Metode Starting Motor Sinkron (Synchronous Motor)

 

Starting Motor Sinkron

Motor sinkron (synchronous motor) adalah mesin listrik sinkron yang berfungsi mengonversi energi listrik ac (alternating current) menjadi energi mekanik berupa gerak rotasi. Pemakaian istilah sinkron di sini bermakna bahwa kecepatan rotasi mekanik (shaft rotor) mesin akan selalu bernilai sama dengan kecepatan rotasi medan magnetnya dalam kondisi steady state.

 

Untuk menjalankan sebuah motor sinkron dari kondisi awal diam, diperlukan metode starting yang benar. Kesalahan dalam prosedur starting motor sinkron dapat menyebabkan motor tersebut bergetar kencang dan mengalami overheat lalu terbakar. Oleh karena itu, pada kesempatan ini kami ingin membahas mengenai motode starting motor sinkron (synchronous motor).

 

Bagaimana kesalahan starting motor sinkron dapat menyebabkan kerusakan pada motor tersebut? Sebagaimana mungkin kalian sudah tahu, bahwa motor sinkron terdiri dari rotor dan stator. Di dalam rotor, terdapat kumparan yang disebut field coil, dimana kumparan tersebut perlu disuplai arus dc (direct current) yang disebut sebagai arus eksitasi atau field current. Arus eksitasi yang mengalir pada kumparan rotor akan menghasilkan medan magnet statis (tidak berputar), sehingga kondisi ini menyebabkan rotor menjadi layaknya sebuah magnet permanen.

 

Di sisi lain, stator juga memiliki kumparan yang disebut armature coil, dimana kumparan tersebut perlu disuplai daya listrik ac (alternating current) sebagai daya listrik input, umumnya daya 3 phase. Arus ac yang mengalir pada kumparan stator akan menghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan sinkron yang berbanding lurus dengan frekuensi daya suplai. Pertemuan medan magnet berputar yang dihasilkan stator dan medan magnet diam yang dihasilkan stator, akan menyebabkan kutub-kutub magnet dari kedua bagian motor tersebut akan berinteraksi (tarik menarik atau tolak menolak), sehingga rotor yang semula diam, akan bergerak berputar dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan medan putar (sinkron).

 

Akan tetapi perlu dicatat, bila pada saat starting sebuah motor sinkron, suplai arus eksitasi dc pada kumparan rotor dan suplai daya  listrik ac 3 phase pada kumparan stator, dilakukan secara bersamaan, medan magnet putar yang berotasi dengan cepat, akan meninggalkan medan magnet statis rotor akibat adanya sifat kelembaman pada rotor yang semula diam. Hal ini menyebabkan interaksi kutub-kutub magnet dari keduanya menjadi tidak sinkron, rotor akan bergerak berlawanan arah jarum jam pada setengah gelombang pertama suplai listrik ac, dan rotor akan bergerak searah jarum jam pada setengah gelombang berikutnya, dan hal ini akan berlanjut hingga rotor bolak balik arahnya. Misalkan frekuensi listrik ac suplai daya adalah 50 Hz, artinya terjadi 50 gelombang per detik, maka rotor akan bolak balik arah sebanyak 100 kali dalam satu detik. Seperti yang telah kami singgung, maka hal tersebut akan menyebabkan motor sinkron bergetar kencang dan mengalami overheat, lalu terbakar.

 

Untuk menghindari masalah tersebut, metode starting motor sinkron (synchronous motor) dapat dilakukan dengan 3 cara yang aman, yaitu menggunakan variable frequency drive (VFD), menggunakan external prime mover, dan menggunakan amortisseur winding. Ketiganya akan kami bahas satu per satu dengan detail sebagai berikut.

 

Menggunakan Variable Frequency Drive (VFD)

 

Ketika starting motor sinkron, kecepatan sinkron medan putar yang tinggi (misal dengan suplai listrik 50 Hz atau 60 Hz) mengakibatkan rotor yang memiliki kelembaman menjadi tertinggal sehingga interaksi kedua medan magnet tidak sinkron. Oleh karena itu, salah satu metode starting motor sinkron adalah dengan menggunakan kecepatan sinkron medan putar yang rendah pada awal, dan meningkatkan kecepatan sinkron medan putar perlahan secara linear hingga mencapai kecepatan sesuai ratingnya.

 

Pengaturan kecepatan sinkron medan putar ini dapat dilakukan dengan mengatur frekuensi daya listrik input, karena kecepatan motor sinkron berbanding lurus secara linear dengan frekuensi listrik input. Kecepatan medan putar yang rendah akan menyebabkan rotor yang memiliki sifat kelembaman dipercepat secara perlahan dan kedua medan magnet (rotor dan stator) dapat berinteraksi dengan sinkron.

