makalah mesin listrik ii

MAKALAH MESIN LISTRIK II
MESIN SINKRON ( MESIN SEREMPAK )
Disusun oleh :
AMANAH MUKHTORIFAH
08.6.7008.1107
TE / S1
SEKOLAH TINGGI TEKNIK WIWOROTOMO
PURWOKERTO
2011
BAB I
PENDAHULUAN
Motor Sinkron adalah motor AC tiga-fasa yang dijalankan pada kecepatan sinkron, tanpa
slip. Motor sinkron adalah motor AC, bekerja pada kecepatan tetap pada sistem frekuensi
tertentu. Motor ini memerlukan arus DC untuk pembangkitan daya dan memiliki torsi awal yang
rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal untuk beban rendah,
seperti kompresor udara, perubahan frekuensi dan generator motor. Motor sinkron mampu
memperbaiki faktor daya sistem sehingga sering digunakan pada sistem yang menggunakan
banyak listrik.
BAB II
GENERATOR SINKRON
(ALTERNATOR)
Hampir semua energi listrik dibangkitkan dengan menggunakan mesin sinkron.
Generator sinkron (sering disebut alternator) adalah mesin sinkron yangdigunakan untuk
mengubah daya mekanik menjadi daya listrik. Generator sinkrondapat berupa generator sinkron
tiga fasa atau generator sinkron AC satu fasatergantung dari kebutuhan.
1.1 Konstruksi Generator Sinkron
Pada generator sinkron, arus DC diterapkan pada lilitan rotor untuk mengahasilkan mdan
magnet rotor. Rotor generator diputar oleh prime mover menghasilkan medan magnet berputar
pada mesin. Medan magnet putar ini menginduksi tegangan tiga fasa pada kumparan stator
generator. Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang besar.
Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient (kutub sepatu) dan dan non salient (rotor
silinder). Gambaran bentuk kutup sepatu generator sinkron diperlihatkan pada gambar di bawah
ini.
Gambar 1.1 Rotor salient (kutub sepatu) pada generator sinkron
Pada kutub salient, kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor sedangkan pada
kutub non salient, konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan rotor.
Rotor silinder umumnya digunakan untuk rotor dua kutub dan empat kutub, sedangkan
rotor kutub sepatu digunakan untuk rotor dengan empat atau lebih kutub. Pemilihan konstruksi
rotor tergantung dari kecepatan putar prime mover, frekuensi dan rating daya generator.
Generator dengan kecepatan 1500 rpm ke atas pada frekuensi 50 Hz dan rating daya sekitar
10MVA menggunakan rotor silinder. Sementara untuk daya dibawah 10 MVA dan kecepatan
rendah maka digunakan rotor kutub sepatu. Gambaran bentuk kutup silinder generator sinkron
diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
(a)
(b)
Gambar 1.2 Gambaran bentuk (a) rotor Non-salient (rotor silinder), (b) penampang rotor
pada generator sinkron
Arus DC disuplai ke rangkaian medan rotor dengan dua cara:
1. Menyuplai daya DC ke rangkaian dari sumber DC eksternal dengan sarana
slip ring dan sikat.
2. Menyuplai daya DC dari sumber DC khusus yang ditempelkan langsung
pada batang rotor generator sinkron.
1.2 Prinsip Kerja Generator Sinkron
Jika sebuah kumparan diputar pada kecepatan konstan pada medan magnethomogen,
maka akan terinduksi tegangan sinusoidal pada kumparan tersebut. Medan magnet bisa
dihasilkan oleh kumparan yang dialiri arus DC atau oleh magnet tetap. Pada mesin tipe ini
medan magnet diletakkan pada stator (disebut generator kutub eksternal / external pole
generator) yang mana energi listrik dibangkitkan pada kumparan rotor. Hal ini dapat
menimbulkan kerusakan pada slip ring dan karbon sikat, sehingga menimbulkan permasalahan
pada pembangkitan daya tinggi. Untuk mengatasi permasalahan ini, digunakan tipe generator
dengan kutub internal (internal pole generator), yang mana medan magnet dibangkitkan oleh
kutub rotor dan tegangan AC dibangkitkan pada rangkaian stator. Tegangan yang dihasilkan
akan sinusoidal jika rapat fluks magnet pada celah udara terdistribusi sinusoidal dan rotor diputar
pada kecepatan konstan. Tegangan AC tiga fasa dibangkitan pada mesin sinkron kutub internal
pada tiga kumparan stator yang diset sedemikian rupa sehingga membentuk beda fasa dengan
sudut 120°. Bentuk gambaran sederhana hubungan kumparan 3-fasa dengan tegangan yang
dibangkitkan diperlilhatkan pada gambar di bawah ini.
