Mesin Mesin Ac
-
Upload
fitri-febriani -
Category
Documents
-
view
76 -
download
5
description
Transcript of Mesin Mesin Ac
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