MESIN-MESIN AC

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 wilayahoperasi 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 terus-menerus 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 ( ) ataupun bintang ( )

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 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 )

Cincin slip ring

Rotor Belitan

Sangkar Tupai

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 :

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

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 : %100srsnnn=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 cos ( watt )

dimana :

V1 = tegangan sumber perfasa (Volt)

I1 = arus masukan perfasa (Ampere)

= 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 :

=Pout = Pin - Plosses =1- Plosses

Pin Pin Pin

Bila dinyatakan dalam persen, maka :

= 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

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