BAB 4

KONTROL MOTOR SINKRON

1. PENYINKRONAN TOMBOL-TEKAN

Terdapat dua fungsi dasar dari kontrol motor sinkron.

a. Kontrol motor sinkron berarti bahwa motor dapat diasut sebagai suatu motor induksi. Hasilnya, motor dapat diasut dengan menggunakan sebarang skema pengasutan motor

induksi yang umum, termasuk juga menghubungkan langsung jala jala atau dengan menggunakan autotrafo, tahanan primer atau alat lainnya.

b. Kontrol motor sinkron juga menyebabkan motor sampai pada kecepatan sinkronnya dengan mengeksitasi medan dc. Perbedaan dasar antara kontrol motor sinkron dan

kontrol motor induksi terletak pada kontrol medan.

Pada gambar 4.1, motor sinkron diasut sebagai suatu motor induksi dengan menekan tombol

START. Ketika motor mencapai kecepatan maksimumnya, tombol-tekan RUN ditutup untuk

meng-energize koil F dan menutup kontak eksitasi dc F. Kontak kontak ini, nantinya, membuka kontak pengosongan medan N.C. F, dan meng-energize medan.

Ammeter dan rheostat yang ditunjukkan pada gambar 4.1 memberikan kontrol arus eksitasi.

Faktor daya sebesar 1 dari motor dapat diperoleh dengan mengatur rheostat untuk

memperoleh suatu pembacaan minimum pada ammeter ac. Jika medan dc dieksitasi pada

suatu tingkat yang lebih besar, maka suatu faktor daya leading akan tercipta dimana berguna

untuk sistem distribusi yang lagging.

Gambar 4.1 Diagram elementer penyinkronan tombol-tekan

Ammeter dan rheostat pada rangkaian dc di gambar 4.1 memberikan kontrol arus eksitasi.

Faktor daya motor yang unity dapat diperoleh dengan mengatur rheostat untuk memperoleh

pembacaan yang minimum dari ammeter. Jika medan dc dieksitasi pada tingkat yang lebih

besar, maka akan dihasilkan faktor daya yang leading akan dihasilkan dimana sangat berguna

bagi suatu sistem distribusi yang lagging.

Penyesuaian suatu rangkaian mungkin menyebabkan arus medan atau arus jala jala, melebihi rating motor. Akibatnya, instrumen - instrumen listrik harus harus dilengkapi untuk

memantau parameter parameter rangkaian sehingga operator dapat mencegah rusaknya peralatan akibat overload tripping. Pembacaan instrumen instrumen tersebut harus tidak melebihi harga rating yang ada pada nameplate motor.

2. PENYINKRONAN SEMIOTOMATIS YANG BERWAKTU

Suatu motor sinkron dapat dibawa hingga kecepatan sinkronnya dengan menggunakan relay

waktu definit untuk mengeksitasi relay pewaktuan medan. Metode ini ditunjukkan pada

gambar 4.2

Gambar 4.2 Diagram elementer dari suatu instalasi penyinkronan

semi otomatis berwaktu

Relay pewaktuan TR di-energized oleh koil pengasut utama M. Kontak N.O. interlock M

yang instantaneous kemudian menutup. Baik kontak M dan koil kontaktor dc F harus

menunggu menutupnya kontak delay-in-closing TR. Setelah suatu periode waktu tertentu,

rotor harus berakselerasi sampai pada kecepatan maksimum yang memungkinkan pada tahap

ini. Kontak TR kemudian menutup untuk mengakselerasi rotor hingga ia mencapai

kesinkronan. Pengaturan pewaktuan harus disesuaikan terhadap waktu maksimum yang

diperlukan untuk mengakselerasi motor sampai ke titik dimana ia dapat mencapai kecepatan

sinkronnya setelah kontak TR menutup.

Usaha untuk menyinkronkan motor ini mungkin tidak berhasil dengan baik. Maka perlu

untuk menekan tombol STOP ada mengulang siklus pengasutan. Tidaklah harus untuk

membuat rotor diam sama sekali; cukup siklus pewaktuannya saja yang diaktifkan ulang.

