Makalah mesin-listrik

MAKALAH MESIN LISTRIK II

MESIN SINKRON ( MESIN SEREMPAK )

Disusun oleh : AMANAH MUKHTORIFAH

08.6.7008.1107TE / S1

SEKOLAH TINGGI TEKNIK WIWOROTOMO

PURWOKERTO

2011

BAB I

PENDAHULUAN

Motor Sinkron adalah motor AC tiga-fasa yang dijalankan pada kecepatan sinkron, tanpa

slip. Motor sinkron adalah motor AC, bekerja pada kecepatan tetap pada sistem frekuensi

tertentu. Motor ini memerlukan arus DC untuk pembangkitan daya dan memiliki torsi awal yang

rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal untuk beban rendah,

seperti kompresor udara, perubahan frekuensi dan generator motor. Motor sinkron mampu

memperbaiki faktor daya sistem sehingga sering digunakan pada sistem yang menggunakan

banyak listrik.

BAB IIGENERATOR SINKRON

(ALTERNATOR)

Hampir semua energi listrik dibangkitkan dengan menggunakan mesin sinkron.

Generator sinkron (sering disebut alternator) adalah mesin sinkron yangdigunakan untuk

mengubah daya mekanik menjadi daya listrik. Generator sinkrondapat berupa generator sinkron

tiga fasa atau generator sinkron AC satu fasatergantung dari kebutuhan.

1.1 Konstruksi Generator Sinkron

Pada generator sinkron, arus DC diterapkan pada lilitan rotor untuk mengahasilkan mdan

magnet rotor. Rotor generator diputar oleh prime mover menghasilkan medan magnet berputar

pada mesin. Medan magnet putar ini menginduksi tegangan tiga fasa pada kumparan stator

generator. Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang besar.

Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient (kutub sepatu) dan dan non salient (rotor

silinder). Gambaran bentuk kutup sepatu generator sinkron diperlihatkan pada gambar di bawah

ini.

Gambar 1.1 Rotor salient (kutub sepatu) pada generator sinkron

Pada kutub salient, kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor sedangkan pada

kutub non salient, konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan rotor.

Rotor silinder umumnya digunakan untuk rotor dua kutub dan empat kutub, sedangkan

rotor kutub sepatu digunakan untuk rotor dengan empat atau lebih kutub. Pemilihan konstruksi

rotor tergantung dari kecepatan putar prime mover, frekuensi dan rating daya generator.

Generator dengan kecepatan 1500 rpm ke atas pada frekuensi 50 Hz dan rating daya sekitar

10MVA menggunakan rotor silinder. Sementara untuk daya dibawah 10 MVA dan kecepatan

rendah maka digunakan rotor kutub sepatu. Gambaran bentuk kutup silinder generator sinkron

diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

(a) (b)

Gambar 1.2 Gambaran bentuk (a) rotor Non-salient (rotor silinder), (b) penampang rotor

pada generator sinkron

Arus DC disuplai ke rangkaian medan rotor dengan dua cara:

1. Menyuplai daya DC ke rangkaian dari sumber DC eksternal dengan sarana

slip ring dan sikat.

2. Menyuplai daya DC dari sumber DC khusus yang ditempelkan langsung

pada batang rotor generator sinkron.

1.2 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Jika sebuah kumparan diputar pada kecepatan konstan pada medan magnethomogen,

maka akan terinduksi tegangan sinusoidal pada kumparan tersebut. Medan magnet bisa

dihasilkan oleh kumparan yang dialiri arus DC atau oleh magnet tetap. Pada mesin tipe ini

medan magnet diletakkan pada stator (disebut generator kutub eksternal / external pole

generator) yang mana energi listrik dibangkitkan pada kumparan rotor. Hal ini dapat

menimbulkan kerusakan pada slip ring dan karbon sikat, sehingga menimbulkan permasalahan

pada pembangkitan daya tinggi. Untuk mengatasi permasalahan ini, digunakan tipe generator

dengan kutub internal (internal pole generator), yang mana medan magnet dibangkitkan oleh

