BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Motor sinkron tiga fasa adalah mesin listrik arus bolak-balik (AC) yang digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Sesuai dengan namanya, motor ini beroperasi pada sumber tegangan tiga fasa dimana kecepatan medan putar stator (s) sinkron dengan kecepatan putaran rotornya (r). Ada dua sumber pembangkitan fluks pada motor sinkron tiga fasa yaitu sumber arus bolak balik (AC) yang dihubungkan ke kumparan jangkar di stator dan sumber arus searah (!C) yang dihubungkan ke kumparan medan di rotornya sebagai medan penguat" eksitasi. #ksitasi ini dialirkan ke rotor melalui dua cara yaitu dengan sistem eksitasi tipe sikat (brush-type e$itation system) dan sistem eksitasi tanpa sikat (brushless e$itation system). %idak seperti halnya motor induksi yang selalu bekerja pada faktor daya lagging, motor sinkron dapat dioperasikan pada daerah faktor daya yang luas yaitu dari faktor daya lagging, faktor daya unity dan faktor daya leading dengan pengaturan arus eksitasinya. &etika arus eksitasi pada rotor cukup untuk membangkitkan fluks yang diperlukan motor, maka stator tidak perlu memberikan arus magnetisasi atau daya reaktif dan motor bekerja pada faktor daya unity. &etika arus eksitasi pada rotor kurang, stator akan menarik arus magnetisasi dari jala-jala sehingga motor bekerja pada faktor daya lagging. Sebaliknya bila arus eksitasi lebih, kelebihan fluks ini harus diimbangi dan stator akan menarik arus yang bersifat kapasitif dari jala jala sehingga motor bekerja pada faktor daya leading. Motor sinkron dengan faktor daya leading ini
dapat memperbaiki faktor daya pada suatu sistem. 'ada tulisan ini akan dipelajari pengaruh perubahan arus eksitasi terhadap arus jangkar dan faktor daya motor sinkron tiga fasa. 1.2
Tujuan Penulisan
Mengetahui pengertian dari arus akesitasi Mengetahui metode sistem eksitasi Mengetahui pengaruh arus eksitasi
BAB II
ISI
2.1 Pengertian
Sistem eksitasi adalah sistem pasokan listrik !C sebagai penguatan pada motor listrik atau sebagai pembangkit medan magnet.
'ada motor sinkron, sifat armatur (stator) yang timbul akibat adanya fluks rotor adalah menentang tegangan sumber * t. +esar armatur hanya tergantung pada arus eksitasi rotor (tidak seperti pada motor !C yang tergantung pada kecepatan). !engan adanya armatur (# a) dan tegangan sumber (*), maka pada armatur timbul tegangan armatur resultan (# ) yang besarnya merupakan jumlah ektor * dan # a. ambar Motor tanpa beban
'ada gambar di atas menunjukkan motor berputar tanpa beban dan tanpa adanya rugi-rugi. !ari gambar tersebut terlihat baha arah ektor #a berlaanan dengan arah ektor * dan sama besar atau ditulis * / -#a. 0asil penjumlahan dari kedua ektor tegangan tersebut adalah # / 1. dalam keadaan ini, motor bekerja mengambang.
ambar Motor tanpa beban dengan rugi-rugi
+ila motor tanpa beban tetapi mempunyai rugi-rugi, maka # a akan bergeser dengan sudut yang kecil sebesar d terhadap * karena adanya rugi-rugi 2 a. a dan 2a.3sm (besar #a tidak berubah karena eksitasi konstan). ambar Motor berbeban
Apabila motor terbebani, sudut d akan naik menjadi δ4, sedangkan # juga akan naik menjadi # 4 (#a besarnya tetap karena eksitasi konstan).
2.2
Metode Siste Eksitasi
Ada dua metode yang umum digunakan untuk aplikasi arus medan !C yang disuplai ke rotor motor sinkron yaitu 5 4. Sistem #ksitasi t ipe sikat (+rush-%ype #$itation System) 6. Sistem #ksitasi %anpa sikat (+rushless-%ype #$itation system) 6.6.4 Sistem #ksitasi %ipe Sikat 'ada metode eksitasi ini arus eksitasi untuk motor sinkron disuplai oleh sebuah generator arus searah (!C) yang dikenal sebagai #$citer.
#$citer ini diputar salah satunya oleh motor sinkron itu sendiri (garis putus-putus) atau motor lain yang terpisah. Medan Shunt dari e$citer dihubungkan ke sebuah control medan statis. +eberapa kontrol eksitasi dibuat manual untuk pengaturan arus medannya, tetapi ada juga yang dibuat otomatis untuk mengatur arus medan motor sinkron dalam sebuah konfigurasi loop tertutup yang didesain untuk mengendalikan besar arus medan untuk ariasi beban atau untuk mengatur faktor daya tetap. &eluaran !C dari e$citer ini akan di suplaikan ke medan magnet rotor motor sinkron melalui slip ring motor. 6.6.6. Sistem #ksitasi %anpa Sikat Metode eksitasi ini mengeliminasi kebutuhan akan sikat, antara
e$citer dan motor.
%egangan !C pada kumparan rotor motor disuplaikan melalui poros yang menghubungkan e$citer dan motor sinkron.
