Transcript Kontrol Motor Induksi dan Motor Sinkron

Kontrol Motor Induksi dan
Motor Sinkron
Motor Induksi
Contoh
A three-phase, 15-hp, 460-V, four-pole, 60Hz, 1710-r/min induction motor delivers full
output power to the load connected to its
shaft. The friction and windage loss of the
motor is 820 W.
Determine the :
(a) echanical power developed and
(b) the rotorcopper loss.
Penentuan Parameter Rangkaian
Ekivalen
MOTOR SELECTION FOR A
CONSTANT LOAD
MOTOR SELECTION FOR A VARIABLE
LOAD
MOTOR SINKRON
Pendahuluan
Motor sinkron berputar pada kondisi steady state pada kecepatan
sinkron. Kecepatan sinkron bergantung pada frekuensi sumber
tegangan dan jumlah kutub mesin.
Kecepatan motor sinkron bebas pengaruh beban bila beban sesuai
dengan kemampuan dari motor.
Jika torka beban melebihi dari torka maksimum motor, motor akan
tetap diam dan torka yang dibangkitkan adalah nol. Untuk alasan ini
motor sinkron disebut juga not inherently self-starting.
Bila motor sinkron beroperasi tanpa beban dan hanya digunakan
untuk memperbaiki faktor daya, disebut dengan synchronous
condenser.
Kontruksi dan Operasi Motor Sinkron
 Kontruksi jangkar (armature) motor sinkron sama dengan kontruksi
generator sinkron.
 Kecepatan sinkron dalam rpm adalah:
Ns 
120 f
P
 Rotor motor sinkron memiliki belitan medan yang menghasilkan fluks
konstan dalam motor. Bila belitan medan di eksitasi dengan sumber
dc, akan menghasilkan kutub-kutub berlawanan pada permukaan
rotor (sama dengan generator sinkron).
 Asumsikan rotor dalam kondisi diam dan belitan medan di eksitasi
untuk menghasilkan kutub-kutub di rotor.
 Medan putar yang dihasilkan jangkar dapat divisualisasikan sebagai
sebagai dua magnet (utara dan selatan), berputar konstan di atas
kutub-kutub rotor.
 Bila kutub selatan dari medan putar di atas kutub utara rotor, gaya
bekerja keduanya yang mengakibatkan rotor bergerak dalam arah
sesuai dengan medan putar.
 Oleh karena massa yang berat dari rotor, ini membutuhkan waktu
untuk dapat mulai berputar, tetapi selanjutnya medan putar
polaritasnya berubah. Sekarang gaya tolak antara kedua polaritas
menyebabkan rotor bergerak pada arah berlawanan. Begitu
selanjutnya.
 Selanjutnya torka rata-rata yang dihasilkan rotor adalah nol. Oleh
karena itu motor sinkron adalah motor tak start-sendiri.
 Untuk menstarting motor sinkron dibutuhkan peralatan bantu untuk
membangkitkan torka start sendiri atau dapat digerakkan dengan
memutar rotor hingga pada kecepatan sinkron oleh penggerak mula
lain dan disinkronisasi dengan eksitasi arus medan.
Starting Motor Sinkron
Ada 3 metoda dasar yang dapat digunakan untuk menjalankan
motor sinkron:
1. Starting dengan mengurangi frekuensi listrik.
2. Starting dengan penggerak mula eksternal.
3. Starting dengan menggunakan belitan bantu (amortisseur
winding).
Starting Dengan Mengurangi Frekuensi
 Jika medan magnetik pada motor sinkron berputar dengan
kecepatan yang cukup rendah, maka rotor akan dapat berputar dan
mengalami percepatan yang akan sesuai dengan kecepatan
putaran medan magnetik stator.
 Kecepatan dari medan magnetik dapat dinaikkan ke kecepatan
operasi dengan menaikkan secara bertahap frekuensi kefrekuensi
normal.
 Metoda ini dapat dilakukan dengan menggunakan rectifier inverter
dan cycloconverter, yang mana dapat digunakan untuk mengubah
input frekuensi konstan ke output frekuensi yang diinginkan.
 Maka, starting atau menjalankan motor induksi dapat dilakukan
dengan mudah dengan mengatur frekuensi dari nilai yang sangat
rendah untuk starting dan menaikkannya ke frekuensi kerja yang
diinginkan untuk kecepatan normal.
Starting Dengan Penggerak Mula Eksternal
Penggerak mula eksternal digunakan untuk membuat motor sinkron
berputar mencapai kecepatan penuhnya (kecepatan kerja). Setelah
mencapai kecepatan penuh, motor dihubungkan ke sumber
tegangan dan penggerak mula di off kan.
Starting dengan menggunakan belitan bantu (amortisseur winding)
 Untuk membuat motor sinkron starting sendiri (selfstarting), dapat digunakan belitan tambahan yang
disebut damper winding (induction winding atau
amortisseur winding) yang menghasilkan kutub bantu
motor.
 Damper winding atau disebut juga squirrel cage winding,
adalah belitan hubung singkat.
 Pada mesin-mesin kecil, squirrel cage winding
diletakkan pada laminasi-laminasi rotor.
 Pada mesin-mesin besar, squirrel cage winding dibentuk
dengan batang-batang konduktor di dalam slot-slot dan
dihubung singkat pada kedua bagian ujungnya.
Prosedur
Untuk motor sinkron yang menggunakan amortisseur winding
dapat dijalankan dengan prosedur:
1. Putuskan hubungan belitan medan dengan sumber dc dan
hubungsinkatkan.
2. Berikan sumber tegangan tiga fasa pada stator motor dan biarkan
rotor berputar hingga mencapai kecepatan sinkronnya.
3. Hubungkan belitan medan dengan sumber dc dan rotor akan
berputar dengan kecepatan sinkron.
 Damper winding dapat juga berupa rotor belitan. Damper winding
rotor belitan digunakan bila:
a. Kontrol kecepatan motor.
b. Dibutuhkan torka start yang tinggi.
Rangkaian Ekivalen Motor Sinkron
jX s
Ra
Ia
Ea
Va
V a  E a  I a R a  jI a X s
Ia 
Va  E a
R a  jX s
Diagram Fasor
 I a Ra