kutub rotor dan tegangan AC dibangkitkan pada rangkaian stator. Tegangan yang dihasilkan

akan sinusoidal jika rapat fluks magnet pada celah udara terdistribusi sinusoidal dan rotor diputar

pada kecepatan konstan. Tegangan AC tiga fasa dibangkitan pada mesin sinkron kutub internal

pada tiga kumparan stator yang diset sedemikian rupa sehingga membentuk beda fasa dengan

sudut 120°. Bentuk gambaran sederhana hubungan kumparan 3-fasa dengan tegangan yang

dibangkitkan diperlilhatkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 1.3 Gambaran sederhana kumparan 3-fasa dan tegangan yang dibangkitkan

. Pada rotor kutub sepatu, fluks terdistribusi sinusoidal didapatkan dengan mendesain

bentuk sepatu kutub. Sedangkan pada rotor silinder, kumparan rotor disusun secara khusus untuk

mendapatkan fluks terdistribusi secara sinusoidal. Untuk tipe generator dengan kutub internal

(internal pole generator), suplai DC yang dihubungkan ke kumparan rotor melalui slip ring dan

sikat untuk menghasilkan medan magnet merupakan eksitasi daya rendah. Jika rotor

menggunakan magnet permanen, maka tidak slip ring dan sikat karbon tidak begitu diperlukan.

1.3 Kecepatan Putar Generator Sinkron

Frekuensi elektris yang dihasilkan generator sinkron adalah sinkron dengan kecepatan

putar generator. Rotor generator sinkron terdiri atas rangkaian elektromagnet dengan suplai arus

DC. Medan magnet rotor bergerak pada arah putaran rotor. Hubungan antara kecepatan putar

medan magnet pada mesin dengan frekuensi elektrik pada stator adalah:

f e=nr . p

120 (1.1)

yang mana:

fe = frekuensi listrik (Hz)

nr = kecepatan putar rotor = kecepatan medan magnet (rpm)

p = jumlah kutub magnet

Oleh karena rotor berputar pada kecepatan yang sama dengan medan magnet, persamaan

diatas juga menunjukkan hubungan antara kecepatan putar rotor dengan frekuensi listrik yang

dihasilkan. Agar daya listrik dibangkitkan tetap pada frekuensi 50Hz atau 60 Hz, maka generator

harus berputar pada kecepatan tetapdengan jumlah kutub mesin yang telah ditentukan. Sebagai

contoh untuk membangkitkan 60 Hz pada mesin dua kutub, rotor arus berputar dengan kecepatan

3600 rpm. Untuk membangkitkan daya 50 Hz pada mesin empat kutub, rotor harus berputar pada

1500 rpm.

1.4 Alternator tanpa beban

Dengan memutar alternator pada kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan (IF),

maka tegangan (Ea ) akan terinduksi pada kumparan jangkar stator. Bentuk hubungannya

diperlihatkan pada persamaan berikut.

Ea = c.n.φ (1.2)

yang mana:

c = konstanta mesin

n = putaran sinkron

φ = fluks yang dihasilkan oleh IF

Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, karenanya tidak

terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan oleh arus medan (IF). Apabila arus

medan (IF) diubah-ubah harganya, akan diperoleh harga Ea seperti yang terlihat pada kurva

sebagai berikut.

gambar 1.4 Karakteristik tanpa beban generator sinkron

1.5 Alternator Berbeban

Dalam keadaan berbeban arus jangkar akan mengalir dan mengakibatkan terjadinya

reaksi jangkar. Reaksi jangkar besifat reaktif karena itu dinyatakan sebagai reaktansi, dan disebut

reaktansi magnetisasi (Xm ). Reaktansi pemagnet (Xm ) ini bersama-sama dengan reaktansi

fluks bocor (Xa ) dikenal sebagai reaktansi sinkron (Xs) . Persamaan tegangan pada generator

adalah:

Ea = V + I.Ra + j I.Xs (1.3)

Xs = Xm + Xa (1.4)

yang mana:

Ea = tegangan induksi pada jangkar

V = tegangan terminal output

Ra = resistansi jangkar

Xs = reaktansi sinkron

Karakteristik pembebanan dan diagram vektor dari alternator berbeban induktif (faktor

kerja terbelakang) dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 1.5 Karakteristik alternator berbeban induktif

1.6 Rangkaian Ekuivalen Generator Sinkron

Tegangan induksi Ea dibangkitkan pada fasa generator sinkron. Tegangan ini biasanya

tidak sama dengan tegangan yang muncul pada terminal generator. Tegangan induksi sama

dengan tegangan output terminal hanya ketika tidak ada arus jangkar yang mengalir pada mesin.

Beberapa faktor yang menyebabkan perbedaan antara tegangan induksi dengan tegangan

terminal adalah:

1. Distorsi medan magnet pada celah udara oleh mengalirnya arus pada stator, disebut

reaksi jangkar.

2. Induktansi sendiri kumparan jangkar.

3. Resistansi kumparan jangkar.

4. Efek permukaan rotor kutub sepatu.

Rangkaian ekuivalen generator sinkron perfasa ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 1.6 Rangkaian ekuivalen generator sinkron perfasa

1.7 Menentukan Parameter Generator Sinkron

Harga s X diperoleh dari dua macam percobaan yaitu percobaan tanpa beban dan

percobaan hubungan singkat. Pada pengujian tanpa beban, generator diputar pada kecepatan

ratingnya dan terminal generator tidak dihubungkan ke beban. Arus eksitasi medan mula adalah

nol. Kemudian arus eksitasi medan dinaikan bertahap dan tegangan terminal generator diukur

pada tiap tahapan. Dari percobaan tanpa beban arus jangkar adalah nol (Ia = 0) sehingga V sama

dengan Ea. Sehingga dari pengujian ini diperoleh kurva Ea sebagai fungsi arus medan (If). Dari

kurva ini harga yang akan dipakai adalah harga liniernya (unsaturated). Pemakaian harga linier

yang merupakan garis lurus cukup beralasan mengingat kelebihan arus medan pada keadaan

jenuh sebenarnya dikompensasi oleh adanya reaksi jangkar.

Gambar 1.7 Karakteristik tanpa beban

Pengujian yang kedua yaitu pengujian hubung singkat. Pada pengujian ini mula-mula

arus eksitasi medan dibuat nol, dan terminal generator dihubung singkat melalui ampere meter.

Kemudian arus jangkar Ia (= arus saluran) diukur dengan mengubah arus eksitasi medan. Dari

pengujian hubung singkat akan menghasilkan hubungan antara arus jangkar (Ia ) sebagai fungsi

arus medan (IF), dan ini merupakan garis lurus. Gambaran karakteristik hubung singkat

alternator diberikan di bawah ini.

Gambar 1.8 Karakteristik hubung singkat alternator

Ketika terminal generator dihubung singkat maka tegangan terminal adalah nol.

Impedansi internal mesin adalah:

Zr=√Ra2Xs2=RaIa

(1.5)

Oleh karena Xs >> Ra, maka persamaan diatas dapat disederhanakan menjadi:

Xs= EaIa

VocIahs

(1.6)

Jika Ia dan Ea diketahui untuk kondisi tertentu, maka nilai reaktansi sinkron dapat

diketahui. Tahanan jangkar dapat diukur dengan menerapkan tegangan DC pada kumparan

jangkar pada kondisi generator diam saat hubungan bintang (Y), kemudian arus yang mengalir

diukur. Selanjutnya tahanan jangkar perfasa pada kumparan dapat diperoleh dengan

menggunakan hukum ohm sebagai berikut.

Ra= Vdc2. Idc

(1.7)

Penggunaan tegangan DC ini adalah supaya reaktansi kumparan sama dengan nol pada

saat pengukuran.

1.8 Diagram Fasor

Gambar 1.9 Diagram fasor (a) Faktor daya satu (b) faktor daya tertinggal (c) faktor daya

mendahului

Diagram fasor memperlihatkan bahwa terjadinya pebedaan antara tegangan teminal V

dalam keadaan berbeban dengan tegangan induksi (Ea ) atau tegangan pada saat tidak berbeban.

