Sistem Pengisian Baterai (Charging System) pada Alat Berat

Struktur dan Fungsi
Sistem kelistrikan pada alat berat seperti starting system, lighting system, dan instrumen kelistrikan lainnya membutuhkan energi listrik untuk dapat bisa menjalankan fungsinya masing-masing. Energi listrik yang dapat disupply oleh baterai sebagai sumber listrik jumlahnya terbatas dan akan habis jika terus-menerus digunakan.

Secara umum sistem pengisian berfungsi untuk menghasilkan energi listrik supaya bisa mengisi kembali dan mempertahankan kondisi baterai. Disamping itu, sistem pengisian juga berfungsi untuk menyuplai energi listrik secara langsung ke sistem-sistem kelistrikan yang membutuhkan. Sistem pengisian (charging system), pada alat berat diklasifikasikan menjadi 4 (empat), yaitu:

  1. Sistem pengisian dengan DC Generator dan Tirril Regulator
  2. Sistem pengisian dengan Alternator dan Tirril Regulator
  3. Sistem pengisian dengan Alternator dan Semi Conductor
  4. Sistem pengisian dengan Alternator Brushless dan Semi Conductor.

Sistem pengisian dengan DC Generator dan Tirril Regulator serta Alternator dan Tirril Regulator, keduanya sudah tidak digunakan lagi. Sistem tersebut hanya digunakan pada unit terdahulu yang sekarang populasinya sudah hampir habis, sehingga tidak dibahas lagi.

Sistem Pengisian dengan Alternator dan Semi Conductor Regulator

charging sistem 2

Tegangan yang dihasilkan alternator diatur oleh regulator, disesuaikan dengan karakteristik sistem kelistrikan pada unitnya. Adapun arus yang masuk ke battery (sebagai arus pengisian) dapat dimonitor melalui ammeter atau charging lamp yang dihubungkan seri dengan terminal R alternator dan terminal ACC starting switch.

semikonduktor regulator

Alternator
Konstruksi dan prinsip kerja alternator adalah:

alternator

rotor alternator

  • Field coil (rotor coil) mendapat arus penguat sehingga pada rotor coil timbul medan magnet
  • Bila alternator diputar oleh engine, maka medan magnet pada rotor coil akan dipotong oleh konduktor pada stator coil, sehingga pada stator akan timbul arus listrik
  • Tegangan bolak-balik yang keluar dari stator disearahkan oleh diode sehingga menjadi arus searah.

Semikonductor Regulator
Fungsi semi konductor regulator adalah mengontrol arus penguat ke field coil (rotor coil) sehingga didapatkan tegangan yang dihasilkan alternator antara 27,5 – 29,5 volt. Prinsip kerja regulator adalah:

semikonduktor regulator 2

  • Bila starting switch posisi ON, maka arus dari battery akan mengalir ke rotor. Jalannya arus penguat adalah: BatteryBRRotor coil FT1E
  • Setelah rotor coil menjadi magnet dan alternator diputar oleh engine, maka alternator akan menghasilkan tegangan
  • Bila output voltage dari alternator masih kecil, maka arus yang keluar dari alternator akan memperkuat medan magnet pada rotor coil, sehingga output voltage dari alternator naik. Output voltage dari alternator adalah sebanding dengan putaran dan kekuatan medan magnetnya
  • Jika  tegangan  sudah  mencapai  29,5  V,  maka  akan  mengakibatkan hambatan pada thermistor semakin kecil sehingga voltage pada R3 (yang diparalel dengan zener) akan tinggi dan mampu menembus diode zener sehingga Tr 2 ON yang mengaibatkan Tr 1 akan OFF. Dengan demikian, arus penguat ke rotor coil tidak mendapat ground dan kemagnetan akan berkurang sehingga tegangan dan arus yang dihasilkan alternator akan turuncara kerja semi konduktor regulator
  • Bila output voltage turun mencapai 27,5 volt, maka  akan  mengakibatkan hambatan pada thermistor semakin besar sehingga voltage pada R3 (yang diparalel dengan zener) akan rendah dan tidak mampu menembus diode zener sehingga Tr2 akan OFF dan Tr1 kembali ON dan rotor coil mendapat arus penguat kembali, sehingga output voltage alternator naik kembali
  • Hal tersebut diatas terjadi berulang-ulang sehingga mengatur output voltage sebesar 27,5-29,5 volt.

Prinsip Dasar Cara Kerja Alternator

Hukum Faraday
Bila sebuah konduktor digerak-gerakkan memotong garis gaya magnet, maka pada konduktor akan mengalir arus listrik.

Medan magnet di dalam lilitan akan berubah yang mengakibatkan gaya gerak listrik sehingga arus akan mengalir. Hal ini disebut dengan induksi elektromagnet.

Arus Induksi di Dalam Sebuah Konduktor
Pada gambar di bawah ini terlihat bahwa bila sebuah konduktor yang berada dalam medan magnet, digerakkan memotong medan magnet tersebut, maka pada konduktor akan timbul gaya gerak listrik (timbul arus listrik). Kaidah “tangan kanan fleming” menyatakan bahwa:

  • Jari telunjuk menunjukkan arah medan magnet
  • Ibu jari menunjukkan gerak konduktor
  • Jari tengah menunjukkan arah arus induksi.

kaidah tangan kanan fleming 2

kaidah tangan kanan fleming 1

Prinsip Generator
Generator adalah sebuah alat yang merubah garis-garis gaya magnet yang memotong coil menjadi tenaga listrik. Prinsip dasar dari keduanya ini adalah sama namun dengan konstruksi yang berbeda. Perbedaan konstruksi inilah yang pada akhirnya generator dibagi atas dua jenis yaitu:

  • AC generator (alternator)
  • DC generator (dynamo)

Alternator
Pada alternator ditandai dengan tidak adanya magnet tetap, dengan demikian alternator harus diberikan arus listrik awal agar tercipta medan magnet. Bagian yang berputar pada alternator disebut rotor coil atau field coil yang sekaligus sebagai pembangkit medan magnet bila coil tersebut dialiri arus. Sedangkan bagian yang diam disebut stator coil atau armature coil. Armature coil inilah yang kemudian akan mengeluarkan arus listrik bila field coil berputar. Flux yang melalui stator coil akan berubah perlahan–lahan seperti berikut:

induksi alternator

Ketika rotor diputar searah jarum jam, maka induksi gaya gerak listrik akan maksimum pada 90° dan 270° serta akan minumum pada 180° dan 360°, dengan demikian arus listrik selalu berbeda polaritas setiap 180°. Polaritas yang demikian ini disebut dengan arus bolak-balik atau alternating current.

