Motor Sinkron - Website Staff UI

Motor Sinkron
Dosen Pembimbing :
Bpk. Chairul Hudaya
Kelompok : 8
Cakra Wirabuana 0806365570
Febi Hadi Permana 0806365753
Handy Hermawan 0806365873
Ihin Solihin
0806365923
Departemen Teknik Elektro
U i
Universitas
i Indonesia
I d
i
Teknik Tenaga Listrik – Ekstensi 2010
1
Kelompok 8
Ihin
hi S
Solihin
lihi
Febi Hadi Permana
0806365753
0806365923
Cakra Wirabuana
0806365570
Handy Hermawan
0806365873
2
Pembahasan
1. Overview
2. Pengertian Motor Sinkron
3. Bagian-Bagian/ Structure Motor
Si k
Sinkron
4. Karakteristik Motor Sinkron
5. Prinsip Kerja Motor Sinkron
6. Keuntungan dan Kerugian
7. Contoh Soal
3
Overview
Klasifikasi Jenis Motor Listrik
4
Overview
Motor Sinkron adalah motor AC tiga-fasa yang dijalankan pada
kecepatan sinkron,
sinkron tanpa slip.
slip
Motor sinkron adalah motor AC, bekerja pada kecepatan tetap
ppada 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
rendah, seperti kompresor udara,
udara perubahan
frekuensi dan generator motor. Motor sinkron mampu
memperbaiki faktor daya sistem sehingga sering digunakan
pada sistem yang menggunakan banyak listrik.
5
Perbedaan Motor Induksi & Motor Sinkron
•
Pada Mesin induksi memiliki karakteristik :
- Motor induksi adalah yang paling popular di industri karena kehandalan
p
y
dan lebih mudah perawatannya
- Motor induksi AC cukup murah dan juga memberikan rasio daya yang
cukup tinggi
- Konstruksi dan pemeliharaan yang sederhana
- Faktor daya relatif rendah dan efisiensi
•
Pada Motor sinkron sangat menarik untuk drive kecepatan rendah
- Faktor daya
y selalu dapat
p menyesuaikan
y
hingga
gg 1,0 dengan
g efisiensi
tinggi
- Dapat meningkatkan faktor daya
- Dapat dirancang untuk memberikan torsi awal yang lebih tinggi
6
Bagian Dasar dari Motor Sinkron
¾ Bagian dasar dari sebuah motor sinkron:
• Rotor – Perbedaan utama antara motor sinkron dan motor induksi adalah bahwa rotor mesin
sinkron berjalan
j
pada
p
kecepatan
p
putar
p
yang
y g sama dengan
g perputaran
p p
medan magnet.
g
Hal ini
memungkinkan sebab medan magnet rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet
permanen atau arus DC excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila di
hadapkan pada medan magnet lainnya.
• Stator – Menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekuensi yang
dipasok. Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut:
120 f
Ns =
P
Dimana :
f = Frekuensi dari pasokan frekuensi
P= Jumlah kutub
P
7
Konsep Motor Sinkron
konsep Motor
Sinkron
•stator adalah
berbentuk cincin
dilaminasi inti besi
d
dengan
memiliki
iliki slot
l
• Gulungan tiga fasa
ditempatkan dalam slot
•Lingkaran besi padat
dilengkapi dengan slot
•Setiapp ggulungan
g
ditempatkan pada
masing masing slot.
Sumber DC disupplay
melalui cincin putar
8
Karakteristik Motor Sinkron
•
•
•
•
•
•
•
•
Synchronous motor ac digunakan untuk mengubah tenaga listrik menjadi tenaga
mekanik.
Rotasi dari Synchronous motor dibentuk oleh rangkaian fase dari tiga fasa AC
yang
y
g diterapkan ke stator motor. Seperti dengan
g tiga
g fase motor induksi, rotasi
synchronous motor dapat berubah dengan membalik tiap dua stator penunjuk.
Polaritas rotor tidak berpengaruh pada rotasi.
Synchronous motor seringkali langsung digabungkan ke beban dan dapat berbagi
sebuah poros bersama dan bantalan dengan beban.
Synchronous motor yang besar biasanya dimulai sebagai across the line
line.
Kadang-kadang, metode mengurangi tegangan, seperti autotransformer atau
bagian yang berliku dapat digunakan.Sebuah motor sinkron, seperti namanya,
berjalan pada kondisi stabil pada kecepatan tetap disebut kecepatan sinkron.
