BAB : 36 MOTOR SINKRON 36.1. Pengenalan Motor Sinkron Sebuahmotor sinkron( pada gambar 36.1) secara umumidentik dengan sebuahaltenator ataugenerator AC. Padakenyataannya, sebuahmesinsinkron, berdasarkanteori yangada, berperansebvagaisebuahaltenator, ketikadigunakan secara mekanik , dan akan berperan sebagai motor , ketika digunakan secara elektris , GAMBAR 36.1yangdikhususkanpadakasusmesinDC. Hampir seluruhmotor sinkronmemiliki kapasitas daya antara 150 kW hingga 15 MW dan memiliki taraf kecepatan anatara 150 hingga 1800 r.p.m. Berikut beberapa ciri khas motor sinkron yaitu : 1. pada awal berputar kecepatan motor menunjukkan kecepatan sinkron namun disaatpada proses perputaran selanjutnya kecepatan motor akan konstan ( karena Ns = 120 f/p).2. proses startingawal tidak secara mandiri.merupakan keharusanagarmotor berputar secara sinkron atau mendekati sinkron dengan berbagai cara, sebelum disinkronkan dengan sumber arus listrik ( supply).3. motor ini dapat dioperasikan dalam kedaan dibawah standar factor kekuatan , yaitudenganproseslaggingdanleading. Olehkarenaitu, motorini dapat digunakan untuk tujuan pemeriksaan kekuatan , dengan menambahkan masukan torka dalam mengatur beban. 36.2. Prinsip Kertja Motor SinkronSeperti yangditunjukkanpadagambar 32.7, ketika3fasadihasilkanoleh sumber 3 fasa , maka dapat dihasilkan sebuah fluks magnet yang besarnya konstan dengan perputaran secara sinkron. Berdasarkan gambar stator dua kutub yang diperlihatkan pada gambar 36.2 , hal tersebut menunjukkan stator dua kutub ( yaitu Ns danSs)berputarsecarasinkronsearahjarum jam. Posisirotoryangdiperlihatkan pada gambar, dimisalkan dengan kondisi pada point A dan B. Dua kutub yang sama , N ( pada rotor ) dan Ns ( pada stator ) begitu pula dengan S dan Ss akan bertolak belakangsatusamalain, dengankesimpulanbahwarotor memiliki kecenderungan untuk berputar berlawanan arah jarum jam. Tetapi , setengah periode kemudian , kutub stator , dalam keadaan berputar , kanbertukarposisi yaituNsterletak di titik B dan Ss terletak pada titik A. Dalam keadaan seperti ini, Ns menarik S dan Ss menarik N. Oleh karena itu , rotor memiliki kecenderungan untuk berputar searah jarum jam ( yang ternyata berlawanan dengan keadaan awal). Sehingga , kita dapat menyimpulkan bahwa kesepadanan dalam peputaran kutub stator yang cepat dan berkesinambungan, rotor akan menjadi indicatorsebagai sebuahtorkayang dengan cepat bertolak belakang dengan urutan yang pesat, rotor juga menjadi indicator sebagai torka yang memiliki kecenderungan mengalami perpindahan pada saat awal dalam kondisi searah jarum jam dan kemudian berlawananarahjarumjam. Karena menghasilkangejalainersia yangbesar, rotor tidak dapat secara cepat memberikan tanggapan sedemikian hingga berlawanan dengan arah torka secara cepat , dengan hasil yang tersisa adalah sama.GAMBAR 36.2 dan 36.3Sekarang , berdasarkan pada kondisi yang ditunjukkan pada gambar 36.3 : 1) Kutub stator dan rotor akan tolak menolak satu sama lain. Ketika rotor dalam keadaanstasioner , tetapi perputaransearahjarumjam. , sedemikianrupa sehinggaiakumparanberputar sepanjang satu lereng kutub sehingga suatu saat kutub stator dapat menukar posisi mereka, seperti yang ditunjukkan pada gambar 36.3.2) Di sini ,sekali lagi,kutub stator dan rotor saling tarikmenarik satu sama lain. Hal ini berarti apabilajikakutubrotor jugaberpindahdari posisi mereka