Sistem kelistrikan sepeda motor seperti; sistem starter,
sistempengapian, sistem penerangan dan peralatan instrumen kelistrikan lainnya
membutuhkan sumber listrik supaya sistem-sistem tersebut bisa berfungsi. Energi
listrik yang dapat disuplai oleh baterai sebagai sumber listrik (bagi sepeda
motor yang dilengkapi baterai) jumlahnya terbatas.
Sumber listrik dalam baterai tersebut akan habis jika
terus menerus dipakai untuk menjalankan (mensuplai) sistem kelistrikan pada
sepeda tersebut. Untuk mengatasi hal-hal tadi, maka pada sepeda motor dilengkapi
dengan sistem pengisian (charging system).
Secara umum sistem pengisian berfungsi untuk menghasilkan
energi listrik supaya bisa mengisi kembali dan mempertahankan kondisi energi
listrik pada baterai tetap stabil. Disamping itu, sistem pengisian juga
berfungsi untuk menyuplai energi listrik secara langsung ke system sistem kelistrikan,
khususnya bagi sepeda motor yang menggunakan flywheel magneto (tidak
dilengkapi dengan baterai). Bagi sebagian sepeda motor yang dilengkapi baterai
juga masih ada sistem-sistem (seperti sistem lampu-lampu) yang langsung
disuplai dari system pengisian tanpa lewat baterai terlebih dahulu.
Komponen utama sistem pengisian adalah generator atau alternator,
rectifier (dioda), dan voltage regulator. Generator atau alternator
berfungsi untuk menghasilkan energi listrik, rectifer untuk menyearahkan arus
bolak-balik (AC) yang dihasilkan alternator menjadi arus searah (DC), dan
voltage regulator berfungsi untuk mengatur tegangan yang disuplai ke lampu dan
mengontrol arus pengisian ke baterai sesuai dengan kondisi baterai.
A. Prinsip
Kerja Generator
1. Induksi
Listrik
|
Gambar 1. Prinsip terjadinya Induksi listrik
Bila suatu kawat penghantar
dililitkan pada inti besi, lalu didekatnya digerak-gerakkan sebuah magnet, maka
akan timbul energy listrik pada kawat tersebut (jarum milivoltmeter bergerak). Timbulnya
energi listrik tersebut hanya terjadi saat ujung magnet mendekati dan menjauhi
inti besi. Induksi listrik terjadi bila magnet dalam keadaan bergerak. Saat
ujung magnet mendekati inti besi, garis gaya magnet yang mempengaruhi inti besi
akan menguat, dan sebaliknya. Perubahan kekuatan garis gaya magnet inilah yang
menimbulkan induksi listrik.
2.
Aplikasi
Induksi Listrik
|
|
Gambar 2 Posisi kawat penghantar pada 0o
Pada gambar di atas, batang
kawat dibentuk sedemikian rupa,ditopang oleh sebuah shaff (poros), dan pada
ujung-ujungnya dilengkapi dengan cincin yang disebut komutator. Melalui
komutator dan brush (sikat), dihubungkan seutas kabel. Kawat penghantar
diletakkan di antara dua kutub magnet yang tarik menarik (kutub U dan S).
Berdasarkan gambar di atas, kawat penghantar berada pada posisi terjauh dari magnet.
Oleh karena itu, kawat penghantar belum mendapat pengaruh dari garis gaya
magnet
|
|
Gambar 3. Posisi kawat penghantar pada 90°
Pada gambar 3. di atas,
kawat penghantar melalui daerah dengan medan magnet terkuat karena berada pada
posisi terdekat dengan magnet. Saat ini terbangkitkan energi listrik dengan
tegangan tertinggi, yang membuat bola lampu menyala paling terang.
|
|
Gambar 4 Posisi kawat penghantar pada 180°
Pada gambar di atas, saat
kawat penghantar telah mencapai posisi tegak kembali, kawat tidak mendapat
pengaruh medan magnet karena kembali berada pada posisi terjauh dari magnet.
Saat ini tidak terbangkit energi listrik di dalam kawat penghantar, dan lampu
padam
3. Persyaratan
yang harus Dipenuhi Sistem Pengisian
Seperti telah disebutkan
sebelumnya bahwa fungsi system pengisian secara umum adalah untuk menghasilkan
energi listrik supaya bisa mengisi kembali dan mempertahankan kondisi energi
listrik pada baterai tetap stabil. Disamping itu, sistem pengisian juga
berfungsi untuk menyuplai energi listrik secara langsung ke sistem-sistem
kelistrikan, khususnya bagi sepeda motor yang menggunakan flywheel magneto (tidak
dilengkapi dengan baterai).
