Apa itu Sistem Eksitasi: Jenis dan Elemennya
Sistem eksitasi pertama dikembangkan pada tahun 1971 oleh Kinte Industrial Co. Ltd. Beberapa sistem eksitasi dan pemasok exciter adalah Acoustical surfaces, Basler Electric Co., DirectMed Parts, Mitsubishi Electric Power Products, Spincore Technologies, dll.
Sistem ini digunakan untuk menyediakan DC supply atau DC ke mesin sinkron. DC exciter, AC exciter, sensor sinyal atau sirkuit pemrosesan, amplifier elektronik, penyearah (rectifier), dan sirkuit umpan balik stabilisasi sistem eksitasi adalah elemen dasar dari sistem eksitasi yang berbeda.
Pada artikel ini, berbagai jenis sistem eksitasi, elemen, kelebihan, dan kekurangan dijelaskan.
Apa itu Sistem Eksitasi?
Definisi: Sistem yang menyediakan belitan medan mesin sinkron DC untuk melakukan fungsi pelindung & kontrol dari sistem daya. Sistem ini terdiri dari exciter, PSS (Power System Stabilizer), AVR (Automatic Voltage Regulator), unit pengolah, dan elemen pengukur. Arus yang disediakan oleh sistem ini adalah arus eksitasi.
Nilai input sistem ini diperoleh dengan menggunakan elemen pengukur, untuk gulungan medan exciter generator merupakan sumber tenaga listrik dan rangkaian regulator tegangan otonom melakukan pengontrolan arus exciter, maka digunakan stabilizer PSS untuk menghasilkan sinyal tambahan pada kontrol putaran.
Jenis Sistem Eksitasi
Klasifikasi sistem eksitasi ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Sistem Eksitasi DC
Sistem DC (Direct Current) terdiri dari dua jenis exciter yaitu main exciter dan pilot exciter. Output exciter diatur oleh regulator tegangan otomatis untuk mengontrol tegangan terminal output alternator. Di seberang belitan medan, resistor pelepasan medan terhubung ketika pemutus medan terbuka.
Kedua eksitasi dalam sistem arus searah ini dapat digerakkan baik oleh motor atau oleh poros utama. Peringkat tegangan exciter atau pembangkit utama adalah sekitar 400 V. Gambar sistem DC ditunjukkan di bawah ini.
Kelebihan
Keuntungan dari sistem DC adalah
- Lebih terpercaya
- Berukuran kompak
Kekurangan
Kerugian dari sistem DC adalah
- Ukuran besar
- Pengaturan voltase itu rumit
- Responnya sangat lambat
Sistem Eksitasi AC
Sistem AC (Alternating Current) terdiri dari jembatan penyearah thyristor dan alternator yang dihubungkan langsung ke poros utama. Exciter utama dalam sistem arus bolak-balik dipisahkan menjadi excited atau self- excited.
Sistem ini diklasifikasikan menjadi dua jenis yaitu sistem rotor atau sistem thyristor berputar. Klasifikasi sistem AC ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Rotating Sistem Thyristor
Gambar sistem thyristor atau rotor yang berputar ditunjukkan di bawah ini. Bagian yang berputar ini terdiri dari penyearah medan alternator, rangkaian penyearah, catu daya, dan pembangkit arus bolak-balik atau exciter AC. Sinyal pemicu terkontrol dihasilkan oleh catu daya dan kontrol penyearah.
Kelebihan
Keuntungan dari sistem thyristor yang berputar adalah
- Respon cepat
- Sederhana
- Biaya rendah
Kekurangan
Kerugian utama adalah tingkat respons thyristor sangat rendah
Sistem Brushless (Tanpa Sikat)
Stator dan rotor adalah komponen utama dari sistem alternator brushless. Badan stator terdiri dari stator utama dan stator pembangkit atau exciter demikian pula rakitan rotor terdiri dari rotor utama dan rotor exciter beserta rakitan penyearah jembatan yang dipasang pada pelat yang dipasang ke rotor.
Stator exciter memiliki magnet sisa ketika rotor mulai berputar, output AC (Arus Bolak-balik) dihasilkan dalam gulungan rotor exciter dan output ini dilewatkan melalui penyearah jembatan.
Output yang melewati penyearah jembatan diubah menjadi DC (Arus Searah) dan diberikan ke rotor utama. Rotor utama yang bergerak menghasilkan AC pada kumparan rotor utama stasioner.
