Sejarah dan Struktur Organisasi PT Indonesia Power
III.4 Inverter: Perubahan dari DC ke AC
Inverter adalah peralatan elektronika daya yang digunakan untuk mengubah tegangan dc menjadi tegangan dan frekuensi yang bervariasi yang banyak dipergunakan untuk
mengoperasikan motor. Rangakaian umum dari suatu Inverter adalah sebagai berikut:
Gambar III-16 – Konfigurasi Inverter dengan Sumber Tegangan
Gambar III-17 – Konfigurasi Inverter dengan Sumber Arus
dimana Gambar III-16 merupakan suatu inverter dengan menggunakan sumber tegangan dc yang konstan, V0, yang disebut sebagai bus tegangan dc pada masukan inverter. Sementara Gambar III-17 dengan menggunakan suatu sumber arus dc yang konstan, I0 yang disebut sebagai inverter sumber arus.
Gambar III-18 – Konfigurasi Inverter dengan IGBT
Gambar III-19 – Konfigurasi Inverter dengan Saklar Ideal
Pada Gambar III-18 ditunjukkan konfigurasi inverter phasa tunggal di mana bebannya memperoleh sumber dari tegangan dc, V0 yang dialirkan melewati satu rangkaian yang terdiri dari empat IGBT. Rangkaian IGBT tersebut dinamakan sebagai konfigurasi jembatan-H. MOSFET ataupun alat switching yang sejenis lainnya juga dapat dipergunakan untuk menggantikan IGBT pada rangkaian.
Analisa terhadap rangkaian ini dimulai dari waktu yang dipergunakan untuk switching jauh lebih lambat dibandingkan konstanta waktu pembebanan L / R. Kemudian dengan mengganggap bahwa iL positif dan saklar S1 dan S3 berada dalam kondisi ON, maka tegangan pada beban adalah V0 dan arusnya adalah V0 / R. Kemudian ketika S1 dimatikan, sementara S3 tetap dalam keadaan aktif, maka arus beban, yang tidak dapat langsung berubah sebagai akibat pengaruh inductor, akan mengalir melalui D2. Hal yang sama juga akan terjadi ketika S3 dimatikan, sementara S1 dibiarkan tetap menyala.
Gambar III-20 –Analisa dari Inverter Jembatan–H keadaan (a) S1&S3 nyala. (b) S3 nyala
Keadaan ini memungkinkan untuk membalik tegangan dan arus beban dengan menyalakan S2 dan S4, yang mana VL = - V0 dan iL = - V0 / R. Kemudian , tegangan dapat dikembalikikan ke nol dengan mematikan salah satu dari S2 atau S4. Pada satu saat ini, satu siklus dari penerapan gelombang tegangan-beban dari Gambar III-24 telah dilengkapi.
Gelombang yang dihasilkan oleh urutan switching dengan waktu penyalaan Δ1T dan waktu mati Δ2T (Δ2 = 0,5 – Δ1) untuk kedua bagian positif dan negatif dari siklus.
Gelombang tersebut memikiki unsur utama dari AC berupa frekuensi f0 = 1 / T, dimana T adalah periode dari urutan switching, dan komponen pada frekuensi harmonisa ganjil dari bagian utamanya.
Gambar III-21 – Gelombang Keluaran dari Inverter Jembatan-H
Gelombang tersebut dapat dipertimbangkan sebagai satu langkah sederhana yang diperoleh melalui pendekatan gelombang sinusoidal. Analisa Fourier dipergunakan untuk menunjukkan bahwa gelombang tersebut memiliki bagian utama yaitu amplitudo puncak
(persamaan 3-25)
dan pada harmonisa ganjil dari amplitudo puncak:
(persamaan 3-26)
Walaupun gelombang ini merupakan pendekatan terhadap gelombang sinusoidal, tetapi telah jelas tergambar bahwa gelombang pendekatan tersebut memiliki komponen – komponen utama dari gelombang sinusoidal.
