MAKALAH MESIN SINKRON

MAKALAH MESIN LISTRIK I

“Mesin Sinkron”

Diajukan untuk melengkapi tugas pembuatan makalah Mesin Listrik

Dosen pengampu : Drs.Teguh HM, M.T.

KELAS KE 2B

Disusun oleh :

1. M. Rafli Alfanani NIM : 32213113

2. Moch Syifa Wildan C. NIM : 32213114

3. Mu’iz Ashar Dinata NIM : 32213115

4. Muhammad Hasyim NIM : 32213116

5. Puji Hastuti NIM : 32213117

6. Rahardiyan Anggoro NIM : 32213118

PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI

POLITEKNIK NEGERI SEMARANG

2014

MAKALAH MESIN LISTRIK I

“Mesin Sinkron”

Diajukan untuk melengkapi tugas pembuatan makalah Mesin Listrik

Dosen pengampu : Drs.Teguh HM, M.T.

KELAS KE 2B

Disusun oleh :

7. M. Rafli Alfanani NIM : 32213113

8. Moch Syifa Wildan C. NIM : 32213114

9. Mu’iz Ashar Dinata NIM : 32213115

10. Muhammad Hasyim NIM : 32213116

11. Puji Hastuti NIM : 32213117

12. Rahardiyan Anggoro NIM : 32213118

PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI

POLITEKNIK NEGERI SEMARANG

2014

TEKNIK KONVERSI ENERGI POLITEKNIK NEGERI SEMARANG Kelompok III/KE-2B 2014

MESIN LISTRIK I

KATA PENGANTAR

Rasa syukur yang dalam kami sampaikan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena

berkat kemurahanNya makalah ini dapat kami selesaikan makalah mesin listrik yang

berjudul “Mesin Sinkron”

Dalam hal ini kami menyadari bahwa tugas ini jauh dari kesempurnaan. Oleh

karena itu, kami dengan senang hati akan menerima segala masukan dan saran yang

bersifat konstruktif untuk lebih mempertajam dan meluaskan pandangan sehingga tugas ini

dapat memberi persfektif yang benar dan bermanfaat bagi kami khususnya dan bagi

pembaca pada umumnya.

Kami sampaikan terimakasih banyak kepada semua pihak yang telah membimbing,

mengarahkan, mengoreksi dan memberi saran kepada kami sehingga kami bisa

menyelesaikan makalah ini dengan lancar. Diantaranya :

· Bapak Teguh, selaku dosen mata kuliah mesin listrik.

· Rekan-rekan mahasiswa kelas KE 2B yang telah membantu tersusunya tugas ini.

Demikian makalah ini kami buat semoga bermanfaat.

Semarang, September 2014

Tim Penyusun


MESIN LISTRIK II

DAFTAR ISI

HALAMAN

HALAMAN DALAM...........................................................................................................I

KATA PENGANTAR........................................................................................................II

DAFTAR ISI....................................................................................................................III

BAB I PENDAHULUAN...................................................................................................1

1.1 Latar Belakang.................................................................................................1

1.2 Tujuan...............................................................................................................1

1.3 Rumusan Masalah............................................................................................2

BAB II PEMBAHASAN.....................................................................................................3

2.1 Pengertian Genarator AC.................................................................................3

2.1.1 Konstruksi dan Fungsi Bagian Mesin Sinkron.......................................3

2.2 Prinsip Kerja Generator Sinkron.......................................................................7

2.3 Karakteristik Generator Sinkron.......................................................................8

2.4 Motor Sinkron.................................................................................................11

BAB III PENUTUP.........................................................................................................13

3.1 Kesimpulan.....................................................................................................13

DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................................14


MESIN LISTRIK III

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Motor AC menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur

pada rentang waktu tertentu. Motor listrik memiliki dua buah bagian dasar listrik: “stator”

dan “rotor”. Stator merupakan komponen listrik statis.

Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor.Jenis rotor

ada dua yaitu jenis Squirrel Cage Rotor(rotor sangkar tupai) dan Wound Rotor(rotor

belitan).

1.2 Tujuan

Setelah dibuatnya makalah ini diharapkan mahasiswa dapat :

a. Mengetahui dan memahami konstruksi dan bagian-bagia generator AC

b. Mengetahui dan memahami fungsi dari bagian-bagian generator AC.

c. Mengetahui dan memahami prinsip kerja generator AC.

d. Mengatahui dan memahami karakteristik generator AC.

e. Memahami apa itu motor sinkron.


