UNIVERSITAS ISLAM BANDUNG

BAB III

MESIN LISTRIK ASINKRON DAN SINKRON

3. 1 Generator AC (Alternator)

Hampir semua tenaga listrik yang dipergunakan saat ini bekerja pada sumber tegangan bolak balik (AC), karena itu generator AC adalah alat yang paling penting untuk menghasilkan tenaga listrik. Generator AC (alternator), bervariasi ukurannya sesuai dengan beban yang akan disuplai. Sebagai contoh, alternator pada PLTA mempunyai ukuran yang sangat besar, membangkitkan ribuan kilowatt pada tegangan yang sangat tinggi. Contoh lainnya adalah alternator di mobil, yang sangat kecil sebagai perbandingannya. Beratnya hanya beberapa kilogram dan menghasilkan daya sekitar 100 hingga 200 watt, biasanya pada tegangan 12 atau 24 volt.Dalam pemakaiannya mesin asinkron lebih banyak digunakan sebagai motor, karena walaupun sering terjadi slip berulangkali dan menimbulkan ketidak stabilan yang sangat kecil masih dapat ditolerir. Namun dapat digunakan juga sebagai generator dalam KRL (Kereta Api Listrik) untuk pengereman dari putaran motor DC ke generator asinkron, selanjutnya dikembalikan lagi. Sedangkan mesin asinkron lebih banyak digunakan untuk genareator, karena keluarannya stabil dan dapat dilakukan sinkronisasi.

3.2. Dasar-dasar Generator AC

Berapapun ukurannya, semua generator listrik, baik AC maupun DC, bergantung kepada prinsip induksi magnet. EMF diinduksikan dalam sebuah kumparan sebagai hasil dari (1) kumparan yang memotong medan magnet, atau (2) medan magnet yang memotong sebuah kumparan. Sepanjang ada gerak relatif antara sebuah konduktor dan medan magnet, tegangan akan diinduksikan dalam konduktor atau lilitan. Bagian generator yang mendapat induksi tegangan adalah armature (kumparan jangkar). Agar gerak relatif terjadi antara konduktor dan medan magnet, semua generator haruslah mempunyai dua bagian mekanis yaitu rotor dan stator.

Putaran Jangkar

Alternator armature (rotor) bergerak (rotating-armature alternator) mempunyai konstruksi yang sama dengan generator DC yang mana armature berputar dalam (bentuk fisik rotor) sebuah medan magnet stasioner. Pada generator DC, emf dibangkitkan dalam belitan armature dan dikonversikan dari AC ke DC dengan menggunakan komutator (sebagai penyearah). Pada alternator, tegangan ac yang dibangkitkan tidak diubah menjadi DC dan diteruskan kepada beban dengan menggunakan slip ring. Armature yang bergerak dapat dijumpai pada alternator untuk daya rendah dan umumnya tidak digunakan untuk daya listrik dalam jumlah besar.

Medan Induksi

Alternator medan berputar mempunyai belitan armature yang stasioner dan sebuah belitan medan yang berputar. Keuntungan menggunakan sistem belitan armature stasioner adalah bahwa tegangan yang dihasilkan dapat dihubungkan langsung ke beban.

Jenis armature berputar memerlukan slip ring dan sikat untuk menghantarkan arus dari armature ke beban. Armature, sikat dan slip ring sangat sulit untuk diisolasi, dan percikan bunga api dan hubung singkat dapat terjadi pada tegangan tinggi. Karenanya, alternator tegangan tinggi biasanya menggunakan jenis medan berputar. Karena tegangan yang dikenakan pada medan berputar adalah tegangan searah yang rendah, problem yang dijumpai pada tegangan tinggi tidak terjadi.

Armature stasioner, atau stator, pada alternator jenis ini mempunyai belitan yang dipotong oleh medan putar (rotating magnetic field). Tegangan yang dibangkitkan pada armature sebagai hasil dari aksi potong ini adalah tegangan AC yang akan dikirimkan kepada beban.

Stator terdiri dari inti besi yang dilaminasi dengan belitan armature yang melekat pada inti ini.

