Synchronous Motor - Website Staff UI

TUGAS MAKALAH
TEKNIK TENAGA LISTRIK
Semester Genap 2010/2011
Synchronous Motor
Dosen Pembimbing :
Chairul Hudaya, M.Eng.
Disusun oleh:
Cakra Wirabuana
0806365570
Febi Hadi Permana
0806365753
Handy Hermawan
0806365873
Ihin Solihin
0806365923
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS INDONESIA
2010
Makalah Teknik Tenaga Listrik
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, karena dengan berkah-Nya
sehingga penulis dapat merampungkan makalah yang berjudul ‘Synchronous Motor’ ini.
Makalah ini sendiri dikerjakan sebagai salah satu tugas dari mata kuliah Teknik
Tenaga Listrik. Makalah ini bersumber dari Buku-Buku referensi kuliah dan referensi dari
internet yang berhubungan dengan Synchronous Motor.
Makalah ini masih jauh dari sempurna, dan penulis menyadari bahwa makalah ini
mungkin masih terdapat kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat berterima kasih bila ada
koreksi yang bersifat membangun untuk penyempurnaan makalah ini dimasa mendatang.
Besar harapan penulis bahwa makalah ini dapat memberi manfaat kepada bangsa dan negara.
Amin...
April, 2010
Penulis
1
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR .............................................................................................................. 1
DAFTAR ISI ............................................................................................................................ 1i
BAB 1 PENDAHULUAN ....................................................................................................... 4
1.1 Latar Belakang ......................................................................................................... 4
1.2 Tujuan Penulisan ...................................................................................................... 5
1.4 Manfaat Penulisan .................................................................................................... 5
BAB 2 DASAR TEORI .......................................................................................................... 6
2.1 Pengertian Dasar Motor Sinkron............................................................................ 6
2.2 Prinsip Kerja Motor Sinkron .................................................................................. 7
2.3 Keuntungan dari Motor Sinkron ............................................................................ 9
BAB 3 KONTRUKSI MOTOR SINKRON ....................................................................... 10
3.1 Karakteristik dan Fitur Motor Sinkron ............................................................... 10
3.2 Karakteristik dan Fitur Motor Sinkron ............................................................... 10
3.3 Detail dari Amortissseur Winding ........................................................................ 11
3.4 Sistem Tipe Brush Excitation ................................................................................ 12
BAB 4 Prinsip Motor Sinkron dan Power Factor ............................................................ 15
4.1 Syncronous Prinsiple ............................................................................................. 15
4.2 Power Factor ........................................................................................................... 16
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................................... 19
5.1 Kesimpulan ............................................................................................................. 19
5.2 Saran ... .................................................................................................................... 19
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................. 20
2
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
ABSTAKSI
Motor sinkron (motor arus bolak-balik) adalah suatu mesin yang berfungsi mengubah
energi listrik arus bolak-baik (AC) menjadi energi gerak atau mekanik berupa putaran rotor.
Motor arus bolak-balik terdiri dari dua bagian yaitu bagian yang diam (stator) dan bagian
yang bergerak (rotor).
Jika dibandingkan antara motor induksi dan motor sinkron, terdapat perbedaan yang
sangat prinsipil pada karakteristik berbeban pada kedua jenis motor ini. Pada motor induksi,
penambahan beban akan menyebabkan kecepatan putar motor akan berkurang. Berkurangnya
kecepatan mengurangi GGL lawan sehingga tambahan arus akan ditarik dari sumber untuk
menggerakkan beban yang bertambah agar kecepatan putar kembali seperti semula.
Pada motor sinkron, hal ini tidak terjadi karena ketika masih bekerja maka rotor motor
sinkron akan selalu terikat atau terkopel secara magnetis dengan medan putar dan dipaksa
untuk turut berputar dengan kecepatan sinkronnya. Dengan demikian, penambahan beban
tidak berpengaruh terhadap putaran motor. Namun jika penambahan beban melebihi batas
kekuatan kopel rotor dan medan putar stator maka rotor motor akan berhenti bekerja.
