delta dibawah ini.

Lilitan delta adalah lilitan 3 phase yang itu berarti terdiri dari 3 lilitan stator sebagai penghasil listrik. Dari setiap lilitan keluar 2 ujung lilitan, karena ada 3 lilitan berarti ada 6 ujung lilitan stator. Setiap 1 ujung lilitan digabung dengan 1 ujung lilitan lain secara melingkar, sehingga akan ditemukan 3 ujung lilitan hasil gabungan. 3 ujung lilitan hasil gabungan (setiap gabungan 2 ujung lilitan) tersebut dihubungkan ke diode.

Perhatikan gambar lilitan stator wye dibawah ini.

Lilitan wye sama dengan lilitan delta, yang merupakan lilitan 3 phase, hanya saja cara menggabungkan ujung lilitannya berbeda. Setiap lilitan, 1 ujungnya akan di lepas tanpa dihubungkan dengan lilitan lain dan 1 ujung lainnya dari setiap lilitan akan digabungkan menjadi satu, jadi ada 3 ujung lilitan dari setiap lilitan yang diambil untuk digabungkan. Jadi total ujung lilitan yang keluar dari stator ada 4 ujung. 3 ujung dari masing-masing lilitan tanpa gabungan, dan 1 ujung yang merupakan gabungan dari 3 ujung lilitan.

Jika desain delta hanya memiliki 3 ujung sedangkan desain wye memiliki 4 ujung. Mudah bukan?

Lilitan Tegangan Tiga Tahap (3 Phase)¶

Lilitan stator memiliki tiga set lilitan tembaga terlaminasi. Masing-masing lilitan dililit dan disusun dengan spasi merata pada sekitar inti besi stator. Tiga lilitan ini akan menghasilkan tegangan satu tahap (single phase) yang saling bergantian mengisi kekosongan pada derajat 120^o. Perhatikan gambar, setiap ujung diberi tanda A, B, dan C.

Perpaduan gelombang yang terbentuk ini akan keluar sebagai arus AC keluaran (output) lilitan stator. Tegangan total dari perpaduan tegangan satu tahap (single phase) ini yang kemudian disebut tegangan tiga tahap (3 phase). Tegangan tiga tahap merupakan cara terbaik untuk keluaran alternator mobil saat ini.

Diode Rectifier¶

Diode Rectifier terbuat dari bahan semikonduktor silicon. Ada dua fungsi utama diode yaitu:

Pengubah arus AC menjadi arus DC. Diode digunakan karena baterai yang digunakan sebagai penampung tegangan hanya bisa diisi kembali (charge) dengan arus yang sejenis yaitu arus DC, sedangkan lilitan stator justru menghasilkan arus AC. Sifat semikonduktor yang unik mampu merubah arus AC menjadi arus DC sehingga alternator mampu mengisi kembali tegangan baterai.
Sebagai penjaga tegangan baterai agar tidak masuk kedalam lilitan stator. Pada saat mesin mati, output alternator dengan baterai selalu terhubung tanpa melewati pemutus listrik (saklar). Disinilah peran diode sebagai penjaga gerbang. Jika stator menghasilkan listrik maka dialirkan menuju ke baterai, namun jika stator tidak menghasilkan listrik maka listrik yang berasal dari baterai akan tertahan sampai ke diode. Hal ini terjadi karena diode bekerja layaknya pintu satu arah.

Jumlah diode yang digunakan pada alternator ada 6 buah, hal ini karena arus yang dihasilkan alternator harus benar-benar DC (searah). Maka, setiap ujung lilitan penghasil arus akan dilayani oleh dua buah diode, satu diode berperan sebagai diode positif untuk meratakan sinyal sinus positif, dan satu diode berperan sebagai diode negatif untuk meratakan sinyal sinus negatif. Penggunaan dua buah dioda pada setiap ujung lilitan penghasil arus merupakan proses perataan gelombang penuh (Full-Wave Rectification). Jika hanya menggunakan satu buah diode disetiap ujung lilitan stator penghasil arus maka disebut proses perataan setengah gelombang (Half-Wave Rectification).

Gambar 11. Aliran Tegangan Stator Proses 1

Pada gambar diatas, garis warna merah merupakan aliran arus yang berasal dari alternator menuju ke terminal B+ baterai dengan melewati satu diode positif, sedangkan garis warna hijau mengalir arus dari negatif (ground) baterai menuju kelilitan dengan melewati satu diode negatif.

Gambar 12. Aliran Tegangan Stator Proses 2

Pada gambar diatas, aliran arus yang dihasilkan lilitan stator berubah arah pada satu lilitan (garis warna hijau) yang pada gambar sebelumnya menghasilkan tegangan polaritas positif (garis warna merah), dan terbentuk arus baru pada lilitan lainnya (garis warna merah). Namun sebenarnya sama saja dengan kejadian pada gambar sebelumnya, kejadian pada gambar diatas menggunakan jenis diode yang berbeda walaupun kejadian ada pada lilitan yang sama. Seperti telah dibahas diatas bahwa hanya ada dua lilitan yang menghasilkan tegangan disetiap kejadian induksi elektromagnetik.

Video Alternator¶

Video 1. Fungsi Alternator

Video 2. Animasi Alternator

Video 3. Induksi Elektromagnetik

Daftar Pustaka¶

Pembaharuan Terakhir: 6 November 2020 08:37:06