BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar BelakangPemadaman listrik umumnya dilakukan secara bergantian dan dalam kurun waktu yang relatif singkat sehingga terjadi gangguan atau terputusnya aliran daya pada rumah-rumah. Untuk menghindari gangguan aliran daya listrik oleh PLN tersebut, maka sangat diperlukan adanya suatu peralatan yang mampu bekerja mensuplai daya listrik sebagai pengganti dari PLN untuk sementara.
Peralatan listrik yang umum digunakan masyarakat adalah genset dengan menggunakan bahan bakar minyak yang dinilai tidak ramah lingkungan serta menimbulkan kebisingan.
Pada era ini sumber energi listrik dapat dikelompokkan menjadi dua macam yaitu dapat diperbaruhi dan tidak dapat diperbaruhi. Pembangkit listrik yang dapat diperbaruhi seperti pembangkit listrik yang digerakkan oleh tenaga surya, energi gelombang laut dan energi angin, yang saat ini masih dikembangkan secara terbatas di Indonesia. Sedangkan pembangkit listrik yang tidak dapat diperbaruhi seperti Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA), Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG), dan lain sebagainya. Dikhawatirkan energi ini semakin lama semakin berkurang.
Telah dilakukan banyak sekali kemungkinan lain pemanfaatan sumber daya alam dan segala sesuatu yang dimungkinkan dapat digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik. Pada kesempatan ini kami akan mencoba berkreasi dengan menggunakan rangkaian sistem pengisian accu menggunakan generator AC yang dilengkapi voltage regulator dan rectifier yang digerakkan sebagai sumber energi mekanik dan diolahnya sebagai sumber pengisian untuk baterai.
I.2 Tujuan
Tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk :
- Mengetahui cara kerja generator secara umum
- Mengetahui sistem pengisian accu menggunakan generator AC yang dilengkapi voltage regulator dan rectifier
- Mengetahui prinsip kerja sistem pengisian accu menggunakan generator AC yang dilengkapi voltage regulator dan rectifier
- Mengetahui rangkaian sistem pengisian accu menggunakan generator AC yang dilengkapi voltage regulator dan rectifier
- Menyampaikan fakta/data mengenai sistem pengisian accu menggunakan generator AC yang dilengkapi voltage regulator dan rectifier dalam kehidupan sehari-hari
Permasalahan dalam makalah yang penulis tulis hanya dibatasi mengenai generator. Untuk itu, hal yang dibahas dalam makalah ini adalah :
- Cara kerja generator secara umum
- Sistem pengisian accu menggunakan generator AC yang dilengkapi voltage regulator dan rectifier
- Prinsip kerja sistem pengisian accu menggunakan generator AC yang dilengkapi voltage regulator dan rectifier
- Rangkaian sistem pengisian accu menggunakan generator AC yang dilengkapi voltage regulator dan rectifier
- Fakta/data mengenai sistem pengisian accu menggunakan generator AC yang dilengkapi voltage regulator dan rectifier dalam kehidupan sehari-hari
BAB II
SISTEM PENGISIAN ACCU MENGGUNAKAN GENERATOR AC YANG DILENGKAPI VOLTAGE REGULATOR DAN RECTIFIER
II.1 Blok Diagram
II.2 GeneratorGenerator adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanik, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya. Hal ini bisa dianalogikan dengan sebuah pompa air, yang menciptakan aliran air tapi tidak menciptakan air di dalamnya. Sumber enegi mekanik bisa berupa resiprokat maupun turbin mesin uap air yang jatuh melalui sebuah turbin maupun kincir air, mesin pembakaran dalam turbin angin, energi surya atau matahari, udara yang dimampatkan, atau apa pun sumber energi mekanik yang lain.
Pada 1831-1832 Michael Faraday menemukan bahwa perbedaan potensial dihasilkan antara ujung-ujung konduktor listrik yang bergerak tegak lurus terhadap medan magnet. Dia membuat generator elektromagnetik pertama berdasarkan efek ini menggunakan cakram tembaga yang berputar antara kutub magnet tapal kuda. Proses ini menghasilkan arus searah yang kecil.
Desain alat yang dijuluki “Cakram Faraday” itu tidak efisien dikarenakan oleh aliran arus listrik yang arahnya berlawanan di bagian cakram yang tidak terkena pengaruh medan magnet. Arus yang diinduksi langsung di bawah magnet akan mengalir kembali ke bagian cakram di luar pengaruh medan magnet. Arus balik itu membatasi tenaga yang dialirkan ke kawat penghantar dan menginduksi panas yang dihasilkan cakram tembaga. Generator homopolar yang dikembangkan selanjutnya menyelesaikan permasalahan ini dengan menggunakan sejumlah magnet yang disusun mengelilingi tepi cakram untuk mempertahankan efek medan magnet yang stabil. Kelemahan yang lain adalah amat kecilnya tegangan listrik yang dihasilkan alat ini, dikarenakan jalur arus tunggal yang melalui fluks magnetik.
