Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari analisis data – data yang telah didapatkan.
BAB II
GENERATOR SINKRON 3 FASA
2.1 Umum
Genetaror sinkron merupakan pembangkit listrik yang banyak digunakan. Oleh sebab itu generator sinkron memegang peranan penting dalam sebuah pusat pembangkit listrik. Mesin Sinkron dapat bekerja sebagai generator apabila kumparan jangkarnya (stator) menghasilkan daya arus bolak-balik. Generator sinkron (alternator) merupakan sebuah mesin sinkron yang berfungsi mengubah energi mekanik berupa putaran menjadi energi listrik bolak-balik.
Generator sinkron atau generator AC (alternating current) mempunyai arti bahwa rotor generator sinkron yang terdiri dari belitan medan dengan suplai arus searah akan menghasilkan medan magnet yang diputar dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan putar rotor. Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet (medan putar) pada stator. Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. Mesin sinkron tidak dapat start sendiri karena kutub-kutub yang berat dan tidak dapat tiba-tiba mengikuti kecepatan medan putar pada waktu saklar terhubung dengan jala-jala oleh sebab itu diperlukan suatu alat bantu start (prime mover) . Ada dua jenis generator sinkron, yaitu generator sinkron 1 fasa dan generator sinkron 3 fasa.
2.2 Konstruksi Generator Sinkron
Pada dasarnya konstruksi generator sinkron sama dengan motor sinkron. Secara umum, konstruksi generator sinkron terdiri dari stator (bagian yang diam) dan rotor (bagian yang bergerak). Keduanya merupakan rangkaian magnetik yang berbentuk simetris dan silindris yang berkaitan. Selain itu generator sinkron memiliki celah udara ruang antara stator dan rotor yang berfungsi sebagai tempat berputarnya rotor dan tempat terjadinya fluksi atau induksi energi listrik dari rotor ke stator.
Pada Gambar 2.1 dapat dilihat konstruksi dari sebuah generator sinkron secara umum :
Gambar 2.1 Konstruksi generator sinkron secara umum A. Rotor
Rotor merupakan bagian berputar yang berfungsi untuk membangkitkan medan magnet yang menghasilkan tegangan dan akan di induksikan ke stator. Pada rotor terdapat kutub-kutub magnet dengan lilitannya yang dialiri arus searah, melewati
1.) Rotor yang berbentuk kutub sepatu (salient pole)
2.) Rotor yang berbentuk kutub dengan celah udara sama rata (cylindrical)
1. Rotor kutub menonjol (Salient Pole Rotor)
Rotor tipe ini mempunyai kutub yang jumlahnya banyak. Kumparan dibelitkan pada tangkai kutub, dimana kutub-kutub diberi laminasi untuk mengurangi panas yang ditimbulkan oleh rugi-rugi arus Eddy, kumparan-kumparan medannya terdiri dari bilah tembaga persegi. Kutub menonjol ditandai dengan rotor berdiameter besar dan panjang serta sumbunya pendek.
Selain itu jenis kutub salient pole, kutub magnetnya menonjol keluar dari permukaan rotor. Belitan-belitan medan dihubung seri. Ketika belitan medan ini disuplai oleh eksiter, maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub yang berlawanan. Bentuk kutub menonjol generator sinkron tampak seperti Gambar 2.2 berikut :
Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan putaran rendah dan sedang (120-400 rpm). Generator sinkron tipe seperti ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit listrik. Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang karena :
a. Konstruksi kutub menonjol tidak terlalu kuat untuk menahan tekanan mekanis apabila diputar dengan kecepatan tinggi.
b. Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi yang besar dan bersuara bising jika diputar dengan kecepatan tinggi.
2. Rotor kutub tak menonjol dengan celah udara sama rata (Rotor Silinder) Rotor tipe ini dibuat dari plat baja berbentuk silinder yang mempunyai sejumlah slot sebagai tempat kumparan. Karena adanya slot-slot dan juga kumparan medan yang terletak pada rotor maka jumlah kutub pun sedikit yang dapat dibuat. Belitan-belitan medan dipasang pada alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh eksiter. Rotor yang umumnya berdiameter kecil dengan sumbu yang panjang. Dengan begitu kontruksi rotor ini memberikan keseimbangan mekanis yang lebih baik karena rugi-rugi anginya lebih kecil. Gambar bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada Gambar 2.3 berikut:
Gambar 2.3 Rotor Kutub tak Menonjol Generator Sinkron
Beberapa komponen utama rotor yaitu : a. Slip Ring
Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan oleh isolasi tertentu. Dibuat dari bahan kuningan atau tembaga yang dipasang pada poros dengan memakai bahan isolasi. Terminal kumparan rotor dipasangkan ke-slip ring ini kemudian dihubungkan kesumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya menempel pada slip ring.