Gambar 3.1. Prinsip mesin induksi listrik AC3.3. Motor Induksi 3 Fasa AsinkronMotor induksi merupakan motor arus bolak balik (AC) yang paling luas penggunaannya. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus bolak balik yang lazim disebut mesin asynchron.Belitan stator yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan tiga fasa akan menghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan medan putar stator (ns = 120f/2p). Medan putar pada stator tersebut akan memotong konduktor-konduktor pada rotor, sehingga terinduksi arus; dan sesuai dengan Hukum Lentz, rotor pun akan ikut berputar (nr) mengikuti medan putar stator. Pada saat putaran antara medan putar stator dengan rotor (fisik) sama (nr = ns) maka tidak akan terjadi induksi yaitu:d/dt = dBA/dt = 0 ................................................ ........... (3.1)karena putaran sama, maka fluks magnet agan konstan dan turunan konstan akan = 0, akibatnya tidak terjadi induksi. Oleh karena itu rotor berhenti sesaat dan terjadi slip. Saat terjadi slip, karena ada pebedaan fluks magnet, akan terjadi induksi lagi dan demikian berulang seterusnya. Secara rata-rata seakan-akan kecepatan antar medan staor dan putaran rotor berbeda. Karena ketidak serempakan ini, maka sistem ini disebut disebut mesin asynchron dan kurang stabil, oleh karena itu banyak digunakan sebagai motor.Perbedaan putaran relatif antara stator dan rotor disebut slip. Bertambahnya beban, akan memperbesar kopel motor, yang oleh karenanya akan memperbesar pula arus induksi pada rotor, sehingga slip antara medan putar stator dan putaran rotor pun akan bertambah besar. Jadi , bila beban motor bertambah, putaran rotor cenderung menurun. Dikenal dua tipe motor induksi yaitu motor induksi dengan rotor belitan dan rotor sangkar.

Gambar 3.2.Motor induksi AC.(asinkron) tipe tabung (squirrel cage rotor)

3.3.1. Medan PutarBagaimana rotating magnetic field (medan putar) menyebabkan sebuah motor berputar. Gambar3.3. menunjukkan sebuah stator tiga fasa dengan suplai arus bolak balik tiga fasa pula.Belitan stator terhubung wye (Y) atau delta (). Dua belitan pada masing-masing fasa dililitkan dalam arah yang sama. Medan magnet yang dihasilkan oleh setiap fasa akan tergantung kepada arus yang mengalir melalui fasa tersebut. Jika arus listrik yang melalui fasa tersebut adalah nol (zero), maka medan magnet yang dihasilkan akan nol pula. Jika arus mengalir dengan harga maksimum, maka medan magnet berada pada harga maksimum pula. Karena arus yang mengalir pada sistem tiga fasa mempunyai perbedaan 120o, maka medan magnet yang dihasilkan juga akan mempunyai perbedaan sudut sebesar 120o pula.

Ketiga medan magnet yang dihasilkan akan membentuk satu medan, yang akan beraksi terhadap rotor. Untuk motor induksi, sebuah medan magnet diinduksikan kepada rotor sesuai dengan polaritas medan magnet pada stator. Karenanya, begitu medan magnet stator berputar, maka rotor juga berputar sesuai dengan medan magnet stator.

Gambar 3. 3. Belitan stator tiga fasa. asinkron

Resultante medan magnet masing-masing fasa menghasilkan medan magnet yang posisinya bergeser beberapa derajat. Pada akhir satu siklus arus bolak balik, medan magnet tersebut bergeser hingga 360o, atau satu putaran. Dan karena rotor juga mempunyai medan magnet berlawanan arah yang diinduksikan kepada medan putar, rotor juga akan berputar hingga satu putaran. Hasil resultante medan putar karena tiga fasa, maka tegangan setiap fasa adalah;

Fasa Satu: E1 = Em cos (wt + 0o)

Fasa Dua : E2 = Em cos (wt + 120o)

Fasa Tiga: E3 = Em cos (wt + 2 40o)

Fluks resultante ketiganya adalah Ft = E1 + E2 + E2 = 3/2 Em cos (wt + fo) merupakan gelombang berjalan dalam bentuk fluks yang berjalan (medan putar), selanjutnya menginduksikan ke rotor, dan di rotor timbul ggl (lihat bab I dan II).

