MESIN-MESIN AC CREATED BY ROBIN AFANDI FITRI PEBRIANI
GENERATOR INDUKSI Jika mesin dioperasikan sebagai generator, maka diperlukan daya mekanis untuk memutar rotornya searah dengan arah medan putar melebihi kecepatan sinkronnya dan sumber daya reaktif untuk memenuhi kebutuhan arus eksitasinya. Kebutuhan daya reaktif dapat diperoleh dari jala – jala atau dari suatu kapasitor. Tanpa adanya daya reaktif, mesin induksi yang dioperasikan sebagai generator tidak menghasilkan tegangan. Jika generator induksi terhubung dengan jala – jala, maka kebutuhan daya reaktif diambil dari jala – jala. Namun, bila generator induksi tidak tehubung dengan jala – jala, maka kebutuhan daya reaktif dapat disediakan dari suatu unit kapasitor. Kapasitor tersebut dihubungkan paralel dengan terminal keluaran generator. Kapasitor yang terpasang harus mampu memberikan daya reaktif yang dibutuhkan untuk menghasilkan fluksi di celah udara. Karena generator dapat melakukan eksitasi sendiri maka generator tersebut dinamakan generator induksi penguatan sendiri. Mesin induksi yang beroperasi sebagai generator ini bekerja dengan slip yang lebih kecil dari nol ( s < 0 ).
Karakteristik torka-kecepatan pada motor induksi, memperlihatkan wilayah operasi generator. Perhatikan torka pushover
Karakteristik torka-kecepatan mesin induksi seperti kurva pada Gambar diatas Memperlihatkan bahwa jika motor induksi diputar pada kecepatan yang lebih tinggi daripada nsync oleh sebuah penggerak mula (prime mover) eksternal, arah torka induksinya akan berbalik dan motor akan berlaku sebagai sebuah generator. Dengan bertambahnya torka yang diberikan penggerak mula kepada porosnya, besar daya yang dihasilkan oleh generator induksi ikut bertambah. Seperti diperlihatkan gambar, terdapat nilai torka induksi maksimum yang mungkin pada mode operasi generator. Torka ini disebut dengan torka pushover generator. Jika torka Yang diberikan penggerak mula kepada poros melebihi torka pushover, generator akan overspeed.
Satu keuntungan besar dari generator induksi adalah kesederhanaannya. Sebuah generator induksi tidak memelukan rangkaian medan terpisah dan tidak harus diputar secara terusmenerus pada kecepatan tetap. Selama putaran mesin masih lebih tinggi daripada ns dari sistem tenaga yang terhubung padanya, mesin akan tetap berfungsi sebagai generator. Semakin besar torka diberikan kepada porosnya (sampai nilai tertentu), maka akan semakin besar daya output yang dihasilkan.
Mesin dc sebagai prime mover yang dikopel dengan mesin induksi diputar secara perlahan memutar rotor mesin induksi hingga mencapai putaran sinkronnya ( nr = ns ). Saklar sumber tegangan tiga phasa untuk stator dilepas, dan kapasitor yang sudah discharge akan bekerja dan akan mempertahankan besar ns. Motor dc diputar hingga melewati kecepatan putaran sinkronnya mesin induksi ( nr > ns ), sehingga slip yang timbul antara putaran rotor dan putaran medan magnet menghasilkan slip negatif ( s < 0 ) dan akan menghasilkan tegangan sehingga motor induksi akan berubah fungsi menjadi generator induksi.
MOTOR INDUKSI Motor induksi, yaitu motor AC yang paling Umum digunakan di industri – industri. Sedangkan pada motor AC, rotor tidak menerima sumber listrik secara konduksi tapi dengan induksi. Oleh karena itu motor AC jenis ini disebut juga sebagai motor induksi. Motor ini bekerja berdasarkan induksi medan Magnet stator ke statornya, dimana arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating Magnetic field) yang dihasilkan oleh arus stator.