Generator dibagi menjadi 2, yaitu:
- Generator Arus Bolak-Balik (AC)
- Generator Arus Searah (DC)
Berdasarkan sistem pembangkitannya generator AC dapat dibagi menjadi dua, yaitu :
- Generator 1 fasa
- Generator 3 fasa
Bagian-bagian generator adalah sebagai berikut :
- Rotor, adalah bagian yang berputar yang mempunyai bagian terdiri dari poros, inti, kumparan, cincin geser, dan sikat-sikat.
- Stator, adalah bagian yang tak berputar (diam) yang mempunyai bagian terdiri dari rangka stator yang merupakan salah satu bagian utama dari generator yang terbuat dari besi tuang dan ini merupakan rumah dari semua bagian-bagian generator, kutub utama beserta belitannya, kutub-kutub pembantu beserta belitannya, bantalan-bantalan poros.
II.3 Sistem Pengisian Accu Menggunakan Generator AC yang Dilengkapi Voltage Regulator dan Rectifier
II.3.1 Voltage Regulator
Sistem pengoperasian Unit AVR (Automatic Voltage Regulator) berfungsi untuk menjaga agar tegangan generator tetap konstan dengan kata lain generator akan tetap mengeluarkan tegangan yang selalu stabil tidak terpengaruh pada perubahan beban yang selalu berubah-ubah, dikarenakan beban sangat mempengaruhi tegangan output generator.
Bagian-bagian pada unit AVR (Automatic Voltage Regulator) adalah sebagai berikut :
- Sensing Circuit
- Comparative Amplifier
- Amplifier Circuit
Gambar 3. Rangkaian Amplifier
- Automatic Manual Change Over and Mixer Circuit
- Limited Circuit
- Phase Syncronizing Circuit
- Thyristor Firing Circuit
- Dumping Circuit
- Unit Tyristor
- MEL (Minimum Excitacy Limiter)
Gambar 4. Diagram Minimum Excitasi Limiter
- Automatic Follower
Automatic Follower digunakan untuk mendeteksi keluaran regulator dari sinyal tegangan error dan pengoperasian otomatis manual adjuster dengan membuat nilai nol. Rangkaian ini untuk menaikkan sinyal dan menurunkan sinyal yang dikendalikan oleh 70E. Dengan cara memutar 70E untuk mengendalikan sinyal pada rangkaian ini.
II.3.2 Penyearah (Rectifier)
Rectifier adalah alat yang digunakan untuk mengubah sumber arus bolak-balik (AC) menjadi sinyal sumber arus searah (DC). Gelombang AC yang berbentuk gelombang sinus hanya dapat dilihat dengan alat ukur CRO. Rangkaian rectifier banyak menggunakan transformator step down yang digunakan untuk menurunkan tegangan sesuai dengan perbandingan transformasi transformator yang digunakan.
Penyearah dibedakan menjadi 2 jenis, penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh, sedangkan untuk penyearah gelombang penuh dibedakan menjadi penyearah gelombang penuh dengan center tap (CT), dan penyearah gelombang penuh dengan menggunakan dioda bridge.
- Penyearah Setengah Gelombang
Penyearah setengah gelombang
merupakan rangkaian penyearah yang paling sederhana, yaitu yang terdiri
dari satu dioda. Gambar 6 menunjukkan rangkaian penyearah setengah
gelombang. Rangkaian penyearah setengah gelombang memperoleh masukan
dari sekunder trafo yang berupa tegangan berbentuk sinus, vi = Vm Sin wt
(gambar 5 (b)). Vm merupakan tegangan puncak atau tegangan maksimum.
Harga Vm ini hanya bisa diukur dengan CRO, sedangkan harga yang
tercantum pada sekunder trafo merupakan tegangan efektif yang dapat
diukur dengan menggunakan volt meter. Hubungan antara tegangan puncak Vm
dengan tegangan efektif (Veff) atau tegangan rms (Vrms) adalah:
Gambar 6. (a) Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang
(b) Tegangan Keluaran Trafo
(c) Tegangan Beban
Prinsip kerja penyearah setengah gelombang adalah bahwa pada saat
sinyal input berupa siklus positip maka dioda mendapat bias maju
sehingga arus (i) mengalir ke beban (RL), dan sebaliknya bila sinyal
input berupa siklus negatif maka dioda mendapat bias mundur sehingga
tidak mengalir arus. Bentuk gelombang tegangan input (vi) ditunjukkan
pada (b) dan arus beban (i) pada (c) dari gambar 5.Resistansi dioda pada saat ON (mendapat bias maju) adalah Rf, yang umumnya nilainya lebih kecil dari RL. Pada saat dioda OFF (mendapat bias mundur) resistansinya besar sekali atau dalam pembahasan ini dianggap tidak terhigga, sehingga arus dioda tidak mengalir atau i = 0. Arus yang mengalir ke beban (i) terlihat pada gambar (c) bentuknya arus searah (satu arah) yang harga rataratanya tidak sama dengan nol seperti pada arus bolak-balik.