Gambar 1.3 Gambaran sederhana kumparan 3-fasa dan tegangan yang dibangkitkan
. Pada rotor kutub sepatu, fluks terdistribusi sinusoidal didapatkan dengan mendesain
bentuk sepatu kutub. Sedangkan pada rotor silinder, kumparan rotor disusun secara khusus untuk
mendapatkan fluks terdistribusi secara sinusoidal. Untuk tipe generator dengan kutub internal
(internal pole generator), suplai DC yang dihubungkan ke kumparan rotor melalui slip ring dan
sikat untuk menghasilkan medan magnet merupakan eksitasi daya rendah. Jika rotor
menggunakan magnet permanen, maka tidak slip ring dan sikat karbon tidak begitu diperlukan.
1.3 Kecepatan Putar Generator Sinkron
Frekuensi elektris yang dihasilkan generator sinkron adalah sinkron dengan kecepatan
putar generator. Rotor generator sinkron terdiri atas rangkaian elektromagnet dengan suplai arus
DC. Medan magnet rotor bergerak pada arah putaran rotor. Hubungan antara kecepatan putar
medan magnet pada mesin dengan frekuensi elektrik pada stator adalah:
𝑛 .𝑝
𝑓𝑒 = 𝑟
120
(1.1)
yang mana:
fe = frekuensi listrik (Hz)
nr = kecepatan putar rotor = kecepatan medan magnet (rpm)
p = jumlah kutub magnet
Oleh karena rotor berputar pada kecepatan yang sama dengan medan magnet, persamaan
diatas juga menunjukkan hubungan antara kecepatan putar rotor dengan frekuensi listrik yang
dihasilkan. Agar daya listrik dibangkitkan tetap pada frekuensi 50Hz atau 60 Hz, maka generator
harus berputar pada kecepatan tetapdengan jumlah kutub mesin yang telah ditentukan. Sebagai
contoh untuk membangkitkan 60 Hz pada mesin dua kutub, rotor arus berputar dengan kecepatan
3600 rpm. Untuk membangkitkan daya 50 Hz pada mesin empat kutub, rotor harus berputar pada
1500 rpm.
1.4 Alternator tanpa beban
Dengan memutar alternator pada kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan (IF),
maka tegangan (Ea ) akan terinduksi pada kumparan jangkar stator. Bentuk hubungannya
diperlihatkan pada persamaan berikut.
Ea = c.n.φ
yang mana:
c = konstanta mesin
n = putaran sinkron
φ = fluks yang dihasilkan oleh IF
(1.2)
Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, karenanya tidak
terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan oleh arus medan (IF). Apabila arus
medan (IF) diubah-ubah harganya, akan diperoleh harga Ea seperti yang terlihat pada kurva
sebagai berikut.
gambar 1.4 Karakteristik tanpa beban generator sinkron
1.5 Alternator Berbeban
Dalam keadaan berbeban arus jangkar akan mengalir dan mengakibatkan terjadinya
reaksi jangkar. Reaksi jangkar besifat reaktif karena itu dinyatakan sebagai reaktansi, dan disebut
reaktansi magnetisasi (Xm ). Reaktansi pemagnet (Xm ) ini bersama-sama dengan reaktansi
fluks bocor (Xa ) dikenal sebagai reaktansi sinkron (Xs) . Persamaan tegangan pada generator
adalah:
Ea = V + I.Ra + j I.Xs (1.3)
Xs = Xm + Xa (1.4)
yang mana:
Ea = tegangan induksi pada jangkar
V = tegangan terminal output
Ra = resistansi jangkar
Xs = reaktansi sinkron
Karakteristik pembebanan dan diagram vektor dari alternator berbeban induktif (faktor
kerja terbelakang) dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 1.5 Karakteristik alternator berbeban induktif
1.6 Rangkaian Ekuivalen Generator Sinkron
Tegangan induksi Ea dibangkitkan pada fasa generator sinkron. Tegangan ini biasanya
tidak sama dengan tegangan yang muncul pada terminal generator. Tegangan induksi sama
dengan tegangan output terminal hanya ketika tidak ada arus jangkar yang mengalir pada mesin.