CONTOH MOTOR INDUKSI
PRINSIP KERJA MOTOR INDUKSI
Medan putar pada stator tersebut akan memotong Konduktor konduktor pada rotor, sehingga Terinduksi arus; dan sesuai dengan Hukum Lentz, rotor pun akan turut berputar mengikuti medan\ putar stator. 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.
Jenis-jenis motor induksi Motor Induksi Tiga Fasa Sangkar Tupai ( Squirrel-cage Motor) Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan ( wound-rotor motor ) ❖ Penampang motor sangkar tupai memiliki konstruksi yang sederhana. Inti stator pada motor sangkar tupai tiga fasa terbuat dari lapisan – lapisan pelat baja beralur yang didukung dalam rangka stator yang terbuat dari besi tuang atau pelat baja yang dipabrikasi. Lilitan – lilitan kumparan stator diletakkan dalam alur stator yang terpisah 120 derajat listrik. Lilitan fasa ini dapat tersambung dalam hubungan delta ( Δ ) ataupun bintang ( Υ ) ❖ Batang rotor dan cincin ujung motor sangkar tupai yang lebih kecil adalah coran tembaga atau aluminium dalam satu lempeng pada inti rotor ❖ Pada ujung cincin penutup dilekatkan sirip yang berfungsi sebagai pendingin. Rotor jenis rotor sangkar standar tidak terisolasi, karena batangan membawa arus yang besar pada tegangan rendah. ❖ Motor rotor belitan ( motor cincin slip ) berbeda dengan motor sangkar tupai dalam hal konstruksi rotornya. Seperti namanya, rotor dililit dengan lilitan terisolasi serupa dengan lilitan stator. Lilitan fasa rotor dihubungkan secara Υ dan masing – masing fasa ujung terbuka yang dikeluarkan ke cincin slip yang terpasang pada poros rotor. Dapat dilihat bahwa cincin slip dan sikat semata – mata merupakan penghubung tahanan kendali variabel luar ke dalam rangkaian rotor
Perbedaan Rotor Sangkar dan Belit Perbedaan mendasar dari rotor belit dengan rotor Sangkar adalah terdapat pada konstruksi rotor. Rotor sangkar mempunyai: Tahanan rotor tetap Arus starting tinggi Torsi starting rendah Rotor belit Memungkinkan tahanan luar dihubungkan ke tahanan rotor melalui slip ring yang terhubung ke sikat. Arus starting rendah Torsi starting tinggi
Gambar Motor Induksi 1. Motor Induksi Tiga Fasa Sangkar Tupai ( Squirrel-cage Motor) Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan ( wound-rotor motor ) Sangkar Tupai Cincin slip ring Rotor Belitan
Kelas-kelas motor induksi Untuk itu perlu diketahui kelas-kelas dari Motor tersebut untuk mengetahui unjuk kerja dari motor tersebut. Adapun kelas kelas tersebut adalah sebagai berikut : 1. Kelas A : Torsi start normal, arus start normal dan slip kecil Tipe ini umumnya memiliki tahanan rotor sangkar yang rendah. Slip pada beban penuh kecil atau rendah namun efisiensinya tinggi. Torsi maksimum biasanya sekitar 21% dari torsi beban penuh dan slipnya kurang dari 21%. Motor kelas ini berkisar hingga 20 Hp 2. Kelas B : Torsi start normal, arus start kecil dan slip rendah Torsi start kelas ini hampir sama dengan kelas A tetapi arus startnya berkisar 75%Ifl . Slip dan efisiensi pada beban penuh juga baik. Kelas ini umumnya berkisar antara 7,5 Hp sampai dengan 200 Hp. Penggunaan motor ini antara lain : kipas angin, boiler, pompa dan lainnya. 