mesin sinkron dan motor induksi 1 fasa

Download Mesin Sinkron Dan Motor Induksi 1 Fasa

Post on 11-Aug-2015

357 views

Category:

Documents

4 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

Mesin Listrik 2 >> Mesin Sinkron dan Motor Induksi 1 Fasa

MESIN SINKRON DAN MOTOR INDUKSI 1 FASA

I.

Mesin Sinkron Mesin sinkron atau disebut juga mesin serempak atau juga generator sinkron merupakan suatu mesin AC yang kecepatannya dalam keadaan mantap (steady state) berbanding lurus dengan frekuensi dari arus yang mengalir pada gandar kumparannya. Medan magnetik yang dihasilkan oleh arus gandar kumparan berputar dengan kecepatan yang sama dengan yang dihasilkan oleh arus gandar kumparan pada rotor (yang berputar pada kecepatan yang sama), dan menghasilkan suatu momen kakas yang mantap. Kebanyakan energi listrik dibangkitkan dengan menggunakan mesin sinkron. Sebagai generator, putaran dari mesin ini harus dijaga konstan jika frekuensi dari tegangan yang dihasilkan ingin konstan. Medan magnet dalam mesin sinkron ialah tetap. Pada mesin-mesin yang kecil medan magnet dihasilkan oleh magnet tetap, tetapi pada umumnya medan magnet dihasilkan dengan memberikan arus searah pada kumparan medan, arus searah ini diperoleh dari rotor arus searah kecil yang dikopel pada poros mesin ini. Jenis-Jenis Mesin Sinkron Ada dua jenis mesin sinkron, yaitu mesin sinkron kutub luar dan mesin sinkron kutub dalam. Mesin Sinkron Kutub Luar Cara sederhana untuk membuat suatu generator arus bolak-balik ialah dengan memutar sebuah kumparan dalam suatu medan magnet. Medan magnet diperoleh dari sepasang magnet permanen, dengan kutub utara dan kutub selatan. Dalam medan magnet ini berputar sebuah kumparan. Arus listrik yang dibangkitkan dalam kumparan diambil dengan bantuan sepasang cincin geser dan sikat. Dapat dilihat pada gambar berikut, dimana kumparan yang berputar dan kutub magnet tidak bergerak, dinamakan mesin sinkron kutub luar.

Gambar 1. Konstruksi Mesin Sinkron Kutub Luar

Kutub U dan S dipasang pada sebuah pemikul atau stator. Stator ini juga berfungsi sebagai penghantar garis-garis magnet. Magnet ini pada umumnya merupakan elektromagnet, sehingga pada kutubnya terdapat kumparan magnet. Kumparan dililitkan pada sebuah rotor yang berputar dalam medan magnet. Karena bentuknya menonjol maka juga disebut dengan kutub menonjol.

1Teknik Elektro >> Fakultas Teknik >> Universitas Negeri Padang

Mesin Listrik 2 >> Mesin Sinkron dan Motor Induksi 1 Fasa

Mesin Sinkron Kutub Dalam Dapat pula dibuat dimana kutubnya yang berputar sedangkan kumparannya tidak bergerak, seperti pada gambar di bawah. Kutub-kutub yang dipasang pada poros dan diputar dalam sebuah kumparan.

