TOPIK 1 DASAR DASAR KELISTRIKAN 1.0
KONSEP DASAR
Gambar 1
Apa yang dimaksud dengan listrik? Kita seringkali berkata bahwa lampu senter, bor dan motor listrik itu mengandung sesuatu yang disebut listrik. Tapi kalau itu komputer atau televisi maka kita menyebutnya sebagai peralatan elektronik. Jadi apakah perbedaan antara listrik dengan elektronik? Sesuatu yang berkerja dengan kelistrikan disebut listrik, termasuk senter dan bor listrik tadi, tetapi tidak semua rangkaian listrik menggunakan komponen elektronik. Istilah elektronik mengacu pada peralatan yang tersusun dari komponen-komponen yang terbuat dari bahan-bahan semikonduktor dan disebut komponen elektronik. Dinamakan komponen elektronik karena cara kerjanya bergantung pada aliranaliran elektron didalam bahan komponen ini. Untuk lebih mengerti kelistrikan, dibutuhkan pengetahuan mendasar tentang bentuk dasar atom dari suatu bahan. Zat adalah sesuatu yang memiliki massa dan menempati ruang. Terdapat tiga bentuk zat yaitu padat, cair, dan gas. Buku ini akan meyajikan pemahaman mendasar mengenai teori, prinsip-prinsip yang dibutuhkan sebelum kita belajar dan bekerja dengan rangkaian listrik dan komponennya. Bahan dan Unsur
Zat yang menempati ruang, akan terpengaruh oleh gaya gravitasi karena ia memiliki berat. Suatu bahan terdiri dari partikel-partikel yang sangat kecil yang membentuk sebuah atom. Kira-kira ada 100 jenis atom yang terjadi secara alamiah yang disebut unsur-unsur. Suatu unsur didefinisikan sebagai suatu zat yang tidak dapat diuraikan lagi dengan reaksi kimia. Contoh dari unsur adalah tembaga, timah, besi, emas dan perak. Selain unsur-unsur alamiah diatas, ada 14 jenis unsur lagi yang telah dihasilkan dari percobaanpercobaan laboratorium. Semua unsur-unsur tersebut dapat digabungkan atau direaksikan untuk menghasilkan senyawa-senyawa yang jumlahnya setiap hari semakin bertambah tak terhitung banyaknya. Atom adalah bagian terkecil dari suatu unsur yang masih memiliki karakter yang sama dengan unsur tersebut. Kata atom berasal dari bahasa yunani yang berarti partikel terkecil yang tidak dapat dibagi lagi. Atom Meskipun atom tidak dapat dilihat, atom adalah stuktur hipotetis yang penjelasannya sesuai dengan hasil eksperimen yang dapat terukur secara akurat. Ukuran dan perpindahan muatan listrik yang juga tidak dapat dilihat yang terdapat pada atom-atom dapat diketahui dari seberapa besar mereka dibelokkan oleh suatu gaya yang diketahui besarnya. Atom dapat digambarkan seperti sebuah sistem matahari atau solar system dimana planet-planet yang sama dengan muatan-muatan listrik mengitari matahari yang dianggap sama dengan inti atom. Penggambaran seperti ini disebut “model atom tata surya” yang diusulkan oleh Neils Borh pada tahun 1913.
Gambar 2 Atom
Inti dari sebuah atom (gambar 2) yang disebut sebagai nukleus terdiri dari partikel-partikel yang disebut neutron dan proton. Benda-benda yang mengelilingi setiap nukleus adalah partikel-partikel kecil yang disebut elektron. Normalnya didalam suatu atom, jumlah antara proton dan elektron sama banyaknya. Jumlah elektron atau proton itu ditunjukkan dengan “nomor atom”. “Berat atom” dari suatu unsur adalah berat total dari proton dan neutron.
Gambar 3 Neutron, Proton, Elektron
Gambar 3 menunjukan bentuk dari dua atom yang sederhana:
Hidrogen berisi 1 proton yang terletak pada nukleus yang diseimbangkan dengan 1 elektron pada orbit atau kulitnya. Nomor atom untuk sebuah atom hidrogen adalah 1 dan berat atom adalah 1(1proton).
Helium memiliki 2 proton didalam nukleus-nya dan di seimbangkan dengan 2 elektron pada orbitnya. Nomor atom untuk helium adalah 2 dan berat atomnya 4 (2 proton + 2 neutron). Para ilmuwan telah menemukan bahwa ada banyak partikel di dalam sebuah atom, tetapi pada bahasan dasar kelistrikan ini, hanya tiga yang perlu dibahas yaitu elektron, proton, dan neutron. Sebuah atom tembaga dapat digunakan sebagai contoh.
Gambar 4 – Atom Tembaga
Ukuran nukleus pada atom lebih besar dari pada elektron, namun karena kecilnya kita tidak bisa mengukurnya secara langsung. Pada atom tembaga (gambar 4), nukleus terdiri 29 proton (+) dan 35 neutron dan memiliki 29 elektron (-) yang mengelilingi nukleus. Nomor atom pada tembaga adalah 29 dan berat atom adalah 64. Aliran Elektron
Gambar 5 Aliran elektron Jika sebuah kawat tembaga yang dihubungkan dari kutub positif ke kutub negatif sumber, seperti pada sebuah baterai (gambar 5), elektron-elektron (-) pada atom-atom tembaga akan terdorong keluar dari orbit atom dan ditarik menuju kutub positif baterai. Atom yang tertinggal sekarang menjadi bermuatan listrik positif (+) karena ia telah kekurangan elektron. Atom ini dapat menarik elektron dari atom disebelahnya Atom-atom disebelahnya lagi juga dapat menerima elektron dari atom-atom disekitarnya dan seterusnya sampai atom terakhir menerima elektron dari kutub negatif baterai. Hasil dari reaksi berantai inilah yang menyebabkan elektron dapat mengalir dari kutub negatif menuju kutub positif. Aliran eletron akan berlanjut terus selama muatan positif dan negatif baterai dipertahankan agar tetap selalu ada dikedua ujung kawat. Energi Listrik Ada dua macam gaya yang bekerja pada setiap atom. Dalam keadaan kondisi normal kedua gaya ini seimbang. Kedua gaya tersebut adalah gaya gravitasi atau gaya sentrifugal dan gaya tarik-menarik antara muatan positif dan muatan negatif. Selain memiliki masa, proton dan elektron juga membawa muatan listrik, dan gaya tarik-menarik antara keduanya itu adalah akibat muatan-muatan listrik yang dibawanya. Tidak seperti gaya gravitasi yang selalu tarik menarik, gaya listrik selain dapat saling tarikmenarik juga tolak-menolak. Proton dan elektron akan saling tarik-menarik, sedangkan antara proton dengan proton lainnya atau antara elektron dengan elektrokan lainnya akan saling tolak menolak.
Gambar 6 Gaya diantara benda-benda bermuatan
Jadi ada dua muatan listrik. Proton disebut bermuatan positif (+) dan elektron disebut bermuatan negatif (-). Neutron sebagaimana arti namanya, bermuatan netral. Kualitas pembeda sifat kelistrikan yang didasarkan pada jenis muatan ini disebut “polaritas”. Inilah yang membentuk hukum-hukum dasar kelistrikan. “Muatan-muatan yang SAMA akan saling tolak menolak dan yang TIDAK SAMA akan saling tarik menarik (Gambar 6)”. Benda-benda Bermuatan Listrik
Gambar 7 Pola medan elektrostatik disekitar partikel-partikel yang bermuatan tidak sama
Gaya tarik menarik atau tolak menolak dari muatan listrik yang disebabkan oleh sesuatu yang tidak dapat dilihat ini dapat dibayangkan sebagai suatu medan listrik, yang mengelilingi setiap benda bermuatan. Gambar 7 menunjukan gaya antara partikel bermuatan positif dan negatif yang digambarkan sebagai garis-garis gaya medan elektrostatik yang bermula pada partikel bermuatan positif dan berakhir pada partikel bermuatan negatif. Cara konvensional dalam menggambarkan garisgaris ini adalah dengan anak panah-anak panah yang bermula dari muatan positif dan menuju muatan negatif.
Gambar 8 Pola medan elektrosatik dua benda yang bermuatan negatif
Ketika dua kutub dengan muatan yang sejenis diletakkan berdekatan satu sama lain, garis-garis gaya tersebut akan saling tolak menolak seperti ditunjukan pada gambar 8.
1.1
ISTILAH-ISTILAH DALAM KELISTRIKAN
Beda potensial Karena adanya gaya dari medan elektrostatik, sebuah muatan listrik memiliki kemampuan untuk menggerakkan muatan lain dengan cara saling tarik menarik atau tolak menolak. Kemampuan untuk menarik atau menolak ini disebut “potensial”. Dimana saja terdapat perbedaan muatan maka disitu juga terjadi beda potensial. Besar beda potensial pada semua muatan didalam medan elektrostatik dihubungkan dengan besaran yang disebut tenaga elektromotif (EMF). Satuan dari beda potensial diberi lambang "Volt"(E) berasal dari nama Alessandro Volta, seorang ahli ilmu pengetahuan yang berkebangsaan Italia dan penemu dari "Voltaic Pile", yaitu baterai pertama yang mengunakan sel. Lambang dari potensial adalah V, mengindikasikan kemampuan untuk melakukan kerja dengan cara mendorong elektron untuk berpindah. Karena satuan yang digunakan untuk menyatakan tegangan adalah voltage (volt) maka beda potensial juga sering disebut "voltase“. Ada banyak cara untuk menghasilkan tegangan listrik, antara lain dengan gesekan, sinar matahari, reaksi kimia dan dengan induksi elektromagnetik. Tertariknya kertas pada sebuah sisir yang telah digosok dengan kain wol adalah salah satu contoh dimana tegangan dapat dihasilkan dengan
cara gesekan. Dengan sinar matahari seperti pada fotosel, dari sebuah kalkulator, adalah sebuah contoh dimana tegangan dibangkitkan dari energi matahari. EMF Induksi (Counter EMF) Garis-garis gaya magnetik yang keluar dari sebuah kawat, berbentuk lingkaran-lingkaran kosentris. Fenomena ini terjadi karena adanya arus yang mengalir didalam kawat dan menghasilkan medan magnetik. Pada seutas kawat yang lurus, garis-garis medan memiliki sedikit pengaruh karena mereka tidak melintasi kawat-kawat lain. Jika penghantar dibentuk menjadi sebuah kumparan, garis-garis gaya magnet ini akan menginduksi balik kumparan itu sendiri (self-induction). Induksi ini disebut dengan EMF balik atau EMF induksi. EMF induksi dinyatakan dengan sebuah hukum yang disebut hukum Lenz. Polaritas dari EMF induksi akan selalu berlawanan dengan polaritas yang menghasilkannya Coulomb Diperlukan suatu satuan ukuran untuk menyatakan besar muatan listrik. Seorang ilmuwan Perancis yang bernama Charles Coulomb telah menyekidiki hukum gaya-gaya diantara benda-benda bermuatan, dan sebagai penghormatan kepadanya maka satuan muatan listrik adalah "coulomb“. Ditulis dalam notasi ilmiah, satu coulomb = 6.28 x 1018 buah elektron atau proton. Dalam terminologi yang lebih sederhana, misalnya didalam sepotong penghantar tembaga, satu ampere adalah suatu arus listrik dari 6.28 milyar elektron yang melewati penghantar tersebut dalam satu detik. Arus
Gambar 9 Arus listrik pada sebuah penghantar Di dalam teori-teori elektrostatik seperti yang telah dibahas sebelumnya, pembahasan terutama pada adanya
gaya-gaya di antara muatan-muatan. Teori lain yang masih membutuhkan penjelasan menganggap bahwa terjadi "gerakan“ di dalam penghantar. Gerakan muatan-muatan ini didefinisikan sebagai arus listrik (gambar 9). Adanya medan elektrostatik, akan menarik sebuah elektron dengan cara yang sama seperti yang terjadi pada benda-benda bermuatan negatif. Ia akan ditolak oleh muatan negatif lainnya dan akan ditarik oleh muatan positif. Gerakan-gerakan kecil elektron inilah yang membentuk arus listrik (gambar 9). Besar muatan listrik diyatakan dalam “Ampere”. Simbol satuannya adalah "A“. Ampere adalah suatu ukuran rata-rata dari muatan-muatan yang mengalir didalam sebuah penghantar. Satu ampere didefinisikan sebagai mengalirnya muatan sebesar satu coulomb dalam satu detik. Anggapan Konvensional dan Aliran Elektron
Gambar 10 Arus elektron dan arus konvensional Ada dua penjelasan mengenai arus yang mengalir melalui sebuah penghantar. Sebelum diketemukannya “teori
atom”, untuk menjelaskan komposisi dari suatu zat, para ahli ilmu pengetahuan telah lama mendefinisikan arus sebagai gerakan muatan-muatan positif di dalam penghantar yang berasal dari titik yang berpolaritas positif menuju titik yang berpolaritas negatif. Aggapan ini masih tetap dipegang oleh beberapa badan standar teknik dan didalam beberapa textbook. Ada beberapa contoh yang benarbenar menunjukkan bahwa arus listrik merupakan gerakan muatan-muatan positif seperti yang terjadi didalam cairan, gas dan semikonduktor. Teori yang menjelaskan adanya aliran arus dengan cara ini disebut "Teori arus konvensional“ (Gambar 10). Dengan menerapkan teori atom, maka telah dibuktikan bahwa aliran arus yang mengalir didalam penghantar sebetulnya adalah aliran muatan negatif atau aliran elektron. Aliran elektron berlawanan dengan arah aliran arus konvensional dan biasanya disebuh "arus elektron“ (gambar 10). Kedua teori di atas dapat digunakan, tapi teori "arus konvensional“ yang menyatakan arus mengalir dari kutub positif menuju kutub negatif ternyata telah lebih dulu menjadi populer, sehingga teori inilah yang akan digunakan di dalam modul ini. Tahanan George Simon Ohm telah menemukan bahwa untuk nilai suatu tegangan yang konstan, maka jumlah arus yang mengalir dalam suatu bahan bergantung pada jenis dan dimensi fisik bahan tersebut. Semua bahan menunjukkan adanya sifat "resistansi“ atau menahan aliran elektron. Apabila sifat menahan ini kecil maka bahan tersebut disebut konduktor, jika sebaliknya, sifat menahan besar maka bahan tersebut disebut isolator. Ohm adalah satuan tahanan listrik dan huruf yunani (Ω) diambil sebagai simbolnya. Suatu bahan disebut memiliki tahanan sebesar satu ohm apabila ada suatu beda potensial sebesar satu volt yang melintasi bahan itu akan menghasilkan arus sebesar satu ampere. Tahanan listrik akan selalu ada di setiap rangkaian listrik, komponen-komponen, kawat dan hubunganhubungan. Ketika suatu tahanan menahan arus listrik, maka pada saat itu juga energi listrik diubah menjadi bentuk energi lain seperti panas, cahaya atau gerakan mekanis. Besar resistansi suatu penghantar ditentukan oleh empat faktor :
Gambar 11 Struktur Atom
1. Struktur atom (adanya elektron bebas). Semakin banyak elektron bebas yang dimiliki sebuah material, Semakin kecil tahanannya terhadap arus (Gambar 11).
Gambar 12 Resistansi 2. Panjang. Semakin panjang sebuah penghantar dengan luas penampang yang sama, semakin besar tahanannya. Jika sebuah kawat di panjangkan dua kali (Gambar 12) maka besar tahanan antara kedua ujungnya akan bertambah dua kali juga.
Gambar 13 Perbandingan luas penampang penghantar-penghantar
3. Luas (luas penampang). Semakin luas penampang dari konduktor, Semakin rendah tahanan (diameter sebuah pipa besar mengijinkan lebih banyak air yang lewat). Dengan membagi dua luas penampang suatu kawat (gambar 13), maka besar resistansi akan menjadi dua kali, asal panjangnya dibuat tetap.
Gambar 14 Perubahan nilai resistansi terhadap temperature
4. Temperature. Untuk hampir semua bahan, semakin tinggi temperature semakin tinggi tahanan. Gambar 14 menunjukan tahanan yang meningkat ketika temperatur bertambah. Farad Kemampuan sebuah kapasitor untuk meyimpan elekton disebut kapasitansi. Kapasitansi diukur dalam farad (sebagai penghargaan terhadap Michael Faraday, penemu prinsip ini). Satu farad adalah kemampuan untuk menyimpan 6.28 Milyar elektron pada 1-Volt beda muatan. Kebanyakan kapasitor yang dibuat memiliki nilai kapasitansi yang jauh lebih kecil dari nilai ini. Oleh karena itu, satuannya biasanya dinyatakan dalam picofarad (sepertrilyun farad) dan microfarad (sepersejuta farad).
1 farad = 1F 1 microfarad = 1µF = 0.000001F 1 picofarad = 1pF = 0.000000000001F
Hertz Sebuah alternator menghasilkan arus bolak-balik yang polaritasnya bergantian diantara nilai positif dan negatif dalam suatu siklus atau periode. Jumlah periode ini dinyatakan dalam satuan Hertz.
