Apa dinamika dari motor induksi dan motor sinkron?

Karakteristik Dinamis Motor Induksi dan Motor Sinkron

Motor induksi (Induction Motor) dan motor sinkron (Synchronous Motor) adalah dua jenis motor AC yang umum. Mereka berbeda secara signifikan dalam struktur, prinsip kerja, dan karakteristik dinamis. Berikut ini adalah analisis karakteristik dinamis dari kedua jenis motor tersebut:

1. Karakteristik Penghidupan

Motor Induksi:

Motor induksi biasanya memiliki arus penghidupan yang tinggi, seringkali 5 hingga 7 kali arus nominal. Hal ini karena pada saat penghidupan, rotor diam, dan slip s=1, yang menyebabkan arus terinduksi yang besar di dalam gulungan rotor.

Torsi penghidupan relatif rendah, terutama pada beban penuh, dan mungkin hanya 1,5 hingga 2 kali torsi nominal. Untuk meningkatkan kinerja penghidupan, dapat digunakan starter lembut atau starter bintang-delta untuk mengurangi arus penghidupan dan meningkatkan torsi penghidupan.

Proses penghidupan motor induksi bersifat asinkron; motor secara bertahap mempercepat dari keadaan diam hingga mendekati kecepatan sinkron tetapi tidak pernah mencapai sinkronisme yang tepat.

Motor Sinkron:

Karakteristik penghidupan motor sinkron tergantung pada jenisnya. Untuk motor sinkron yang dapat hidup sendiri (seperti motor sinkron magnet permanen atau motor sinkron dengan gulungan penghidupan), mereka dapat hidup secara asinkron seperti motor induksi tetapi ditarik ke sinkronisme oleh sistem eksitasi saat mendekati kecepatan sinkron.

Untuk motor sinkron yang tidak dapat hidup sendiri, perangkat eksternal (seperti konverter frekuensi atau motor bantu) biasanya diperlukan untuk membantu motor sampai mencapai kecepatan sinkron, setelah itu motor dapat masuk ke operasi sinkron.

Motor sinkron umumnya memberikan torsi penghidupan yang lebih tinggi, terutama yang memiliki sistem eksitasi, yang dapat memberikan torsi yang signifikan selama penghidupan.

2. Karakteristik Operasi Steady-State

Motor Induksi:

Kecepatan motor induksi sebanding dengan frekuensi pasokan tetapi selalu sedikit di bawah kecepatan sinkron. Slip s mewakili perbedaan antara kecepatan aktual dan kecepatan sinkron, biasanya berkisar antara 0,01 hingga 0,05 (yaitu 1% hingga 5%). Slip yang lebih kecil menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi, tetapi output torsi menurun sesuai.

Karakteristik torsi-kecepatan motor induksi bersifat parabolik, dengan torsi maksimum terjadi pada nilai slip tertentu (biasanya slip kritis). Ketika beban meningkat, kecepatan sedikit menurun, tetapi motor tetap beroperasi stabil.

Faktor daya motor induksi biasanya rendah, terutama pada beban ringan atau tanpa beban, mungkin sebesar 0,7. Seiring peningkatan beban, faktor daya meningkat.

Motor Sinkron:

Kecepatan motor sinkron secara ketat sebanding dengan frekuensi pasokan dan tetap konstan pada kecepatan sinkron, terlepas dari perubahan beban. Ini memastikan kecepatan yang sangat stabil, menjadikan motor sinkron cocok untuk aplikasi yang memerlukan kontrol kecepatan yang presisi.

Karakteristik torsi-kecepatan motor sinkron adalah garis vertikal, menunjukkan bahwa motor dapat memberikan torsi konstan pada kecepatan sinkron tanpa ada perubahan kecepatan. Jika beban melebihi kemampuan torsi maksimum motor, motor akan kehilangan sinkronisme dan berhenti.

Motor sinkron dapat mengontrol faktor daya dengan menyesuaikan arus eksitasi, memungkinkannya beroperasi dalam mode kapasitif atau induktif. Fitur ini membuat motor sinkron berguna untuk meningkatkan faktor daya jaringan listrik.