  • DC generator (Dynamo)

Pada DC generator, ditandai dengan adanya medan tetap sedangkan armature coilnya berputar didalam magnet tersebut. Akibatnya terjadilah pemotongan garis gaya magnet oleh armature coil sehingga pada armature coil akan ada arus listrik. Pada shaft armature terdapat comutator (cincin yang terbelah belah). Adanya cincin ini menyebabkan ini menyebabkan arus yang berbalik polaritasnya selalu diarahkan ke tempat yang sama. Dengan demikian biarpun pada armature coil terjadi polaritas bolak balik, tetapi keluarannya setelah melewati komutator memiliki polaritas yang selalu tetap. Arus yang polaritasnya tetap ini dinamakan arus searah (DC).

generator searah

Prinsip Dasar Cara Motor Listrik Bekerja

Kaidah Tangan Kiri Fleming
Bila sebuah konduktor diletakkan kutub N dan S dari magnet tapal kuda dan konduktor dialiri arus, maka konduktor akan terlempar keluar dari kutub-kutub magnet tersebut. Peristiwa ini dapat dilihat pada gambar berikut ini:

kaidah tangan kiri fleming

Peristiwa tersebut dapat dipahami dengan kaidah tangan kiri fleming:

  • Jari telunjuk sebagai simbol arah medan magnet
  • Jari tengah sebagai simbol arah arus pada konduktor
  • Ibu jari sebagai simbol arah gaya magnet pada konduktor
  • Gaya pada konduktor yang sejajar dan dialiri arus.

Pada gambar berikut diperlihatkan bahwa bila konduktor yang terletak sejajar dan dialiri arus listrik, garis gaya magnet yang mengelilingi masing-masing konduktor akan saling mempengaruhi:

  • Garis-garis gaya yang searah akan tarik menarik
  • Garis-garis gaya yang berlawanan akan tolak menolak.

gaya magnet pada konduktor sejajar

Peristiwa tersebut dapat dipahami dengan kaidah tangan kiri fleming:

  • Jari telunjuk sebagai simbol arah medan magnet
  • Jari tengah sebagai simbol arah arus pada konduktor
  • Ibu Jari sebagai simbol arah gaya magnet pada konduktor.

Prinsip Kerja Motor
Diantara dua buah N dan S terdapat sebuah konduktor yang berujung di C1 dan C2 (setengah cincin tembaga yang disebut commutator). Dua buah sikat arang (brush) B1 dan B2 yang berhubungan dengan commutator memungkinkan arus mengalir ke konduktor. Bagian yang dapat berputar ini disebut dengan armature.

Konduktor yang terletak didekat kutub S akan bergerak ke kanan dan konduktor yang terletak didekat kutub N akan bergerak ke kiri. Gabungan dari gerak tersebut akan memutar armature searah jarum jam (sesuai dengan kaidah “tangan kiri fleming“). Bila arus pada konduktor tersebut di balik, maka putaran armature akan berbalik.

prinsip kerja motor

Mengenal Dioda, Komponen untuk Menyearahkan Arus Listrik

  • Konstruksi Dasar Dioda

Dioda adalah suatu komponen elektronika dua kutub Anoda dan Katoda. Dioda terdiri dari gabungan material N dan material P.

konstruksi dasar dan simbol diode

  • Prinsip Kerja Dioda

forward dan reverse bias dioda

Dioda dikatakan mendapat arus forward bias apabila Anode (A) lebih positif dari Cathode (K) dan dikatakan mendapat reverse bias apabila Cathode (K) lebih positif dari anode (A). Arus listrik hanya bisa mengalir apabila dioda mendapat  forward bias atau arus hanya mengalir dari anode ke cathode saja.

perpindahan elektron saat reverse dan forward bias dioda

  • Karakteristik Dioda

Untuk menelaah karakteristik sebuah dioda, maka pada gambar berikut ini diberikan suatu contoh karakteristik sebuah dioda.

karakteristik dioda

  • Bentuk-bentuk Dioda

Berikut ini contoh bentuk-bentuk dioda pada umumnya.

bentuk dioda

Selanjutnya, untuk mengidentifikasi sebuah dioda, pada umumnya terminal cathode diberitanda / warna atau pada badan dioda digambarkan simbol dioda.

Dioda Zener
Diode zener adalah sebuah dioda yang dirancang khusus untuk menghantarkan arus reverse tanpa merusaknya. Karakteristik diode zener dapat dilihat pada gambar berikut ini:

dioda zener

Perbedaan Arus Searah (DC) dan Arus Bolak-balik (AC)

Arus Searah (Direct Current)
Arus searah (DC) adalah arus yang mengalir dalam arah yang tetap (konstan). Dimana masing-masing terminal selalu tetap polaritasnya. Misalkan sebagai kutub (+) selalu menghasilkan polaritas positif begitu pula sebaliknya. Beberapa contoh sumber arus searah (DC) adalah battery, accu, dynamo.

ilustrasi arus searahIlustrasi arus searah

Generator adalah salah satu alat yang dapat membuat beda potensial. Putaran engine akan menciptakan beda potensial antara kedua polaritas. Masing-masing terminal selalu tetap polaritasnya. Misalkan sebagai kutub (+) selalu menghasilkan polaritas positif begitu pula sebaliknya.

dasar sumber arus searahDasar sumber arus searah

Bentuk gelombang tersebut adalah gelombang tegangan, jika bentuk gelombang tegangan hanya dalam satu arah saja (arah positif) maka akan menghasilkan arus yang searah. Arus yang demikian disebut “Direct Current (DC)“.