1.2
RANGKAIAN-RANGKAIAN LISTRIK DAN HUKUM-HUKUMNYA
Gambar 15 Rangkaian seri dan paralel
Sebuah rangkaian listrik adalah suatu lintasan atau suatu kelompok yang memiliki lintasan-lintasan yang saling berhubungan. Rangkaian listrik adalah suatu lintasan tertutup (rangkaian tertutup) yang didalamnya terdapat suatu sumber tegangan atau disebut sumber saja. Ada dua jenis rangkaian dasar, yaitu rangkaian seri dan paralel (gambar 15). Rangkaian dasar seri dan paralel ini dapat digabungkan untuk membentuk rangkaian yang lebih kompleks. Namun rangkaian-rangkaian gabungan ini dapat disederhanakan dan dianalisis menjadi dua rangkaian dasar tersebut. Hukum-hukum Rangkaian Listrik Penting untuk memahami hukum-hukum yang dibutuhkan untuk menganalisis dan mendiagnosa rangkaian-rangkaian listrik. Hukum-hukum tersebut adalah Hukum Kirchoff dan Hukum Ohm. Gustav Kirchoff mengembangkan dua hukum untuk menganalisa rangkaian-rangkaian listrik. Hukum-hukum tersebut dinyatakan sebagai berikut : 1. Hukum Arus Kirchoff (KCL = Kirchoff Current Law) menyatakan bahwa jumlah aljabar dari arus-arus yang mengalir pada suatu titik sambungan pada sebuah rangkaian listrik sama dengan nol. Secara sederhana dapat dinyatakan bahwa jumlah aljabar arus-arus yang memasuki suatu titik sambungan akan selalu sama dengan jumlah arus yang meninggalkan titik sambungan itu (tidak ada yang berkurang). 2. Hukum Kirchoff Tegangan (KVL = Kirchoff Volatge Law) menyatakan bahwa jumlah aljabar emf dan jatuh tegangan diseluruh rangkaian tertutup akan sama dengan nol. Secara sederhana dapat dinyatakan bahwa pada suatu titik tertentu dalam rangkaian tertutup, jika kita melintasi seluruh rangkian dan menjumlahkan semua beda potensial yang terdapat diseluruh bagianbagian rangkaian sampai kita menemukan titik yang sama dimana kita mulai maka jumlah tegangan seluruhnya akan sama dengan nol. George Simon Ohm menemukan adanya suatu hubungan antara tiga parameter kelistrikan (tegangan, arus dan resistansi) yaitu : Arus didalam suatu rangkaian listrik berbanding lurus dengan tegangan dan berbanding terbalik dengan resistansi. Hubungan diatas dapat diringkas dengan pesaman matematika Arus
Tegangan Hambatan
Atau dinyatakan dalam satuan listrik Ampere
Volt Ohm
Pada saat kita menggunakan persamaan-persamaan matematika untuk menyatakan hubungan antara besaran-besaran listrik, kita mewakilinya dengan menuliskan satu huruf tunggal. Tahanan diwakili dengan huruf R atau simbol Omega (Ω), Tegangan di wakili dengan huruf E (emf = electromotive force = gaya gerak listrik) dan arus diwakili dengan huruf I (Intensitas muatan). Huhum OHM akan dibahas lebih detail dalam Topik 3, mengenai Rangkaian-rangkaian Listrik. Penghantar Listrik Pada peralatan listrik, elektron-elektron mengalir disepanjang lintasan yang disebut penghantar atau kawat. Mereka bergerak dari satu atom ke atom lainnya. Beberapa bahan mempunyai sifat mudah menghantarkan elektron dan disebut suatu “konduktor yang baik”. Contoh bahan yang merupakan konduktor yang baik adalah perak, tembaga, emas, cromium, alumunium dan tungsten. Suatu bahan bisa disebut konduktor yang baik jika ia memiliki banyak elektron bebas. Besar tekanan listrik atau tegangan yang dibutuhkan untuk memindahkan elektron-elektron melalui suatu bahan bergantung pada seberapa banyak elektron bebas yang dimilikinya. Perak adalah logam dengan sifat konduktor yang lebih baik dari tembaga, akan tetapi harganya mahal. Emas juga lebih baik dari tembaga dan juga tidak bisa berkarat, tapi harganya jauh lebih mahal. Beda dengan alumunium, ia tidak sebaik tembaga, tapi harganya lebih murah.
Penghantar
Daya Hantar (dibanding Tembaga)
Perak
1.064
Tembaga
1.000
Emas
0.707
Aluminium
0.659
Seng
0.288
Kuningan
0.243
Besi
0.178
Timah
0.018
Table 1 – Perbandingan Daya Hantar Beberapa Penghantar yang biasa digunakan
Daya hantar pada sebuah bahan menentukan seberapa baik sifat konduktor sebuah bahan. Tabel 1 menunjukkan beberapa konduktor yang umum dijumpai dan daya hantarnya dibanding tembaga. Penyekat Listrik (Isolator) Bahan-bahan lain yang bersifat menghambat elektron untuk mengalir disebut “isolator”. Isolator yang baik dapat menahan elektron-elektron tetap dalam orbitnya. Contoh-contoh isolator adalah karet, kayu, plastik dan keramik. Sebetulnya semua bahan termasuk isolator ini bisa dibuat bersifat mengalirkan arus dengan membuat tegangan setinggi-tingginya sehingga mampu mengubah sifat isolatornya. Walaupun isolator itu sangat baik, ia akan luluh (breakdown) apabila tegangan yang diterapkan padanya sangat tinggi dan membuatnya menjadi bersifat seperti konduktor yang bisa menghantarkan arus listrik
Karet
Plastik
Mika
Kaca
Lilin
Fibreglass
Porselin
Kayu kering
Bakelit
Udara
Table 2 Penyekat yang umumnya dijumpai
Tabel 2 menunujukkan beberapa isolator yang bisa kita jumpai. Ada beberapa hal yang sebaiknya disadari dalam pembahasan mengenai isolator ini. Kotoran dan uap air dapat menjadi penghantar listrik disekitar sebuah isolator. Jika terdapat kotoran atau uap air pada isolator, maka mereka dapat menimbulkan masalah. Walaupun tidak terjadi breakdown pada isolator, tapi kotoran dan uap air dapat menyediakan jalan bagi elektron hingga ia bisa mengalir. Oleh karena itu, sangat penting untuk menjaga isolator dan kontak-kontak agar tetap selalu bersih.
1.3
KEMAGNETAN
Gambar 16 Magnet
Daya tarik magnet adalah bentuk gaya lain yang menyebabkan elektron mengalir. Suatu pemahaman dasar mengenai daya tarik magnet juga diperlukan untuk mempelajari kelistrikan. Kemagnetan adalah penghubung antara energi mekanik dan listrik. Dengan menggunakan medan magnet, alternator mengubah sejumlah tenaga mekanis yang dihasilkan oleh mesin menjadi gaya elektromotif (EMF). Sebaliknya, medan magnet memungkinkan starter motor untuk mengubah energi listrik dari sebuah baterai menjadi energi mekanis untuk menggerakkan mesin. Kebanyakan peralatan listrik bergantung langsung atau tidak langsung pada daya tarik magnet. Meskipun terdapat beberapa perangkat listrik yang tidak menggunakan daya tarik magnet, kebanyakan sistem kita, sebagaimana yang dikenal saat ini, menggunakan daya tarik magnet. Ada tiga jenis magnet dasar: 1. Alami 2. Magnet buatan (Gambar 16) 3. Elektromagnet Magnet Alami Orang-orang cina telah menemukan magnet semenjak tahun 2637 sebelum masehi. Magnet-magnet ini digunakan pada kompas-kompas primitif yang disebut "lodestone“, dan berasal dari potongan-potongan bijih besi yang dikenal dengan sebutan magnetite. Karena magnetite ini memiliki sifat kemagnetan yang ada secara alami maka lodestone juga digolongkan sebagai magnet-magnet "alami“. Magnet Buatan Magnet buatan adalah jenis magnet yang dibuat oleh manusia yang biasanya dihasilkan dari batanganbatangan logam yang dikenakan pada suatu medan magnet yang sangat kuat.
Elektromagnet Seorang ilmuwan Denmark bernama Oersted, telah menemukan suatu hubungan antara kemagnetan dan arus listrik. Ia menemukan bahwa suatu arus listrik yang mengalir pada sepotong penghantar dapat menghasilkan medan magnet disekitar penghantar tersebut. Dari sinilah prinsip elektromagnet dapat digunakan untuk berbagai aplikasi dimana suatu medan magnet dapat dihasilkan dengan cara "memutuskan“ atau "menyambung“ aliran listrik
1.4
ISTILAH-ISTILAH DALAM KEMAGNETAN
Kutub Magnet dan Medan Magnet
Gambar 17. Pola garis-garis medan magnet pada yang dibentuk oleh serbuk-serbuk besi disekitar sebuah magnet batang
Setiap magnet memiliki dua titik yang saling berseberangan satu sama lain dan titik ini mampu menarik butiran-butiran besi. Titik-titik ini disebut “kutub-kutub” magnet, yaitu kutub utara dan selatan. Sama dengan muatan-muatan listrik yang sejenis akan tolak-menolak dan yang berlawanan akan saling tarikmenarik, maka kutub yang sejenis juga akan saling tolak menolak dan yang tidak sejenis juga akan tarik-menarik. Sebuah magnet dapat dengan mudah menarik serpihan besi karena adanya gaya-gaya disekitar magnet. Gaya-gaya ini disebut “medan magnet“. Walaupun medan magnet ini tidak dapat dilihat tapi kita dapat menampakkannya dengan menaburkan serpihan-serpihan besi pada sepotong pelat kaca atau selembar kertas diatas sebatang magnet dan disitu akan terlihat garis-garis yang menggambarkan bagaimana bentuk garis-garis gaya pada magnet tersebut. Pada gambar 17, sepotong gelas diletakkan pada sebuah magnet dan serbuk-serbuk besi ditaburkan di atasnya. Ketika glass cover diketuk secara perlahan-lahan, serbuk-serbuk ini akan bergerak dan membentuk suatu pola tertentu yang menggambarkan pola medan gaya magnet yang ada disekitar magnet tersebut. Medan ini terlihat seperti tersusun oleh garis-garis gaya yang bermula dari kutub utara magnet, berjalan melintasi ruang disekitar magnet dan menuju kutub selatan magnet sehingga membentuk suatu garis tertutup. Semakin besar ukuran magnet maka semakin banyak garis-garis gaya yang terjadi dan area yang diliputi oleh medan magnet juga semakin besar.
Garis Medan Magnet
Gambar 18. Pola garis-garis gaya magnet
Setelah melihat medan magnet dengan menggunakan serbuk-serbuk besi, medan tersebut digambarkan lagi dengan lebih jelas seperti pada gambar 18. Pada gambar ini, arah garis-garis gaya diluar magnet adalah dari kutub utara magnet menuju kutub selatan magnet. Di dalam magnet sendiri, yang merupakan pembangkit medan magnet, arah garis-garis gaya adalah dari utara ke selatan Garis-garis Fluks Magnetik Sekumpulan garis-garis gaya magnet yang dianggap mengalir keluar dari kutub utara magnet disebut fluks magnetik. Kerapatan fluks adalah jumlah garis-garis gaya magnet persatuan luas yang tegak lurus terhadap arah fluks. Satuannya adalah jumlah garis per sentimeter persegi dalam sistem metrik atau jumlah garis per inchi persegi dalam satuan Inggris. Satu garis per satu sentimeter persegi disebut satu gauss. Gaya Magnet
Gambar 19 Lingkaran-lingkaran kecil gaya magnet
Garis-garis gaya magnet mampu melintasi semua bahan; tidak ada bahan yang dapat menahan atau sebagai isolator terhadap gaya-gaya magnet. Namun, garis-garis fluks akan lebih mudah melintasi bahan-bahan yang dapat dijadikan magnet daripada bahan-bahan yang tidak. Bahan-bahan yang sulit dilintasi garis-garis fluks disebut memiliki “relukstansi magnetik yang tinggi”. Udara adalah contoh bahan yang ber-reluktansi tinggi sedangkan besi adalah contoh bahan yang ber-reluktansi rendah. Jika arus listrik mengalir melalui seutas kawat maka akan tercipta garis-garis gaya magnet disekitar magnet tersebut. Gambar 19 menunjukkan garis-garis gaya magnet yang terbentuk disekitar kawat. Karena bentuk garis-garis gaya magnet ini melingkar, maka tidak ada titik yang disebut kutub utara atau kutub selatan.
Gambar 20 Pola medan magnet yang melingkar
Namun, jika seutas kawat ini dililit menjadi kumparan, maka masing-masing medan magnet yang melingkar tersebut akan saling menyatu. Hasilnya adalah sebuah pola medan magnet dengan kutub utara dan selatan seperti yang ditunjukkan pada gambar 20. Selama arus mengalir melalui kawat, maka ia akan bersifat seperti sebuah magnet batang. Medan elektromagnetik akan selalu ada selama arus mengalir. Sayangnya, medan magnet yang dihasilkan
dengan seutas kawat lurus tidak menghasilkan kemagnetan yang cukup untuk melakukan kerja. Untuk memperbesar medan elektromagnetik ini, kawat-kawat dapat dililit sehingga membentuk sebuah kumparan. Besar kemagnetannya berbanding lurus dengan banyaknya jumlah lilitan yang membentuk kumparan dan besarnya arus yang mengalir melalui lilitan tersebut. Jika kumparan ini dililit disepanjang inti logam, misalnya besi, maka besar kemagnetan akan sangat meningkat. Jenis-jenis elektromagnet yang biasanya digunakan pada peralatan bergerak adalah relay-relay dan solenoid. Keduanya beroperasi berdasarkan prinsip elektromagnetik, namun dengan cara kerja yang berbeda-beda.
1.5
INDUKSI ELEKTROMAGNETIK
Gambar 21. Induksi Elektromagnetik
Fenomena terciptanya medan magnet dengan arus listrik juga bisa terbalik. Kita dapat menciptakan arus listrik dengan menggunakan medan magnet dengan cara “menginduksi” suatu tegangan pada sepotong penghantar. Cara ini dikenal sebagai proses “induksi elektromagnetik” (gambar 21). Peristiwa induksi ini terjadi ketika seutas kawat (atau penghantar) memotong garis-garis fluks suatu medan magnet. Apabila terjadi gerakan-gerakan relatif antara kawat dan medan magnet (baik medan magnet yang bergerak atau kawat yang bergerak), maka tegangan akan terinduksi didalam penghantar. Tegangan induksi ini akan menghasilkan aliran arus. Katika gerakan berhenti, maka arus juga akan terhenti. Jika seutas kawat bergerak melintasi medan magnet, seperti pada magnet sepatu kuda maka akan timbul tegangan induksi. Jika kawat dililit mejadi suatu kumparan, maka tegangan yang diinduksi akan semakin besar. Metode ini adalah prinsip operasi yang digunakan pada sensor-sensor kecepatan, generator dan alternator. Pada beberapa aplikasi, kawat-kawat tetap diam sedangkan magnet dibuat berputar. Pada aplikasi lain, dibuat sebaliknya magnet diam sedangkan kawat-kawat berputar. Apabila gerakan-gerakan ini dibuat ke arah yang berlawanan maka arus juga akan mengalir dengan arah berlawanan. Oleh karena itu, dengan membalik-balik gerakan akan dihasilkan arus bolak-balik (Alternating Current = AC). Pada keadaan sebenarnya, beberapa penghantar dililit menjadi suatu kumparan. Cara ini akan meningkatkan efek induksi elektromagnetik sehingga mampu membangkitkan daya listrik yang berguna dengan ukuran alat yang relatif lebih kompak. Pada generator, kumparan-kumparan dibuat berputar sedangkan medan magnet tetap diam. Sedangkan pada alternator, medan magnet dibuat berputar disekeliling kumparan-kumparan yang diam. Besar tegangan induksi bergantung pada beberapa faktor berikut :
Besar medan magnet
Besar kecepatan relatif gerakan antara kumparan dan medan magnet
Jumlah konduktor didalam kumparan
Ada tiga cara untuk membangkitkan tegangan dengan menggunakan induksi elektromagnetik, yaitu :
Pembangkitan tegangan (Generated Voltage)
Induksi Diri (Self-Induction)
Induksi Bersama (Mutual-Induction)
Generated Voltage (Pembangkitan Tegangan)
Gambar 22. Generator DC
Pada gambar 22, ditunjukkan sebuah generator arus searah (DC) sederhana yang menggambarkan sebuah penghantar bergerak melintasi medan magnet yang diam untuk menghasilkan tegangan dan arus. Sebuah kumparan yang berputar diantara kutub utara dan selatan medan magnet. Self-Induction (Induksi Diri)
Gambar 23. Self-Induction yang terjadi pada sebuah kumparan
Self-induction terjadi didalam kawat apabila arus yang mengalir didalam kawat tersebut berubah. Arus yang mengalir didalam kawat menghasilkan medan magnet yang semakin meningkat atau semakin menurun seirama dengan perubahan arus yang naik turun. Akibatnya akan timbul tegangan induksi didalam penghantar. Gambar 23 menggambarkan proses ini yang terjadi didalam sebuah kumparan.
Mutual Induction (Induksi Bersama)
Gambar 24. Mutual induction yang terjadi diantara dua buah kumparan
Mutual induction terjadi ketika suatu perubahan arus dalam suatu kawat mengiduksi tegangan pada kawat didekatnya. Transformator adalah contoh alat yang bekerja berdasarkan prinsip mutual induction. Gambar 24 menggambarkan dua buah induktor yang berdekatan. Ketika arus AC mengalir melalui kumparan L1 maka medan magnet yang melintasi kumparan L2 akan menginduksi tegangan dan menghasilkan arus yang mengalir didalam kumparan L2.
TOPIK 2 KOMPONEN KOMPONEN LISTRIK 2.0
KABEL / WIRE
Jenis-jenis Kabel
Gambar 25
Kabel adalah penghantar untuk rangkaian-rangkaian listrik. Kabel sering juga disebut lead. Kebanyakan kabel dibentuk dari helaian atau stranded yaitu kumpulan kawat-kawat kecil yang dililit bersama-sama (Gambar 25). Ada banyak jenis kabel yang digunakan dalam aplikasi-aplikasi otomotif, termasuk:
Tembaga Jenis yang paling umum. Kabel dari tembaga dapat berbentuk kabel tunggal. Akan tetapi, biasanya terdiri dari helaian-helaian (stranded).
Fusible link (kawat sekering) Ini adalah perangkat pelindung rangkaian yang terbuat dari kawat yang lebih kecil daripada rangkaian lainnya yang tujuannya untuk melindungi kabel dari beban yang berlebihan.
Twisted/Shielded Cable Sepasang kabel kecil, yang dililit bersama-sama dapat mengurangi interferensi gelombang radio dan elektromagnetik banyak digunakan dalam rangkaian sinyal-sinyal komunikasi, komputer, modulmodul kontrol elektronik dan komponen-komponen elektronik lainnya.
Wire Gauge Di Amerika Serikat, rangkaian listrik dan elektronik dibuat dengan ukuran tertentu dan ukuran panjang konduktor untuk menyediakan jalur-jalur untuk aliran arus juga dibuat dengan ukuran tertentu pula. Ukuran kabel menentukan berapa banyak arus yang dapat dibawanya. Ukuran kabel dapat mengikuti beberapa standar yang berbeda:
Berdasarkan standar yang disebut American Wire Gauge (AWG) (biasanya cukup disebut dengan istilah “gauge” kabel).