Beberapa faktor yang menyebabkan perbedaan antara tegangan induksi dengan tegangan
terminal adalah:
1. Distorsi medan magnet pada celah udara oleh mengalirnya arus pada stator, disebut
reaksi jangkar.
2. Induktansi sendiri kumparan jangkar.
3. Resistansi kumparan jangkar.
4. Efek permukaan rotor kutub sepatu.
Rangkaian ekuivalen generator sinkron perfasa ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Gambar 1.6 Rangkaian ekuivalen generator sinkron perfasa
1.7 Menentukan Parameter Generator Sinkron
Harga s X diperoleh dari dua macam percobaan yaitu percobaan tanpa beban dan
percobaan hubungan singkat. Pada pengujian tanpa beban, generator diputar pada kecepatan
ratingnya dan terminal generator tidak dihubungkan ke beban. Arus eksitasi medan mula adalah
nol. Kemudian arus eksitasi medan dinaikan bertahap dan tegangan terminal generator diukur
pada tiap tahapan. Dari percobaan tanpa beban arus jangkar adalah nol (Ia = 0) sehingga V sama
dengan Ea. Sehingga dari pengujian ini diperoleh kurva Ea sebagai fungsi arus medan (If). Dari
kurva ini harga yang akan dipakai adalah harga liniernya (unsaturated). Pemakaian harga linier
yang merupakan garis lurus cukup beralasan mengingat kelebihan arus medan pada keadaan
jenuh sebenarnya dikompensasi oleh adanya reaksi jangkar.
Gambar 1.7 Karakteristik tanpa beban
Pengujian yang kedua yaitu pengujian hubung singkat. Pada pengujian ini mula-mula
arus eksitasi medan dibuat nol, dan terminal generator dihubung singkat melalui ampere meter.
Kemudian arus jangkar Ia (= arus saluran) diukur dengan mengubah arus eksitasi medan. Dari
pengujian hubung singkat akan menghasilkan hubungan antara arus jangkar (Ia ) sebagai fungsi
arus medan (IF), dan ini merupakan garis lurus. Gambaran karakteristik hubung singkat
alternator diberikan di bawah ini.
Gambar 1.8 Karakteristik hubung singkat alternator
Ketika terminal generator dihubung singkat maka tegangan terminal adalah nol.
Impedansi internal mesin adalah:
𝑍𝑟 = √𝑅𝑎2 𝑋𝑠 2 =
𝑅𝑎
𝐼𝑎
(1.5)
Oleh karena Xs >> Ra, maka persamaan diatas dapat disederhanakan menjadi:
𝑋𝑠 =
𝐸𝑎 𝑉𝑜𝑐
𝐼𝑎 𝐼𝑎ℎ𝑠
(1.6)
Jika Ia dan Ea diketahui untuk kondisi tertentu, maka nilai reaktansi sinkron dapat
diketahui. Tahanan jangkar dapat diukur dengan menerapkan tegangan DC pada kumparan
jangkar pada kondisi generator diam saat hubungan bintang (Y), kemudian arus yang mengalir
diukur. Selanjutnya tahanan jangkar perfasa pada kumparan dapat diperoleh dengan
menggunakan hukum ohm sebagai berikut.
𝑉𝑑𝑐
𝑅𝑎 = 2.𝐼𝑑𝑐
(1.7)
Penggunaan tegangan DC ini adalah supaya reaktansi kumparan sama dengan nol pada
saat pengukuran.
1.8 Diagram Fasor
Gambar 1.9 Diagram fasor (a) Faktor daya satu (b) faktor daya tertinggal (c) faktor daya
mendahului
Diagram fasor memperlihatkan bahwa terjadinya pebedaan antara tegangan teminal V
dalam keadaan berbeban dengan tegangan induksi (Ea ) atau tegangan pada saat tidak berbeban.