Dalam perencanaan rangkaian penyearah, hal penting untuk diketahui adalah harga tegangan maksimum yang diijinkan terhadap dioda. Tegangan maksimum ini sering disebut PIV (peak-inverse voltage) atau tegangan puncak balik. Hal ini karena pada saat dioda mendapat bias mundur (balik) maka tidak arus yang mengalir dan semua tegangan dari sekunder trafo berada pada dioda.
- Penyearah Gelombang Penuh Center Tap
Gambar 7. (a) Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh dengan Trafo CT
(b) Sinyal Input
(c) Arus Dioda dan Arus Beban
Dengan demikian, D1 dan D2 hidupnya bergantian. Namun karena arus i1
dan i2 melewati tahanan beban (RL) dengan arah yang sama, maka iL
menjadi satu arah.Rangkaian penyearah gelombang penuh ini merupakan gabungan dua buah penyearah setengah gelombang yang hidupnya bergantian setiap setengah siklus, sehingga arus maupun tegangan rata-ratanya adalah dua kali dari penyearah setengah gelombang,
Tegangan puncak inverse yang dirasakan oleh dioda adalah sebesar 2Vm. Pada saat siklus positip, dimana D1 sedang hidup (ON) dan D2 sedang mati (OFF), m,aka jumlah tegangan yang berada pada dioda D2 yang sedang OFF tersebut adalah dua kali dari tegangan sekunder trafo. Sehingga PIV untuk masing-masing dioda dalam rangkaian penyearah dengan trafo CT adalah:
PIV = 2Vm
- Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan
- D1 dan D3 hidup (ON), karena mendapat bias maju
- D2 dan D4 mati (OFF), karena mendapat bias mundur sehingga arus i1 mengalir melalui D1, RL, dan D3.
Apabila jembatan memperoleh siklus negatip, maka :
- D2 dan D4 hidup (ON), karena mendapat bias maju
- D1 dan D3 mati (OFF), karena mendapat bias mundur sehingga arus i2 mengalir melalui D2, RL, dan D4.
Gambar 8. (a) Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Jembatan
(b) Sinyal Input
(c) Arus Dioda dan Arus Beban
Dengan demikian, arus yang mengalir ke beban (iL) merupakan
penjumlahan dari dua arus i1 dan i2. Besarnya arus rata-rata pada beban
adalah sama seperti penyearah gelombang penuh dengan trafo CT, yaitu:
Idc = 2Im/p = 0.636 Im dan PIV masing-masing dioda adalah:
PIV = Vm
- Rangkaian Rectifier Teregulasi
Gambar 9. Asas Rectifier Teregulasi
Penyearah ini menggunakan tambahan sebuah rangkaian
regulator, yang berfungsi agar daya keluaran konstan. Komponen rangkaian
terpadu (IC) untuk rangkaian penyerarah regulasi dapat digunakan
sebagai rangkaian regulator. Dengan menggunakan IC Regulator akan
berlaku Vi >Vo. Harga tegangan yang diserap oleh IC adalah sekitar Vo
+ 3 Volt atau (Vi » Vo + 3 Volt).Untuk mendapatkan Vi » Vo, perlu ditambahan transistor dalam konfigurasi emitor dengan harga Vo < Vi jika transistor dalam kondisi jenuh.
Gambar 10. Contoh Rangkaian Rectifier Teregulasi
II.3.3 Filter pada Regulator VoltageRangkaian Regulator Penyesuai Tegangan. Perangkat elektronika mestinya dicatu oleh suplai arus searah DC (direct current) yang stabil agar dapat bekerja dengan baik. Baterai atau accu adalah sumber catu daya DC yang paling baik. Namun untuk aplikasi yang membutuhkan catu daya lebih besar, sumber dari baterai tidak cukup. Sumber catu daya yang besar adalah sumber bolak-balik AC (alternating current) dari pembangkit tenaga listrik. Untuk itu diperlukan suatu perangkat catu daya yang dapat mengubah arus AC menjadi DC.
Rangkaian penyearah sudah cukup bagus jika tegangan ripple-nya kecil, namun ada masalah stabilitas. Jika tegangan PLN naik/turun, maka tegangan outputnya juga akan naik/turun. Seperti rangkaian penyearah di atas, jika arus semakin besar ternyata tegangan DC keluarnya juga ikut turun. Untuk beberapa aplikasi perubahan tegangan ini cukup mengganggu, sehingga diperlukan komponen aktif yang dapat meregulasi tegangan keluaran ini menjadi stabil.
