Sistem Eksitasi

Sistem Eksitasi

Definisi

Sistem eksitasi adalah komponen penting dalam mesin sinkron, bertugas menyediakan arus medan yang diperlukan untuk gulungan rotor. Dengan kata lain, sistem ini dirancang untuk menghasilkan fluks magnet dengan melewati arus listrik melalui gulungan medan. Atribut kunci yang mendefinisikan sistem eksitasi ideal termasuk keandalan yang tak tergoyahkan di semua skenario operasional, mekanisme kontrol yang sederhana, mudah perawatan, stabilitas, dan respons transien yang cepat.

Besar eksitasi yang dibutuhkan oleh mesin sinkron bergantung pada beberapa faktor, yaitu arus beban, faktor daya beban, dan kecepatan putaran mesin. Arus beban yang lebih besar, kecepatan yang lebih rendah, dan faktor daya tertinggal memerlukan tingkat eksitasi yang lebih tinggi dalam sistem.

Dalam pengaturan eksitasi, setiap alternator biasanya memiliki eksiter sendiri, yang berfungsi sebagai generator. Dalam sistem eksitasi terpusat, dua atau lebih eksiter digunakan untuk menyuplai daya ke bus - bar. Meskipun pendekatan terpusat ini efisien biaya, kerusakan dalam sistem dapat berdampak buruk pada alternator yang beroperasi di pembangkit listrik.

Jenis Sistem Eksitasi

Sistem eksitasi dapat dikategorikan menjadi beberapa jenis, dengan tiga jenis berikut yang paling signifikan: Sistem Eksitasi DC, Sistem Eksitasi AC, dan Sistem Eksitasi Statis. Selain itu, ada sub - jenis seperti Sistem Eksitasi Rotor dan Sistem Eksitasi Bebas Sikat, yang akan dijelaskan secara rinci di bawah ini.

Sistem Eksitasi DC

Sistem eksitasi DC terdiri dari dua eksiter: eksiter utama dan eksiter pilot. Regulator tegangan otomatis (AVR) memainkan peran penting dalam sistem ini dengan menyesuaikan output dari eksiter. Penyesuaian ini bertujuan untuk mengontrol dengan tepat tegangan terminal output alternator. Input dari transformator arus ke AVR berfungsi sebagai perlindungan, memastikan bahwa arus alternator dibatasi selama kondisi gangguan.

Ketika pemutus medan dalam posisi terbuka, resistor pembuangan medan terhubung di seberang gulungan medan. Mengingat sifat induktif yang sangat tinggi dari gulungan medan, resistor ini penting untuk mendispersikan energi yang tersimpan, sehingga melindungi komponen sistem dari kerusakan potensial akibat tegangan yang diinduksi.

Sistem Eksitasi DC (Lanjutan)

Baik eksiter utama maupun pilot dapat ditenagai dengan dua cara: entah langsung oleh poros utama mesin sinkron atau secara independen oleh motor eksternal. Eksiter yang didorong langsung sering menjadi pilihan yang disukai. Ini karena mereka mempertahankan integritas sistem operasional unit, memastikan proses eksitasi tetap tidak terpengaruh oleh gangguan eksternal.

Eksiter utama biasanya memiliki rating tegangan sekitar 400 volt, dan kapasitasnya sekitar 0,5% dari kapasitas alternator. Namun, dalam turbo - alternator, masalah dengan eksiter cukup umum. Kecepatan putaran tinggi mesin ini berkontribusi pada peningkatan aus, membuat eksiter lebih rentan terhadap kegagalan. Untuk mengatasi hal ini, eksiter yang didorong motor secara terpisah dipasang sebagai unit cadangan, siap mengambil alih jika terjadi kesalahan pada eksiter utama.

Sistem Eksitasi AC

Sistem eksitasi AC mengintegrasikan alternator dan jembatan rektifikasi tiristor, keduanya terkait langsung dengan poros utama alternator. Eksiter utama dalam sistem ini dapat beroperasi dalam dua mode: eksitasi sendiri, di mana ia menghasilkan medan magnetnya sendiri untuk menghasilkan output listrik, atau eksitasi terpisah, yang bergantung pada sumber daya eksternal untuk memulai proses eksitasi. Sistem eksitasi AC dapat dibagi menjadi dua kategori yang berbeda, masing-masing dengan karakteristik uniknya, yang akan dijelajahi lebih lanjut di bawah ini.