Dalam makalah ini akan dijelaskan tentang konsep dari motor sinkron, prinsip kerja
berikut dengan kelebihan dari Motor sinkron dibanding dengan motor induksi.
3
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Motor arus bolak-balik (motor AC) adalah suatu mesin yang berfungsi untuk
mengubah energi listrik arus bolak-balik menjadi energi gerak atau energi mekanik berupa
putaran rotor. Salah satu jenis motor arus bolak-balik adalah motor sinkron/serempak tiga
phasa. Dikatakan motor sinkron tiga phasa karena motor ini beroperasi pada sumber tegangan
tiga phasa. Dan dikatakan motor sinkron karena putaran medan stator (medan putar) dan
putaran rotor serempak/sinkron.
Motor sinkron pada pengoperasiannya tidak dapat melakukan start awal (self starting),
oleh karena itu motor sinkron tiga phasa membutuhkan penggerak mula (prime mover) untuk
memutar medan pada stator sampai pada kecepatan putar medan putar stator.
Pada motor sinkron, perubahan beban tidak mempengaruhi kecepatan putar motor
karena ketika motor masih bekerja maka rotor akan selalu terikat atau terkopel secara
magnetis dengan medan putar dan dipaksa untuk berputar dengan kecepatan sinkronnya.
Karena demikian, motor sinkron biasanya digunakan pada sistem operasi yang membutuhkan
kecepatan konstan dengan beban yang berubah-ubah. Contohnya Rolling Mills, Mesin
Penghancur (Crusher), Pulp Grinders, Reciprocating Pump dan lain-lain.
Dengan demikian kita perlu mempelajari konsep dari motor sinkron, dimana motor
sinkron ini dapat menjadi suatu pilihan yang tepat untuk sistem operasi yang membutuhkan
kecepatan yang konstan dengan beban yang berubah-ubah.
Berdasarkan hal tersebut penulis akan menjelaskan konsep dari Motor Sinkron yang
merupakan Tugas dari Mata Kuliah Teknik Tenaga Listrik
4
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
1.2. Tujuan Penulisan
Makalah ini bertujuan untuk memberikan gambaran dan pengetahuan tentang konsep kerja
dari Motor Sinkron yang merupakan tugas dari Mata Kuliah Teknik Tenaga Listrik.
1.3. Manfaat Penulisan
Manfaat penulisan makalah ini adalah :
1. Menambah pengetahuan dan wawasan bagi penulis tentang motor sinkron tiga phasa
2. Memberikan informasi secara umum kepada pembaca tentang motor sinkron tiga phasa.
5
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
BAB 2
DASAR TEORI
2.1
Pengertian Dasar Synchronous Motor
Synchronous motor adalah motor AC tiga-fasa yang dijalankan pada kecepatan
sinkron, tanpa slip. Synchronous motor adalah motor AC tiga-fasa yang dijalankan
pada kecepatan sinkron, tanpa slip.
Motor sinkron merupakan motor arus bolak-balik ( AC ) yang penggunaannya
tidak seluas motor asinkron. Secara umum penggunaan motor sinkron difungsikan
sebagai generator, akan tetapi motor sinkron tetap digunakan oleh industri yang
membutuhkan ketelitian putaran dan putaran konstan.
Sebuah motor sinkron selalu beroperasi pada kecepatan konstan, pada kondisi
tidak berbeban. Tetapi apabila motor diberi beban, maka motor akan selalu akan
berusaha untuk tetap pada putaran konstan. Dan motor akan melepaskan kondisi
sinkronnya apabila beban yang ditanggung terlalau besar ( Torsi Pull-out ).
Motor sinkron memeiliki kekurangan didalam melakukan start dengan
sendirinya. Karena tidak memiliki torsi start awal, oleh karena itu motor sinkron
memerlukan beberapa alat bantu untuk membantu didalam start awal sehingga masuk
didalam kondisi sinkron.
Pada sebuah induksi motor, rotor harus memiliki slip. Kecepatan rotor harus
kurang atau terlambat dari perputaran fluks stator supaya arus diinduksikan ke rotor.