III.4.2 Inverter Tiga Phasa
Gambar III-22 – Konfigurasi Inverter 3 Phasa dengan Sumber Tegangan
Pada inverter 3 phasa, baik yang menggunakan sumber arus maupun sumber tegangan dapat menghasilkan gelombang seperti pada inverter phasa tunggal, yang mana hasil yang diperoleh akan tampak seperti pada gambar berikut
Gambar III-24 – Gelombang Keluaran dari Inverter 3 Phasa
III.5 Excitation
III.5.1 Definisi Eksitasi
Generator Sinkron merupakan tipe mesin listrik yang sangat banyak digunakan pada pembangkit – pembangkit listrik. Generator sinkron merupakan generator AC yang
beroperasi dengan putaran yang serempak antara rotor dengan medan putar stator. Pada generator sinkron, pada bagian rotor terdapat kumparan medan sementara pada bagian stator terletak kumparan medan jangkar. Proses eksitasi atau pembangkitan tegangan pada
generator sinkron adalah dengan memberikan arus DC pada belitan medan. Hal ini sesuai dengan prinsip electromagnet, bahwa apabila suatu konduktor berarus pada suatu medan magnet akan membangkitkan fluks yang kemudian menjadi tegangan AC. Besarnya tegangan yang dihasilkan bergantung pada besarnya arus eksitasi dan kecepatan putaran dari mesin, di mana apabila kedua variabel tersebut semakin besar, maka teganganpun akan semakin besar.
III.5.2 Metode Eksitasi pada Generator Sinkron
Metode pembangkitan tegangan pada suatu generator sinkron bergantung kepada jenis mesin yang dipergunakan serta pabrik yang membangun generator tersebut. Akan tetapi, secara umum terdapat beberapa jenis cara pembangkitan tegangan yaitu:
1. Eksitasi dengan Generator DC
Pada sistem ini, sumber DC yang dipergunakan untuk eksitasi diperoleh dari sebuah generator DC yang dikopel langsung dengan generator utama.
Arus yang dihasilkan oleh generator DC dialirkan menuju belitan rotor dari generator utama melalui slip ring yang dilengkapi dengan sikat arang. Sistem ini banyak
dipergunakan pada pembangkit – pembangkit yang dibangun pada waktu yang lampau dan telah ditinggalkan karena rendahnya efisiensi dalam penggunannya.
2. Eksitasi dengan Generator Tanpa Sikat Arang
Sistem eksitasi ini menggunakan Permanent Magnet Generator (PMG) sebagai sumber utama dalam proses pembangkitan. PMG merupakan jenis magnet permanent yang menjadi rotor, sehingga tidak membutuhkan sumber eksitasi dari luar untuk menghasilkan listrik. PMG akan menghasilkan tegangan AC, yang kemudian
disearahkan dengan bantuan thyristor menjadi sumber DC untuk kemudian dialirkan ke belitan stator dari generator eksitasi.
Generator eksitasi kemudian akan membangkitkan tegangan AC yang disearahkan dengan bantuan Rotating Rectifier. Tegangan DC yang dihasilkan kemudian yang menjadi arus eksitasi untuk generator utama yang dialirkan langsung ke belitan rotornya tanpa melalui sikat arang.
Apabila dibandingkan dengan proses eksitasi dengan generator DC, hal ini lebih efisien karena tidak butuhkan perawatan khusus seperti kebutuhan mengganti sikat
arang. Untuk menjadi agar tegangan yang dihasilkan generator selalu konstan, maka digunakan Automatic Voltage Regulator.
Gambar III-25 – Sistem Excitation dengan Brushless Generator
3. Static Excitation
Static excitation merupakan sistem pembangkitan tegangan yang lebih sederhana dan modern dikarenakan tidak dibutuhkannya lagi generator tambahan apapun sebagai media pembangkit tegangan DC yang akan digunakan sebagai arus eksitasi. Untuk menggantikan fungsi generator tambahan tersebut, Static Excitation menggunakan tegangan output dari generator yang disearahkan dengan bantuan komponen elektronika daya. Sistem ini disebut sebagai Static Excitation dikarenakan
peralatannya yang bersifat statis atau diam dan tidak ikut berputar bersama dengan generator. Penambahan AVR digunakan untuk menjaga tegangan pada keadaan yang lebih stabil.