gelombang arus searahGelombang arus searah

Arus Bolak-balik (Alternating Current)
Arus bolak-balik (AC) adalah arus yang mengalir dengan polaritas yang selalu berubah-ubah. Dimana masing-masing terminalnya polaritas yang selalu bergantian.

ilustrasi arus bolak balik

ilustrasi arus bolak - balik 2

Putaran engine membuat beda potensial yang berubah-ubah sehingga arus akan mengalir dengan arah yang berubah-ubah. Pada masing-masing sumber arus bolak-balik, polaritasnya selalu bergantian. Contoh sumber arus bolak-balik adalah: Alternator (AC generator), PLN.

dasar sumber arus bolak - balik

Arus bolak-balik dari alternator akan berbentuk gelombang yang berubah-ubah dari positif ke negatif dalam waktu tertentu. Seperti terlihat pada gambar di atas. Arus yang demikian ini disebut “Alternating Current” dan disingkat dengan AC. Polaritas yang berubah-ubah ini terjadi secara terus-menerus dalam tiap detiknya sehigga disebut frekuensi. Frekuensi adalah banyaknya gelombang dalam tiap detik.

gelombang arus bolak - balik

Mengenal Komponen Dasar Elektronika Resistor

Resistor merupakan salah satu parameter dasar yang paling sering dipakai dalam rangkaian-rangkaian listrik. Dalam rangkaian, diperlukan resistor dengan harga yang tepat, agar rangkaian dapat berfungsi sesuai dengan yang diharapkan. Resistor dapat digolongkan menjadi 3 (tiga) jenis:

  • Resitor tetap
  • Resitor variable
  • Resitor non linier.

Resistor Tetap
Yang dimaksud dengan resistor tetap adalah resistor yang sengaja dibuat dengan harga resistansi (ohm= Ω) tertentu. Namun demikian, selain harga resistansinya, yang perlu diketahui adalah power rating-nya. Resistor tersedia dengan harga resistansi yang cukup banyak, mulai dari beberapa ohm sampai dengan beberapa megaohm. Adapun power rating-nya mulai dari 0.1 watt sampai dengan beberapa ratus watt. Power rating adalah hal yang diperlukan agar resistor dapat bekerja tanpa panas yang berlebihan karena bisa merusak resistor itu sendiri. Pada umumnya resistor dibuat dari kawat yang dililit atau dari karbon dan dibentuk seperti contoh berikut ini.

resistor tetap

Adapun untuk mengidentifikasi besarnya harga resistansi sebuah resistor tetap, apabila pada badan resistor tidak dituliskan harga resistansinya, maka pada badan resistor dibuat gelang – gelang berwarna. Tabel berikut ini dapat dipergunakan untuk menghitung harga resistansi sebuah resistor.

tabel kode warna resistor

Contoh:

contoh nilai gelang resistor

Resistor Variable
Resistor variable mempunyai terminal tetap dan terminal tidak tetap yang dapat digeser sepanjang elemen resistor tersebut. Resistor variable yang digunakan didalam peralatan elektronik dikenal dalam dua jenis yaitu: potentiometer dan trimmer.

1. Potentiometer

  • Wirewound Potentiometer

Potentiometer ini terbuat dari lilitan kawat yang berbentuk lingkaran. Sebuah lengan yang digeser – geser dibuat berhubungan dengan elemen resistor yang bisa digeser yang akan menghasilkan harga resistansi berbeda.

wirewound potensiometer

Pada umumnya potentiometer ini tersedia dengan harga resistansi 50 sampai 50K dengan rating ½ sampai 8 watt.

  • Carbon Potentiometer

Potentiometer ini mempunyai elemen resistor dalam suatu jalur yang berbentuk lingkaran. Lengan variable-nya berhubungan dengan elemen resistor oleh suatu pemutar. Apabila sumbu pemutar diputar, maka lengan variable-nya akan menggerakkan wiper dan membuat hubungan pada beberapa terminal. Contoh konstruksi dan bentuk carbon potentiometer ini adalah sebagai berikut :

carbon potensiometer

Carbon potentiometer ini tersedia dengan harga resistansi 50 sampai 10M dengan rating daya 0,1 sampai 2,25 watt.

2. Trimmer
Resistor variabel jenis ini biasanya dipasang pada PCB dimana dibutuhkan suatu pengkalibrasian. Bahan yang digunakan adalah karbon. Contoh berbagai macam bentuk trimer adalah sebagai berikut:

trimmer

Resistor Non Linier
Resistor non linier ada 3 jenis yaitu: Thermistor, Voltage Dependent Resistor dan Light Dependent Resistor. Ketiga jenis resistor ini harganya berubah-ubah (tidak sesuai dengan hukum ohm), tetapi merupakan fungsi dari temperatur, tegangan dan cahaya yang jatuh terserap. Selanjutnya pada tulisan ini hanya dibahas mengenai thermistor yang banyak digunakan dalam sistem kelistrikan alat – alat besar.

Themistor
Thermistor adalah salah satu jenis resistor yang mempunyai koeffisien temperatur yang sangat tinggi, dimana dengan adanya perubahan temperatur, resistansinya juga akan berubah. Terdapat 2 jenis termistor yaitu NTC (Negative Thermal Coefficient) dan PTC (Positive Thermal Coefficient).