Gambar 2. Konstruksi Mesin Sinkron Kutub Dalam

Konstruksi mesin ini diperlihatkan pada gambar 2. Kutub dipasang pada rotor sedangkan kumparan pada stator. Perbedaan prinsip konstruksi ini dengan konstruksi mesin kutub luar ialah bahwa pada mesin ini tegangan dan arus tidak diambil melalui cincin geser dan sikat, melainkan langsung dari kumparan yang tidak berputar. Hal ini penting untuk daya yang besar dengan tegangan yang tinggi dan arus yang besar. Karena jika menggunakan sikat arang dan cincin geser akan menimbulkan bunga api yang besar. Mesin dengan kutub yang berputar dan kumparan dipasang pada stator dinamakan mesin sinkron kutub dalam. Mesin sinkron kutub dalam tidak berbentuk menonjol magnetnya. Konstruksi Mesin Sinkron Ada dua struktur medan magnet pada mesin sinkron yang merupakan dasar kerja dari mesin tersebut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC dan sebuah jangkar tempat dibangkitkannya GGL arus bolak-balik. Hampir semua mesin sinkron mempunyai kumparan GGL berupa stator yang diam dan struktur medan magnet berputar sebagai rotor. Kumparan DC pada struktur medan yang berputar dihubungkan pada sumber luar melalui slipring dan sikat arang, tetapi ada juga yang tidak mempergunakan sikat arang yaitu sistem brushless excitation. Konstruksi dari sebuah mesin sinkron secara garis besar ialah berikut.

2Teknik Elektro >> Fakultas Teknik >> Universitas Negeri Padang

Mesin Listrik 2 >> Mesin Sinkron dan Motor Induksi 1 Fasa

Bentuk Penguatan Untuk membangkitkan fluks magnetik diperlukan penguatan DC. Penguatan DC ini bisa diperoleh dari generator DC penguatan sendiri yang seporos dengan rotor mesin sinkron. Pada mesin sinkron dengan kecepatan rendah, tetapi rating daya yang besar, seperti generator hydroelectric, maka generator DC yang digunakan tidak dengan penguatan sendiri, tetapi dengan pilot exciter sebagai penguatan atau menggunakan magnet permanen.

Gambar 3. Generator Sinkron Tiga Fasa dengan Penguatan Generator DC Pilot Exciter

Gambar 4. Generator Sinkron Tiga Fasa dengan Sistem Penguatan Brushless Exciter System

Alternatif lainnya untuk penguatan eksitasi adalah menggunakan diode silikon dan thyristor. Dua tipe sistem penguatan Solid State sebagai berikut: Sistem statis yang menggunakan diode atau thyristor statis, dan arus dialirkan ke rotor melalui slipring. Brushless system, pada sistem ini penyearah dipasangkan di poros yang berputar dengan rotor, sehingga tidak dibutuhkan sikat arang dan slipring.

3Teknik Elektro >> Fakultas Teknik >> Universitas Negeri Padang

Mesin Listrik 2 >> Mesin Sinkron dan Motor Induksi 1 Fasa

Rotor Untuk medan rotor yang digunakan tergantung pada kecepatan mesin, mesin dengan kecepatan tinggi seperti turbo generator mempunyai bentuk silinder, sedangkan mesin dengan kecepatan rendah seperti hydroelectric atau generator listrik diesel mempunyai rotor kutub menonjol. Dapat dilihat pada gambar 1 dan 2. Stator Stator dari mesin sinkron terbuat dari bahan feromagnetik yang berbentuk laminasi untuk mengurangi rugi-rugi arus pusar. Dengan inti feromagnetik yang bagus berarti permeabilitas dan resistifitas dari bahan tinggi.

Gambar 5. Inti Stator dan Alur pada Stator

Gambar 5 memperlihatkan alur stator tempat kumparan jangkar. Kumparan stator (jangkar) yang umum digunakan oleh mesin sinkron tiga fasa. Ada dua tipe yaitu: Kumparan satu lapis (Single Layer Winding) Kumparan berlapis ganda (Double Layer Winding)

Kumparan Stator Satu Lapis

Gambar 6. Kumparan Satu Lapis Generator Sinkron Tiga Fasa

4Teknik Elektro >> Fakultas Teknik >> Universitas Negeri Padang

Mesin Listrik 2 >> Mesin Sinkron dan Motor Induksi 1 Fasa

Gambar 6 memperlihatkan kumparan satu lapis karena hanya ada satu sisi kumparan di dalam masing-masing alur. Jika kumparan tiga fasa dimulai pada Sa, Sb, dan Sc dan berakhir di Fa, Fb, dan Fc bisa disatukan dalam dua cara, yaitu hubungan bintang dan segitiga. Antar kumparan fasa dipisahkan sebesar 120 listrik atau 60 mekanik, satu siklus GGL penuh akan dihasilkan jika rotor dengan 4 kutub berputar 180 mekanis. Satu siklus GGL penuh menunjukkan 360 listrik. Adapun hubungan antara sudut rotor mekanis mek dan sudut listrik lis adalah: lis = 2 mek