b. Sikat
Sebagaian dari generator sinkron ada yang memiliki sikat ada juga yang tidak memiliki sikat. Sikat pada generator sinkron berfungsi sebagai saklar putar untuk mengalirkan arus DC ke-kumparan medan pada rotor generator sikron. Sikat terbuat dari bahan karbon tertentu.
c. Kumpara rotor (kumparan medan)
Kumparan medan merupakan unsure yang memegang peranan utama dalam menghasilkan medan magnet. Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber eksitasi tertentu.
d. Poros Rotor
Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan, dimana pada poros tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor.
B. Stator
Stator ialah bagian generator yang diam dan berfungsi sebagai tempat untuk menerima induksi magnet dari rotor. Arus bolak-balik (AC) yang menuju ke beban disalurkan melalui armatur, komponen ini berbentuk sebuah rangka silinder dengan lilitan kawat konduktor yang sangat banyak. Armatur selalu diam (tidak bergerak). Oleh karena itu, komponen ini juga disebut dengan stator. Lilitan armatur generator dalam wye dan titik netral dihubungkan ke tanah. Lilitan dalam wye dipilih karena:
1. Meningkatkan daya output.
2. Menghindari dan meminimalisir tegangan harmonik, sehingga tegangan line tetap sinusoidal dalam kondisi beban apapun.
Stator dari mesin sinkron terbuat dari bahan ferromagnetik yang berbentuk dan di laminasi untuk mengurangi rugi-rugi arus pusar. Dengan inti ferromagnetik yang bagus berarti permeabilitas dan resistivitas dari bahan tinggi. Pada Gambar 2.4 berikut memperlihatkan alur stator tempat kumparan jangkar
Gambar 2.4 Inti dalam Stator dan Alur Pada Stator
Stator terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu: a. Rangka stator
Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar generator.
b. Inti Stator
Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetic khusus terpasang ke rangka stator.
c. Alur (slot) dan Gigi
Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator. Ada 3 (tiga) bentuk alur stator yaitu terbuka, setengah terbuka, dan tertutup seperti pada gambar 2.5 berikut :
d. Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)
Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga. Kumparan ini merupakan tempat timbulnya ggl induksi. [5]
2.3 Prinsip Kerja Generator Sinkron
Adapun prinsip kerja dari suatu generator sinkron adalah:
1. Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan. Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan menimbulkan fluksi yang besarnya terhadap waktu adalah tetap.
2. Unit penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera dioperasikan sehingga memutar rotor pada kecepatan nominalnya
persamaan (2.1) dimana : …………(2.1)
n = Kecepatan putar rotor (rpm) p = Jumlah kutub rotor
f = frekuensi (Hz)
3. Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan. Medan putar yang dihasilkan pada rotor, akan diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang terletak di stator akan dihasilkan fluks magnetik yang berubah-ubah besarnya terhadap waktu. Adanya perberubah-ubahan fluks magnetik yang
melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada ujung-ujung kumparan tersebut, hal tersebut sesuai dengan persamaan berikut
dimana : ………. (2.2) …….. (2.3) ….. (2.4) ……… (2.5) …. (2.6) ……….. (2.7) ……… (2.8) … (2.9) ….. (2.10) …….. (2.11) …………. …(2.12) ………(2.13)
Dimana:
E = ggl induksi (Volt) N = Jumlah belitan C = Konstanta p = Jumlah kutub n = Putaran (rpm) f = Frequensi (Hz)
= Fluks magnetik (weber)
Untuk generator sinkron tiga phasa, digunakan tiga kumparan jangkar yang ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu, sehingga susunan kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama lain. Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk menghasilkan energi listrik. [2]
2.4 Reaksi Jangkar
Bila generator sinkron (alternator) melayani beban yang terhubung ke terminal generator maka pada belitan stator akan mengalir arus, sehigga timbul medan magnet pada belitan stator yang akan berinteraksi dengan medan rotor. Medan magnet ini akan mendistorsi medan magnet yang dihasilkan belitan rotor sehingga menghasilkan fluks resultan. Seperti yang dijelaskan pada Gambar 2.6 :
Gambar 2.6 Model Reaksi Jangkar
Pada Gambar 2.6.a. Medan magnet yang berputar akan menghasilkan tegangan induksi E
a. Bila generator melayani beban dengan induktif, maka arus pada stator akan tertinggal seperti pada Gambar 2.6.b. Arus stator tadi akan meghasilkan medan magnet sendiri B
s dan tegangan stator E
stat, seperti pada Gambar 2.6.c. Vektor penjumlahan antara BS dan BR akan menjadi Bnet dan penjumlahan Estat dan Ea, akan menghasilkan , V pada terminal jangkar.
