11 DTL 2020 Mesin AC

(1)

MESIN AC

MK DASAR TENAGA LISTRIK 2020

(2)

AC Machine

 AC sumber utama energi listrik

 Mudah dan murah pada produksi dan mentransmisikan

 Dapat berfungsi sebagai Generator dan Motor

(3)

DC Machine & AC machine

DC motor - ends of the coil connect to a mechanical rectifier called commutator to 'rectify' the emf

produced.

AC motor - No need rectification, so don’t need commutator, just need split rings.

(4)

AC Motor

(5)

AC Generator

(6)

Generator and Motor

(7)

 Two major classes of machines;

(i) Synchronous machines.

(ii) Induction machines.

AC Machine

(8)

Synchronous Machine

• Synchronous machines are ac machine that have a field circuit supplied by an external dc source.

– DC field winding on the rotor,

– AC armature winding on the stator

• Origin of name: syn = equal, chronos = time

• Synchronous machines are called ‘synchronous’ because

their mechanical shaft speed is directly related to the power system’s line frequency.

(9)

Synchronous Machine

The frequency of the induced voltage is related to the rotor speed by:

where P is the number of magnetic poles fe is the power line frequency.

Typical machines have two-poles, four-poles, and six-poles

(10)

Example 1

• A hydraulic turbine turning at 200 r/min is connected to a synchronous generator. If the induced voltage has a frequency of 60 Hz, how many poles does the rotor have?

(11)

GENERATOR AC SEREMPAK /

SINKRON

(12)

Bagian utama 1. Stator

Bagian yang diam

Berfungsi sebagai tempat dililitkannya

kumparan (winding) a,b,c untuk menghasilkan

tegangan (ggl) dan arus AC tiga fasa

(13)

Bagian utama 2. Rotor

Bagian yang berputar

Berfungsi sebagai tempat dihasilkan kutub magnet (magnetic pole) U dan S

(14)

PRINSIP KERJA

GENERATOR AC

SEREMPAK

(15)

1. Pada stator terdapat 3 kumparan (a, b, c) yang letaknya terpisah 120⁰ satu sama lain, sementara pada rotor terdapat kutub U dan S

(16)

2. Berputarnya penggerak mula (turbin, motor bakar) akan menyebabkan terjadinya perputaran rotor sekaligus kutub U dan S.

(17)



¹²⁰⁰



sin 

 E t

e_b _m 

3. Putaran kutub U dan S rotor akan menginduksikan ggl e_a, e_b, dan e_c pada kumparan stator dengan persamaan sesaat :



²⁴⁰⁰



sin 

 E t

e_c _m 



⁰⁰



sin

sin  

 E t E t

e_a _m  _m 

(18)

4. Generator ac serempak telah menghasilkan tegangan (ggl) dengan 3 ‘fasa’ yang berbeda :

Fasa = sudut putaran rotor (ωt) = waktu putaran rotor (t)

(19)

MOTOR AC

TAK SEREMPAK

(20)

Bagian utama 1. Stator

Bagian yang diam

Berfungsi sebagai tempat untuk mengalirkan arus ac tiga fasa dan menghasilkan medan magnet tiga fasa

(21)

2. Rotor

Bagian yang berputar

Berfungsi sebagai tempat dihasilkannya gaya mekanik.

Konstruksinya menyerupai sangkar tupai (squirrel cage).

(22)

PRINSIP KERJA MOTOR AC TAK

SEREMPAK

(23)

PRINSIP KERJA

1. Kumparan a,b,c stator dihubungkan ke sumber tegangan AC 3 fasa (generator ac) sehingga mengalir arus AC 3 fasa dalam ketiga kumparan tsb.

(24)

PRINSIP KERJA MOTOR

2. Aliran arus dalam kumparan a,b,c akan menghasilkan fluks a,b,c yang akan saling berinteraksi membentuk 1 fluks magnet resultan (penjumlahan fluks a,b,c)

(25)

3. Fluks resultan (vektor) ini memiliki besaran tetap dengan arah tidak tetap (berputar terhadap rotor yang diam) = medan putar stator.

