Analisis Pengaruh Satu Fasa Terbuka Terhadap Kinerja dan Temperatur Motor Sinkron Tiga Fasa
BAB II
DASAR TEORI
2.1
Motor Sinkron Tiga Fasa
Motor sinkron tiga fasa adalah motor listrik arus bolak-balik (AC) yang
putaran rotornya sinkron/serempak dengan kecepatan medan putar statornya. Motor
ini beroperasi pada sumber tegangan tiga fasa yang dihubungkan dengan kumparan
jangkar di stator. Selain mendapat suplai tegangan tiga fasa, motor sinkron juga
mendapat arus eksitasi/arus medan dari sumber arus searah (DC) pada kumparan
medan di rotornya.
Sebuah motor sinkron selalu beroperasi pada kecepatan konstan, pada
kondisi tidak berbeban. Tetapi apabila motor diberi beban, maka motor akan selalu
berusaha untuk tetap pada putaran konstan. Motor akan melepaskan kondisi
sinkronnya apabila beban yang diberikan terlalu besar (torsi pull – out).
Motor sinkron memiliki kekurangan didalam melakukan start dengan
sendirinya. Hal ini dikarenakan tidak memiliki torsi awal, oleh karena itu motor
sinkron memerlukan beberapa alat bantu untuk membantu didalam start awal
sehingga masuk didalam kondisi sinkron.
Perubahan beban pada motor sinkron tidak mempengaruhi kecepatan
putarnya, karena ketika motor bekerja, medan magnet pada rotor akan selalu terikat
atau terkopel secara magnetis dengan medan putar statornya, sehingga rotor akan
dipaksa terus berputar pada kecepatan sinkronnya. Sehingga motor sinkron
biasanya digunakan pada sistem operasi yang membutuhkan kecepatan konstan
pada beban yang berubah-ubah. Namun apabila beban yang diberikan sudah
5
Universitas Sumatera Utara
melewati batas kemampuan dari motor maka motor akan melepas kecepatan
sinkronnya dan berhenti berputar.
Keuntungan lain dari motor sinkron adalah tidak hanya dapat bekerja pada
faktor daya terbelakang (lagging) seperti motor induksi, namun juga dapat bekerja
dengan faktor daya unity bahkan dengan faktor daya mendahului (leading).
Sehingga motor sinkron dapat berperan untuk memperbaiki faktor daya sistem.
2.2
Konstruksi Motor Sinkron Tiga Fasa
Motor sinkron juga memiliki dua bagian penting yaitu bagian stator yang
merupakan bagian komponen diam, dan bagian rotor yang berfungsi sebagai
komponen berputar, stator terdiri dari inti besi dari bahan ferromagnet yang dibelit
dengan lilitan 3 fasa, lilitan 3 fasa ini sama dengan lilitan tiga fasa pada rotor
induksi.
Gambar 2. 1 Konstruksi Motor Sinkron
6
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2. 2 Rotor (a) Salient (b) non-Salient
Rotor pada motor ada dua type yaitu salient pole ( menonjol ) dan non salient
pole ( tidak menonjol ) dan terdiri dari kutubmenonjol yang juga dibeliti dengan
lilitan untuk eksitasi DC dari luar. Kumparan dari lilitan excitasiini dihubungkan
dengan slip ring untuk dihubungkan dengan sumber eksitasi DC dari luar. Motor
sinkron selalu memerlukan arus eksitasiagar selalau dapat berjalan dengan sinkron,
arus eksitasi dapat digolongkan menjadi 3 jenis diantaranya :
Eksitasi Dynamic, merupakan jenis eksitasi yang konvensional.
Dimana arus eksitasi diperoleh dari sebuah generator DC yang
dihubungkan ke Rotor motor sinkron. Jenis eksitasi ini memiliki
kekurangan, yaitu bahwa generator DC merupakan beban tambahan
bagi motor. Kemudian sikat arang sebagai penghubung eksitasi
menekan slip ring yang menimbulkan rugi-rugi.
Eksitasi Statis, merupakan perkembangan dari eksitasi dinamis.