Diagram dipengaruhi selain oleh faktor kerja juga oleh besarnya arus jangkar (Ia ) yang
mengalir. Dengan memperhatikan perubahan tegangan V untuk faktor keja yang berbeda-beda,
karakteristik tegangan teminal V terhadap arus jangkar Ia diperlihatkan pada gambar 1.9.
1.9 Pengaturan Tegangan (Regulasi Tegangan)
Pengaturan tegangan adalah perubahan tegangan terminal alternator antara keadaan
beban nol (VNL) dengan beban penuh (VFL). Keadaan ini memberikan gambaran batasan drop
tegangan yang terjadi pada generator, yang dinyatakan sebagai berikut.
𝑉𝑟 =
𝑉𝑁𝐿 𝑉𝐹𝐿
𝑉𝐹𝐿
𝑥100%
(1.8)
1.10 Kerja Paralel Alternator
Untuk melayani beban yang berkembang, maka diperlukan tambahan sumber daya listrik.
Agar sumber daya listrik yang yang baru (alternator baru) bisa digunakan bersama, maka
dilakukan penggabungan alternator dengan cara mempararelkan dua atau lebih alternator pada
sistem tenaga dengan maksud memperbesar kapasitas daya yang dibangkitkan pada sistem.
Selain untuk tujuan di atas, kerja pararel juga sering dibutuhkan untuk menjaga kontinuitas
pelayanan apabila ada mesin (alternator) yang harus dihentikan, misalnya untuk istirahat atau
reparasi, maka alternator lain masih bisa bekerja untuk mensuplai beban yang lain. Untuk
maksud mempararelkan ini, ada beberapa pesyaratan yang harus dipenuhi, yaitu:
1. Harga sesaat ggl kedua alternator harus sama dalam kebesarannya, dan bertentangan
dalam arah, atau harga sesaat ggl alternator harus sama dalam kebesarannya dan bertentangan
dalam arah dengan harga efektif tegangan jalajala.
2. Frekuensi kedua alternator atau frekuensi alternator dengan jala harus sama
3. Fasa kedua alternator harus sama
4. Urutan fasa kedua alternator harus sama
Bila sebuah generator ’G’ akan diparaelkan dengan jala-jala, maka mula-mula G diputar
oleh penggerak mula mendekati putaran sinkronnya, lalu penguatan IF diatur hingga tegangan
terminal generator tersebut sama denga jala-jala. Untuk mendekati frekuensi dan urutan fasa
kedua tegangan (generator dan jala-jala) digunakan alat pendeteksi yang dapat berupa lampu
sinkronoskop hubungan terang. Benar tidaknya hubungan pararel tadi, dapat dilihat dari lampu
tersebut. Bentuk hubungan operasi paralel generator sinkron dengan lampu sinkronoskop
diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
Gambar 1.10 Operasi paralel generator sinkron
Jika rangakaian untuk pararel itu benar (urutan fasa sama) maka lampu L1, L2 dan L3
akan hidup-mati dengan frekuensi fL - fG cycle. Sehingga apabila ke tiga lampu sedang tidak
bekedip berarti fL = fG atau frekuensi tegangan generator dan jala-jala sudah sama. Untuk
mengetahui bahwa fasa kedua tegangan (generator dan jala-jala) sama dapat dilihat dari lampu
L1, L2, dan L3. Frekuensi tegangan generator diatur oleh penggerak mula, sedang besar
tegangan diatur oleh penguatan medan. Jika rangkaian untuk mempararelkan itu salah (urutan
fasa tidak sama) maka lampu L1, L2 dan L3 akan hidup-mati bergantian dengan frekuensi (fL +
fG ) cycle. Dalam hal ini dua buah fasa (sebarang) pada terminal generator harus kita
pertukarkan.
Jika urutan fasa kedua sistem tegangan sama, maka lampu L1, L2, dan L3 akan hidupmati bergantian dengan frekuensi fL - fG cycle. Saat mempararelkan adalah pada keadaan L1
mati sedangkan L2 dan L3 menyala sama terang, dan keadaan ini berlangsung agak lama (yang
berarti fL dan fG sudah sangat dekat atau benar-benar sama). Dalam keadaan ini, posisi semua
fasa sistem tegangan jala-jala berimpit dengan semua fasa sistem tegangan generator.
