Mesin Arus Searah dan Transformato r Fak

MODUL PERKULIAHAN

Mesin Arus
Searah dan
Transformat
or
Pendahuluan
Pengantar Mesin Arus
Searah dan Transformator
Fakultas
Teknik

Program
Studi

Teknik Elektro

Tatap
Muka

01

Kode MK

Disusun Oleh

MK14025

Ir. Badaruddin, MT

Abstract

Kompetensi

Mesin listrik terdiri dari mesin arus
searah dan arus bolak balik. Mesin
arus searah terdiri dari generator dan



Mempelajari prinsip Mesin –

mesin Arus Searah dan
Transformator

motor arus searah sedangkan mesin
arus bolak balik terdiri dari generator
dan motor arus bolak balik serta
transformator. penggunaan generator
ini sebagai penguat generator utama
pada pusat pusat pembangkit




Mempelajari segala
permasalahan dan aplikasi trafo
dan mesin arus searah
Di harapkan mahasiswa
mempunyai kemampuan
memahami mesin arus searah
dan transformator yang lebih

lengkap

Pengantar Mesin Arus Searah dan
Transformator
Pengertian dan kegunaan generator arus searah
Generator ialah suatu mesin yang mengubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik.
Tenaga mekanik di sini digunakan untuk memutar kumparan kawat penghantar dalam
medan magnit diantara kumparan kawat penghantar, tenaga mekanik dapat berasal dari
tenaga panas, tenaga potensial air, motor diesel, motor bensin bahkan ada yang berasal
dari motor listrik.
Tenaga listrik yang dihasilkan oleh generator tersebut bias arus searah atau arus
bolak – balik, hal ini tergantung dari susunan/konstruksi generator dan system pengambilan
arusnya.
Oleh sebab itu ada 2 mavam generator :
a) Generator arus searah.
b) Generator arus bolak – balik.
Generator arus searah ialah suatu mesin pengubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik
arus searah.
Tenaga listrik arus searah biasanya tidak diproduksi secara besar sebagaimana
tenaga arus bolak balik (pada pusat – pusat pembangkit), alas an yang penting ialah pada

lisytrik arus searah timbul persoalan rugi – rugi untuk mengirim tenaga listrik jarak jauh
(transmisi). Untuk arus bolak – balik hal ini bias diatasi dengan trafo. Lagi pula orang mudah
sekali merubah listrik arus bolak – balik menjadi listrik arus searah.
Generator arus searah sebagai salah satu pembangkit listrik arus searah banyak
kegunaannya di bengkel – bengkel, pabrik – pabrik maupun dalam kehidupan sehari – hari.
Dalam penggunaannya generator arus searah dapat di tempatkan tetap (stationary) maupun
bergerak. Dalam hal ini untuk yang di tempatkan tetap misalnya generator yang di
pergunakan untuk mengisi accu mobil.
Kegunaan lain:
 Untuk memberikan arus pada lampu

‘1
3

2

Mesin Arus Searah dan
Transformator
Ir. Badaruddin, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning
http://www.mercubuana.ac.id

 Untuk menggerakan kontrol
 Untuk penggerak
Di pusat – pusat tenaga listrik, generator arus searah berfungsi sebagai sumber
penguat magnit (exciter) pada generator utama. Di pabrik kita banyak menemui misalnya
pada pabrik penyepuhan dan pabrik – pabrik yang banyak memakai motor – motor arus
searah. Untuk las listrik dan masih banyak lagi kegunaan yang dijumpai dalam kehidupan
sehari – hari.
Yang akan dibahas disini adalah generator arus searah yang penyearah arusnya
merupakan penyearah mekanik (memakai komutator – komutator). Kalau melihat definisinya
pengertian generator arus searah akan menyangkut generator arus searah yang penyarah
arusnya adalah penyerah electronics. Yang disebut terakhir tidak dibahas dalam buku ini

Dasar – dasar Genator Arus Searah
Untuk mempelajari generator arus searah lebih dahalu kita pelajari dasar – dasar
teorinya.
Salah satu percobaan yang erat hubungnannya dengan prinsip generator adalah
percobaan faraday.

Prinsip percobaan Faraday:

Gambar 1.1 GGL Induksi
Perhatikan gambar 1.1
Ujung – ujung kumparan dihubungkan dengan galvanometer. Apabila batang magnit diubah
arah geraknya (ditarik) jarum galvanometer juga bergerak sesaat dan kembali diam seperti
semua bila batang magnit dihentikan menariknya. Arah penunjukan berlawanan dengan
arah penunjukan jarum galvanometer dari percobaan yang pertama.