Berdasarkan standar metrik. Tabel 3 – Tabel Konversi dari AWG ke Metrik Beserta Nilai Resistansinya No. AWG
Ø (inci)
Ø (mm)
Ø (mm)
4/0 = 0000 3/0 = 000 2/0 = 00 1/0 = 0 1 2 3
0.460 0.410 0.365 0.325 0.289 0.258 0.229
11.7 10.4 9.26 8.25 7.35 6.54 5.83
107 85.0 67.4 53.5 42.4 33.6 26.7
2
Resistansi (Ohm/m) 0.000161 0.000203 0.000256 0.000323 0.000407 0.000513 0.000647
4 5 6 7 8 9 10
0.204 0.182 0.162 0.144 0.128 0.114 0.102
5.19 4.62 4.11 3.66 3.26 2.91 2.59
21.1 16.8 13.3 10.5 8.36 6.63 5.26
0.000815 0.00103 0.00130 0.00163 0.00206 0.00260 0.00328
Ketika memperbaiki atau mengganti rangkaian kabel pada mesin, gunakanlah kabel dengan ukuran dan panjang yang tepat. Tabel di atas mengilustrasikan besar resistansi untuk berbagai ukuran konduktor. Tabel 4-Dimensi dan resistansi kabel dalam ukuran AWG American Wire Gauge (AWG)
Profil Melintang (inci)
Profil Melintang (circular mil)
Resistansi (Ω/1000 kaki @ 0 77 F)
22 20 18 16 14 12 10 8 6
0.0005 0.0008 0.00127 0.99203 0.00323 0.00817 0.00817 0.01296 0.0203
642 1,020 1,620 2,580 4,110 6,530 10,400 16,500 26,300
16.5 10.4 6051 4.09 2.58 1.62 1.02 0.64 0.4
Ukuran Metrik Standar Terdekat 2 (mm ) 0.35 0.5 0.75 1 105 2.5 4 6 10 16 0
Resistansi (Ω/1000 meter @ 0 25 C)
*Maks Arus yang Dianjurkan (Amp)
50 36 21 18 12.3 7.3 4.4 3.2 1.75 1.1
7 11 12 13 15 20 24 32 59 87
0
* Berdasarkan pada kenaikan temperatur maksimum 36 F (20 C) di atas temperatur sekitar
Dalam Tabel 4 diasumsikan bahwa temperatur sekitar maksimum adalah 1500F (650C).
CATATAN: Anggap kabel PVC yang diisolasi adalah produk yang tahan panas sampai temperatur 1850F (850C ). Ketika menggunakan AWG, ingatlah bahwa nomor-nomor gauge yang lebih kecil menunjukkan ukuranukuran kabel yang lebih besar dan nomor-nomor gauge yang lebih besar menunjukkan ukuran-ukuran yang lebih kecil. Wiring Harness Banyak kabel diikat bersama-sama dalam kelompok-kelompok dengan satu connector atau lebih pada masing-masing ujungnya. Kelompok-kelompok ini disebut wire harness. Sebuah harness dapat terdiri dari kabel-kabel yang memiliki rangkaian dari sistem yang berbeda-beda. Contohnya adalah harness yang dimasukkan ke dalam headlight switch assembly, yang terdiri dari kabel-kabel antara lain untuk lampu parkir, lampu belakang, dan lampu sorot dekat dan jauh.
Gambar 26
Beberapa harness wire dibungkus dengan kabel (conduit) plastik atau kabel serat non-konduktif (Gambar 26). Conduit berbentuk tabung yang dibelah membujur agar mudah mencapai harness wire. Selain itu, ada juga harness wire yang dibungkus dengan tape. Klip (plastik) dan clamp (logam) menghubungkan harness dengan mesin. Skematik listrik Caterpillar memberikan lokasi-lokasi wire harness untuk membantu memudahkan Anda mencari harness khusus pada suatu mesin. Gambar-gambar skematik listrik Caterpillar akan dibahas kemudian.
2.1
CONNECTOR
Gambar 27
Tujuan connector adalah untuk mengalirkan arus dari satu kabel ke kabel lainnya (Gambar 27). Untuk melakukan hal ini, connector harus memiliki bagian-bagian yang bertemu (plug dan receptacle). Satu bagian dari pasangan ini menampung pin dan yang lainnya menampung socket. Ketika kedua bagian ini dihubungkan, arus listrik akan mengalir. Connector digunakan agar komponen-komponen dapat dilepaskan dengan mudah. Keterangan Service Umum / General Service Comments Dengan semakin meningkatnya penggunaan sistem elektronik dalam aplikasi-aplikasi otomotif, melakukan servis pada connector menjadi tugas yang penting. Dengan semakin meningkatnya penggunaan ini maka meningkat pula perawatan yang harus dilakukan terhadap kabel, connector, pin dan socket. Faktor penting lainnya yang turut memberikan kontribusi bagi peningkatan perbaikan adalah lingkungan yang buruk dimana connector tersebut digunakan. Connector harus dapat beroperasi dalam kondisi yang sangat ekstrim, baik itu kondisi yang panas, dingin, kotor, berdebu, lembab dan di antara bahan-bahan kimia.
Gambar 28 Connect or
Pin dan socket memiliki resistansi dan memberikan sedikit penolakan terhadap arus listrik yang mengalir. Karena permukaan pin dan socket tidak mulus (terdiri dari tonjolan dan lekukan), maka terdapat kondisi yang dikenal dengan istilah asperity (permukaan yang kasar). Ketika bagian-bagian permukaan saling terkena kontak, sebenarnya hanya kira-kira satu persen dari permukaan tersebut yang benar-benar bersentuhan terhadap satu sama lain (Gambar 28). Elektron dipaksa berkumpul di bagian puncak (lihat gambar 8), sehingga menciptakan resistansi di antara bagian-bagian yang terkena kontak. Meskipun proses ini tampaknya tidak terlalu signifikan terhadap pengoperasian kontrol elektronik, adanya resistansi di sepanjang connector dapat menciptakan kegagalan fungsi dalam kontrol-kontrol elektronik. Plating Agar dapat mencapai tingkat resistansi minimum dalam pin dan socket, perhatian harus diberikan terhadap cara, tekanan dan jenis logam yang digunakan dalam pembuatan pin dan kontak. Timah adalah bahan yang cukup lunak untuk memungkinkan terjadinya “perataan permukaan” tetapi logam ini memiliki resistansi yang relatif tinggi. Tembaga memiliki resistansi yang rendah tetapi keras. Dalam upaya untuk meminimalkan resistansi dan mengurangi asperity, kontak tembaga yang memiliki resistansi rendah dilapisi dengan timah. Perataan permukaan terjadi ketika pin dan kontak dilapisi dengan timah. Ketika keduanya dipasang bersama maka keduanya cenderung akan “saling menggosok” yang pada dasarnya akan memuluskan sejumlah tonjolan dan lekukan yang tercipta oleh kondisi asperity. Logam-logam lain, misalnya emas dan perak adalah bahan plating yang sangat bagus tetapi sangat mahal untuk digunakan. Contaminant Contaminant adalah faktor lain yang turut memberikan kontribusi bagi adanya resistansi di dalam connector. Beberapa kondisi buruk yang menggunakan bahan kimia, misalnya dapat menyebabkan kegagalan fungsi akibat meningkatnya resistansi. Para teknisi perlu waspada bahwa connector dapat dan memang bisa menyebabkan banyak masalah diagnostik. Hal yang dianjurkan untuk dilakukan adalah kemungkinan perlunya mengukur resistansi di antara bagian pasangan connector ketika mendiagnosa kegagalan fungsi pada kontrol listrik. Juga, para teknisi perlu waspada bahwa saat melepaskan dan memasang kembali connector selama proses troubleshooting dapat memberikan informasi diagnosa yang salah. Beberapa jenis connector berikut ini digunakan di semua sistem listrik dan elektronik pada mesin-mesin otomotif. Setiap jenis berbeda dalam cara service dan perbaikannya. Jenis connector berikut akan dibahas dengan rinci:
Vehicular Environment (VE) Connector
Sure-Seal Connector
Deutsch Connector (seri HD10, DT, CE dan DRC).
VE Connector
Gambar 29
VE connector (Gambar 29) dahulu digunakan terutama sekali pada harness listrik mesin Caterpillar awal dimana temperatur tinggi, jumlah kontak yang lebih besar atau kapasitas pembawa arus yang lebih tinggi diperlukan. Saat itu connector memerlukan peralatan pelepas logam khusus untuk melepaskan kontak. Tapi peralatan ini dapat merusak mekanisme penguncian connector, apabila peralatan tersebut diputar saat sedang melepaskan retaining clip. Jangan menggunakan peralatan pelepas logam ini untuk jenis connector lainnya. Setelah menjepit kabel pada kontak, hal yang dianjurkan untuk dilakukan adalah menyolder kontak tersebut guna memberikan kontak listrik yang bagus. Sebaiknya selalul gunakan rosin core solder pada setiap sambungan listrik. Informasi khusus yang berhubungan dengan proses yang diperlukan untuk memasang kontak-kontak pada VE connector (pin dan socket) terdapat dalam Instruksi Khusus: Penggunaan Kelompok Peralatan VE Connector (Form SEHS8038). Jenis connector ini tidak digunakan lagi untuk produk yang sekarang, tetapi mungkin masih ada produkproduk lama yang menggunakannya dan memerlukan service oleh teknisi lapangan/bengkel. Sure-Seal Connector
Gambar 30
Sure-seal connector digunakan secara luas pada mesin-mesin Caterpillar (Gambar 30). Connector housing ini menyediakan ruang untuk pemasangan yang akurat di antara kedua bagian pasangan, tetapi sebagai pengganti penggunaan guide key atau key way, bagian badan connector dibentuk sedemikian rupa sehingga dapat dimasukkan dengan pas. Sure-seal connector terbatas hanya pada kapasitas 10 kontak (pin dan socket). Part number untuk spare plug dan receptacle housing dan contact terdapat dalam Instruksi Khusus: Using of 6V3000 sure seal kit (Form SMHS7531).
Gunakan peralatan khusus (6V3001) untuk menjepit contact dan mengupas kabel. Sure-Seal Connector memerlukan penggunaan peralatan khusus 6V3008 untuk memasang contact. Gunakan alkohol multiguna sebagai pelumas ketika memasang contact. Peralatan khusus ini tidak diperlukan pada saat melepaskan pin contact. Lubang apa pun di dalam housing yang tidak digunakan untuk contact assembly harus diisi dengan Sealing Plug 9G3695. Sealing plug ini akan membantu mencegah uap lembab memasuki housing. Connector Seri Deutsch Heavy Duty (HD10)
Gambar 31
Konektor HD10 (lihat Gambar 31) adalah konektor thermoplastik berbentuk silinder yang menggunakan kontak jenis crimp yang dapat dilepaskan dengan cepat dan mudah. Rangka thermoplastik tersedia dalam konfigurasi-konfigurasi thread atau tanpa thread dengan menggunakan contact yang dimasukkan berdasarkan pengaturan 3, 5, 6 dan 9. Ukuran kontak adalah No. 16 dan dapat dipasang dengan kabel AWG No. 14, 16, dan No. 18. HD10 menggunakan kontak campuran tembaga padat jenis crimp (ukuran No. 16) yang memiliki kemampuan untuk membawa beban arus operasi yang tinggi secara berkelanjutan tanpa mengalami kelebihan panas (overheating). Ujung kontak jenis ini di-crimp dengan menggunakan peralatan Deutsch Crimp, Caterpillar part number 1U5805. Prosedur-prosedur untuk membuat terminasi Deutsch konektor menyarankan bahwa TIDAK DIPERLUKAN PENYOLDERAN apabila kontak-kontaknya telah dijepit dengan benar. Prosedur untuk mempersiapkan kabel dan menjepit kontak adalah sama untuk semua Deutsch connector dan dijelaskan dalam Instruksi Khusus: Servicing DT Connectors (SEHS9615). Prosedur pelepasan berbeda dari konektor yang satu dengan konektor yang lainnya dan akan dijelaskan dalam masingmasing bagian. Perangkat untuk perbaikan Deutsch connector adalah perangkat dengan part number 4C3806. Konektor Seri Deutsch Transportation (DT)
Gambar 32
Connector DT (Gambar 32) adalah connector jenis thermoplastic yang menggunakan contact jenis crimp yang dapat dilepaskan dengan cepat dan mudah serta tidak memerlukan peralatan khusus. Housing-nya tersedia dalam beberapa konfigurasi yang menggunakan susunan contact 2, 3, 4, 6, 8 dan 12. Ukuran kontak adalah No. 16 dan dapat dihubungkan dengan kabel AWG No. 14, 16 dan 18. Connector DT menggunakan kontak campuran tembaga padat jenis crimp (ukuran No. 16) yang memiliki kemampuan untuk membawa beban arus operasi tinggi secara terus menerus tanpa mengalami kelebihan panas (overheating), atau di-stamp dan dibentuk (harganya tidak terlalu mahal). Kontak diterminasi crimp dengan menggunakan peralatan Deutsch Crimp, Caterpillar part number 1U5804. DT connector berbeda dengan Deutsch connector lainnya dalam hal bentuk dan konstruksinya. DT berbentuk empat persegi panjang atau segitiga dan memiliki plug wedge yang dapat diperbaiki, receptacle wedge dan silicone seal. Larutan pembersih yang dianjurkan untuk digunakan pada semua Deutsch contact adalah alkohol denatur. Untuk penjelasan lebih rinci mengenai cara memperbaiki DT connector, lihat Instruksi Khusus: Servicing DT Connector (SEHS9615). Perangkat untuk memperbaiki DT connector adalah Caterpillar part No. 9U7246. Caterpillar Environmental Connector (CE)
Gambar 33
CE connector adalah connector untuk aplikasi khusus (Gambar 33). Connector seri CE dapat menampung antara 7 dan 37 kontak, konektor yang memiliki 37 kontak sering digunakan pada berbagai modul kontrol elektronik. CE connector menggunakan dua peralatan untuk membuat crimping. Crimping tool untuk kontak ukuran No.4 – No.10 adalah 4C4075 Hand Crimp Tool Assembly, sedangkan untuk kontak No.12 – No.18 menggunakan peralatan yang sama dengan yang digunakan pada konektor Seri HD dan DT (1U5804). Referensi SEHS9065 8T5319 Removal Tool GP 4C4075 Crimp Tool GP 1U5804 Crimp Tool GP Deutsch Rectangular Connector (DRC)
Gambar 34
DRC konektor (Gambar 34) memiliki housing thermoplastic empat persegi panjang dan diisolasi lengkap. DRC paling cocok dan kompatibel dengan modul-modul kontrol elektronik eksternal dan internal. Konektor jenis in dirancang dengan jumlah terminal yang banyak. Jumlah terminasi kontak yang tersedia adalah No. 24, No. 40 dan No. 70. Ukuran kontak adalah No. 16 dan dapat dihubungkan dengan kabel AWG No. 16 dan No. 18. Konektor jenis ini menggunakan kontak yang terbuat dari campuran tembaga jenis crimp (ukuran No. 16) yang memiliki kemampuan untuk membawa beban arus operasi tinggi secara terus menerus tanpa mengalami kelebihan panas (overheating) dan telah di-stamp serta dibentuk (harganya tidak terlalu mahal). Kontak ini diterminasi dengan crimp dengan menggunakan Deutsch Crimp Tool, Caterpillar part no. 1U5805. Konektor ini memiliki kunci “clocking” agar pemasangannya benar dan dikencangkan dengan aman oleh stainless steel jackscrew. Untuk memasang bagian-bagian konektor diperlukan Wrench HEX berukuran 4 mm (5/32in). Torsi yang dianjurkan untuk mengencangkan jackscrew adalah 25 in.pound.
CATATAN:
Prosedur pelepasan dan pemasangan konektor DRC sama dengan prosedur yang ada pada seri HD10.
2.2
TERMINAL
Gambar 35 Contoh terminal kabel (a) terminal crimp jenis slide (b) bullet connector
(c) crimp dan terminal yang disolder
Ada beberapa jenis terminal yang sering digunakan. Beberapa jenis terminal, diperlihatkan dalam Gambar 35. Kebanyakan terminal, baik yang asli maupun yang dapat diganti, dihubungkan dengan ujung konduktor dengan cara dijepit atau disolder.
Gambar 36 – Perangkat peralatan crimping dan berapa jenis Terminal
2.3
MEMBENTUK SUATU HUBUNGAN LISTRIK TANPA PROSES PENYOLDERAN
Ketika mengelupas kabel listrik dan menyambung konektor yang tidak perlu disolder, hal-hal berikut harus dipertimbangkan. Pemeriksaan Safety
Jangan pernah menggunakan pisau tajam untuk membuka isolasi. Pisau tajam dapat memotong kabel atau dapat menyebabkan cidera.
Tang (Plier) untuk mengelupas kabel memiliki bagian pinggir yang tajam dan memerlukan cengkeraman yang kuat. Berhati-hatilah agar tidak membuat kulit Anda terjepit di antara rahangrahangnya.
Ketika melepaskan isolasi dari kabel, doronglah menjauh bukan ke arah badan Anda.
Hal-hal yang Harus Diperhatikan
Kabel listrik yang digunakan dalam pemasangan harness kabel otomotif dibungkus dengan lapisan isolasi plastik.
Ketika kabel listrik disambungkan dengan kabel-kabel lain atau dihubungkan pada suatu terminal, isolasinya harus dilepaskan.
Peralatan untuk mengelupas kabel terdiri dari berbagai konfigurasi. Peralatan-peralatan ini melakukan tugas yang sama. Jenis peralatan yang digunakan akan bergantung pada jumlah dan jenis kabel listrik yang akan diperbaiki.
Terminal-terminal yang tidak perlu disolder memerlukan sambungan yang bersih dan kencang, sehingga pastikan bahwa kabel dan sambungan bersih sebelum dipasang pada terminal.
Gunakan sambungan yang ukurannya cocok dengan kabel.
Jangan menggunakan side cutter, plier atau pisau untuk mengelupas kabel. Penggunaan peralatan ini akan merusak beberapa dari strand kabel dan dapat memutuskan kabel di dalam isolasi.
Untuk memastikan agar kabel tetap menyatu setelah dikelupas, puntirlah sedikit. Jangan memuntir kabel terlalu banyak karena bila terpuntir terlalu banyak dapat menimbulkan sambungan yang buruk antara kabel dengan terminal.
Gunakan crimping tool yang benar untuk sambungan. Menggunakan jenis peralatan yang salah akan menyebabkan sambungan memiliki cengkeraman yang tidak baik pada kabel.
1. Memilih Terminal
Gambar 37
Ada beberapa jenis dan ukuran terminal kabel, tetapi prosedur untuk memasangnya semuanya sama. Diatas diperlihatkan crimp terminal jenis bullet (Gambar 37).