Putaran medan magnet menghentikan medan tersebut pada enam posisi. Tiga posisi ditandai dengan interval 60o pada gelombang sinus yang mewakili arus yang mengalir pada tiga fasa A,B, dan C. Jika arus mengalir dalam suatu fasa adalah positif, medan magnet akan menimbulkan kutub utara pada kutub stator yang ditandai dengan A, B, dan C.

Gambar 3.4. Putaran motor induksi dan medan putar.

Pada posisi T1, arus pada fasa C berada pada harga positif maksimumnya. Pada saat yang sama, arus pada fasa A dan B berada pada separuh harga negative maksimumnya. Medan magnet yang dihasilkan terbentuk secara vertical dengan arah ke bawah, dengan kekuatan medan maksimum terjadi sepanjang fasa C, antara kutub C (utara) dengan C (selatan). Medan magnet ini dibantu oleh medan-medan yang lebih lemah yang dihasilkan sepanjang fasa A dan B, dengan kutub-kutub A dan B menjadi kutub-kutub utara dan kutub-kutub A dan B menjadi kutub-kutub selatan.

Pada posisi T2, gelombang sinus arus telah berotasi sebanyak 60 derajat listrik. Pada posisi ini, arus dalam fasa A telah naik hingga harga negative maksimumnya. Arus pada fasa B mempunya arah yang berlawanan dan berada pada separuh harga maksimum positifnya. Begitu pula arus pada fasa C telah turun hingga separuh dari harga maksimum positifnya. Medan magnet yang dihasilkan terbentuk ke kiri arah bawah, dengan kekuatan medan maksimum sepanjang fasa A, antara kutub-kutub A (utara) dan A (selatan). Medan magnet ini dibantu oleh medan-medan yang lebih lemah yang timbul sepanjang fasa B dan C, dengan kutub-kutub B dan C menjadi kutub-kutub utara dan kutub-kutub B dan C menjadi kutub-kutub selatan. Di sini terlihat bahwa medan magnet pada stator motor secara fisik telah berputar sebanyak 60o.

Pada posisi T3, gelombang sinus arus berputar lagi 60 derajat listrik dari posisi sebelumnya hingga total rotasi pada posisi ini sebesar 120 derajat listrik. Pada posisi ini, arus dalam fasa B telah naik hingga mencapai harga positif maksimumnya. Arus pada fasa A telah turun hingga separuh dari harga negative maksimumnya, sementara arus pada fasa C telah berbalik arah dan berada pada separuh harga negatif maksimumnya pula. Medan magnet yang dihasilkan mengarah ke atas kiri, dengan kekuatan medan maksimum sepanjang fasa B, antara kutub B (utara) dan B (selatan). Medan magnet ini dibantu oleh medan-medan yang lebih lemah sepanjang fasa A dan C, dengan kutub-kutub A dan C menjadi kutub-kutub utara dan kutub-kutub A dan C menjadi kutub-kutub selatan. Sehingga terlihat di sini bahwa medan magnet pada stator telah berputar 60o lagi dengan total putaran sebesar 120o.

Pada posisi T4, gelombang sinus arus telah berotasi sebanyak 180 derajat listrik dari titik T1 sehingga hubungan antara arus-arus fasa adalah indentik dengan posisi T1 kecuali bahwa polaritasnya telah berbalik. Karena fasa C kembali pada harga maksimum, medan magnet yang dihasilkan sepanjang fasa C kembali berada pada harga maksimum, medan magnet yang dihasilkan sepanjang fasa C akan memiliki kekuatan medan maksimum. Meskipun demikian, dengan arus yang mengalir dalam arah yang berlawanan pada fasa C, medan magnet yang timbul mempunyai arah ke atas antara kutub C (utara) dan C (selatan). Terlihat bahwa medan magnet sekarang telah berotasi secara fisik sebanyak 180o dari posisi awalnya.

Pada posisi T5, fasa A berada pada harga positif maksimumnya, yang menghasilkan medan magnet ke arah atas sebelah kanan. Kembali, medan magnet secara fisik telah berputar 60o dari titik sebelumnya sehingga total rotasi sebanyak 240o. Pada titik T6, fasa B berada pada harga maksimum negative yang menghasilkan medan magnet ke arah bawah sebelah kanan. Medan magnet pun telah berotasi sebesar 60o dari titik T5 sehingga total rotas adalah 300o.