‘1
3

3

Mesin Arus Searah dan
Transformator
Ir. Badaruddin, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning
http://www.mercubuana.ac.id

Bergeraknya jarum tersebut disebabkan oleh timbulnya gaya gerak listrik induksi
(GGL induksi) pada kumparan.
Besarnya GGL induksi rata – rata (e) =
Dengan arti :
N : banyak lilitan dari kumparan
: perubahan fluks magnit dalam satuan Weber
: perubahan aktu dalam satuan detik
GGL induksi yang terbentuk dalam kumparan (e) tandanya negative (-). Hal ini sesuai
dengan hokum lenz yang mengatakan bahwa :
“Arah dari arus induksi ialah sedemikian rupa sehingga melawan sebab yang
menimbulkannya “, percobaan Faraday tersebut mengandung pengertian bahwa apabila
sepotong kawat penghantar listrik berada dalam medan magnit berubah – ubah, maka di
dalam kawat tersebut akan terbentuk GGL induksi. Demikian pula sebaliknya bila sepotong
kawat penghantar listrik digerak – gerakkan dalam medan magnit, maka dalam kawat
penghantar tersebut juga tersebut GGL induksi.
Jadi percobaan Faraday membuktikan bahwa pada sebuah kumparan akan
dibangkitkan GGL apabila jumlah garis gaya yang diliputi oleh kumparan berubah – ubah.
Hal ini dapat dilaksanakan dengan 2 cara yaitu :
1. Kawat penghantar bergerak, jumlah garis gaya yang diliputi tetap.

2. Kawat penghantar diam, jumlah garis gaya yang diliputi berubah.
Oleh karena itu pada prinsipnya kerja generator terdapat 3 hal pokok yaitu:
1. Adanya fluks magnet, yang di hasilkan oleh kutub – kutub magnit.
2. Adanya kawat penghantar listrik yang merupakan tempat terbentuknya GGL.
3. Adanya gerakan relative antara fluks magnit dengan kawat penghantar listrik.
Generator yang kita bicarakan disini adalah yang kawat penghantar bergerak, jumlah

Terbentuknya GGL Pada Kumparan Berputar
Telah di jelaskan dimuka bahwa terbentuknya GGL pada generator terdasar
percobaan Faraday, yang mengatakan bahwa kumparan yang di gerakkan dalam medan
magnit, di dalam kawat kumparan tersebut akan terbentuk GGL.
Gambar II – I , menggambarkan prinsip terbentuknya GGL pada kumparan yang
berputar. Kumparan ABCD terletak dalam medan magnit serba sama, sedemikian rupa
sehingga sisi AB dan CD terletak tegak lurus pada arah fluks magnit.

‘1
3

4

Mesin Arus Searah dan
Transformator
Ir. Badaruddin, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning
http://www.mercubuana.ac.id

Gambar
1.2 Kumparan berputar dalam medan magnit
Kumparan ABCD diputar dengan kecepatan sudut yang tetap terhadap sumbuh
putarnya yang sejajar dengan sisi AB dan CD sesuai dengan hokum Faraday GGL induksi
yang terbentuk pada AB dan CD besarnya sesuai dengan perubahan fluks magnit yang
dipotong kumparan ABCD tiap detik yakni:
1.1
Dimana :
: GGL induksi sesaat yang terbentuk .
: perubahan fluks magnit yang dipotong – weber.
: Perubahan waktu – dalam satuan detik.
Bila kumparan dengan kecepatan sudut yang tetap dalam medan magnet serba
sama, maka besarnya fluks magnit yang di potong setiap saat adalah:

1.2
Bila persamaan 1.2 di masukan persamaan 1.1 maka diperoleh besarnya GGL induksi
sesaat.
1.3
Dimana :

‘1
3

5

: GGL induksi sesaat terbentuk

: Volt

: GGL induksi maksimum terbentuk

: Volt

: fluks magnit yang dipotong pada saat tertentu

: Weber

Mesin Arus Searah dan
Transformator
Ir. Badaruddin, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning
http://www.mercubuana.ac.id

: fluks magnit maksimum yang dipotong

: weber

: kecepatan sudut berputarnya kumparan

: rad/detik

: waktu tertentu.

: detik

Sesuai dengan hukum tangan kanan, maka GGL induksi yang terbentuk pada sisi
kumparan di daerah utara dan selatan arahnya berlawanan. Sedangkan tepat pada
kedudukan kumparan tegak lurus fluks magnit, GGL induksi yang terbentuk pada masing –
masing sisi kumparan adalah nol.
Dari persamaan 1.2 dan 1.3 maka penggambaran GGL induksi yang terbentuk pada
setiap sisi kumparan akan terlihat seperti pada gambar 1.3.