Gambar 38
Pastikan untuk memilih ukuran terminal yang benar untuk sebuah kabel tertentu dan juga pastikan terminal tersebut memiliki tingkat voltase/amper yang benar untuk pekerjaan yang akan dilaksanakan (Gambar 38).
2. Mengelupas Kabel
Gambar 39
Kelupaslah isolasi kabel dalam jumlah yang tepat dari (Gambar 39). Selalu gunakan peralatan pengelupas yang benar dan dengan kondisi yang baik. 3. Selalu Menggunakan Stripping Tools yang benar
Gambar 40
Tujuan penggunaan peralatan pengelupas kabel (stripping tools) adalah untuk memungkinkan pengelupasan isolasi dari sekeliling kawat tembaga tanpa merusak kabel atau tanpa menyebabkan cidera (Gambar 40).
Gambar 41
Menggunakan side cutter atau plier (Gambar 41) bisa berbahaya. Peralatan-peralatan ini tidak terlalu efektif karena cenderung untuk memotong serabut-serabut kawat.
Gambar 42
Ini dikenal dengan istilah membentuk kawat seperti bentuk jari-jari (ringing the wire) (Gambar 42), yang dapat secara efektif mengurangi kapasitas pembawa arus pada kabel. 4. Pilihlah Gauge Hole yang Benar
Gambar 43
Menggunakan peralatan yang benar adalah jauh lebih aman dan lebih efektif. Peralatan pengelupas kabel (wire stripper) dapat mengelupas isolasi dari berbagai ukuran kabel. Pilihlah lubang di dalam stripper yang terdekat dengan diameter batang kabel yang akan dikelupas. Pada wire stripper dalam Gambar 43 di atas, ukuran lubang alat pengelupas kabel ditunjukkan pada rahangnya. 5. Memotong Isolasi / Cut the Insulation
Gambar 44
Tempatkan kabel di dalam lubang dan tutuplah rahang (jaw) dengan kuat di sekelilingnya untuk memotong isolasi. Apabila Anda telah memilih ukuran yang benar, maka wire stripper akan memotong isolasi tetapi tidak sampai memotong kawat tembaga (Gambar 44).
Gambar 45
Lepas isolasi seperlunya untuk melakukan pekerjaan. Isolasi yang dikelupas terlalu sedikit mungkin tidak akan memberikan sambungan yang baik dan bila dikelupas terlalu banyak dapat menyebabkan kabel mengalami hubung singkat dengan rangkaian-rangkaian lainnya atau pada kabel ground. Mengelupas isolasi lebih dari 1,2 sentimeter (setengah inci) sekaligus dapat juga meregangkan dan merusak batang kawat (Gambar 45). 6. Mengelupas Isolasi / Remove the Insulation
Gambar 46
Beberapa alat pengelupas kabel (stripper) memotong dan mengelupas isolasi secara otomatis. Ada pula alat yang memotong dan sekaligus menahan kabel dengan kuat (Gambar 46). Ketika menggunakan stripper jenis ini, tariklah kabel dengan kuat untuk mengelupas isolasi.
Gambar 47
Untuk memastikan agar helaian-helaian kabel tetap menyatu, puntirlah sedikit (Gambar 47). 7. Menempatkan terminal pada kabel
Gambar 48
Sambungan akan lebih baik apabila helaian-helaian kawat terpuntir sedikit sebelum memasukkannya melalui terminal (Gambar 48). Ketika dijepit, keadaan ini akan menghasilkan area kontak permukaan yang lebih luas antara terminal dengan kabel. Akan tetapi, memasukkan kabel ke dalam terminal bisa menjadi sulit apabila semua kabel hanya berupa helaian-helaian yang longgar.
Gambar 49
Oleh karena itu, puntirlah kabel secukupnya untuk membantu agar kabel dapat masuk dengan mudah. Tempatkan bullet atau terminal pada kabel (Gambar 49).
8. Jenis-jenis Terminal Alternatif
Gambar 50
Beberapa jenis crimp terminal tidak memiliki komponen isolasi yang dipasang padanya. Jenis-jenis ini terdiri dari dua bagian dan insulator disediakan sebagai komponen terpisah (Gambar 50). Dalam kasus seperti ini, selalu pastikan bahwa hanya bagian „core‟ dari kabel yang akan dijepit memanjang melalui „core wing‟ di dalam terminal (Gambar 51).
Gambar 51
9. Memilih Crimping Anvil
Gambar 52
Gunakan perkakas untuk menjepit (crimping tool) yang benar untuk pin atau core crimping. JANGAN menggunakan pliers. Pliers memiliki kecenderungan memotong sambungan dan dapat menimbulkan kesulitan saat digunakan. Pilihlah anvil yang benar pada peralatan untuk menjepit connector atau terminal yang dipilih. Anvil ini biasanya diberi kode warna sehingga mudah untuk mencocokkan terminal dengan ukuran anvil yang benar. 10. Menjepit / Crimping
Gambar 53
Jepitlah bagian „core‟ terlebih dahulu. Tekanlah dengan kuat sehingga dapat diperoleh kontak listrik yang baik, tetapi jangan menggunakan tenaga berlebihan karena ini dapat membengkokkan pin atau terminal (Gambar 53). Lalu jepitlah insulation wing atau bagian isolasi. Jepitan pada isolasi kabel ini adalah untuk menahan kabel di tempatnya, bukan untuk kontak listrik, sehingga tidak perlu menjepit bagian ini terlalu keras.
Gambar 54
Tariklah sedikit untuk memastikan bahwa sambungan akan kuat saat digunakan (Gambar 54).
2.4
SWITCH
Gambar 55
Switch (Gambar 55) adalah perangkat yang digunakan untuk menyambung atau memutuskan jalur arus listrik. Umumnya switch ditempatkan di antara dua konduktor (atau kabel). Ada banyak jenis switch yang berbeda, misalnya Single-Pole Single-Throw (SPST), Single-Pole Double Throw (SPDT), DoublePole Single-Throw (DPST) dan Double-Pole Double-Throw (DPDT).
Gambar 56
Juga ada banyak cara untuk mengoperasikan switch. Switch yang diperlihatkan dalam Gambar 56 dioperasikan secara mekanis dengan menggerakkan tuas atau toggle pada switch. Kadang-kadang, switch dihubungkan sehingga switch tersebut selalu membuka dan menutup pada saat yang bersamaan. Dalam skematik, sistem ini diperlihatkan dengan menghubungkan switch yang terhubung dengan garis putus-putus (DPST dan DPDT dalam Gambar 56). Switch jenis lain yang juga dioperasikan secara mekanis adalah limit switch dan pressure switch. Kontak switch ditutup atau dibuka melalui cara-cara eksternal, misalnya tuas yang menggerakkan limit switch atau yang digerakkan melalui tekanan. Beberapa jenis switch yang umum digunakan pada mesin-mesin Caterpillar adalah:
Toggle
Rotary
Rocker
Push-On
Pressure
Magnetic
Key Start
Limit
Cut-out
Beberapa switch lebih rumit daripada yang lainnya. Mesin-mesin Caterpillar menggunakan switch magnetik untuk mengukur sinyal-sinyal kecepatan atau switch elektronik yang terdiri dari komponenkomponen elektronik internal, misalnya transistor untuk menghidupkan dan mematikan sinyal-sinyal jarak jauh (remote signal). Contoh dari switch lebih rumit yang digunakan pada mesin-mesin Caterpillar adalah key start switch.
Gambar 57
Gambar 57 memperlihatkan skematik internal pada switch jenis key start. Jenis switch ini mengontrol beberapa fungsi yang berbeda, misalnya sebagai posisi asesoris (ACC), posisi pengoperasian (RUN), posisi menyalakan (START), dan posisi mati (OFF). Jenis switch ini dapat mengontrol komponenkomponen lain dan/atau mengalirkan listrik ke beberapa komponen pada saat yang bersamaan.
2.5
PELINDUNG RANGKAIAN
Gambar 58
Sekering (fuse) dan fusible link adalah pelindung rangkaian. Apabila terdapat arus berlebihan dalam rangkaian, akan menyebabkan panas dan panas inilah yang menyebabkan pelindung rangkaian (switch protector) membuka sebelum terjadi kerusakan pada kabel. Hal ini memiliki dampak yang sama seperti mematikan switch. Perhatikan bahwa pelindungan rangkaian (Gambar 58) dirancang untuk melindungi kabel, bukan komponen-komponen lain. Fuse dan circuit
breaker dapat membantu mendiagnosa masalah-masalah yang terdapat dalam rangkaian. Apabila pelindung rangkaian membuka secara berulang-ulang, maka ada kemungkinan bahwa terdapat masalah listrik serius yang perlu diperbaiki. Fuse
Gambar 59
Sekering (fuse) adalah pelindung rangkaian yang paling umum (Gambar 59). Sekering dibuat dari potongan logam tipis atau kabel di dalam holder yang terbuat dari kaca atau plastik. Jika aliran arus listrik menjadi lebih tinggi daripada kemampuan sekering, logam akan meleleh dan rangkaian akan membuka. Sekering harus diganti setelah membuka. Sekering diklasifikasikan berdasarkan jumlah amper yang dapat dialirinya sebelum membuka. Sekering dari plastik dibuat dalam warna yang berbeda-beda untuk menunjukkan peringkat sekering (fuse rating) dan tanda peringkat sekering juga dibentuk atau dicap pada bagian atas sekering. Fusible link adalah bagian pendek dari kabel yang diisolasi yang ukurannya lebih tipis daripada kabel di dalam rangkaian yang dilindunginya. Kelebihan arus dapat menyebabkan kabel di dalam link meleleh. Seperti halnya dengan sekering, fusibel link harus diganti setelah putus. Fusible link lazim digunakan pada kabel penyalaan (ignition lead) dari terminal positif baterai. Petunjuk untuk mengetahui bahwa fusible link telah putus dilakukan dengan menarik kedua ujungnya. Apabila ujung tersebut meregang seperti karet gelang, maka kabel pasti sudah meleleh dan link tidak lagi berfungsi dengan baik. (Isolasi fusible link adalah lebih tebal daripada isolasi kabel biasa sehingga link yang meleleh dapat lengket pada isolasi tersebut setelah putus.)
CATATAN: Ketika mengganti fusible link, jangan menggunakan fusible link yang berukuran lebih panjang dari 225 mm (kira-kira 9 inci). Kabel yang panjang cenderung menahan panas lebih lama dan mungkin tidak akan putus pada spesifikasi yang ditentukan. Circuit Breaker Pemutus arus (circuit breaker) hampir sama dengan sekering. Akan tetapi, arus yang tinggi akan menyebabkan circuit breaker mengalami “trip” sehingga membuka rangkaian. Circuit breaker dapat diatur ulang secara manual setelah kondisi kelebihan arus diatasi. Beberapa circuit breaker diatur ulang secara otomatis. Jenis ini disebut circuit breaker “cycling”. Circuit breaker dipasang di dalam komponen-komponen Caterpillar, misalnya switch untuk lampu depan.
Gambar 60
Thermal circuit breaker dengan tombol reset diperlihatkan dalam Gambar 60. Circuit breaker jenis ini memiliki bimetal blade yang mengalirkan arus ketika contact tertutup. Akan tetapi, apabila terjadi kelebihan beban, panas dari arus yang berlebihan akan menyebabkan bimetal blade menjadi bengkok dan membuka contact untuk memutuskan rangkaian. Spring toggle, yang biasanya membantu menjaga contact tetap tertutup, akan menjaga contact terbuka dan rangkaian terputus meskipun bimetal blade akan mencoba meluruskannya saat menjadi dingin. Ujung-ujungnya hanya akan menutup ketika tombol ditekan untuk mengatur ulang circuit breaker. Circuit breaker jenis ini juga disebut circuit breaker „non-cyling.‟
Gambar 61
Cycling circuit breaker terbuat dari strip yang terdiri dari dua potongan logam yang berbeda. Arus listrik yang lebih tinggi daripada kapasitas circuit breaker membuat kedua logam berubah bentuk secara tidak merata. Strip akan menjadi bengkok, dan sepasang contact terbuka untuk menghentikan aliran arus. Ketika logam menjadi dingin, bentuknya akan kembali seperti semula, dan menutup contact. Aliran arus dapat mengalir kembali (Gambar 61). Circuit breaker yang mengatur ulang secara otomatis disebut juga “cycling” karena circuit breaker ini membuka dan menutup berdasarkan siklus sampai arus kembali pada tingkat normal.
Gambar 62
Negative Temperature Coefficient (NTC) adalah jenis circuit breaker khusus yang disebut thermistor (atau thermal resistor). NTC terbuat dari polymer yang memiliki daya hantar konduksi. Dalam keadaan normalnya, material ini berbentuk kristal padat, dengan banyak partikel-partikel karbon yang dipadatkan bersama. Partikel-partikel karbon memberikan jalur konduksi bagi aliran arus. Ketika material dipanaskan, polymer mengembang, memisahkan rangkaian-rangkaian karbon. Dalam keadaan yang mengembang ini ada beberapa jalur untuk arus. Sebuah simbol skematik untuk NTC diperlihatkan dalam Gambar 62. NTC adalah alat yang tidak memiliki bagian-bagian yang bergerak. Ketika terjadi trip, alat ini tetap berada dalam keadaan ”rangkaian terbuka” (open circuit) selama voltase tetap diaplikasikan pada rangkaian. NTC hanya akan mengatur ulang (reset) ketika voltase dihilangkan dan polymer menjadi dingin.
2.6
RELAY
Gambar 63 – Relay Sederhana
Relay adalah switch yang dikontrol oleh listrik. Relay terdiri dari electromagnetic coil, sepasang contact, dan sebuah angker dinamo (armature). Armature adalah alat yang dapat digerakkan yang memungkinkan contact membuka dan menutup. Gambar 63 memperlihatkan komponen-komponen yang biasanya terdapat dalam relay. Ketika arus listrik dalam jumlah kecil mengalir di dalam coil, medan magnet yang timbul menyebabkan kontak relay menutup, sehingga memberikan jalur arus yang lebih besar untuk mengoperasikan komponen lainnya, misalnya, starter.
2.7
SOLENOID
Gambar 64 – Start Solenoid Sederhana Solenoid adalah perangkat lain yang menggunakan daya elektromagnet. Seperti halnya dengan relay, solenoid juga memiliki coil seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 64. Ketika arus mengalir melalui coil, gaya magnet mendorong atau menarik core ke dalam coil sehingga menciptakan gerakan-gerakan linear atau maju-mundur.
Solenoid digunakan untuk menghidupkan starter motor, atau mengontrol shift di dalam transmisi otomatis.
2.8
RESISTOR
Gambar 65
Kadang-kadang perlu untuk mengurangi jumlah tegangan atau arus pada titik tertentu dalam suatu rangkaian. Cara termudah untuk mengurangi tegangan atau arus yang disuplai pada suatu beban adalah dengan meningkatkan resistansi. Hal ini dilakukan dengan menambah resistor. Resistor terdiri dari dua jenis: Tetap Variabel Penggunaan resistor yang umum dalam rangkaian listrik adalah pada sistem audio dan rangkaian pengontrol suhu, yang menggunakan beberapa resistor yang dipasang kabel untuk mengubah-ubah voltase. Resistor diklasifikasikan dalam ohm (untuk jumlah resistansi yang disediakan pada rangkaian) dan watt (untuk jumlah panas yang dapat dipancarkannya). Gambar 65 memperlihatkan bagan kode warna untuk mengidentifikasi resistor. Penentuan nilai resistansi sebuah resistor ditentukan dengan melihat pada pita warnanya. Pita-pita tersebut harus berada lebih dekat dengan satu ujung resistor daripada yang lainnya. Ujung dengan pita-pita warna harus berada di sisi kiri saat dibaca. Pita-pita tersebut dibaca dari kiri ke kanan. Pita warna terakhir menunjukkan Toleransi Resistor (Resistor Tolerance), yang mengacu pada berapa nilai resistor sesungguhnya yang dapat diubah-ubah dari peringkat yang telah ditentukan, dengan perhitungan dalam bentuk persentase peringkat total. Beberapa resistor tidak memiliki pita dalam posisi terakhir ini. Resistor semacam itu memiliki toleransi 20% dari nilai resistansi. Beberapa rangkaian dirancang dengan nilai-nilai resistansi yang sangat tepat dan tidak akan beroperasi dengan semestinya jika tidak dirancang dengan nilai resistansi demikian. Oleh karena itu, resistor tidak boleh diganti dengan nilai toleransi yang lebih tinggi Peringkat Resistor / Resistors Rating
Gambar 66
Karena resistor menahan aliran arus, friksi listrik meningkat di dalamnya. Hal ini dapat menciptakan panas yang harus dapat dikeluarkan oleh resistor. Panas yang berlebihan dapat mengubah resistor sehingga peringkat dan toleransinya tidak lagi berada dalam kisaran yang telah ditentukan. Watt adalah ukuran jumlah daya yang dapat ditahan oleh resistor. Semakin besar watt maka semakin panas yang dapat ditahan oleh resistor. Gambar 66 memperlihatkan contoh jumlah watt pada resistor. Agar rangkaian (circuit) dapat berfungsi dengan semestinya, resistor harus memiliki peringkat watt dan juga peringkat resistansi yang benar. Resistor dan komponen-komponen lainnya dapat mengalami kerusakan dengan adanya kelebihan aliran arus dan/atau panas apabila peringkat resistansi atau watt tidak benar. Jumlah watt resistor dengan komposisi karbon dapat diidentifikasi berdasarkan ukurannya. Peringkat yang paling lazim adalah 1/10 watt, ¼ watt, ½ watt, 1 watt dan 2 watt. Resistor juga diklasifikasikan berdasarkan berapa banyak Ohm resistansi yang dapat diciptakannya.
Resistor Variabel
Gambar 67
Jenis-jenis resistor yang dibahas sejauh ini adalah jenis yang nilainya tetap. Ini berarti bahwa besar resistansinya tidak dapat diatur/disesuaikan. Resistor jenis lainnya adalah jenis variabel (Gambar 67). Ini berarti bahwa resistansinya dapat diubah dengan mengatur kontrol. Kontrol menggerakkan kontak pada permukaan resistor. Saat arus mengalir melalui bahan resistor yang lebih besar, arus menurun. Saat arus mengalir melalui bahan resistor yang lebih kecil, arus meningkat.
