Mengurangi Harmonisa Pada Penyearah Satu Fasa Dengan Filter Induktor

81  24 

Teks penuh

(1)

MENGURANGI HARMONISA PADA PENYEARAH SATU FASA DENGAN FILTER INDUKTOR

TESIS

Oleh:

SATRIA GINTING 087034018/MTE

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(2)

MENGURANGI HARMONISA PADA PENYEARAH SATU FASA DENGAN FILTER INDUKTOR

TESIS

Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Oleh:

SATRIA GINTING 087034018/MTE

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(3)

Judul Penelitian : MENGURANGI HARMONISA PADA PENYEARAH SATU FASA DENGAN FILTER INDUKTOR

Nama Mahasiswa : Satria Ginting Nomor Induk : 087034018

Program Studi : Magister Teknik Elektro

Menyetujui Komisi Pembimbing :

( Prof. Dr. Ir. Usman Baafai ) ( Ir. Ashuri, MT )

Ketua Anggota

Ketua Program Studi, Dekan,

(4)

Telah Diuji Pada Tanggal : 16 Juni 2011

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Prof. Dr. Ir. Usman Baafai Anggota : 1. Ir. Ashuri, MT

(5)

ABSTRAK

Perkembangan elektronik yang dewasa ini cukup pesat telah menghasilkan banyak peralatan elektronik baik untuk kebutuhan rumah tangga, perkantoran maupun industri. Umumnya peralatan ini membutuhkan catu daya sumber tegangan arus searah, sementara catu daya yang tersedia merupakan sumber tegangan arus bolak balik. Oleh karena itu, dibutuhkan penyearah (rectifier) yang berfungsi mengubah sumber tegangan arus bolak balik yang ada menjadi sumber tegangan arus searah. Namun, pemakaian peralatan penyearah ini, menghasilkan distorsi pada bentuk gelombang arus, yang dikenal dengan harmonisa yang dapat mengganggu kerja peralatan listrik lainnya, yang terpasang pada sumber tegangan yang sama. Jadi, haruslah diupayakan agar harmonisa yang dibangkitkan oleh penyearah sekecil mungkin dibawah standar yang diizinkan. Banyak metoda yang dapat dilakukan untuk mengurangi harmonisa yang dibangkitkan oleh penyearah. Salah satu cara adalah dengan menggunakan filter induktor pada sisi inputnya. Pada penyearah dengan beban resistif sebesar 125Ω, dengan kapasitor perata sebesar 204 uF, menghasilkan arus harmonisa ke tiga sebesar 3,62 Amper. Setelah dipasang filter induktor sebesar 159 mH, menghasilkan arus harmonisa ke tiga sebesar 0,59 Amper. Sedang menurut standard IEC-1000-3-2, arus harmonisa ketiga yang diizinkan adalah sebesar 2,3 Amper.

(6)

ABSTRACT

Electronics which is highly developed nowdays has produced numerous appliances for household, offices, and industry. Basically, these appliances need a direct current power supply although now only one alternating current power supply is available. Therefore, a rectifier which can convert an alternating current power supply to a direct current power supply will be needed. However, the use of this rectifier will cause distortion in the form of current waves which are called harmonics. This harmonics can hamper the work of the other electric devices which are attached to the same power source. Therefore, it is recommended that the harmonics generated by rectifiers should be as small as possible and should be under the legal standard. There are many methods to reduce the harmonics generated by rectifiers. One of them is by using inductor filter on its input side. The rectifiers with resistive load of 125 Ώ and the capacitor reducing ripples of 204 uF produce the third harmonics current of 3.62 amperes. The installed inductor filter of 159 mH produces the third harmonics current of 0.59 ampere. According to IEC-1000-3-2 standard, the allowed third harmonics current is 2.3 amperes.