Kecepatan sinkron bergantung pada (a) frekuensi tegangan dan (b) jumlah kutub
dalam mesin.
mesin Dengan kata lain
lain, kecepatan motor sinkron independen dari beban
selama beban dalam kemampuan motor.
Jika beban melebihi torsi maksimum yang dapat dikembangkan oleh motor, motor
berhenti dan torsi rata-rata yang dikembangkan adalah nol.
Kebanyakan
y
motor sinkron memiliki nilai antara 150 kW (200
(
hp)
p) dan 15 MW
(20,000 hp) dan kecepatan berkisar 150-1.800 r / min. Akibatnya, mesin-mesin ini
digunakan dalam industri berat.
Motor sinkron dibangun di unit besar dibandingkan dengan motor induksi (motor
induksi lebih murah untuk peringkat yang lebih kecil) dan digunakan untuk industri
kecepatan konstan drive.
drive
9
Karakteristik Motor Sinkron
•
•
•
•
Kutub yang ditampilkan di bagian
kanan adalah tipe rotor brush yang
menggunakan cincin slip untuk
aplikasi arus medan DC
DC.
Tegangan rendah DC digunakan
untuk memutar bidang. Tipe tegangan
yang tipikal digunakan adalah 120
VDC dan
d 250 VDC
VDC.
Polaritas cincin slip tidaklah kritikal
dan harus secara berkala dibalik untuk
y
p
pada p
pemakaian cincin
menyamakan
slip. Cincin polaritas negatif akan
memperlama pemakaian
dibandingkan cincin positif karena
faktor elektrolisis.
Cincin slip biasanya terbuat dari baja
untuk umur pemakaian yang lama.
10
Prinsip Kerja Motor Sinkron
•
•
•
Amortisseur pada rotor menghasilkan Torsi awal dan Mempercepat
Torsi untuk mempercepat synchronous motor.
Ketika kecepatan motor mencapai sekitar 97% dari papan RPM
RPM,
medan arus DC diterapkan ke rotor untuk menghasilkan torsi tarikan
dan rotor akan menarik langkah dan mensinkronisasi dengan
medan fluks yang berputar di dalam stator. Motor akan dijalankan
pada kecepatan sinkron dan menghasilkan torsi yang sinkron atau
Synchronous Torque.
Setelah sinkronisasi, dorongan torsi tidak dapat ditingkatkan lagi
atau motor akan menjadi di luar kendali. Kadang-kadang, jika
kelebihan beban sesaat,
sesaat motor akan slip dan sinkronisasi ulang
ulang.
Perlindungan saat dorongan harus disediakan, jika tidak motor akan
berjalan sebagai sebuah motor induksi arus tinggi dan
memungkinkan kerusakan motor yang parah.
11
Metode Excitation
Metode Excitation:
•
Dua metode yang umumnya digunakan untuk aplikasi
d i medan
dari
d arus DC kke rotor
t synchronous
h
motor.
t
•
Sistem tipe brush menerapkan output dari suatu
generator DC yyang
g
g terpisah
p
((Exciter)) ke cincin slip
p dari
rotor.
•
Sistem brushless excitation memanfaatkan suatu
integral exciter dan perakitan penyearah yang berputar
yang menghilangkan kebutuhan akan brushes dan
cincin slip.
12
Metode Brush Type Excitation
Brush-Type Excitation System
13
Cara Kerja Metode Brush-Excitation
•
•
•
•
Dalam metode eksitasi DC, arus medan untuk synchronous motor
disediakan oleh generator DC terpisah dikenal sebagai exciter. Exciter
adalah
ada
a gabu
gabungan
ga mesin
es DC
C ya
yang
gd
didorong
do o g o
oleh
e sy
synchronous
c o ous motor
oto itu
tu
sendiri (garis putus-putus) atau oleh suatu motor penggerak yang terpisah.
Misalnya Excavators, sering memiliki garis exciter yang terdiri dari sejumlah
exciters yang digerakkan oleh motor induksi AC tunggal.
g exciter terpisah dengan
g kontrol perangkat.
g
Beberapa kontrol eksitasi
Bidang
menyediakan penyesuaian manual dari kekuatan bidang. Sistem lain
secara otomatis mengatur medan synchronous motor dalam suatu
konfigurasi loop tertutup yang telah dirancang untuk mempertahankan
kekuatan medan yang memadai untuk berbagai beban atau untuk
mempertahankan faktor daya konstan
konstan. Medan exciter diberikan energi
ketika 52A membantu menutup pemutus utama.
