Kontruksi Motor AC Sinkron

A. Kontruksi Motor AC Sinkron 

Seperti yang telah diulas diatas, bahwa komponen penting dari motor sinkron adalah stator dan rotor, yang mana komponen ini adalah komponen umum atau dasar pada sebuah motor. 

Motor sinkron adalah motor ac yang memiliki kecepatan konstan, namun kecepatan dapat diatur karena kecepatannya berbanding lurus dengan frekuensi. Motor sinkron secara khusus sangat baik digunakan untuk kecepatan rendah. Kelebihan dari motor sinkron ini antara lain, dapat dioperasikan pada faktor daya lagging maupun leading, tidak ada slip yang dapat mengakibatkan adanya rugi-rugi daya sehingga motor ini memiliki efisiensi tinggi. Sedangkan kelemahan dari motor sinkron adalah tidak mempunyai torka mula, sehingga untuk starting diperlukan cara-cara tertentu. Bila metode starting telah dapat dikembangkan kemudian hari, maka motor ini akan lebih unggul dibandingkan motor listrik yang lain. 

Gambar Kontruksi Motor Sinkron 

B. Rumusan matematis Motor AC sinkron 

Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut: 

Ns = 120 f / P 

di mana : 

Ns = kecepatan serempak, dalam rpm 

F = frekuensi daya AC 

p = jumlah kutup per lilitan phase 

Slip dari motor AC dihitung dengan : 

Di mana : 

Nr = kecepatan putar, dalam rpm 

S = slip normal, 0 sampai 1. 

Sebagai contoh, sebuah motor dengan empat kutub beroperasi pada 60 Hz bisa memiliki plat nama 1725 RPM pada beban penuh, sedangkan bila dihitung kecepatannya 1800 RPM. 

C. Penggunaan Motor AC sinkron 

Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan generator motor. 

D. Proteksi Motor AC sinkron 

Motor dapat menjadi generator, apabila energi listrik dirubah menjadi energi mekanik disebut motor, tapi apabila energi mekanik menjadi energi listrik disebut generator. Jadi "di atas kertas" motor itu bisa jadi generator, tapi bila melihat fungsi dan konstruksinya akan berbeda, jadi dalam keadaan khusus motor akan menjadi generator, atau generator menjadi motor. Namun untuk mencegah hal tersebut dipasang proteksi khusus agar motor tidak menjadi menjadi generator atau sebaliknya. 

Ada banyak metode kendali motor AC (motor induksi, motor sinkron) dengan kelebihan dan kekurangannya. Namun secara umum metode ini dapat dikelompokkan sebagai berikut: 

Kendali Skalar (v/f Konstan) 

Kendali Berorientasi Medan (Field Oriented Control, FOC) 

Kendali Torsi Langsung (Direct Torque Control, DTC) 

Overload Motor Protection

Overload Motor Protection, yang dimaksud motor ini adalah electric motor yang oleh orang awam disebut dinamo. Dan disini dikhususkan yang terjadi pada motor AC 3 phase. Fungsi dari motor ini adalah sebagai penggerak atau untuk mengkonversi energi listrik menjadi mekanik/ gerak seperti lift, conveyor, blower, crusher dll. Dalam dunia industri saat ini peran yang dilakukan motor ini sangat vital. Untuk itu proteksi sangat diperlukan untuk menjaga kelancaran suatu proses. Sistem proteksi motor ini sudah lama dikenal dan berkembang seiring kemajuan teknologi. Mulai dari penggunaan eutic relay, thermal, sampai elektronik. Secara umum sistem kerja alat tersebut dapat dibagi menjadi dua yaitu dengan thermal dan elektronik.THERMAL OVERLOAD 

Sesuai dengan namanya proteksi motor ini menggunakan panas sebagai pembatas arus pada motor. Alat ini sangat banyak dipergunakan saat ini. Biasanya disebut TOR, Thermis atau overload relay. Cara kerja alat ini adalah dengan menkonversi arus yang mengalir menjadi panas untuk mempengaruhi bimetal. Nah , bimetal inilah yang menggerakkan tuas untuk menghentikan aliran listrik pada motor melalui suatu control motor starter (baca motor starter). Pembatasan dilakukan dengan mengatur besaran arus pada dial di alat tersebut. Jadi alat tersebut memiliki range adjustment misal TOR dengan range 1 ~ 3,2 Amp disetting 2,5 Amp. Artinya, kita membatasi arus dengan TOR pada level 2,5 Amp saja. 

ELECTRONIC OVERLOAD 

Overload electronic ini mempunyai 2 karakteristik trip, INVERSE dan DEFINITE. Inverse, ia akan bekerja seperti thermal overload. Perbedaannya adalah kemampuannya untuk menggeser kurva trip. Jadi overload ini selain mempunyai setting arus juga kecepatan trip atau class adjustment. Selain itu dengan menggunakan rangkaian elektronik ia akan tidak mudah dipengaruhi suhu sekitar serta akurasi lebih terjaga. Definite, bekerja dengan pembatasan yang ketat. Dengan karakteristik ini, berapapun besar kelebihan beban ia akan trip setelah mencapai waktu yang ditentukan. Misal seting overload pada 10 amp dengan waktu trip 4 detik. Jika terjadi kelebihan beban lebih dari 10 amp selama lebih dari 4 detik dia akan trip. Kecepatan trip ini tidak tergantung besar arus overload (baik kecil atau besar sama saja). 