(26)

4. Tiap batang sangkar rotor akan merasakan dΦ/dt, sehingga akan terinduksi ggl (e = N dΦ/dt) pada tiap batang sangkar rotor.

(27)

5. Ggl (tegangan) pd batang-batang sangkar rotor ini dihubung singkat oleh cincin-cincin ujung shg mengalir arus (I) hubung singkat pada batang dan cincin rotor.

(28)

6. Timbul gaya Lorentz (gaya dorong) pada batang-batang sangkar :

F_L = B I L (N) Dimana :

B = kerapatan fluks resultan stator (Tesla)

I = arus hubung singkat batang sangkar (A)

L = panjang tiap batang sangkar (m)

(29)

7. Gaya Lorentz yang timbul pada batang-batang sangkar akan mendorong inti besi dan poros rotor untuk berputar shg dpt memutar beban mekanis yang terhubung ke motor.

(30)

KETIDAKSEREMPAKAN MOTOR AC TAK SEREMPAK

Ggl pada batang sangkar = hasil

‘induksi’ fluks magnet resultan stator yang berputar (dΦ/dt) terhadap rotor yang :

a. diam (awal)

b. berputar lebih lambat dari putaran fluks stator (bekerja).

(31)

Diperlukan ke’tidakserempak’an (asinkron) kecepatan antara putaran fluks resultan stator dengan putaran rotor untuk tetap dirasakan adanya dΦ/dt ≠ 0 oleh batang sangkar rotor

(32)

SLIP

Ketidakserempakan kecepatan antara fluks resultan stator dengan rotor ini disebut juga sebagai ‘Slip’.

S = (Ns– Nr)/Ns

Ns = kecepatan putaran (fluks) stator Nr = kecepatan putaran rotor

(33)

SLIP

Ns dapat dihitung :

Ns = (120 x fs)/p

fs = frekuensi arus AC pada stator p = jumlah kutub tiap fasa stator

(34)

SLIP

Besarnya frekuensi ggl dan arus AC rotor dapat dihitung :

fr = S x fs

(35)

Soal 1

Suatu motor induksi 3 fasa berputar pada kecepatan 1440 rpm. Motor tersebut terhubung pada sumber tegangan dengan frekuensi 50 Hz. Jika kumparan stator memiliki 4 kutub pada tiap fasanya, hitunglah frekuensi ggl dan arus pada rotor.

(36)

Jawaban Soal 1 Diketahui :

Nr = 1440 rpm.

fs = 50 Hz.

p = 4 kutub Hitung : fr = ..?

(37)

Jawaban soal 1 fr = S x fs Sementara

S = (Ns– Nr)/Ns Ns harus dihitung :

Ns = (120 x fs)/p = (120 x 50)/4 = 1500 rpm

(38)

Jawaban soal 1

Maka Slip

S = (Ns– Nr)/Ns

= (1500 – 1440)/1500 = 0,04 (4%)

Sehingga

fr = S x fs

= 0,04 x 50 = 2 Hz.

(39)

Soal 2

Frekuensi rotor dari suatu motor induksi 3 fasa adalah 1,5 Hz. Jika jumlah kutub kumparan per fasa stator adalah 6 dan frekuensi stator sama dengan frekuensi jala-jala PLN (50 Hz), hitunglah kecepatan rotor.

(40)

Jawaban soal 2 Diketahui :

fr = 1,5 Hz.

p = 6

fs = 50 Hz

Hitung : Nr = ..?

(41)

Jawaban soal 2

fr = S x fs Maka

S = fr/fs

= 1,5/50

= 0,03 (3%)

(42)

Jawaban soal 2 Sementara Ns :

Ns = (120 x fs)/p = (120 x 50)/6 = 1000 rpm

(43)

Jawaban soal 2

Nr dapat dihitung : S = (Ns– Nr)/Ns S x Ns = Ns – Nr Nr = Ns – SNs

= (1 – S ) Ns

= (1 – 0,03 ) 1000 = 0,97 x 1000

= 970 rpm

(44)