Pada ilustrasi sistem di atas, kekuatan medan exciter mengontrol output DC
dari exciter yang diambil oleh brushes pembalik ke brushes cincin slip
motor dan diterapkan melalui cincin slip ke medan perputaran utama dari
motor,
synchronous motor.
Synchronous motor dimulai sebagai sebuah motor induksi. Ketika rotor
mencapai kecepatan mendekati sinkron, medan arus pada motor
diterapkan
p
oleh Field Application
pp
Relay
y ((Standard Device Designation
g
#56).
)
14
Prinsip Brushless-Excitation
15
Prinsip Brushless-Excitation
•
•
•
Metode eksitasi ini menghilangkan kebutuhan akan brushes atau
sikat, baik di exciter dan motor.
Ketika motor mulai dinyalakan (Std Device #52)
#52), mesin breaker
menutup dan menerapkan sistem AC tiga fasa ke gulungan stator
motor. Motor dimulai sebagai motor induksi menggunakan
Amortisseur winding
gp
pada rotor.
Mesin breaker 52a membantu kontak juga menutup dan menerapkan
output DC dari solid-state control bidang ke stasioner exciter yang
berliku. Sebuah sistem tiga
g fasa AC diinduksi ke dalam g
gulungan
g rotor
exciter dan tegangan induksi ini disearahkan oleh penyearah putaran.
Ketika rotor mendekati tegangan sinkron, aplikasi SCR (Synchronizing
Control Package) dan rectifier DC diterapkan pada synchronous
motor. Lihat skema di halaman berikutnya untuk tambahan rincian.
16
Prinsip Sikronisasi
17
Prinsip Sikronisasi
Field Application Circuit dalam suatu sistem eksitasi synchronous motor harus memenuhi
tiga fungsi:
• Menyediakan jalur bebas untuk arus yang diinduksi ke wound rotor selama proses awal
dan membuka sirkit ini ketika eksitasi diterapkan. Selama proses awal, motor
b
beroperasi
i sebagai
b
i motor
t iinduksi
d k id
dengan ttorsii yang di
diproduksi
d k i oleh
l h squirrel
i l cage
winding. Wound rotor juga dipotong oleh fluks stator berputar dan memiliki tegangan
yang terinduksi di dalamnya. Selama fase start-up ini, SCR2 dalam diagram di atas
merupakan gerbang “on” oleh Field Application Circuit dan menyediakan jalur bebas
untuk arus rotor induksi yang melalui Field Discharge Resistor (FDR) seperti yang
dit j kk oleh
ditunjukkan
l h panah
h merah
h putus-putus.
t
t
Frekuensi
F k
i arus rotor
t yang diinduksi
dii d k i iinii
“memberitahu” rangkaian aplikasi bahwa kecepatan yang ada pada rotor sedang
berjalan. Lihat bentuk gelombang pada oscilloscope dibawah.
• Ketika kecepatan rotor mencapai sekitar 97% dari sinkronisasi dan polaritas rotor telah
mencapai
p sinkronisasi, SCR2 akan berubah menjadi
j
“off” dan SCR1 merupakan
p
gerbang “on” memungkinkan koreksi arus DC dari putaran rectifier tiga fasa ke melewati
bidang putaran, seperti yang ditunjukkan oleh panah hijau, menghasilkan Synchronizing
Torque yang diperlukan untuk rotor untuk menarik dengan putaran fluks stator.
• Field Application Circuit harus menghapus eksitasi segera jika motor di luar kendali.
18
Salient-Pole Synchronous Motor
Stator
19
Rotor
20
Salient Motor Machine
21
Salient Motor Machine
22
Rotating Stator Magnetic Field
23
Keuntungan dari Motor Sinkron
• Pengaturan ketepatan kecepatan membuat synchronous
motor sebagai pilihan ideal untuk proses industri tertentu
dan sebagai penggerak utama generator
generator.
• Synchronous motor memiliki kecepatan atau karakterisik
torsi yang cocok untuk penggerak langsung dari mesin
bertenaga kuda yang besar
besar, beban RPM rendah seperti
kompresor maju-mundur.