Jika induksi rotor motor tersebut itu bertujuan untuk mencapai kecepatan sinkron,
maka tidak ada garis gaya yang memotong melalui rotor, sehingga tidak ada arus yang
akan diinduksikan ke rotor dan tidak ada torsi yang akan dikembangkan.
Synchronous motor memiliki karakteristik sebagai berikut:
•
Sebuah stator tiga fasa sama dengan motor induksi. Stator yang memiliki
tegangan menengah sering digunakan.
•
Sebuah rotor yang bersinggungan (bidang yang berputar) yang memiliki
jumlah kutub yang sama sebagai statornya, dan dipasok oleh sumber
eksternal arus DC. Tipe brush dan brushless exciters digunakan untuk
memasok medan arus DC ke rotor. Arus pada rotor membentuk suatu
6
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
hubungan kutub magnetik Utara-Selatan pada kutub-kutub rotor, yang
memungkinkan rotor untuk “mengunci” dengan fluks stator yang berputar.
•
Dimulai sebagai sebuah motor induksi. Rotor synchronous motor juga
mempunyai
sebuah
squirrel-cage
winding
yang
dikenal
sebagai
Amortisseur winding, yang berfungsi menghasilkan torsi untuk menyalakan
motor.
•
Synchronous motor akan dijalankan pada kecepatan sinkron sesuai dengan
rumus:
120 x Frekuensi
Banyak Kutub
Contoh: kecepatan dari suatu synchronous motor yang memiliki 24 kutub
Synchronous RPM =
dan bekerja pada frekuensi 60Hz adalah:
120 x 60 / 24 = 7200 / 24 = 300 RPM
2.1.1 Kontruksi Motor Sinkron
Motor sinkron juga memeilki dua bagian penting yaitu bagian stator yang meruapakan bagain
komponen diam, dan bagian rotor yang berfungsi sebagai komponen berputar, stator terdiri
dari inti besi dari bahan ferromagnet yang dibeliti dengan lilitan 3 fasa, lilitan 3 fasa ini sama
dengan lilitan 3 fasa pada rotor induksi.
Gambar 2.1 Kontruksi Motor Sinkron
Sumber : Tecowestinghouse, engine-type syncronous motor, 27 february 2007.
< http://www.tecowestinghouse.com/PDF/Syncronous.pdf>
7
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
Gambar 2.2 Rotor (a) Salient (b) Non-Salient/Cylindrical Structures
Rotor pada motor ada dua type yaitu salient pole ( menonjol ) dan non salient pole ( tidak
menonjol ) dan terdiri dari kutub menonjol yang juga dibeliti dengan lilitan untuk eksitasi DC
dari luar. Kumparan dari lilitan excitasi ini dihubungkan dengan slip ring untuk dihubungkan
dengan sumber eksitasi DC dari luar.
Motor sinkron selalu memerlukan arus eksitasi agar selalau dapat berjalan dengan sinkron,
arus eksitasi dapat digolongkan menjadi 3 jenis diantaranya :
•
Eksitasi Dynamic, merupakan jenis eksitasi yang konvensional. Dimana arus eksitasi
diperoleh dari sebuah generator DC yang dihubungkan ke Rotor motor sinkron. Jenis
eksitasi ini memiliki kekurangan, yaitu bahwa generator DC merupakan beban
tambahan bagi motor. Kemudian sikat arang sebagai penghubung eksitasi menekan
slip ring yang menimbulkan rugi-rugi.
8
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
Gambar 2.3 Eksitasi Dynamic
•
Eksitasi Statis, merupakan perkembangan dari eksitasi dinamis. Dimana alat ini
menggunakan penyearah elektronik ( Rectifier ), penyearah ini memerlukan sumber
teganagn input AC yang diambil dari sumber tegangan jala-jala. Karena exciter yang
digunakan tidak berputar seperti pada gambar eksitasi konvensional maka eksitasi
dapat dikatakan statis.
Gambar 2.4 Eksitasi Statis
•
Eksitasi Brusless, pada prinsipnya brusless ini menggunakan generator AC kecil
sebagai ekciter. Pertama, arus DC diberikan pada stator, kemudian rotor pada exciter
akan menghasilkan arus AC yang kemudian diserahkan oleh rectifier yang juga ikut
berputar pada poros rotor motor sinkron.
