Motor sinkron adalah motor AC yang bekerja pada kecepatan tetap pada sistim frekwensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik.
• Rotor. Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnit rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan dengan medan magnet lainnya.
• Stator. Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi yang dipasok. (Wirabuana, 2010).
Perlu diketahui juga bahwa motor ini berputar dengan kecepatan sinkron dan diberikan persamaan untuk menghitungnya yakni
Ns = 120 f / P Dimana:
f = frekwensi dari pasokan frekwensi P= jumlah kutub
c. Prinsip Kerja
Perhatikan gambar tersebut. Gambar di atas jelas 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 (d). Semakin besar sudut antara kedua medan magnet, maka torsi yang dihasilkan akan semakin besar seperti persamaan di bawah ini.
T = k .BR .Bnet
sin d
Pada beban nol, sumbu kutub medan putar berimpit dengan sumbu kumparan medan . Setiap penambahan beban membuat medan motor “tertinggal” dari medan stator, berbentuk sudut kopel (d); untuk
kemudian berputar dengan kecepatan yang sama lagi. Beban maksimum tercapai ketika d = . 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).
Menurut Rijono (1997:289) daya motor sinkron memiliki beberapa macam. Hal ini diawali dengan mengetahui besar daya aktif armatur per fase yaitu
(
Pam/ph)
aktif=EamIamcosαSedangkan daya armature tiga fase dapat menggunakan persamaan berikut
(
Pam)
3ph=2π NsT 33000 746untuk daya input dapat menggunakan persamaan
P¿=Rugi Cu+Pam Atau P¿ ph=rugi Cu ph+ Pam ph Pam ph= P¿ ph−rugi Cu ph Pam ph=VtILcosθ−
(
Ia)
2 RaSetelah membahas daya aktif armature per fase, kemudian beralih pada motor sinkron tiga fase dengan sambungan bintang. Berikut persamaan daya armaturnya (Pam).
Tegangan terminal Vt=Vl/
√
3 , sedangkan arus jala-jala samadengan arus fase IL=Iph=Ia . Sehingga besar daya armaturnya adalah. Pam ph=
(
VL√
3)
ILCosθ−(
Ia)
2 RaSedangkan untuk motor sinkron tiga fasa sambungan delta, besar VL=Vph=Va . Namun untuk arus adalah IL=
√
3Ip=√
3Ia ,sehingga daya armaturnya adalah
Pam ph=
(
VL√
3)
IphCosθ−(
Ia)
2R aUntuk mengetahui besar kopel elektromagnetik dapat menggunakan persamaan berikut.
Ta=21,21EamIam Cosα Ns lb. ft Atau Ta=9,55Pam Ns N .m
Adapun hubungan daya armature dengan daya mekanik adalah
Pam=Po+
∑
rugiKorelasi antara kopel sumbu dan daya mekanik adalah Ts=Pm/2π ns
atau
Ts=746Po/2π ns 2.2.2 Motor Induksi
a. Definisi
Motor induksi adalah suatu mesin listrik yang merubah energi listrik menjadi energi gerak dengan menggunakan gandengan medan listrik dan mempunyai slip antara medan stator dan medan rotor.
b. Konstruksi
Diketahui bahwa motor induksi tergolong dalam motor asinkron. Mesin ini memiliki dua jenis secara umum yakni squirrel cage (sangkar tupai) dan wound motor (rotor belitan).
Namun pada dasarnya konstruksi motor induksi terdiri atas stator dan rotor (Rijono, 1997:311).
Stator
Pada bagian ini terdapat beberap slot yang merupakan tempat kawat (konduktor) dari tiga kumparan yang disebut kumparan stator, yang mana masing-masing kumparan mendapat suplai arus tiga fase. Akibatnya timbullah fluks magnet putar dan
menyebabkan rotor berputar karena adanya induksi magnet. Rotor
Bagian ini merupakan tempat kumparan rotor yang mana ampu bergerak atau berputar. Berdasarkan jenis yang telah disebutkan di atas maka hampir 90% menggunakan jenis squirrel cage. Hal ini disebabkan bentuknya yang sederhana dan tahan terhadap goncangan. Ciri khususnya yakni ujung-ujung kumparan rotor terhubung singkat secara permanen.
c. Prinsip Kerja
Menurut (staff.ui.ac.id) prinsip kerja berdasarkan percobaan induksi seperti gambar berikut.
Dimana arus listrik yang dialirkan dalam suatu medan megnet dengan kerapatan fluks akan menghasilkan suatu gaya magnet. Pernyataan ini juga telah dijelaskan dalam persamaan yang tertulis dalam gambar tersebut.
Kemudian apabila sumber tegangan tiga fasa dipasang pada kumparan stator maka pada kumparan stator akan timbul medan putar dengan kecepatan.
Medan magnet tersebut akan memotong konduktor yang terdapat pada sisi rotor akhirnya akan timbul ggl dengan persamaan berikut.
Untuk membangkitkan tegangan induksi E2s agar tetap ada, maka
diperlukan adanya perbedaan realtif antara kecapatan putar stator dengan kecepatan putar rotor. Sehingga secara matematis dapat dicari dengan persamaan berikut.
Jika ns = nr tegangan akan terinduksi tetapi arus tidak dapat mengalir sehingga tidak ada torsi yang dihasilkan. Agar torsi dapat dihasilkan maka ns > nr
2.3 Transformator
2.3.1 Definisi, Konstruksi, dan Prinsip Kerja