 

Sistem kelistrikan tentu saja memiliki frekuensi yang stabil, misalnya di Indonesia menggunakan PLN dengan frekuensi 50 Hz.  Untuk dapat mengatur frekuensi suplai terhadap motor sinkron, kita dapat menggunakan teknologi yang umum disebut variable frequency drive (VFD). Umumnya VFD merupakan teknologi yang menggunakan rangkaian rectifier-inverter, dimana rectifier mengubah listrik input ac menjadi listrik dc, lalu inverter mengubah listrik dc tersebut menjadi listrik ac pada frekuensi yang dapat di atur. Namun ada juga konsep konversi lainnya yang disebut cyclocoverter, dimana rangkaian ini dapat mengubah listrik ac pada frekuensi tertentu menjadi listrik ac pada frekuensi lain secara instan, tanpa mengubahnya terlebih dahulu menjadi listrik dc. Bila kalian berminat memahami rangkaian rectifier, kalian dapat membaca tulisan kami sebelumnya yang berjudul “Rangkaian Penyearah (Rectifier Circuit)”.

 

Menggunakan External Prime Mover

 

Metode starting motor sinkron yang kedua adalah menggunakan external prime mover, yang umumnya menggunakan motor induksi. Pada proses starting, daya listrik suplai ac 3 phase tidak langsung diberikan pada kumparan stator, sementara arus eksitasi dc langsung diberikan pada kumparan rotor, dan shaft rotor dari motor sinkron diputar oleh motor induksi eksternal hingga mencapai atau mendekati kecepatan sinkronnya. Kondisi starting ini menjadikan motor sinkron bertindak sebagai generator sinkron, dimana ia mengubah daya mekanik dari prime mover (pada contoh ini motor induksi), menjadi daya listrik ac 3 phase pada terminal statornya.

 

Ketika motor sinkron telah beroperasi sebagai generator sinkron, maka terminal stator dapat di parallel dengan terminal suplai daya. Prosedur untuk melakukan parallel ini kalian dapat membaca tulisan kami sebelumnya yang berjudul “Teknik Parallel Generator AC”. Setelah selesai memparallel, external prime mover dapat dilepas, sehingga mesin sinkron perlahan akan beralih dari semula beroperasi sebagai generator sinkron menjadi motor sinkron, yang mengubah daya listrik ac menjadi daya mekanik berupa gerak rotasi.

 

Menggunakan Damper/Amortisseur Winding

 

Metode starting motor sinkron yang ketiga adalah menggunakan amortisseur winding. Komponen ini merupakan bawaan pabrikasi dalam konstruksi motor sinkron, bila memang termasuk. Jadi, bila memang motor sinkron secara konstruksi tidak di lengkapi komponen ini, maka metode ini tidak dapat di lakukan.

 

Komponen ini berbentuk squirrel cage persis seperti pada konstruksi motor induksi (mungkin akan kami bahas pada kesempatan lain). Untuk melakukan prosedur starting dengan metoda ini, pada kondisi mula suplai daya listrik ac 3 phase diberikan pada terminal kumparan stator motor sinkron, namun suplai arus eksitasi dc pada kumparan rotor tidak berikan terlebih dahulu. Kondisi ini menghasilkan medan magnet putar dari kumparan stator, dengan kecepatan sinkron, namun, tidak ada medan magnet statis pada kumparan rotor. Namun, karena adanya amortisseur winding atau biasa juga disebut damper winding dalam konstruksi rotor, medan magnet putar akan menginduksi tegangan pada damper winding tersebut, sehingga timbul arus mengalir di dalam damper winding. Arus tersebut akan menghasilkan medan magnet juga, sehingga terjadi interaksi antara medan stator dan medan damper winding, dan rotor akan berputar. Kondisi ini persis sebagaimana prinsip kerja motor induksi.

 

Setelah kecepatan rotor mendekati kecepatan sinkron, maka arus eksitasi dc diberikan pada kumparan rotor, sehingga timbul medan magnet rotor, dan berinteraksi dengan medan magnet stator, sehingga kecepatan rotor akan sama dengan kecepatan sinkron. Pada kondisi ini, motor sudah beroperasi sebagai motor sinkron, dan karena kecepatan rotor dan medan putar sama, maka arus induksi pada damper winding akan hilang.

 

Demikian pembahasan yang dapat kami sampaikan pada kesempatan ini tentang motode starting motor sinkron. Sejauh pengalaman penulis, mayoritas motor sinkron kapasitas kecil dilengkapi amortisseur winding, sehingga metode starting yang paling banyak digunakan adalah metode ketiga. Sedangkan bila motor sinkron tidak dilengkapi dengan amortisseur winding, umumnya lebih mudah menggunakan metode pertama, yaitu menggunakan VFD, karena secara operasional jauh lebih mudah.

 

Adapun metode kedua, penggunaan eksternal prime mover sangat jarang ditemui, karena terbilang tidak efisien dalam penggunaannya. Biasanya penggunaan motode kedua ini dilakukan pada motor sinkron berkapasitas besar, yang memang kerap digunakan bergantian antara sebagai motor sinkron dan sebagai generator sinkron. Perlu diingat bahwa motor sinkron dan generator sinkron memiliki konstruksi mesin yang sama, dan bisa disebut sebagai mesin sinkron saja.

 

Penulis : ER

 

Share this post