9
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
Gambar 2.5 Eksitasi Brusless
Motor sinkron yang modern umumnya tidak menggunakan sikat untuk eksitasi luar tetapi
eksitasi diambil dari sebuah penyearah yang ikut berputar dan sebuah generator AC yang
kecil yang dihubungkan langsung pada poros dari motor sinkron tersebut. Prinsip ini sama
dengan yang digunakan pada generator modern yang menggunakan sistem eksitasi sendiri (
Brusless excitation ). Kontruksi untuk motor sinkron tanpa sikat ( Brusless excitation ) dapat
dilihat pada gambar 2.5
Rotor dan stator pada motor sinkron selalu mempunyai jumlah kutub yang sama dan seperti
pada motor induksi maka jumlah dari kutub ini menentukan kecepatan dari motor sinkron
yang hubungannya dapat dirumuskan dengan :
Dimana :
Ns = Kecepatan Motor ( r/min)
F = frekuensi sumber
P = jumlah kutub
2.1.2 Karakteristik Motor Sinkron
Terdapat beberapa sifat penting dari motor sinkron diantaranya adalah :
1. Motor sinkron dapat bekerja pada power factor yang berbeda-beda baik power factor
terlambat ( lagging ) atau power factor mendahului ( leading ) bila arus eksitasi
dirubah.
10
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
2. Motor sinkron tidak dapat start dengan sendirinya. Untuk start motor sinkron ini
memerlukan bantuan peralatan tambahan yang dapat membantu berputar hingga
mencapai kecepatan sinkron atau mendekati kecepatan sinkron hingga motor dapat
bekerja normal.
2.2
Prinsip Kerja Motor Sinkron
Motor sinkron serupa dengan motor induksi pada mana keduanya mempunyai belitan stator
yang menghasilkan medan putar. Tidak seperti motor induksi, motor sinkron dieksitasi oleh
sebuah sumber tegangan dc di luar mesin dan karenanya membutuhkan slip ring dan sikat
(brush) untuk memberikan arus kepada rotor. Pada motor sinkron, rotor terkunci dengan
medan putar dan berputar dengan kecepatan sinkron. Jika motor sinkron dibebani ke titik
dimana rotor ditarik keluar dari keserempakannya dengan medan putar, maka tidak ada torque
yang dihasilkan, dan motor akan berhenti. Motor sinkron bukanlah self-starting motor karena
torque hanya akan muncul ketika motor bekerja pada kecepatan sinkron; karenanya motor
memerlukan peralatan untuk membawanya kepada kecepatan sinkron.
Motor sinkron menggunakan rotor belitan. Jenis ini mempunyai kumparan yang ditempatkan
pada slot rotor. Slip ring dan sikat digunakan untuk mensuplai arus kepada rotor.
•
Penyalaan Motor Sinkron
Sebuah motor sinkron dapat dinyalakan oleh sebuah motor dc pada satu sumbu. Ketika motor
mencapai kecepatan sinkron, arus AC diberikan kepada belitan stator. Motor dc saat ini
berfungsi sebagai generator dc dan memberikan eksitasi medan dc kepada rotor. Beban
sekarang boleh diberikan kepada motor sinkron. Motor sinkron seringkali dinyalakan dengan
menggunakan belitan sangkar tupai (squirrel-cage) yang dipasang di hadapan kutub rotor.
Motor kemudian dinyalakan seperti halnya motor induksi hingga mencapai –95% kecepatan
sinkron, saat mana arus searah diberikan, dan motor mencapai sinkronisasi. Torque yang
diperlukan untuk menarik motor hingga mencapai sinkronisasi disebut pull-in torque.
Seperti diketahui, rotor motor sinkron terkunci dengan medan putar dan harus terus beroperasi
pada kecepatan sinkron untuk semua keadaan beban. Selama kondisi tanpa beban (no-load),
11
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
garis tengah kutub medan putar dan kutub medan dc berada dalam satu garis (gambar
dibawah bagian a). Seiring dengan pembebanan, ada pergeseran kutub rotor ke belakang,
relative terhadap kutub stator (gambar bagian b). Tidak ada perubahan kecepatan. Sudut
antara kutub rotor dan stator disebut sudut torque .
