Generator Sinkron VS Motor Sinkron

 

Generator Sinkron VS Motor Sinkron

Di dalam disiplin ilmu tentang mesin-mesin listrik, dikenal sebuah mesin bernama mesin sinkron (synchronous machines). Mesin sinkron adalah satu penyebutan nama untuk dua jenis mesin listrik, yaitu generator sinkron (synchronous generator) dan motor sinkron (synchronous motor).

 

Kedua mesin listrik ini memiliki konstruksi dan prinsip kerja yang sama, namun prinsip kerja dari keduanya memiliki arah perubahan daya yang berkebalikan, dimana generator sinkron berfungsi mengubah energi mekanik menjadi energi listrik, sedangkan motor sinkron mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.

 

Oleh karena keduanya adalah mesin yang sama, maka keduanya disebut dengan satu nama yaitu mesin sinkron. Sedangkan dari sisi fungsi, mesin sinkron dapat dioperasikan sebagai generator sinkron atau sebagai motor sinkron. Lalu apa saja perbedaan yang lebih detail antara generator sinkron dan motor sinkron? Berikut kami sajikan sebuah tulisan yang membahas perbandingan antara generator sinkron vs motor sinkron secara mendetail.

 

1. Fungsi Konversi Daya/Energi

 

Generator sinkron mengonversi daya mekanik berupa gerak rotasi, menjadi daya listrik ac (alternating current) atau listrik bolak-balik. Sumber energi mekanik berasal dari prime mover, contohnya adalah mesin diesel atau mesin bensin pada genset, steam turbine pada PLTU, water turbine pada PLTA, wind turbine pada PLTB, gas turbine pada PLTGB, dan lain-lain. Sedangkan daya listrik keluaran digunakan untuk menyuplai beban berupa peralatan listrik atau menyuplai suatu sistem tenaga listrik.

 

Sebaliknya, motor sinkron mengonversi daya listrik ac menjadi daya mekanik berupa gerak rotasi. Sumber energi listrik berasar suatu sistem tenaga listrik, contohnya adalah listrik PLN, genset, atau sumber energi listrik EBT (energi baru dan terbarukan atau renewable energy) lainnya yang sudah di konversi menjadi listrik ac. Daya mekanik keluaran dari motor sinkron ada pada shaft rotor, dan biasanya digunakan untuk memutar suatu mesin, seperti pompa, kipas, blower, dan lain-lain, ketika penerapan mesin tersebut oleh pengguna, dibutuhkan kecepatan yang selalu konstan.

 

2. Kontrol Parameter Output Mesin

 

Generator sinkron harus mengontrol stabilitas output daya listrik berupa nilai frekuensi dan tegangan (voltase), misalnya adalah 50Hz dan 380V. Generator menjaga nilai frekuensi dengan menjaga kecepatan putar shaft rotor, dengan kata lain menjaga kecepatan prime mover. Kontrol kecepatan atau frekuensi ini disebut governor system. Untuk menjaga nilai tegangan output, generator mengontrol besarnya arus eksitasi dc (field current) yang mengalir pada kumparan rotor (field coil). Kontrol nilai tegangan ini disebut automatic voltage regulator (AVR). Bila kalian tertarik memahami topik ini lebih dalam, bacalah artikel kami sebelumnya yang berjudul “Menjaga Frekuensi Dan Tegangan Pada Generator Sinkron”.

 

Sebaliknya, motor sinkron harus mengontrol output daya mekanik pada shaft rotor berupa nilai kecepatan rotasi (rpm) dan torsi sesuai kebutuhan beban mekanik. Kecepatan rotasi shaft rotor berbanding lurus dengan nilai frekuensi daya listrik input, sehingga, bila beban membutuhkan pengaturan kecepatan, suplai daya listrik pada motor sinkron membutuhkan adanya variable frequency drive (VFD).

 

Selain itu, torsi output motor sinkron berbanding lurus dengan nilai arus suplai listrik. Kontrol torsi dan kecepatan motor sinkron keduanya dapat dilakukan oleh VFD secara bersamaan, karena torsi dan kecepatan rotasi berbanding lurus dengan daya mekanik output (P_out = Torsi x Kecepatan sudut), sehingga untuk menjaga daya output tetap, bila kecepatan turun, torsi harus naik, sebaliknya bila kecepatan naik, torsi harus turun. Hal ini berlaku pada VFD, bila frekuensi naik (kecepatan motor naik), tegangan akan naik untuk menurunkan arus listrik (torsi turun), bila frekuensi turun (kecepatan turun), tegangan akan turun untuk menaikkan arus listrik (torsi naik), sehingga daya listrik dan daya mekanik bersifat konstan. Ingat bahwa daya listrik berbanding lurus dengan tegangan dan arus listrik (P_in = √3 x V x I x Cos θ, pada daya listrik 3 phase).

 

3. Pengaruh Pembebanan Mesin

 

Generator sinkron dibebani dengan peralatan atau mesin listrik. Semakin besar daya listrik beban (kW), maka semakin besar pula arus listrik dan daya listrik yang disuplai oleh generator kepada beban. Kemudian, semakin besar daya aktif (kW) yang disuplai generator, akan menyebabkan frekuensi output turun, dan sistem governor harus meningkatkan kecepatan untuk mengembalikan frekuensi ke nilai awal.