  • Thermistor NTC

Thermistor NTC merupakan resistor dengan koefiisien temperatur negatif yang sangat tinggi. Thermistor jenis ini pada umumnya dibuat dari NiO, CoO atau Fe2O3. Harga nominal biasanya ditetapkan pada temperatur 25ºC. Perubahan resistansinya yang diakibatkan dalam bentuk non linier-nya diunjukkan dalam bentuk diagram resistansi dengan temperatur.

grafik thermistor NTC

  • Thermistor PTC

Thermistor PTC merupakan resistor dengan temperatur positif yang sangat tinggi. Thermistor jenis ini pada umumnya dibuat dari Ba Ti O3. Skala resistansinya berubah mulai dari beberepa ratus ohm pada temperatur 75º dan beberapa kilo ohm pada temperatur 150ºC. Berikut ini adalah contoh diagram resistansi dengan temperatur untuk thermistor PTC.

grafik thermistor PTC

CONTOH PROSEDUR PENYOLDERAN

Petunjuk-petunjuk yang Membantu / Helpful Hints

Pematrian yang baik adalah bagian dari keterampilan teknisi. Sambungan pateri harus kuat secara mekanis agar tidak bergoyang atau bergetar yang dapat menyebabkan intermittence pada listrik. Secara listrik, kontak pateri harus memiliki resistansi rendah untuk memberikan transfer sinyal yang baik. Beberapa aturan pematrian dasar adalah sebagai berikut:

  1. Soldering tip harus dilakukan tinning dan bersih.
  2. Logam-logam yang akan dipateri harus bersih.
  3. Topanglah sambungan secara mekanis apabila memungkinkan
  4. Lalukan pra-tinning pada permukaan-permukaan besar sebelum mematerinya.
  5. Gunakan pateri pada sambungan, bukan pada gun atau iron tip. Pateri harus mengalir bebas dan memiliki benuk yang mengkilat dan mulus.
  6. Gunakan hanya pateri dalam jumlah yang cukup untuk membuat sambungan yang kuat.
  7. Apabila flux tambahan digunakan, gunakan pada sambungan. Hanya rosin flux yang harus digunakan pada sambungan-sambungan listrik.
  8. Lakukan pematrian dengan cepat dan jangan membiarkan komponen-komponen atau isolasi terbakar atau mengalami kelebihan panas.
  9. Gunakan pateri resin-core atau yang sejenis. Jangan menggunakan pateri acid-core untuk sambungan listrik apa pun.

Langkah-langkah Prosedur / Procedure Steps

1. Keselamatan dan kehati-hatian
solder

Ketika menggunakan soldering iron, harus berhati-hati untuk memastikan agar tidak terjadi luka bakar. Bagian ujung soldering iron harus cukup panas untuk melelehkan pateri logam.

solder 2

2. Menyambung: Persiapkan kabel-kabel yang akan disambung
menyambung kabel

Sementara soldering iron dipanaskan, buanglah isolasi pelindung dalam jumlah yang sesuai dari kabel. Selalu gunakan perkakas pengelupas (stripping tool) yang benar dan yang berada dalam kondisi yang baik.

Apabila sambungan akan disekat dengan heat shrink sleeve, potonglah bagian dari material tubular ini cukup panjang untuk melapisi isolasi kabel di kedua sisi sambungan. Masukkan di atas ujung salah satu kabel sebelum menyambungnya.

3. Menyambung kabel secara mekanis
menyambung kabel secara mekanis

Puntirlah kedua kabel untuk membuat sambungan mekanis yang baik di antara kedua kabel. Apabila terdapat kotoran di dalam pateri, dan kabel tidak langsung saling menyentuh satu sama lain, ada kemungkinan bahwa sambungan adalah kuat secara fisik tetapi mungkin tidak terdapat sambungan listrik yang baik.

Hal ini dikenal dengan istilah ‘sambungan kering’ (dry joint). Juga penting sekali bahwa permukaan yang akan disambung dalam keadaan sangat bersih sebelum memateri atau kalau tidak akan terdapat sambungan yang tidak baik. Tinning terhadap kabel masing-masing sebelum dipateri akan membantu menghilangkan ‘sambungan kering’.

4. Menggunakan Solder pada sambungan
solder sambungan kabel

Gunakan soldering iron untuk memanaskan kabel-kabel dan melelehkan sejumlah pateri.

Tempatkan soldering iron pada kabel-kabel yang disambung untuk memastikan hanya pateri dalam jumlah yang cukup yang dipateri pada kabel. Berhati-hatilah untuk tidak menggunakan pateri terlalu banyak. Apabila menggunakan terlalu banyak panas, maka isolasi kabel akan meleleh.

membersihkan kabel

Setelah selesai mematri, bersihkan sisa flux dari sambungan dengan kain lap dan larutan pembersih.

5. Membungkus sambungan
membungkus sambungan

Setelah sambungan listrik dibuat, dan telah cukup dingin, tempatkan insulator sleeve cover pada sambungan.

Ada beberapa jenis sleeve. Jenis yang paling populer adalah sleeve yang membungkus secara otomatis apabila didekatkan pada sebuah sumber panas.

membungkus sambungan 2

Jenis lainnya terdiri dari lem yang ketika dipanaskan meleleh ke dalam dan menyekat sambungan .

Apabila tidak tersedia heat shrink sleeve, maka hal yang dapat dilakukan adalah menyekat dan melindungi sambungan dengan electrical insulating tape.

6. Terminal: Memeriksa panjang sambungan
memeriksa sambungan

Untuk memateri kabel ke sebuah terminal connector, sambungan yang lebih baik akan diperoleh apabila helaian-helaian kabel tidak terlalu terpuntir sebelum menempatkannya pada terminal. Hal ini memberikan terminal permukaan yang lebih luas untuk terkena kontak dengan kabel ketika dipateri.

Akan tetapi, mungkin akan menjadi sulit untuk memasukkan kabel-kabel ke dalam terminal apabila semuanya adalah helaian-helaian kabel yang longgar. Oleh karena itu, puntirlah semuanya secukupnya untuk membantu memasukkan kabel dalam keadaan bersih.

terminal kabel

Pasanglah bullet atau terminal pada kabel untuk memastikan bahwa bagian kabel yang isolasinya sudah dikelupas tidak menonjol melebihi bahu terminal yang diisolasi (Gambar 135). Lalu lepaskan bagian kabel dari terminal.

terminal kabel 2

7. Menggunakan Solder
melapisi kabel

Lapisi kabel dengan lapisan pateri persiapan yang tipis. Tindakan ini disebut melakukan ‘tinning” pada kabel dan membantu membuat sambungan terakhir.

