syauqi firdaus: Motor AC sinkron

Makalah ini menjelaskan mengenai:

a) Prinsip kerja Motor AC sinkron

b) Kontruksi dan tipe Motor AC sinkron

c) Rumusan matematis Motor AC sinkron

d) Penggunaan Motor AC sinkron

e) Proteksi Motor AC sinkron

f) Pengukuran Motor AC sinkron

g) Karakteristik Motor AC sinkron

h) Sumber dan Referensi

PENDAHULUAN

Sebelum masuk pada penjelasan mengenai motor sinkron dan generator AC, ada baiknya kita mengetahui dan mengenal dasar pengertian motor itu sendiri agar dapat memahami konsep cara kerja motor.

Dalam ilmu fisika (physical science), teknologi rekayasa kelistrikan (electrical engineering technology), dan teknologi rekayasa permesinan (automotive engineering technology), yang dinamakan mesin listrik (electrical machines) dibedakan atas 3 kelompok besar, yaitu:

· Motor listrik atau generator mesin, disebut motor (pemuntir).

· Generator listrik atau motor mesin, disebut generator (pembangkit).

Transformator listrik atau transformer listrik, disingkat trafo (pengalih, pemindah).

Gambar Transformator

Gambar Generator Listrik

Gambar Motor Listrik

MOTOR LISTRIK

Motor listrik termasuk kedalam kategori mesin listrik dinamis dan merupakan sebuah perangkat elektromagnetik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll di industri dan digunakan juga pada peralatan listrik rumah tangga (seperti: mixer, bor listrik, kipas angin). Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri, sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.

Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor listrik secara umum adalah sama, yaitu:

- Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.

- Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.

- Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torsi untuk memutar kumparan.

- Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.

Motor listrik sudah menjadi kebutuhan kita sehari-hari untuk menggerakkan peralatan dan mesin yang membantu perkerjaan. Untuk memutar baling-baling pada kipas angin, digunakan motor listrik. Demikian juga, motor listrik digunakan pada peralatan rumah tangga lainnya seperti: hair dryer, blender, pompa air, mesin cuci, mesin jahit, bor listrik dll. Mesin-mesin pertanian terutama mesin pengolahan hasil pertanian dan mesin-mesin di industri pun banyak yang menggunakan tenaga putarnya dari motor listrik.

Pada motor bakar, motor listrik digunakan sebagai motor starter. Pada traktor pertanian, motor listrik dugunakan pada motor starter dan wiper. Penggunaan motor listrik ini semakin berkembang karena memiliki keunggulan dibandingkan motor bakar, misalnya:

a) kebisingan dan getaran lebih rendah,

b) kecepatan putaran motor bisa diatur,

c) lebih bersih,

d) lebih kompak, dan

e) hemat dalam pemeliharaan.

JENIS MOTOR LISTRIK

Dibawah ini adalah bagan mengenai macam – macam motor listrik berdasarkan pasokan input, konstruksi, dan mekanisme operasi yang terangkum dalam klasifikasi motor listrik.

Motor Arus Bolak – Balik (AC)

Motor AC / arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik AC memiliki dua buah bagian dasar listrik: "stator" dan "rotor". Stator merupakan komponen listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor. Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor AC lebih sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekwensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya.

Gambar Motor Listrik

TEORI DASAR MOTOR SINKRON

1. PRINSIP KERJA MOTOR SINKRON

Kontruksi dari motor sinkron sama dengan kontruksi generator sinkron. Adapun cara kerja motor sinkron dapat diuraikan sebagai berikut :

Bila kumparan stator atau armatur mendapatkan tegangan sumber bolak-balik (AC) 3 phasa, maka pada kumparan stator timbul fluks magnet putar. Fluks magnet putar ini setiap saat akan memotong kumparan stator, sehingga pada ujung-ujung kumparan stator timbul GGL armatur (E_am). Fluks putar yang dihasilkan oleh arus bolak-balik tidak seluruhnya tercakup oleh kumparan stator. Dengan perkataan lain, pada kumparan stator timbul fluks bocor dan dinyatakan dengan hambatan armatur (R_am) dan reaktansi armatur (X_am).