Saat beban terhubung ke beban induktif, arus jangkar akan tertinggal terhadap tegangan jangkar. Arus pada belitan stator akan menghasilkan medan magnet B
s, yang kemudian kan menghasilkan tegangan stator E
stat. Dua tegangan yaitu tegangan jangkar E
a dan tegangan reaksi jangkar E
stat akan menghasilkan V
t , dimana ditunjukkan pada persamaan (2.14)
V
t = E
a + E
Tegangan Reaksi Jangkar E
stat = - j X Ia
Sehingga persaman 2.14 dapat ditulis kembali pada persamaan (2.15). V
t = E
a-jXI
a ...(2.15)
Selain pengaruh reaksi jangkar ini, pengurangan tegangan induksi generator sinkron juga karena adanya tahanan R
a dan Induktansi belitan stator X
a, ,dan penjumlahan X dan Xa sering disebut Reaktansi Sinkron Xs, sehingga persamaan (2.15) dapat ditulis kembali sebagai persamaan (2.16).
V t = E a-jXI a-jX aI a- I aR a ...(2.16) Lalu menjadi persamaan (2.17)
V t = E a-jX sI a- I aR a...(2.17) Dimana:
Vt = Tegangan terminal jangkar Ra = Tahanan Jangkar Ea = Tegangan Jangkar BS = Medan Magnet Stator Estat = Tegangan Reaksi Jangkar BR = Medan Magnet Rotor Xs = Reaktansi Sinkron
Ia = Arus Jangkar
2.5 Sistem Eksitasi
Berdasarkan cara penyaluran arus searah pada rotor generator sinkron, sistem eksitasi terdiri dari dua sistem yaitu sistem eksitasi dengan menggunakan sikat (brushless excitation) dan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat (brushless).
Untuk sistem eksitasi yang konvensional, arus searah diperoleh dari sebuah generator arus searah berkapasitas kecil yang disebut eksiter. Generator sinkron dan generator arus serah tersebut terkopel dalam satu poros, sehingga putaran generator arus searah sama dengan putaran generator sinkron.
Tegangan yang dihasilkan oleh generator arus searah ini diberikan kebelitan rotor generator sinkron melalui sikat karbon dan slip ring. Akibatnya arus searah mengalir ke dalam rotor atau kumparan medan dan menimbulkan medan magnet yang diperlukan untuk dapat menghasilkan tegangan arus bolak-balik pada kumparan utama yang terletak di stator generator sinkron.
Pada generator konvensional ini ada beberapa kerugian yaitu generator arus searah merupakan beban tambahan untuk penggerak mula. Penggunaan slip ring dan sikat menimbulkan masalah ketika digunakan untuk mensuplai sumber arus searah padabelitan medan generator sinkron. Terdapat sikat arang yang menekan slip ring sehingga timbul rugi gesekan pada generator utamanya. Selain itu pada generator arus searah juga terdapat sikat karbon yang menekan komutator. Selama pemakaian slip ring dan sikat harus diperiksa secara teratur, generator arus searah juga memiliki keandalan yang rendah. Karena hal-hal seperti diatas dipikirkan hubungan lain dan dikenal apa yang dikenal sebagai generator sinkron static exciter (penguat statis). Gambar 2.7 adalah sistem eksitasi yang menggunakan generator arus searah.