Akhirnya, pada titik T7, arus kembali ke polaritas dan nilai yang sama seperti pada Posisi T1. Karenanya, medan magnet yang dihasilkan pada posisi ini akan identik dengan pada posisi T1. Dari pembahasan ini, terlihat bahwa untuk satu putaran penuh gelombang sinus listrik (360o), medan magnet yang timbul pada stator sebuah motor juga berotasi satu putaran penuh (360o). Sehingga, dengan menerapkan tiga-fasa AC kepada tigfa belitan yang terpisah secara simetris sekitar stator, medan putar (rotating magnetic field) juga timbul (yang berputar bukan fisik stator, tetapi medannya).3.3.2 Slip

Jika arus bolak balik dikenakan pada belitan stator dari sebuah motor induksi, sebuah medan putar timbul. Medan putar ini memotong batang rotor dan menginduksikan arus kepada rotor. Arah aliran arus ini dapat ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kiri untuk generator.

Arus yang diinduksikan ini akan menghasilkan medan magnet di sekitar penghantar rotor, berlawanan polaritas dari medan stator, yang akan mengejar medan magnet pada stator. Karena medan pada stator terus menerus berputar, rotor tidak pernah dapat menyamakan posisi atau selalu tertinggal dan karena itu akan terus mengikuti putaran medan pada stator sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 3.5.

Gambar3.5. Motor Induksi

Dari penjelasan di atas, terlihat bahwa rotor pada motor induksi tidak pernah dapat berputar dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan medan putar. Jika kecepatan rotor sama dengan keceparan medan putar stator, maka tidak ada gerak relatif antara keduanya, dan tidak akan ada induksi EMF kepada rotor (lihat pers. 3.1). Tanpa induksi EMF ini, tidak akan ada interaksi medan yang diperlukan untuk menimbulkan gerak. Rotor, karenanya arus berputar dengan kecepatan yang lebih rendah dari kecepatan medan putar stator.Persentase perbedaan antara kecepatan rotor dan kecepatan medan putar disebut dengan slip. Semakin kecil slip, semakin dekat pula kecepatan rotor dengan kecepatan medan putar. Slip dapat dicari menggunakan pers (3.2). slip = S = (ns - nr)/ns x 100% ............................................... (3.2) ns, nr ada yang menulis Nr dan Ns kecepatan putar stator dan rotor dalam rpmKecepatan medan putar atau kecepatan sinkron dari suatu motor dapat dicari dengan menggunakan Equation (3.3). ns = 120f/P ........................................................... (3.3) f adalah frekuensi dalam Hz atau cps, P adalah jumlah kutub (pole)Contoh: Sebuah motor induksi dua kutub, 60 Hz, mempunyai kecepatan pada beban penuh sebesar 3554 rpm. Berapakah persentase slip pada beban penuh?

Solusi:

3.3.3. TorsiTorsi motor induksi AC tergantug kepada kekuatan medan rotor dan stator yang saling berinteraksi dan hubungan fasa antara keduanya. Torsi dapat dihitung dengan persamaan

T = K ((IR cos ..................................................... (3.4) T torsi (N-m), K konstanta, ( fluk magnet stator (Weber), IR arus rotor (A), cos(R power faktor rotor.Selama operasi normal, K, ( , dan cosadalah konstan, sehingga torsi berbanding lurus dengan arus rotor. Arus rotor meningkat dengan proporsi yang sama dengan slip. Perubahan torsi terhadap slip menunjukkan bahwa begitu slip naik dari nol hingga 10%, torsi naik secara linier. Begitu torsi dan slip naik melebihi torsi beban penuh, maka torque akan mencapai harga maksimum sekitar 25% slip. Torque maksimum disebut breakdown torque motor. Jika beban dinaikkan melebihi titik ini, motor akan stall dan segera berhenti. Umumnya, breakdown torque bervariasi dari 200 hingga 300% torsi beban penuh. Torsi awal (starting torque) adalah nilai torsi pada 100% slip dan normal 150 hingga 200% torsi beban penuh. Seiring dengan pertambahan kecepatan dari rotor, torsi akan naik hingga breakdown torque dan turun mencapai nilai yang diperlukan untuk menarik beban motor pada kecepatan konstan, biasanya antara 0 10%. Gambar 3.6 menunjukkan karakteristik torsi terhadap slip.