BAB III
MOTOR SINKRON
Motor Sinkron adalah mesin sinkron yang digunakan untuk mengubah energi listrik
menjadi energi mekanik. Mesin sinkron mempunyai kumparan jangkar pada stator dan kumparan
medan pada rotor. Kumparan jangkarnya berbentuk sama dengan mesin induksi, sedangkan
kumparan medan mesin sinkron dapat berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub dengan celah
udara sama rata (rotor silinder). Arus searah (DC) untuk menghasilkan fluks pada kumparan
medan dialirkan ke rotor melalui cincin dan sikat.
2.1 Prinsip Kerja Motor Sinkron
Gambar 2.1 Terjadinya torsi pada motor sinkron (a) tanpa beban (b) kondisi berbeban (c) kurva
karakteristik torsi
Gambar 2.1 memperlihatkan keadaan terjadinya torsi pada motor sinkron. Keadaan ini
dapat dijelaskan sebagai berikut: apabila kumparan jangkar (pada stator) dihubungkan dengan
sumber tegangan tiga fasa maka akan mengalir arus tiga fasa pada kumparan. Arus tiga fasa pada
kumparan jangkar ini menghasilkan medan putar homogen (BS). Berbeda dengan motor induksi,
motor sinkron mendapat eksitasi dari sumber DC eksternal yang dihubungkan ke rangkaian rotor
melalui slip ring dan sikat. Arus DC pada rotor ini menghasilkan medan magnet rotor (BR) yang
tetap. Kutub medan rotor mendapat tarikan dari kutub medan putar stator hingga turut berputar
dengan kecepatan yang sama (sinkron). Torsi yang dihasilkan motor sinkron merupakan fungsi
sudut torsi (δ). Semakin besar sudut antara kedua medan magnet, maka torsi yang dihasilkan
akan semakin besar seperti persamaan di bawah ini.
T = k .BR .Bnet sin δ
(2.1)
Pada beban nol, sumbu kutub medan putar berimpit dengan sumbu kumparan
medan stator, berbentuk sudut kopel (δ); untuk kemudian berputar dengan kecepatan
lanjut mengakibatkan hilangnya kekuatan torsi dan motor disebut kehilangan
sinkronisasi. Oleh karena pada motor sinkron terdapat dua sumber pembangkit fluks yaitu
arus bolak-balik (AC) pada stator dan arus searah (DC) pada rotor, maka ketika arus
medan pada rotor cukup untuk membangkitkan fluks (ggm) yang diperlukan motor, maka
stator tidak perlu memberikan arus magnetisasi atau daya reaktif dan motor bekerja pada
faktor daya = 1,0. Ketika arus medan pada rotor kurang (penguat bekurang), stator akan
menarik arus magnetisasi dari jala-jala, sehingga motor bekerja pada faktor daya
terbelakang (lagging). Sebaliknya bila arus pada medan rotor belebih (penguat berlebih),
kelebihan fluks (ggm) ini harus diimbangi, dan stator akan menarik arus yang bersifat
kapasitif dari jala-jala, dan karenanya motor bekerja pada faktor daya mendahului
(leading). Dengan demikian, faktor daya motor sinkron dapat diatur dengan mengubahubah harga arus medan (IF)
2.2 Rangkaian Ekuivalen Motor Sinkron
Motor sinkron pada dasarnya adalah sama dengan generator sinkron, kecuali arah
aliran daya pada motor sinkron merupakan kebalikan dari generator sinkron. Oleh karena
arah aliran daya pada motor sinkron dibalik, maka arah aliran arus pada stator motor
sinkron juga dapat dianggap dibalik. Maka rangkaianekuivalen motor sinkron adalah
sama dengan rangkaian ekuivalen generator sinkron, kecuali arah arus Ia dibalik. Bentuk
rangkaian ekuivalen motor sinkron diperlihatkan pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Rangkaian ekuivalen motor sinkron
Dari gambar 2.2 dapat dibuatkan persamaan tegangan rangkaian ekuivalen motor
sinkron sebagai berikut.