Prinsip kerja dari synchronous motor adalah sebagai berikut:
•
Amortisseur pada rotor menghasilkan Memulai Torsi dan Mempercepat Torsi untuk
mempercepat synchronous motor.
•
Ketika kecepatan motor mencapai sekitar 97% dari papan 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, motor akan slip
dan sinkronisasi ulang. Perlindungan saat dorongan harus disediakan, jika tidak motor
akan berjalan sebagai sebuah motor induksi arus tinggi dan memungkinkan kerusakan
motor yang parah.
12
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
2.3
Keuntungan dari Motor Sinkron
Biaya awal dari sebuah synchronous motor lebih besar dibandingkan motor
induksi AC biasa, karena ada biaya untuk kerusakan rotor dan sinkronisasi sirkuit.
Biaya ini biasanya karena faktor-faktor sebagai berikut:
•
Pengaturan ketepatan kecepatan membuat synchronous motor sebagai
pilihan ideal untuk proses industri tertentu dan sebagai penggerak utama
generator.
•
Synchronous motor memiliki kecepatan atau karakterisik torsi yang cocok
untuk penggerak langsung dari mesin bertenaga kuda yang besar, beban
RPM rendah seperti kompresor maju-mundur.
•
Synchronous motor beroperasi pada faktor daya yang ditingkatkan, dengan
demikian dapat meningkatkan faktor daya sistem secara keseluruhan dan
menghilangkan atau mengurangi utilitas faktor daya. Peningkatan faktor
daya juga mengurangi dropnya tegangan sistem dan dropnya tegangan
pada terminal motor.
13
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
BAB 3
KONSTRUKSI SYNCHRONOUS MOTOR
3.1
Karakteristik dan Fitur Synchronous Motor
Antara lain:
•
Rotasi dari Synchronous motor dibentuk oleh rangkaian fase dari tiga fasa AC yang
diterapkan ke stator motor. Seperti dengan tiga 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. Kadangkadang, metode mengurangi tegangan, seperti autotransformer atau bagian yang
berliku dapat digunakan.
Gambar 3.1. 2000 Horsepower Synchronous Motor in Refinery Service
3.2
Karakteristik dan Fitur Rotor Synchronous Motor
Antara lain:
•
Kutub yang ditampilkan di bagian kanan adalah tipe rotor brush yang menggunakan
cincin slip untuk aplikasi arus medan DC.
14
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
•
Tegangan rendah DC digunakan untuk memutar bidang. Tipe tegangan yang tipikal
digunakan adalah 120 VDC dan 250 VDC.
•
Polaritas cincin slip tidaklah kritikal dan harus secara berkala dibalik untuk
menyamakan pada pemakaian cincin slip. Cincin polaritas negatif akan memperlama
pemakaian dibandingkan cincin positif karena faktor elektrolisis.
•
Cincin slip biasanya terbuat dari baja untuk umur pemakaian yang lama.
Gambar 3.2. Rotor Synchronous Motor
3.3
Detail dari Amortisseur Winding
Synchronous motor mulai sebagai suatu motor induksi memanfaatkan
Amortisseur winding yang merupakan squirrel-cage winding dengan papan rotor
short-circuited.
Kutub bidang, yang diberikan energi oleh
sumber DC terpisah untuk operasi
Rotor kandang tupai
Cincin korslet. Satu di masing-masing ujung rotor
Gambar 3.3. Amortisseur Winding
15
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
3.4
Sistem tipe Brush Excitation
Metode Excitation:
Dua metode yang umumnya digunakan untuk aplikasi dari medan arus DC ke
rotor synchronous motor.
•
Sistem tipe brush menerapkan output dari suatu generator DC yang
terpisah (Exciter) ke cincin slip dari rotor.
•
Sistem brushless excitation memanfaatkan suatu integral exciter dan
perakitan penyearah yang berputar yang menghilangkan kebutuhan akan
brushes dan cincin slip.
