BAB II
LANDASAN TEORI
A. Sistem Starting
Sistem starter adalah suatu sistem yang dapat merubah energi listrik
menjadi energi mekanik yang dapat mengerakkan motor starter. Motor starter
harus bisa menghasilkan momen yang cukup besar meskipun daya tersedia pada
baterai cuma 12 volt. Sekarang ini, kebanyakan kendaraan menggunakan jenis
motor gulungan series yang sumber tenaganya battery untuk motor starter.
Motor jenis gulungan series menghasilkan putaran rendah dengan daya
yang besar. Apabila bebannya dikurangi, gaya putarnya akan berkurang namun
kecepatan putarnya akan meningkat. Karena itulah, kecepatan putarannya akan
beragam. Karena mesin tidak dapat berputar dengan sendirinya, dibutuhkan
tenaga dari luar untuk mengengkol dan membantunya untuk hidup. Diantara
berbagai peralatan yanga ada, sekarang automobil menggunakan motor listrik
yang dikombinasikan dengan magnetic switch untuk mendorong pinion gear
yang berputar ke dalam atau keluar dari/hubungan dengan ring gear yang ada
pada roda penerus (flywheel) mesin.
Motor starter harus dapat membangkitkan momen puntir yang besar dari
sumber tenaga baterai yang terbatas. Pada waktu yang bersamaan harus ringa dan
kompak. Oleh karena itu maka dipergunakanlah motor seri DC (direct current).
Mesin tidak akan dapat start sebelum melakukan siklus operasionalnya berulang-
ulang yaitu langkah hisap, kompresi, pembakaran dan buang. Langkah pertama
untuk menghidupkan mesin, kemudian memutarkannya dan menyebabkan siklus
pembakaran pendahuluan. Motor starter minimal harus dapat memutarkan mesin
pada kecepatan minimum yang diperlukan untuk memperoleh pembakaran awal.
Kecepatan putar minimum yang diperlukan untuk menghidupkan mesin berbeda
tergantung pada konstruksi dan kondisi operasinya tetapi pada umumnya 40
sampai 60 rpm untuk motor bensin dan 80 sampai 100 rpm untuk motor diesel.
Motor starter harus dapat menghasilkan gaya putar yang bisa tahan
terhadap gaya kompresi dari cylinder mesin dan gaya gesek yang timbul dari
komponen di dalam mesin, sehingga gaya putarnya harus cukup besar. Jenis yang
paling cocok diantara jenis motor yang ada untuk keperluan tersebut adalah jenis
motor gulungan series. Ketentuan yang diperlukan adalah sebagai berikut; gaya
putar untuk starting mesin harus besar, harus bisa sekecil dan seringan mingkin
dan mempunyai output yang besar, harus dapat bekerja dengan kapasitas arus
yang kecil, tahan terhadap guncangan, dan tahan terhadap kejutan mekanis.
Karena karakteristik motor starter semakin rendah putarannya, ia akan
mengambil arus lebih besar dari baterai, dan baterai mungkin tidak mampu untuk
memberikan tenaga yang cukup ke sistem pengapian (pada motor bensin) selama
pemutaran awal, karena tegangan di terminal baterai banyak turun. Bila ini
terjadi, maka kemampuan pembakaran akan menurun, karena tegangan yang
masuk ke kumparan primer dari ignition coil tidak cukup, menyebabkan tegangan
sekunder yang dikirimkan ke busi tidak cukup.
Kaidah ulir kanan: Bila arus mengalir dalam suatu penghantar
(conductor), medan magnet akan bangkit pada arah yang terlihat pada ilustrasi di
dibawah sesuai kaidah ulir kanan.
Gambar 2.1. Kaidah Ulir Kanan
Kaidah tangan kiri Fleming : Jika tangan kiri diposisikan sehingga ibu
jari, telunjuk dan jari tengah seperti terlihat pada gambar. Telunjuk digunakan
untuk menunjukkan arah dari garis gaya magnet, dan jari tengah untuk menunjuk
arah arus listrik, kemudian ibu jari menunjukkan arah pergerakan dari kawat.