MESIN LISTRIK 1

1.3 Rumusan Masalah

a. Apakah yang dimaksud dengan generator AC?

b. Bagaimana konstruksi dan bagian dari generator AC?

c. Apa fungsi dari bagian-bagian generator AC?

d. Bagaimana prinsip kerja generator AC?

e. Apakah yang dimaksud dengan motor sinkron?


MESIN LISTRIK 2

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian Genarator AC

Generator merupakan sebuah alat yang mampu menghasilkan arus listrik.

salah satu jenis generator adalah generator arus bolak balik yang akan dibahas saat

ini. Generator arus bolak-balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga

listrik arus bolak-balik.

Generator Arus Bolak-balik sering disebut juga sebagai alternator atau

generator AC (alternating current) atau juga generator singkron. Alat ini sering

dimanfaatkan di industri untuk mengerakkan beberapa mesin yang menggunakan

arus listrik sebagai sumber penggerak.

Generator arus bolak-balik dibagi menjadi dua jenis, yaitu:

a. Generator arus bolak-balik 1 fasa

b. Generator arus bolak-balik 3 fasa

2.1.1 Konstruksi dan Fungsi Bagian Mesin Sinkron

Ada dua struktur medan magnit pada mesin sinkron yang merupakan dasar

kerja dari mesin tersebut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC dan

sebuah jangkar tempat dibangkitkannya ggl arus bola-balik. Hampir semua mesin

sinkron mempunyai belitan ggl berupa stator yang diam dan struktur medan magnit

berputar sebagai rotor. Kumparan DC pada struktur medan yang berputar

dihubungkan pada sumber luar melaui slipring dan sikat arang, tetapi ada juga yang

tidak mempergunakan sikat arang yaitu sistem brushless excitation. Konstruksi dari

sebuah Mesin Sinkron secara garis besar sebagai berikut.

a. Bentuk Penguatan

Seperti telah diuraikan di atas, bahwa untuk membangkitkan flux magnetik

diperlukan penguatan DC. Penguatan DC ini bisa diperoleh dari generator DC

penguatan sendiri yang seporos dengan rotor mesin sinkron.


MESIN LISTRIK 3

Pada mesin sinkron dengan kecepatan rendah, tetapi rating daya yang besar,

seperti generator hydroelectric, maka generator DC yang digunakan tidak dengan

penguatan sendiri, tetapi dengan pilot exciter sebagai penguatan atau menggunakan

magnet permanen.

Gambar Generator sinkron tiga phasa dengan penguatan generator DC Pilot Exciter.

Alternatif lainnya untuk penguatan eksitasi adalah menggunakan Diode silikon

dan Thyristor. Dua tipe sistem penguatan ”Solid state” sebagai berikut.

• Sistem statis yang menggunakan Diode atau Thyristor statis, dan arus

dialirkan ke rotor melalui Slipring.

• Brushless system, pada sistem ini penyearah dipasangkan di poros yang

berputar dengan rotor, sehingga tidak dibutuhkan sikat arang dan slipring.


MESIN LISTRIK 4

Gambar Generator sinkron tiga phasa dengan sistem penguatan brushless exciter system

b. Bentuk Rotor

Untuk medan rotor yang digunakan tergantung pada kecepatan mesin, mesin

dengan kecepatan tinggi seperti turbo generator mempunyai bentuk silinder

Gambar Rotor kutub silinder


MESIN LISTRIK 5

Sedangkan mesin dengan kecepatan rendah seperti hydroelectric atau

generator listrik diesel mempunyai rotor kutub menonjol

Gambar Rotor kutub menonjol

c. Bentuk Stator

Stator dari mesin sinkron terbuat dari bahan ferromagnetik yang berbentuk

laminasi untuk mengurangi rugi-rugi arus pusar. Dengan inti ferromagnetik yang

bagus berarti permebilitasdan resistivitas dari bahan tinggi


MESIN LISTRIK 6

Gambar Inti stator dan alur pada stator

Gambar diatas memperlihatkan alur stator tempat kumparan jangkar. Belitan

jangkar (stator) yang umum digunakan oleh mesin sinkron tiga phasa, ada dua tipe

yaitu:

a. Belitan satu lapis (Single Layer Winding).

b. Belitan berlapis ganda (Double Layer Winding)

2.2 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Kecepatan rotor dan frekuensi dari tegangan yang dibangkitkan berbanding

secara langsung memperlihatkan prinsip kerja dari sebuah generator AC dengan dua

kutub, dan dimisalkan hanya memiliki satu lilitan yang terbuat dari dua penghantar

secara seri, yaitu penghantar a dan a’.