sepanjangkutubstator. kemudian mereka secara berkesinambunganakan mengalami sebuah torka yang tidak memiliki arah seperti torka yang searah jarum jam , yang diperlihatkan pada gambar 36.3.36.3. METODE STARTING Rotor ( yang belum tereksitasi ) ditambah kekuatan menuju sinkronisasi atau mendekati kecepatan sinkron dengan beberapa penyusunan dan kemudian dikuatkan dengan sumber DC. Saat kecepatan motor yang mendekati sinkron dikuatkan , hal ini secaramagnetisterkunci kedalamposisistatorseperti kutubrotormelakukannya terhadap kutub stator dan keduanya berputar secara sinkron pada arah yang sama. Hal ini disebabkan penyambungan antara kutubrotor dan stator sehingga motor bergerak secara sinkron atau tidak kedua duanya. Kecepatan sinkron tersebut dapat dituliskan dalam persamaan umum : Ns=120 f P Bagaimanapun , hal ini penting untuk dipahami bahwa penyusunan atau kaitan antara kutub stator dan rotor tidak selalu absolut pada salah satunya. Seperti bebanpadamotoryangditambah, rotor secara prtogresif memilikikecenderungan untuk jatuh kembali dalm fasa ( tetapiu tidak untuk kecepatan seperti di dalam motor DC) dengan berbagai sudut pandang ( seperti opada gambar 36.4) tetapi selalu secara kontiniu untuk berputar secara sinkron. Nilai sudut beban tersebut atau sudut kopel ( begitu kita menyebutnya) didapat berdasarkan beban puncak yang akan dialami oleh motor. Dengan kata lain , torka dihasilkan oleh motor pada sudutnya yang disebut . Prinsip kerja yang diperlihatkan oleh motor sinkron , dalam banyak cara, sama denganmentransmisikankekutanmekanik denganshaft. Gambar 36.5yag menunjukkan 2 katrol P dan Q yang mentransmisikan kekuatan dari pemutar menuju beban. Dua katrol tersebut dainggap untuk mengunci bersama ( hanya seperti sebuah kutuyb sator dan rotor yang terkunci) oleh karena itu mereka berputar secara tepat dengan tingkat kecepatan yang sama. Ketika Qdiberi beban , hal ini sedikit menjatuhkan nilai rugi rugi daya yang berada di dalam shaft ( sudut putar yang sama dengan dalam motor) , sudut putar , pada kenyataannya , menjadi sebuah tolak ukur nilai torka yang ditransmisikan. Hal ini memperjelas bahwa jika Q tidak terlalu memiliki bebanbesarsepertipemutusan couple , kedua katrol harus berputar sama dengan tingkat kecepatannya 3.7Tenaga yang digunakan motor sinkronPengecualian untuk mesin yang sangat kecil,resistansi armature(jankar) sebuah motor sinkron dapat diabaikan dibandingkan dengan nilai reaktansinya. Oleh karena itu rangkaian ekivalen untuk motor menjadi seperti gambar.AB = = OrV= V V = daya masukan per fasa = 1 fasa =3 fasaKarena rugi tembaga dapat diabaikan, menampilkandaya yang digunakan oleh motor. = Torsi yang dihasilkan oleh motor adalah= 9.55/ N-mContoh 36.1A 75-KW 3- , terhubung bintang, 50-Hz, 440-V motor sinkron beroperasi pada 0.8p.f mendahului. Efisiensi motor95% dan = 2.5 .Hitung (i) daya yang digunakan(ii) arus jankar(iii) e.m.f(iv) sudut daya(v) torsi maksimumSolusi.