Diagram dipengaruhi selain oleh faktor kerja juga oleh besarnya arus jangkar (Ia ) yang

mengalir. Dengan memperhatikan perubahan tegangan V untuk faktor keja yang berbeda-beda,

karakteristik tegangan teminal V terhadap arus jangkar Ia diperlihatkan pada gambar 1.9.

1.9 Pengaturan Tegangan (Regulasi Tegangan)

Pengaturan tegangan adalah perubahan tegangan terminal alternator antara keadaan

beban nol (VNL) dengan beban penuh (VFL). Keadaan ini memberikan gambaran batasan drop

tegangan yang terjadi pada generator, yang dinyatakan sebagai berikut.

Vr=V NLV FLV FL

x100 % (1.8)

1.10 Kerja Paralel Alternator

Untuk melayani beban yang berkembang, maka diperlukan tambahan sumber daya listrik.

Agar sumber daya listrik yang yang baru (alternator baru) bisa digunakan bersama, maka

dilakukan penggabungan alternator dengan cara mempararelkan dua atau lebih alternator pada

sistem tenaga dengan maksud memperbesar kapasitas daya yang dibangkitkan pada sistem.

Selain untuk tujuan di atas, kerja pararel juga sering dibutuhkan untuk menjaga kontinuitas

pelayanan apabila ada mesin (alternator) yang harus dihentikan, misalnya untuk istirahat atau

reparasi, maka alternator lain masih bisa bekerja untuk mensuplai beban yang lain. Untuk

maksud mempararelkan ini, ada beberapa pesyaratan yang harus dipenuhi, yaitu:

1. Harga sesaat ggl kedua alternator harus sama dalam kebesarannya, dan bertentangan

dalam arah, atau harga sesaat ggl alternator harus sama dalam kebesarannya dan bertentangan

dalam arah dengan harga efektif tegangan jalajala.

2. Frekuensi kedua alternator atau frekuensi alternator dengan jala harus sama

3. Fasa kedua alternator harus sama

4. Urutan fasa kedua alternator harus sama

Bila sebuah generator ’G’ akan diparaelkan dengan jala-jala, maka mula-mula G diputar

oleh penggerak mula mendekati putaran sinkronnya, lalu penguatan IF diatur hingga tegangan

terminal generator tersebut sama denga jala-jala. Untuk mendekati frekuensi dan urutan fasa

kedua tegangan (generator dan jala-jala) digunakan alat pendeteksi yang dapat berupa lampu

sinkronoskop hubungan terang. Benar tidaknya hubungan pararel tadi, dapat dilihat dari lampu

tersebut. Bentuk hubungan operasi paralel generator sinkron dengan lampu sinkronoskop

diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 1.10 Operasi paralel generator sinkron

Jika rangakaian untuk pararel itu benar (urutan fasa sama) maka lampu L1, L2 dan L3

akan hidup-mati dengan frekuensi fL - fG cycle. Sehingga apabila ke tiga lampu sedang tidak

bekedip berarti fL = fG atau frekuensi tegangan generator dan jala-jala sudah sama. Untuk

mengetahui bahwa fasa kedua tegangan (generator dan jala-jala) sama dapat dilihat dari lampu

L1, L2, dan L3. Frekuensi tegangan generator diatur oleh penggerak mula, sedang besar

tegangan diatur oleh penguatan medan. Jika rangkaian untuk mempararelkan itu salah (urutan

fasa tidak sama) maka lampu L1, L2 dan L3 akan hidup-mati bergantian dengan frekuensi (fL +

fG ) cycle. Dalam hal ini dua buah fasa (sebarang) pada terminal generator harus kita

pertukarkan.