Regulator Voltage berfungsi sebagai filter
tegangan agar sesuai dengan keinginan. Oleh karena itu biasanya dalam
rangkaian power supply maka IC Regulator tegangan ini selalu dipakai
untuk stabilnya output tegangan.
Gambar 11. Skema Rangkaian Regulator Penyesuai Tegangan
MSK5012 adalah pengatur tegangan yang disesuaikan yang
sangat handal. Yang outputnya dapat diprogram dengan menggunakan dua
resistor. Regulator ini memiliki tegangan dropout sangat rendah (0.45v @
10A) karena penggunaan MOSFT dengan RDS sangat rendah. MS5012 ini
memiliki tingkat akurasi yang tinggi dan penolakan riak sekitar 45dB.
Ini tersedia dalam paket 5 pin elektrik terisolasi dari sirkuit
internal. Ini memberikan kita kebebasan untuk masuk IC langsung ke heat
sink dan heat sink semacam ini langsung meningkatkan disipasi panas.Tegangan keluaran dari rangkaian ini disesuaikan dari 1.3v sampai 36V DC. Resistor R1 dan R2 digunakan untuk pemrograman voltage. Untuk semua aplikasi, nilai R2 adalah tetap 10K. Hubungan antara R1, R2 dan output tegangan Vout adalah menurut persamaan R1 = R2 (Vout/1.235) -1. C1 adalah sebuah filter kapasitor yang juga merupakan bagian dari sirkuit drive gerbang MOSFET. Sekitar tiga kali tegangan input akan muncul di seluruh kapasitor ini dan rating tegangannya harus sesuai pilihan. C2 adalah filter input kapasitor sedangkan C3 merupakan filter output kapasitor.
II.4 Rangkaian Sistem Pengisian Accu Menggunakan Generator AC yang Dilengkapi Voltage Regulator dan Rectifier
Gambar 12. Rangkaian Sistem Pengisian yang Dilengkapi Voltage Regulator dan Rectifier
II.5 Prinsip Kerja Sistem Pengisian Accu Menggunakan Generator AC yang Dilengkapi Voltage Regulator dan RectifierArus 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.
II.6 Data/Fakta Sistem Pengisian yang Dilangkapi Voltage Regulator dan Rectifier dalam Kehidupan Sehari-Hari
Sumber tegangan alternatif pada motor yaitu sistem kelistrikan di mana baterai sebagai sumber tegangan sehingga mesin tidak dapat dihidupkan tanpa baterai. Hampir semua baterai menyediakan arus listrik tegangan rendah (12 V) untuk sistem pengapian. Dengan sumber tegangan baterai akan terhindar kemungkinan terjadi masalah dalam menghidupkan awal mesin, selama baterai, rangkaian dan komponen sistem pengapian lainnya dalam kondisi baik. Arus listrik DC (Direct Current) dihasilkan dari baterai (Accumulator). Baterai tidak dapat menciptakan arus listrik, tetapi dapat menyimpan arus listrik melalui proses kimia. Pada umumnya baterai yang digunakan pada sepeda motor ada dua jenis sesuai dengan kapasitasnya yaitu baterai 6 volt dan baterai 12 volt.
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.
b) Sepeda motor yang sebagian sistem kelistrikannya masih menggunakan arus AC (seperti headlight lamp/lampu kepala, tail light/lampu belakang, dan meter lamp) dan sebagian kelistrikan lainnya menggunakan arus DC (seperti horn/klakson, turn signal lamp/lampu sein). Rangkaian sistem pengisiannya sudah dilengkapi dengan rectifier dan regulator. Rectifier digunakan untuk mengubah sebagian output pengisian menjadi arus DC yang akan dialirkannya ke baterai. Regulator digunakan untuk mengatur tegangan dan arus AC yang menuju ke sistem penerangan dan tegangan dan arus DC yang menuju baterai.
II.7 Kesimpulan
Pemanfaatan sumber daya alam ataupun lainnya dimungkinkan dapat digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik. Contohnya membuat listrik menggunakan rangkaian sistem pengisian accu menggunakan generator AC yang dilengkapi voltage regulator dan rectifier yang digerakkan sebagai sumber energi mekanik dan diolahnya sebagai sumber pengisian untuk baterai.
Contohmya pada accu di sepeda motor, arus listrik DC dihasilkan dari baterai. Baterai tidak dapat menciptakan arus listrik, tetapi dapat menyimpan arus listrik melalui proses kimia untuk mengatur tegangan dan arus AC yang menuju ke sistem penerangan dan tegangan dan arus DC yang menuju baterai.
0 komentar:
Posting Komentar