 

Selain itu, beban listrik memiliki 3 varian sifat, ada yang bersifat induktif (lagging power factor), ada yang bersifat resistif (unity power factor) dan ada yang bersifat capasitif (leading power factor). Beban induktif menyerap daya reaktif (kVAR), sehingga generator harus menyuplai kVAR. Semakin besar kVAR yang disuplai oleh generator, akan menyebabkan tegangan output generator turun. Beban resistif tidak mengonsumsi atau menyuplai kVAR, sehingga kVAR bernilai 0 dan PF bernilai 1 (unity power factor). Beban kapasitif menyuplai kVAR, sehingga generator akan menyerap kVAR, semakin besar kVAR yang diserap, tegangan output akan naik. Terhadap ketiga jenis beban ini, AVR pada generator sinkron diperlukan untuk menjaga stabilitas tegangan.

 

Sebaliknya, motor sinkron dibebani dengan peralatan atau mesin mekanik. Semakin besar daya mekanik beban (HP), maka semakin besar pula torsi yang dibutuhkan untuk memutar beban mekanik, sehingga arus listrik dan daya listrik yang dikonsumsi oleh motor sinkron dari sistem tenaga listrik akan meningkat. Sedangkan kecepatan motor sinkron akan cenderung tetap dijaga oleh frekuensi sistem suplai daya listrik.

 

Selain itu, berbeda dengan generator yang dipengaruhi jenis beban apakah resistif, induktif atau capasitif, motor sinkron yang merupakan salah satu beban bagi sistem tenaga listrik atau beban bagi generator sinkron, justru dapat beroperasi sebagai beban induktif, resistif atau capasitif, dengan mengatur nilai arus eksitasi dc (field current) yang mengalir pada kumparan rotornya (field coil). Bila arus eksitasi diperbesar hingga pada nilai tertentu (over excited), motor sinkron menjadi beban induktif dan memiliki lagging power factor. Bila arus eksitasi diperkecil pada nilai tertentu (under excited), motor akan menjadi beban kapasitif dan memiliki leading power factor. Adapun bila nilai arus eksitasi pada nilai tertentu diantara over excited dan under excited, motor sinkron dapat menjadi beban resistif murni dengan PF bernilai 1.

 

Kemampuan motor sinkron yang unit ini menjadikannya kerap digunakan untuk memperbaiki kualitas daya pada sebuah electrical power system, dengan mengontrol nilai PF. Bila kalian tertarik mendalami topik ini, bacalah artikel kami sebelumnya yang berjudul “Memperbaiki PowerFactor Menggunakan Motor Sinkron”.

 

4. Parallel Mesin Sinkron

 

Bila dua buah generator sinkron atau lebih, hendak dipasang secara parallel satu sama lain, atau suatu generator di parallel dengan suatu sistem tenaga listrik, maka persayaratan yang harus dipenuhi adalah berupa parameter-parameter daya output generator tersebut, seperti nilai tegangan nominal, urutan phase, nilai sudut phase, dan nilai frekuensi nominalnya. Untuk mendalami topik ini lebih detail, bacalah artikel kami sebelumnya yang berjudul “Teknik Parallel Generator AC”.

 

Sebaliknya, bila dua buah motor sinkron atau lebih, hendak dipasang secara parallel satu sama lain atau disuplai daya listrik dari satu sistem suplai daya yang sama, maka persyaratan yang harus dipenuhi adalah berupa parameter-parameter daya input motor sinkron, seperti keduanya harus memiliki tagangan nominal yang sama, frekuensi nominal yang sama, dan yang sangat penting juga, sistem suplai daya harus memiliki kapasitas daya yang cukup untuk menyuplai dua unit atau lebih motor sinkron tersebut.

 

5. Suplai Dan Konsumsi Daya Listrik

 

Generator selalu beroperasi untuk menyuplai daya aktif atau real power (kW). Sedangkan mengenai daya reaktif atau reactive power (kVAR), generator dapat beroperasi sebagai penyuplai kVAR atau penyerap kVAR, dipengaruhi oleh jenis bebannya, apakah resistif, induktif atau capasitif, hal ini sudah kami jelaskan pada bagian di atas. Generator disebut menyuplai kVAR bila sudut fasa arus tertinggal oleh sudut fasa tegangan (lagging), sebaliknya bila sudut fasa arus mendahului sudut fasa tegangan (leading), generator sinkron akan mengonsumsi kVAR.

 

Sebaliknya, motor sinkron selalu beroperasi untuk mengonsumsi atau menyerap daya aktif (kW). Sedangkan mengenai daya reaktif (kVAR), motor sinkron dapat beroperasi sebagai penyuplai kVAR atau penyerap kVAR, dipengaruhi oleh nilai arus eksitasinya. Bila motor sinkron beroperasi sebagai over excited, maka arus yang di konsumsinya menjadi leading terhadap tegangan, dan motor disebut sebagai beban dengan PF leading dan bersifat menyuplai kVAR (generator atau power system yang menyuplai daya kW, menyerap kVAR). Bila beroperasi sebagai under excited, maka arus yang mengalir menjadi lagging terhadap tegangan, dan motor disebut sebagai beban dengan PF lagging dan bersifat menyerap kVAR (generator atau power system yang menyuplai daya kW, menyuplai kVAR).

 

Demikian pembahasan yang dapat kami sampaikan berkenaan dengan perbandingan antara generator sinkron vs motor sinkron. Untuk diskusi lebih dalam, silahkan tinggalkan komentar kalian, dan jangan lupa untuk membaca artikel kami yang lainnya.

 

Penulis : ER

Share this post