Dimana alat ini menggunakan penyearah elektronik ( Rectifier ),
7
Universitas Sumatera Utara
penyearah ini memerlukan sumber teganagn input AC yang diambil
dari sumber tegangan jala-jala. Karena exciter yang digunakan tidak
berputar seperti pada gambar eksitasi konvensional maka eksitasi dapat
dikatakan statis.
Eksitasi Brushless, pada prinsipnya brusless ini menggunakan
generator AC kecil sebagai ekciter. Pertama, arus DC diberikan pada
stator, kemudian rotor pada exciter akan menghasilkan arus AC yang
kemudian diserahkan oleh rectifier yang juga ikut berputar pada poros
rotor motor sinkron.
Motor sinkron yang modern umumnya tidak menggunakan sikat untuk
eksitasi luar tetapi eksitasi diambil dari sebuah penyearah yang ikut berputar dan
sebuah generator AC yang kecil yang dihubungkan langsung pada poros dari motor
sinkron tersebut. Prinsip ini sama dengan yang digunakan pada generator modern
yang menggunakan sistem eksitasi sendiri (Brushless excitation).
Rotor dan stator pada motor sinkron selalu mempunyai jumlah kutub yang
sama dan seperti pada motor induksi maka jumlah dari kutub ini menentukan
kecepatan dari motor sinkron yang hubungannya dapat dirumuskan dengan :
(2.1)
Dimana :
Ns = Kecepatan Motor ( r/min)
f = frekuensi sumber
p = jumlah kutub
8
Universitas Sumatera Utara
2.3
Prinsip Kerja Motor Sinkron Tiga Fasa
Pada motor sinkron tiga fasa terdapat 2 sumber tegangan dari luar yaitu arus
bolak-balik (AC) yang dialirkan kebelitan jangkar dan arus searah (DC) yang
dialirkan kebelitan medannya. Perputaran rotor diakibatkan karena adanya kopel
magnetik antar medan magnet rotor dengan medan putar stator.
Apabila tegangan tiga fasa dihubungkan ke kumparan jangkar atau stator
akan menghasilkan arus tiga fasa yang mengalir pada kumparan stator tersebut. Jika
arus tiga fasa (yang berbentuk sinusoidal murni atau saling berbeda sudut 1200
listrik) mengalir pada kumparan stator motor sinkron tiga fasa, maka akan
menghasilkan intensitas medan magnet (HS) yang juga saling berbeda sudut 1200
listrik. Karena kumparan stator mempunyai permeabilitas (µ), maka akan
menghasilkan intensitas medan magnet sebesar Bs = µ.Hs
Hal inilah yang disebut dengan medan putar yang timbul pada stator.
Timbulnya medan putar pada stator ini dapat dijelaskan melalui Gambar 2.2
berikut.
Gambar 2. 3 Kumparan a-a, b-b, c-c
9
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2. 4 Distribusi ia, ib, ic sebagai fungsi waktu
(b)
(a)
Gambar 2. 5 Arah Fluks Secara Vektoris
10
Universitas Sumatera Utara
Saat tegangan tiga fasa dihubungkan ke kumparan a-a, b-b, c-c (Gambar
2.2) dengan beda fasa masing-masing 1200. Maka akan timbul 3 buah arus
sinusoidal (Ia, Ib, Ic) yang terdistribusi berdasarkan fungsi waktu seperti terlihat pada
(Gambar 2.3). Secara vektoris, pada keadaan t1, t2, t3, t4, arah fluks resultan yang
ditimbulkan oleh kumparan tersebut masing-masing ditunjukkan seperti pada
(Gambar 2.4). Pada saat t1, arah fluks resultannya sama dengan arah fluks yang
dihasilkan kumparan a-a (Gambar 2.4a). Pada saat t2, arah fluks resultannya sama
dengan arah fluks yang dihasilkan kumparan b-b (Gambar 2.4b). Pada saat t3, arah
fluks resultannya sama dengan arah fluks yang dihasilkan kumparan c-c (Gambar
2.4c). Pada saat t4, arah fluks resultannya berlawanan arah dengan arah fluks yang
dihasilkan kumparan a-a (Gambar 2.2d). Perubahan arah fluks ini akan terjadi
berulang setiap satu periode yang menyebabkan perputaran medan magnet stator.