Baik cara ini maupun cara yang dipaparkan pada bagian 1 tidaklah dijamin efektif pada tiap

percobaan untuk menyinkronkan motor.

3. PENGASUT MOTOR SINKRON DENGAN RELAY FREKUENSI MEDAN TERPOLARISASI

Suatu relay frekuensi medan terpolarisasi dapat digunakan untuk aplikasi otomatis dari

eksitasi medan untuk motor sinkron. Terdapat dua metode dasar pengasutan motor

sinkron. Pada metode yang pertama, tegangan penuh diterapkan pada lilitan stator, dan

pada metode yang kedua, pengurangan tegangan pengasutan.

PERALATAN KONTROL ROTOR

Kontaktor Medan

Kontaktor medan membuka kedua saluran yang menuju ke sumber eksitasi. Selama

pengasutan, kontaktor tersebut juga menyediakan suatu rangkaian medan yang tertutup

yang melalui suatu tahanan pelepasan. Suatu kontaktor medan yang dioperasikan oleh

solenoida, bentuknya sangat mirip dengan kontaktor dc standar. Bagaimanapun juga,

untuk kontaktor yang dioperasikan oleh solenoida, kutub tengahnya biasanya tertutup dan

dirancang untuk memberikan suatu overlap positif antara kontak normally closed dan dua

kontak normally open. Overlap ini merupakan suatu fitur yang penting, karena lilitan

medan harus terbuka secepatnya. Lilitan medan dari motor harus selalu terhubung singkat

melalui tahanan pelepasan atau terhubung dengan saluran dc. Koil daripada kontaktor

medan dioperasikan dari sumber dc yang sama yang mana menyediakan eksitasi untuk

medan motor sinkron.

Relay Out-of-Step

Untuk melindungi lilitan pengasutan, sebuah relay Out-of-Step(OSR) digunakan pada

pengasut sinkron. Jika motor tidak berakselerasi dan mencapai titik sinkron setelah waktu

tunda tertentu (atau kembali ke keadaan sinkron setelah lepas darinya), dan jika jumlah

arus yang diinduksikan di lilitan medan melebihi suatu harga yang telah ditentukan oleh

setting inti dari OSR, maka kontak normally closed daripada relay itu akan membuka

untuk men-deenergize-kan kontaktor jala jala. Hasilnya, daya dilepaskan dari rangkaian stator sebelum motor mengalami panas yang berlebihan.

Relay Frekuensi Medan Terpolarisasi

Proses pengasutan suatu motor sinkron hanyalah akselerasi motor hingga kecepatan yang

setingginya dari lilitan sangkar dan kemudian penggunaan eksitasi medan. Komponen

yang bertugas dalam pemberian dan pelepasan eksitasi medan secara baik dan bebas

adalah reaktor dan relay frekuensi medan terpolarisasi

Operasi dari relay frekuensi ditunjukkan pada gambar 4.3. Inti magnetis dari relay

memiliki sebuah koil arus searah C, sebuah koil arus medan induksi B, dan sebuah

jangkar yang berputar dimana kontak S terpasang. Koil C terhubung ke sumber eksitasi

dc, menghasilkan suatu fluks magnetik konstan pada inti relay. Fluks ini menyebabkan

relay terpolarisasi. Penumpukan pada fluks magnetik ini di inti relay adalah fluks

magnetik yang dihasilkan arus induksi bolak balik yang mengalir melalui koil B. Fluks yang melalui jangkar A bergantung pada fluks yang dihasilkan oleh koil B dan C. Koil B

menghasilkan suatu fluks bolak balik yang besar sisi negatif dan positif pada tiap setengah siklusnya. Dengan demikian, fluks gabungan yang mengalir melalui jangkar A

lebih besar ketika fluks dari koil B berlawanan dengan yang dari koil C. Pada gambar 4.3