Gambar 2.2. Kaidah Tangan Kiri Fleming
1. Prinsip Kerja Motor Starter
Prinsip kerja dari motor starter adalah sebagai berikut: Saat kunci
kontak start maka arus akan mengalir dari baterai menuju selenoid, brush
starter kemudian ke komutator dan dilanjutkan ke brush negatif dan berakhir
di massa. Motor starter berfungsi untuk mengerakkan fly wheel, fly wheel
berfungsi untuk menerima dan mempertahankan daya putar poros engkol
sehingga piston dapat bergerak turun naik melakukan proses pembakaran.
starter selenoid berfungsi sebagai kontak penghubung antara kunci kontak
dengan motor starter. Apabila pada starter selenoid terjadi aliran arus maka
motor starter akan berputar. Sementara alternator berfungsi untuk mengisi
baterai, output dari alternator diatur tetap konstan dengan menggunakan
voltage regulator. Start motor terdiri dari tiga komponen utama sesuai dengan
prinsip kerjanya.
a) Komponen untuk meghasilkan gaya putar
b) Komponen untuk menyalurkan gaya putar ke engine fly-wheel ring gear
c) Komponen penghubung agar pinion dengan flywheel ring gear bisa
bertemu melalui gerakan meluncur.
Ketika komponen utama ini ukuran dan banyaknya kutub dan brush
berbeda, mengikuti tegangan sumber dan outputnya. Namun demikian
umumnya struktur dan prinsip kerjanya adalah sama.
Gambar 2.3. Prinsip Kerja Rangkaian Motor Starter
2. Gaya Putar Untuk Starting
Gaya putar dan kecepatan yang diperlukan untuk motor starter mesin
akan tergantung dari jenis mesinnya (volume cylinder, rasio kompresi, dan
jenis pengapiannya) atau temperatur (temperatur daerah setempat atau
temperatur oli pelumasi). Performa starting umumnya dipengaruhi oleh status
battery, sumber kelistrikan. Karena itulah, pada saat akan menentukan
performa starting motor kondisi mesin, karakteristik start motor dan performa
battery harus dipertimbangkan juga.
Tahanan putar pada mesin ditentukan oleh gaya yang diperlukan untuk
menekan campuran udara dan bahan bakar di dalam cylinder dan gaya gesek
pada cylinder, piston ring, bearing dan gear. Pada saat mesin distart, gaya
putar yng diperlukan pada motor starter untuk memutar crank shaft melawan
tahanan putar disebut dengan starting rotation force (gaya putar starter). Gaya
putar starter dapat dinaikkan dengan cara memperbesar rasio antara flywheel
ring gear dan pinion gear (sekitar 10-15:1). Rasio ini dapat diperloleh dengan
persamaan sebagai berikut. Gaya putar motor ini akan besar begitu voleme
cylinder volume atau rasio kompresinya besar, begitu juga pengaruh dari
tempratur luar.
3. Putaran Awal Untuk Start Mesin
Untuk menghidupkan mesin, kecepatan dan gaya putar harus lebih dari
gaya putar crankshaft. Jika kecepatan putarannya terlalu rendah, maka gas
yang ditekan antara cylinder dan piston akan lemah, sehingga tekanan
kompresi untuk starting dapat diperoleh. Untuk mesin bensin, jika tegangan
yang disuplai ke ignition coil terlalu rendah, maka pengapiannya akan gagal.
Untuk mesin diesel, jika kompresi adiabatic tidak mencukupi untuk
dilakukan, maka selanjutnya temperatur untuk membakar bahan bakar tidak
akan dapat diperoleh.
Batas terendah kecepatan putaran untuk menghidupkan mesin disebut
dengan minimum starting rotation speed (kecepatan putar starting minimal).
Kecepatan putaran mesin diesel sedikit lebih besar disbanding dengan mesin
bensin. Umumnya kecepatan putaran minimal akan tinggi begitu
temperaturnya tinggi. Juga beragam tergantung dari jumlah cylinder, jumlah
siklus, bentuk ruang bakar, jenis pengapian dan seterusnya. Untuk mesin 2 tak,
kecepatan putaran minimum adalah sekitar 150-200 rpm dengan suhu 15 derat
celcius. Untuk mesin 4 langkah, putarannya lebih dari 100 rpm untuk mesin
bensin, dan 180 rpm untuk mesin diesel.
(Rotation Resistance of engine) x (Tooth number of pinion gear)
Rotating force =
(Tooth number of flywheel ring gear)
4. Performa Starting Pada Mesin
Output pada start motor beragam tergantung dari kapasitas battery dan
temperatur. Gambar 2.4 menunjukkan satu contoh aneka karakteristik
berdasarkan ragam battery yang mempunyai kapasitas berbeda untuk
menjalankan start motor.
