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 Universitas i Indonesia Teknik Tenaga Listrik Ekstensi 2010 1
Kelompok 8 Ihin Solihin 0806365923 Febi Hadi Permana 0806365753 Cakra Wirabuana 0806365570 Handy Hermawan 0806365873 2
Pembahasan 1. Overview 2. Pengertian Motor Sinkron 3. Bagian-Bagian/ Structure Motor 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, 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. 5
Perbedaan Motor Induksi & Motor Sinkron Pada Mesin induksi memiliki karakteristik : - Motor induksi adalah yang paling popular di industri karena kehandalan 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 selalu dapat menyesuaikan hingga 1,0 dengan efisiensi tinggi - Dapat meningkatkan faktor daya - Dapat dirancang untuk memberikan torsi awal yang lebih tinggi 6
Bagian Dasar dari Motor Sinkron Bagian dasar dari sebuah motor sinkron: Rotor Perbedaan utama antara motor sinkron dan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan putar yang sama dengan perputaran p medan magnet. 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: N s = 120 f P Dimana : f = Frekuensi dari pasokan frekuensi P= Jumlah kutub 7
Konsep Motor Sinkron konsep Motor Sinkron stator adalah berbentuk cincin dilaminasi inti besi dengan memiliki slot Gulungan tiga fasa ditempatkan dalam slot Lingkaran besi padat dilengkapi dengan slot Setiap pgulungan 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 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. 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. Dengan kata 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 motor sinkron memiliki nilai antara 150 kw (200 hp) 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. 9
Kutub yang ditampilkan di bagian kanan adalah tipe rotor brush yang menggunakan cincin slip untuk aplikasi arus medan DC. 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. Karakteristik Motor Sinkron 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, 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. 11
Metode 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. 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 a gabungan mesin DC yang didorong do o oleh synchronous ous 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 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).) 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), 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 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 beroperasi sebagai motor induksi i dengan torsi yang diproduksi d i 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. t Frekuensi arus rotor yang diinduksi d i ini i 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 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. 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. 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 g dropnya y 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 dc eksitasi penuh dengan angker terhubung ke tiga resistor eksternal. Terapkan mekanis pengereman. Dalam metode 1 dan 2, motor melambat karena berfungsi sebagai generator, menghilangkan energi dalam elemen resistif dari rangkaian. Pengereman mekanik biasanya diterapkan pada setelah motor telah mencapai setengah kecepatan atau kurang. Kecepatan yang lebih rendah pantas mencegah pemakaian sepatu rem. 25
Rangkaian Equivalent Motor Sinkron where, a a i idi S R voltage excitation phase Per E voltage input phase Per V : : s a ce reac synchronous phase Per X ce winding resis Stator R tan : tan : s a a a a a X ji R I E V + + = a a a jx R E V I or = 26 s a a jx R +
Rangkaian Ekivalen 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 27
Contoh Soal Motor Sinkron 3Φ, 12 kutub, mempunyai impedansi jangkar 100 ohm, dan reaktansi 0.5 ohm/fasa. Beroperasi dengan 2000 V, 3Φ, 25 Hz. Bila pengaturan 80% dari kemampuan, hitunglah daya maksimum dan torsi dalam Nm sebelum mesin keluar dari sinkronisasi. Jawab : V 1 = 2000 Volt dan E b = 80% sehingga V2 = 1600 volt R= 0.5 Ohm dan Zs = 10 ohm Daya maksimum yang dihasilkan ilk oleh mesin sinkron : Pd V1V 2 = Zs V Zs 2 2 2 R 28
Pd maks dari ketiga fasa = Pd 2000 1600 x 3 10 3 2 1600 0.5 3 10 = 2 2 2000 x1600 1600 x1 Pd = = 307200 10 200 Kecepatan mesin sinkron dengan 12 kutub watt = 120 x 25/12 = 250 rpm Tmaks pada kondisi daya maksimum : T maks T T maks maks x ω = 307200 2 π x 250 x = 307200 60 307200 x 60 = = 11724 2 x π x 250 Nm 29
Daftar Pustaka http://www.kilowattclassroom.com/archive/ com/archive/ SyncMotors.pdf Zuhal. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta. PT Gramedia Pustka Utama. 1995. http://www.tpub.com/content/neets/14177/ css/14177_92.htm 30