Gambar 3.6. Torsi terhadap slip mesin asinkronJika dilihat start terjadi saat slip S = 1, yang berarti NR = 0 berarti memunculkan arus yang sangat besar sekali. Manakala ini tetap dijalankan terus, maka akan panas dan rotor atau stator dapat terbakar. Oleh karena itu dilakukan start yang aman yaitu menaikkan daya listrik (secara umum adalah arus dikalikan tegangan), sehingga cara yang dilakukan untuk menambah daya bersifat sementara (sesaat antara 6-30 detik saja, sesudah itu dipindah ke kondisi normal, menggunakan timer dan relay) dengan:

A. Menaikkan tegangan yaitu:

1. Menggunakan output trafo yaitu memasang trafo yang outputnya dinaikkan menjadi 380 volt, sesudah jalan kembali ke tegangan 220 V.

2. Menggunakan trafo sistem Y (line to line tegangan = 380 V) yang digunakan, setelah jalan secepatnya dipindah ke fasa sistem delta (() dengan tegangan 220 V.

B. Menaikkan arus yaitu:

1. Dengan memberikan tahanan depan, tujuan untuk menarik arus dari kecil ke besar tahap demi tahap, bila sudah berjalan dipindah ke sistim normal.

2. Langsung ke jala-jala, apabila daya motor yang digunakan kecil (biasanya < 2,4 KW).3.4 Mesin Sinkron

Mesin sinkron adalah mesin asinkron yang dikompensasi dengan tegangan DC yang diberikan pada rotor sehingga tidak terjadi slip, sehingga putarannya ajeg (stabil). Karena kestabilan putaran ini, maka mesin sinkon banyak digunakan sebagai generator.

3.4.1. Generator AC (Sinkron) Secara umum medan berputar dari generator AC terdiri atas sebuah alternator dan sebuah generator DC kecil yang dibangun dalam satu unit. Keluaran dari alternator merupakan tegangan AC untuk mencatui beban dan generator DC dikenal sebagai exciter untuk mencatu arus searah bagi medan putar. Mesin AC ini lebih banyak digunakan sebagai generator karena stabil. Secara umum generator ini tidak terdapat slip, karena slip dikompensasi oleh adanya pemberian tegangan DC pada rotor.Exciter adalah sebuah pembangkit DC eksitasi sendiri dengan belitan shunt. Medan exciter menghasilkan intensitas fluks magnetic antara kutub-kutubnya. Ketika armature exciter berotasi dalam fluks medan exciter, tegangan diinduksikan dalam belitan armature exciter. Keluaran dari komutator exciter dihubungkan melalui sikat dan slip ring ke medan alternator. Karena arusnya adalah arus searah, maka arus selalu mengalir dalam satu arah melalui medan alternator. Sehingga, medan magnet dengan polaritas tetap selalu terjadi sepanjang waktu dalam belitan medan alternator. Ketika alternator diputar, fluks magnetiknya dilalukan sepanjang belitan armature alternator. Tegangan bolak balik pada belitan armature generator ac dihubungkan ke beban melalui terminal.

Penggerak Utama

Semua generator, besar dan kecil, AC dan DC, membutuhkan sebuah sumber daya mekanik untuk memutar rotornya. Sumber daya mekanis ini disebut prime mover. Prime mover dibagi dalam dua kelompok yaitu untuk high-speed generator dan low-speed generator. Turbin gas dan uap pada PLTG dan PLTU adalah penggerak utama berkecepatan tinggi sementara mesin pembakaran dalam (internal combustion engine), air pada PLTA dan motor listrik dianggap sebagai prime mover berkecepatan rendah.

Jenis prime mover memainkan peranan penting dalam desain alternator karena kecepatan pada mana rotor diputar menentukan karakteristik operasi dan konstruksi alternator.

Rotor GeneratorAda dua jenis rotor yang digunakan untuk alternator medan berputar yaitu turbine-driven dan salient-pole rotor. Jenis turbine-driven digunakan untuk kecepatan tinggi dan salient-pole untuk kecepatan rendah. Belitan pada turbine-driven rotor disusun sedemikian rupa sehingga membentuk dua atau empat kutub yang berbeda. Belitan-belitan tersebut dilekatkan erat-erat di dalam slot agar tahan terhadap gaya sentrifugal pada kecepatan tinggi.