Gambar 2.7 Sistem Eksitasi Menggunakan Generator Arus Searah
2 Sistem Eksitasi Statis
Sistem eksitasi statis menggunakan peralatan eksitasi yang tidak bergerak (static), artinya peralatan eksitasi tidak ikut berputar bersama dengan rotor generator sinkron. Sistem eksitasi statis (static excitation sistem) atau disebut juga dengan self excitation merupakan sistem eksitasi yang tidak memerlukan generator tambahan sebagai sumber eksitasi generator sinkron. Sumber eksitasi pada sistem eksitasi statis berasal dari tegangan output generator itu sendiri yang disearahkan terlebih dahulu dengan menggunakan penyearah thyristor.
Pada mulanya pada rotor ada sedikit magnet sisa, magnet sisa ini akan menimbulkan tegangan pada stator tegangan ini kemudian masuk dalam penyearah dan dimasukkan kembali pada rotor akibatnya medan magnet yang dihasilkan makin besar dan tegangan AC naik demikian seterusnya sampai dicapai tegangan nominal dari generator AC tersebut. Biasanya penyearah itu mempunyai pengatur sehingga tegangan generator dapat diatur konstan. Bersama dengan
Dibandingkan dengan generator yang konvensional generator dengan sistem eksitasi statis memang sudah jauh lebih baik yaitu tidak ada generator arus searah (yang keandalannya rendah) dan beban generator arus searah pada penggerak mula hilang. Eksiter diganti dengan eksiter yang tidak berputar yaitu penyearah karena itu disebut eksiter statis. Gambar 2.8 berikut adalah sistem eksitasi statis.
Gambar 2.8 Sistem eksitasi statis
Untuk keperluan eksitasi awal pada generator sinkron, maka sistem eksitasi statis dilengkapi dengan field flashing. Hal ini dibutuhkan karena generator sinkron tidak memiliki sumber arus dan tegangan sendiri untuk mensuplai kumparan medan. Penggunaan slip ring dan sikat pada eksitasi ini menyebabkan sistem eksitasi ini tidak efisien dan efektif.
Sedangkan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat terdiri dari : 1. Sistem eksitasi dengan menggunakan baterai.
Sedangkan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat :
1. Sistem Eksitasi Menggunakan Baterai
Sistem eksitasi tanpa sikat diaplikasikan pada generator sinkron, dimana suplai arus searah kebelitan medan dilakukan tanpa melalui sikat. Arus searah untuk suplai eksitasi untuk awal start generator digunakan suplai dari baterai, yang sering dinamakan penguat mula, dimana arus ini selanjutnya disalurkan ke belitan medan AC exiter. Tegangan keluaran dari generator sinkron ini disearahkan oleh penyearah yang menggunakan dioda, yang disebut rotating rectifier, yang diletakkan pada bagian poros ataupun pada bagian dalam dari rotor generator sinkron, sehingga rotating rectifier tersebut ikut berputar sesuai dengan putaran rotor, seperti pada gambar 2.9 berikut:
Gambar 2.9 Sistem Eksitasi Dengan Menggunakan Baterai
Dari Gambar 2.9 diatas, untuk menghindari adanya kontak geser pada bagian rotor generator sinkron, maka penguat medan generator dirancang
disalurkan kebagian belitan medan dari generator utama. Hal ini dimungkinkan karena dioda penyearah ditempatkan pada bagian poros yang dimiliki bersama-sama oleh rotor generator utama dan penguat medannya. Arus medan pada generator utama dikontrol oleh arus yang mengalir pada kumparan medan penguat (eksiter).
2. Sistem Eksitasi Menggunakan Pemanen Magnet Generator
Suatu generator sinkron harus memiliki sebuah medan magnet yang berputar agar generator tersebut menghasilkan tegangan pada statornya. Medan magnet ini dapat dihasilkan dari belitan rotor yang disuplai dengan sumber listrik arus searah. Cara lain untuk menghasilkan medan magnet pada rotor adalah dengan menggunakan magnet permanen sebagai sumber eksitasinya ini disebut dengan Permanen Magnet Generator (PMG).
Generator sinkron yang berkapasitas besar biasanya menggunakan sistem eksitasi brushless yang dilengkapi dengan permanen magnet generator. Hal ini dimaksudkan agar sistem eksitasi dari generator sama sekali tidak tergantung pada sumber daya listrik dari luar mesin itu. Pada Gambar 2.10 dapat dilihat bentuk skematik dari sistem eksitasi dengan menggunakan Permanen Magnet Generator.