Jumlah perbedaan dan jumlah posisi resistansi bergantung pada bagaimana variabel resistor dibentuk. Ada yang hanya memiliki dua nilai resistansi yang berbeda, sementara yang lainnya memiliki kisaran yang tak terbatas antara nilai minimum dan maksimumnya. Resistor variabel dapat berbentuk linear dan non-linear. Resistansi linear resistor meningkat secara merata. Ketika kontrol diatur pada seperempat dari pergerakannya, resistansinya meningkat menjadi seperempat dari nilai maksimumnya; ketika kontrol diatur hingga setengah dari pergerakannya, resistansi meningkat menjadi setengah dari nilai maksimumnya. Ada banyak jenis variabel resistor. Beberapa di antaranya disebut rheostat, potentiometer atau thermistor.
Gambar 68
Rheostat (Gambar 68) biasanya memiliki dua terminal dan memungkinkan arus mengalir dalam satu jalur. Pada mesin-mesin Caterpillar, rheostat digunakan untuk mengontrol tingkat cahaya pada lampulampu instrumen.
Gambar 69
Jenis resistor variabel lainnya adalah potentiometer. Potentiometer memungkinkan dua jalur untuk aliran arus dan dapat dikontrol baik secara manual maupun mekanis. Gambar 69 memperlihatkan potentiometer yang digunakan dalam sistem bahan bakar. Fuel sender sebagai contoh mengukur nilai resistansi sistem khusus yang sesuai dengan kondisi sistem tersebut. Resistansi output diukur pada modul tampilan utama dan nilainya sesuai dengan kedalaman bahan bakar di dalam tangki. Potentiometer, juga disebut pot, memiliki tiga terminal dan bekerja dengan membagi tegangan di antara kedua kaki terminal. Potentiometer dapat juga dirancang untuk berfungsi sebagai rheostat. Thermistor Thermistor (thermal resistor) adalah jenis resistor variabel yang beroperasi tanpa kontrol oleh manusia. Thermistor dibuat dari karbon. Pada temperatur yang lebih tinggi resistansi dari karbon berkurang, bukan bertambah. Sifat ini dapat bermanfaat dalam rangkaian-rangkaian listrik tertentu. Elemen-elemen thermistor digunakan secara luas dalam sensor pada mesin-mesin Caterpillar untuk mengukur temperatur sistem.
Resistor yang Gagal Berfungsi / Failed Resistor
Resistor jenis “tetap” berfungsi dengan mengalirkan arus dalam jumlah yang benar atau tidak mengalirkan arus sama sekali, atau tidak membiarkan terlalu banyak arus mengalir. Variabel resistor, sebaliknya, dapat memperlihatkan bagian rata (flat spot) dimana bagian-bagian yang bergerak saling bergesekan terhadap satu sama lain dan menyebabkan keausan. Hal ini dapat terlihat dengan jelas saat kurangnya respons di sebagian dari travel pada resistor.
2.9
KAPASITOR
Gambar 70
Kapasitor adalah perangkat yang dapat menyimpan muatan listrik, sehingga menciptakan medan listrik yang selanjutnya dapat menyimpan energi. Pengukuran kemampuan menyimpan energi ini disebut “capacitance”. Dalam sistem-sistem listrik Caterpillar, capacitor digunakan untuk menyimpan energi, sebagai timer circuit (supresi), dan sebagai filter (penghalusan). Metode-metode konstruksi bervariasi, tetapi kapasitor sederhana dapat dibuat dari dua pelat bahan yang mengandung daya konduksi yang dipisahkan oleh bahan isolasi yang disebut “dielektrik”. Bahan-bahan dielektrik yang umum adalah udara, kertas, plastik dan keramik. Penyimpanan Energi Kapasitor Pada sejumlah rangkaian, kapasitor dapat menggantikan baterai. Apabila kapasitor ditempatkan dalam rangkaian dengan sumber tegangan, arus mengalir dalam rangkaian secara singkat sementara kapasitor “mengisi muatan”, yaitu elektron-elektron terakumulasi pada permukaan pelat yang dihubungkan ke terminal negatif dan bergerak menjauh dari pelat yang dihubungkan ke terminal positif. Hal ini berlanjut terus sampai muatan listrik pada kapasitor dan sumber tegangan sama. Seberapa cepat hal ini terjadi bergantung pada beberapa faktor, termasuk tegangan yang diaplikasikan dan ukuran kapasitor. Biasanya hal ini berlangsung dengan cepat. Ketika kapasitor dimuati dengan listrik pada potential yang sama dengan sumber tegangan, arus listrik berhenti mengalir. Kapasitor kemudian dapat menahan muatannya ketika sambungannya diputuskan dari sumber tegangan. Dengan dua pelat yang dipisahkan oleh dielektrik, tidak ada tempat bagi elektron-elektron untuk pergi. Pelat negatif mempertahankan elektron-elektronnya yang telah terakumulasi, dan pelat positif masih mengalami kekurangan jumlah elektron. Beginilah cara kapasitor menyimpan energi. Pengukuran Kapasitor Kapasitor diukur berdasarkan satuan yang disebut “farad” (dilambangkan dengan simbol “F”). Satuan ini menetapkan berapa banyak elektron yang dapat disimpan oleh kapasitor. 1 Farad menyatakan jumlah elektron yang sangat banyak. Kapasitor diukur dengan satuan “micro-farad” (F) (micro-farad adalah sepersejuta farad). Selain diukur dalam satuan farad, kapasitor juga memiliki rating tegangan maksimum yang dapat ditanganinya. Ketika mengganti kapasitor, jangan menggunakan kapasitor dengan rating tegangan yang lebih rendah. Ada tiga faktor yang menentukan kapasitas sebuah kapasitor:
Luas pelat-pelat yang memiliki daya konduksi
Jarak di antara pelat-pelat yang memiliki daya konduksi
Bahan yang digunakan sebagai dielektrik.
Kapasitor yang bermuatan dapat mengirimkan energi simpanannya sama seperti yang dapat dilakukan oleh baterai (meskipun penting untuk dicatat bahwa, tidak seperti baterai, kapasitor menyimpan listrik, tetapi tidak menghasilkannya). Ketika digunakan untuk mengalirkan arus walaupun dalam jumlah kecil, kapasitor memiliki potential untuk menyimpan tegangan sampai beberapa minggu lamanya.
Total Capacitance
Gambar 71
Total Capacitance sebuah rangkaian bergantung pada bagaimana kapasitor dirancang dalam rangkaian (Gambar 71). Jika kapasitor dalam bentuk paralel, total capacitance ditentukan oleh rumus berikut: CT = C1+C2+C3 Jika kapasitor dalam seri, total capacitance ditentukan oleh rumus berikut:
CATATAN: Sebaiknya kedua terminal kapasitor dihubung-singkatkan sebelum menghubungkannya dengan rangkaian atau meter. Cara ini akan menetralkan muatan listrik yang mungkin masih tersisa.
2.10
LAMPU BOHLAM
Lampu bohlam terdiri dari elemen kawat pijar halus yang tahan terhadap temperatur tinggi oleh arus listrik yang melewatinya. Hal ini akan menghasilkan cahaya. Kawat pijar dilindungi oleh penutup kaca yang sama sekali hampa udara, tetapi mengandung inert gas dalam jumlah kecil. Kawat pijar harus beroperasi dalam lingkungan yang bebas oksigen untuk mencegahnya agar tidak mengalami oksidasi dan cepat terbakar. Jenis-jenis Lampu Bohlam
Gambar 72 – Jenis-jenis lampu bohlam a. kawat pijar ganda dengan offset pin b. kawat pijar (filament) tunggal c. quartz halogen d. festoon
e. panel f. panel tanpa penutup g. Screw base (lampu bohlam tidak dibuat pada skala yang sama)
Berbagai jenis lampu bohlam diperlihatkan dalam Gambar 72. Lampu bohlam yang umum memiliki penutup yang dipasang dengan brass cap. Cap ini dilengkapi dengan pin yang memungkinkan lampu bohlam dipasang ke dalam bayonet socket. Beberapa lampu bohlam memiliki dua kawat pijar, dan seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 72a di atas, pin di dalam cap sering dibuat serong agar kawat pijar dapat dipasang dalam posisi yang benar. Lampu bohlam festoon Lampu bohlam ini terdiri dari silinder kaca kecil dengan kawat pijar yang dipasang pada metal cap di masing-masing ujung (Gambar 72d). Lampu bohlam ini digunakan untuk penerangan bagian dalam, lampu pelat nomor dan aplikasi-aplikasi serupa. Lampu bohlam panel Lampu ini terdiri dari lampu kecil yang digunakan terutama sekali untuk penerangan instrumen dan lampu indikator (Gambar 72e). Sejumlah lampu bohlam panel memiliki bayonet fitting jenis miniatur; sedangkan yang lainnya tidak memiliki metal cap dan dipasang dengan didorong langsung ke dalam bulb socket (Gambar 72f). Kawat-kawat kecil pada bagian dasar penutup kaca digunakan sebagai kontak. Sealed Beam
Gambar 73 – Sealed Beam a. Sealed beam untuk lampu depan ganda. b.Sealed beam berukuran lebih besar untuk lampu depan tunggal
Sealed beam digunakan untuk lampu depan dan memiliki reflector, lensa dan kawat pijar yang disekat bersama sebagai satu unit (Gambar 73). Hal ini memiliki keuntungan dimana uap air sama sekali tidak dapat masuk yang apabila masuk dapat merusak permukaan yang memantul. Kawat pijar disediakan dengan volume gas yang lebih besar daripada lampu bohlam biasa dan difokuskan dengan benar.
Lampu bohlam prefocus
Gambar 74 – Lampu depan semi-sealed beam menggunakan lampu bohlam prefocus
Jenis lampu bohlam ini digunakan dengan lampu depan jenis semi-sealed, tetapi sekarang telah digantikan dengan lampu bohlam sealed beam dan halogen. Pengaturannya diperlihatkan dalam Gambar 74. Lampu bohlam quartz halogen Lampu bohlam ini digunakan untuk lampu depan dan lampu mengemudi. Lampu jenis ini memiliki kwarsa kecil atau penutup kaca keras, yang diisi dengan tambahan gas halogen khusus (Gambar 72c). Dalam lampu bohlam biasa, bagian-bagian kecil dari kawat pijar menguap saat digunakan dan uap ini mengendap pada penutup kaca sebagai lapisan hitam tipis. Penguapan juga mengurangi ukuran kawat pijar yang pada akhirnya tidak dapat lagi mengalirkan arus dan dengan demikian terbakar. Akan tetapi, dalam lampu bohlam halogen, gas halogen mengendapkan material kawat pijar yang menguap kembali ke kawat pijar lampu bohlam dan meningkatkan daya pakai lampu bohlam. Temperatur yang lebih tinggi diperlukan untuk proses ini, dan oleh karena itu, digunakan kwarsa atau penutup kaca keras. Temperatur yang lebih tinggi juga memberikan cahaya yang lebih terang. Harus berhati-hati ketika memasang lampu bohlam halogen kwarsa. Uap air dari tangan atau jari-jari yang bercampur dengan temperatur operasi yang tinggi membuat kwarsa atau penutup kaca keras cenderung mengalami keretakan. Jumlah watt pada lampu bohlam Daya listrik diukur dengan watt. Oleh karena itu, jumlah watt sebuah lampu bohlam melambangkan daya listrik dari lampu bohlam tersebut. Jumlah watt sebuah lampu bohlam lampu depan yang rendah memiliki kira-kira 50 hingga 55 watt. Satu watt sama dengan 1 volt x 1 amper. Oleh karena itu, daya listrik sebuah lampu bohlam diketahui dengan mengalikan volt dan amper. Misalnya, sebuah lampu bohlam yang memiliki tegangan 12 volt yang menarik arus 3 amper dari baterai maka lampu bohlam ini memiliki daya 36 watt. Demikian pula, lampu bohlam 42 watt yang beroperasi dalam sistem 12 volt akan menarik arus 3,5 amper dari sistem. Lampu bohlam dengan watt yang lebih tinggi akan menyala lebih terang dan beroperasi pada temperatur yang lebih tinggi. Jumlah watt pada lampu bohlam biasanya tertera di bagian logam dari lampu bohlam tersebut. Candlepower (CP) lampu bohlam Ini adalah ukuran penerangan sebuah lampu bohlam. Ukuran ini kadang-kadang digunakan untuk lampu-lampu bohlam berukuran kecil. Misalnya, lampu instrumen dapat dispesifikasikan sebagai lampu bohlam 2 CP.
2.11
INSTRUMEN
Ada sejumlah instrumen dan indikator yang digunakan dalam kendaraan otomotif. Instrumen, yang beberapa di antaranya disebut sebagai alat pengukur (gauge) digunakan untuk memberikan bacaan yang sesungguhnya misalnya besar tekanan, kecepatan dll, sementara lampu indikator memberikan informasi dengan menggunakan lampu yang berada dalam posisi menyala (On) atau mati (Off). Beberapa indikator disebut juga sebagai lampu peringatan, tetapi terdapat sedikit sekali perbedaan di antara lampu indikator dan lampu peringatan karena keduanya memiliki fungsi yang serupa. Umumnya, indikator adalah lampu yang memperlihatkan apakah suatu unit beroperasi atau tidak, sementara lampu peringatan digunakan untuk memperlihatkan kepada pengemudi bahwa terdapat suatu masalah. Selain peralatan visual, beberapa kendaraan memiliki sistem peringatan suara. Bunyi buzzer atau suara musik digunakan untuk menarik perhatian pengemudi apabila pintu terbuka sedikit atau lampu depan dalam keadaan menyala. Ada sejumlah jenis instrumen dan alat pengukur yang berbeda, sepanjang yang menyangkut operasi dasar, yaitu:
Operasi magnetik
Operasi thermal
Operasi elektronik
Operasi mekanis
Instrumen-instrumen dengan operasi magnetik Dalam instrumen yang dioperasikan secara magnetik, dampak magnetik suatu arus listrik melalui konduktor atau coil digunakan untuk mengoperasikan pointer pada suatu skala. Ammeter dan voltmeter adalah unit dash, tetapi banyak alat pengukur, misalnya alat pengukur bahan bakar dan alat pengukur temperatur, terdiri dari dua bagian: unit dash yang dipasang di dalam panel instrumen, dan unit pengirim jarak jauh (remote sender unit) di sejumlah bagian lainnya dalam kendaraan. Contoh alat pengukur ini adalah:
Alat pengukur temperatur magnetik
Alat pengukur tekanan oli magnetik
Voltmeter
Ammeter
Instrumen dengan Operasi Thermal Banyak alat pengukur otomotif dari jenis thermal (panas), yang beroperasi berdasarkan dampak pemanasan suatu arus listrik. Alat pengukur thermal juga disebut sebagai alat pengukur jenis bimetal karena alat pengukur ini beroperasi melalui pemanasan keping bimetal yang menggerakkan pointer. Prinsip ini digunakan untuk alat pengukur bahan bakar dan alat pengukur temperatur. Alat pengukur thermal memiliki dash unit dan sender unit. Sender unit sama dengan yang digunakan pada instrumeninstrumen yang dioperasikan dengan magnetik. Contohnya adalah:
Alat pengukur bahan bakar thermal
Alat pengukur temperatur thermal
Alat pengatur voltase konstan
Alat pengukur temperatur
Instrumen Elektronik Digital
Gambar 75
Suatu panel instrumen dengan instrumen elektronik digital diilustrasikan dalam Gambar 75. Panel memiliki alat pengukur bahan bakar, diode tachometer yang memancarkan sinar, odometer dan trip meter, digital speedometer, alat pengukur temperatur dan sejumlah indikator dan lampu peringatan. Tampilan instrumen seluruhnya dalam bentuk elektronik, dengan fungsi-fungsi penanganan mikroprosesor (komputer) untuk tampilannya. Sensor memberikan input pada mikroprosesor, yang kemudian memberikan output yang benar untuk mengoperasikan instrumen. Alat Pengukur Mekanis
Gambar 76
Beberapa alat pengukur dioperasikan dengan cara mekanis, meskipun untuk penggunaan otomotif, alat pengukur jenis ini umumnya sudah digantikan oleh jenis-jenis alat pengukur lainnya. Bourdon tube gauge adalah alat pengukur tekanan yang dapat digunakan sebagai alat pengukur tekanan oli atau alat pengukur tekanan udara. Alat pengukur untuk air receiver dan peralatan bengkel lainnya biasanya dari jenis ini. Lampu Indikator dan Lampu Peringatan Meskipun terdapat perbedaan yang jelas antara lampu indikator dan lampu peringatan, keduanya memiliki fungsi yang serupa. Dalam beberapa kasus, lampu peringatan dapat dianggap sebagai lampu indikator, dan begitu pula sebaliknya. Beberapa dari lampu ini biasanya dalam keadaan „off‟ dan menyala ketika terdapat kondisi-kondisi tertentu. Beberapa yang lainnya biasanya dalam keadaan „on‟ dan dimatikan ketika terdapat kondisi yang berubah. Dalam sejumlah kasus, lampu indikator hanya merupakan lampu kecil yang ditambahkan pada suatu rangkaian (circuit). Dalam hal ini tidak diperlukan switch tambahan karena lampu indikator menyala setiap kali rangkaian tertentu beroperasi. Lampu indikator high-beam, misalnya, menyala setiap kali lampu depan dinyalakan dalam posisi high beam. Lampu indikator flasher, lampu indikator transmission overdrive dan lampu indikator melelehkan salju pada jendela belakang adalah contoh-contoh lainnya. Sejumlah lampu peringatan dioperasikan sesuai dengan switch-nya masing-masing. Choke dan rem parkir memiliki switch yang berada dalam posisi „on‟ ketika kontrol tertentu dioperasikan. Tindakan ini menyalakan lampu peringatan yang tetap dalam posisi menyala („on‟) sampai kontrol tersebut dikembalikan pada posisi normal dan switch dimatikan.