Jika urutan fasa kedua sistem tegangan sama, maka lampu L1, L2, dan L3 akan hidup-

mati bergantian dengan frekuensi fL - fG cycle. Saat mempararelkan adalah pada keadaan L1

mati sedangkan L2 dan L3 menyala sama terang, dan keadaan ini berlangsung agak lama (yang

berarti fL dan fG sudah sangat dekat atau benar-benar sama). Dalam keadaan ini, posisi semua

fasa sistem tegangan jala-jala berimpit dengan semua fasa sistem tegangan generator.

BAB III

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.

2.1 Prinsip Kerja Motor Sinkron

Gambar 2.1 Terjadinya torsi pada motor sinkron (a) tanpa beban (b) kondisi berbeban (c) kurva

karakteristik torsi

Gambar 2.1 memperlihatkan keadaan terjadinya torsi pada motor sinkron. Keadaan ini

dapat dijelaskan sebagai berikut: apabila kumparan jangkar (pada stator) dihubungkan dengan

sumber tegangan tiga fasa maka akan mengalir arus tiga fasa pada kumparan. Arus tiga fasa pada

kumparan jangkar ini menghasilkan medan putar homogen (BS). Berbeda dengan motor induksi,

motor sinkron mendapat eksitasi dari sumber DC eksternal yang dihubungkan ke rangkaian rotor

melalui slip ring dan sikat. Arus DC pada rotor ini menghasilkan medan magnet rotor (BR) yang

tetap. Kutub medan rotor mendapat tarikan dari kutub medan putar stator hingga turut berputar

dengan kecepatan yang sama (sinkron). Torsi yang dihasilkan motor sinkron merupakan fungsi

sudut torsi (δ). Semakin besar sudut antara kedua medan magnet, maka torsi yang dihasilkan

akan semakin besar seperti persamaan di bawah ini.

T = k .BR .Bnet sin δ (2.1)

Pada beban nol, sumbu kutub medan putar berimpit dengan sumbu kumparan

medan (δ = 0). Setiap penambahan beban membuat medan motor “tertinggal” dari

medan stator, berbentuk sudut kopel (δ); untuk kemudian berputar dengan kecepatan

yang sama lagi. Beban maksimum tercapai ketika δ = 90o. Penambahan beban lebih

lanjut mengakibatkan hilangnya kekuatan torsi dan motor disebut kehilangan

sinkronisasi. Oleh karena pada 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)

2.2 Rangkaian Ekuivalen Motor Sinkron

Motor sinkron pada dasarnya adalah sama dengan generator sinkron, kecuali arah

aliran daya pada motor sinkron merupakan kebalikan dari generator sinkron. Oleh karena

arah aliran daya pada motor sinkron dibalik, maka arah aliran arus pada stator motor

sinkron juga dapat dianggap dibalik. Maka rangkaianekuivalen motor sinkron adalah

sama dengan rangkaian ekuivalen generator sinkron, kecuali arah arus Ia dibalik. Bentuk

rangkaian ekuivalen motor sinkron diperlihatkan pada gambar 2.2.

Gambar 2.2 Rangkaian ekuivalen motor sinkron

Dari gambar 2.2 dapat dibuatkan persamaan tegangan rangkaian ekuivalen motor

sinkron sebagai berikut.

Vθ= Ea + Ia.Ra + jIa.XS (2.2)

atau :

Ea = Vθ- Ia.Ra – jIa.XS (2.3)

2.3 Kurva Karakteristik Torsi-Kecepatan Motor Sinkron

Motor sinkron pada dasarnya merupakan alat yang menyuplai tenaga ke beban pada

kecepatan konstan. Kecepatan putaran motor adalah terkunci pada frekuensi listrik yang

diterapkan, oleh karena itu kecepatan motor adalah konstan pada beban bagaimanapun.

Kecepatan motor yang tetap ini dari kondisi tanpa beban sampai torsi maksimum yang bisa

disuplai motor disebut torsi pullout. Bentuk karakteristik torsi terhadap kecepatan ini

diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.3 Karakteristik torsi – kecepatan

Dengan mengacu kebali ke persamaan (2.3) dapat dibuatkan kembali persamaan torsi

motor sinkron sebagai berikut.