Kutub medan rotor yang diberi penguatan arus searah mengakibatkan
mengalir arus penguat If motor dan menghasilkan medan magnet BR. Karena motor
sinkron tidak dapat melakukan start sendiri (self starting) maka rotor diputar dengan
suatu penggerak mula sampai pada kecepatan putar rotor sama dengan kecepatan
putar medan stator. Sehingga medan magnet rotor BR akan mendapat tarikan dari
kutub medan putar stator dan akan selalu menempel dan mengikuti putaran BS
dengan kecepatan yang sama atau sinkron. Interaksi antar kedua medan magnet
tersebut akan menghasilkan kopel yang dinyatakan sebagai :
Tind = k.BR x B.........................................................................................(pers 2.2)
Tind = k.BR.BS.Sin δ..................................................................................(pers 2.3)
11
Universitas Sumatera Utara
Dan hubungannya dengan diagram medan magnetnya ditunjukkan pada
gambar 2.5 berikut.
Gambar 2. 6 Diagram medan magnet motor sinkron
Keterangan :
BS
= Medan magnet stator
BR
= Medan magnet rotor
Bnet
= Resultan medan magnet stator dan rotor
Sehingga didapat :
Bnet ≈ Vph
Karena
BS = Bnet - BR
; BR ≈ EA
; BS ≈ j.Xs.IA
Maka dengan mensubstitusikan persamaan (2.3) ke persamaan (2.2), maka akan
diperoleh :
Tind = k . BR(Bnet – BR) Sin β
Tind = k . BR . Bnet . Sin β – k . BR . BR Sin β BR.BR=0
Sehingga persamaan kopel induksinya dapat dituliskan :
Tind = k . BR . Bnet . Sin β (N.m)........................................(pers 2.4)
dimana : k
= Konstanta
BR
= Medan magnet rotor
Bnet
= Resultan medan magnet rotor dan medan magnet stator
β
= Sudut kopel
12
Universitas Sumatera Utara
Pada beban nol, sumbu kutub medan berhimpit dengan sumbu kutub
kumparan medan (β = 0). Setiap penambahan beban membuat medan rotor
tertinggal sebentar dari medan stator, terbentuk sudut kopel (β), untuk kemudian
berputar dengan kecepatan sama lagi (sinkron). Penambahan beban lebih lanjut
mengakibatkan hilangnya kekuatan kopel dan motor disebut kehilangan
sinkronisasi.
Gambar 2. 7 Kedudukan kutub rotor terhadap kutub khayal pada saat motor
berbeban
2.4
Rangkaian Ekivalen Motor Sinkron
Rangkaian ekuivalen motor sinkron adalah sama halnya dengan generator
sinkron, kecuali untuk arah aliran dayanya dimana arah aliran daya pada motor
sinkron terbalik dengan arah daya pada generator sinkron. Karena arah aliran daya
ini terbalik, maka arah arus yang mengalir ke stator motor juga akan terbalik.
Dengan demikian, rangkaian ekuivalen motor sinkron adalah sama dengan
rangkaian ekuivalen generator sinkron, kecuali bahwa referensi arah IA dibalik.
Rangkaian ekuivalennya diperlihatkan pada gambar (2.7) dan rangkaian per
13
Universitas Sumatera Utara
fasanya ditunjukkan pada gambar (2.8). Rangkaian ekuivalen tiga fasa biasa dalam
bentuk hubungan Y atau hubungan Delta (∆).
Karena perubahan arah IA ini, maka persamaan tegangan menurut hukum
Kirchoff untuk rangkaian ekuivalennya juga akan berubah. Jadi persamaan hukum
Kirchoff untuk tegangannya untuk rangkaian ekuivalen yang baru adalah :
ℎ=
+ .
.
+
.
....................................(pers 2.5)
Jadi persamaan ini sama dengan persamaan generator sinkron, kecuali tanda untuk
arusnya adalah terbalik.