Dengan menggunakan resin cored solder, maka tidak perlu mempersiapkan permukaan dengan bahan-bahan flux karena ini sudah digabungkan ke dalam core pateri.

terminal kabel

Masukkan kabel kembali ke dalam terminal dan tempatkan iron pada terminal agar cukup panas untuk melelehkan lebih banyak pateri lagi di antara terminal dan kabel yang sudah dilapisi pateri. Berhati-hatilah agar tidak menggunakan pateri terlalu banyak, dan apabila terminal terlalu panas maka isolasi kabel akan mulai meleleh.

menyolder kabel

8. Menutupi terminal

menutup terminal

Setelah sambungan listrik dibuat, dan cukup dingin untuk memungkinkan ditangani lebih lanjut, pasanglah insulator cover pada terminal dan sambungan ini siap digunakan.

menutup terminal 2

MEMATERI / SOLDERING

Memateri adalah proses menyambung dua logam dengan menggunakan campuran pateri.

Meskipun sambungan listrik dapat dilakukan di antara dua kabel yang dijepit, mungkin hal ini tidak sempurna atau cacat. Pematrian menciptakan sambungan listrik yang kuat dan dapat diandalkan.

Proses pematrian bergantung pada pateri yang meleleh yang mengalir ke dalam semua cacat yang terdapat pada permukaan logam yang akan dipateri. Ketika dua potong logam dipateri bersama, lapisan tipis pateri menempel di antara kedua potong logam tersebut dan membuat sambungan listrik.

Pateri adalah campuran antara timah dan timbal dan biasanya mengandung flux pateri.

Tindakan Pencegahan untuk Keselamatan

Soldering gun atau iron beroperasi pada temperatur yang cukup tinggi untuk menyebabkan luka bakar yang serius. Patuhilah tindakan-tindakan pencegahan untuk keselamatan berikut:

  1. Jangan sampai pateri panas tersemprot ke udara misalnya dengan menggerak-gerakkan hot gun atau iron atau sambungan yang dipateri panas.
  2. Pastikan untuk selalu memegang soldering gun atau iron pada gagang yang berisolasi. Jangan memegang bagian logam yang tidak berisolasi.
  3. Jangan membiarkan bagian logam dari soldering gun atau iron bertumpu atau terkena kontak dengan bahan-bahan mudah terbakar. Bagian logam harus selalu diletakkan pada tiang pateri (soldering stand) ketika tidak digunakan.
  4. Jangan memakai pakaian yang terbuat dari nilon atau plastik. Pateri akan membakar dan membuat pakaian dari jenis bahan ini berlubang.
  5. Bagian ujung besi pateri (soldering iron tip) harus dalam keadaan sangat panas agar dapat melelehkan pateri. Apabila terkena kontak dengan ujung pateri maka akan menyebabkan luka bakar pada kulit.
  6. Jangan menghirup asap yang keluar saat terjadi proses pematrian. Asap ini dapat menyebabkan masalah sistem pernafasan.
  7. Apabila soldering iron panas akibat aliran listrik, jangan menggunakannya saat berdiri di dalam air atau alat pendingin mesin.
  8. Jangan menggunakan pateri pada rangkaian listrik yang beraliran listrik.
  9. Pastikan bahwa semua prosedur perundang-undangan dan keselamatan diri dipahami dan dipatuhi ketika melaksanakan tugas-tugas pematrian.

SIFAT-SIFAT PATERI / PROPERTIES OF SOLDER

Pateri adalah logam campuran, yang terbuat dari campuran antara timah dan timbal dalam perbandingan yang berbeda. Perbandingan ini biasanya ditandai pada berbagai jenis pateri yang tersedia.

Pateri dengan perbandingan lebih banyak timah/timbal, tidak akan meleleh seketika. Pateri jenis 50/50 mulai meleleh pada temperatur 1830C (3610F), tetapi belum meleleh sepenuhnya

sebelum temperatur mencapai 2160C (4200F). Di antara dua temperatur ini, pateri berada dalam keadaan plastik atau semi-cair.

Kisaran plastik pateri berbeda-beda, bergantung pada rasio timah dengan timbal. Pateri dengan perbandingan 60/40 (60% timah / 40% timbal), kisarannya jauh lebih kecil daripada untuk pateri 50/50.

ateri dengan rasio 63/37, yang dikenal sebagai pateri eutectic pada dasarnya tidak memiliki kisaran plastik, dan meleleh hampir seketika pada temperatur 1830C (3610F).

Pateri yang paling umum digunakan untuk pematrian dengan tangan dalam pekerjaan perbaikan listrik adalah jenis pateri dengan rasio 60/40 dan jenis pateri dengan rasio 63/37. Karena kisaran plastik jenis 60/40, maka harus berhati-hati untuk tidak memindahkan elemen-elemen sambungan selama masa pendinginan. Gerakan apa pun dapat menyebabkan masalah yang dikenal sebagai sambungan yang terganggu (disturbed joint). Sambungan yang terganggu memiliki tampilan yang kasar, tidak beraturan dan terlihat kusam, tidak cerah dan tidak mengkilat. Sambungan pateri yang terganggu tidak dapat diandalkan dan mungkin akan memerlukan pematrian ulang.

Wetting Action
soldering

Ketika pateri panas (hot solder) terkena kontak dengan permukaan tembaga, reaksi larutan logam terjadi. Pateri menjadi larut dan menembus permukaan tembaga. Molekul-molekul pateri dan tembaga bercampur untuk membentuk campuran baru, yaitu campuran yang sebagian tembaga dan sebagian pateri. Reaksi larutan ini disebut wetting dan membentuk pengikatan antar-logam di antara bagian-bagian logam. Wetting hanya dapat terjadi apabila permukaan tembaga bebas dari kontaminasi dan dari lapisan oksida yang terbentuk ketika logam terkena udara. Pateri dan permukaan yang dikerjakan harus mencapai temperatur yang diperlukan sebelum mencoba memateri.

Meskipun permukaan yang akan dipateri terlihat bersih, akan selalu ada kemungkinan lapisan tipis oksida yang menutupinya. Agar penyatuan pateri dapat berjalan dengan baik, oksida di permukaan harus dibersihkan saat berlangsung proses pematrian dengan menggunakan flux.