TOPIK 3 RANGKAIAN LISTRIK 3.0
KOMPONEN-KOMPONEN DASAR RANGKAIAN
Gambar 77
Rangkaian (circuit) adalah jalur bagi arus listrik. Arus mengalir dari satu ujung rangkaian ke ujung rangkaian lainnya ketika ujung-ujung tersebut dihubungkan ke muatan positif dan negatif (rangkaian tertutup). Ujung-ujung ini disebut “power” dan “ground”. Apabila terjadi pemutusan di suatu tempat di dalam rangkaian maka arus listrik tidak dapat mengalir. Setiap rangkaian listrik harus memiliki komponen-komponen berikut: Sumber power
Alat pelindung (sekering atau pemutus arus)
Beban misalnya lampu
Perangkat pengontrol (switch)
Konduktor
Komponen-komponen ini dihubungkan bersama dengan konduktor untuk membentuk suatu rangkaian listrik yang lengkap. Aturan-aturan Umum Hukum Ohm Pada tahun 1827 George Simon Ohm menetapkan dasar pemikiran matematika mengenai listrik. Hukum Ohm adalah hukum dasar mengenai listrik yang menghubungkan kuantitas voltase atau tegangan, arus dan resistansi di dalam suatu rangkaian. Hukum Ohm menyatakan bahwa: “Aliran arus di dalam suatu rangkaian berbanding langsung dengan tegangan rangkaian dan berbanding terbalik dengan resistansi rangkaian”. Ini berarti bahwa jumlah aliran arus di dalam suatu rangkaian bergantung pada berapa banyak tegangan dan resistansi yang ada di dalam rangkaian. Karena kebanyakan rangkaian listrik dalam mesin-mesin bergerak menggunakan sumber listrik berdaya 12 atau 24 Volt, maka resistansi di dalam rangkaian menentukan arusnya. „Aliran‟ arus melaksanakan tugasnya. Tegangan adalah „tekanan‟ yang menggerakkan arus, dan resistansi adalah yang menentang aliran arus. Aturan-aturan yang diperlukan untuk memahami, memprediksi dan menghitung perilaku rangkaian listrik dikelompokkan berdasarkan hukum yang berjudul “Hukum Ohm”. Dari persamaan Hukum Ohm, aturanaturan umum berikut berlaku: Asumsikan bahwa resistansi tidak berubah:
Jika tegangan meningkat, arus naik
Jika tegangan menurun, arus turun
Asumsikan bahwa tegangan tidak berubah:
Jika resistansi meningkat, arus turun
Jika resistansi menurun, arus naik
Rumus Hukum Ohm Hukum Ohm dinyatakan sebagai rumus aljabar dimana: “E” singkatan dari gaya elektromotif (Volt) “I” singkat dari intensitas (Amper) “R” singkatan dari resistansi (Ohm).
Gambar 78 Apabila dua bagian dari Rumus Hukum Ohm diketahui, maka bagian ketiga dapat dihitung. Misalnya:
Untuk mengetahui voltase atau tegangan, kalikan arus dengan resistansi (E = I x R)
Untuk mengetahui arus, bagi tegangan dengan resistansi (I = E R)
Untuk mengetahui resistansi, bagi tegangan dengan arus (R = E I).
Lingkaran Rumus Hukum Ohm
Gambar 79 Lingkaran Rumus Pemecahan Hukum Ohm
Lingkaran rumus Hukum Ohm adalah cara mudah untuk mengingat cara menghitung bagian mana pun dari rumus. Untuk menggunakan lingkaran rumus tutuplah huruf yang tidak diketahui. Huruf-huruf lainnya memberikan rumus untuk mengetahui kuantitas yang tidak diketahui. Tegangan Tidak Diketahui
Gambar 80 Menghitung voltase yang tidak diketahui
Dalam rangkaian ini, nilai tegangan sumber tidak diketahui. Resistansi beban adalah 2 Ohm. Aliran arus melalui rangkaian adalah 6 Amper. Karena tegangan tidak diketahui, maka rumus untuk menghitung
tegangan adalah arus dikalikan dengan resistansi. Jadi, kalikan 6 Amper dengan 2 Ohm maka akan didapat 12 Volt. Oleh karena itu, voltase sumber dalam rangkaian ini adalah 12 Volt. Resistansi Tidak Diketahui
Gambar 81 – Menghitung resistansi yang tidak diketahui
Dalam rangkaian ini, nilai resistansi tidak diketahui. Aliran arus melalui rangkaian adalah 6 Amper dan voltase sumber adalah 12 Volt. Rumus untuk menghitung resistansi adalah tegangan dibagi dengan arus, yaitu 12 Volt dibagi 6 Amper sama dengan 2 Ohm. Oleh karena itu, resistansinya di dalam rangkaian adalah 2 Ohm.
Arus Tidak Diketahui
Gambar 82 Menghitung arus yang tidak diketahui
Dalam rangkaian ini arus tidak diketahui. Resistansi beban adalah 2 Ohm dan tegangan sumber adalah 12 Volt. Rumus untuk menghitung arus adalah tegangan dibagi dengan resistansi. Jadi, 12 Volt dibagi dengan 2 Ohm adalah 6 Amper. Oleh karena itu, aliran arus dalam rangkaian ini adalah 6 Amper.
3.1
METRIC PREFIX
Ketika mengukur sesuatu, angka untuk menyatakan ukuran atau kuantitas item yang sedang diukur dapat diketahui. Angka-angka digunakan untuk menyatakan hasil dari perhitungan-perhitungan sederhana. Selain menggunakan angka, unit atau ungkapan untuk menguraikan apa yang dimaksud dengan angka tersebut selalu tersedia.
Unit Dasar Unit dasar adalah unit standar, yaitu unit tanpa awalan (prefix). Volt, Ohm dan Amper adalah unit-unit dasar primer yang digunakan dalam aplikasi-aplikasi listrik. Awalan (prefix) ditambahkan pada unit dasar untuk mengubah unit pengukuran. Dalam sistem metrik hanya ada beberapa unit dasar yang digunakan untuk pengukuran listrik. Prefix Angka-angka dasar dikalikan atau dibagi dengan faktor 10, bergantung pada apakah yang diperlukan adalah angka yang lebih besar atau lebih kecil. Nama adalah awalan dan ditempatkan pada awal unit dasar. Misalnya: Tegangan listrik 1500 Volt akan dinyatakan dalam pangkat 10 yaitu: 1.5 x 103 atau 1.5 x 1000 = 1500 Awalan k (untuk kilo) sama dengan 1000, sehingga pernyataan untuk 1500 Volt dinyatakan sebagai 1.5 kV. (1.5 kilo volt). Dalam aplikasi-aplikasi listrik dan elektronik kita bekerja dalam jumlah dalam kuantitas yang sangat besar atau sangat kecil, sehingga penggunaan metrix prefix bermanfaat.
Tabel 5 – Metric Prefix Prefix mega kilo mili mikro
Simbol M k m
Pangkat dari 10 6 10 3 10 -3 10 -6 10
Unit-unit sistem metrik terdiri dari sistem pengukuran yang diakui internasional di seluruh dunia. Sistem ini disebut Sistem Unit Internasional (SI). Prefix yang paling lazim dalam pengkajian teori listrik dasar adalah Mega (jutaan), Kilo (ribuan), Mili (per ribuan) dan Mikro (per juta) (Tabel 5). Tabel 6 –Prefix yang biasanya digunakan dalam dunia kelistrikan mega kilo Mili Mikro
___M x 1,000,000 ___k x 1,000 ___m 1,000 ___ 1,000,000
Contoh: 8MΩ x 1,000,000 = 8,000,000Ω Contoh: 16kV x 1,000 – 16,000V Cointoh: 400mV 1,000 =.4 V Contoh: 36 1,000,000 =.000036A
Mega Mega artinya satu juta dan disingkat dengan huruf besar “M”. Satu Mega ohm sama dengan satu juta Ohm. Untuk mengubah nilai apa pun dari Mega ohm ke Ohm, pindahkan titik desimal enam tempat ke kanan. Misalnya, 3.5 Mega ohm akan menjadi 3,500,000 Ohm. Kilo
Kilo artinya seribu dan disingkat dengan huruf kecil “k”. Satu kilo ohm sama dengan 1,000 Ohm. Untuk mengubah nilai apa pun dari kilo-ohm ke Ohm, pindahkan titik desimal tiga tempat ke kanan. Misalnya 0.657 kilo-ohm menjadi 657 Ohm. Mili Mili artinya seper seribu dan disingkat dengan huruf kecil “m”. Satu mili amper adalah seper seribu amper. Untuk mengubah nilai apa pun dari miliamper ke Amper, pindahkan titik desimal tiga tempat ke kiri. Misalnya, 0.355 miliamper akan menjadi 0.000355 Amper. Mikro Mikro artinya seper sejuta dan disingkat dengan simbol “”. Satu mikroamper adalah sama dengan seper sejuta amper. Untuk mengubah nilai apa pun dari mikroamper ke Amper, pindahkan titik desimal enam tempat ke kiri. Misalnya, 355 mikroamper adalah 0.000355 Amper.
3.2
DAYA / POWER
Daya adalah ukuran tingkat energi yang dihasilkan atau digunakan dan daya adalah cara lain untuk mengukur rangkaian listrik. Rumus daya sama dengan rumus Hukum Ohm. Dalam suatu engine, tingkat output tenaga kuda (output horsepower rating) adalah ukuran dari kemampuannya untuk melakukan pekerjaan mekanis. Dalam peralatan listrik, daya adalah ukuran tingkat dimana energi listrik diubah menjadi panas oleh elemen-elemen resistive yang ada di dalam konduktor. Dalam rangkaian listrik, resistansi adalah yang menggunakan daya listrik. Akan tetapi, ingatlah bahwa banyak jenis peralatan memiliki resistansi seperti misalnya konduktor, insulator, resistor, coil dan motor. Banyak peralatan listrik diklasifikasikan berdasarkan berapa banyak daya listrik yang digunakan, bukan berapa banyak daya listrik yang dihasilkannya. Pemakaian daya dinyatakan dalam watt. 746 Watt = 1 tenaga kuda (horsepower) Unit pengukuran untuk daya adalah Watt. Daya adalah produk arus dikalikan dengan tegangan. Satu Watt sama dengan satu Amper dikalikan dengan satu Volt. Dalam suatu rangkaian, apabila voltase atau arus meningkat, dayanya meningkat. Apabila arus turun, daya turun. Hubungan antara daya, voltase dan arus ditentukan oleh Rumus Daya. Rumus dasar untuk daya (power) adalah: Daya = Arus x tegangan (P = I x V) Watt = Amper x Volt (W = A x V) Dalam setiap rangkaian, tegangan dikalikan dengan arus digunakan untuk mengetahui beberapa banyak daya yang dipakai. Misalnya, sebuah hair dryer dapat menarik arus hampir 10 Amper. Voltase normal yang terdapat di dalam rumah tangga adalah kira-kira 240 Volt. Dengan mengalikan 10 dengan 240 maka akan diketahui bahwa daya yang digunakan oleh hair dryer adalah kira-kira 2400 watt atau 2.4 kW. Mungkin pemakaian Watt yang paling lazim adalah pada lampu bohlam. Lampu bohlam diklasifikasikan berdasarkan jumlah watt yang digunakan. Contoh lain dari peralatan yang memiliki pemakaian watt adalah speaker, sejumlah motor dan kebanyakan peralatan rumah tangga.
3.3
TEORI RANGKAIAN DASAR
Ada tiga jenis dasar rangkaian dan hukum yang berlaku bagi masing-masing dari jenis rangkaian akan diulas: Rangkaian Seri Rangkaian Paralel Rangkaian Seri-Paralel Rangkaian Seri / Series Circuit
Gambar 83 Rangkaian Seri
Rangkaian seri adalah jenis rangkaian yang paling sederhana. Dalam rangkaian seri, masing-masing peralatan listrik dihubungkan ke peralatan listrik lainnya sedemikian rupa sehingga hanya ada satu jalur untuk mengalirkan arus. Dalam rangkaian yang diperlihatkan dalam Gambar 83, arus mengalir dari baterai (+) melalui sebuah sekering (alat pelindung) dan switch (perangkat pengontrol) ke lampu (beban) dan kemudian kembali ke frame ground. Semua peralatan dan komponen rangkaian dihubungkan dalam seri. Aturan-aturan berikut berlaku bagi semua rangkaian seri: Pada titik apa pun di dalam rangkaian, nilai arus adalah sama Total resistansi rangkaian adalah sama dengan jumlah seluruh resistansi individual dan disebut resistansi ekuivalen Penurunan tegangan di semua beban rangkaian adalah sama dengan tegangan sumber yang digunakan. Cara mudah untuk menyatakan aturan yang berlaku pada rangkaian seri ini adalah :
Tegangan total adalah JUMLAH dari semua penurunan tegangan
Resistansi total adalah JUMLAH dari semua resistansi masing-masing
Arus total adalah SAMA pada suatu titik tertentu dalam rangkaian.
Mengaplikasikan Aturan-aturan Ini / Applying the Rules
Gambar 84 Rangkaian Seri
Rangkaian dalam Gambar 84 terdiri dari berbagai peralatan dan komponen, termasuk sumber daya 24 Volt. Karena dua dari nilai-nilai rangkaian diberikan, menghitung nilai yang tidak diketahui adalah mudah, apabila hukum dasar rangkaian seri diaplikasikan. Langkah pertama adalah menentukan total resistansi rangkaian. Rumus berikut digunakan untuk mengetahui total resistansi: Rt = R1 + R2 + R3 Rt = 3Ω + 3Ω + 6Ω = 12 Ohm Karena tegangan untuk sumber daya yang diberikan adalah 24 Volt dan resistansi rangkaian telah dihitung dengan hasil 12Ω, maka satu-satunya nilai yang masih tersisa untuk dihitung adalah aliran arus. Total arus rangkaian dihitung dengan menggunakan Lingkaran Hukum Ohm dan dengan menulis rumus berikut: I=ER I = 24V / 12Ω = 2 Amper
Langkah selanjutnya adalah memasukkan nilai untuk aliran arus ke dalam beban resistive. Salah satu aturan untuk rangkaian seri menyatakan bahwa arus SAMA pada suatu titik tertentu. Dengan menggunakan rumus E = I x R untuk setiap resistor maka akan diketahui penurunan tegangan di masing-masing beban. Penurunan tegangan tersebut adalah: E1 = 2A x 3Ω = 6V E2 = 2A x 3Ω = 6V E3 = 2A x 6Ω = 12V Semua nilai rangkaian sekarang sudah dihitung. Dengan menggunakan Lingkaran Hukum Ohm, periksalah masing-masing jawaban. Rangkaian Paralel / Parallel Circuit
Gambar 85 Rangkaian Paralel
Rangkaian paralel adalah lebih rumit daripada rangkaian seri karena terdapat lebih dari satu jalur untuk mengalirkan arus. Setiap jalur arus disebut cabang (branch). Karena semua cabang dihubungkan pada terminal positif dan negatif yang sama, maka semua jalur ini memiliki tegangan yang sama dan masing-masing cabang mengalami penurunan tegangan dalam jumlah yang sama, terlepas berapa pun resistansi yang terdapat di dalam cabang. Aliran arus di dalam masing-masing cabang bisa jadi berbeda, bergantung pada resistansinya. Total arus di dalam rangkaian sama dengan jumlah arus dalam cabang. Total resistansi selalu lebih sedikit daripada resistansi terkecil di dalam cabang mana pun. Dalam rangkaian yang diperlihatkan dalam Gambar 85, arus mengalir dari baterai melalui sekering dan switch, dan kemudian terbagi menjadi dua cabang, masing-masing memiliki satu lampu. Masing-masing cabang dihubungkan ke frame ground. Aturan-aturan berikut berlaku untuk rangkaian paralel:
Voltase di masing-masing cabang paralel adalah sama
Total arus di masing-masing cabang adalah sama
Total resistansi ekivalen sama dengan tegangan sumber dibagi dengan total arus, dan SELALU lebih sedikit dibandingkan dengan resistansi terkecil di dalam satu cabang.
Cara mudah untuk menyatakan aturan-aturan paralel adalah:
Tegangan untuk semua cabang adalah SAMA
Arus adalah JUMLAH dari arus masing-masing cabang
Resistansi ekivalen adalah selalu LEBIH KECIL daripada resistansi terkecil di masing-masing cabang.
Menerapkan Aturan-aturan / Applying the Rules
Gambar 86 Rangkaian
Rangkaian dalam Gambar 86 terdiri dari berbagai peralatan dan komponen, termasuk sumber tegangan 24 Volt. Resistansi di setiap lampu diberikan bersama dengan nilai tegangan sumbernya. Sebelum menerapkan hukum-hukum dasar rangkaian paralel perlu untuk terlebih dahulu mengetahui resistansi ekivalen guna mengganti kedua cabang paralel 4 Ohm. Langkah pertama dalam mengembangkan rangkaian ekivalen adalah dengan mengaplikasikan aturanaturan dasar untuk mengetahui total resistansi kedua cabang paralel. Ingat bahwa total resistansi gabungan cabang adalah lebih kecil daripada resistansi terkecil dari masing-masing cabang. Rangkaian di atas memiliki dua cabang paralel, masing-masing dengan lampu yang memiliki resistansi 4Ω. Oleh karena itu, total resistansi adalah kurang dari 4Ω. Rumus berikut digunakan untuk menghitung total resistansi. 1/Rt = 1/R1 + 1/R2 = ¼ +¼ = 0.25 + 0.25 = 0.5 Rt = 1 0.5 = 2 Ohm Seperti yang telah dinyatakan sebelumnya, salah satu aturan untuk rangkaian paralel menyatakan bahwa tegangan di semua cabang paralel adalah SAMA. Dengan daya 24 Volt diaplikasikan pada masing-masing cabang, maka aliran arus masing-masing dapat dihitung dengan menggunakan Hukum Ohm. Rumus I = E/R digunakan untuk menghitung arus di masing-masing cabang yaitu 6 Amper. Dalam kasus khusus ini, aliran arus di masing-masing cabang adalah sama karena nilai-nilai resistansi sama. Menghitung Aliran Arus dalam Rangkaian Paralel / Solving Current Flow
Gambar 87 Rangkaian Paralel Rangkaian yang diperlihatkan dalam Gambar 87 adalah contoh rangkaian arus searah (DC) dengan tiga cabang paralel dan sebuah ammeter yang dihubungkan secara seri pada cabang-cabang paralel (semua aliran arus di dalam rangkaian harus melewati ammeter). Dengan mengaplikasikan aturan-aturan dasar untuk rangkaian paralel (tegangan di semua cabang SAMA) maka nilai arus yang tidak diketahui di masing-masing cabang dapat dihitung dengan menggunakan Lingkaran Hukum Ohm, dimana: I =ER I1 = E1 R1 = 24 4 = 6 Amper I2 = E2 R2 = 24 + 4 = 6 Amper I3 = E3 R3 = 24 4 = 6 Amper Karena aliran arus di dalam cabang-cabang paralel adalah JUMLAH semua arus di cabang, maka rumus untuk total arus adalah It = I1 + I2 + I3 = 6 + 6 + 6 = 18 Amper. Dengan voltase sumber diketahui 24 Volt dan total arus yang dihitung adalah 18 Amper maka total resistansi rangkaian setelah dihitung adalah 1 Ohm. (Rt = E t I t).