Torsi maksimum motor terjadi ketika δ = 90°. Umumnya torsi maksimum motor sinkron

adalah tiga kali torsi beban penuhnya. Ketika torsi pada motor sinkron melebihi torsi maksimum

maka motor akan kehilangan sinkronisasi. Dengan mengacu kembali ke persamaan (2.1) dan

(2.4), maka persamaan Torsi maksimum (pullout) motor sinkron dapat dibuatkan sebagai berikut.

Tind=k.Br.Bnet (2.5)

Dari persamaan di atas menunjukkan bahwa semakin besar arus medan, maka torsi maksimum

motor akan semakin besar.

2.4 Pengaruh Perubahan Beban Pada Motor Sinkron

Gambar 2.4 Pengaruh perubahan beban pada motor sinkron

Gambar 2.4 memberikan gambaran bentuk pengaruh perubahan beban pada motor

sinkron. Jika beban dihubungkan pada motor sinkron, maka motor akan membangkitkan

torsi yang cukup untuk menjaga motor dan bebannya berputar pada kecepatan sinkron.

Misal mula-mula motor sinkron beroperasi pada faktor daya mendahului (leading). Jika

beban pada motor dinaikkan, putaran rotor pada asalnya akan melambat. Ketika hal ini

terjadi, maka sudut torsi δ menjadi lebih besar dan torsi induksi akan naik. Kenaikan

torsi induksi akan menambah kecepatan rotor, dan motor akan kembali berputar pada

kecepatan sinkron tapi dengan sudut torsi δ yang lebih besar.

2.5 Pengaruh Pengubahan Arus Medan pada Motor Sinkron

Kenaikan arus medan IF menyebabkan kenaikan besar Ea tetapi tidak mempengaruhi

daya real yang disuplai motor. Daya yang disuplai motor berubah hanya ketika torsi beban

berubah. Oleh karena perubahan arus medan tidak mempengaruhi kecepatan dan beban yang

dipasang pada motor tidak berubah sehingga daya real yang disuplai motor tidak berubah, dan

tegangan fasa sumber juga konstan, maka jarak daya pada diagram fasor (Ea.sin δ dan Ia.cos θ)

juga harus konstan. Ketika arus medan dinaikan, maka Ea naik, tetapi ia hanya bergeser di

sepanjang garis dengan daya konstan. Gambaran hubungan pengaruh kenaikan arus medan pada

motor sinkron diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.5 Pengaruh kenaikan arus medan pada motor sinkron

Ketika nilai Ea naik, besar arus Ia mula-mula turun dan kemudian naik lagi. Pada nila Ea

rendah, arus jangkar Ia adalah lagging dan motor bersifat induktif. Ia bertindak seperti kombinasi

resitor-induktor dan menyerap daya reaktif Q. Ketika arus medan dinaikkan, arus jangkar

menjadi kecil dan pada akhirnya menjadi segaris (sefasa) dengan tegangan. Pada kondisi ini

motor bersifat resistif murni. Ketika arus medan dinaikkan lebih jauh, maka arus jangkar akan

menjadi mendahului (leading) dan motor menjadi beban kapasitif. Ia bertindak seperti kombinasi

resistor-kapasitor menyerap daya reaktif negatif –Q (menyuplai daya reaktif Q ke sistem).

Hubungan antara arus jangkar Ia dengan arus medan IF untuk satu beban (P) yang tetap akan

merupakan kurva yang berbentuk V seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.6 Kurva V hubungan antara arus jangkar Ia dengan arus medan IF untuk satu

beban (P) yang tetap pada motor sinkron

Beberapa kurva V digambarkan untuk level daya yang berbeda. Arus jangkar minimum

terjadi pada faktor daya satu dimana hanya daya real yang disuplai ke motor. Pada titik lain, daya

reaktif disuplai ke atau dari motor. Untuk arus medan lebih rendah dari nilai yang menyebabkan

Ia minimum, maka arus jangkar akan tertinggal (lagging) dan menyerap Q. Oleh karena arus

medan pada kondisi ini adalah kecil, maka motor dikatakan under excitation. Untuk arus medan

lebih besar dari nilai yang menyebabkan Ia minimum, maka arus jangkar akan mendahului

(leading) dan menyuplai Q. Kondisi ini disebut over excitation.