Sistem Eksitasi Tiristor Berputar

Seperti yang ditunjukkan dalam gambar yang disertakan, sistem eksitasi tiristor berputar memiliki bagian berputar yang jelas, ditandai dengan garis putus-putus. Sistem ini terdiri dari eksiter AC, medan stasioner, dan armatur berputar. Output dari eksiter AC menjalani rektifikasi melalui sirkuit rektifikasi jembatan tiristor gelombang penuh. Output arus searah yang dikonversi kemudian disuplai ke gulungan medan alternator utama, memungkinkan pembangkitan medan magnet yang diperlukan untuk operasi alternator.

Dalam sistem eksitasi tiristor berputar, gulungan medan alternator juga ditenagai melalui sirkuit rektifikasi tambahan. Eksiter dapat menetapkan tegangannya dengan memanfaatkan fluks magnet residu. Unit suplai daya, bersama dengan mekanisme kontrol rektifier, menghasilkan sinyal pemicu yang dikontrol dengan tepat. Dalam mode operasi otomatis, sinyal tegangan alternator pertama-tama dirata-ratakan dan kemudian dibandingkan langsung dengan nilai penyesuaian tegangan yang ditetapkan operator. Sebaliknya, dalam mode operasi manual, arus eksitasi alternator dibandingkan dengan referensi tegangan yang disesuaikan secara manual.

Sistem Eksitasi Bebas Sikat

Sistem eksitasi bebas sikat digambarkan dalam gambar di bawah ini, dengan komponen berputarnya jelas terkandung dalam persegi panjang garis putus-putus. Sistem canggih ini terdiri dari alternator, rektifier, eksiter utama, dan alternator generator magnet permanen. Baik eksiter utama maupun pilot ditenagai oleh poros utama mesin. Eksiter utama memiliki medan stasioner dan armatur berputar. Output dari armatur berputar terhubung langsung, melalui rektifier silikon, ke gulungan medan alternator utama, memastikan transfer listrik tanpa sikat untuk tujuan eksitasi.

Eksiter pilot adalah generator magnet permanen yang didorong poros. Ia memiliki magnet permanen berputar yang terpasang pada poros dan armatur stasioner tiga fase. Armatur ini mensuplai daya ke medan eksiter utama melalui rektifier silikon, pada akhirnya berkontribusi pada eksitasi alternator utama. Selain itu, dalam konfigurasi lain, eksiter pilot, masih merupakan generator magnet permanen yang didorong poros, menggunakan jembatan tiristor gelombang penuh kontrol fase tiga fasa untuk memberi makan eksiter utama.

Sistem eksitasi bebas sikat menawarkan beberapa keuntungan yang signifikan. Dengan menghilangkan penggunaan komutator, kolektor, dan sikat, ia secara signifikan mengurangi kebutuhan perawatan. Ia juga memiliki konstanta waktu yang sangat pendek, dengan waktu respons kurang dari 0,1 detik. Konstanta waktu yang pendek ini meningkatkan kinerja dinamis sinyal kecil sistem, memungkinkannya merespons lebih cepat dan akurat terhadap gangguan listrik kecil. Selain itu, ia mempermudah integrasi sinyal stabilisasi sistem tenaga tambahan, yang penting untuk menjaga stabilitas jaringan.

Sistem Eksitasi Statis

Dalam sistem eksitasi statis, pasokan listrik berasal langsung dari alternator. Ini dicapai melalui transformator step-down bintang/delta tiga fase. Gulungan primer transformator ini terhubung ke bus alternator, sementara gulungan sekunder memiliki fungsi ganda. Ia mensuplai daya ke rektifier, yang mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah untuk tujuan eksitasi. Selain itu, ia menyediakan energi listrik ke sirkuit kendali jaringan dan peralatan listrik terkait lainnya, memastikan operasi mulus dari seluruh sistem eksitasi dan kontrol.

Sistem eksitasi statis memiliki waktu respons yang sangat singkat, memungkinkannya bereaksi cepat terhadap perubahan kondisi listrik. Responsivitas cepat ini, pada gilirannya, memberikan kinerja dinamis yang luar biasa, memungkinkan sistem untuk mempertahankan operasi yang stabil bahkan di bawah beban fluktuatif dan permintaan listrik yang bervariasi.

Salah satu keuntungan utama dari sistem ini terletak pada kemampuannya untuk menurunkan biaya operasional secara signifikan. Dengan menghilangkan eksiter tradisional, ia menghilangkan kerugian gesekan—energi yang hilang akibat gesekan antara bagian-bagian bergerak dan udara sekitar. Selain itu, tanpa perlu perawatan rutin pada gulungan eksiter, biaya pemeliharaan berkurang secara substansial. Fitur hemat biaya ini membuat sistem eksitasi statis menjadi pilihan ekonomis yang menarik untuk berbagai aplikasi.