3. Karakteristik Respon Dinamis

Motor Induksi:

Respon dinamis motor induksi relatif lambat, terutama ketika beban berubah secara tiba-tiba. Karena inersia rotor dan inersia elektromagnetik, ada waktu lag untuk motor menyesuaikan diri dengan kondisi beban baru. Lag ini dapat menyebabkan fluktuasi kecepatan, terutama dalam aplikasi beban berat atau start-stop yang sering.

Rentang kontrol kecepatan motor induksi terbatas, biasanya dicapai dengan mengubah frekuensi pasokan (misalnya, menggunakan drive frekuensi variabel). Namun, hal ini dapat menyebabkan penurunan torsi, terutama pada kecepatan rendah.

Motor Sinkron:

Respon dinamis motor sinkron lebih cepat, terutama ketika beban berubah. Karena kecepatan motor selalu sinkron dengan frekuensi pasokan, motor dapat mempertahankan kecepatan yang stabil bahkan di bawah variasi beban. Selain itu, respon torsi motor sinkron cepat, memberikan torsi yang diperlukan dalam waktu singkat.

Motor sinkron dapat menyesuaikan torsi dan faktor daya dengan mengubah arus eksitasi, menawarkan kontrol yang lebih fleksibel. Metode kontrol canggih seperti kontrol vektor atau kontrol torsi langsung (DTC) juga dapat digunakan untuk mencapai kontrol kecepatan dan torsi yang presisi.

4. Kapasitas Overload dan Perlindungan

Motor Induksi:

Motor induksi memiliki kapasitas overload tertentu dan dapat menahan 1,5 hingga 2 kali beban nominal untuk jangka pendek. Namun, overloading yang berkelanjutan dapat menyebabkan panas berlebih, merusak material isolasi. Oleh karena itu, motor induksi biasanya dilengkapi dengan perangkat perlindungan overload, seperti relai termal atau sensor suhu, untuk mencegah panas berlebih.

Kapasitas overload motor induksi tergantung pada desainnya. Misalnya, motor induksi dengan rotor yang dibobin umumnya memiliki kinerja overload yang lebih baik daripada motor kandang tupai karena arus rotor dapat diatur menggunakan resistor eksternal.

Motor Sinkron:

Motor sinkron memiliki kapasitas overload yang kuat, terutama yang memiliki sistem eksitasi, yang dapat menangani 2 hingga 3 kali beban nominal untuk jangka pendek. Namun, overloading yang berkelanjutan juga dapat menyebabkan panas berlebih.

Motor sinkron dilindungi dengan berbagai cara, termasuk perlindungan overcurrent, perlindungan hilang langkah, dan perlindungan kesalahan eksitasi. Perlindungan hilang langkah mencegah motor kehilangan sinkronisme di bawah beban berlebih, sementara perlindungan kesalahan eksitasi memastikan fungsi yang tepat dari sistem eksitasi.

5. Skenario Aplikasi

Motor Induksi:

Motor induksi digunakan secara luas dalam industri, pertanian, dan peralatan rumah tangga, terutama dalam aplikasi di mana kontrol kecepatan presisi tinggi tidak diperlukan. Contoh termasuk kipas, pompa, dan kompresor.

Karena strukturnya yang sederhana, biaya rendah, dan mudah pemeliharaannya, motor induksi sering menjadi pilihan utama untuk banyak aplikasi.

Motor Sinkron:

Motor sinkron cocok untuk aplikasi yang memerlukan kontrol kecepatan presisi tinggi, seperti mesin perkakas presisi, generator, dan kompresor besar. Kemampuannya untuk mempertahankan kecepatan konstan dan memberikan faktor daya yang tinggi menjadikannya bernilai dalam sistem tenaga listrik untuk meningkatkan efisiensi jaringan.

Motor sinkron juga digunakan secara luas dalam aplikasi yang memerlukan kontrol kecepatan presisi dan respon dinamis yang cepat, seperti sistem servo dan robotik.

Ringkasan

• Motor Induksi: Arus penghidupan tinggi, torsi penghidupan rendah, kecepatan sedikit di bawah kecepatan sinkron, respon dinamis lebih lambat, cocok untuk aplikasi industri dan rumah tangga umum.

• Motor Sinkron: Karakteristik penghidupan tergantung pada jenisnya, kecepatan sinkron yang ketat, respon dinamis cepat, cocok untuk aplikasi yang memerlukan kontrol kecepatan presisi tinggi dan peningkatan faktor daya.