Gambar 2. 8 Rangkaian ekuivalen motor sinkron 3 fasa
14
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2. 9 Rangkaian ekuivalen motor sinkron per fasanya
Dari persamaan umum motor sinkron yang dituliskan di dalam persamaan
(2.3) dapat digambarkan diagram fasor motor sinkron seperti ditunjukkan pada
gambar (2.9) sebagai berikut :
Gambar 2. 10 Diagram Fasor Motor Sinkron Dengan Faktor Daya Unity
Keterangan :
EA
= Tegangan Jangkar (GGL lawan)
IA
= Arus Jangkar
Vph
= Tegangan Terminal
XS
= Reaktansi Sinkron Motor
δ
= Sudut Kopel
Dalam hal ini motor dianggap beroperasi dengan faktor daya satu (unity).
Namun dalam operasi motor sinkron, motor dapat beroperasi dengan faktor daya
mendahului (leading) dan tertinggal (lagging) selain dengan faktor daya unity.
15
Universitas Sumatera Utara
Diagram fasor motor sinkron denga faktor daya mendahului (leading) dan
tertinggal (lagging) ditunjukkan seperti pada gambar (2.10) dan gambar (2.11).
Gambar 2. 11 Diagram Fasor Motor Sinkron Dengan Faktor Daya Leading
Gambar 2. 12 Diagram Fasor Motor Sinkron Dengan Faktor Daya Lagging
Namun pada kenyataannya, saat motor sinkron dibebani tanpa pengaturan
arus medan, motor sinkron akan beroperasi dengan faktor daya tertinggal (lagging)
dan diagram fasornya seperti yang ditunjukkan pada gambar (2.11). Oleh karena
itu, untuk menganalisis motor sinkron digunakan diagram fasor motor sinkron
dengan faktor daya tertinggal (lagging).
Dari diagram fasor motor sinkron didapat daya mekanik (Pmek) motor
sinkron menurut persamaan berikut :
16
Universitas Sumatera Utara
=
......................................................(pers 2.6)
.
Untuk motor sinkron tiga fasa maka persamaan daya mekanik (Pmek) menjadi:
= 3.
...................................................(pers 2.7)
.
Karena tahanan jangkar (RA) motor sinkron biasanya kecil, maka tahanan
jangkar ini biasanya diabaikan. Bila tahanan jangkar (RA) diabaikan (RA
DASAR TEORI
2.1
Motor Sinkron Tiga Fasa
Motor sinkron tiga fasa adalah motor listrik arus bolak-balik (AC) yang
putaran rotornya sinkron/serempak dengan kecepatan medan putar statornya. Motor
ini beroperasi pada sumber tegangan tiga fasa yang dihubungkan dengan kumparan
jangkar di stator. Selain mendapat suplai tegangan tiga fasa, motor sinkron juga
mendapat arus eksitasi/arus medan dari sumber arus searah (DC) pada kumparan
medan di rotornya.
Sebuah motor sinkron selalu beroperasi pada kecepatan konstan, pada
kondisi tidak berbeban. Tetapi apabila motor diberi beban, maka motor akan selalu
berusaha untuk tetap pada putaran konstan. Motor akan melepaskan kondisi
sinkronnya apabila beban yang diberikan terlalu besar (torsi pull – out).
Motor sinkron memiliki kekurangan didalam melakukan start dengan
sendirinya. Hal ini dikarenakan tidak memiliki torsi awal, oleh karena itu motor
sinkron memerlukan beberapa alat bantu untuk membantu didalam start awal
sehingga masuk didalam kondisi sinkron.
Perubahan beban pada motor sinkron tidak mempengaruhi kecepatan
putarnya, karena ketika motor bekerja, medan magnet pada rotor akan selalu terikat
atau terkopel secara magnetis dengan medan putar statornya, sehingga rotor akan
dipaksa terus berputar pada kecepatan sinkronnya. Sehingga motor sinkron
biasanya digunakan pada sistem operasi yang membutuhkan kecepatan konstan
pada beban yang berubah-ubah. Namun apabila beban yang diberikan sudah
5
Universitas Sumatera Utara
melewati batas kemampuan dari motor maka motor akan melepas kecepatan
sinkronnya dan berhenti berputar.
Keuntungan lain dari motor sinkron adalah tidak hanya dapat bekerja pada
faktor daya terbelakang (lagging) seperti motor induksi, namun juga dapat bekerja
dengan faktor daya unity bahkan dengan faktor daya mendahului (leading).