(7)

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah segala puji dan syukur bagi Allah SWT karena telah diberi izinNYA untuk menyelesaikan tesis ini dengan baik sekali dalam judul MENGURANGI HARMONISA PADA PENYEARAH SATU FASA DENGAN FILTER INDUKTOR

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai, selaku ketua komisi pembimbing, Bapak Ir. Ashuri, MT selaku anggota komisi pembimbing yang dengan penuh sabar, arif dan bijaksana memberikan bimbingan, petunjuk dan arahan serta dorongan kepada penulis. Bapak Ir. Riswan Dinzi, MT, Ir. Suprapto, MT dan Dr.Eng Ariadi Hazmi selaku pembanding utama tesis ini. Juga kepada semua rekan-rekan sesama siswa angkatan pertama tahun akademik 2008/2009 Program Studi Magister Teknik Elektro FT USU Medan, yang selama ini cukup lelah berdiskusi, saya haturkan terima kasih. Dan terima kasih juga kepada Siska Yana, yang turut berpartisipasi besar dan banyak memberi masukan dalam menyelesaikan penelitian tesis ini.

Penulis menyadari masih ada kekurangan dalam tulisan ini, namun penulis mengharapkan tulisan ini dapat memenuhi persyaratan yang diperlukan untuk suatu tesis dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

(8)

terimakasih saya kepada semua pihak yang dalam hal ini tidak mungkin saya sebutkan satu persatu. Semoga ALLAH SWT melimpahkan rahmat, taufiq dan hidayahnya kepada kita semua. Amin.

Medan, Juni 2011 Hormat saya,

(9)

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

Saya yang bertanda tangan dibawah ini,

Nama : Satria Ginting

Tempat / Tanggal Lahir : Medan/ 14 Mei 1960. Jenis Kelamin : Laki - Laki

Agama : Islam

Bangsa : Indonesia

Alamat : JL. Amaliun Gg. Perdamaian No. 1ª Medan.

Menerangkan dengan sesungguhnya, bahwa :

PENDIDIKAN

(10)

PEKERJAAN

1. Staf Pengajar pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU sejak 1 Maret 1989 sampai dengan sekarang.

PENGHARGAAN

1. Tahun 2. Tahun

Demikian riwayat hidup ini saya buat dengan sebenarnya untuk dapat dipergunakan sebagaimana mestinya.

Medan, Juni 2011 Tertanda,

(11)

DAFTAR ISI

Halaman ABSTRAK ...

(12)

2.7.1. Mode konduksi yang tidak kontiniu ... 2.7.2. Mode konduksi yang kontiniu ... 2.8. Sudut Konduksi ... BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ... 3.1. Umum ... 3.2. Menentukan Nilai Kapasitor C ... 3.4. Menentukan Nilai Filter Induktor L ... BAB 4 HASIL SIMULASI DAN AALISIS... .

4.1. Hasil simulasi... 4.2. Analisis hasil... BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 5.1. Kesimpulan ... 5.2. Saran ... DAFTAR PUSTAKA ...

(13)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

1.1.

Besar THD hasil simulasi untuk harga L yang berbeda-beda .... Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas A ... Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas B ... Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas C ... Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas D ... Batas arus harmonisa untuk kelas A dan kelas D ...

Pembangkitan harmonisa pada beberapa tipe penyearah ... Nilai arus harmonisa sebelum dipasang filter ... Nilai arus harmonisa setelah dipasang filter ... Perbandingan harmonisa sebelum dan sesudah dipasang filter ...

(14)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman 1.1.

Mengurangi harmonisa dengan control circuit ... Bentuk gelombang arus ... Bentuk spektrum arus ... Rangkaian simulasi penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda ... Penyearah dengan kapasitor perata ... Penyearah dengan filter L-C paralel ... Penyearah dengan filter L-C seri ... Pennyearah dengan filter passive wave shapping methode ... Prinsip dari fiter daya aktif ... Bentuk gelombang arus dan tegangan ... Perubahan bentuk gelombang akibat adanya harmonisa ... Konstruksi bahan pada dioda ... Simbol dioda pada rangkaian ... Proses bias dari diode ... Karakteristik V-I dari dioda ... Penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda ... Bentuk gelombang input penyearah ………..……

(15)

2.9.