Lilitan seperti ini disebut Lilitan terpusat, dalam generator sebenarnya terdiri dari

banyak lilitan dalam masing-masing Phasa yang terdistribusi pada masing-masing

alur stator dan disebut Lilitan terdistribusi.

Diasumsikan rotor berputar searah jarum jam, maka flux medan rotor bergerak

sesuai lilitan jangkar. Satu putaran rotor dalam satu detik menghasilkan satu siklus

per ditik atau 1 Hertz (Hz). Bila kecepatannya 60 revolution per menit (Rpm),

frekuensi 1 Hz.

Untuk frekuensi f = 60 Hz, maka rotor harus berputar 3600 Rpm. Untuk

kecepatan rotor n rpm, rotor harus berputar pada kecepatan n/60 revolution per detik

(rps). Bila rotor mempunyai lebih dari 1 pasang kutub, misalnya P kutub maka


MESIN LISTRIK 7

masing-masing revolution dari rotor menginduksikan P/2 siklus tegangan dalam

lilitan stator. Frekuensi dari tegangan induksi sebagai sebuah fungsi dari kecepatan

rotor.

f = P n Hertz

2 60

Untuk generator sinkron tiga phasa, harus ada tiga bbelitan yang masing-masing

terpisah sebesar 120 derajat listrik dalam ruang sekitar keliling celah udara seperti

diperlihatkan pada kumparan a – a’, b – b’ dan c – c’

Masing-masing lilitan akan menghasilkan gelombang Fluksi sinus satu dengan

lainnya berbeda 120 derajat listrik. Dalam keadaan seimbang besarnya fluksi sesaat:

ΦA = Φ m · Sin ωt

ΦB = Φ m · Sin (ωt – 120°)

ΦC = Φ m · Sin (ωt – 240°)

.

2.3 Karakteristik Generator Sinkron

Jika sebuah kumparan diputar pada kecepatan konstan pada medan magnet

homogen, maka akan terinduksi tegangan sinusoidal pada kumparan tersebut.

Medan magnet bisa dihasilkan oleh kumparan yang dialiri arus DC atau oleh magnet

tetap. Pada mesin tipe ini medan magnet diletakkan pada stator (disebut generator

kutub eksternal / external pole generator) yang mana energi listrik dibangkitkan pada

kumparan rotor. Hal ini dapat menimbulkan kerusakan pada slip ring dan karbon

sikat, sehingga menimbulkan permasalahan pada pembangkitan daya tinggi. Untuk

mengatasi permasalahan ini, digunakan tipe generator dengan kutub internal

(internal pole generator), yang mana medan magnet dibangkitkan oleh kutub rotor

dan tegangan AC dibangkitkan pada rangkaian stator. Tegangan yang dihasilkan

akan sinusoidal jika rapat fluks magnet pada celah udara terdistribusi sinusoidal dan

rotor diputar pada kecepatan konstan. Tegangan AC tiga fasa dibangkitan pada

mesin sinkron kutub internal pada tiga kumparan stator yang diset sedemikian rupa

sehingga membentuk beda fasa dengan sudut 120°.


MESIN LISTRIK 8

Pada rotor kutub sepatu, fluks terdistribusi sinusoidal didapatkan dengan

mendesain bentuk sepatu kutub. Sedangkan pada rotor silinder, kumparan rotor

disusun secara khusus untuk mendapatkan fluks terdistribusi secara sinusoidal.

Untuk tipe generator dengan kutub internal (internal pole generator), suplai DC yang

dihubungkan ke kumparan rotor melalui slip ring dan sikat untuk menghasilkan

medan magnet merupakan eksitasi daya rendah. Jika rotor menggunakan magnet

permanen, maka tidak slip ring dan sikat karbon tidak begitu diperlukan.

a. Kecepatan Putar Generator Sinkron

Frekuensi elektris yang dihasilkan generator sinkron adalah sinkron dengan

kecepatan putar generator. Rotor generator sinkron terdiri atas rangkaian

elektromagnet dengan suplai arus DC. Medan magnet rotor bergerak pada arah

putaran rotor. Hubungan antara kecepatan putar medan magnet pada mesin dengan

frekuensi elektrik pada stator adalah:

f = frekuensi listrik (Hz)

nr = kecepatan putar rotor = kecepatan medan magnet (rpm)

p = jumlah kutub magnet

Oleh karena rotor berputar pada kecepatan yang sama dengan medan magnet,

persamaan diatas juga menunjukkan hubungan antara kecepatan putar rotor dengan

frekuensi listrik yang dihasilkan. Agar daya listrik dibangkitkan tetap pada frekuensi