= 120x50/4 = 1500 rpm = 25 rps(i)= = /= 75x /0.95 = 78,950 (ii)x 440 x x 0.8 = 78,950; = 129 A(iii) Tegangan per fasa = = 254 V. Misal V = 254V= + jatau = V - j = 254- 129x 2.5 = 250- 322= 254 322 (+ j) = 254 332(-0.6 +j 0.8) = 516 (iv) = -(v) Tarikan yang terjadi pada = Maximum = 3 = 3== 157.275 WTorsi maksimum = 9.55x157.275/1500 = 1.000 N-m36.4 MOTOR BERBEBAN DENGAN EKSITASI KONSTANSebelum membahas tentang motor singkron sebaiknya kita mengingat kembali mengenai motor DC. Kita telah mengetahui bahwa ketika motor DC desuplai dengan tegangan V volt maka dalam pergerakanya akan terbentuk e.m.f lawan akan terbentuk pada kumparan armatur.Teganganyangterjadi di armatur adalah(VEb) danmenyebabkanarus armatur Ia = ( V Eb ) / Ra. Yang mengalir ke Ra. Dimana Ra adalah resistansi armatur. Daya mekanik yang terbentuk di armatur tergantung pada Eb dan Ia. ( Eb dan Ia berbeda satu dengan yang lainya.SamahalnyadenganmesinDC, mesinsingkrone.m.flawandibangkitkan padaarmatur(stator)denganfluks rotoryangtergantung pada nilaiteganganyang diterimanya. e.m.f lawanini tergantunghanyapadapengasutanmotor (tidakpada kecepatan seperti pada motor DC ) tegangan bersih pada armatur (stator ) adalah beda fektor (bukan aritmatik seperti pada motor DC)antaraV dan Eb.Arusarmaturdihasilkandari pengalianbedafektorinidenganimpedansi armatur (bukan seperti pada motor DC).Figure36.6memperlihatkankondisi ketikamotor berputar dalamkeadaan tanpa beban dan tidak terdapat losis dan memiliki eksitasi medan dimana V = Eb. Pada gambar tersebut terlihat bahwa perbedaan fektornya adalah nol, dan juga pada arus armaturnya. Rugi rugi motor adalah nol karena tidak ada beban dan losis yang terjadi padanya dengan kata lain motor hanya berputar.Apabilamotor dalamkeadaantanpabeban, tetapi iamemiliki losis, maka fektor Ebakantertinggal dengansudut fasa (figure36.7) begitujugaresultan tegangan ER, oleh karena itu arus Ia menyebapkan terjadinya losisis.Sekarang apabila motor tersebut dibebani maka sudut fasanya akan bertaambah besar, sudut fasa yang terbentuk disebut dengan sudut beban atau sudut kopling (keduanya tergabungdalamsudut pengasutan). Apabilanilai ERmeningkat dankecepatan motorjugameningkatmakainiakan mengakibatkan terjadinya pengurangan factor daya.36.5 ALIRAN DAYA PADA MOTOR SINKRON.Ra = Resistansi armatur / fasa.Xs = Reaktasi sinkron / fasa.Z = Ra + jXs Ia = ER / Zs= ( V Eb ) / ZsSehingga persamaan tersebut dapat ditulis menjadi :V = Eb + Ia. ZsSudut disebut sudut dalam dimana Ia tertinggal dibelakang ER.Tan = Xs / RaApabila Ra diabaikan maka = 900Motor input menjadi= V.Ia.CosDimana V adalah teganga yang diterapkan / fasa.Peningkatan daya pada rotor adalah :Pin = e.m.f lawan x arus armatur x Cosinus sudut antara Ia dan Eb. = Eb.Ia.Cos (- ) per fasa.Daya keluaran / fasa adalah = V.Ia.Cos , dan Ia2Ra terbentu pada armatur. Dan nilai yang terbentuk pada rotor adalah V Ia Cos- Ia2 RaJika daya input perfasa adalah P maka :P = Pm + Ia2 RaDaya mesin pada rotor = P - Ia2 Ra - per fasa.Untuk tiga fasaPm = 3 Vl Il cos- 3 Ia2 RaDiagram perfasa dari mesin singkron seperti terlihat dibawah ini :36.6 RANGKAIAN EKIVALEN DARI MOTOR SINGKRONFigur 36.9 a memperlihatkan model rangkaian ekivalen belitan satu fasa pada motor sinkron. Ini juga terlihat pada figure 36.9 b disana terlihat bahwa tegangan yang diterapkan V adalah merupakan resultan vector antara e.m.f lawan dengan impedansi drop Ia2 Zs. Dengankatalain, V = (-Eb +Ia2 Zs). Sudutadalahsudut antara V dengan Eb ini disebut dengan sudut beban atau sudut daya dari motor sinkron.3.7Tenaga yang digunakan motor sinkronPengecualian untuk mesin yang sangat kecil,resistansi armature(jankar) sebuah motor sinkron dapat diabaikan dibandingkan dengan nilai reaktansinya. Oleh karena itu rangkaian ekivalen untuk motor menjadi seperti gambar.AB = = OrV= V V = daya masukan per fasa = 1 fasa =3 fasaKarena rugi tembaga dapat diabaikan, menampilkandaya yang digunakan oleh motor. = Torsi yang dihasilkan oleh motor adalah= 9.55/ N-mContoh 36.1A 75-KW 3- , terhubung bintang, 50-Hz, 440-V motor sinkron beroperasi pada 0.8p.f mendahului. Efisiensi motor95% dan = 2.5 .Hitung (i) daya yang digunakan(ii) arus jankar(iii) e.m.f(iv) sudut daya(v) torsi maksimumSolusi.