Bentuk gelombang tegangan output penyearah ... Penyearah dengan kapasitor perata C ... Bentuk gelombang arus dan tegangan ... Interval pengisian dan pengosongan kapasitor ... Filter harmonisa dengan L-C-R paralel pada sisi input ... Filter harmonisa dengan pemasangan L pada sisi input dan output ...

Filter harmonisa dengan L-C-R seri pada sisi input ... Filter harmonisa dengan L seri pada sisi input ... Rangkaian ekivalen saat pengisian dan pengosongan ... Pemasangan Induktor pada sisi input penyearah ... Bentuk gelombang arus dan tegangan pada kondisi dcm ... Bentuk gelombang tegangan dan arus untuk mode ccm ... Turn on θ1 dan turn off θ2 sebagai fungsi ρL

...

angkaian penyearah untuk simulasi ... iagram alir pelaksanaan penelitian ... angkaian simulasi penyearah dengan kapasitor perata ...

duktor ... entuk spektrum arus input ...

=159,6mH ... entuk gelombang arus pada sisi input penyearah ... R

D R

Bentuk gelombang arus pada sisi input penyearah tanpa filter in

B

(16)

3.8. 4.1. 4.2.

Bentuk spektrum arus input ... esar THDi sebelum dan sesudah dipasang filter ... Perbandingan arus dalam bentuk spektrum ... B

(17)

ABSTRAK

Perkembangan elektronik yang dewasa ini cukup pesat telah menghasilkan banyak peralatan elektronik baik untuk kebutuhan rumah tangga, perkantoran maupun industri. Umumnya peralatan ini membutuhkan catu daya sumber tegangan arus searah, sementara catu daya yang tersedia merupakan sumber tegangan arus bolak balik. Oleh karena itu, dibutuhkan penyearah (rectifier) yang berfungsi mengubah sumber tegangan arus bolak balik yang ada menjadi sumber tegangan arus searah. Namun, pemakaian peralatan penyearah ini, menghasilkan distorsi pada bentuk gelombang arus, yang dikenal dengan harmonisa yang dapat mengganggu kerja peralatan listrik lainnya, yang terpasang pada sumber tegangan yang sama. Jadi, haruslah diupayakan agar harmonisa yang dibangkitkan oleh penyearah sekecil mungkin dibawah standar yang diizinkan. Banyak metoda yang dapat dilakukan untuk mengurangi harmonisa yang dibangkitkan oleh penyearah. Salah satu cara adalah dengan menggunakan filter induktor pada sisi inputnya. Pada penyearah dengan beban resistif sebesar 125Ω, dengan kapasitor perata sebesar 204 uF, menghasilkan arus harmonisa ke tiga sebesar 3,62 Amper. Setelah dipasang filter induktor sebesar 159 mH, menghasilkan arus harmonisa ke tiga sebesar 0,59 Amper. Sedang menurut standard IEC-1000-3-2, arus harmonisa ketiga yang diizinkan adalah sebesar 2,3 Amper.

(18)

ABSTRACT

Electronics which is highly developed nowdays has produced numerous appliances for household, offices, and industry. Basically, these appliances need a direct current power supply although now only one alternating current power supply is available. Therefore, a rectifier which can convert an alternating current power supply to a direct current power supply will be needed. However, the use of this rectifier will cause distortion in the form of current waves which are called harmonics. This harmonics can hamper the work of the other electric devices which are attached to the same power source. Therefore, it is recommended that the harmonics generated by rectifiers should be as small as possible and should be under the legal standard. There are many methods to reduce the harmonics generated by rectifiers. One of them is by using inductor filter on its input side. The rectifiers with resistive load of 125 Ώ and the capacitor reducing ripples of 204 uF produce the third harmonics current of 3.62 amperes. The installed inductor filter of 159 mH produces the third harmonics current of 0.59 ampere. According to IEC-1000-3-2 standard, the allowed third harmonics current is 2.3 amperes.