Rangkaian Seri-Paralel / Series – Parallel Circuits
Gambar 88 Rangkaian Seri-Paralel
Rangkaian seri-paralel yang diperlihatkan dalam Gambar 88 terdiri dari satu bagian seri dan satu bagian paralel. Semua aturan yang dibahas sebelumnya mengenai rangkaian seri dan paralel berlaku ketika mencari nilai-nilai rangkaian yang tidak diketahui. Meskipun beberapa rangkaian seri-paralel tampak sangat rumit, pada dasarnya rangkaian ini dapat dihitung dengan mudah dengan menggunakan metode yang logis. Tip-tip berikut akan membuat perhitungan rangkaian seri-paralel tidak terlalu rumit. Periksalah rangkaian dengan cermat dan kemudian tentukan jalur atau jalur-jalur yang dapat dialiri arus melalui rangkaian sebelum kembali ke sumber. Gambarlah kembali rangkaian rumit untuk disederhanakan tampilannya. Ketika menyederhanakan rangkaian seri-paralel, mulailah pada titik terjauh dari sumber tegangan. Gantilah kombinasi-kombinasi resistor seri-dan paralel langkah demi langkah. Rangkaian seri-paralel (ekuivalen) yang digambar ulang dengan benar akan terdiri hanya SATU resistor seri pada ujungnya. Gunakan aturan-aturan seri sederhana untuk menghitung nilai-nilai yang tidak diketahui. Kembali ke rangkaian asli dan masukkan nilai-nilai yang sudah diketahui. Gunakan Hukum Ohm untuk menghitung nilai-nilai lainnya. Menghitung Soal Seri-Paralel 2
R1
R2
6 R3
3
12V
Gambar 89 Rangkaian Seri-Paralel
Rangkaian seri-paralel yang diperlihatkan dalam Gambar 89 memperlihatkan resistor 2Ω dalam seri dengan sebuah cabang paralel yang terdiri dari resistor 6Ω dan resistor 3Ω. Untuk menghitung soal ini Anda perlu menentukan resistansi ekuivalen untuk cabang paralel. Dengan menggunakan rumus berikut, hitunglah resistansi ekuivalen (Re) paralel.
atau Menerapkan Aturan-aturan / Applying the Rules
Gambar 90 Rangkaian Seri-paralel Gambarlah kembali Gambar 90 dengan menyisipkan resistansi ekuivalen untuk cabang paralel. Kemudian hitunglah total rangkaian dengan menggunakan aturan-aturan Hukum Ohm sederhana untuk rangkaian seri. Dengan menggunakan aturan-aturan untuk rangkaian seri, total resistansi rangkaian sekarang dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
Nilai sisanya yang belum diketahui adalah arus. Sekali lagi dengan menggunakan Lingkaran Hukum Ohm, arus listrik dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
Lihat rangkaian seri-paralel awal dan tempatkan nilai-nilai yang sudah diketahui.
6V 3A 2Ω R1 R2
6V 1A R3 6Ω
6V 2A 3Ω
12V
Gambar 91 Rangkaian
Perhitungan rangkaian menunjukkan bahwa total aliran arus dalam rangkaian adalah 3 Amper. Karena semua aliran arus yang meninggalkan sumber harus kembali kita mengetahui bahwa 3 Amper harus mengalir melalui R1. Maka sekarang kita bisa menghitung turunnya voltase pada R1 dengan menggunakan rumus E = I x R = 3A x 2Ω = 6 Volt Apabila resistor R1 menggunakan 6 Volt, maka voltase sumber sisanya (6V) diaplikasikan pada kedua cabang paralel. Dengan menggunakan Hukum Ohm untuk cabang paralel maka diketahui bahwa 1 Amper mengalir melalui R2, dan 2 Amper mengalir melalui R3 sebelum bergabung menjadi total arus rangkaian 3 Amper yang kembali ke bagian negatif dari sumber power (Gambar 91).
Metode-metode Lain dan Tip-tip untuk Menghitung Rangkaian Seri-Paralel yang Rumit
Gambar 92 Rangkaian Seri-Paralel yang Rumit
Sebagaimana dinyatakan sebelumnya, dengan memeriksa jalur secara seksama untuk aliran arus dan kemudian menggambar kembali rangkaian dapat dengan mudah memecahkan rangkaian-rangkaian yang rumit. Terlepas betapapun terlihat rumit suatu rangkaian, dengan menggambar rangkaian yang sama (equivalent circuit) dan mengurangi rangkaian hingga menjadi bentuk yang paling sederhana (rangkaian seri) maka akan menghasilkan informasi yang diperlukan untuk disejajarkan dengan rangkaian asli. Langkah 1:
Gambar 93 – Langkah 1
Telusurilah aliran arus baterai dari bagian (+) ke baterai bagian (-). Semua arus yang meninggalkan sumber tersedia di TP1 (test point 1). Di TP1 arus dibagi di antara dua cabang paralel dan kemudian digabungkan kembali di TP2 sebelum mengalir melalui resistor seri R3 dan kembali ke ground. Sekarang jalur aliran arus telah diidentifikasi, langkah selanjutnya adalah menggambar rangkaian serupa untuk cabang-cabang paralel. Langkah 2:
P Gambar 94 – Langkah 2
Dengan menggunakan Hukum Ohm hitunglah resistansi ekuivalen untuk cabang paralel. Ada dua metode (rumus) yang tersedia untuk menghitung resistansi cabang paralel, yaitu:
1 1 1 R1 * R2 atau (disebut product over sum method) Re Re R1 R2 R1 R2 Jika rangkaian hanya memiliki dua cabang, maka metode jumlah atas produk (product over sum method) adalah rumus yang paling mudah. Langkah 3:
Gambar 95 – Langkah 3
Gambarlah kembali rangkaian dengan mengganti nilai Re untuk melambangkan resistansi ekuivalen. Rangkaian sekarang memiliki dua resistor dalam seri, yang diperlihatkan sebagai Re dan R3. Selanjutnya sederhanakan rangkaian dengan menggabungkan Re dan R3 sebagai resistansi tunggal yang disebut Rt.
TOPIK 4 ELECTRICAL SCHEMATIC 4.0
SCHEMATIC
Gambar 96
Skematik pada dasarnya adalah gambar-gambar garis yang menjelaskan bagiamana suatu sistem berfungsi dengan menggunakan simbol-simbol dan garis-garis penghubung. Simbol-simbol digunakan untuk melambangkan peralatan atau komponen-komponen baik dalam sistem listrik dan elektronik yang sederhana maupun rumit. Simbol-simbol skematik digunakan secara luas dalam terbitan-terbitan Caterpilar untuk mengidentifikasi masalah-masalah yang berhubungan dengan listrik. Skematik digunakan oleh para teknisi untuk mengetahui bagaimana suatu sistem berfungsi dan untuk membantu dalam memperbaiki sistem yang telah mengalami kegagalan fungsi. Simbol-simbol skematik memberikan banyak sekali informasi dalam ruang yang kecil dan pembacaan simbol-simbol skematik memerlukan keterampilan dan latihan yang sangat tinggi. Suatu metode langkah demi langkah yang logis dalam menggunakan diagram-diagram skematik untuk troubleshooting dimulai dengan pemahaman teknisi tentang sistem yang lengkap. Fitur-fitur Skematik Skematik listrik Caterpillar memiliki informasi yang sangat berharga. Informasi tersebut dicetak pada bagian depan dan belakang skematik. Teknisi harus sangat terampil dalam membaca dan menginterpretasikan semua informasi yang terkandung di bagian-bagian skematik. Beberapa fitur di depan skematik adalah:
Kode-kode warna untuk mengidentifikasi rangkaian
Kode-kode singkatan warna
Keterangan simbol
Informasi mengenai wiring harness
Catatan dan kondisi-kondisi skematik
Grid design untuk lokasi komponen
Nomor-nomor part komponen
Garis-garis “berwarna” melambangkan rangkaian alat. Gunakan kode identifikasi warna yang terletak di skematik untuk mengetahui rangkaian.
Garis-garis tebal “ganda” adalah untuk mengidentifikasi rangkaian dan komponen-komponen yang terletak di pos operator. Garis (hitam tipis) digunakan untuk mengidentifikasi alat, kawat, kabel atau komponen.
CATATAN: Lihat keterangan simbol pada skematika.
Machine Electrical Schematic dengan Format Baru
Format Lama
Format Baru Gambar 97
Sejumlah mesin Caterpillar menggunakan format baru untuk skematik sistem listrik. Format baru tersebut disebut PRO/E dan memberikan informasi tambahan untuk kawat, connector, komponen dan simbol sambungan. Gambar 97 memperlihatkan format identifikasi kabel yang baru. Label mencakup identifikasi rangkaian, nomor label kabel (169), kode identifikasi harness (H), nomor kabel dalam harness (5), kode warna (PK) dan ukuran kabel (18).
CATATAN: Kode-kode yang diperlihatkan adalah contoh dari sistem identifikasi yang baru. Lihat skematik listrik yang sesuai untuk rincian lebih lanjut dan informasi yang akurat. Connector Format Lama
Format Baru
Gambar 98
Format identifikasi connector yang baru (Gambar 98) mencakup kode identifikasi harness (H), mengidentifikasi assembly sebagai connector (C), mengidentifikasi nomor connector dalam harness (7), dan mencantumkan part number connector (3E3382). CATATAN: Kode-kode yang diperlihatkan adalah contoh mengenai sistem identifikasi yang baru. Lihat skematik listrik yang sesuai untuk rincian lebih lanjut dan informasi yang akurat. Komponen-komponen Format Lama
Format Baru
Gambar 99 Gambar 99 menunjukkan metode pemberian label komponen skematik yang lama dan memperlihatkan nama yang jelas dan part number komponen. Skematik yang digambar dalam format PRO/E berisikan huruf identifikasi harness (H), kode pemberian seri (P-12) dimana “P” adalah singkatan dari “part” dan “1” melambangkan posisi harness (bagian nomor “12” dalam harness “H”, dan nomor bagian komponen (113-8490).
CATATAN: Kode-kode yang diperlihatkan adalah contoh mengenai sistem identifikasi yang baru. Lihat skematik listrik yang sesuai untuk rincian lebih lanjut dan informasi yang akurat.
Format PRO/E untuk sambungan-sambungan (splice) menggunakan dua titik penghubung untuk menunjukkan di bagian mana kabel keluar. Simbol sambungan yang sebelumnya hanya menggunakan titik (filled-in dot) untuk menunjukkan sambungan.
CATATAN: Kode-kode yang diperlihatkan adalah contoh mengenai sistem identifikasi yang baru. Lihat skematik listrik yang sesuai untuk rincian lebih lanjut dan informasi yang akurat.
Beberapa fitur di bagian belakang skematik mencakup: Simbol-simbol dan identifikasi skematik harness dan kabel listrik Simbol-simbol dan definisi skematik listrik Bagan keterangan kabel
Buku manual service listrik terkait
Bagan lokasi harness connector
Spesifikasi-spesifikasi switch mesin dalam posisi “off”
Lokasi-lokasi harness connector dan komponen mesin, diidentifikasi sebagai garis bayangan hitam mesin
Daftar component identifier (CID) dan konversi kode flash
Bagan lokasi komponen Spesifikasi-spesifikasi resistor dan solenoid Daftar Failure Mode Identifier (FMI)
TOPIK 5 DIGITAL MULTIMETER 5.0
PENGENALAN TERHADAP DIGITAL MULTIMETER
Gambar 100 Digital Multimeter 9U7330
Topik ini mencakup fungsi-fungsi dasar dan pengoperasian digital mulimeter (Gambar 100). Meskipun teknisi service dapat menggunakan analog multimeter dan mengetes lampu, digital multimeter melaksanakan pengukuran-pengukuran yang lebih rumit pada sistem elektronik yang lebih baru. Untuk mempermudah pekerjaan dengan angka-angka yang lebih besar, digital multimeter menggunakan sistem metrik.
Digital multimeter adalah alat yang sangat akurat dan digunakan untuk mencari nilai yang sangat tepat untuk besaran tegangan, arus atau resistansi. Digital multimeter diberi tenaga oleh baterai alkalin 9 Volt dan dilindungi terhadap kotoran, debu dan uap air.
Gambar 101 Digital Multimeter 9U7330
Meter (Gambar 101) memiliki empat bagian utama:
Liquid-crystal-display
Tombol tekan
Switch dengan fungsi rotary dial
Lead meter input
Liquid Crystal Display
Gambar 102 Liquid crystal display pada Digital Multimeter
Tampilan kristal cair (LCD) pada meter (Gambar 102) menggunakan segmen-segmen tampilan dan indikator. Bacaan digital ditampilkan pada tampilan 4000-count dengan indikasi muatan kutub () dan penempatan titik desimal otomatis. Ketika meter dihidupkan (ON), semua segmen tampilan dan indikator (annunciator) tampil secara singkat selama pengetesan. Tampilan meng-update empat kali per detik, kecuali ketika bacaan frekuensi dilakukan, maka update adalah tiga kali per detik. Tampilan analog adalah pointer 32 segmen yang meng-update 40 kali per detik. Segmen-segmen tampilan memiliki pointer yang “bergulung” di seluruh segmen yang menunjukkan adanya perubahan pengukuran. Tampilan juga menggunakan indikator untuk menyingkat berbagai status tampilan (display mode) dan fungsi-fungsi meter. Tombol Tekan
Gambar 103 Tombol tekan pada digital multimeter
Tombol pada meter (Gambar 103) digunakan untuk melaksanakan fungsi-fungsi tambahan. Topik ini akan mencakup hanya tombol kisaran (range button). Tombol-tombol tambahan akan dicakup kemudian dalam kursus karena tombol-tombol ini berlaku untuk jenis pengukuran yang dilakukan. Ketika tombol dihidupkan untuk pertama kali dan pengukuran dilakukan, meter secara otomatis memilih suatu kisaran dan menampilkan kata AUTO di bagian kiri atas. Dengan menekan tombol kisaran maka akan menempatkan meter dalam mode kisaran manual dan menampilkan skala kisaran di bagian kanan bawah. Setiap kali tombol kisaran ditekan, bagian berikutnya akan ditampilkan. Tekan dan tahan tombol kisaran untuk kembali ke mode kisaran auto (auto range mode). Tombol berwarna kuning dapat digunakan untuk menerangi bagian belakang tampilan meter. Rotary Switch
Gambar 104 Rotary Switch
Berbagai fungsi meter dipilih dengan memutar rotary switch pada meter (Gambar 104). Setiap kali rotary switch digerakkan dari posisi OFF ke penyetelan fungsi, semua segmen dan indikator tampilan menyala sebagai bagian dari pengetesan otomatis rutin. Dengan menggerakkan meter sesuai dengan arah jarum jam dari tombol OFF, ketiga posisi pertama pada rotary switch digunakan untuk mengukur voltase arus bolak balik (AC), voltase langsung (DC) dan DC millivolt. Posisi atas digunakan untuk mengukur resistansi. Posisi berikutnya akan memungkinkan meter untuk memeriksa diode. Dua posisi terakhir digunakan untuk mengukur arus AC dan DC dalam Amper, mili-Amper dan mikro-Amper. Meter Lead Input
Gambar 105 Multimeter Input Jack
Bergantung pada pengukuran yang akan dilakukan, meter lead harus ditempatkan dalam terminalterminal yang benar (Gambar 105). Perhatikan bagian dalam terminal-terminal input diberi kode warna merah atau hitam. Lead positif dapat diarahkan pada input-input merah mana pun. COM atau terminal umum digunakan untuk sebagian besar pengukuran. Lead berwarna hitam atau negatif akan selalu berada dalam terminal COM. Terminal input pertama, pada bagian paling kiri meter adalah untuk mengukur Amper. Input ini dipasang fuse pada 10 Amper. Posisi berikutnya ke kanan adalah untuk mengukur miliamper atau mikroamper. Tidak lebih dari 400 miliamper dapat diukur ketika rotary switch berada dalam posisi ini. Apabila tidak yakin mengenai amper suatu rangkaian, mulailah dengan lead berwarna merah pada meter dalam input jack 10 amper (kisaran tertinggi). Terminal input pada bagian kanan meter adalah untuk mengukur voltase, resistansi dan pengetesan diode. Overload Display Indicator
Gambar 106 Overload Display
Saat melakukan pengukuran, tampilan OL akan terlihat (Gambar 106). OL menunjukkan bahwa nilai yang sedang diukur berada diluar batas kisaran yang dipilih. Kondisi-kondisi berikut dapat mengarah pada tampilan kelebihan beban (overload display):
Dalam kisaran auto (auto-range), bacaan resistansi tinggi menunjukkan rangkaian terbuka.
Dalam kisaran manual (manual range), bacaan resistansi tinggi menunjukkan rangkaian terbuka atau skala yang tidak benar dipilih
Dalam kisaran manual, bacaan voltase yang melampaui kisaran dipilih. Input Terminal dan Batasan-batasan Tabel 7
Fungsi AC Volt DC Volt mVolt Ohm AC/DC Amp mA/A
Bacaan Min 0.01mV 0.0001V 0.01mV 0.01 1.0mA 0.01mA 0.1
Bacaan Maks 1000 V 1000 V 400.0 mV 40.00 M 10.0 A 400.0 mA 4000 A
Input Maks 1000 V 1000 V 1000 V 1000 V 600 V 600 V 600 V
Tabel 7 memperlihatkan fungsi-fungsi meter, bacaan tampilan minimum, bacaan tampilan maksimum dan input maksimum untuk Digital Multimeter 9U7330. Mengukur Tegangan AC/DC
Gambar 107 Digital Multimeter 9U7330
Ketika menggunakan multimeter untuk melakukan pengukuran voltase, penting untuk diingat bahwa voltmeter harus selalu dihubungkan secara paralel dengan beban atau rangkaian yang sedang dites. Keakuratan multimeter 9U7330 adalah kira-kira 0.01% dalam lima kisaran voltase AC/DC dengan impedansi input kira-kira 10 mv ketika dihubungkan secara paralel. Untuk mengukur voltase, lakukan langkah-langkah berikut: Pastikan rangkaian dalam keadaan menyala (ON).
Tempatkan lead hitam meter pada COM input port dan lead merah meter pada Volt/OHM input port.
Tempatkan rotary switch dalam posisi AC atau DC yang diinginkan.
Tempatkan lead hitam meter pada bagian rendah (low) atau return side komponen atau rangkaian yang sedang diukur
Tempatkan lead merah meter pada bagian bertegangan tinggi (high) atau bagian positif dari komponen atau rangkaian yang sedang diukur.