Sehingga motor sinkron dapat berperan untuk memperbaiki faktor daya sistem.
2.2
Konstruksi Motor Sinkron Tiga Fasa
Motor sinkron juga memiliki dua bagian penting yaitu bagian stator yang
merupakan bagian komponen diam, dan bagian rotor yang berfungsi sebagai
komponen berputar, stator terdiri dari inti besi dari bahan ferromagnet yang dibelit
dengan lilitan 3 fasa, lilitan 3 fasa ini sama dengan lilitan tiga fasa pada rotor
induksi.
Gambar 2. 1 Konstruksi Motor Sinkron
6
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2. 2 Rotor (a) Salient (b) non-Salient
Rotor pada motor ada dua type yaitu salient pole ( menonjol ) dan non salient
pole ( tidak menonjol ) dan terdiri dari kutubmenonjol yang juga dibeliti dengan
lilitan untuk eksitasi DC dari luar. Kumparan dari lilitan excitasiini dihubungkan
dengan slip ring untuk dihubungkan dengan sumber eksitasi DC dari luar. Motor
sinkron selalu memerlukan arus eksitasiagar selalau dapat berjalan dengan sinkron,
arus eksitasi dapat digolongkan menjadi 3 jenis diantaranya :
Eksitasi Dynamic, merupakan jenis eksitasi yang konvensional.
Dimana arus eksitasi diperoleh dari sebuah generator DC yang
dihubungkan ke Rotor motor sinkron. Jenis eksitasi ini memiliki
kekurangan, yaitu bahwa generator DC merupakan beban tambahan
bagi motor. Kemudian sikat arang sebagai penghubung eksitasi
menekan slip ring yang menimbulkan rugi-rugi.
Eksitasi Statis, merupakan perkembangan dari eksitasi dinamis.
Dimana alat ini menggunakan penyearah elektronik ( Rectifier ),
7
Universitas Sumatera Utara
penyearah ini memerlukan sumber teganagn input AC yang diambil
dari sumber tegangan jala-jala. Karena exciter yang digunakan tidak
berputar seperti pada gambar eksitasi konvensional maka eksitasi dapat
dikatakan statis.
Eksitasi Brushless, pada prinsipnya brusless ini menggunakan
generator AC kecil sebagai ekciter. Pertama, arus DC diberikan pada
stator, kemudian rotor pada exciter akan menghasilkan arus AC yang
kemudian diserahkan oleh rectifier yang juga ikut berputar pada poros
rotor motor sinkron.
Motor sinkron yang modern umumnya tidak menggunakan sikat untuk
eksitasi luar tetapi eksitasi diambil dari sebuah penyearah yang ikut berputar dan
sebuah generator AC yang kecil yang dihubungkan langsung pada poros dari motor
sinkron tersebut. Prinsip ini sama dengan yang digunakan pada generator modern
yang menggunakan sistem eksitasi sendiri (Brushless excitation).
Rotor dan stator pada motor sinkron selalu mempunyai jumlah kutub yang
sama dan seperti pada motor induksi maka jumlah dari kutub ini menentukan
kecepatan dari motor sinkron yang hubungannya dapat dirumuskan dengan :
(2.1)
Dimana :
Ns = Kecepatan Motor ( r/min)
f = frekuensi sumber
p = jumlah kutub
8
Universitas Sumatera Utara
2.3
Prinsip Kerja Motor Sinkron Tiga Fasa
Pada motor sinkron tiga fasa terdapat 2 sumber tegangan dari luar yaitu arus
bolak-balik (AC) yang dialirkan kebelitan jangkar dan arus searah (DC) yang
dialirkan kebelitan medannya. Perputaran rotor diakibatkan karena adanya kopel
magnetik antar medan magnet rotor dengan medan putar stator.
