MOTOR AC TIGA FASA

Motor  AC adalah suatu mesin yang berfungsi mengubah energi listrik arus bolak-baik (AC) menjadi energi gerak atau mekanik berupa putaran rotor. Motor arus bolak-balik terdiri dari dua bagian yaitu bagian yang diam (stator) dan bagian yang bergerak (rotor).

Salah satu jenis motor arus bolak-balik adalah motor sinkron/serempak tiga phasa. Dikatakan motor sinkron tiga phasa karena motor ini beroperasi pada sumber tegangan tiga phasa. Dan dikatakan motor sinkron karena putaran medan stator (medan putar) dan putaran rotor serempak/sinkron.

Jika dibandingkan antara motor induksi dan motor sinkron, terdapat perbedaan yang sangat prinsipil pada karakteristik berbeban pada kedua jenis motor ini. Pada motor induksi, penambahan beban akan menyebabkan kecepatan putar motor akan berkurang. Berkurangnya kecepatan mengurangi GGL lawan sehingga tambahan arus akan ditarik dari sumber untuk menggerakkan beban yang bertambah agar kecepatan putar kembali seperti semula.

Pada motor sinkron, hal ini tidak terjadi karena ketika masih bekerja maka rotor motor sinkron akan selalu terikat atau terkopel secara magnetis dengan medan putar dan dipaksa untuk turut berputar dengan kecepatan sinkronnya. Dengan demikian, penambahan beban tidak berpengaruh terhadap putaran motor. Namun jika penambahan beban melebihi batas kekuatan kopel rotor dan medan putar stator maka rotor motor akan berhenti bekerja. Motor sinkron pada pengoperasiannya tidak dapat melakukan start awal (self starting), oleh karena itu motor sinkron tiga phasa membutuhkan penggerak mula (prime mover) untuk memutar medan pada stator sampai pada kecepatan putar medan putar stator. Pada motor sinkron, perubahan beban tidak mempengaruhi kecepatan putar motor karena ketika motor masih bekerja maka rotor akan selalu terikat atau terkopel secara magnetis dengan medan putar dan dipaksa untuk berputar dengan kecepatan sinkronnya. Karena demikian, motor sinkron biasanya digunakan pada sistem operasi yang membutuhkan kecepatan konstan dengan beban yang berubah-ubah. Contohnya Rolling Mills, Mesin Penghancur (Crusher), Pulp Grinders, Reciprocating Pump dan lain-lain. Dengan demikian kita perlu mempelajari konsep dari motor sinkron, dimana motor sinkron ini dapat menjadi suatu pilihan yang tepat untuk sistem operasi yang membutuhkan kecepatan yang konstan dengan beban yang berubah-ubah.

Pada sebuah induksi motor, rotor harus memiliki slip. Kecepatan rotor harus kurang atau terlambat dari perputaran fluks stator supaya arus diinduksikan ke rotor. Jika induksi rotor motor tersebut itu bertujuan untuk mencapai kecepatan sinkron, maka tidak ada garis gaya yang memotong melalui rotor, sehingga tidak ada arus yang akan diinduksikan ke rotor dan tidak ada torsi yang akan dikembangkan. Synchronous motor memiliki karakteristik sebagai berikut:

• Sebuah stator tiga fasa sama dengan motor induksi. Stator yang memiliki tegangan menengah sering digunakan.
• Sebuah rotor yang bersinggungan (bidang yang berputar) yang memiliki jumlah kutub yang sama sebagai statornya, dan dipasok oleh sumber eksternal arus DC. Tipe brush dan brushless exciters digunakan untuk memasok medan arus DC ke rotor. Arus pada rotor membentuk suatu hubungan kutub magnetik Utara-Selatan pada kutub-kutub rotor, yang memungkinkan rotor untuk “mengunci” dengan fluks stator yang berputar.
• Dimulai sebagai sebuah motor induksi. Rotor synchronous motor juga mempunyai sebuah squirrel-cage winding yang dikenal sebagai Amortisseur winding, yang berfungsi menghasilkan torsi untuk menyalakan motor.
• Synchronous motor akan dijalankan pada kecepatan sinkron sesuai dengan rumus:

          Synchronous RPM =120 x Frekuensi/Banyak Kutub
Contoh: kecepatan dari suatu synchronous motor yang memiliki 24 kutubdan bekerja pada frekuensi 60Hz adalah: 120 x 60 / 24 = 7200 / 24 = 300 RPM

Karakteristik Motor Sinkron
Terdapat beberapa sifat penting dari motor sinkron diantaranya adalah :
1. Motor sinkron dapat bekerja pada power factor yang berbeda-beda baik power factor terlambat ( lagging ) atau power factor mendahului ( leading ) bila arus eksitasi dirubah.