(19)

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dewasa ini peralatan elektronika daya cukup berkembang dengan pesat. Hal ini terlihat dengan semakin banyaknya penggunaan peralatan elektronik baik pada rumah tangga, perkantoran maupun industri. Seperti kita ketahui bahwa peralatan tersebut membutuhkan catu daya sumber tegangan arus searah sementara catu daya yang tersedia adalah sumber tegangan arus bolak balik. Oleh karena itu, dibutuhkan alat yang dapat mengkonversi sumber tegangan arus bolak balik menjadi sumber tegangan arus searah yang dikenal juga dengan Penyearah atau Rectifier. Khusus untuk peralatan rumah tangga maupun perkantoran umumnya menggunakan penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda. Catu daya seperti ini umumnya menggunakan 4 (empat) buah dioda hubungan jembatan.

(20)

standar yang diizinkan sehingga tidak mengganggu kerja peralatan lain yang tersambung pada sumber yang sama. Namun di sisi lain juga harus dipertimbangkan bahwa pengurangan harmonisa tidak menimbulkan biaya yang besar karena hal ini berkaitan dengan pembiayaan produksi dan harga jual peralatan.

Beberapa kajian yang telah dilakukan untuk mengurangi harmonisa arus pada penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda ini diantaranya adalah :

A. A New Single Phase AC To DC Harmonic Reduction Converter Based On Voltage Doubler Circuit”

Dalam paper Aintablian dan Hill, “A New Single Phase AC To DC Harmonic Reduction Converter Based On Voltage Doubler Circuit”, IEEE No. 0-7803-1328-3/94.[1] dianalisa bagaimana proses mengurangi harmonisa arus dengan metode rangkaian tegangan ganda dimana antara sambungan kapasitor dan sambungan dioda dihubungkan oleh sebuah transistor yang bekerja sebagai saklar yang dioperasikan oleh rangkaian pengontrol (control circuit) seperti yang diperlihatkan pada Gambar 1.1.

Vcc LM741C

LM741C

SK312A R

R

R C1 C2 SK3829

R

D1 D3

D2 D4

R

(21)

Dalam hal ini kerja transistor yang menghubungkan antara dioda jembatan dengan kapasitor paralel diatur oleh control circuit. Hasil dari pengujian simulasi yang dilakukan dengan program P’Spice terlihat bahwa bahwa bentuk gelombang arus input sebelum dan sesudah penggunaan control circuit terlihat seperti Gambar 1.2a dan 1.2b

(a) Bentuk gelombang arus sebelum (b) Bentuk gelombang arus sesudah Harmonisa direduksi. (0,615A). Harmonisa direduksi. (0,21 A).

Gambar 1.2. Bentuk gelombang arus

(22)

(a) Bentuk spektrum arus sebelum (b) Bentuk spektrum arus sesudah direduksi (THD = 69,5%) direduksi (THD = 39.4%)

Gambar 1.3. Bentuk spektrum arus

Dari analisa diperoleh bahwa kerja penyearah dapat mengurangi THDi yang semula besarnya 69,5%, menjadi 39,4%. Sedang arusnya dapat direduksi dari 0,615A menjadi 0,21A. (besar arus yang direduksi sebesar 65,8%).

B. Simple And Advanced Models or Calculating Single Dioda Rectifier Line-Side-Harmonics.

(23)

Gambar 1.4. Rangkaian simulasi penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda

Dengan mengatur besar harga induktor baik disisi input dan output dari penyearah yang dilakukan dengan program simulasi terlihat bahwa perubahan harga induktor mempengaruhi besar harmonisa yang dibangkitkan oleh penyearah. Semakin besar nilai induktor yang dipasang akan menghasilkan THDi yang semakin kecil. Hal ini ditunjukkan oleh Tabel 1.1.