Va

 I a Ra
Ia
Va

 jI a X s
 jI a X s
Ia
Ea
Ea
a. pf lagging
b. pf unity
Ia

Va

 I a Ra
 jI a X s
c. pf leading
Ea
Aliran Daya Motor Sinkron
Pcu  3I a2 Ra  V f I f
Pr
Pd
Pin  3Va I a cos   V f I f
Pin  Tss
Pd  3V a I a cos   3 I a R a
2
Td 
Pd
s
Motor Sinkron Kutub Salient
jI d X d
Ra
Ra
jI q X q
jI d X d  X q 
Ia
Ia
Va
jX q
Ea
Ea
Ra
jX q
Ia
E'a
Efek Eksitasi
 Kondisi Beban Nol
Untuk melihat pengaruh eksitasi pada kinerja motor sinkron, kita
asumsikan motor adalah ideal, dengan kondisi sebagai berikut:
1. resistansi belitan jangkar diabaikan.
2. rugi-rugi putaran diabaikan.
3. tegangan terminal konstan (bus).
Kerja sebuah motor sinkron yang ideal pada beban nol yaitu dengan
tanpa arus jangkar. Hal ini dengan membuat tegangan harus sama
dan berlawanan dengan tegangan eksitasi. Bila motor berputar
pada kecepatan konstan dan frekuensi sumber juga konstan,
tegangan eksitasi dapat diubah hanya dengan mengubah arus
eksitasi. Ketika arus eksitasi diubah untuk memperoleh tegangan
eksitasi yang sama dengan tegangan yang diberikan, ini dinamakan
dengan eksitasi normal (100%). Tidak ada daya yang dihasilkan
motor, sudut daya nol.
Motor Sinkron Sebagai Koreksi Faktor Daya
 Motor sinkron yang digunakan untuk meningkatkan faktor daya
sistem disebut dengan synchronous condenser.
Sumber tiga
fasa
Beban
S L  PL  jQL
Motor
Sinkron
S m  Pm  jQm
Suplai DC
 Keselurahan daya yang dibutuhkan adalah:
S t  PL  Pm  j Q L  Q m 
S t  Pt  jQ t
 Faktor daya keseluruhan:
pf 
Pt
Pm
St
m
SL
jQL
jQm
Sm
St
L
t
Pt
PL
a
b
c
jQt
Contoh
Sebuah pabrik menggunakan daya 100 kVA dengan faktor daya 0,6
lagging pada kondisi kerja normal. Motor sinkron ditambahkan dalam
sistem untuk memperbaiki keseluruhan faktor daya. Daya yang
dibutuhkan motor sinkron adalah 10 kW.
a. Tentukan faktor daya keseluruhan bila motor sinkron bekerja
dengan faktor daya 0,5 leading.
b. Berapa faktor daya motor sinkron bila diinginkan peningkatan
faktor daya keseluruhan menjadi 0,9 lagging.
Jawab.
a. Kondisi beban:
 L  cos
1
0 , 6  53 ,13 ( lag )
0
S L  100  53 ,13  60  j 80 kVA
0
Contoh
Kondisi motor sinkron:   cos  1 0 ,5  60 0 ( lead )
m
Sm 
10
 20 kVA
0 ,5
S m  20   60  10  j17 ,32 kVA
0
Daya keseluruhan adalah:
S t  60  10  j 80  17 ,32  kVA
S t  70  j 62 , 68
S t  93 ,96  41 ,84
0
kVA
Faktor daya adalah:
pf  cos 41 ,84  0 , 74 ( lagging )
Contoh
b. Untuk faktor daya 0,9 lagging, θt = 25,840 (lag). Daya nyata tetap 70
kW, dan daya kVA adalah 70/0,9 = 77,778 kVA. Maka:
S t  77 , 778  25 ,84  70  j 33 ,9 kVA
0
Daya pada motor sinkron sekarang menjadi:
S m  70  j 33 , 9   60  j 80 
S m  10  j 46 ,1
S m  47 ,172   77 , 76
0
kVA
faktor daya motor sinkron:
pf  cos 77 , 76  0 , 21 ( leading )
Latihan 1
 Konsumsi suatu pabrik adalah 2000 kVA dengan faktor daya 0,45
lagging. Sebuah motor sinkron ditambahkan dalam sistem untuk
meningkatkan faktor daya menjadi 0,8 lagging. Jika daya motor
sinkron adalah 100 kW, tentukan faktor daya dan rating kVA motor
sinkron.
Latihan 2

Suatu pabrik memiliki beban keseluruhan sebesar 360 kW dengan
faktor daya 0,6 lagging, termasuk sebuah motor induksi dengan
daya 50 hp pada efisiensi 80% dan faktor daya 0,866 lagging. Bila
motor induksi tersebut diganti dengan sebuah motor sinkron
dengan daya dan efisiensi yang sama, faktor daya keseluruhan
sistem menjadi 0,8 lagging. Tentukan rating kVA dan faktor daya
motor sinkron tersebut.
TERIMA KASIH