2.6 Kondensor Sinkron

Telah diterangkan sebelumnya bahwa apabila motor sinkron diberi penguatan berlebih,

maka untuk mengkompensasi kelebihan fluks, dari jala-jala akan ditarik arus kapasitif. Karena

itu motor sinkron (tanpa beban) yang diberi penguat berlebih akan berfungsi sebagai kapasitor

dan mempunyai kemampuan untuk memperbaiki faktor daya. Motor sinkron demikian disebut

kondensor sinkron.

2.7 Daya Reaktif

Motor sinkron tanpa beban dalam keadaan penguatan tertentu dapat menimbulkan daya

reaktif. Perhatikan diagram vektor motor sinkron tanpa beban pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.7 Diagram vektor daya reaktif motor sinkron tanpa beban

Pada gambar (a), penguatan normal, sehingga V = E. Motor dalam keadaan mengambang

karena tidak memberikan ataupun menarik arus. V berimpit dengan E karena dalam keadaan

tanpa beban sudut daya δ = 0. Pada gambar (b), penguatan berlebih, sehingga E >V. Arus

kapasitif (leading current) ditarik dari jala-jala. Daya aktif P = VI cos θ = 0. Jadi, motor

berfungsi sebagai pembangkit daya reaktif yang bersifat kapasitif (kapasitor). Pada gambar (c),

penguatan berkurang, sehingga E < V. Arus magnetisasi (lagging current) ditarik dari jala-jala.

Jadi, motor berfungsi sebagai pembangkit daya reaktif yang bersifat induktif (induktor).

2.8 Starting Motor Sinkron

Pada saat start ( tegangan dihubungkan ke kumparan stator) kondisi motor adalah diam

dan medan rotor BR juga stasioner, medan magnet stator mulai berputar pada kecepatan sinkron.

Saat t = 0, BR dan BS adalah segaris, maka torsi induksi pada rotor adalah nol. Kemudian saat t

= ¼ siklus rotor belum bergerak dan medan magnet stator ke arah kiri menghasilkan torsi induksi

pada rotor berlawanan arah jarum jam. Selanjutnya pada t = ½ siklus BR dan BS berlawanan

arah dan torsi induksi pada kondisi ini adalah nol. Pada t = ¾ siklus medan magnet stator ke arah

kanan menghasilkan torsi searah jarum jam. Demikian seterusnya pada t = 1 siklus medan

magnet stator kembali segaris dengan medan magnet rotor. Bentuk hubungan Torsi motor

sinkron pada kondisi start ini diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.8 Torsi motor sinkron pada kondisi start

Selama satu siklus elektrik dihasilkan torsi pertama berlawanan jarum jam kemudian

searah jarum jam, sehingga torsi rata-rata pada satu siklus adalah nol. Ini menyebabkan motor

bergetar pada setiap siklus dan mengalami pemanasan lebih. Tiga pendekatan dasar yang dapat

digunakan untuk menstart motor sinkron dengan aman adalah.

1. Mengurangi kecepatan medan magnet stator pada nilai yang rendah sehingga rotor dapat

mengikuti dan menguncinya pada setengah siklus putaran medan magnet. Hal ini dapat

dilakukan dengan mengurangi frekuensi tegangan yang diterapkan.

2. Menggunakan penggerak mula eksternal untuk mengakselarasikan motor sinkron hingga

mencapai kecepatan sinkron, kemudian penggerak mula dimatikan (dilepaskan).

3. Menggunakan kumparan peredam (damper winding) atau dengan membuat kumparan rotor

motor sinkron seperti kumparan rotor belitan pada motor induksi (hanya saat start).

BAB IV

METODE PARALEL GENERATOR SINKRON

Bila suatu generator mendapatkan pembebanan yang melebihi dari kapasitasnya, maka

dapat mengakibatkan generator tersebut tidak bekerja atau bahkan akan mengalami kerusakan.