A, fluks dari koil B melawan fluks dari koil dc C, yang menyebabkan suatu fluks resultan

yang kuat dipaksa melalui jangkar A daripada relay. Kondisi ini ditunjukkan pada loop loop yang berbayang dari gambar 4.3 C. Setengah siklus kemudian, fluks yang dihasilkan

oleh koil B berbalik dan sedikit fluks yang mengalir melalui jangkar A. Hal ini

dikarenakan oleh fakta bahwa fluks dari koil B tidak memaksa lagi seperti halnya fluks

dari koil C untuk mengambil jalur yang lebih panjang melalui jangkar A. Fluks

resultannya adalah lemah dan digambarkan oleh loop kecil berbayang pada bagian atas

dari gambar 4.3 C. Jangkar relay membuka hanya jika terdapat rentang arus medan

induksi yang digambarkan oleh loop bagian atas dari fluks jangkar relay.

Gambar 4.3 Operasi dari relay frekuensi medan yang terpolarisasi

Seiring motor mencapai kecepatan sinkronnya, arus medan induksi pada koil relay B

amplitudanya mengecil, sebuah nilai fluks jangkar relay (loop berbayang bagian atas)

dicapai dimana jangkar relay A tidak lagi tertutup. Relay tersebut kemudian membuka

untuk mengaktifkan kontak S yang mana mengijinkan eksitasi dc untuk diterapkan pada

titik yang mana ada pada gelombang arus medan yang terinduksi, gambar 4.3 C.

Eksitasi sendiri diterapkan pada arah yang ditunjukkan oleh tanda panah. Eksitasi

tersebut berlawanan , dalam hal polaritas, dengan arus medan yang terinduksi pada saat

penggunannya. Prosedur ini diperlukan untuk mengkompensasi bagi waktu yang

diperlukan unutk menghasilkan eksitasi. Interval waktunya dihasilkan akibat dari inersia

magnetik daripada lilitan medan motor. Dikarenakan inersia tersebut, eksitasi dc tidak

efektif hingga arus induksi berbalik (titik O pada gelombang) ke polaritas yang sama

dengan arus searah. Eksitasi tersebut terus terbentuk hingga motor sinkron seperti yang

ditunjukkan oleh titik M pada kurva.

Gambar 4.4 Operasi dan pengkawatan suatu relay frekuensi medan terpolarisasi

Gambar 4.4 menunjukkan operasi normal dari relay frekuensi. Eksitasi dc diterapkan

pada koil relay pada saat motor sinkron diasut. Ketika lilitan stator energized

menggunakan metode tegangan penuh atau pereduksian tegangan, maka arus jala jala diijinkan untuk mengalir melalui ketiga relay beban lebih dan lilitan stator. Hasilnya, arus

frekuensi saluran terinduksi pada 2 rangkaian rotor yang tidak terikat secara elektrik;

lilitan pengasutan atau sangkar, dan lilitan medan. Arus yang terinduksi pada lilitan

medan mengalir melalui reaktor yang kemudian memparalelkan sebagian dari rangkaian

itu melalui koil ac relay frekuensi. Koil relay out-of-step, tahanan pelepasan medan, dan

akhirnya menuju kontak normally closed dari kontaktor medan. Fluks yang dihasilkan

pada inti relay frekuensi menarik jangkar melawan spacer (pengatur jarak) dan membuka

kontak kontak relay yang normally closed, pada gambar 4.4. seiring motor berakselerasi ke kecepatan sinkronnya, frekuensi dari arus induksi di lilitan medan

berkurang. Bagaimanapun juga terdapat fluks magnetik yang memadai pada inti relay

untuk menmpertahankan jangkar terhadap inti. Fluks ini disebabkan oleh impedansi

reaktor yang pada frekuensi slip yang tinggi memaksa sejumlah arus induksi melalui koil

ac relay frekuensi.

