Mengenal Sistem Eksitasi Generator Sinkron

Generator sinkron memerlukan arus searah pada kumparan medan untuk membangkitkan tegangan bolak-balik di kumparan jangkar. Arus medan yang terdapat pada kumparan medan disebut juga arus eksitasi. Alat yang digunakan untuk menghasilkan arus eksitasi disebut dengan eksiter (exciter). Untuk menghasilkan arus eksitasi ini diperlukan suatu sistem yang disebut dengan sistem eksitasi.

Jenis-Jenis Sistem Eksitasi

Ada 2 jenis sistem eksitasi, yaitu :

Sistem Eksitasi Dengan Sikat (brush excitation)

Sistem eksitasi dengan sikat terdiri dari alternator DC atau alternator AC yang arusnya disearahkan yang berfungsi sebagai main eksiter, slipring, pilot eksiter atau generator frekuensi tinggi, penyearah dan pengatur tegangan otomatis.

Didalam sistem ini pilot eksiter atau permanen magnet generator (PMG) atau HFG, medan magnetnya adalah magnet permanen. Banyaknya kutub biasanya 16, sehingga menghasilkan frekuensi 400 Hz. Keluaran dari pilot eksiter adalah AC dan dialirkan lemari penyearah.  Didalam lemari ini tegangan diubah menjadi DC dan digunakan untuk mengontrol kumparan  medan eksiter utama (main exciter).

Gambar Sistem Eksitasi dengan Sikat (Brush Excitation)

Gambar Eksitasi dengan Sikat

Di dalam sistem ini eksitasi untuk alternator diproduksi melalui tiga tahap, yaitu pilot eksiter, main eksiter, dan alternator.  Untuk mengalirkan arus eksiter dari main eksiter ke rotor alternator digunakan slipring dan sikat arang. Demikian pula penyaluran arus dari pilot eksiter ke main eksiter.

Sistem Eksitasi Tanpa Sikat (brushless exciter)

Penggunaan sikat atau slip ring untuk menyalurkan arus eksitasi ke rotor generator mempunyai kelemahan karena besarnya arus yang mampu dialirkan pada sikat arang relatif kecil. Untuk mengatasi keterbatasan sikat arang, digunakan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat (brushless excitation). Keuntungan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat antara lain adalah:

1. Energi yang diperlukan untuk Eksitasi diperoleh dari poros utama (main shaft), sehingga keandalannya tinggi.
2. Biaya perawatan berkurang karena pada sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation) tidak terdapat sikat, komutator dan slip ring.
3. Pada sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation) tidak terjadi kerusakan isolasi karena melekatnya debu karbon pada farnish akibat sikat arang.
4. Selama operasi tidak diperlukan pengganti sikat, sehingga meningkatkan keandalan operasi dapat berlangsung terus pada waktu yang lama.
5.  Pemutus medan generator (Generator field breaker), field generator dan bus exciter atau kabel tidak diperlukan lagi.

Gambar Sistem Eksitasi Tanpa Sikat (Brushless Excitation)

Gambar Eksitasi Tanpa Sikat

Gambaran Kerja Sistem Eksitasi Generator Sinkron

Melalui gambar diatas dapat diketahui bahwa fluks pada rotor dipengaruhi oleh sistem eksitasi yang ada pada generator, tepatnya terletak pada rotor. Jadi jika penulis menjabarkan urutan peristiwa pada generator, bermula dari penggerak mula (prime over) dari generator, yaitu biasanya dari turbin yang diputar melalui uap atau biasa disebut steam turbine generator (STG).

Turbin dapat berputar atau bergerak karena ada tekanan yang besar oleh uap dari pembakaran yang dilakukan pada boiler. Turbin berputar lebih dari 1500 rpm tergantung seberapa besar konstruksi turbin tersebut. Karena yang dibutuhkan untuk rotor berputar adalah 1500 rpm untuk menjaga frekuensi pada 50Hz.

Oleh karena itu dari turbin ke generator tedapat gear box yang dapat mentransformasi putaran pada turbin yang diatas 1500 rpm menjadi 1500 rpm seperti yang dibutuhkan pada rotor. Gear box disesuaikan dengan kecepatan putar turbin yaitu dengan rasio misalnya 3 : 1. Setelah dari gear box terdapat 1 shaft (sumbu) yang pada sumbu tersebut terdapat rotor, kumparan  AC exciter, rotating diode, dan PMG seperti gambar di bawah ini :

Gambar Konstruksi Generator Sinkron dan Sistem Eksitasi

PMG berputar seiring dengan berputarnya rotor. PMG sebagai pembangkit tegangan atau arus AC yang disearahkan kemudian dimasukan pada AVR (Automatic Voltage Regulator) untuk dikontrol. Karena tegangan/ arus AC pada PMG sangat kecil, arus AC yang sudah disearahkan dimasukkan pada eksiter untuk membangkitkan tegangan AC yang lebih besar.

Arus AC keluaran eksiter disearahkan oleh rotating diode. Untuk memberikan arus eksitasi pada rotor, sehingga pada rotor terdapat medan magnet.

Medan magnet tersebut menabrak kumparan-kumparan pada stator yang menghasilkan fluks listrik. Sehingga dari situ didapatkan tegangan keluaran yang dihasilkan oleh generator terebut. Hal tersebut terjadi berulang-ulang setiap generator beroperasi.

Sehingga tidak diperlukan sumber tegangan DC untuk eksitasi pada generator ini. Keluaran generator tersebut diambil melalui stator karena lebih mudah mengambil tegangan pada bagian yang diam dari pada mengambil tegangan pada bagian yang berputar (rotor).

Secara singkat dapat digambarkan seperti ini :

Peranan Sistem Eksitasi

Sistem eksitasi pada sebuah generator sinkron yang beroperasi sendiri pada dasarnya berfungsi sebagai pengatur tegangan keluaran generator sinkron, dengan cara mengatur besar kecilnya arus eksitasi yang diberikan pada generator.

Namun apabila generator tersebut beroperasi dengan sebuah sistem yang besar, maka pengaturan eksitasi praktis tidak mengubah tegangan suatu sistem tetapi hanya mempengaruhi daya reaktif yang dihasilkan pada suatu generator.

Karena pada kenyataannya, suatu sistem transmisi saluran panjang, dimana pusat pembangkit terletak jauh dari pusat beban mengakibatkan tegangan di ujung jaringan akan mengalami penurunan. Tegangan ini akan semakin menurun bila beban bersifat induktif. Walaupun generator pada pusat pembangkit tidak merasakan penurunan tegangan tersebut.

Oleh karena itu, diperlukan penambahan arus eksitasi untuk menaikkan daya reaktif sehingga tegangan di pusat beban menjadi normal kembali. Dalam hal ini tegangan keluaran pada generator juga mengalami kenaikan.

Demikianlah pengenalan tentang sistem eksitasi generator sinkron. Semoga menambang pengetahuan Anda terkain sistem eksitasi. Jangan lupa baca artikel lainnya di kelasteknisi.com, Terima kasih.