Apabila tegangan tiga fasa dihubungkan ke kumparan jangkar atau stator
akan menghasilkan arus tiga fasa yang mengalir pada kumparan stator tersebut. Jika
arus tiga fasa (yang berbentuk sinusoidal murni atau saling berbeda sudut 1200
listrik) mengalir pada kumparan stator motor sinkron tiga fasa, maka akan
menghasilkan intensitas medan magnet (HS) yang juga saling berbeda sudut 1200
listrik. Karena kumparan stator mempunyai permeabilitas (µ), maka akan
menghasilkan intensitas medan magnet sebesar Bs = µ.Hs
Hal inilah yang disebut dengan medan putar yang timbul pada stator.
Timbulnya medan putar pada stator ini dapat dijelaskan melalui Gambar 2.2
berikut.
Gambar 2. 3 Kumparan a-a, b-b, c-c
9
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2. 4 Distribusi ia, ib, ic sebagai fungsi waktu
(b)
(a)
Gambar 2. 5 Arah Fluks Secara Vektoris
10
Universitas Sumatera Utara
Saat tegangan tiga fasa dihubungkan ke kumparan a-a, b-b, c-c (Gambar
2.2) dengan beda fasa masing-masing 1200. Maka akan timbul 3 buah arus
sinusoidal (Ia, Ib, Ic) yang terdistribusi berdasarkan fungsi waktu seperti terlihat pada
(Gambar 2.3). Secara vektoris, pada keadaan t1, t2, t3, t4, arah fluks resultan yang
ditimbulkan oleh kumparan tersebut masing-masing ditunjukkan seperti pada
(Gambar 2.4). Pada saat t1, arah fluks resultannya sama dengan arah fluks yang
dihasilkan kumparan a-a (Gambar 2.4a). Pada saat t2, arah fluks resultannya sama
dengan arah fluks yang dihasilkan kumparan b-b (Gambar 2.4b). Pada saat t3, arah
fluks resultannya sama dengan arah fluks yang dihasilkan kumparan c-c (Gambar
2.4c). Pada saat t4, arah fluks resultannya berlawanan arah dengan arah fluks yang
dihasilkan kumparan a-a (Gambar 2.2d). Perubahan arah fluks ini akan terjadi
berulang setiap satu periode yang menyebabkan perputaran medan magnet stator.
Kutub medan rotor yang diberi penguatan arus searah mengakibatkan
mengalir arus penguat If motor dan menghasilkan medan magnet BR. Karena motor
sinkron tidak dapat melakukan start sendiri (self starting) maka rotor diputar dengan
suatu penggerak mula sampai pada kecepatan putar rotor sama dengan kecepatan
putar medan stator. Sehingga medan magnet rotor BR akan mendapat tarikan dari
kutub medan putar stator dan akan selalu menempel dan mengikuti putaran BS
dengan kecepatan yang sama atau sinkron. Interaksi antar kedua medan magnet
tersebut akan menghasilkan kopel yang dinyatakan sebagai :
Tind = k.BR x B.........................................................................................(pers 2.2)
Tind = k.BR.BS.Sin δ..................................................................................(pers 2.3)
11
Universitas Sumatera Utara
Dan hubungannya dengan diagram medan magnetnya ditunjukkan pada
gambar 2.5 berikut.
Gambar 2. 6 Diagram medan magnet motor sinkron
Keterangan :
BS
= Medan magnet stator
BR
= Medan magnet rotor
Bnet
= Resultan medan magnet stator dan rotor
Sehingga didapat :
Bnet ≈ Vph
Karena
BS = Bnet - BR
; BR ≈ EA
; BS ≈ j.Xs.IA
Maka dengan mensubstitusikan persamaan (2.3) ke persamaan (2.2), maka akan
diperoleh :
Tind = k . BR(Bnet – BR) Sin β
Tind = k . BR . Bnet . Sin β – k . BR . BR Sin β BR.BR=0
Sehingga persamaan kopel induksinya dapat dituliskan :
Tind = k . BR . Bnet . Sin β (N.m)........................................(pers 2.4)
dimana : k
= Konstanta
BR
= Medan magnet rotor
Bnet
= Resultan medan magnet rotor dan medan magnet stator
β
= Sudut kopel
12
Universitas Sumatera Utara
Pada beban nol, sumbu kutub medan berhimpit dengan sumbu kutub
kumparan medan (β = 0). Setiap penambahan beban membuat medan rotor
tertinggal sebentar dari medan stator, terbentuk sudut kopel (β), untuk kemudian
berputar dengan kecepatan sama lagi (sinkron). Penambahan beban lebih lanjut
mengakibatkan hilangnya kekuatan kopel dan motor disebut kehilangan
sinkronisasi.