Salient-pole rotor seringkali terdiri dari beberapa kutub yang dibelit terpisah, dibautkan pada kerangka rotor. Salient-pole rotor mempunyai diameter yang lebih besar dari turbine-driven rotor. Pada putaran per menit yang sama, salient-pole memiliki gaya sentrifugal yang lebih besar. Untuk menjaga keamanan dan keselatan sehingga belitannya tidak terlempar keluar mesin, salient-pole hanya digunakan pada aplikasi keceparan rendah.3.4.2.Karakteristik Alternator dan Batasannya

Alternator di-rating berdasarkan tegangan yang dihasilkannya dan arus maksimum yang mampu diberikannya. Arus maksimum tergantung kepada rugi-rugi panas dalam armature. Rugi panas ini (rugi daya I2R) akan memanaskan konduktor, dan jika berlebihan akan merusak isolasi. Karenanya, alternator di-rating sesuai dengan arus ini dan tegangan keluarannya dalam volt-ampere atau untuk skala besar dalam kilovolt-ampere.

Informasi mengenai kecepatan rotasinya, tegangan yang dihasilkan, batas arusnya dan karakteristik lainnya biasanya ditempelkan pada badan mesin nameplate.3.4. Pengaturan Tegangan

Sebagaimana yang telah kita lihat, ketika beban pada generator berubah, tegangan terminal pun ikut berubah. Besarnya perubahan tergantung pada desain generator.

Pengaturan tegangan pada sebuah alternator adalah perubahan tegangan dari beban penuh ke tanpa beban, dinyatakan sebagai persentase tegangan beban penuh, ketika kecepatan dan arus medan DC tetap konstan. [EnL - EfL]/ [EfL] x 100 % = persen pengaturan tegangan ............ (3.5) ..Anggap bahwa tegangan tanpa beban generator adalah 250 volt dan tegangan beban penuh adalah 220 volt. Persen regulasi adalah:

Untuk diingat, bahwa semakin kecil persentase regulasi, semakin baik pula regulasinya untuk kebanyakan aplikasi.Di dalam sebuah alternator, tegangan bolak balik diinduksikan dalam belitan armature ketika medan magnet melewati belitan ini. Besarnya tegangan yang diinduksikan ini tergantung kepada tiga hal yaitu: (1) jumlah konduktor dengan hubungan seri pada setiap belitan, (2) kecepatan (rpm generator) pada mana medan magnet memotong belitan, dan (3) kekuatan medan magnet. Salah satu dari factor ini dapat digunakan untuk pengaturan tegangan yang diinduksikan dalam belitan alternator.

Jumlah belitan, tentu saja tidak berubah tetap ketika alternator diproduksi. Juga, jika frekuensi keluaran harus konstan, maka kecepatan medan putar haruslah konstan pula. Ini mengakibatkan penggunaan rpm alternator untuk pengaturan tegangan keluaran menjadi tidak diperbolehkan.

Sehingga, metode praktis untuk melakukan pengaturan tegangan adalah dengan mengatur kekuatan medan putar. Kekuatan medan elektromagnetik ini dapat berubah seiring dengan perubahan besarnya arus yang mengalir melalui kumparan medan. Ini dapat dicapai dengan mengubah-ubah besarnya tegangan yang dikenakan pada kumparan medan.3.4.3. Motor Sinkron

Salah satu mesin sinkron adalah motor sinkron yang serupa dengan motor induksi. Kedua rotor dan stator 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 torsi yang dihasilkan, dan motor akan berhenti. Motor sinkron bukanlah self-starting motor karena torsi 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.

Hampir semua energi listrik dibangkitkan dengan memakai mesin sinkron. Generator sinkron (sering disebut alternator) adalah mesin sinkron yangdigunakan untuk mengubah daya mekanik menjadi daya listrik. Generator sinkron dapat berupa generator sinkron tiga fasa atau generator sinkron AC satu fasa tergantung dari kebutuhan.