Gambar 2.10 Sistem Eksitasi Dengan Menggunakan Permanen Magnet Generator Dari Gambar 2.17, bahwa pada bagian mesin yang berputar (rotor) terdapat magnet permanen, kumparan jangkar generator eksitasi, kumparan medan generator utama. Hal ini memungkinkan generator tersebut tidak menggunakan slip ring dan sikat dalam pengoperasiannya sehingga lebih efektif dan efisiensi. [9]
2.6 Rangkaian Ekivalen
Stator terdiri dari belitan-belitan. Suatu belitan konduktor akan terdiri dari tahanan R
a dan induktansi X
Ia maka rangkaian ekivalen suatu generator sinkron dapat dibuat seperti Gambar 2.11
Dengan melihat Gambar 2.11 maka tegangan generator sinkron dapat ditulis pada persamaan (2.18). E a = V + jX arI a + jX LaI a + R a I a………...(2.18) Dan persamaan terminal generator sinkron dapat ditulis pada persamaan (2.19) Vt = E a – jX arI a – jX LaI a – R a I a ...(2.19) Dengan menyatakan reaktansi reaksi jangkar dan reaktansi fluks bocor sebagai reaktansi sinkron, atau X
s = X
ar + X
La, maka menjadi persamaan (2.20). Vt = E a – jX sI a – R aI a [Volt]…..…...(2.20) Dimana:
Vt = Tegangan Terminal Ia = Arus Jangkar Ea = Tegangan Induksi Ra = Tahanan Jangkar Xs = Reaktansi Sinkron Xar = Reaktansi Jangkar XLa = Reaktansi Fluks Bocor
Gambar 2.12 Penyederhanaan rangkaian ekivalen generator sinkron
Karena tegangan yang dibangkitkan oleh generator sinkron adalah tegangan bolak-balik tiga fasa maka gambar yang menunjukkan hubungan
tegangan induksi perfasa dengan tegangan terminal generator akan ditunjukkan pada Gambar 2.13
berikut:
Gambar 2.13 Rangkaian ekivalen generator sinkron 3 fasa Sementara itu, rangkaian ekivalen generator sinkron tiga fasa untuk tiap jenis hubungan ditunjukkan oleh Gambar 2.14 berikut ini:
Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen belitan stator generator sinkron 3 fasa (a). Belitan-Y, (b). Belitan-∆
2.7 Rangkaian Belitan 2.7.1 Belitan Stator
Ada dua jenis belitan stator yang banyak digunakan untuk generator sinkron 3 phasa, yaitu:
1. Belitan satu lapis (Single Layer Winding). 2. Belitan berlapis ganda (Double Layer Winding).
1. Belitan satu lapis (Single Layer Winding).
Gambar 2.15 Belitan satu lapis (Single Layer Winding).
Gambar 2.15 memperlihatkan belitan satu lapis karena hanya ada satu sisi lilitan di dalam masing - masing alur. Bila kumparan tiga phasa dimulai pada Sa, Sb, dan Sc dan berakhir di Fa, Fb, dan Fc bisa disatukan dalam dua cara, yaitu hubungan bintang dan segitiga. Antar kumparan phasa dipisahkan sebesar 120 derajat listrik atau 60 derajat mekanik, satu siklus ggl penuh akan dihasilkan bila rotor dengan 4 kutub berputar 180 derajat mekanis. Satu siklus ggl penuh menunjukkan 360 derajat listrik. [5]
2. Belitan berlapis ganda (Double Layer Winding).
Kumparan jangkar yang diperlihatkan pada Gambar 2.15 hanya mempunyai satu lilitan per kutub per phasa, akibatnya masing – masing kumparan hanya dua lilitan secara seri. Bila alur-alur tidak terlalu lebar, masing-masing penghantar yang berada dalam alur akan membangkitkan tegangan yang sama. Masing – masing tegangan phasa akan sama untuk menghasilkan tegangan per penghantar dan jumlah total dari penghantar per phasa.