Vθ
+ jIa.XS
(2.2)
atau :
Ea = Vθ - Ia.Ra – jIa.XS
(2.3)
2.3 Kurva Karakteristik Torsi-Kecepatan Motor Sinkron
Motor sinkron pada dasarnya merupakan alat yang menyuplai tenaga ke beban pada
kecepatan konstan. Kecepatan putaran motor adalah terkunci pada frekuensi listrik yang
diterapkan, oleh karena itu kecepatan motor adalah konstan pada beban bagaimanapun.
Kecepatan motor yang tetap ini dari kondisi tanpa beban sampai torsi maksimum yang bisa
disuplai motor disebut torsi pullout. Bentuk karakteristik torsi terhadap kecepatan ini
diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.3 Karakteristik torsi – kecepatan
Dengan mengacu kebali ke persamaan (2.3) dapat dibuatkan kembali persamaan torsi
motor sinkron sebagai berikut.
Torsi maksimum motor terjadi ketika δ = 90°. Umumnya torsi maksimum motor sinkron
adalah tiga kali torsi beban penuhnya. Ketika torsi pada motor sinkron melebihi torsi maksimum
maka motor akan kehilangan sinkronisasi. Dengan mengacu kembali ke persamaan (2.1) dan
(2.4), maka persamaan Torsi maksimum (pullout) motor sinkron dapat dibuatkan sebagai berikut.
Tind=k.Br.Bnet
(2.5)
Dari persamaan di atas menunjukkan bahwa semakin besar arus medan, maka torsi maksimum
motor akan semakin besar.
2.4 Pengaruh Perubahan Beban Pada Motor Sinkron
Gambar 2.4 Pengaruh perubahan beban pada motor sinkron
Gambar 2.4 memberikan gambaran bentuk pengaruh perubahan beban pada motor
sinkron. Jika beban dihubungkan pada motor sinkron, maka motor akan membangkitkan
torsi yang cukup untuk menjaga motor dan bebannya berputar pada kecepatan sinkron.
Misal mula-mula motor sinkron beroperasi pada faktor daya mendahului (leading). Jika
beban pada motor dinaikkan, putaran rotor pada asalnya akan melambat. Ketika hal ini
torsi induksi akan menambah kecepatan rotor, dan motor akan kembali berputar pada
2.5 Pengaruh Pengubahan Arus Medan pada Motor Sinkron
Kenaikan arus medan IF menyebabkan kenaikan besar Ea tetapi tidak mempengaruhi
daya real yang disuplai motor. Daya yang disuplai motor berubah hanya ketika torsi beban
berubah. Oleh karena perubahan arus medan tidak mempengaruhi kecepatan dan beban yang
dipasang pada motor tidak berubah sehingga daya real yang disuplai motor tidak berubah, dan
tegangan fasa sumber juga
juga harus konstan. Ketika arus medan dinaikan, maka Ea naik, tetapi ia hanya bergeser di
sepanjang garis dengan daya konstan. Gambaran hubungan pengaruh kenaikan arus medan pada
motor sinkron diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.5 Pengaruh kenaikan arus medan pada motor sinkron
Ketika nilai Ea naik, besar arus Ia mula-mula turun dan kemudian naik lagi. Pada nila Ea
rendah, arus jangkar Ia adalah lagging dan motor bersifat induktif. Ia bertindak seperti kombinasi
resitor-induktor dan menyerap daya reaktif Q. Ketika arus medan dinaikkan, arus jangkar
menjadi kecil dan pada akhirnya menjadi segaris (sefasa) dengan tegangan. Pada kondisi ini
motor bersifat resistif murni. Ketika arus medan dinaikkan lebih jauh, maka arus jangkar akan
menjadi mendahului (leading) dan motor menjadi beban kapasitif. Ia bertindak seperti kombinasi
resistor-kapasitor menyerap daya reaktif negatif –Q (menyuplai daya reaktif Q ke sistem).
