PENGGUNAAN DC CHOPPER TERKONTROL DALAM SISTEM EKSITASI GENERATORMunadiyan Nurhuda, Dr. Eng. Suharyanto, ST., M. Eng.

ABSTRAKSebagaimana yang sudah kita ketahui, untuk operasi generator sinkron perlu adanya arus eksitasi yang menyebabkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan putaran kutub rotor yang sebelumnya diputar oleh prime mover. Medan magnet yang berputar ini akan memtong kumparan jangkar yang ada distator sehingga menimbulkan EMF.pada umumnya arus eksitasi dikendalikan oleh digital AVR, namun tidak menutup kemungkinan bisa digunakannya dc chopper sebagai alternative pengganti digital AVR. 1 Pendahuluan. menyebabkan tegangan terminal berosilasi, reaksi dari AVR adalah untuk mengubah arus medan pada generator yang mungkin berlawanan dengan arus rotor damping yang terinduksi oleh perubahan kecepatan putar rotor. Hal ini disebut juga negative damping. Negatire damping dapat dihilangkan dengan loop control tambahan, yang disebut power system stabiliser (PSS). Tugas PSS adalah untuk menambah sinyal tambahan ke loop control, yang mengkompensasi osilasi teganan dan menyediakan komponen peredam yang satu fase dengan perubahan kecepatan putar.

Sistem eksitasi adalah sistem pasokan listrik DC sebagai penguatan pada generator listrik atau sebagai pembangkit medan magnet, sehingga suatu generator dapat menghasilkan energi listrik dengan besar tegangan keluaran generator bergantung pada besarnya arus eksitasinya. Oleh karena itu dengan kata lain , pengendalian tegangan keluaran bisa menggunakan arus eksitasi. Arus eksitasi yang dihasilkan harus merupakan arus searah. Biasanya yang diginakan adalah AVR, namun pada kesempatan kali ini akan digunakan dc chopper sebagai pengganti dari AVR. DC chopper adalah pencacah tegangan yang bekerja dengan control pulse widh modulation (PWM). Karena membutuhkan sinyal PWM maka dc chopper perlu dihubungkan dengan unit computer yang menghasilkan sinyal PWM. 1.1 Sistem eksitasi generator sinkron

Pada umumnya pss tergantung dari kuantitas inputnya, kuantitas yang umum digunakan adalah:perubahan kecepatan, transient emf, daya nyata generator, dan arus generator. Setiap sinya mempunyai keuntungan dan kekurangan. Biasanya PSS didisain untuk beroperasi pada salah satu input sinyal. Berikut contoh block diagram yang menggunakan daya nyata sebagai input sinyal.

Generator sinkron adalah generator yang paling sering digunakan sebagai pembangkit sumber tenaga lisrik. Enerti penggerak ggenerator biasanya berasal dari trubin, sedang kan untuk arus eksitasi biasaya disediakan oleh arus eksitasi yang diperlihatkan pada gambar 1 dibawah ini. Gambar 2. PSS dengan daya nyata sebagai siyal input. Untuk menghasilkan sinyal control yang dibutuhkan PSS biasanya mempunyai washout blocks. Washout block adalah high-pass filter dengan konstanta waktu yang cukup tinggi untuk melewatkan sinya yang berasosiasi pada sosilasi kecepatan yang lewat tidak berubah. Blok kompensasi fase menyediakan karekteristik lead lag untuk mengkompensasi perubahan fasa antar aoutput eksiter dengan torsi gap udara generator. dapat terjadi. Sebagai mana disain PSS biasanya berdasarkan model system yang dilinearkan, blok

Gambar 1. Diagram fungsi control arus eksitasi Walaupun avr sangat efektif selama operasi normal steady-state. saat generator pada transient state dan avr kemungkinan mempunyai pengaruh negatif pada meredam ayunan daya. ayunan daya

kompensasi fase biasanya menyediakan kompensasi efektif hanya untuk range ayunan frekuensi yang sempit. Setting yang sebenarnya untuk parameter PSS harusnya tergantung daripada beban generator, impedans jaringan transmisi dan karakteristik tegangan beban local. Sebagaimana parameter-parameter ini mungkin bervariasi pada system operasi, biasanya ada kompromi. Lebih lagi, interaksi antara antara generator yang dilengkapi dengan pss akan menyebabkan PSS tertentu untuk meredam osilasi pada suatu area tetapi menimbulkan osilasi di area lain atau osilasi interarea. a. 1.2 DC Chopper