2. Motor sinkron tidak dapat start dengan sendirinya. Untuk start motor sinkron ini memerlukan bantuan peralatan tambahan yang dapat membantu berputar hingga mencapai kecepatan sinkron atau mendekati kecepatan sinkron hingga motor dapat bekerja normal.
Sebuah motor sinkron dapat dinyalakan oleh sebuah motor dc pada satu sumbu. Ketika motor mencapai kecepatan sinkron, arus AC diberikan kepada belitan stator. Motor dc saat ini berfungsi sebagai generator dc dan memberikan eksitasi medan dc kepada rotor. Beban sekarang boleh diberikan kepada motor sinkron. Motor sinkron seringkali dinyalakan dengan menggunakan belitan sangkar tupai (squirrel-cage) yang dipasang di hadapan kutub rotor. Motor kemudian dinyalakan seperti halnya motor induksi hingga mencapai –95% kecepatan sinkron, saat mana arus searah diberikan, dan motor mencapai sinkronisasi. Torque yang diperlukan untuk menarik motor hingga mencapai sinkronisasi disebut pull-in torque.Seperti diketahui, rotor motor sinkron terkunci dengan medan putar dan harus terus beroperasi pada kecepatan sinkron untuk semua keadaan beban. Selama kondisi tanpa beban (no-load), garis tengah kutub medan putar dan kutub medan dc berada dalam satu garis. Seiring dengan pembebanan, ada pergeseran kutub rotor ke belakang, relative terhadap kutub stator . Tidak ada perubahan kecepatan. Sudut antara kutub rotor dan stator disebut sudut torque .

Prinsip kerja
Prinsip kerja dari synchronous motor adalah sebagai berikut:
• Amortisseur pada rotor menghasilkan Memulai Torsi dan Mempercepat Torsi untuk mempercepat synchronous motor.
• Ketika kecepatan motor mencapai sekitar 97% dari papan RPM, medan arus DC diterapkan ke rotor untuk menghasilkan torsi tarikan dan rotor akan menarik langkah dan mensinkronisasi dengan medan fluks yang berputar di dalam stator. Motor akan dijalankan pada kecepatan sinkron dan menghasilkan torsi yang sinkron atau Synchronous Torque.
• Setelah sinkronisasi, dorongan torsi tidak dapat ditingkatkan lagi atau motor akan menjadi di luar kendali. Kadang-kadang, jika kelebihan beban sesaat, motor akan slip dan sinkronisasi ulang. Perlindungan saat dorongan harus disediakan, jika tidak motor akan berjalan sebagai sebuah motor induksi arus tinggi dan memungkinkan kerusakan motor yang parah.

Motor sinkron serupa dengan motor induksi pada mana keduanya mempunyai belitan stator yang menghasilkan medan putar. Tidak seperti motor induksi, motor sinkron dieksitasi oleh sebuah sumber tegangan dc di luar mesin dan karenanya membutuhkan slip ring dan sikat (brush) untuk memberikan arus kepada rotor. Pada motor sinkron, rotor terkunci dengan medan putar dan berputar dengan kecepatan sinkron. Jika motor sinkron dibebani ke titik dimana rotor ditarik keluar dari keserempakannya dengan medan putar, maka tidak ada torque yang dihasilkan, dan motor akan berhenti. Motor sinkron bukanlah self-starting motor karena torque hanya akan muncul ketika motor bekerja pada kecepatan sinkron; karenanya motor memerlukan peralatan untuk membawanya kepada kecepatan sinkron.  Motor sinkron menggunakan rotor belitan. Jenis ini mempunyai kumparan yang ditempatkan pada slot rotor. Slip ring dan sikat digunakan untuk mensuplai arus kepada rotor.