Teori Dasar

SynRM merupakan motor listrik 3 fase dengan struktur rotor magnetically anisotropic tanpa magnet permanen. Pada SynRM dengan 4 kutub, rotor mempunyai 4 kinerja high dan low. Kinerja high berarti konduktivitas magnet dan nilai induktans tinggi. Sedangkan kinerja low berarti nilai induktansnya rendah. Ketika medan magnet dihasilkan di celah udara dengan mengalirkan arus pada lilitan stator, rotor akan berusaha mensejajarkan sumbu konduktif magnet, sumbu d, dengan medan magnet dari stator untuk meminimalisasi reluktans dalam rangkaian magnet [1].

Reluktans merupakan invers dari permeance atau dalam paktiknya disebut resistans magnetik. Nilai reluktans yang tinggi mengindikasikan nilai induktansnya rendah. Sumbu yang memiliki performa yang tinggi (high performance) berada pada sumbu direct atau sumbu d. Sedangkan sumbu yang memiliki nilai reluktans yang tinggi berada pada sumbu quadrature atau sumbu q [1].

Gambar 1. Ilustrasi cross-sectional rotor SynRM dan definisi sumbu magnet d dan q [1].

Aspek desain yang penting dari SynRM yaitu efek dari konstruksi rotor pada nilai induktansi motor. Nilai torsi keluaran SynRM sebanding dengan perbedaan antara induktans sumbu d dengan induktans sumbu q. Sedangkan nilai maksimal faktor daya tergantung pada rasio antara induktans sumbu d dan induktans sumbu q. Meski demikian besarnya perbedaan induktans dari dua sumbu dan rasio salience yang tinggi tidak dapat diharapkan pada desain awal rotor kutub menonjol yang masih sederhana [2].

Untuk memperbaiki kinerja dari SynRM, perbedaan induktans kedua sumbu dan salience ratio harus ditingkatkan. Salah satu yang desain memungkinkan untuk memenuhi persyaratan kinerja yaitu menghapus beberapa bagian laminasi dari inti rotor untuk menghasilkan reluktans rendah untuk fluks sumbu d (flux guide) dan reluktans yang tinggi untuk fluks sumbu q (flux barrier) pada segmental struktur rotor. Segemental rotor pada SynRM terbuat dari laminasi baja silikon yang membuat konstruksi lebih ekonomis dan mudah untuk dibuat [2].

Prinsip Kerja

Prinsip kerja SynRM (synchronous reluctance motor) menggunakan konsep reluktansi dan perputaran sinusoisal MMF, yang dapat dihasilkan oleh stator IM sederhana, untuk menghasilkan torsi. Konsep torsi reluktans adalah konsep yang sudah ada sejak lama sebelum tahun 1900 [3] [4].

Ide utama dari konsep reluktans dapat dijelaskan pada gambar 2. Pada gambar 2, benda (a) dengan material magnet anisotropis memiliki perbedaan (geometris) reluktans di sumbu d dan sumbu q, sementara benda (b) dengan material magnet isotropis memiliki reluktans yang sama di semua sisi [3].

Medan magnet (ψ) yang mengenai benda anisotropis mampu menghasilkan torsi apabila terdapat perbedaan sudut antara sumbu d dengan medan magnet (δ≠0). Hal ini jelas jika sumbu d dari benda tidak lurus dengan medan magnet, yang akan membuat terjadinya medan distorsi dalam medan utama. Arah utama dari medan distorsi lurus sepanjang sumbu q benda tersebut [3].

Dalam situasi ini akan muncul torsi yang mengurangi energi potensial sistem dengan mengurangi besar medan distorsi di sumbu q (δ→0). Jika (δ) sudut beban dapat dijaga konstan, torsi elektromagnetik akan terus dikonversi menjadi torsi mekanik [3].

Gambar 2. (a) Sebuah benda dengan geometri anisotropis, dan
(b) benda dengan geometri isotropis dalam medan magnet ψ dan mekanisme produksi torsi [3] [4]

Arus pada stator berfungsi untuk menghasilkan medan magnet utama, dan produksi torsi dengan mengurangi medan distorsi. Hal ini dapat dilakukan dengan mengontrol sudut arus yang merupakan sudut antara vector arus pada lilitan stator dengan sumbu d rotor (θ) pada synchronous reference frame [3].

Referensi:
[1] P. Matyska, “Advantages of Synchronous Reluctance Motors,” Transactions on Electrical Engineering, vol. 3, no. 2, 2014.
[2] Y.-J. Luo, G.-J. Hwang and K.-T. Liu, “Design of Synchronous Reluctance Motor,” in Electrical Electronics Insulation Conference, and Electrical Manufacturing & Coil Winding Conference, Rosemont, IL, 1995.
[3] R. R. Moghaddam, “Synchronous Reluctance Machine (SynRM) Design,” KTH Electrical Engineering, Stockholm, 2007.
[4] G. Brown, “Developing Synchronous Reluctance Motors for Variable Speed Operation,” in 6th IET International Conference on Power Electronics, Machines and Drives (PEMD 2012), Bristol, 2012.