&etika motor di start kontak A akan tertutup dan tegangan tiga phasa akan disupalikan ke kumparan stator. Motor sinkron di start seperti motor induksi menggunakan kumparan amortisir pada permukaan rotornya. &ontak + juga tertutup dan keluaran !C akan disuplaikan ke kumparan stator e$iter. 'ada kumparan rotor
e$citer
akan di induksikan tegangan dan tegangan ini akan
disearahkan oleh penyearah berputar (rotating rectifier). &etika putaran rotor mendekati kecepatan sinkronnya, SC akan bekerja dan tegangan !C dari e$citer akan disuplaikan ke kumparan rotor motor sinkron.
2.!
Pengaru" Peru#a"an Arus Eksitasi
ilai arus eksitasi yang diberikan sebanding dengan nilai fluksi yang dihasilkan. &arena besar tegangan induksi yang dihasilkan berbanding lurus dengan fluksi yang diinduksikan rotor maka perubahan eksitasi juga akan berbanding lurus dengan perubahan tegangan induksi. Sehingga &enaikan 27 8 &enaikan 9 8 &enaikan #
2.!.1
E$ek Eksitasi %onstan
a. Eksitasi Noral
'ada kondisi eksitasi normal, motor akan bekerja pada beban lagging. &arena adanya rugi-rugi pada am dan 3sm, maka besar #a / *.
#. Eksitasi %urang & under exitation'
Arus eksitasi (2f ) yang dibutuhkan oleh motor kurang besarnya terhadap motor yang bekerja pada eksitasi normal. !alam hal ini, beban motor bersifat induktif. Akibatnya motor bekerja pada faktor daya tertinggal (lagging power factor ) atau 2a tertinggal terhadap *. !alam keadaan ini # a :*
(. Eksitasi Le#i" & over exitation'
;ika Arus eksitasi (2f ) berlebihan besarnya terhadap motor, maka kumparan stator akan menarik arus pemagnet dari sumber listrik. !alam hal ini, beban motor bersifat kapasitif dan akibatnya motor bekerja pada faktor daya mendahului (leading power factor ). !alam keadaan ini, # a < * dan disebut motor bekerja pada eksitasi lebih.
d. Unit)
=ntuk # a < * dan 2 a sephasa dengan *, dalam keadaan ini motor mempunyai beban sama dengan satu (unity).
a. cos> / lagging Arus akan tertinggal sebesar ?1 ° dari tegangan. 7luksi yang dihasilkan oleh arus jangkar ϕa akan melaan fluksi arus medan ϕm sehingga fluks resultan ϕg pada celah udara akan berkurang dari ϕm. !engan kata lain reaksi jangkar akan demagnetising artinya pengaruh reaksi jangkar akan melemahkan fluksi arus medan (Demagnetising Effect).
b. cos> / unity 'engaruh fluksi jangkar terhadap fluksi medan hanyalah sebatas mendistorsinya saja tanpa mempengaruhi kekuatannya (cross magnetising)
c. cosφ = leading
Arus akan mendahului tegangan sebesar ?11. 7luksi yang yang dihasilkan arus jangkar akan searah dengan fluksi arus medan sehingga fluks resultan ϕg pada celah udara akan bertambah dari ϕm. eaksi jangkar yang terjadi akan magnetising artinya pengaruh reaksi jangkar akan menguatkan fluksi arus medan (Magnetising Effect).
2.!.2
E$ek Eksitasi Pada Be#an %onstan
;ika beban pada motor sinkron konstan, masukan daya ke motor juga konstan. ;ika eksitasi medan rotor diubah, tegangan induksi pada setiap gulungan stator juga akan berubah. 'ada gambar (a) menunjukkkan fasor untuk beban yang diberikan faktor daya satu. Masukan daya per fasa adalah *2 4. ;ika eksitasi medan rotor dikurangi, tegangan induksi * g berkurang @ambar (b). 2ni menyebabkan arus saluran 2 6 ketingggalan dari tegangan yang diberikan * sebesar ϕ6. &arena beban (dan masukan daya) konstan, komponen daya 2 6 harus tetap sama dengan 24 pada gambar (a). Arus saluran 26 harus ditingkatkan untuk mengakomodasi faktor daya tertinggal. 'engurangan eksitasi medan dc menyebakan arus saluran bertambah dan faktor daya tertinggal. ;ika eksitasi dc ditingkatkan, tegangan induksi * g bertambah @ambar (c). Arus saluran 2B akan mendahului tegangan yang diberikan * sebesar ϕB, dan juga lebih dari 2 4 pada gambar (a) karena komponen daya sama, akibat beban yang konstan. leh karena itu, peningkatan eksitasi dc menyebabkan bertambahnya arus saluran dan faktor daya yang mendahului. &esimpulannya, jika eksitasi motor sinkron pada beban konstan diubah dari harga rendah ke yang lebih tinggi, maka 5 4. Arus satror berkurang secara perlahan, mencapai minimum, dan kemudian meningkat lagi 6. 7aktor daya yang aalnya tertinggal, meningkat secara perlahan, menjadi satu ketika arus stator minimum dan kemudian berkurang lagi, tetapi tetap mendahului,