Hubungan antara arus jangkar Ia dengan arus medan IF untuk satu beban (P) yang tetap akan
merupakan kurva yang berbentuk V seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.6 Kurva V hubungan antara arus jangkar Ia dengan arus medan IF untuk satu
beban (P) yang tetap pada motor sinkron
Beberapa kurva V digambarkan untuk level daya yang berbeda. Arus jangkar minimum
terjadi pada faktor daya satu dimana hanya daya real yang disuplai ke motor. Pada titik lain, daya
reaktif disuplai ke atau dari motor. Untuk arus medan lebih rendah dari nilai yang menyebabkan
Ia minimum, maka arus jangkar akan tertinggal (lagging) dan menyerap Q. Oleh karena arus
medan pada kondisi ini adalah kecil, maka motor dikatakan under excitation. Untuk arus medan
lebih besar dari nilai yang menyebabkan Ia minimum, maka arus jangkar akan mendahului
(leading) dan menyuplai Q. Kondisi ini disebut over excitation.
2.6 Kondensor Sinkron
Telah diterangkan sebelumnya bahwa apabila motor sinkron diberi penguatan berlebih,
maka untuk mengkompensasi kelebihan fluks, dari jala-jala akan ditarik arus kapasitif. Karena
itu motor sinkron (tanpa beban) yang diberi penguat berlebih akan berfungsi sebagai kapasitor
dan mempunyai kemampuan untuk memperbaiki faktor daya. Motor sinkron demikian disebut
kondensor sinkron.
2.7 Daya Reaktif
Motor sinkron tanpa beban dalam keadaan penguatan tertentu dapat menimbulkan daya
reaktif. Perhatikan diagram vektor motor sinkron tanpa beban pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.7 Diagram vektor daya reaktif motor sinkron tanpa beban
Pada gambar (a), penguatan normal, sehingga V = E. Motor dalam keadaan mengambang
karena tidak memberikan ataupun menarik arus. V berimpit dengan E karena dalam keadaan
tanpa beban sudut day
kapasitif (leading current) ditarik dari jalaberfungsi sebagai pembangkit daya reaktif yang bersifat kapasitif (kapasitor). Pada gambar (c),
penguatan berkurang, sehingga E < V. Arus magnetisasi (lagging current) ditarik dari jala-jala.
Jadi, motor berfungsi sebagai pembangkit daya reaktif yang bersifat induktif (induktor).
2.8 Starting Motor Sinkron
Pada saat start ( tegangan dihubungkan ke kumparan stator) kondisi motor adalah diam
dan medan rotor BR juga stasioner, medan magnet stator mulai berputar pada kecepatan sinkron.
Saat t = 0, BR dan BS adalah segaris, maka torsi induksi pada rotor adalah nol. Kemudian saat t
= ¼ siklus rotor belum bergerak dan medan magnet stator ke arah kiri menghasilkan torsi induksi
pada rotor berlawanan arah jarum jam. Selanjutnya pada t = ½ siklus BR dan BS berlawanan
arah dan torsi induksi pada kondisi ini adalah nol. Pada t = ¾ siklus medan magnet stator ke arah
kanan menghasilkan torsi searah jarum jam. Demikian seterusnya pada t = 1 siklus medan
magnet stator kembali segaris dengan medan magnet rotor. Bentuk hubungan Torsi motor
sinkron pada kondisi start ini diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.8 Torsi motor sinkron pada kondisi start
Selama satu siklus elektrik dihasilkan torsi pertama berlawanan jarum jam kemudian
searah jarum jam, sehingga torsi rata-rata pada satu siklus adalah nol. Ini menyebabkan motor
bergetar pada setiap siklus dan mengalami pemanasan lebih. Tiga pendekatan dasar yang dapat
digunakan untuk menstart motor sinkron dengan aman adalah.
1. Mengurangi kecepatan medan magnet stator pada nilai yang rendah sehingga rotor dapat
mengikuti dan menguncinya pada setengah siklus putaran medan magnet. Hal ini dapat
dilakukan dengan mengurangi frekuensi tegangan yang diterapkan.
2. Menggunakan penggerak mula eksternal untuk mengakselarasikan motor sinkron hingga
mencapai kecepatan sinkron, kemudian penggerak mula dimatikan (dilepaskan).
3. Menggunakan kumparan peredam (damper winding) atau dengan membuat kumparan rotor
motor sinkron seperti kumparan rotor belitan pada motor induksi (hanya saat start).
