Automatic Voltage Regulator

Generator adalah suatu alat dengan prinsip kerja mengubah tenaga mekanik menjadi energi listrik. Tenaga mekanik bisa berasal dari uap air, panas bumi, serta tenaga penggerak lainnya. Energi listrik yang dihasilkan oleh generator dapat berupa listrik AC ataupun DC tergantung pada konstruksi generator yang dipakai oleh pembangkit tenaga listrik.
Generator sinkron merupakan suatu pembangkit listrik yang paling banyak digunakan di dunia. Mengapa dinamakan generator sinkron? Karena mesin bekerja pada kecepatan dan frekuensi konstan di bawah kondisi steady state. Coba dibaca lagi pada segmen motor AC. 
Contoh Generator Sinkron:

Pokok bahasan kita pada kali ini bukan mengenai generator sinkron tetapi mengenai Automatic Voltage Regulator atau biasa disingkat AVR. Umumnya generator memiliki komponen AVR di dalamnya.

Automatic Voltage Regulator merupakan suatu alat yang bertujuan untuk menjaga agar tegangan generator tetap konstan , dengan kata lain generator akan tetap mengeluarkan tegangan yang selalu stabil tidak terpengaruh oleh perubahan beban. Hal tersebut sangat dibutuhkan dalam kegiatan industri agar tidak mengganggu jalannya proses produksi.

 

Prinsip kerja dari AVR adalah mengatur arus penguatan (eksitasi) pada exciter. Apabila tegangan output generator di bawah tegangan nominal generator, maka AVR akan memperbesar arus penguatan (eksitasi) pada exciter, begitu pula sebaliknya apabila tegangan output generator melebihi tegangan nominal generator maka AVR akan mengurangi arus penguatan pada exciter. Dengan demikian apabila terjadi perubahan tegangan output generator akan dapat distabilkan oleh AVR secara otomatis. Dengan demikian AVR dapat mencegah terjadinya kerusakan pada alat yang diakibatkan oleh ketidakstabilan tegangan.

 

 

Gambar 1. Diagram sistem eksitasi.

AVR dioperasikan dengan mendapat satu daya dari permanen magnet generator (PMG) sebagai contoh AVR dengan tegangan 110V, 20A, 400Hz. Serta mendapat sensor dari potencial transformer (PT) dan current transformer (CT).

Gambar 2. Diagram AVR.
Bagian-bagian pada unit AVR

a. Voltage Error Sensing circuit

Voltage error sensing circuit memiliki peran utama untuk mendeteksi bilamana terjadi kenaikan atau penurunan daya output pada generator. Dimana pada AVR terdapat suatu nilai tegangan referensi sehingga dapat terdeteksi jika adanya kenaikan atau penurunan yang melebihi batas toleransi dari tegangan referensi tersebut. Voltage error sensing circuit mempunyai respon yang cepat terhadap perubahan tegangan output generator.

Output tegangan respon berbanding lurus dengan output tegangan Generator berbanding lurus seperti ditinjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Grafik hubungan sensing tegangan terhadap output of Generator

b. Comparative amplifier

Rangkaian comparative amplifier digunakan sebagai pembanding antara sensing circuit dengan set voltage. Besar sensing voltage dengan set voltage tidak mempunyai nilai yang sama sehingga selisih/rentang besar tegangan tersebut. Selisih tegangan disebut dengan error voltage. Ini akan dihilangkan dengan cara memasang VR (variable resistance) pada set voltage dan sensing voltage.

c. Amplifier circuit

Aliran arus dari D11, D12, dan R34 adalah rangkaian penguat utama atau penguatan tingkat terendah. Keluaran dari comparative amplifier dan keluaran dari over excitation limiter adalah tegangan negative dan dari tegangan negative kemudian pada masukan OP201. Ketika over excitation limiter atau minimum excitation limiter tidak operasi maka keluaran dari comparative amplifier dikuatkan oleh OP201 dan OP301 masukan dari OP301 dijumlahkan dengan keluaran dari dumping circuit. OP401 adalah Amplifier untuk balance meter hubungan antara tegangan masuk dan tegangan keluaran dari OP201 dan OP401 diperlihatkan pada bagan berikut.

Gambar 4. Rangkaian Amplifier

d. Automatic manual change over and mixer circuit

Rangkaian ini disusun secara Auto-manual pemindah hubungan dan sebuah rangkaian untuk mengontrol tegangan penguatan medan generator. Auto-manual change over and mixer circuit pada operasi manual pengaturan tegangan penguatan medan generator dilakukan oleh 70E, dan pada saat automatic manual change over and mixer circuit beroperasi manual maka AVR (automatic voltage Rregulator) belum dapat beroperasi. Dan apabila rangkaian ini pada kondisi auto maka AVR sudah dapat bekerja untuk mengatur besar arus medan generator.

e. Limited circuit

Limited circuit adalah untuk penentuan pembatasan lebih dan kurang penguatan untuk pengaturan tegangan output pada sistem eksitasi.

f. Phase syncronizing circuit

Unit tyristor atau dioda digunakan untuk mengontrol tegangan output tyristor dengan menggunakan sinyal kontrol yang diberikan pada bagian input tyristor dengan cara mengubah besarnya sudut sinyal pada bagian input tyristor.

g. Tyristor firing circuit

Rangkaian ini sebagai pelengkap tyristor untuk memberikan sinyal kontrol pada gerbang tyristor.

h. Dumping circuit

Dumping circuit akan memberikan sensor besarnya penguatan tegangan dari AC exciter.

i. Unit tyristor

Merupakan susunan dari tyristor dan dioda. Unit tyristor juga menggunakan sekering yang berfungsi sebagai pengaman lebur dan juga dilengkapi dengan indikator untuk memantau kerja dari tyristor yang dipasang pada bagian depan tyristor.

 

j. Exciter

Sistem eksitasi merupakan sitem pasokan listrik DC sebagai penguatan pada generator atau sebagai pembangkit medan magnet sehingga generator dapat menghasilkan energi listrik dengan besar tegangan keluaran generator bergantung pada besarnya arus eksitasi.

Sistem Eksitasi ini dibedakan menjadi 2 macam yaitu:

1) Sistem Eksitasi dengan menggunakan sikat (brush excitation)

Sumber tenaga listriknya berasal dari generator DC atau AC yang disearahkan dengan menggunakan rectifier.

Jika menggunakan sumber listrik yang berasal dari generator AC atau menggunakan magnet permanen maka medan magnetnya merupakan magnet permanen.

Slip ring pada sistem brush excitation ini berfungsi untuk mengalirkan arus eksitasi dari main exciter ke rotor generator, demikian pula dari pilot exciter ke main exciter.

2) Sistem Eksitasi tanpa sikat ( brushless excitation)

Penggunaan sikat atau slip ring untuk menyalurkan arus eksitasi ke rotor generator memiliki kelemahan karena arus yang dialirkan nilainya kecil maka dari itu digunakan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat (brushless excitation). Sistem seperti ini sering disebut juga sebagai pilot exciter.

Beberapa keuntungan sistem eksitasi tanpa sikat:

-Energi yang diperlukan untuk eksitasi diperoleh melalui poros utama sehingga efisiensinya tinggi.

-Biaya perawatan relatif berkurang karena tidak terdapat sikat, komutator, dan slip ring.

-Selama masa pengoperasian tidak diperlukan pengganti sikat.

-Pemutus medan generator, field generator, dan bus exciter atau kabel tidak diperlukan lagi