Kumparan rotor terletak antara kutub-kutub magnit KU dan KS yang juga mempunyai fluks magnet. Kedua fluks magnet tersebut akan saling berinteraksi dan mengakibatkan rotor berputar dengan kecepatan putar rotor sinkron dengan kecepatan putar stator.

Pada motor DC, GGL armatur besarnya tergantung pada kecepatan putar rotor, sedangkan pada motor AC, GGL armatur besarnya tergantung pada faktor daya (PF) beban yang berupa kumparan stator.

Untuk memperbesar kopel putar rotor (kecepatan putar rotor), kutub-kutub magnet yang terletak pada bagian rotor dililiti kumparan dan kumparan tersebut dialiri arus listrik DC dan arus ini disebut penguat (L_f).

Dari kumparan rotor yang ikut berputar dengan kumparan stator (kecepatan sinkron) akan timbul fluks putar rotor yang bersifat reaktif terhadap fluks putar stator. Ini disebut reaktans pemagnet (X_M). Reaktans pemagnet bersama-sama dengan reaktans armatur (_Xam) disebut reaktans motor sinkron (X_sm). Dengan demikian rangkaian listrik dari motor sinkron adalah seperti tertera pada gambar berikut

Gambar 1. Rangkaian Listrik Motor Sinkron

Keterangan:

- R_am= Hambatan armatur

- X_sm = Reaktans sinkron

- E_am = GGL armatur

- I_L = Arus jala-jala

- I_am = Arus armatur

- V_t = Tegangan sumber bolak-balik

- I_f = Arus penguat medan

- R_f = Kumparan penguat medan

Dari gambar di atas berlaku persaman:

V_t = I_am.X_sm + I_am.R_am + E_am

Proses terjadinya perputaran rotor karena kumparan stator mendapat sumber arus AC 3 phasa, maka pada kumparan stator timbul fluks putar yang mempunyai kutub utara stator (N_s) dan kutub selatan (S_s). Andaikan saat awal fluks berputar searah jarum jam dengan kedudukan kutub utara stator pada titik A dan kutub selatan stator pada titik B, sedangkan kedudukan kutub-kutub magnet rotor yaitu kutub utara magnet pada titik A dan kutub selatan magnet pada titik B (perhatikan gambar a), maka kedua kutub magnet tersebut akan tolak-menolak. Kedudukan kutub-kutub fluks putar pada setengah periode berikutnya (gambar b), kutub selatan fluks putar stator pada titik A sedangkan kutub utara fliks putar pada titik B. Hal ini berlawanan dengan kedudukan kutub-kutub magnet rotor, yaitu kutub utara rotor pada titik A sedangkan kutub selatan rotor pada titik B. Hal ini membuat magnet rotor akan tertarik oleh arah fluks putar stator karena saling berlawanan tanda.

(a) (b) (c)

Gambar 2. Proses Terjadinya Perputaran Motor

Pada setengah periode berikutnya (ganbar c), kutub utara stator pada titik A sedangkan kutub selatan stator pada titik B, demikian juga kutub utara rotor pada titik A dan kutub selatan rotor pada titik B. Sehingga pada periode berikutnya, rotor akan berputar sinkron dengan arah perputaran fluks stator.

2. EKSITASI PADA MOTOR SINKRON

Pada motor sinkron, sifat GGL armatur (stator) yang timbul akibat adanya fluks rotor adalah menentang tegangan sumber V_t. Besar GGL armatur hanya tergantung pada arus eksitasi rotor (tidak seperti pada motor DC yang tergantung pada kecepatan). Dengan adanya GGL armatur (E_a) dan tegangan sumber (V), maka pada armatur timbul tegangan armatur resultan (E_R) yang besarnya merupakan jumlah vektor V dan E_a.