Output Layer

Lapisan Tersembunyi

Lapisan Input

Gambar 2. Arsitektur Jaringan Syaraf Tiruan Lapisan input (Input Layer) Lapisan input berfungsi sebagai penghubung jaringan ke dunia luar (sumber data). Neuronneuron ini tidak melakukan perubahan apa pun terhadap data, tapi hanya meneruskan data ini ke lapisan berikutnya. Lapisan tersembunyi (Hidden Layer) Suatu jaringan dapat memiliki lebih dari satu lapisan tersembunyi (hidden layer) atau bahkan bisa juga tidak memilikinya sama sekali. Jika jaringan memiliki beberapa lapisan tersembunyi, maka lapisan tersembunyi terbawah berfungsi untuk menerima masukan dari lapisan input. Lapisan Output (Output Layer) Prinsip kerja neuron-neuron pada lapisan ini sama dengan prinsip kerja neuron-neuron pada lapisan tersembunyi (hidden layer) dan di sini juga digunakan fungsi Sigmoid, tapi keluaran dari neuron pada lapisan ini sudah dianggap sebagai hasil dari proses Metodologi Penelitian

DC chopper ada dc-to-dc converter. Dc chopper menerapkan electrical static switching yang mengubah sumber dc paten menjadi sumber dc yang dapat diatur (adjustable) tanpa storage energy induktif maupun kapasitif. Untuk nama chopper snediri berhubungan dengan bagaimana tegangan output dicacah sehingga tengangannya bisa bervariasi. Tyristor digunakan pada Node pada graph disebut dengan elemen pemroses (processing element). Link pada graph disebut denga koneksi. Setiap elemen pemroses dapat menerima sejumlah input. Setiap elemen pemroses dapat memiliki beberapa output. Setiap elemen pemroses memiliki memori lokal. Setiap elemen pemroses memiliki fungsi transfer (transfer function) yang dapat menggunakan dan mengubah isi memori lokal, memakai sinyal output dari processing element. Sinyal dari input dari luar sistem syaraf tiruan yang menuju system tersebut datang dari hubungan-hubungan yang berasal dari dunia luar sistem.

b.

c.

2

Metode yang digunakan dalam makalah ini adalah studi kasus. Studi kasus ini dilakukan dengan cara mencari informasi-informasi yang berkaitan dengan judul makalah di internet dan buku-buku yang ada. Studi kasus lebih difokuskan pada Neuro Furnace Controller (NFC) dan jaringan syaraf tiruan. 3 Pembahasan

Setiap neuron dapat memiliki beberapa masukan dan mempunyai satu keluaran. Jalur masukan pada suatu neuron bisa berisi data mentah atau data hasil olahan neuron sebelumnya. Sedangkan hasil keluaran suatu neuron dapat berupa hasil akhir atau berupa bahan masukan bagi neuron berikutnya. Jaringan neuron buatan terdiri atas kumpulan grup neuron yang tersusun dalam lapisan. Gambar 2 di bawah ini menunjukkan struktur umum jaringan syaraf buatan yang bersifat feedforward (data diproses pada satu arah).

Pada bab ini akan dijelaskan cara kerja dari Neuro Furnace Controller (NFC) ini pada peleburan baja dengan menggunakan Electro Arc Furnace (EAF) seperti gambar 3. Proses yang terjadi di dalam EAF sangat acak. EAF mempunyai dinamika perubahan yang sangat cepat dan acak sehingga sangat sulit untuk diformulasikan dalam bentuk model matematika yang mewakili dinamika proses tersebut secara utuh.

Gambar 3. Proses Peleburan Baja Menggunakan Sistem NFC Proses yang dilakukan pertama kali dalam pembuatan baja cair adalah bongkahan-bongkahan besi bekas (scrap) yang besar dicampur dengan butiran baja murni (pellet) dimasukkan ke dalam sebuah tungku. Tungku ini dikenal dengan sebutan electric arc furnace (EAF), karena memang peleburan bongkahan baja tersebut dilakukan oleh busur listrik tegangan tinggi (electric arc). Busurbusur api listrik tersebut dipancarkan oleh 3 buah elektroda yang dimasukkan kedalam tungku, dan bergerak naik turun secara bebas serta tidak beraturan dalam hitungan millidetik. Daya listrik yang diperlukan untuk proses peleburan baja mencapai 100 MW dipasok dari sebuah trafo besar. Agar terjadi proses peleburan yang sempurna, jarak elektroda ke bahan baja harus diatur sedemikian rupa sehingga tidak terlalu dekat maupun terlalu jauh. Jika terlalu dekat akan menimbulkan hubung singkat, sementara kalau terlalu jauh tidak akan tercipta sebuah busur listrik. Sistem kontrol mempunyai peranan mengatur sekaligus menjaga jarak antara elektroda dan bahan baku agar optimal. Jarak yang tepat tersebut pada akhirnya akan menentukan pemakaian energi dan waktu peleburan,pemakaian elektroda serta kualitas baja yang dihasilkan. Mengingat bahwa gerakan elektroda yang turun naik secara tidak beraturan dan tidak terduga serta sulitnya mencapai keadaan yang stabil atau setimbang antara 3 elektroda menjadi salah satu penyebab tidak efisiennya pemakaian energi listrik dan elektroda. Padahal, EAF yang berfungsi melebur bahan-bahan baku besi spons (sponge iron) dan besi tua (scrap) menjadi baja cair, membutuhkan puluhan MW (megawatt) daya listrik yang dihantarkan melalui tiga buah elektroda, maka sistem kontrol ini benar-benar merevolusi konsep yang selama ini ada, karena kemampuannya belajar (learning) terhadap berbagai kemungkinan kondisi tak terduga yang akan dihadapi. Jadi persis seperti otak manusia yang memiliki kemampuan belajar.