Gambar 1.3 Bentuk Fluks magnit dan GGL terbentuk pada sisi kumparan

Bagian – bagian Terpenting dari Generator Arus Searah
Pada mesin listrik ada bagian yang diam (stator) dan ada bagian yang berputar (rotor).
Untuk generator arus searah yang termasuk stator adalah badan (body), magnit, sikat –
sikat. Sedangkan rotornya jangkar & lilitannya.

‘1
3

6

Mesin Arus Searah dan
Transformator
Ir. Badaruddin, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning
http://www.mercubuana.ac.id

Gambar 1.4 Badan (Body) generator arus searah

Gambar 1.5 inti kutub magnit dan kumparannya

‘1
3

7

Mesin Arus Searah dan
Transformator
Ir. Badaruddin, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning
http://www.mercubuana.ac.id

Gambar 1.6 bagian – bagian terpenting dari generator arus searah

Badan Generator
Fungsi utama dari badan generator adalah sebagai bagian dari tempat mengalirnya
fluks magnit yang dihasilkan kutub – kutub magnit, karena itu badan generator dibuat dari
bahan ferromagnetik. Disamping itu badan generator ini berfungsi untuk meletakkan alat –
alat tertentu dan melindungi bagian – bagian mesin lainnya. Oleh karena itu badan
generator harus dibuat dari bahan yang kuat. Untuk memenuhi kedua persyaratan pokok
diatas, maka umumnya badan generator yang besar umunya di buat dari besi tuang.
Sedangkan generator yang besar umumnya dibuat dari plat – plat campuran baja.biasanya
pada generator terdapat “ papan nama ” ( name Plate) yang bertuliskan spesifikasi umum
atau data – data teknik dari generator. Dengan adanya papan nama tersebut dapatlah di
ketahui beberapa hal pokok yang perlu diketahui dari generator tersebut. Selain pana nama
tersebut pada badan generator juga terdapat “ kotak ujung “ (terminal box) yang merupakan
tempat – tempat ujung – ujung lilitan penguat magnit dan lilitan jangkar.
Ujung – ujung lilitan jangkar ini sebenarnya tidak langsung dari lilitan jangkar dengan
melalui komutator dan sikat – sikat. Dengan adanya kotak ujung ini maka akan
memudahkan dalam pergantian susunan lilitan penguat magnit dan memudahkan
pemeriksaan kerusakan yang mungkin terjadi pada lilitan jangkar maupun lilitan pengaut
tanpa membongkar mesin.
Tanda – tanda ari ujung lilitan tersebut setiap pabrik atau negara mempunyai
normalisasi huruf tertentu. Huruf – huruf pada terminal menurut sistem VEMET dan VDE :
Bagian mesin/ lilitan
Lilitan jangkar
‘1
3

8

Mesin Arus Searah dan
Transformator
Ir. Badaruddin, MT

VEMET
B–b
Pusat Bahan Ajar dan eLearning
http://www.mercubuana.ac.id

VDE
A–B

Lilitan shunt

F–f

C-D

Lilitan deret

S–s

E–F

Lilitan penguat asing

E-e

I-K

Inti Kutub Magnet dan Lilitan
Sebagaimana diketahui bahwa fluks magnit yang terdapat pada generator arus
searah dihasilkan oleh kutub – kutub magnit buatan yang dibuat dengan prinsip
elektromagnetisme. Lilitan penguat magnit berfungsi untuk mengalirkan arus listrik untuk
terjadinya proses elektromagnetisme. Untuk jelasnya perhatikan gambar
Adapun aliran fluks magnit seperti di tunjukan pada gambar. Dari kutub utara melalui
celah udara, terus mengalir ke jangkar, ke kutub selatan (setelah lebih dahulu melalui celah
udara), kemudian kembali ke kutub utara melewati badan generator.

Sikat -sikat
Fungsi dari sikat – sikat adalah untuk jembatan bagi aliran arus dari lilitan dengan
beban. Disamping itu sikat – sikat memagang peranan penting untuk terjadinya komutasi.
Agar gesekan anatara komutator – komutator dan sikat tidak mengakibatkan arusnya
komutator, maka sikat harus lebih lunak dari pada komutator. Biasanya dibuat dari bahan
arang (coal).

Komutator
Sebagaimana diketahui komutator berfungsi sebagai penyearah mekanik, yang
bersama – sama dengan sikat – sikat membuat suatu kerjasama yang disebut komutasi.
Supaya menghasilkan penyearahan yang lebih baik (lebih rata) maka komutator yang
digunakan hendaknya dalam jumlah yang besar. Dalam hal ini setiap belahan (segmen)
komutator tidak lagi merupakan bentuk separo dari cincin, tetapi sudah berbentuk lempeng –
lempeng. Diantara setiap lempeng (segmen komutator) terdapat bahan isolator.
Komutator terdiri dari :
a. Komutator bar, merupakan (tempat) terjadinya pergesekan antara komutator dengan
sikat – sikat.
b. Riser, merupakan bagian yang menjadi tempat hubungan komutator dengan ujung
dari juluran lilitan jangkar.
Telah dijelaskan bahwa disamping sebagai penyearah mekanik maka komutator juga
berfungsi untuk mengumpulkan GGL induksi yang terbentuk pada sisi – sisi kumparan.
Oleh karena itu komutator dibuat dari bahan komutator, dalam hal ini digunakan dari
campuran tembaga.