Gambar 3.4. Brush-Type Excitation System
System analysis:
Dalam metode eksitasi DC, arus medan untuk synchronous motor disediakan
oleh generator DC terpisah dikenal sebagai exciter. Exciter adalah gabungan mesin
DC yang didorong oleh synchronous motor itu 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.
Bidang exciter terpisah dengan kontrol perangkat. Beberapa kontrol eksitasi
menyediakan penyesuaian manual dari kekuatan bidang. Sistem lain secara otomatis
16
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
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. 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 synchronous motor.
Synchronous motor dimulai sebagai sebuah motor induksi. Ketika rotor
mencapai kecepatan mendekati sinkron, medan arus pada motor diterapkan oleh Field
Application Relay (Standard Device Designation #56).
3.5
Brushless Exciters
Gambar 3.5. Brushless Excitation System
Gambar 3.6. Brushless Machine Rotor
System analysis:
17
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
Metode eksitasi ini menghilangkan kebutuhan akan brushes atau sikat, baik di
exciter dan motor.
Ketika motor mulai dinyalakan (Std Device #52), mesin breaker menutup dan
menerapkan sistem AC tiga fasa ke gulungan stator motor. Motor dimulai sebagai
motor induksi menggunakan Amortisseur winding 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 fasa AC diinduksi ke dalam gulungan 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.
18
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
BAB 4
PRINSIP MOTOR SINKRON DAN POWER FACTOR
4.1
Synchronizing Principle
Gambar 4.1. Brushless Machine Rotor
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 beroperasi sebagai motor induksi dengan torsi yang
diproduksi oleh squirrel 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 ditunjukkan oleh panah merah putus-putus. Frekuensi arus rotor yang
diinduksi ini “memberitahu” rangkaian aplikasi bahwa kecepatan yang ada
19
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
pada rotor sedang berjalan. Lihat bentuk gelombang pada oscilloscope
dibawah.
•
Ketika kecepatan rotor mencapai sekitar 97% dari sinkronisasi dan
polaritas rotor telah mencapai sinkronisasi, SCR2 akan berubah menjadi
“off” dan SCR1 merupakan 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.
Gambar 4.2. Waveform of Induced Field Current During Start
4.2
Power Factor
Keuntungan penting dari synchronous motor adalah, faktor daya motor dapat
dikontrol dengan mengatur eksitasi putaran bidang DC. Tidak seperti motor induksi
AC yang selalu dijalankan pada faktor daya lagging atau tertinggal, synchronous
motor dapat dijalankan pada satu kesatuan atau bahkan pada faktor daya terkemuka.
Hal ini akan meningkatkan semua faktor daya sistem listrik dan tegangan drop dan
juga memperbaiki tegangan drop pada terminal motor ( lihat The Electrician’s
Notebook Article Principles of Voltage Regulation untuk suatu penjelasan bagaimana
meningkatkan faktor daya sistem juga meningkatkan sistem tegangan drop).
20
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
Gambar 4.2. Tipikal Kurva “V”
Penjelasan kurva “V”:
•
Kurva V synchronous motor di atas menggambarkan efek dari eksitasi
(penguat bidang) pada penguat stator dan pada faktor daya sistem. Ada
kurva V yang terpisah, untuk tanpa beban dan beban penuh dan kadangkadang produsen motor menampilkan kurva untuk beban 25%, 50%, dan
75%. Perhatikan bahwa Armature Amperage dan kurva faktor daya V
sebenarnya merupakan kebalikan dari V.
•
Anggap misalkan kita ingin menentukan bidang eksitasi yang akan
menghasilkan kesatuan operasi faktor daya pada motor penuh beban.
Rancangan dari titik operasi kesatuan faktor daya (100%) pada Y-Axis ke
faktor daya kebalikan maksimum dari kurva V (garis biru). Dari
persimpangan ini, rancangan ke bawah (garis merah) dari titik operasi
kesatuan faktor daya penuh beban (100%) untuk menentukan yang
diperlukan medan arus pada X-Axis. Dalam contoh ini yang diperlukan
medan arus DC ditampilkan hanya yang di atas 10 amps saja. Perhatikan
pada operasi faktor daya stator beban penuh berada pada nilai minimum.