Flux

Sambungan-sambungan pateri yang baik hanya dapat diperoleh apabila permukaan yang akan dipateri benar-benar bersih. Larutan dapat digunakan untuk membersihkan permukaan sebelum melakukan pematrian tetapi ini tidak cukup karena oksidasi di atas permukaan logam yang dipanaskan terbentuk dengan sangat cepat. Untuk mengatasi lapisan oksidasi ini, maka perlu menggunakan bahan-bahan yang disebut flux. Flux terdiri dari rosin alami atau sintetis dan kadang-kadang ditambah dengan bahan aditif kimia yang disebut activator.

Fungsi flux adalah untuk membersihkan oksida dan menjaganya tetap bersih selama proses pematrian. Hal ini dicapai akibat reaksi flux yang sangat korosif pada temperatur leleh pateri dan membuat flux mampu membersihkan oksida logam dengan cepat. Akan tetapi, dalam keadaan tidak dipanaskan, rosin flux tidak korosif dan tidak memiliki daya konduksi sehingga tidak akan mempengaruhi rangkaian. Adalah reaksi flux yang membersihkan/menghilangkan oksida, dan juga mencegah terbentuknya oksida baru yang memungkinkan pateri membentuk pengikatan intermetallic yang diinginkan.

Flux harus dilelehkan pada temperatur lebih rendah dari temperatur leleh pateri sehingga flux dapat melakukan tugasnya sebelum terjadi pematrian. Flux menguap dengan sangat cepat sehingga flux harus dilelehkan untuk dialirkan ke permukaan bagian yang dikerjakan dan bukan hanya sekedar diuapkan oleh ujung hot iron untuk memberikan manfaat penuh dari tindakan fluxing. Ada berbagai macam flux tersedia untuk banyak tujuan dan aplikasi. Jenis-jenis yang paling lazim adalah: Rosin – Tidak perlu dibersihkan, Rosin – Dapat diaktifkan dengan mudah dan larut dalam air.

Ketika digunakan, flux cair harus diaplikasikan dalam lapisan yang tipis dan merata pada permukaan-permukaan yang disambung dan sebelum diberikan panas. Cored wire solder dan solder paste harus ditempatkan dalam posisi sedemikian rupa sehingga flux dapat mengalir dan menutupi sambungan-sambungan saat pateri meleleh. Flux harus diaplikasikan sehingga tidak terjadi kerusakan pada bagian-bagian dan bahan-bahan di sekeliling.

Soldering Iron

Soldering iron dibuat dalam berbagai ukuran dan bentuk. Permukaan ujung soldering iron harus terus menerus dilapisi dengan timah untuk memastikan agar dapat terjadi pemindahan panas yang baik dan untuk menghindari pemindahan kotoran-kotoran pada sambungan pateri.

Sebelum menggunakan soldering iron ujungnya harus dibersihkan dengan menyekanya menggunakan sponge basah. Ketika tidak digunakan, iron (mata solder) harus tetap berada dalam holder-nya dengan ujungnya dalam keadaan bersih dan dilapisi dengan pateri dalam jumlah kecil.

Mengontrol Panas

Mengontrol temperatur soldering iron tip bukan merupakan unsur penting dalam pematrian. Unsur penting adalah mengontrol siklus panas pekerjaan. Berapa cepat pekerjaan menjadi panas, berapa panasnya, dan berapa lama pekerjaan tetap panas adalah unsur yang perlu dikontrol untuk memastikan hasil sambungan pateri yang baik. Pemilihan ukuran batang solder yang benar, dan ukuran tip atau mata solder yang benar, adalah faktor penting dalam mengontrol panas.

Thermal Mass

Faktor pertama yang perlu dipertimbangkan ketika memateri adalah massa panas (thermal mass) relatif dari sambungan yang akan dipateri. Massa ini dapat berbeda-beda pada kisaran yang lebar.

Setiap sambungan memiliki massa panasnya masing-masing dan bagaimana gabungan massa ini dibandingkan dengan massa iron tip (mata solder) akan menentukan waktu dan kenaikan temperatur bagian yang dipateri.

Kondisi Permukaan

Faktor penting kedua ketika memateri adalah kondisi permukaan. Apabila ada oksida atau contaminant lainnya yang menutupi pad atau lead, maka akan terdapat hambatan terhadap aliran panas. Meskipun iron tip memiliki ukuran dan temperatur yang benar, iron tip ini mungkin tidak dapat menyediakan panas yang cukup pada sambungan untuk melelehkan pateri.

Thermal Linkage
minimal thermal linkage

Faktor ketiga yang perlu dipertimbangkan adalah thermal linkage. Ini adalah bidang kontak di antara iron tip dan pekerjaan.

Gambar di atas memperlihatkan gambar soldering iron tip yang sedang memateri sebuah lead komponen. Panas ditransfer melalui area kontak kecil di antara soldering iron tip dan pad. Area thermal linkage ini adalah kecil.

solder bridge

Gambar di atas juga memperlihatkan gambar soldering iron tip yang sedang memateri lead komponen. Dalam kasus ini, area kontak lebih besar dengan menempatkan pateri pada titik kontak dalam jumlah kecil. Tip ini juga terkena kontak dengan pad dan komponen sehingga meningkatkan thermal linkage lebih lanjut. Solder bridge ini memberikan thermal linkage dan memastikan transfer panas secara cepat pada bidang pekerjaan.

Melakukan Pematrian / Applying Solder

Pada umumnya, soldering iron tip harus diaplikasikan pada titik massa maksimum sambungan. Hal ini akan memungkinkan terjadinya peningkatan thermal yang cepat di bagian-bagian yang dipateri. Pateri yang meleleh selalu mengalir dari area yang lebih dingin ke area yang lebih panas.