Untuk mengatasi kebutuhan listrik atau beban yang terus meningkat tersebut, bisa diatasi dengan

menjalankan generator lain yang kemudian dioperasikan secara paralel dengan generator yang

telah bekerja sebelumnya, pada satu jaringan listrik yang sama. Keuntungan dari

menggabungkan 2 generator atau lebih dalam suatu jaringan listrik adalah bila salah satu

generator tiba-tiba mengalami gangguan, maka generator tersebut dapat dihentikan serta beban

dialihkan pada generator lain, sehingga pemutusan listrik secara total bisa dihindari.

A. Cara Memparalel Generator

Syarat-syarat yang harus dipenuhi untuk memparalel dua buah generator atau lebih ialah:

• Polaritas dari generator harus sama dan tidak bertentangan setiap saat terhadap satu sama

lainnya.

• Nilai efektif tegangan harus sama.

• Tegangan Generator yang diparalelkan mempunyai bentuk gelombang yang sama.

• Frekuensi kedua generator atau frekuensi generator dengan jala-jala harus sama.

• Urutan fasa dari kedua generator harus sama.

Ada beberapa cara untuk memparalelkan generator dengan mengacu pada syarat-syarat diatas,

yaitu :

a. Lampu Cahaya berputar dan Volt-meter

b. Voltmeter, Frekuensi Meter, dan Synchroscope.

c. Cara Otomatis

B.Lampu Cahaya Berputar dan Volt-meter

Dengan rangkaian pada gambar 1, pilih lampu dengan tegangan kerja dua kali tegangan

fasa-netral generator atau gunakan dua lampu yang dihubungkan secara seri. Dalam keadaan

saklar S terbuka operasikan generator, kemudian lihat urutan nyala lampu. Urutan lampu akan

berubah menurut urutan L1 - L2 - L3 - L1 - L2 - L3.

Gambar 1. Rangkaian Paralel Generator.

Perhatikan Gambar 2a, pada keadaan ini L1 paling terang, L2 terang, dan L3 redup. Perhatikan

Gambar 2b, pada keadaan ini:

• L2 paling terang

• L1 terang

• L3 terang

Perhatikan gambar 2c, pada keadaan ini,

• L1 dan L2 sama terang

• L3 Gelap dan Voltmeter=0 V

Pada saat kondisi ini maka generator dapat diparalelkan dengan jala-jala (generator lain).

Gambar 2a,b dan c. Rangkaian Lampu Berputar.

B. Voltmeter, Frekuensi Meter dan Synchroscope

Pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik, untuk indikator paralel generator banyak

yang menggunakan alat Synchroscope, gambar 3. Penggunaan alat ini dilengkapi dengan

Voltmeter untuk memonitor kesamaan tegangan dan Frekuensi meter untuk kesamaan frekuensi.

Ketepatan sudut fasa dapat dilihat dari synchroscope. Bila jarum penunjuk berputar berlawanan

arah jarum jam, berarti frekuensi generator lebih rendah dan bila searah jarum jam berarti

frekuensi generator lebih tinggi. Pada saat jarum telah diam dan menunjuk pada kedudukan

vertikal, berarti beda fasa generator dan jala-jala telah 0 (Nol) dan selisih frekuensi telah 0 (Nol),

maka pada kondisi ini saklar dimasukkan (ON). Alat synchroscope tidak bisa menunjukkan

urutan fasa jala-jala, sehingga untuk memparalelkan perlu dipakai indikator urutan fasa jala-jala.

Paralel Otomatis

Paralel generator secara otomatis biasanya menggunakan alat yang secara otomatis

memonitor perbedaan fasa, tegangan, frekuensi, dan urutan fasa. Apabila semua kondisi telah

tercapai alat memberi suatu sinyal bahwa saklar untuk paralel dapat dimasukkan.

Gambar 3. Synchroscope.

Daftar Pustaka

http://dunia-listrik.logspot.com

http://www.kilowattclassroom.com/Archive/SyncMotors.pdf

http://www.tpub.com/content/neets/14177/css/14177_92.htm