‘1
3

9

Mesin Arus Searah dan
Transformator
Ir. Badaruddin, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning
http://www.mercubuana.ac.id

Isolator yang digunakan yang terletak antara komutator – komutator dan komutator –
komutator dengan as (poros) menentukan kelas dari generator berdasarkan kemampuan
terhadap suhu yang timbul dalam mesin tersebut. Jadi disamping sebagai isolator terhadap
listrik, maka isolator yang digunakan harus mampu terhadap panas tertentu. Berdasarkan
jenis isolator yang digunakan, dari kemampuan panas ini di kenal kelas – kelas sebagai
berikut :
a) Kelas A : katun, sutera alam, sutera buatan, kertas.
b) Kelas B : serat asbes, serat gelas.
c) Kelas C : mika, gelas, kwarsa, porselin, keramik.

Gambar 1.7 (a) Pemasangan komutator (b) segmen komutator

Gambar 1.8 Jangkar dan lilitannya

Jangkar
Jangkar yang umum di gunakan dalam generator arus searah adalah yang
berbentuk silinder yang diberi alur – alur pada permukaannya untuk tempat terbentuk nya
GGL. Induksi.
‘1
3

10

Mesin Arus Searah dan
Transformator
Ir. Badaruddin, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning
http://www.mercubuana.ac.id

Jangkar dibuat dari bahan ferromagnetik, dengan maksud agar kumparan –
kumparan ( lilitan jangkar) terletak dalam daerah yang induksi magnitnya besar, supaya
GGL induksi yag terbentuk dapat bertambah besar.
Seperti halnya inti kutub magnit, maka jangkar dibuat dari bahan berlapis – lapis tipis
untuk mengurangi panas yang terbentuk karena adanya arus liar. Bahan yang digunakan
untuk jangkat ini sejenis campuran baja silikon.
Pada umumnya alur tidak hanya diisi kumparan, tetapi diisi lebih dari satu sis
kumparan yang disusun secara berlapis.

Gambar 1.9 (a) jangkar beralur (b) lempeng plat jangkar

Prinsip Penyearah Tegangan Listrik Mesin Arus Searah (komutasi)
Pembangkitan tegangan yang dihasilkan oleh mesin arus searah pada prinsipnya
sama seperti pada mesin arus searah bolak – balik yaitu tegangan yang dihasilkan berupa
tegangan listrik bolak – balik.

Gambar 1.10 mesin arus searah sederhana dengan satu belitan rotor tunggal
Perhatikan gambar 1.10 untuk terjadinya induksi tegangan, penghantar rotor yang
bergerak harus memotong medan magnet. Dengan demikian, maka tegangan hanya akan
terinduksi pada segmen ab dan cd dari belitan rotor pada gambar 1.10. Tegangan induksi
yang terjadi dinyatakan sebagai :

Dimana V = kecepatan gerak penghantar rotor

‘1
3

11

Mesin Arus Searah dan
Transformator
Ir. Badaruddin, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning
http://www.mercubuana.ac.id

B = kerapatan fluks magnetik
I = panjang penghantar.
Arah (v X B ) merupakan arah arus di dalam penghantar bila terhubung dengan beban,
seperti pada gambar. Besar tegangan induksi yang terbentuk pada penghantar tunggal
adalah sbb :

Dengan bergeraknya lilitan, maka polaritas tegangan pada belitan akan berubah
bergantung posisi penghantar terhadap kutub utara selatan. Bentuk gelombang tegangan
yang terinduksi pada belitan rotor diperlihatkan pada gambar berikut ini. Dapat dilihat bahwa
tegangan yang terbentuk adalah tegangan bolak – balik (AC). Untuk itu diperlukan proses
penyearah didalam mesin mesin arus searah.

Daftar Pustaka
1. Principles of direct current machines, alexander S. lansdrorf
2. Mesin arus searah sumarno
3. Electric machinery 4 th edision AE fitzgerald
4. Teknik Tenaga listrik Zuhal

‘1
3

12

Mesin Arus Searah dan
Transformator
Ir. Badaruddin, MT

Pusat Bahan Ajar dan eLearning
http://www.mercubuana.ac.id