21
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
•
Meningkatkan penguat bidang di atas, nilai yang diperlukan untuk kesatuan
operasi faktor daya akan menyebabkan mesin untuk berjalan dengan faktor
daya utama, sementara melemahnya bidang disebabkan karena faktor daya
motor menjadi lagging. Ketika motor berjalan baik dalam kondisi leading
atau lagging, penguat stator meningkat di atas nilai kesatuan faktor daya.
22
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
KESIMPULAN
Dari Makalah diatas, ada beberapa hal yang dapat disimpulkan, yaitu :
1. Motor Sinkron adalah motor AC tiga-fasa yang dijalankan pada kecepatan sinkron,
tanpa slip.
2. Motor Sinkron ini memerlukan arus DC untuk pembangkitan daya dan memiliki torsi
awal yang rendah
3. Motor sinkron mampu memperbaiki faktor daya sistem sehingga sering digunakan
pada sistem yang menggunakan banyak listrik.
5.2
SARAN
Ada beberapa saran yang diharapkan oleh penulis untuk pengembangan makalah ini
selanjutnya, yaitu :
1. Penulis mengharapkan pembaca untuk bisa membuat sebuah penelitian tentang
sinkronous motor
2. Perlu ada penelitian tentang analisis karakteristik Torsi-Putaran pada motor sinkron
tiga phasa yang diperlukan untuk menunjukkan bahwa motor sinkron tiga phasa
adalah pilihan yang tepat untuk sistem operasi yang membutuhkan kecepatan yang
konstan dengan beban yang berubah-ubah, mungkin bisa dijadikan tugas akhir.
23
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
Pertanyaan :
1. Bapak Chairul Hudaya
Jelaskan prinsip kerja Motor Sinkron?
Jawab :
PRINSIP KERJA MOTOR SINKRON
Gambar 1. Skematik diagram Synchronous Motor Brushless Excitation System
Gambar di atas mengilustrasikan komponen yang terdapat pada motor sinkron 3 fasa,
yaitu stator dan rotor, juga di lengkapi Field Monitor relay yang berfungsi untuk memonitor
faktor daya pada sistem motor sinkron, juga memutus suplai tegangan jika motor diluar
kendali.
Pada saat start-up, ketika breaker menutup maka sumber tegangan 3 fasa akan
mengeksitasi stator sehingga menimbulkan medan putar pada rotor, motor beroperasi sebagai
motor induksi dengan torsi yang diproduksi oleh squirrel cage winding. Wound rotor juga
dipotong oleh fluks stator berputar dan memiliki tegangan yang terinduksi di dalamnya.
Selama fase start-up ini, SCR2 pada diagram diaktifkan oleh Field Application Circuit
dan untuk menyediakan jalur bebas untuk arus rotor induksi yang melalui Field Discharge
Resistor (FDR) seperti yang ditunjukkan oleh panah merah putus-putus.
24
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
Frekuensi arus rotor yang diinduksi ini pada rangkaian megindikasikan bahwa
kecepatan yang ada pada rotor sedang berputar. Dapat dilihat bentuk gelombang pada
oscilloscope dibawah ini.
Ketika kecepatan rotor mencapai sekitar 97% dari sinkronisasi dan polaritas rotor telah
mencapai sinkronisasi, SCR2 tidak aktif (off) dan SCR1 aktif (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
menyamakan putaran dengan putaran fluks stator (Ns=Nr).
Jika motor di luar kendali Field Application Circuit akan menghilangkan eksitasi pada
rotor.
25
Universitas Indonesia
Makalah Teknik Tenaga Listrik
DAFTAR PUSTAKA
1. Zuhal. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta. PT Gramedia
Pustka Utama. 1995.
2. http://www.kilowattclassroom.com/Archive/SyncMotors.pdf
3. http://one.indoskripsi.com/judul-skripsi/teknik-elektro/analisis-karakteristik-torsiputaran-pada-motor-sinkron-tiga-phasa-apli
4. http://unilanet.unila.ac.id/~plgsekip/tle/
26
Universitas Indonesia