Dengan menggunakan rangkaian elektronik biasanya alat ini dilengkapi dengan fasilitas proteksi lain seperti phaseloss protection, Lock Rotor Protection, Short Circuit Protection dll. Dengan gambaran tersebut di atas, maka kita bisa menentukan kebutuhan overload protection yang diperlukan. Dan perlu di ingat bahwa, terbakarnya motor tidak hanya karena terjadinya overload. Overload hanyalah salah satu dari beberapa fakor penyebab terbakarnya motor. Seberapa tinggi tingkat proteksi motor yang kita perlukan tergantung dengan prioritas kita. Tetapi, overload protection tetaplah mutlak diperlukan dalam sebuah suatu sistem motor starter. 

E. Pengukuran Motor AC sinkron 

Pembangkitan Torka 

Interaksi antara medan putar stator (Bs) dan medan rotor (Br) yang membangkitkan torka seperti terlihat dalam persamaan berikut: 

T = Bsx Bs(sin δ) 

δ disebut sudut beban karena besarnya tergantung pembebanan. Pada saat beban nol nilai δ=0. Jika dibebani, medan rotor tertinggal dari rotor sebesar δ, kemudian berputar sama lagi. Beban maksimum tercapai pada δ=90o. Jika beban dinaikkan terus melebihi batas itu, maka motor akan kehilangan sinkronisasi dan akhirnya akan berhenti. 

Pembangkitan medan putar 

· Pada Motor sinkron 3 fasa, mengalir arus seimbang pada tiap fasa dengan beda sudut fasa 120o 

ia = Im sin ωt 

ib = Im sin (ωt-120o) 

ic = Im sin (ωt-240o) 

Tiap arus fasa membangkitkan ggm F yang merupakan fungsi sudut ruang ө seperti ia à Fa.cos θ. Dengan Fa=Fm. sin ωt 

Maka ggm F tiap fasa yang dibangkitkan 

Fa = Fm sin ωt.cos θ 

Fb = Fm sin (ωt-120o).cos (θ-120o) 

Fc = Fm sin (ωt-240o) .cos (θ-240o) 

Resultan ketiga ggm, Fr=Fa+ Fb +Fc 

Dan jika kemudian disederhanakan dengan persamaan trigonometri akan diperoleh: 

F(θ,t) = 3/2 Fm.cos (θ-ωt) 

Yang berarti resultan-mmf adalah medan putar sebagai fungsi dari ruang dan waktu, seperti terlihat dalam gambar berikut: 

F. Karakteristik Motor AC sinkron 

Gambar Model Motor Sinkron (Model dan Diagram Fasor) 

Pengaruh Penguatan Medan 

• Untuk membangkitkan fuksi dibutuhkan daya reaktif yang bersifat induktif. 
• Pada motor sinkron, ggm dibangkitkan arus medan (DC) pada belitan rotor. Jika arus medan ini cukup, maka motor tidak membutuhkan suplai energi reaktif dari sisi stator yang bersumber dari jaringan listrik. Sehingga motor bekerja dengan faktor daya = 1. 
• Jika penguatan arus medan kurang, maka motor sinkron akan menarik daya reaktif yang bersifat induktif dari sisi stator. Sehingga motor bekerja dengan factor daya(pf) terbelakang (lagging). Artinya motor menjadi pembangkit daya reaktif yang bersifat induktif. 
• Kebalikannya jika kelebihan penguatan arus medan, maka motor sinkron akan menarik daya reaktif yang bersifat kapasitif dari sisi stator. Sehingga motor bekerja dengan factor daya (pf) mendahului (leading). Artinya motor menjadi pembangkit daya reaktif yang bersifat kapasitif. 

Kondensor Sinkron 

Seperti diuraikan di atas, jika motor sinkron kelebihan penguatan arus medan, maka motor sinkron akan menarik daya reaktif yang bersifat kapasitif dari sisi stator. Sehingga motor bekerja dengan factor daya (pf) mendahului (leading). Artinya motor menjadi pembangkit daya reaktif yang bersifat kapasitif. Sehingga motor sinkron dapat digunakan untuk memperbaiki factor daya (pf). Dalam hal ini motor sinkron disebut Kondensor sinkron. 

Karakteristik Torka dan Sudut daya 

Gambar diatas memperlihatkan bahwa Torka adalah fungsi sin δ, dengan δ adalah sudut daya. Pada motor sinkron nilai δ negatif dan nilainya positif pada generator sinkron. Torka maksimum dicapai pada δ= +/- 90o. Jika melebihi batas itu, maka motor atau generator akan kehilangan stabilitas dan sinkronisasi dan pada akhirnya akan berhenti.