Gambar 4. Sistem Pengendalian Elektroda dengan NFC Salah satu karakteristik yang menarik dari NFC ini seperti pada gambar 4 di atas, adalah selalu menjaga ketiga elektroda berada dalam keadaan setimbang, seakan NFC mempunyai naluri bahwa perubahan pada suatu elektroda akan mempengaruhi elektroda yang lain. Sementara dari pendekatan kedua, diperoleh Set Points Optimizer (SPO). SPO ini berfungsi menentukan nilai acuan impedansi yang optimal sesuai dengan dinamika proses yang terjadi di dalam EAF. Set Points Optimizer (SPO) ini diatur berdasarkan parameter-parameter yang digunakan, yaitu besarnya kecilnya kapasitas tungku yang digunakan. Ini akan menentukan besar kecilnya energi listrik yang digunakan untuk membuat busur api. Keuntungan langsung dari implementasi NFC adalah berkurangnya pemakaian energi listrik dan elektroda serta meningkatnya produktivitas. Tidak hanya itu. Keuntungan lainnya adalah biaya produksi per unit produksi yang dihasilkan kian kecil, umur pemakaian trafo bertambah panjang, dan dinding tungku juga lebih optimal. NFC mempunyai sejumlah keunggulan, antara lain : Mengendalikan ketiga elektroda secara terpadu. Aman bagi trafo dan dinding EAF. Pengoperasian dan perawatan lebih mudah. Mudah melakukan analisis. Akurat, stabil, dan responnya cepat. Tidak memerlukan modifikasi besar pada peralatan terpasang. Sistem terpasang dapat dioperasikan kembali seperti semula. Instalasi perangkat lunak dan keras dapat dilakukan tanpa mengganggu jadwal produksi.

Untuk pengaplikasian NFC hanya dibutuhkan komponen, seperti Industrial PC, Tranduser listrik 3 fasa (V, I, W), Peralatan akuisisi data, Antarmuka: PC Sistem Kontrol Terpasang; dan Software NFC (Design, Maintenance & Application) 4 Kesimpulan 1. Neuro Furnace Controller merupakan sebuah sistem kontrol yang berbasis jaringan syaraf tiruan yang digunakan untuk mengatur posisi elektroda pada peleburan baja secara optimal. Sistem kontrol Neuro Furnace Controller dapat mengurangi penggunaan energi listrik yang ada dan meningkatkan produktivitas serta dapat menekan biaya produksi. Neuro Furnace Controller mempunyai kemampuan belajar untuk kondisi-kondisi yang tidak terduga atau tidak beraturan sehingga sistem kontrol ini dapat memberikan tanggapan yang akuran dan respon yang diberikan pun cepat Dalam penggunaan dan pemakaiannya sistem Neuro Furnace Controller sangat mudah dioperasionalkan dan tidak perlu mengganti peralatan yang sudah terpasang saat ini.

http://angkringan.or.id/page.php?id=643 (6 Oktober 2011)

2.

3.

4.

5

Referensi 1. Limbong, Pinancius. Neuro Furnace Control: Turunkan Pemakaian Energi dan Elektroda di Pabrik Baja. http://www.mm-industri.com/neurofurnace-control-turunkan-pemakaianenergi-dan-elektroda-di-pabrik-baja/ (6 Oktober 2011) Wisna, Gde Wisnaya.TEKNOLOGI JARINGAN SARAF TIRUAN. http://www.lp3b.or.id/Jaringan.htm (6 Oktober 2011) Anonim. Analogi Antara Model Biologi dengan ANN. http://www.steelindonesia.com/article/doc /12.pdf (6 Oktober 2011) Widrow, Bernard. Neural Control System.http://wwwisl.stanford.edu/~widrow/papers/c1992neu ralcontrol.pdf (6 Oktober 2011) Anonim. Pembuatan Baja dengan Dapur Listrik. http://www.gudangmateri.com/2011/01/pe mbuatan-baja-dengan-dapur-listrik.html (6 Oktober 2011) Anonim. Definisi dan Konsep Jaringan Syaraf Tiruan.

2.

3.

4.

5.

6.