Dalam kenyataannya cara seperti ini tidak menghasilkan cara yang efektif dalam penggunaan inti stator, karena variasi kerapatan fluks dalam inti dan juga melokalisir pengaruh panas dalam daerah alur dan menimbulkan harmonik. Untuk mengatasi masalah ini, generator praktisnya mempunyai kumparan terdistribusi dalam beberapa alur per kutub per phasa. Gambar 2.16 memperlihatkan bagian dari sebuah kumparan jangkar yang secara umum banyak digunakan. [5]
2.7.2 Belitan Rotor
Rotor berfungsi untuk membangkitkan medan magnet yang kemudian tegangan dihasilkan dan akan diinduksikan ke stator. Generator sinkron memiliki dua tipe rotor, yaitu :
1).Rotor berbentuk kutub sepatu (salient pole)
2).Rotor berbentuk kutub dengan celah udara sama rata (cylindrical)
Perbedaan utama antara keduanya adalah salient pole rotor digerakkan oleh turbin hidrolik kecepatan rendah sedangkan cylindrical rotor digerakkan oleh turbin uap berkecepatan tinggi. Bentuk rotor yang terdapat pada generator sinkron dapat dilihat pada Gambar 2.17 berikut
(a) Rotor Kutub Menonjol (b) Rotor Silinder Gambar 2.17 Bentuk Rotor
2.8 Karakteristik Generator Sinkron 3 Fasa 2.8.1 Karakteristik Beban Nol
Karakteristik tanpa beban (beban nol) pada generator sinkron dapat ditentukan dengan melakukan test beban nol (open circuit) yang memiliki langkah-langkah sebagai berikut :
a.) Generator diputar pada kecepatan nominal (n) b.) Tidak ada beban yang terhubung pada terminal
c.) Arus medan (If) dinaikkan dari nol hingga maksimum secara bertahap d.) Catat harga tegangan terminal (Vt) pada setiap harga arus medan (If) yang terlihat pada gambar 2.18 di bawah ini:
Gambar 2.18 Rangkaian Test Tanpa Beban
Dari Gambar dapat diperoleh persamaan umum generator pada persamaan (2.21). E 0 = V t + I a (R a + jX s)...(2.21) Pada hubungan generator terbuka (beban nol), I
a = 0. Maka persamaannya menjadi persamaan (2.22).
E0 = Vt = Cn …...…..(2.22)
Karena tidak ada beban yang terpasang, maka yang dihasilkan hanya f. Sehingga menjadi persamaan (2.23)
E0 = Cn
f ...(2.23) Dari persamaan (2.23) menjadi persamaan (2.24) E0 = CnI
f... (2.24)
Nilai Cn adalah konstan sehingga persamaan menjadi persamaan (2.25) E = k .I... (2.25)
Dimana:
E0 = Tegangan pada saat beban nol Ia = Arus Jangkar
C = Konstanta n = Jumlah Putaran
If = Arus Medan Ra = Tahanan Jangkar
Xs = Reaktansi Sinkron
Pengujian beban nol terkait dengan karakteristik beban nol yaitu hubungan antara tegangan induksi Ea dengan arus penguat /eksitasi If . pada pengujian beban nol, rotor generator diputar pada kecepatan nominal dan terminal jangkar dalam keadaan terbuka. Arus medan If diatur bertahap nol hingga diperoleh harga tegangan induksi Ea. bersekitar kurang lebih 125% dari tegangan nominal generator. Pada kondisi ini arus jangkar Ia = 0 dan tegangan induksi Ea = Vt. sehingga pembacaan tegangan induksi jangkar dengan pengaruh variasi medan eksitasi digambarkan karakteristik hubung terbuka dari generator atau OCC (Open-Circuit Characteristic). Yang terlihat pada gambar 2.19 dibawah:
Gambar 2.19 Karakteristik Hubung Terbuka (OCC)
Dari Gambar 2.19 di atas terlihat bahwa pada awalnya kurva berbentuk hampir benar-benar linear. Hingga pada harga-harga arus medan yang tinggi,
bentuk kurva mulai terlihat saturasi. Inti besi yang tidak jenuh dalam bingkai mesin sinkron memiliki reluktansi beberapa ratus kali lebih rendah daripada reluktansi air gap. Sehingga pertama-tama hampir seluruh MMF melewati celah udara dan peningkatan fluksi yang terjadi linear. Ketika inti besi mengalami saturasi, reluktansi besi meningkat secara drastis dan fluksi meningkat lebih lambat dengan peningkatan nilai MMF. Bentuk linear dari grafik OCC disebut karakteristik air gap line. [5]
2.8.2 Karakteristik Hubung Singkat
Untuk menentukan karakteristik dan parameter generator sinkron yang dihubung singkat terdapat beberapa langkah yang harus dilakukan antara lain :
a.) Generator diputar pada kecepatan nominal b.) Atur arus medan (I
f) pada nol c.) Hubung singkat terminal