Gambar 2.4. Karakteristik Start Motor Berdasarkan Kapasitas Battery
Pada saat kapasitas battery kecil, tegangan terminal akan turun dan
kecepatan putarannya juga lambat untuk menghidupkan mesin, sehingga
output-nya akan berkurang. kemudian, seperti tampak pada gambar Fig. 2.5,
kapasitas aktualnya juga diturunkan begitu temperaturnya rendah, sehingga
output pada start motor juga berkurang. Karena itulah, pada bebarapa hal,
performa starting akan menurun.
Gambar 2.5. Karakteristik Start Motor Terhadap Temperatur
Gambar 2.6 menunjukkan hubungan antara kecepatan putaran mesin
yang diputar oleh motor starter dan gaya putar untuk menjalankan mesin
melalui pinion gear dan flywheel ring gear. Ketika temperaturnya rendah,
tingkat kekentalan oli pelumas akan naik, sehingga tahanan putar dari mesin
juga akan naik. Namun, gaya putar penggeraknya akan berkurang karena
penurunan kapasitas battery.
Gambar 2.6. Karakteristik Engine Starting
B. Komponen-Komponen Sistem Starter
1. Komponen Elektromotor/Komponen Berputar
Komponen electromotor terdiri dari komponen yang berputar
(armature, commutator, etc) dan komponen tetap (field coil, pole core, brush,
dst.).
a) Armature
Armature terdiri dari shaft dan inti besi, kemajemukan gulungan
armature coil yang dibungkus disekelilingnya dan commutator. Kedua
ujung shaft ditopang oleh bearing dan dapat berputar dengan inti besi
yoke. Shaft pada armature terbuat dari baja khusus untuk mencegah agat
tidak mudah patah, penyok atau berubah dari gaya yang besar. Shaft
tersebut mempunyai satu spline dimana pinion bisa meluncur. Shaft
tersebut harus kuat agar tidak mudah aus.
Inti besi dari armature terdiri dari banyak lembaran baja tipis yang
dibungkus dan dilekatkan untuk mengalirkan magnetic flux dengan baik
dan untuk mengurangi pusaran arus. Bahannya terdiri dari besi, nikel atau
cobalt yang mempunyai daya permanen magnet yang besar. Untuk daerah
luarnya, ada slot untuk armature coil dengan tujuan agar inti besinya tidak
overheating. Inti besi pada armature akan menjadi sirkuit magnetik bagi
medan magnet yang dihasilkan dari inti kutub dan merubah gaya
electromagnetic yang dihasilkan diantara gaya magnetik dari inti kutub
dan armature coil ke gaya putar. Karena itulah, semakin besar armature
coil, maka semakin besar pula gaya putarnya.
Gambar 2.7. Struktur Armature
Armature coil harus mempunyai arus yang besar sehingga terbuat
dari conductor persegi yang digulung. Coil disisipkan ke dalam slot yang
sudah diisolasi dimana satu ujung coil dihubungkan ke kutub N dan ujung
lainnya dihubungkan ke kutub S. kedua ujung coil tersebut disolder ke
commutator. Karena itulah gaya putar yang dihasilkan dari masing-masing
coil pada saat arusnya dialirkan ketika itu, memutar armature.
Gambar 2.8. Struktur Armature Coil
Bentuk inti besinya tampak terlihat pada gambar 2.9. Umumnya
dua coil disisipkan ke dalam satu, sehingga bentuk bagian melintangnya
seperti tampak pada gambar 2.9 (a), (b) dan (c). bahan untuk membungkus
armature coil adalah kertas mica, fiber atau plastik.
Gambar 2.9. Bentuk Slot Inti Besi Armature
b) Commutator
Seperti tampak pada gambar 2.10, ada beberapa pelat tembaga
commutator yang disusun dalam bentuk melingkar dengan insulator (mica)
diantara pelat tersebut. Armature coil disolder dengan pelat commutator.
Dengan cara tersebut maka arus dapat mengalir dari brush dalam satu arah
ke armature coil.