Konstruksi Generator Sinkron

Pada generator sinkron, arus DC diterapkan pada lilitan rotor untuk menghasilkan medan magnet rotor. Rotor generator diputar oleh prime mover menghasilkan medan magnet berputar pada mesin. Medan magnet putar ini menginduksi tegangan tiga fasa pada kumparan stator generator. Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang besar. Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient (kutub sepatu) dan dan non salient (rotor silinder).

3.4.4. Menjalankan 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), 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 .

Gambar 3.5. Sudut torque (torque angle)Jika beban mekanis pada motor dinaikkan ke titik dimana rotor ditarik keluar dari sinkronisasi , maka motor akan berhenti. Harga maksimum torque sehingga motor tetap bekerja tanpa kehilangan sinkronisasi disebut pull-out torque.

Pada motor sinkron, walaupun jarang digunakan sebagai motor, namun dapat juga digunakan sebagai motor (walaupun kurang praktis dengan nambahkan arus DC). Bagaimanapun perlu diperhatikan cara start motor sinkron yaitu:

1. Start seperti motor asinkron ditambahkan arus DC pada rotor motor sinkron (start langsung-direct on line system/DOL, bila daya kecil; output transformator; tahanan depan ; menggunakan sistem Y kemudian pindah ke delta sesudah jalan). 2. Motor sinkron dijadikan generator sinkron, selanjutnya dilepas prime mover untuk generator diubah ke motor. (Hal ini terlalu rumit, namun dapat dilakukan).

3.4.5. Operasi Paralel Alternator (Sinkron)Alternator dapat dihubungkan secara parallel untuk (1) meningkatkan kapasitas keluaran dari suatu system melebihi apa yang didapat dari satu unit, (2) berfungsi sebagai daya cadangan tambahan untuk permintaan yang suatu ketika bertambah, atau (3) untuk pemadaman satu mesin dan penyalaan mesin standby tanpa adanya pemutusan aliran daya.

Ketika alternator-alternator yang sedang beroperasi pada frekuensi dan tegangan terminal yang berbeda, kerusakan parah dapat terjadi jika alternator-alternator tersebut secara mendadak dihubungkan satu sama lain pada satu bus yang sama (satu titik hubung). Untuk menghindari ini, mesin-mesin tersebut harus disinkronkan dahulu sebelum disambungkan bersama-sama. Ini dapat dicapai dengan menghubungkan satu generator ke bus (bus generator), dan mensinkronkan generator lainnya sebelum keduanya disambungkan. Generator dikatakan sinkron jika memenuhi kondisi berikut:1. Tegangan terminal yang sama. Diperoleh dengan menyetel kekuatan medan bagi generator yang hendak masuk ke dalam rangkaian (disambungkan).

2. Frekuensi yang sama. Diperoleh dengan menyetel kecepatan prime mover dari generator yang hendak disambungkan.

3. Urutan fasa tegangan yang sama misal R,S,T atau U,V,W4. Fasa harus samaDAFTAR RUJUKAN

Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya ZUHAL

http://www.tpub.com/neets/book5/17.htmhttp://www.tpub.com/doeelecscience/electricalscience2143.htmhttp://www.rowand.net/Shop/Tech/AlternatorGeneratorTheory.htmhttp://www.adtdl.army.mil/cgi-bin/atdl.dll/fm/55-509-1/Ch13.htmBritish Electricity International (1991). Modern Power Station Practice: incorporating modern power system practice (edisi ke-3rd Edition (12 volume set)). Pergamon. ISBN 0-08-040510-X.

Babcock & Wilcox Co. (2005). Steam: Its Generation and Use (edisi ke-41st edition). ISBN 0-9634570-0-4.

Thomas C. Elliott, Kao Chen, Robert Swanekamp (coauthors) (1997). Standard Handbook of Powerplant Engineering (edisi ke-2nd edition). McGraw-Hill Professional. ISBN 0-07-019435-1.

Informasi Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir, oleh Badan Tenaga Atom InternasionalPembangkit Listrik SWEB's Pocket menjadi yang pertama di dunia, didirikan pada 1959http://www.tpub.com/doeelecscience/electricalscience2144.htmhttp://www.adtdl.army.mil/cgi-bin/atdl.dll/fm/55-509-1/Ch13.htmhttp://www.rowand.net/Shop/Tech/AlternatorGeneratorTheory.htm

Top of Form