Pada titik dimana motor mencapai kecepatan sinkronya, biasanya 92 sampai 97 % dari

kecepatan sinkronnya, frekuensi dari arus medan induksi berada pada harga yang rendah

sekali. Impedansi reaktor juga dikurangi secara besar pada frekuensi rendah ini. Hasilnya,

jumlah arus yang terparalel (shunted) ke koil ac dikurangi hingga titik dimana fluks inti

resultan tidak kuat lagi menahan jangkar terhadap spacer. Pada saat yang tepat dimana

frekuensi dan kecepatan rotor serta polaritas arus induksi sesuai untuk penyinkronan,

maka jangkar dilepas, kontak kontak relay menutupdan rangkaian kontrol tergenapi untuk mengoperasikan koil kontaktor medan. Dengan demikian, eksitasi dc diterapkan

kepada lilitan medan motor, gambar 4.4 B. Pada saat yang bersamaan, relay out-of-step

dan tahanan pelepasan deenergized yang disebabkan oleh kontak kontak normaly closed kontaktor medan.

Suatu fluktuasi tegangan dapat menyebabkan motor lepas dari kesinkronan. Pada keadaan

ini, arus frekuensi slip terinduksi pada lilitan medan. Sebagian dari arus ini mengalir

melalui koil ac dari relay frekuensi medan terpolarisasi, membuka kontak relay, dan

menghilangkan eksitasi medan dc. Jika keadaan beban dan tegangan jala jala kembali normal dalam suatu interval waktu tertentu, dan motor telah memiliki torsi tarik (pull-in),

maka kemudian motor secara otomatis sinkron kembali. Bagaimanapun juga, jika

keadaan beban lebih dan tegangan yang rendah berlanjut sehingga motor tak dapat

sinkron ulang, maka relay out-of-step atau relay beban lebih bekerja untuk melindungi

motor dari overheating.

Gambar 4.5 Diagram garis untuk operasi otomatis motor sinkron yang menggunakan

relay frekuensi medan terpolarisasi

Pada gambar 4.5, suatu diagram garis diperlihatkan untuk operasi otomatis dari suatu

motor sinkron. Untuk pengasutan, lilitan medan motor dihubung singkat melalui kontak

daya normally closed daripada kontaktor medan F, tahanan pelepasan, koil relay out-of-

step, dan reaktor. Ketika tombol start ditekan, rangkaian tergenapi ke kontaktor pilot

(CR1) melalui sekering kontrol, tombol STOP dan kontak kontak dari relay out-of-step dan overload. Menutupnya CR1 mengenergize kontaktor saluran M yang mana

menerapkan tegangan penuh pada terminal motor dengan relay overload pada rangkaian.

Suatu kontak normally open pada CR1 dan suatu interlock yang normally open pada

kontaktor jala jala menyediakan rangkaian penahan (hold-in). Suatu ammeter, yang disediakan oleh trafo arus, memperlihatkan arus starting dan running yang ditarik oleh

motor.

Pada saat motor mengasut, relay frekuensi medan terpolarisasi membuka kontak normall

closed-nya dan mempertahankan suatu rangkaian yang terbuka menuju kontaktor medan

F hingga motor berakselerasi ke kecepatan yang sesuai untuk penyinkronan. Ketika

motor mencapai kecepatan sebesar 92 sampai 97 % dari kecepatan sinkronnya, dan ketika

rotor berada pada posisi yang tepat, maka kontak dari pada relay frekuensi medan

terpolarisasi menutup untuk mengenergize kontaktor medan F melalui suatu kontaktor

saluran (M). Penutupan kontaktor medan F menyebabkan diterapkannya eksitasi dc pada

lilitan medan dan menyebabkan motor menjadi sinkron. Setelah rangkaian medan

terbentuk, melalui kontak kontak daya yang normally open dari kontaktor medan, maka kontak normally closed dari kontaktor ini membuka rangkaian pelepasan. Motor kini

bekerja pada kecepatan sinkron. Jika tombol stop ditekan ataupun jika relay beba n lebih

magnetik mengalami trip, maka pengasut tersebut deenergized dan memutuskan motor

dari jala jala.