BAB IV
METODE PARALEL GENERATOR SINKRON
Bila suatu generator mendapatkan pembebanan yang melebihi dari kapasitasnya, maka
dapat mengakibatkan generator tersebut tidak bekerja atau bahkan akan mengalami kerusakan.
Untuk mengatasi kebutuhan listrik atau beban yang terus meningkat tersebut, bisa diatasi dengan
menjalankan generator lain yang kemudian dioperasikan secara paralel dengan generator yang
telah bekerja sebelumnya, pada satu jaringan listrik yang sama. Keuntungan dari
menggabungkan 2 generator atau lebih dalam suatu jaringan listrik adalah bila salah satu
generator tiba-tiba mengalami gangguan, maka generator tersebut dapat dihentikan serta beban
dialihkan pada generator lain, sehingga pemutusan listrik secara total bisa dihindari.
A. Cara Memparalel Generator
Syarat-syarat yang harus dipenuhi untuk memparalel dua buah generator atau lebih ialah:
• Polaritas dari generator harus sama dan tidak bertentangan setiap saat terhadap satu sama
lainnya.
• Nilai efektif tegangan harus sama.
• Tegangan Generator yang diparalelkan mempunyai bentuk gelombang yang sama.
• Frekuensi kedua generator atau frekuensi generator dengan jala-jala harus sama.
• Urutan fasa dari kedua generator harus sama.
Ada beberapa cara untuk memparalelkan generator dengan mengacu pada syarat-syarat diatas,
yaitu :
a. Lampu Cahaya berputar dan Volt-meter
b. Voltmeter, Frekuensi Meter, dan Synchroscope.
c. Cara Otomatis
B.Lampu Cahaya Berputar dan Volt-meter
Dengan rangkaian pada gambar 1, pilih lampu dengan tegangan kerja dua kali tegangan
fasa-netral generator atau gunakan dua lampu yang dihubungkan secara seri. Dalam keadaan
saklar S terbuka operasikan generator, kemudian lihat urutan nyala lampu. Urutan lampu akan
berubah
menurut
urutan
L1
-
L2
-
L3
-
L1
-
L2
-
L3.
Gambar 1. Rangkaian Paralel Generator.
Perhatikan Gambar 2a, pada keadaan ini L1 paling terang, L2 terang, dan L3 redup. Perhatikan
Gambar 2b, pada keadaan ini:
• L2 paling terang
• L1 terang
• L3 terang
Perhatikan gambar 2c, pada keadaan ini,
• L1 dan L2 sama terang
• L3 Gelap dan Voltmeter=0 V
Pada saat kondisi ini maka generator dapat diparalelkan dengan jala-jala (generator lain).
Gambar 2a,b dan c. Rangkaian Lampu Berputar.
B. Voltmeter, Frekuensi Meter dan Synchroscope
Pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik, untuk indikator paralel generator banyak
yang menggunakan alat Synchroscope, gambar 3. Penggunaan alat ini dilengkapi dengan
Voltmeter untuk memonitor kesamaan tegangan dan Frekuensi meter untuk kesamaan frekuensi.
Ketepatan sudut fasa dapat dilihat dari synchroscope. Bila jarum penunjuk berputar berlawanan
arah jarum jam, berarti frekuensi generator lebih rendah dan bila searah jarum jam berarti
frekuensi generator lebih tinggi. Pada saat jarum telah diam dan menunjuk pada kedudukan
vertikal, berarti beda fasa generator dan jala-jala telah 0 (Nol) dan selisih frekuensi telah 0 (Nol),
maka pada kondisi ini saklar dimasukkan (ON). Alat synchroscope tidak bisa menunjukkan
urutan fasa jala-jala, sehingga untuk memparalelkan perlu dipakai indikator urutan fasa jala-jala.
Paralel Otomatis
Paralel generator secara otomatis biasanya menggunakan alat yang secara otomatis
memonitor perbedaan fasa, tegangan, frekuensi, dan urutan fasa. Apabila semua kondisi telah
tercapai alat memberi suatu sinyal bahwa saklar untuk paralel dapat dimasukkan.
Gambar 3. Synchroscope.
Daftar Pustaka
http://dunia-listrik.logspot.com
http://www.kilowattclassroom.com/Archive/SyncMotors.pdf
http://www.tpub.com/content/neets/14177/css/14177_92.htm