3. Kelas C : Torsi start tinggi dan arus start kecil Kelas ini memiliki resistansi rotor sangkar yang ganda yang lebih besar dibandingkan dengan kelas B. Oleh sebab itu dihasilkan torsi start yang lebih tinggi pada arus start yang rendah, namun bekerja pada efisisensi dan slip yang rendah dibandingkan kelas A dan B. 4. Kelas D : Tosi start tinggi, slip tinggi Kelas ini biasanya memiliki resistansi rotor sangkar tunggal yang tinggi sehingga dihasilkan torsi start yang tinggi pada arus start yang rendah
Karakteristik torsi dan kecepatan motor induksi pada berbagai disain
Slip Motor induksi tidak dapat berputar pada kecepatan sinkron. Seandainya hal ini terjadi, maka rotor akan tetap diam relatif terhadap fluksi yang berputar. Maka tidak akan ada ggl yang diinduksikan dalam rotor, tidak ada arus yang mengalir pada rotor, dan karenanya tidak akan menghasilkan kopel. Kecepatan rotor sekalipun tanpa beban, harus lebih kecil sedikit dari kecepatan sinkron agar adanya tegangan induksi pada rotor, dan akan menghasilkan arus di rotor, arus induksi ini akan berinteraksi dengan fluks listrik sehingga menghasilkan kopel. Selisih antara kecepatan rotor dengan kecepatan sinkron disebut slip (s). Slip dapat dinyatakan dalam putaran setiap menit, tetapi lebih umum dinyatakan sebagai persen dari kecepatan sinkron. Slip (s) =ns – nr ×100 % ns dimana: kecepatan rotor (RPM) Persamaan (2.2) di atas memberikan informasi yaitu : %100×−srsnnn=rn 1. saat s = 1 dimana torsinya= 0, ini berati rotor masih dalam keadaan diam atau akan berputar 2. s = 0 menyatakan bahwa berarti rotor berputar sampai kecepatan sinkron. Hal ini dapat terjadi jika ada arus dc yang diinjeksikan ke belitan rotor, atau rotor digerakkan secara mekanik n 0 < s < 1, ini berarti kecepatan rotor diantara keadaan diam dengan kecepatan sinkron. Kecepatan rotor dalam keadaan inilah dikatakan kecepatan tidak sinkron. Biasanya slip untuk mendapatkan efisiensi yang tinggi pada saat beban penuh adalah 0,04.
Aliran Daya Pada motor induksi, tidak ada sumber listrik yang langsung terhubung ke rotor, sehingga daya yang melewati celah udara sama dengan daya yang diinputkan ke rotor. Daya total yang dimasukkan pada kumparan stator (Pin) dirumuskan dengan Pin = 3 V1 i1 cosø ( watt ) dimana : V1 = tegangan sumber perfasa (Volt) I1 = arus masukan perfasa (Ampere) θ = sudut phasa antara arus masukan dengan tegangan sumber. Daya listrik yang diinputkan pada terminal stator kemudian diubah menjadi daya mekanik pada poros rotor. Namun selama proses konversi energy listrik menjadi energy gerak terdapat berbagai rugi – rugi yang terjadi pada belitan, inti magnet, dan lain – lain. Rugi – rugi tersebut antara lain: 1. Rugi – rugi tetap, terdiri dari a) Rugi inti stator, (watt) b) Rugi gesek dan angin 2. Rugi – rugi variable, terdiri dari : a) Rugi tembaga stator (Pts), (watt) b) Rugi tembaga rotor (Ptr), (watt)
Apabila daya yang disuplai pada terminal stator dikurangi dengan rugi – rugi tembaga dan rugi – rugi inti, maka akan diperoleh besar daya listrik yang diubah menjadi daya mekanik pada poros rotor. Pmek = Pin – Pi – Pts – Ptr (watt) Gambar berikut menunjukkan aliran daya pada motor induksi tiga fasa.