• Synchronous motor beroperasi pada faktor daya yang
ditingkatkan dengan demikian dapat meningkatkan
ditingkatkan,
faktor daya sistem secara keseluruhan dan
menghilangkan atau mengurangi utilitas faktor daya.
g
faktor daya
y jjuga
g mengurangi
g
g dropnya
p y
Peningkatan
tegangan sistem dan dropnya tegangan pada terminal
motor.
24
Pengereman Motor Sinkron
•
•
•
Karena inersia dari rotor dan beban, SM yang besar dapat memakan waktu
beberapa jam untuk berhenti setelah putus dari baris. Untuk mengurangi
waktu, metode pengereman berikut dapat digunakan:
– Menjaga dc eksitasi penuh dengan angker hubungan arus pendek.
– Menjaga
enjaga dc eksitasi penuh dengan angker
angke terhubung
te hubung ke tiga resistor
esisto
eksternal.
– Terapkan mekanis pengereman.
Dalam metode 1 dan 2,
2 motor melambat karena berfungsi sebagai generator,
generator
menghilangkan energi dalam elemen resistif dari rangkaian.
Pengereman mekanik biasanya diterapkan pada setelah motor telah mencapai
setengah kecepatan atau kurang.
kurang Kecepatan yang lebih rendah pantas
mencegah pemakaian sepatu rem.
25
Rangkaian Equivalent Motor Sinkron
where,
Va : Per phase input voltage
Ea : Per phase excitation voltage
Ra : Stator
S
winding
i di resis
i tan ce
X s : Per phase synchronous reac tan ce
Va = Ea + I a Ra + jI a X s
or
Ia =
Va − Ea
Ra + jX s
26
Rangkaian Ekivalen
• Motor sinkron p
pada dasarnya
y adalah sama
dengan generator sinkron, kecuali arah aliran
daya pada motor sinkron merupakan kebalikan
dari generator sinkron
sinkron. Oleh karena arah aliran
daya pada motor sinkron dibalik, maka arah
aliran arus p
pada stator motor sinkron jjuga
g dapat
p
dianggap dibalik. Maka rangkaianekuivalen
motor sinkron adalah sama dengan rangkaian
ekuivalen generator sinkron
sinkron, kecuali arah arus Ia
dibalik. Bentuk rangkaian ekuivalen motor
sinkron diperlihatkan
27
Contoh Soal
• Motor Sinkron 3Φ,, 12 kutub,, mempunyai
p y impedansi
p
jangkar 100 ohm, dan reaktansi 0.5 ohm/fasa.
Beroperasi dengan 2000 V, 3Φ, 25 Hz. Bila pengaturan
80% dari kemampuan,
kemampuan hitunglah daya maksimum dan
torsi dalam Nm sebelum mesin keluar dari sinkronisasi.
Jawab :
V1 = 2000 Volt dan Eb = 80% sehingga V2 = 1600 volt R=
0.5 Ohm dan Zs = 10 ohm
D
Daya
maksimum
k i
yang dih
dihasilkan
ilk oleh
l h mesin
i sinkron
i k
:
V 1V 2 V 2 2 R
Pd =
−
Zs
Zs 2
28
•
Pd maks dari ketiga fasa =
2
⎛ 2000
1600
1600
0 . 5 ⎞⎟
⎛
⎞
−⎜
Pd = ⎜
x
⎟
⎜
10 2 ⎟⎠
3
10
3
3
⎝
⎠
⎝
⎛ 2000 x1600 ⎛ 1600 2 x1 ⎞ ⎞
⎟⎟ ⎟ = 307200 watt
Pd = ⎜⎜
− ⎜⎜
⎟
10
⎝ 200 ⎠ ⎠
⎝
Kecepatan mesin sinkron dengan 12 kutub
= 120 x 25/12 = 250 rpm
Tmaks pada kondisi daya maksimum :
T maks x ω = 307200
2 π x 250
= 307200
60
307200 x 60
=
= 11724
2 x π x 250
T maks x
T maks
Nm
29
Daftar Pustaka
• http://www
http://www.kilowattclassroom.com/Archive/
kilowattclassroom com/Archive/
SyncMotors.pdf
• Zuhal.
Zuhal Dasar Teknik Tenaga Listrik dan
Elektronika Daya. Jakarta. PT Gramedia
Pustka Utama
Utama. 1995
1995.
• http://www.tpub.com/content/neets/14177/
css/14177_92.htm
/14177 92 ht
30