Sebelum pateri diaplikasikan, temperatur permukaan bagian-bagian yang sedang dipateri harus ditinggikan di atas titik leleh pateri. Jangan melelehkan pateri pada iron tip dan membiarkannya mengalir ke permukaan yang lebih dingin dari temperatur didih pateri. Pateri yang diaplikasikan pada permukaan yang bersih, diaplikasikan dengan flux dan yang dipanaskan dengan benar akan meleleh dan mengalir tanpa kontak langsung dengan sumber panas dan memberikan permukaan yang mulus dan rata, dan membentuk bagian pinggir yang tipis. Pematrian yang tidak benar akan memperlihatkan bentuk yang lebih tebal, tidak beraturan dan tidak rata. Agar memiliki sambungan pateri yang kuat, bagian-bagian yang sedang dipateri harus ditahan di tempatnya sampai pateri menjadi padat.

Apabila memungkinkan, gunakan pateri pada bagian atas sambungan sehingga permukaan sambungan dan bukan iron yang akan melelehkan pateri, yang akan memungkinkan gravitasi membantu pater.

mengalir. Memilih cored solder dengan ukuran diameter yang benar akan membantu mengontrol jumlah pateri yang digunakan pada sambungan. Gunakan diameter kecil untuk sambungan kecil, dan diameter besar untuk sambungan besar.

Pembersihan setelah Solder

Ketika diperlukan pembersihan, sisa flux harus dibersihkan secepat mungkin, tetapi tidak boleh lebih dari satu jam setelah memateri. Sejumlah flux mungkin memerlukan tindakan pembersihan yang lebih segera untuk mempermudah pembersihan yang memadai. Cara-cara mekanis misalnya dengan menggoyang-goyangkan, menyemprot, menyikat dan metode-metode aplikasi lainnya dapat digunakan bersama dengan larutan pembersih.

Larutan pembersih, larutan dan metode-metode yang digunakan tidak boleh mempengaruhi bagian-bagian, sambungan, dan material yang sedang dibersihkan. Setelah melakukan pembersihan, keringkan area yang dipateri dengan secukupnya, dengan memastikan bahwa jari dan tangan tidak terkena kontak dengan permukaan yang panas.

Solder Ulang

Haruslah berhati-hati untuk menghindari perlunya melakukan pematrian ulang. Ketika perlu melakukan pematrian ulang, standar-standar kualitas untuk sambungan yang dipateri ulang harus sama dengan sambungan semula.

Sambungan pateri dalam keadaan dingin atau rusak biasanya hanya memerlukan pemanasan ulang dan pengaliran kembali pateri dengan ditambah flux dalam jumlah yang sesuai. Apabila pemanasan ulang tidak memperbaiki kondisi yang rusak, pateri harus dibersihkan dan sambungan dipateri kembali.

Kualitas Pekerjaan / Quality of Work
solder yang baik

Sambungan pateri harus memiliki bentuk yang mulus dan berkilau seperti satin. Sambungan harus bebas dari goresan-goresan, ujung yang tajam, kerikil halus, longgar, memar, atau pekerjaan-pekerjaan yang memberikan hasil buruk lainnya. Bekas-bekas probe dari test pin dapat diterima asalkan tanda-tanda tersebut tidak mempengaruhi keutuhan sambungan pateri.

Sambungan pateri yang dapat diterima harus memperlihatkan bukti adanya wetting dan sambungan yang kuat ketika pateri menyatu dengan permukaan yang dipateri. Pateri harus membentuk sudut kontak kecil, yang menunjukkan adanya penyatuan metalurgi dan kesinambungan metalik dari pateri ke permukaan.

Celah yang bersih dan mulus atau bagian permukaan tidak rata di fillet atau lapisan pateri dapat diterima. Transisi yang mulus dari pad ke lead komponen harus terlihat jelas.

Ketika memateri, ikutilah pedoman-pedoman berikut:

  • Gunakan perkakas pemateri untuk memanaskan terminal atau clip. Perkakas ini akan mentransfer panas melalui daya konduksi ke kabel, yang akan menjadi cukup panas untuk melelehkan pateri. Jangan memanaskan pateri langsung.
  • Pastikan bahwa terdapat solder fillet di antara core (konduktor) dan terminal atau clip, tetapi tidak pada insulator apabila menggunakan clip. Pastikan bahwa pateri mencakup konduktor yang terbuka, dan semua clip.
  • Apabila memateri di sekitar terminal, pastikan pateri mencakup konduktor, tetapi tidak semua bagian konduktor. Mungkin akan membantu apabila memiringkan ujung terminal kabel yang sedang diperbaiki sedikit ke atas untuk mencegah agar pateri tidak mengalir ke terminal.
  • Jangan menggunakan terlalu banyak pateri sehingga helaian kabel masing-masing tidak terlihat.
  • Jangan membiarkan perkakas pemateri membakar terminal atau isolasi.
  • Jangan meninggalkan ujung-ujung pateri yang tajam, ini dapat menyobek pita (tape) yang digunakan untuk mengisolasi perbaikan.
  • Jangan meninggalkan helaian-helaian kabel menonjol dari titik yang disolder, atau menonjol pada insulator.
  • Jangan memateri kabel di dalam rangakaian yang beraliran listrik. Selalu putuskan hubungan daya listrik dari kabel dan kemudian lakukan perbaikan.

Perkakas / Tools

Perkakas berikut dianjurkan untuk digunakan ketika mempersiapkan dan memateri kabel atau sambungan:

  • Diagonal pliers, yang lazim disebut sebagai side cutter, digunakan untuk memotong kabel lunak dan lead pada komponen-komponen. Perkakas ini tidak boleh digunakan untuk memotong logam keras seperti besi atau baja.
  • Long-nose atau needle-nose pliers, digunakan untuk menahan kabel sehingga ujung yang dikelupaskan dapat dipuntir di sekeliling terminal post, dimasukkan ke dalam terminal eye.
  • Wire stripper digunakan untuk membuang isolasi dari kabel pengait (hook-up wire). Ada berbagai jenis stripper, yang berkisar antara jenis sederhana yang terdapat pada diagonal plier hingga stripper yang lebih otomatis dengan berbagai ukuran yang dapat mengelupas isolasi dari berbagai diameter.
  • Soldering iron adalah perkakas standar dalam industri yang digunakan untuk memateri kabel bersama. Ada banyak jenis perkakas yang digunakan untuk tujuan ini, misalnya soldering gun, jenis pensil, dll. Soldering iron diklasifikasikan berdasarkan jumlah daya yang dikeluarkannya, yang dengan demikian juga diklasifikasikan secara tidak langsung berdasarkan jumlah panas yang dapat dihasilkannya. Gun dengan voltase 100 hingga 125 Watt adalah ukuran soldering gun yang paling populer. Jenis pekerjaan akan menentukan berapa ukuran iron yang harus digunakan.
  • Heat sink digunakan untuk mencegah panas yang berlebihan (overheating) saat memateri atau melepas patrian bagian-bagian elektronik yang sensitif terhadap panas. Heat sink umumnya berupa clip yang dipasang pada lead di antara body suatu komponen dan titik terminal dimana panas diaplikasikan. Perkakas ini menyerap dan mengurangi jumlah panas yang dikonduksi oleh komponen.
  • Desoldering tool adalah perkakas yang menyederhanakan pekerjaan membersihkan lubang-lubang pateri dari pateri papan yang ditandai dengan goresan ketika lead komponen dibersihkan dari lubang-lubangnya. Lubang-lubang tersebut harus bebas dari pateri sebelum terminal komponen baru dapat dimasukkan.

Persiapan Kabel / Wire Preparation

  • Dua kabel atau lebih yang memberikan jalur daya konduksi untuk listrik harus dihubungkan secara listrik. Ini berarti bahwa permukaan kabel yang tidak diisolasi pada satu kabel harus dihubungan secara mekanis pada permukaan kabel lainnya yang tidak diisolasi. Untuk memastikan bahwa kabel-kabel tidak terpisah, atau hubungan mengalami korosi, kabel-kabel tersebut dipateri di bagian sambungan (junction).
  • Sebelum kabel-kabel dapat dihubungkan dan dipateri, kabel-kabel harus dipersiapkan dengan benar. Hal ini melibatkan pengelupasan isolasi pada ujung-ujung kabel, sehingga memberikan terminal lead yang dapat disambung terhadap satu sama lain atau ke terminal post atau connector contact.
  • Setelah mengelupaskan isolasi, periksalah kabel apakah terdapat goresan dan perubahan warna. Apabila kabel memiliki bentuk yang mengkilat dan tidak tergores atau rusak, maka tidak diperlukan persiapan lebih lanjut. Apabila kabel memiliki bentuk yang kusam atau gelap, maka harus dibersihkan sebelum dipateri.
  • Langkah terakhir sebelum mematri kabel adalah melaksanakan tugas yang disebut “tinning”. Apabila menggunakan kabel-kabel yang terdiri dari helaian-helaian kabel, maka kabel harus dipuntir dan ditempatkan pada ujung alat pemateri yang sudah dipanaskan dan dipanaskan pada temperatur yang cukup sehingga kabel dapat melelehkan pateri.

Hubungan Mekanis / Mechanical Connection
hubungan mekanis

  • Beberapa dari connector yang lebih umum adalah post terminal dan splice. Gambar di atas memperlihatkan sambungan ke terminal post. Kabel harus dihubungkan dengan aman pada post melalui ¾ hingga satu putaran penuh. Jangan memutar kabel pada post beberapa kali. Ini adalah tindakan yang boros dan juga menyebabkan masalah apabila sambungan perlu dipateri ulang.

splice

  • Gambar di atas memperlihatkan sambungan yang lazim dilakukan pada terminal strip. Puntirlah kabel sehingga membentuk kait (hook) dan masukkan hook ke dalam lubang pada terminal strip

sambungan kabel

  • Apabila dua kabel akan disambung, prosedur yang dianjurkan adalah memuntir masing-masing kabel dalam bentuk kait (hook). Gabungkan kedua hook dan gunakan pateri pada sambungan. Hal yang dianjurkan untuk dilakukan adalah bahwa kabel-kabel dilakukan tinning terlebih dahulu sebelum memateri. Gambar di atas memperlihatkan sambungan hook splice.

menyolder diode

  • Ketika menghubungkan komponen-komponen yang sensitif terhadap panas ke terminal post atau terminal strip hal yang dianjurkan untuk dilakukan adalah menggunakan heat sink device. Gambar di atas memperlihatkan heat sink yang dihubungkan di antara silicon diode dan terminal post. Heat sink berfungsi sebagai beban panas (heat load) sehingga mengurangi transfer panas ke diode.

 

 

Safety Relay

Fungsi safety relay adalah sebagai penghubung antara starting switch dengan starting motor. Safety relay juga berfungsi untuk:

  • motor pinion

    Mencegah mengalirnya arus ke starting motor jika starting switch diputar ke posisi start sementara engine sudah

  • Secara otomatis memutus arus ke starting motor, sehingga pinion gear starting motor lepas dari ring gear (setelah engine hidup) walaupun starting switch masih berada pada posisi start.
  • Mencegah arus mengalir ke starting motor jika starting switch diputar ke posisi start pada saat starting motor masih berputar karena gagal menghidupkan engine (safety relay old model).

Safety Relay Old Model
safety relay old model

Konstruksi safety relay old model banyak digunakan pada unit-unit terdahulu yang saat ini sudah tidak dipakai lagi. Di bawah ini ditunjukkan konstruksi dan sirkuit dari safety relay old model.

safety relay old model 2

Safety Relay New Model

Konstruksi dan sirkuit dari safety relay new model adalah sebagai berikut:
safety relay new model

Saat starting switch diposisikan start, maka jalannya arus adalah:
cara kerja safety relay new model

Ketika engine telah hidup sedang posisi starting switch masih pada posisi start, jalannya arus adalah:
cara kerja safety relay

Karena kontaktor T terbuka, maka starting motor tidak bekerja. R3 dan C1 digunakan sebagai pengaman agar arus ke starting motor tidak bekerja (segera terputus) ketika altenator mulai menghasilkan arus/tegangan, sedangkan zener diode Z digunakan untuk mencegah transistor Q1 on sebelum tegangan yang dihasilkan alternator sesuai spesifikasi yang ditentukan.