Efisiensi Efisiensi motor induksi adalah ukuran keefektifan motor induksi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik yang dinyatakan sebagai perbandingan antara daya keluaran dan daya masukan. yang dapat dirumuskan seperti berikut : η =Pout = Pin - Plosses =1- Plosses Pin Pin Pin Bila dinyatakan dalam persen, maka : η = Pout × 100 % Pin Dari persamaan terlihat bahwa efisiensi motor bergantung pada besar rugi-ruginya. Rugi-rugi pada persamaan tersebut adalah penjumlahan keseluruhan komponen rugi-rugi yang dibahas pada sub bab sebelumnya, yaitu : Ploses = Pts + Ptr + Pi + Pa&g
GENERATOR SINKRON Generator sinkron (sering disebut alternator) adalah mesin listrik yang digunakan untuk mengubah energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik dengan perantara induksi medan magnet. Perubahan energi ini terjadi karena adanya pergerakan relatif antara medan magnet dengan kumparan generator. • Pergerakan relatif adalah terjadinya perubahan medan magnet pada kumparan jangkar (tempat terbangkitnya tegangan pada generator) karena pergerakan medan magnet terhadap kumparan jangkar atau sebaliknya.
Prinsip kerja
Motor Sinkron Motor Sinkron adalah mesin sinkron yang digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Mesin sinkron mempunyai kumparan jangkar pada stator dan kumparan medan pada rotor. Kumparan jangkarnya berbentuk sama dengan mesin induksi, sedangkan kumparan medan mesin sinkron dapat berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder).
Arus searah (DC) untuk menghasilkan fluks pada kumparan medan dialirkan ke rotor melalui cincin dan sikat. Jadi kontruksi motor sinkron ini adalah sama dengan generator sinkron, bedanya hanya bahwa generator sinkron rotornya diputar untuk menghasilkan tegangan, sedangkan motor sinkron statornya diberi tegangan agar rotornya berputar.
motor sinkron terdapat dua sumber pembangkit fluks yaitu arus bolak-balik (AC) pada stator dan arus searah (DC) pada rotor, maka ketika arus medan pada rotor cukup untuk membangkitkan fluks (ggm) yang diperlukan motor, maka stator tidak perlu memberikan arus magnetisasi atau daya reaktif dan motor bekerja pada faktor daya = 1,0. Ketika arus medan pada rotor kurang (penguat bekurang), stator akan menarik arus magnetisasi dari jala-jala, sehingga motor bekerja pada faktor daya terbelakang (lagging). Sebaliknya bila arus pada medan rotor belebih (penguat berlebih), kelebihan fluks (ggm) ini harus diimbangi, dan stator akan menarik arus yang bersifat kapasitif dari jala-jala, dan karenanya motor bekerja pada faktor daya mendahului (leading). Dengan demikian, faktor daya motor sinkron dapat diatur dengan mengubah-ubah harga arus medan (IF)
Rangkaian Ekuivalen Keterangan: Ram = Hambatan armatur Xsm = Reaktans sinkron Eam = GGL armatur IL = Arus jala-jala Iam = Arus armatur Vt = Tegangan AC If = Arus penguat medan Rf = Kumparan penguat medan
Dari gambar di atas berlaku persaman: Vt = Iam.Xsm + Iam.Ram + Eam Karakteristik torsi - kecepatan
Soal-soal Motor AC 1. Motor enam kutub disuplai dari sumber 60 Hz fasa tiga. Kecepatan rotor pada beban penuh adalah 1140 rpm. Tentukan: a) kecepatan sinkron dari medan magnet b) slip per unit c) kecepatan rotor untuk sebuah hasil beban yang dikurangi di slip s = 0,02
Soal-soal Motor AC 2. Diketahui motor 3-phasa 50 Hz ns = 1200 r/min. Hitung frekuensi arus rotor saat : a. standstill (nr = 0 ) b. putaran motor sebesar 500 r/min searah c. putaran motor sebesar 500 r/min tidak searah d. putaran motor sebesar 2000 r/min searah
Video terakhir