Gambar 3. Motor tanpa beban

Pada gambar di atas menunjukkan motor berputar tanpa beban dan tanpa adanya rugi-rugi. Dari gambar tersebut terlihat bahwa arah vektor E_aberlawanan dengan arah vektor Vdan sama besar atau ditulis V = -E_a. Hasil penjumlahan dari kedua vektor tegangan tersebut adalah E_R = 0. dalam keadaan ini, motor bekerja mengambang.

Gambar 2.4. Motor tanpa beban dengan rugi-rugi

Bila motor tanpa beban tetapi mempunyai rugi-rugi, maka E_a akan bergeser dengan sudut yang kecil sebesar d terhadap V karena adanya rugi-rugi I_a.R_a dan I_a.X_sm (besar E_a tidak berubah karena eksitasi konstan).

Gambar 2.5. Motor berbeban

Apabila moor terbebani, sudut d akan naik menjadi d₁, sedangkan E_R juga akan naik menjadi E_R1 (E_a besarnya tetap karena eksitasi konstan).

2.1. Efek Eksitasi Konstan

a. Eksitasi Normal

Pada kondisi eksitasi normal, motor akan bekerja pada beban lagging. Karena adanya rugi-rugi pada R_am dan X_sm, maka besar E_a = V.

b. Eksitasi Kurang (under exitation)

Arus eksitasi (I_f) yang dibutuhkan oleh motor kurang besarnya terhadap motor yang bekerja pada eksitasi normal. Dalam hal ini, beban motor bersifat induktip. Akibatnya motor bekerja pada faktor dya tertinggal (lagging power factor) atau I_a tertinggal terhadap V. Dalam keadaan ini E_a <>

c. Eksitasi Lebih (over exitation)

Jika Arus eksitasi (I_f) berlebihan besarnya terhadap motor, maka kumparan stator akan menarik arus pemagnet dari sumber listrik. Dalam hal ini, beban motor bersifat kapasitip dan akibatnya motor bekerja pada faktor daya mendahului (leading power factor). Dalam keadaan ini, E_a > V dan disebut motor bekerja pada eksitasi lebih.

d. Unity

Untuk E_a > V dan I_a sephasa dengan V, dalam keadaan ini motor mempunyai beban sama dengan satu (unity).

2.2. Efek Eksitasi Pada Beban Konstan

a. Penurunan eksitasi

Gambar 2.6. Penurunan eksitasi

Bila penurunan eksitasi terjadi, maka E_a akan turun menjadi E_a1 pada sudut beban sama dengan a₁. Tegangan resultan E_R1 menyebabkan arus I_a1 lagging walaupun magnitude I_a1 > I_a.

Adapun daya yang dibutuhkan untuk memikul beban sebesar V.I_a. Dalam hal ini, daya motor untuk memikul beban konstan masih kurang karena komponen I_a1 cos q₁ <>a sehingga V.I_a1 cos q₁ <>a. Akibatnya memerlukan kenaikan sudut beban a₁ ke a₂. Hal ini menyebabkan kenaikan E_a1 menjadi E_a2 dan kenaikan E_R1 menjadi E_R2. Konsekuensinya I_a1 naik menjadi I_a2 sehingga didapat I_a2cos q₂ = I_a. Dengan demikian telah dicapai daya armatur yang sama pada motor beban konstan.

b. Kenaikan eksitasi

Gambar 2.7. Kenaikan eksitasi

Efek dari kenaikan eksitasi, E_a naik menjadi E_a1 pada a = a₁. tegangan resultan E_R1 yang timbulmenyebabkan Ia1 mendahului terhadap V_t yang I_a1 > I_a. Karena itu memerlukan penurunan a₁ ke a₂ dan diikuti oleh penurunan E_a1 ke E_a2 dan akhirnya diikuti juga dengan penurunan E_R1 ke E_R2.