50Hz atau 60 Hz, maka generator harus berputar pada kecepatan tetapdengan

jumlah kutub mesin yang telah ditentukan. Sebagai contoh untuk membangkitkan 60

Hz pada mesin dua kutub, rotor arus berputar dengan kecepatan 3600 rpm. Untuk

membangkitkan daya 50 Hz pada mesin empat kutub, rotor harus berputar pada 1500

rpm

b. Alternator tanpa beban

Dengan memutar alternator pada kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan

(If), maka tegangan (Ea ) akan terinduksi pada kumparan jangkar stator. Bentuk

hubungannya diperlihatkan pada persamaan berikut:

Ea = c.n.fluks


MESIN LISTRIK 9

yang mana:

c = konstanta mesin

n = putaran sinkron

f = fluks yang dihasilkan oleh If

Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, karenanya

tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan oleh arus medan (If).

c. Alternator Berbeban

Dalam keadaan berbeban arus jangkar akan mengalir dan mengakibatkan

terjadinya reaksi jangkar. Reaksi jangkar besifat reaktif karena itu dinyatakan sebagai

reaktansi, dan disebut reaktansi magnetisasi (Xm ). Reaktansi pemagnet (Xm ) ini

bersama-sama dengan reaktansi fluks bocor (Xa ) dikenal sebagai reaktansi sinkron

(Xs) .

Bila generator diberi beban yang berubah-ubah maka besarnya tegangan

terminal V akan berubah-ubah pula, hal ini disebabkan adanya kerugian tegangan

pada:

Resistansi Jangkar (Ra)

Resistansi jangkar/fasa Ra menyebabkan terjadinya kerugian tegang/fasa

(tegangan jatuh/fasa) dan I.Ra yang sefasa dengan arus jangkar.

Reaktansi Bocor Jangkar (X)

Saat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluks yang terjadi

tidak mengimbas pada jalur yang telah ditentukan, hal seperti ini disebut

Fluks Bocor

Reaksi Jangkar (Xa)

Adanya arus yang mengalir pada kumparan jangkar saat generator dibebani

akan menimbulkan fluksi jangkar (ΦA ) yang berintegrasi dengan fluksi yang

dihasilkan pada kumparan medan rotor(ΦF), sehingga akan dihasilkan suatu

fluksi resultan sebesar :


MESIN LISTRIK 10

Persamaan tegangan pada generator adalah:

Ea = V + I.Ra + j I.Xs

Xs = Xm + Xa

yang mana:

Ea = tegangan induksi pada jangkar

V = tegangan terminal output

Ra = resistansi jangkar

Xs = reaktansi sinkron

2.4 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.

Prinsip Kerja Motor Sinkron

Gambar diatas 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


MESIN LISTRIK 11

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 (). Semakin besar sudut antara kedua medan magnet,

maka torsi yang dihasilkan akan semakin besar seperti persamaan di bawah ini.

T = k .BR .Bnet sin

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 (); untuk kemudian berputar dengan kecepatan yang

sama lagi. Beban maksimum tercapai ketika = . 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)


MESIN LISTRIK 12

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Pada dasarnya konstruksi dari generator sinkron adalah sama dengan

konstruksi motor sinkron, dan secara umum biasa disebut mesin sinkron. Ada dua

struktur kumparan pada mesin sinkron yang merupakan dasar kerja dari mesin

tersebut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC (membangkitkan medan

magnet, biasa disebut sistem eksitasi) dan sebuah kumparan (biasa disebut jangkar)

tempat dibangkitkannya GGL arus bola-balik.

Motor arus bolak-balik (Motor AC) menggunakan arus listrik yang membalikkan

arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik memiliki dua buah

bagian dasar listrik: “stator” dan “rotor” seperti ditunjukkan dalam gambar dibawah.

Stator merupakan komponen listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik

berputar untuk memutar as motor.


MESIN LISTRIK 13

DAFTAR PUSTAKA

(1) Arismunandar, W dan Tsuda, Koichi. (1983). Motor Diesel Putaran Tinggi. Pradnya

Paramitha. Jakarta

(2) Hayt, William H. dkk.2005.Rangkaian Listrik.Jakarta : Erlangga.

(3) Karyanto, E (2000). Panduan Reparasi Mesin Diesel. Penerbit Pedoman Ilmu Jaya.

Jakarta.

(4) Pantur Silaban.2000.Rangkaian Listrik.Jakarta : Penerbit Erlangga.

(5) Sumanto. (1996). Mesin Sinkron. Andi Yogyakarta. Yogyakarta.

(6) http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/04/generator-sinkron.html


MESIN LISTRIK 14

MAKALAH MESIN SINKRON

Documents

Transcript of MAKALAH MESIN SINKRON