Exciter memainkan peran kunci dalam mengontrol output alternator. Arus magnetisasi DC disuplai ke rotor yang merupakan medan alternator utama sehingga jika kita menambah atau mengurangi besaran arus ke kumparan medan exciter stasioner, output dari alternator utama dapat divariasikan. Sistem brushless ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Ke generator sinkron, sistem brushless memberikan arus medan tanpa menggunakan cincin selip dan sikat karbon. Sistem exciter brushless digabungkan dengan poros rotor dengan 16 PMG (Permanent Magnet Exciter) dan sebuah exciter utama tiga fase dengan penyearah dioda silikon. Exciter magnet permanen menghasilkan supply 400 Hz, 220 V AC.
Poros rotor utama alternator digabungkan ke sirkuit exciter brushless melalui tanapa sikat, tanpa cincin selip, dan melalui kabel rotor. Output utama exciter dihubungkan ke jembatan SCR pada hallow shaft sedangkan exciter magnet permanen dan exciter utama dihubungkan ke solid shaft.
Kelebihan
Keuntungan dari sistem brushless adalah
- Keandalan sangat baik
- Fleksibilitas pengoperasiannya bagus
- Respon sistem bagus
- Tidak ada kontak bergerak dalam sistem brushless, jadi perawatannya rendah
Kekurangan
Kerugian dari sistem tanpa sikat adalah
- Responnya lambat
- Tidak ada de-eksitasi cepat
Sistem Statis
Sistem ini terdiri dari transformator penyearah, tahap output SCR, start-up eksitasi, dan peralatan pelepasan lapangan, serta rangkaian regulator dan kontrol operasional. Pada sistem ini tidak terdapat bagian yang berputar, sehingga tidak ada rugi windage dan tidak ada rugi-rugi rotasi.
Dalam sistem ini, output tiga fasa dari alternator utama dipindahkan ke transformator step down dan sistem ini lebih murah pada alternator kecil di bawah 500 MVA. Sistem statis ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Kelebihan
Keuntungan dari sistem statis adalah
- Keandalan itu bagus
- Fleksibilitas pengoperasian sangat baik
- Respon sistem sangat baik
- Berukuran kecil
- Kerugian rendah
- Sederhana
- Performa tinggi
Kekurangan
Kerugian utama dari sistem statis adalah membutuhkan cincin selip dan sikat
Elemen dan Sinyal Sistem Eksitasi
Diagram blok umum untuk sistem kontrol mesin sinkron ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Angka tersebut terdiri dari lima blok yaitu blok elemen kontrol, blok exciter, transduser tegangan terminal, dan kompensator beban, mesin sinkron dan sistem tenaga, dan penstabil sistem tenaga dan kontrol eksitasi terputus tambahan.
Dimana EFD adalah tegangan medan mesin sinkron atau tegangan output exciter, arus medan mesin sinkron IFD atau arus output exciter, IT adalah fasor arus terminal mesin sinkron, VC adalah output transduser tegangan terminal, VOEL adalah output limiter overexcitation, VR adalah output pengatur tegangan, VS adalah output penstabil sistem daya, VSI adalah input penstabil sistem daya, VREF adalah tegangan referensi pengatur tegangan, dan VUEL adalah output pembatas eksitasi.
Pertanyaan
1). Berapakah tegangan eksitasi?
Ini adalah jumlah tegangan yang dibutuhkan untuk meluapkan kumparan medan dan tegangan bervariasi oleh kontrol penyearah. Tegangan bolak-balik dan tegangan searah adalah dua jenis tegangan eksitasi.
2). Mengapa DC digunakan untuk eksitasi?
Arus listrik dihasilkan hanya ketika kawat berputar dalam medan magnet konstan yang diperoleh hanya dengan tegangan arus searah (DC) saja, sehingga tegangan DC dialirkan ke sebuah kumparan untuk mendapatkan medan magnet konstan.
3). Mengapa generator membutuhkan eksitasi?
Eksitasi diperlukan untuk generator untuk membuat medan magnet dan untuk menyediakan medan magnet berputar konstan atau tetap atau stasioner.
4). Apa yang terjadi ketika generator kehilangan eksitasi?
Arus rotor berkurang ketika eksitasi kehilangan generator dan dengan konstanta waktu medan tegangan medan juga menurun.
5). Mengapa kita membutuhkan sistem eksitasi untuk alternator?
Sistem ini diperlukan agar alternator dapat mengontrol tegangan dan daya reaktif dari alternator atau generator sinkron.
Pada artikel ini, berbagai jenis sistem eksitasi, Kelebihan, dan kekurangan sistem dibahas.