= 120x50/4 = 1500 rpm = 25 rps(vi)= = /= 75x /0.95 = 78,950 (vii) x 440 x x 0.8 = 78,950; = 129 A(viii) Tegangan per fasa = = 254 V. Misal V = 254V= + jatau = V - j = 254- 129x 2.5 = 250- 322= 254 322 (+ j) = 254 332(-0.6 +j 0.8) = 516 (ix) = -(x) Tarikan yang terjadi pada = Maximum = 3 = 3== 157.275 WTorsi maksimum = 9.55x157.275/1500 = 1.000 N-m36.8Motor Sinkron dengan eksitaasi yang berbedaSebuah motor sinkron disebut juga memiliki eksitasi normal jika = V. Medan eksitasi dikatakan under-excited jikaV maka motor tersebut dikatakan over-excited dan arus tertinggal dari tegangan. Pada kondisi ini beberapa nilai eksitasi akan sefasadengan V ,sehingga faktor daya akan bernilai satu.Nilai dari dan e.m.f. dapat dicari dengan bantuan diagram vektor untuk faktor daya yang berbeda.(i) Lagging p.f. =+ = + = Sudut beban = = (ii) Leading p.f. = V - + j = (iii) Unity p.f.OB = dan BC = = (V - ) + j; = 36.9. Efek Dari Menaikkan Muatan Dengan Perangsangan Yang Tetapa.Rangsangan TetapGambar dibawah memperlihatkan kondisi ketika motor bergerak dengan muatan turun, jadi terlihat bahwa sudut torque bernilai kecil, begitu juga dengan Eg1, Ial,, 1 dan cos 1 berilai besar.Sekarang perkirakan bahwa muatan pada motor dinaikkan seperti pada gambar 36.15(b). Untukbertemudenganmuatanekstraini motor harus memunculkantorkalebihbanyakyangtergambarkandenganjarum-jarum arah. Yang terjadi selanjutnya adalah :1. Rotor jaruh kembali di fasa muatan yang menaikkan 2.2. Tegangan pada jangkar akan meningkat terutama pada Er2.3. Sebagai hasilnya maka Ia1, meningkat kepada Ia2meningkatkan torka yang dibangkaitkan oleh motor.4. 1 meningkat pada 2, jadi power juga meningkat.b. Rangsangan MinimalIni dapat dilihat pada gambar dibawah dengan muatan kecil, torka yang kecil, dan fasa yang besar pada 1. Tidak seperti perangsangan normal, alliran pada jangkar harus mengalir untukmemunculkanarusyangsamadikarenakanadanyafaktor arus yang rendah.c.Kelebihan Pacuan/rangsangan.Ketika bberjalan di muatan yang kecil, 1bernilai kecil tetapi Ia1 bernilai besar.Seperti motor dengan pacuan yang kecil, dimana ada muatan yang lebih kecil,faktor aarus ditekan sedemikian ruspa. Aliran jangkar juga dinaikkantermasukpadapeningkatanpadaarusjangkaruntukselanjutnya meningkatkan muatan seperti pada gambar 36.18. Kesimpulan :Dari ketiga kasusu diatas dapat disimpulakan :1. Seperti penaikan muatan pada motor, Iamendapatkan rangsangan/pacuan yang lebih besar.2. Untuk kejadian rangsangan yang kurang dan rangsangan yang lebih pada motor, faktor arus dapat menaikkan muatan.Pada rangsangan normal, ketika muatan dinaikkan, terjadi Contoh 36.9Sebuah motor sinkron memiliki reaktansi 40% dan resistansi yang akan dioperasikan saat beban tertentu pada (i) factor daya sama (ii) 0,8 p.f terbelakang (iii) 0,8 p.f mendahului. Berapa besar nilai atau harga emf induksi? Buat asumsinya. Penyelesaian :DiketahuiV = 100 V, penurunan nilai reaktansi = IaXs = 40 V(i) Pada p.f yang sama. = 90, Eb = 100 + 40 = 108 V(ii) pada p.f 0.8 (terbelakang) here