Konsekuensinya, I_a1 turun menjadi I_a2 sampai dengan komponen I_a2 cos q₂ = I_a, sehingga daya cukup untuk memikul beban. Jadi pada beban konstan, variasi eksitasi hanya pada sudut beban.

MOTOR AC - SINKRON

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.

Komponen utama motor sinkron adalah:

1. 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.

2. Stator

Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi yang dipasok.

Gambar Motor Sinkron.

A. Prinsip Kerja Motor AC sinkron

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.

Prinsip Motor Sinkron secara umum :

- Belitan medan terdapat pada rotor

- Belitan jangkar pada stator

- Pada motor sinkron, suplai listrik bolak-balik (AC ) membangkitkan fluksi medan putar stator (B_s) dan suplai listrik searah (DC) membangkitkan medan rotor (B_s). Rotor berputar karena terjadi interaksi tarik-menarik antara medan putar stator dan medan rotor. Namun dikarenakan tidak adanya torka-start pada rotor, maka motor sinkron membutuhkan prime-mover yang memutar rotor hingga kecepatan sinkron agar terjadi coupling antara medan putar stator (B_s) dan medan rotor (B_r).

Penyalaan Motor Sinkron

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 (gambar dibawah bagian a). Seiring dengan pembebanan, ada pergeseran kutub rotor ke belakang, relative terhadap kutub stator (gambar bagian b). Tidak ada perubahan kecepatan. Sudut antara kutub rotor dan stator disebut sudut torque .

Gambar sudut torque (torque angle)

Jika beban mekanis pada motor dinaikkan ke titik dimana rotor ditarik keluar dari sinkronisasi

, maka motor akan berhenti. Harga maksimum torque sehingga motor tetap bekerja tanpa kehilangan sinkronisasi disebut pull-out torque.

B. Kontruksi Motor AC Sinkron

Gambar Kontruksi Motor Sinkron

Seperti yang telah diulas diatas, bahwa komponen penting dari motor sinkron adalah stator dan rotor, yang mana komponen ini adalah komponen umum atau dasar pada sebuah motor.

Motor sinkron adalah motor ac yang memiliki kecepatan konstan, namun kecepatan dapat diatur karena kecepatannya berbanding lurus dengan frekuensi. Motor sinkron secara khusus sangat baik digunakan untuk kecepatan rendah. Kelebihan dari motor sinkron ini antara lain, dapat dioperasikan pada faktor daya lagging maupun leading, tidak ada slip yang dapat mengakibatkan adanya rugi-rugi daya sehingga motor ini memiliki efisiensi tinggi. Sedangkan kelemahan dari motor sinkron adalah tidak mempunyai torka mula, sehingga untuk starting diperlukan cara-cara tertentu. Bila metode starting telah dapat dikembangkan kemudian hari, maka motor ini akan lebih unggul dibandingkan motor listrik yang lain.

C. Rumusan matematis Motor AC sinkron

Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut:

Ns = 120 f / P

di mana :

N_s = kecepatan serempak, dalam rpm

F = frekuensi daya AC

p = jumlah kutup per lilitan phase

Slip dari motor AC dihitung dengan :

Di mana :

N_r = kecepatan putar, dalam rpm

S = slip normal, 0 sampai 1.

Sebagai contoh, sebuah motor dengan empat kutub beroperasi pada 60 Hz bisa memiliki plat nama 1725 RPM pada beban penuh, sedangkan bila dihitung kecepatannya 1800 RPM.

D. Penggunaan Motor AC sinkron

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.

E. Proteksi Motor AC sinkron

Motor dapat menjadi generator, apabila energi listrik dirubah menjadi energi mekanik disebut motor, tapi apabila energi mekanik menjadi energi listrik disebut generator. Jadi "di atas kertas" motor itu bisa jadi generator, tapi bila melihat fungsi dan konstruksinya akan berbeda, jadi dalam keadaan khusus motor akan menjadi generator, atau generator menjadi motor. Namun untuk mencegah hal tersebut dipasang proteksi khusus agar motor tidak menjadi menjadi generator atau sebaliknya.