Untuk menunjukkan arah dari putaran rotor gambar 7 (searah jarum jam), urutan fasa yang dihasilkan oleh suplai tiga fasa adalah ABC, dengan demikian tegangan maksimum pertama terjadi dalam fasa A, diikuti fasa B dan kemudian fasa C. Kebalikan arah putaran dihasilkan dalam urutan ACB atau urutan fasa negatif, sedangkan urutan fasa ABC disebut urutan fasa positif. Jadi GGL yang dibangkitkan sistem tiga fasa secara simetris adalah: EA = EA 0 V EB = EB -120 V EC = EC -240 V

Gambar 7. Urutan Fasa ABC

5Teknik Elektro >> Fakultas Teknik >> Universitas Negeri Padang

Mesin Listrik 2 >> Mesin Sinkron dan Motor Induksi 1 Fasa

Kumparan Stator Berlapis Ganda Kumparan jangkar yang diperlihatkan pada gambar 8 hanya mempunyai satu lilitan per kutub per fasa, akibatnya masing-masing kumparan hanya dua lilitan secara seri. Jika alur-alur tidak terlalu lebar, masing-masing penghantar yang berada dalam alur akan membangkitkan tegangan yang sama. Masing-masing tegangan fasa akan sama untuk menghasilkan tegangan per penghantar dan jumlah total dari penghantar per fasa. Dalam kenyataannya cara seperti ini tidak menghasilkan cara yang efektif dalam penggunaan inti stator, karena variasi kerapatan fluks dalam inti dan juga melokalisir pengaruh panas dalam daerah alur dan menimbulkan harmonik. Untuk mengatasi masalah ini, generator praktisnya mempunyai kumparan terdistribusi dalam beberapa alur per kutub per fasa. Gambar 8 memperlihatkan bagian dari sebuah kumparan jangkar yang secara umum banyak digunakan. Pada masing-masing alur ada dua sisi lilitan dan masing-masing lilitan memiliki lebih dari satu putaran. Bagian dari lilitan yang tidak terletak ke dalam alur biasanya disebut winding overhang, sehingga tidak ada tegangan dalam winding overhang. Faktor Distribusi Sebuah kumparan terdiri dari sejumlah lilitan yang ditempatkan dalam alur secara terpisah. Sehingga, GGL pada terminal menjadi lebih kecil jika dibandingkan dengan kumparan yang telah dipusatkan. Suatu faktor yang harus dikalikan dengan GGL dari sebuah kumparan distribusi untuk menghasilkan total GGL yang dibangkitkan disebut faktor distribusi Kd untuk kumparan. Faktor ini selalu lebih kecil dari 1. Diasumsikan ada n alur per fasa per kutub, jarak antara alur dalam derajat listrik ialah: = 180 di mana m menyatakan jumlah fasa

Pada gambar 9 ditunjukkan GGL yang diinduksikan dalam alur 2 akan tertinggal (lagging) dari GGL yang dibangkitkan dalam alur 1 sebesar = 15 listrik, demikian pula GGL yang diinduksikan dalam alur 3 akan tertinggal 2 derajat dan seterusnya. Semua GGL ini ditunjukkan masing-masing oleh fasor E1 , E2 , E3 dan E4 . Total GGL stator per fasa E ialah jumlah dari seluruh vektor. E = E1 + E2 + E3 + E4 Total GGL stator E lebih kecil dibandingkan jumlah aljabar dari GGL lilitan oleh faktor. Kd = = 1 +2 +3 +4 4

Kd ialah faktor distribusi, dan bisa dinyatakan dengan persamaan: Kd = sin(1/2 ( 2 )

Keuntungan dari kumparan distribusi ialah memperbaiki bentuk gelombang te

Recommended

View more >