Mengukur Penurunan Tegangan
Gambar 108 Mengukur penurunan tegangan
Perhatikan rangkaian dalam Gambar 108. Kabel pengetesan (test lead) dihubungkan secara paralel pada beban rangkaian (circuit load). Dengan sumber daya 12 Volt yang dihubungkan ke beban, meter harus membaca penurunan tegangan sama dengan tegangan sumber atau 12 Volt. Apabila meter membaca penurunan tegangan kurang dari 12 Volt, ini menunjukkan bahwa resistansi yang tidak diinginkan terdapat di dalam rangkaian. Suatu proses yang logis adalah dengan mengukur penurunan tegangan di switch contact tertutup. Apabila terdapat bacaan tegangan pada switch ini, maka ini menunjukkan bahwa switch contact mengalami kerusakan, sehingga switch harus diganti.
CATATAN: Dalam pengukuran yang sesungguhnya, bacaan meter tidak akan sama persis dengan voltase sumber power, karena kabel masing-masing akan memberikan sedikit resistansi. Dalam kebanyakan aplikasi praktek, penurunan voltase 0.1 Volt adalah angka yang dapat diterima untuk kondisi-kondisi kabel rangkaian normal. Digital multimeter 9U7330 adalah alat pengukur dengan resistansi tinggi. Ini berarti bahwa alat pengukur ini tidak akan meningkatkan aliran arus secara signifikan di dalam rangkaian yang sedang diukur. Pengukuran voltase harus selalu dilakukan dengan rangkaian dalam keadaan memiliki power. Digital Multimeter 9U7330 adalah ideal untuk digunakan dalam rangkaian-rangkaian yang dikontrol oleh peralatan padat seperti komponen-komponen elektronik, komputer dan mikroprosesor. Mengukur Arus AC/DC
Gambar 109 Digital Multimeter 9U7330
Ketika menggunakan multimeter untuk melakukan pengukuran arus, meter probe harus dihubungkan secara SERI dengan beban (load) atau rangkaian yang sedang dites. Untuk mengubah di antara pengukuran arus bolak balik (AC) dan arus searah (DC), gunakan tombol tekan BIRU (Gambar 109). Ketika mengukur arus, internal shunt resistor pada meter akan menghasilkan tegangan di terminal meter yang disebut “tegangan beban”. Arus yang dihasilkan tegangan beban ini sangat rendah, tetapi bisa saja mempengaruhi ketepatan pengukuran. Ketika mengukur aliran arus, multimeter Fluke 87 dirancang dengan resistansi rendah untuk mencegah agar tidak menimbulkan dampak terhadap aliran arus di dalam rangkaian. Ketika mengukur arus di dalam rangkaian, selalu mulai dengan lead merah multimeter di dalam Amp input (10A fused) pada meter. Hubungkan lead merah ke dalam mA/A input hanya setelah diketahui arus berada di bawah tingkat arus maksimum pada input mA/A (400 mA). Meter memiliki “buffer” yang memungkinkannya untuk mengukur dengan cepat aliran arus yang lebih tinggi dari 10A. Buffer ini dirancang untuk menangani “lonjakan” arus ketika rangkaian dihidupkan pertama kali. Meter ini sebetulnya bisa membaca arus sampai 20 Amper untuk jangka waktu tidak lebih dari 30 detik. CATATAN: Lead harus selalu dihubungkan dalam SERI dengan beban atau rangkaian ketika mengukur aliran arus.
Mengukur Arus
Gambar 110 Mengukur Aliran Arus
Untuk mengukur arus (Gambar 110), lakukan langkah-langkah berikut:
Tempatkan multimeter input lead berwarna hitam di dalam COM port dan input lead merah di dalam A (Amp) port.
Tempatkan Rotary Switch pada posisi mA/A
Bukalah rangkaian yang akan dites, dianjurkan dengan “menarik” fuse, atau dengan “membuka” switch.
Tempatkan lead dalam SERI dengan rangkaian, sehingga amper rangkaian mengalir melalui meter.
Gunakan power pada rangkaian. CATATAN:
Apabila aliran arus melampaui tingkat fuse di dalam meter, fuse akan “membuka”.
Mengukur Resistansi
Gambar 111 Mengukur Resistansi
Ketika menggunakan multimeter untuk mengukur resistansi (Gambar 111), adalah perlu untuk mematikan daya listrik pada rangkaian dan membuang muatan semua capacitor sebelum mencoba melakukan pengukuran di dalam rangkaian. Apabila masih terdapat tegangan eksternal di seluruh komponen yang sedang dites, maka mustahil untuk mendapatkan pengukuran yang akurat.
Digital multimeter mengukur resistansi dengan melewati arus yang sudah diketahui melalui rangkaian atau komponen dan mengukur penurunan tegangan masing-masing. Meter kemudian menghitung secara internal resistansi yang menggunakan rumus Hukum Ohm R = E I. Penting untuk diingat, resistansi yang diperlihatkan oleh meter adalah total resistansi melalui semua kemungkinan jalur di antara dua pengetesan meter (meter probe). Agar dapat mengukur sebagian besar rangkaian atau komponen secara akurat, maka perlu mengisolasi rangkaian atau komponen dari jalur-jalur lain. Selain itu, resistansi dari test lead dapat mempengaruhi keakuratan ketika meter berada pada kisaran terendahnya (400 Ohm). Kesalahan yang diantisipasi adalah kira-kira 0.1 hingga 0.2 Ohm untuk pasangan test lead standar. Untuk mengetahui kesalahan yang sesungguhnya, pasanglah test lead bersama dan bacalah nilai yang ditampilkan pada meter. Gunakan (REL) mode pada 9U7330 untuk mengurangi secara otomatis resistansi lead dari pengukuran yang sesungguhnya. Untuk mengukur resistansi secara akurat, ikuti langkah-langkah berikut: Pastikan daya pada rangkaian atau komponen dimatikan (OFF).
Tempatkan lead merah di dalam jack yang berlabel Volt/Ohm dan lead hitam di dalam jack yang bertanda COM. Tempatkan rotary selector di dalam posisi Ω. Tempatkan lead meter MENYILANG pada komponen atau rangkaian yang sedang diukur. CATATAN: Penting untuk diingat agar jari-jari Anda tidak menyentuh bagian-bagian ujung meter lead ketika melaksanakan pengukuran resistansi. Resistansi badan anda dapat mempengaruhi pengukuran.
TOPIK 6 KEGAGALAN FUNGSI RANGKAIAN/CIRCIT FAULT 6.0
KEGAGALAN FUNGSI RANGKAIAN / CIRCUIT FAULT
Topik ini menguraikan kegagalan fungsi pada rangkaian seri, paralel dan seri-paralel. Kegagalan fungsi pada rangkaian dapat diperlihatkan pada alat bantu pelatihan atau pada kendaraan. Ada beberapa cara dimana rangkaian dapat mengalami kegagalan fungsi:
Terbuka (Open)
Hubung singkat (Short)
Rangkaian yang Dibumikan (Ground)
Resistansi tinggi (High resistance)
Intermittence
Terbuka (Open)
Gambar 112 Rangkaian Terbuka
Keadaan “terbuka” di bagian mana pun dalam suatu rangkaian dapat mengakibatkan tidak ada aliran arus di dalam rangkaian seri atau bagian dari rangkaian paralel. Rangkaian yang terbuka dapat diakibatkan oleh komponen yang mengalami kegagalan fungsi misalnya switch, fuse, atau kabel putus serta connector rusak. Lokasi fisik rangkaian yang “terbuka” menentukan bagaimana rangkaian akan terbaca. Gambar 112 memperlihatkan switch yang berfungsi sebagai rangkaian yang terbuka, sehingga tidak ada aliran melalui dua beban. Troubleshooting pada rangkaian yang terbuka mudah dilakukan menggunakan multimeter dengan mengukur voltase sumber. Apabila voltase sumber tersedia pada sambungan di depan switch dan tidak tersedia pada bagian switch yang bermuatan, maka contact akan membuka. Apabila tersedia voltase pada bagian beban (load side) maka perlu untuk terus memeriksa rangkaian sampai keadaan terbuka teridentifikasi. Dalam rangkaian paralel, mengidentifikasi keadaan terbuka bergantung pada di mana lokasi tersebut terjadi. Apabila terjadi di dalam kabel utama, maka tidak satu beban atau komponen pun yang akan berfungsi. Akibatnya, semua cabang paralel tidak akan beroperasi. Selain itu, keadaan terbuka di dalam jalur tanah kembali (return ground path) akan memiliki dampak yang sama seperti keadaan terbuka di dalam kabel utama.
Gambar 113 Keadaan Terbuka (open) di Kabel Utama & Cabang Paralel
Apabila terjadi keadaan terbuka di salah satu cabang (branch) di bawah kabel utama, hanya beban (load) yang terdapat pada cabang tersebut yang terkena dampak. Semua beban cabang lainnya akan beroperasi secara normal. Gambar 113 memperlihatkan sebuah contoh keadaan terbuka di dalam kabel utama dan dalam cabang paralel. Ketika melakukan identifikasi pada rangkaian yang terbuka, hasilnya biasanya bahwa komponen mengalami kegagalan fungsi. Karena kebanyakan rangkaian dilindungi dengan sejenis fuse atau alat pelindung rangkaian, maka dianjurkan bahwa fuse atau alat tersebut diperiksa secara visual. Apabila pemeriksaan visual tidak mengungkapkan adanya kondisi terbuka, lepaskan alat tersebut dan lakukan pemeriksaan lanjutan untuk memastikan bahwa alat berfungsi dengan baik. Kemungkinan besar tempat lainnya yang harus diperiksa untuk mengetahui keadaan terbuka adalah pada komponen itu sendiri. Dengan menggunakan multimeter dan skematik listrik akan mengetahui apakah sistem atau voltase sumber tersedia atau tidak. Apabila voltase tidak tersedia pada komponen, langkah selanjutnya adalah menentukan perangkat listrik lain apa, misalnya switch atau connector, yang tersedia di dalam jalur rangkaian. Pisahkan peralatan tersebut, mulai dari lokasi termudah dan terus ke arah sumber voltase. Hubung Singkat (Short) Hubung singkat di dalam suatu rangkaian adalah hubungan listrik langsung di antara dua titik, biasanya disertai dengan resistansi sangat rendah terhadap aliran arus. Hal ini sering kali menjelaskan adanya hubungan listrik yang tidak diinginkan atau tidak benar dan dapat menarik arus yang lebih tinggi daripada yang diharapkan. Dalam menjelaskan kegagalan fungsi yang disebabkan oleh hubung singkat listrik, jenis-jenis hubung singkat biasanya diidentifikasi sebagai “hubung singkat pada tanah” atau “hubung singkat pada daya”. Hubung singkat pada tanah terjadi ketika aliran arus dihubungkan ke tanah sebelum waktunya. Hal ini biasanya terjadi ketika isolasi kabel rusak dan konduktor benar-benar terkena kontak dengan body mesin (machine ground). Dampak hubung singkat terhadap tanah tergantung pada rancangan rangkaian dan lokasinya dalam kaitannya dengan komponen-komponen rangkaian lainnya, misalnya peralatan pelindung, switch, beban, dll.
Gambar 114 Hubung singkat sebelum beban rangkaian
Gambar 114 memperlihatkan hubung singkat yang terjadi yang terletak setelah peralatan pelindung dan switch, tetapi sebelum beban rangkaian (lampu). Dalam contoh ini, jalur resistansi rendah ke tanah terjadi setiap kali switch dihidupkan dan voltase sumber tersedia. Hasil dari jalur yang tidak diinginkan ini akan mengakibatkan sekering “putus” (atau pemutus arus mengalami trip) ketika switch dihidupkan.
Gambar 115 Hubung singkat sebelum switch
Gambar 115 memperlihatkan hubung singkat ke tanah yang terjadi sebelum switch. Kondisi ini sering disebut sebagai “hubung singkat mati” (dead short). Dalam situasi ini, sekering (fuse) akan “putus” setiap kali voltase rangkaian dialirkan.
Gambar 116 Hubung singkat sebelum alat pengontrol
Hubung singkat pada daya atau suplai daya terjadi ketika satu rangkaian dipasang pada rangkaian lainnya (Gambar 116). Gejala-gejala hubung singkat terhadap daya listrik sekali lagi tergantung pada lokasi hubung singkat. Akibat dari kondisi jenis ini umumnya menyebabkan satu rangkaian atau kedua rangkaian tidak beroperasi dengan semestinya, misalnya ada komponen yang dialiri listrik padahal tidak seharusnya demikian. Kabel-kabel yang aus atau rusak biasanya merupakan akar penyebab dari kondisi ini. Juga, kondisi ini jarang menyebalan peralatan pelindung “membuka” atau merusak komponen-komponen lain. Rangkaian yang Dibumikan (Ground) Rangkaian yang mengalami ground biasanya mengakibatkan komponen tidak berfungsi. Seperti yang telah dibahas sebelumnya, kondisi yang mengalami ground menunjukkan bahwa rangkaian memiliki jalur yang tidak diinginkan ke rangka mesin. Sebagaimana telah dinyatakan, dampak terhadap rangkaian ditentukan oleh di mana kondisi ground terjadi. Resistansi Tinggi
Kegagalan fungsi pada rangkaian juga terjadi ketika tingkat resistansi menjadi terlalu tinggi. Dampak terhadap rangkaian biasanya menyebabkan komponen-komponen tidak berfungsi atau komponen tidak berfungsi sesuai dengan spesifikasi. Penyebab umum dari resistansi tinggi adalah peningkatan korosi atau kotoran pada sambungan dan contact. Intermittence Kondisi intermittence terjadi ketika contact atau sambungan-sambungan menjadi longgar atau ketika bagian-bagian komponen internal rusak. Masalah ini biasanya mengakibatkan lampu berkelap-kelip, atau komponen-komponen berfungsi sebentar-sebentar. Masalah ini biasanya disebabkan oleh adanya getaran atau mesin yang bergerak, dan tidak bisa diidentifikasi dengan mudah karena kondisi ini cenderung membaik sendiri ketika mesin dihentikan.
TOPIK 7 MEMATRI /SOLDERING 7.0
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.
7.1
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 semicair. 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. Pateri 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
Gambar 117 Wetting terjadi ketika pateri yang meleleh menembus suatu permukaan dari tembaga, sehingga membentuk immediate bond. 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 bagianbagian logam (Gambar 117). 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 permukaanpermukaan yang disambung dan sebelum diberikan panas. Cored wire solder dan solder paste harus ditempatkan dalam posisi sedemikian rupa sehingga flux dapat mengalir dan menutupi sambungansambungan saat pateri meleleh. Flux harus diaplikasikan sehingga tidak terjadi kerusakan pada bagianbagian 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
Gambar 118 Minimal thermal linkage akibat pateri yang tidak cukup di antara pad dan soldering iron tip
Faktor ketiga yang perlu dipertimbangkan adalah thermal linkage. Ini adalah bidang kontak di antara iron tip dan pekerjaan. Gambar 118 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.
Gambar 119 Solder bridge memberikan thermal linkage untuk mentransfer panas ke dalam pad dan lead komponen
Gambar 119 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 pateri 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 bagianbagian, 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
Gambar 120 Pateri menyatu dengan permukaan yang dipateri, sehingga membentuk sudut kontak yang kecil
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 tandatanda 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 (Gambar 120). 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
Gambar 121
Beberapa dari connector yang lebih umum adalah post terminal dan splice. Gambar 121 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.
Gambar 122
Gambar 122 memperlihatkan sambungan yang lazim dilakukan pada terminal strip. Puntirlah kabel sehingga membentuk kait (hook) dan masukkan hook ke dalam lubang pada terminal strip.
Gambar 123
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 123 memperlihatkan sambungan hook splice.
Gambar 124
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 124 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.
7.2
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
Gambar 125
Ketika menggunakan soldering iron, harus berhati-hati untuk memastikan agar tidak terjadi luka bakar (Gambar 125). Bagian ujung soldering iron harus cukup panas untuk melelehkan pateri logam.
Gambar 126
2. Menyambung: Persiapkan kabel-kabel yang akan disambung.
Gambar 127
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 (Gambar 127). 3. Menyambung kabel secara mekanis
Gambar 128
Puntirlah kedua kabel untuk membuat sambungan mekanis yang baik di antara kedua kabel (Gambar 128). 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
Gambar 129
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 (Gambar 129).
Gambar 130
Setelah selesai mematri, bersihkan sisa flux dari sambungan dengan kain lap dan larutan pembersih (Gambar 130). 5. Membungkus sambungan
Gambar 131
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 (Gambar 131).
Gambar 132
Jenis lainnya terdiri dari lem yang ketika dipanaskan meleleh ke dalam dan menyekat sambungan (Gambar 132 kiri). Apabila tidak tersedia heat shrink sleeve, maka hal yang dapat dilakukan adalah menyekat dan melindungi sambungan dengan electrical insulating tape (Gambar 132 kanan).
6. Terminal: Memeriksa panjang sambungan
Gambar 133
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 (Gambar 133) untuk membantu memasukkan kabel dalam keadaan bersih.
Gambar 134
Pasanglah bullet atau terminal pada kabel (Gambar 134) untuk memastikan bahwa bagian kabel yang isolasinya sudah dikelupas tidak menonjol melebihi bahu terminal yang diisolasi (Gambar 135). Lalu lepaskan bagian kabel dari terminal.
Gambar 135
7. Menggunakan Solder
Gambar 136
Lapisi kabel dengan lapisan pateri persiapan yang tipis. Tindakan ini disebut melakukan „tinning” pada kabel dan membantu membuat sambungan terakhir (Gambar 136). Dengan menggunakan resin cored solder, maka tidak perlu mempersiapkan permukaan dengan bahan-bahan flux karena ini sudah digabungkan ke dalam core pateri.
Gambar 137
Masukkan kabel kembali ke dalam terminal (Gambar 137) dan tempatkan iron pada terminal agar cukup panas untuk melelehkan lebih banyak pateri lagi di antara terminal dan kabel yang sudah dilapisi pateri
(Gambar 138). Berhati-hatilah agar tidak menggunakan pateri terlalu banyak, dan apabila terminal terlalu panas maka isolasi kabel akan mulai meleleh.
Gambar 138
8. Menutupi terminal
Gambar 139
Setelah sambungan listrik dibuat, dan cukup dingin untuk memungkinkan ditangani lebih lanjut, pasanglah insulator cover pada terminal (Gambar 139) dan sambungan ini siap digunakan (Gambar 140)
Gambar 140