Gambar 2.10. Commutator dan Undercut
Bagian dalam komponen commutator lebih tipis dari komponen
bagian luar. Untuk mencegah agar tidak tidak lepas, maka komponen ini
digabungkan dengan mica berbentuk V atau ring penjepit berbentuk V.
masing potongan pelat commutator dibungkus oleh mica yang mempunyai
ketebalan sekitar 1mm dan diameter 0.5~0.8mm (max 0.2mm) lebih kecil
dari diamter luar commutator.
Bagian kecil ini disebut dengan undercut yang mempunyai peran
penting dalam melindungi commutator dari pemutusan, penyelarasan yang
kurang baik, atau kerusakan karena getaran. Pelama berputar commutator
selalu dihubungkan dengan brush, sehingga terdapat arus yang besar
diantara brush dan commutator. Karena itulah temperaturnya bisa tinggi
dan mudah rusak. Karena itulah komponen start motor kuat dan tahan
lama.
2. Komponen Tetap (Fixed Part)
Fixed part (komponen tetap) pada start motor terdiri dari yoke yang
menghasilkan medan magnet untuk memutar armature, pole core, field coil,
brush untuk mengirimkan arus dari field coil ke armature coil melalui
commutator, brush holder, dan rangka depan-belakang untuk menopang
armature shaft.
a) Yoke & Inti Kutub
Yoke adalah jalan bagi magnetic field sama seperti frame pada start
motor. Dibagian dalam permukaannya ada inti kutub, yang mempunyai
peranan pada kutub magnetik mendukung field coil, ini kutub ini dipasang
dengan sekrup. Pada saat field coil dililit sekelilingnya dengan inti kutub,
ini kutub tersebut akan menjadi electromagnet ketika arus dialirkan ke
field coil. Besarnya electromagnet ditentukan oleh jumlah inti kutub. Jika
jumlah initi kutubnya adalah 4 maka electromagnet mempunyai 4 kutub.
Gambar 2.11. Yoke dan Inti Kutub
b) Field Coil
Field coil berfungsi untuk membangkitkan medan magnet ke
suatu kumparan. Field coil terbuat dari lempengan tembaga untuk dapat
mengalirkan arus listrik yang cukup besar. Arus mengalir melewati field
coil untuk menghasilkan kemagnetan yang kuat pada pole core dan
memperkuat garis gaya magnet. Field coil disambungkan secara seri
dengan armature coil agar arus juga mengalir ke armature coil.
Gambar 2.12. Field Coil
c) Brush & brush holder
Empat brush menyalurkan arus ke armature coil melalui
commutator. Dua diantaranya ditopang oleh insulated holder dan
dihubungkan ke commutator (disebut dengan brush positif (+)) , dan kedua
brush lainnya ditopang oleh grounded holder dan dihubungkan ke
commutator (disebut dengan brush negatif (-)).
Brush terbuat dari carbon, graphitic carbon, electrical graphitic
carbon, atau metallic graphitic carbon yang mempunyai kemampuan
pelumasasan dan kemampuan mengalirkan arus listrik dengan baik.
Karena start motor mempunyai arus yang besar dan dijalankan dalam
jangka waktu yang pendek, maka bahan metallic graphitic carbon untuk
tegangan rendah dan arus listrik besar biasanya dipakai oleh start motor.
Metallic graphitic carbon brush terbuat dari bubuk tembaga dan
graphite yang mempunyai rasio tembaga sekitar 50~90%, sehingga tingkat
tahanannya rendah. Agar supaya brush dapat mensuplai arus ke armature
coil melalui commutator, brush harus kontak ke commutator menggunakan
spring tension untuk menggeser holder ke atas dan bawah. Kekuatan
spring tension pada brush adalah sekitar 0.5~1.0 kgf/Ω. Jika brush
sepertiganya sudah aus maka harus diganti dengan yang baru.
Gambar 2.13. Brush dan Brush Holder
d) Armature Brake
Armature brake befungsi untuk pengereman putaran armature
setelah lepas dari perkaitan dengan roda penerus. Putaran armature perlu
dipercepat berhentinya supaya mesin dapat langsung hidup pada saat start
pertama setelah starter switch di-OFF-kan.
Gambar 2.14. Armature Brake
e) Drive Lever ( Tuas Pengungkit)
Drive lever berfungsi untuk mendorong pinion gear ke arah posisi
berkaitan dengan roda penerus, dan melepaskan perkaitan pinion gear dari
perkaitan roda penerus.
Gambar 2.15. Drive Lever
f)
Top Related