Gambar 2. 7 Kedudukan kutub rotor terhadap kutub khayal pada saat motor
berbeban
2.4
Rangkaian Ekivalen Motor Sinkron
Rangkaian ekuivalen motor sinkron adalah sama halnya dengan generator
sinkron, kecuali untuk arah aliran dayanya dimana arah aliran daya pada motor
sinkron terbalik dengan arah daya pada generator sinkron. Karena arah aliran daya
ini terbalik, maka arah arus yang mengalir ke stator motor juga akan terbalik.
Dengan demikian, rangkaian ekuivalen motor sinkron adalah sama dengan
rangkaian ekuivalen generator sinkron, kecuali bahwa referensi arah IA dibalik.
Rangkaian ekuivalennya diperlihatkan pada gambar (2.7) dan rangkaian per
13
Universitas Sumatera Utara
fasanya ditunjukkan pada gambar (2.8). Rangkaian ekuivalen tiga fasa biasa dalam
bentuk hubungan Y atau hubungan Delta (∆).
Karena perubahan arah IA ini, maka persamaan tegangan menurut hukum
Kirchoff untuk rangkaian ekuivalennya juga akan berubah. Jadi persamaan hukum
Kirchoff untuk tegangannya untuk rangkaian ekuivalen yang baru adalah :
ℎ=
+ .
.
+
.
....................................(pers 2.5)
Jadi persamaan ini sama dengan persamaan generator sinkron, kecuali tanda untuk
arusnya adalah terbalik.
Gambar 2. 8 Rangkaian ekuivalen motor sinkron 3 fasa
14
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2. 9 Rangkaian ekuivalen motor sinkron per fasanya
Dari persamaan umum motor sinkron yang dituliskan di dalam persamaan
(2.3) dapat digambarkan diagram fasor motor sinkron seperti ditunjukkan pada
gambar (2.9) sebagai berikut :
Gambar 2. 10 Diagram Fasor Motor Sinkron Dengan Faktor Daya Unity
Keterangan :
EA
= Tegangan Jangkar (GGL lawan)
IA
= Arus Jangkar
Vph
= Tegangan Terminal
XS
= Reaktansi Sinkron Motor
δ
= Sudut Kopel
Dalam hal ini motor dianggap beroperasi dengan faktor daya satu (unity).
Namun dalam operasi motor sinkron, motor dapat beroperasi dengan faktor daya
mendahului (leading) dan tertinggal (lagging) selain dengan faktor daya unity.
15
Universitas Sumatera Utara
Diagram fasor motor sinkron denga faktor daya mendahului (leading) dan
tertinggal (lagging) ditunjukkan seperti pada gambar (2.10) dan gambar (2.11).
Gambar 2. 11 Diagram Fasor Motor Sinkron Dengan Faktor Daya Leading
Gambar 2. 12 Diagram Fasor Motor Sinkron Dengan Faktor Daya Lagging
Namun pada kenyataannya, saat motor sinkron dibebani tanpa pengaturan
arus medan, motor sinkron akan beroperasi dengan faktor daya tertinggal (lagging)
dan diagram fasornya seperti yang ditunjukkan pada gambar (2.11). Oleh karena
itu, untuk menganalisis motor sinkron digunakan diagram fasor motor sinkron
dengan faktor daya tertinggal (lagging).
Dari diagram fasor motor sinkron didapat daya mekanik (Pmek) motor
sinkron menurut persamaan berikut :
16
Universitas Sumatera Utara
=
......................................................(pers 2.6)
.
Untuk motor sinkron tiga fasa maka persamaan daya mekanik (Pmek) menjadi:
= 3.
...................................................(pers 2.7)
.
Karena tahanan jangkar (RA) motor sinkron biasanya kecil, maka tahanan
jangkar ini biasanya diabaikan. Bila tahanan jangkar (RA) diabaikan (RA