Ada banyak metode kendali motor AC (motor induksi, motor sinkron) dengan kelebihan dan kekurangannya. Namun secara umum metode ini dapat dikelompokkan sebagai berikut:

Kendali Skalar (v/f Konstan)
Kendali Berorientasi Medan (Field Oriented Control, FOC)
Kendali Torsi Langsung (Direct Torque Control, DTC)

Overload Motor Protection

Overload Motor Protection, yang dimaksud motor ini adalah electric motor yang oleh orang awam disebut dinamo. Dan disini dikhususkan yang terjadi pada motor AC 3 phase. Fungsi dari motor ini adalah sebagai penggerak atau untuk mengkonversi energi listrik menjadi mekanik/ gerak seperti lift, conveyor, blower, crusher dll. Dalam dunia industri saat ini peran yang dilakukan motor ini sangat vital. Untuk itu proteksi sangat diperlukan untuk menjaga kelancaran suatu proses. Sistem proteksi motor ini sudah lama dikenal dan berkembang seiring kemajuan teknologi. Mulai dari penggunaan eutic relay, thermal, sampai elektronik. Secara umum sistem kerja alat tersebut dapat dibagi menjadi dua yaitu dengan thermal dan elektronik.THERMAL OVERLOAD

Sesuai dengan namanya proteksi motor ini menggunakan panas sebagai pembatas arus pada motor. Alat ini sangat banyak dipergunakan saat ini. Biasanya disebut TOR, Thermis atau overload relay. Cara kerja alat ini adalah dengan menkonversi arus yang mengalir menjadi panas untuk mempengaruhi bimetal. Nah , bimetal inilah yang menggerakkan tuas untuk menghentikan aliran listrik pada motor melalui suatu control motor starter (baca motor starter). Pembatasan dilakukan dengan mengatur besaran arus pada dial di alat tersebut. Jadi alat tersebut memiliki range adjustment misal TOR dengan range 1 ~ 3,2 Amp disetting 2,5 Amp. Artinya, kita membatasi arus dengan TOR pada level 2,5 Amp saja.

ELECTRONIC OVERLOAD

Overload electronic ini mempunyai 2 karakteristik trip, INVERSE dan DEFINITE. Inverse, ia akan bekerja seperti thermal overload. Perbedaannya adalah kemampuannya untuk menggeser kurva trip. Jadi overload ini selain mempunyai setting arus juga kecepatan trip atau class adjustment. Selain itu dengan menggunakan rangkaian elektronik ia akan tidak mudah dipengaruhi suhu sekitar serta akurasi lebih terjaga. Definite, bekerja dengan pembatasan yang ketat. Dengan karakteristik ini, berapapun besar kelebihan beban ia akan trip setelah mencapai waktu yang ditentukan. Misal seting overload pada 10 amp dengan waktu trip 4 detik. Jika terjadi kelebihan beban lebih dari 10 amp selama lebih dari 4 detik dia akan trip. Kecepatan trip ini tidak tergantung besar arus overload (baik kecil atau besar sama saja).

Dengan menggunakan rangkaian elektronik biasanya alat ini dilengkapi dengan fasilitas proteksi lain seperti phaseloss protection, Lock Rotor Protection, Short Circuit Protection dll. Dengan gambaran tersebut di atas, maka kita bisa menentukan kebutuhan overload protection yang diperlukan. Dan perlu di ingat bahwa, terbakarnya motor tidak hanya karena terjadinya overload. Overload hanyalah salah satu dari beberapa fakor penyebab terbakarnya motor. Seberapa tinggi tingkat proteksi motor yang kita perlukan tergantung dengan prioritas kita. Tetapi, overload protection tetaplah mutlak diperlukan dalam sebuah suatu sistem motor starter.

