Sistem Pembebanan
Sistem Penggerakan
Definisi
Sistem penggerakan adalah komponen penting dalam mesin sinkron, yang bertugas menyediakan arus medan yang diperlukan ke gulungan rotor. Secara sederhana, sistem ini dirancang untuk menghasilkan fluks magnet dengan melewatkan arus listrik melalui gulungan medan. Ciri-ciri yang mendefinisikan sistem penggerakan ideal termasuk keandalan yang tak tergoyahkan di semua skenario operasional, mekanisme kontrol yang sederhana, mudah perawatan, stabilitas, dan respons transien yang cepat.
Besar penggerakan yang diperlukan 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 penggerakan yang lebih tinggi dalam sistem.
Dalam setup penggerakan, setiap alternator biasanya memiliki exciter sendiri, yang berfungsi sebagai generator. Dalam sistem penggerakan terpusat, dua atau lebih exciter digunakan untuk menyuplai tenaga ke bus - bar. Meskipun pendekatan terpusat ini efisien biaya, kerusakan dalam sistem dapat memiliki dampak merugikan pada alternator yang beroperasi dalam pembangkit listrik.
Jenis Sistem Penggerakan
Sistem penggerakan dapat dikategorikan menjadi beberapa jenis, dengan tiga jenis berikut yang paling signifikan: Sistem Penggerakan DC, Sistem Penggerakan AC, dan Sistem Penggerakan Statis. Selain itu, ada sub - jenis seperti Sistem Penggerakan Rotor dan Sistem Penggerakan Tanpa Sikat, yang akan dijelaskan secara rinci di bawah ini.
Sistem Penggerakan DC
Sistem penggerakan DC terdiri dari dua exciter: exciter utama dan exciter pilot. Regulator tegangan otomatis (AVR) memainkan peran kunci dalam sistem ini dengan menyesuaikan output dari exciter. 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 pelepas medan dihubungkan 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 Penggerakan DC (Lanjutan)
Baik exciter utama maupun exciter pilot dapat ditenagai dengan dua cara: baik langsung oleh poros utama mesin sinkron atau secara independen oleh motor eksternal. Exciter yang didorong langsung sering menjadi pilihan yang disukai. Ini karena mereka mempertahankan integritas sistem operasional unit, memastikan proses penggerakan tetap tidak terpengaruh oleh gangguan eksternal.
Exciter utama biasanya memiliki rating tegangan sekitar 400 volt, dan kapasitasnya sekitar 0,5% dari kapasitas alternator. Namun, dalam turbo-alternator, masalah dengan exciter cukup umum. Kecepatan putaran tinggi mesin-mesin ini berkontribusi pada peningkatan keausan, membuat exciter lebih rentan terhadap kerusakan. Untuk mengatasi hal ini, exciter yang didorong oleh motor terpisah dipasang sebagai unit cadangan, siap mengambil alih jika ada kerusakan pada exciter utama.
Sistem Penggerakan AC
Sistem penggerakan AC mengintegrasikan alternator dan jembatan rektifikasi thyristor, keduanya langsung terhubung ke poros utama alternator. Exciter utama dalam sistem ini dapat beroperasi dalam dua mode: penggerakan sendiri, di mana ia menghasilkan medan magnetnya sendiri untuk menghasilkan output listrik, atau penggerakan terpisah, yang bergantung pada sumber tenaga eksternal untuk memulai proses penggerakan. Sistem penggerakan AC dapat dibagi menjadi dua kategori yang berbeda, masing-masing dengan karakteristik uniknya sendiri, yang akan dijelaskan lebih rinci di bawah ini.
Sistem Penggerakan Thyristor Rotasi
Seperti yang ditunjukkan dalam gambar yang menyertainya, sistem penggerakan thyristor rotasi memiliki bagian rotasi yang jelas, ditandai oleh garis putus-putus. Sistem ini terdiri dari exciter AC, medan stasioner, dan armatur rotasi. Output dari exciter AC direktifikasi melalui rangkaian rektifikasi penuh gelombang thyristor. Output arus searah yang dikonversi kemudian disuplai ke gulungan medan alternator utama, memungkinkan pembentukan medan magnet yang diperlukan untuk operasi alternator.
Dalam sistem penggerakan thyristor rotasi, gulungan medan alternator juga ditenagai melalui rangkaian rektifikasi tambahan. Exciter mampu mengatur tegangannya dengan memanfaatkan fluks magnet residunya. Unit pasokan daya, bersama dengan mekanisme kontrol rektifikasi, menghasilkan sinyal pemicu yang dikontrol dengan presisi. Dalam mode operasi otomatis, sinyal tegangan alternator pertama-tama dirata-rata, lalu dibandingkan langsung dengan nilai penyesuaian tegangan yang ditetapkan operator. Sebaliknya, dalam mode operasi manual, arus penggerakan alternator dibandingkan dengan referensi tegangan yang disesuaikan secara manual.
Sistem Penggerakan Tanpa Sikat
Sistem penggerakan tanpa sikat digambarkan dalam gambar di bawah ini, dengan komponen rotasi yang jelas dilingkari oleh persegi panjang garis putus-putus. Sistem canggih ini terdiri dari alternator, rektifier, exciter utama, dan alternator generator magnet permanen. Kedua exciter utama dan pilot didorong oleh poros utama mesin. Exciter utama memiliki medan stasioner dan armatur rotasi. Output dari armatur rotasi dihubungkan langsung, melalui rektifier silikon, ke gulungan medan alternator utama, memastikan transfer listrik yang mulus dan bebas sikat untuk tujuan penggerakan.
Exciter pilot adalah generator magnet permanen yang didorong oleh poros. Ia memiliki magnet permanen yang berputar yang dipasang pada poros dan armatur stasioner tiga fase. Armatur ini mensuplai tenaga ke medan exciter utama melalui rektifier silikon, pada akhirnya berkontribusi pada penggerakan alternator utama. Selain itu, dalam konfigurasi lain, exciter pilot, masih generator magnet permanen yang didorong oleh poros, menggunakan jembatan thyristor tiga fase penuh gelombang untuk memberi makan exciter utama.
Sistem penggerakan tanpa 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 listrik tambahan, yang penting untuk mempertahankan stabilitas jaringan.
Sistem Penggerakan Statis
Dalam sistem penggerakan statis, pasokan listrik berasal langsung dari alternator. Ini dicapai melalui transformator step-down tiga fase star/delta. Gulungan primer transformator ini terhubung ke bus alternator, sementara gulungan sekunder berfungsi ganda. Ia mensuplai tenaga ke rektifier, yang mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah untuk tujuan penggerakan. Selain itu, ia menyediakan energi listrik ke sirkuit kontrol grid dan peralatan listrik terkait lainnya, memastikan operasi mulus dari seluruh sistem penggerakan dan kontrol.
Sistem penggerakan 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 exciter tradisional, ia menghilangkan kerugian gesekan—energi yang terdispersi akibat gesekan antara bagian-bagian yang bergerak dan udara sekitarnya. Selain itu, tanpa kebutuhan untuk perawatan rutin pada gulungan exciter, biaya pemeliharaan berkurang secara substansial. Fitur hemat biaya ini membuat sistem penggerakan statis menjadi pilihan ekonomis yang menarik untuk berbagai aplikasi.