Berdasarkan fungsi di atas,
maka sistem pengisian yang baik setidaknya memenuhi persyaratan berikut ini:
a.
Sistem pengisian harus bisa mengisi (menyuplai) listrik dengan baik pada
berbagai tingkat/kondisi putaran mesin.
b.
Sistem pengisian harus mampu mengatur tegangan listrik yang dihasilkan agar
jumkah tegangan yang diperlukan untuk system kelistrikan sepeda motor tidak
berlebih (overcharging).
4. Tipe Generator
Generator yang dipakai pada
sistem pengisian sepeda motor dibedakan menjadi dua, yaitu generator arus
searah (DC), dan generator arus bolak-balik (AC). Yang termasuk ke dalam
generator AC antara lain; generator dengan flywheel magnet dan alternator AC 3
Phase.
a.
Generator DC
Prinsip kerja dari generator
DC sama dengan pada motor starter yang telah di bahas pada bagian motor
starter. Dalam hal ini, jika diberikan arus listrik maka akan berfungsi sebagai
motor dan jika diputar oleh gaya luar maka akan berfungsi menjadi generator.
Oleh karena itu, generator
tipe ini sering juga disebut dynamo starter atau self starter dinamo.
Terdapat dua jenis kumparan
dalam stator, yaitu seri field coil (terhubung dengan terminal relay
starter) dan shunt field coil (terhubung dengan regulator sistem
pengisian). Ilustrasi rangkaiannya adalah seperti terlihat pada gambar 5 di
bawah ini :
Cara Kerja Sistem Pengisian Tipe Generator DC (Self
Starter Dinamo)
Pada saat starter switch
(saklar starter) dihubungkan, arus akan mengalir dari relay starter ke seri
field coil terus ke armature coil dan berakhir ke massa. Motor akan berputar
untuk memutarkan/menghidupkan mesin. Setelah mesin hidup, kontak pada relay
starter diputuskan (starter switch tidak lagi ditekan), sehingga tidak ada lagi
arus yang mengalir ke seri field coil
|
Gambar 5 Rangkaian sistem pengisian dengan tipe
generator DC (dinamo starter)
Sistem pengisian dengan
generator DC tidak secara luas digunakan pada sepeda motor karena tidak dapat
menghasilkan gaya putar/engkol yang tinggi serta agak kurang efisien sebagai
fungsi generatornya. Salah satu contoh yang menggunakan tipe ini adalah mesin
dua langkah (yamaha RD200).
b. Generator AC
1)
Generator dengan Flywheel Magnet (Flywheel Generator)
Generator dengan flywheel magnet
sering disebut sebagai alternator sederhana yang banyak digunakan pada scooter
dan sepeda motor kecil lainnya. Flywheel magnet terdiri dari stator dan flywheel
rotor yang mempunyai magnet permanen. Stator diikatkan ke salah satu sisi
crankcase (bak engkol). Dalam stator terdapat generating coils (kumparan
pembangkit listrik).
Gambar 6 Contoh konstruksi flywheel
generator
1. Komponen-komponen flywheel generator 2. Flywheel rotor
3. Komponen-komponen stator 4. Stator plate (piringan stator)
5. Seperangkat contact breaker (platina) 6. Condenser (kapasitor)
7. Lighting coil (spool lampu) 8. Ignition coil
(koil pengapian)
Catatan :
Pada gambar ini ignition coil termasuk bagian dari komponen stator. Pada mesin
lainnya kemungkinan digunakan external coil, karenanya ignition coil dalam
flywheel generator diganti dengan ignition source coil yang bentuknya hampir
sama dengan lighting coil.