F. Pengukuran Motor AC sinkron

Pembangkitan Torka

Interaksi antara medan putar stator (B_s) dan medan rotor (B_r) yang membangkitkan torka seperti terlihat dalam persamaan berikut:

T = B_sx B_s(sin δ)

δ disebut sudut beban karena besarnya tergantung pembebanan. Pada saat beban nol nilai δ=0. Jika dibebani, medan rotor tertinggal dari rotor sebesar δ, kemudian berputar sama lagi. Beban maksimum tercapai pada δ=90^o. Jika beban dinaikkan terus melebihi batas itu, maka motor akan kehilangan sinkronisasi dan akhirnya akan berhenti.

Pembangkitan medan putar

· Pada Motor sinkron 3 fasa, mengalir arus seimbang pada tiap fasa dengan beda sudut fasa 120^o

i_a = I_m sin ωt

i_b = I_m sin (ωt-120^o)

i_c = I_m sin (ωt-240^o)

Tiap arus fasa membangkitkan ggm F yang merupakan fungsi sudut ruang ө seperti i_a à F_a.cos θ. Dengan F_a=F_m. sin ωt

Maka ggm F tiap fasa yang dibangkitkan

F_a = F_m sin ωt.cos θ

F_b = F_m sin (ωt-120^o).cos (θ-120^o)

F_c = F_m sin (ωt-240^o) .cos (θ-240^o)

Resultan ketiga ggm, F_r=F_a+ F_b +F_c

Dan jika kemudian disederhanakan dengan persamaan trigonometri akan diperoleh:

F(θ,t) = 3/2 F_m.cos (θ-ωt)

Yang berarti resultan-mmf adalah medan putar sebagai fungsi dari ruang dan waktu, seperti terlihat dalam gambar berikut:

G. Karakteristik Motor AC sinkron

Gambar Model Motor Sinkron (Model dan Diagram Fasor)

Pengaruh Penguatan Medan

Ø Untuk membangkitkan fuksi dibutuhkan daya reaktif yang bersifat induktif.

Ø Pada motor sinkron, ggm dibangkitkan arus medan (DC) pada belitan rotor. Jika arus medan ini cukup, maka motor tidak membutuhkan suplai energi reaktif dari sisi stator yang bersumber dari jaringan listrik. Sehingga motor bekerja dengan faktor daya = 1.

Ø Jika penguatan arus medan kurang, maka motor sinkron akan menarik daya reaktif yang bersifat induktif dari sisi stator. Sehingga motor bekerja dengan factor daya(pf) terbelakang (lagging). Artinya motor menjadi pembangkit daya reaktif yang bersifat induktif.

Ø Kebalikannya jika kelebihan penguatan arus medan, maka motor sinkron akan menarik daya reaktif yang bersifat kapasitif dari sisi stator. Sehingga motor bekerja dengan factor daya (pf) mendahului (leading). Artinya motor menjadi pembangkit daya reaktif yang bersifat kapasitif.

Kondensor Sinkron

Seperti diuraikan di atas, jika motor sinkron kelebihan penguatan arus medan, maka motor sinkron akan menarik daya reaktif yang bersifat kapasitif dari sisi stator. Sehingga motor bekerja dengan factor daya (pf) mendahului (leading). Artinya motor menjadi pembangkit daya reaktif yang bersifat kapasitif. Sehingga motor sinkron dapat digunakan untuk memperbaiki factor daya (pf). Dalam hal ini motor sinkron disebut Kondensor sinkron.

Karakteristik Torka dan Sudut daya

Gambar diatas memperlihatkan bahwa Torka adalah fungsi sin δ, dengan δ adalah sudut daya. Pada motor sinkron nilai δ negatif dan nilainya positif pada generator sinkron. Torka maksimum dicapai pada δ= +/- 90^o. Jika melebihi batas itu, maka motor atau generator akan kehilangan stabilitas dan sinkronisasi dan pada akhirnya akan berhenti.