Terdapat beberapa tipe
aplikasi/penerapan pada rangkaian sistem pengisian sepeda motor yang
menggunakan generator AC dengan flywheel magnet ini, diantaranya;
a)
Sepeda motor yang keseluruhan sistem kelistrikannya menggunakan arus AC
sehingga tidak memerlukan rectifier untuk mengubah output pengisian menjadi
arus DC.
|
|
Gambar. 7 Rangkaian
sistem pengisian dengan generator AC yang dilengkapirectifier dan voltage
Regulator
Berdasarkan
gambar 7 di atas, regulator akan bekerja mengatur arus dan tegangan pengisian
yang masuk ke baterai dan mengatur tegangan yang masuk ke lampu supaya mendekati
tegangan yang konstan supaya lampu tidak cenderung berkedip. Pengaturan
tegangan dan arus tersebut berdasarkan peran utama ZD (zener dioda) dan SCR (thyristor).
Jika tegangan dalam sistem telah mencapai tegangan tembus (breakdown voltage)
maka tegangan yang berlebih akan dialirkan ke massa. ZD yang dipasang umumnya mempunyai
tegangan tembus sebesar 14V. Untuk lebih memahami cara kerja ZD dan SCR
tersebut, perhatikan gambar 8 di bawah ini:
|
Gambar 8 Rangkaian sistem pengisian yang dilengkapi
voltage regulator dan rectifier
Cara Kerja Sistem Pengisian Generator AC
Arus AC yang dihasilkan
alternator disearahkan oleh rectifier dioda. Kemudian arus DC mengalir untuk
mengisi baterai. Arus juga mengalir menuju voltage regulator jika saklar untuk penerangan
(biasanya malam hari) dihubungkan. Pada kondisi siang hari, arus listrik yang
dihasilkan lebih sedikit karena tidak semua kumparan (coil) pada alternator
digunakan. Pada saat tegangan dalam baterai masih belum mencapai tegangan
maksimum yang ditentukan, ZD masih belum aktif (off) sehingga SCR juga belum
bekerja. Setelah tegangan yang dihasilkan sistem pengisian naik seiring dengan
naiknya putaran mesin, dan telah mencapai tegangan tembus ZD, maka ZD akan
bekerja dari arah kebalikan (katoda ke anoda) menuju gate pada SCR. Selanjutnya
SCR akan bekerja mengalirkan arus ke massa. Saat ini proses pengisian ke
baterai terhenti. Ketika tegangan baterai kembali menurun akibat konsumsi arus
listrik oleh sistem kelistrikan (misalnya untuk penerangan) dan telah berada di
bawah tegangan tembus ZD, maka ZD kembali bersifat sebagai dioda biasa. SCR
akan menjadi off kembali sehingga tidak ada aliran arus yang di buang ke massa.
Pengisian arus listrik ke baterai kembali seperti biasa. Begitu seterusnya
proses tadi akan terus berulang sehingga pengisian baterai akan sesuai dengan
yang dibutuhkan. Inilah yang dinamakan proses pengaturan tegangan pada sistem
pengisian yang dilakukan oleh voltage regulator.
Alternator satu phase
(single-phase alternator) merupakan alternator yang menghasilkan arus AC satu
gelombang, masing-masing setengah siklus (180°) untuk gelombang positif dan
negatifnya (gambar 9 bagian A). Jika disearahkan hanya dengan satu buah dioda,
maka hanya akan menghasilkan setengah gelombang penuh (gambar 9 bagian B).
Untuk itu pada rangkaian sistem pengisian yang menggunakan alternator,
dipasangkan rectifier (dioda) setidaknya 4 buah untuk menyearahkan arus yang
menuju baterai, sehingga bisa menghasilkan gelombang penuh pada sisi positifnya
walau hanya menggunakan alternator satu phase (gambar 9 bagian C).
|
|
Gambar 9 Gelombang arus yang keluar dari alternator
|
Gambar 10 Sebuah dioda (A) dan empat buah dioda (B)
|
Gambar 11 Contoh tipe
alternator 1 phase
2) Alternator AC 3 Phase
Perkembangan terakhir dari
alternator yang digunakan pada sepeda motor adalah dengan merubah alternator
dari satu phase menjadi 3 phase (3 gelombang). Alternator ini umumnya dipakai
pada sepeda motor ukuran menengah dan besar yang sebagian besar telah
menggunakan sistem starter listrik sebagai perlengkapan standarnya. Output
(keluaran) listrik dari alternator membentuk gelombang yang saling menyusul, sehingga
outputnya bisa lebih lembut dan stabil. Hal ini akan membuat output listriknya
lebih tinggi dibanding alternator satu phase.
|
Gambar 12 Alternator
3 phase tipe Magnet permanen