Tabel 1.1. Besar THD hasil Simulasi dengan harga L yang berbeda-beda

Ldc 2 mH 4 mH 6 mH 8mH 10 mH

Ls

2 mH 55,466 49,001 44,072 41,270 46,999

4 mH 49,005 42,956 38,461 36,109 35,630

6 mH 43,866 38,900 35,915 32,562 33,061

8 mH 39,738 35,780 32,553 31,478 30,593

(24)

C. The Study of Single Phase Diode Rectifiers with High Power Factor and Low Total Harmonic Distortion.

Dalam tesis Pranavi Chowdari Tella, “The Study of Single Phase Diode Rectifiers with High Power Factor and Low Total Harmonic Distortion”, University of Missouri, Columbia, 2008, (Master of Sience Thesis).[3], dianalisa beberapa metode yang dapat mengurangi harmonisa yang dihasilkan oleh penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda. Untuk melihat perubahan yang dihasilkan maka pertama simulasi dilakukan pada penyearah yang menggunakan kapasitor perata seperti Gambar 1.5. dimana diperoleh THDi = 169%. Sumber tegangan input yang digunakan mempunyai harga efektif sebesar 115 Volt dengan frekuensi 60 Hz. Penyearah melayani beban Ro = 48,4Ω dengan data dioda penyearah seperti terlihat pada Gambar 1.5.

Gambar 1.5. Penyearah dengan kapasitor perata

(25)

Gambar 1.6. Penyearah dengan filter L-C Paralel

Oleh karena itu dicoba metode lain yakni dengan mengubah posisi filter LC paralel menjadi filter LC seri seperti Gambar 1.7. Simulasinya menghasilkan THDi yang semakin kecil yakni sebesar 10%.

(26)

Untuk mendapatkan nilai THDi yang lebih kecil lagi dapat dilakukan dengan menambahkan kapasitor C=400uF yang dihubungkan paralel Gambar 1.8. yang dikenal dengan wave shapping methode. Dan hasilnya THDi yang diperoleh cukup kecil yakni sebesar 2,62%.

Gambar 1.8. Penyearah dengan filter passive wave shapping methode

D. Single Phase Active Power Filter Using FFT with Harmonic Phase Delay Compensation

(27)

Gambar 1.9. Prinsip dari Fiter daya aktif

Dari uraian diatas dapat dilihat bahwa sudah ada beberapa penelitian yang dilakukan untuk mengurangi harmonisa dari penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda dengan cara yang berbeda-beda.

Dalam tesis ini akan dianalisa penggunaan filter induktor pada sisi input penyearah dapat mengurangi THDi yang dihasilkan penyearah. Hal ini dilatar belakangi oleh kajian [2], yang memperhitungkan filter induktor pada sisi input dan output penyearah. Sementara itu dalam tesis ini akan dianalisa bahwa hanya dengan menempatkan filter induktor pada sisi input penyearah dapat mengurangi harmonisa dimana analisanya dilakukan dengan program simulasi yang menggunakan software MATLAB/Simulink.

1.2. Rumusan Masalah

(28)

gelombang arusnya tidak lagi sinusoidal murni. Oleh karena itu harmonisa yang dihasilkan perlu direduksi dan salah satu cara diantaranya adalah dengan filter induktor yang dipasang seri pada sisi input penyearah.

1.3. Batasan Masalah

Mengingat banyaknya variabel yang dapat digunakan untuk mengurangi harmonisa ini maka penulis perlu membuat batasan masalah yang akan diteliti, yakni: a. Penyearah dihubungkan langsung ke titik sumber tegangan sehingga tidak

menggunakan transformator sebagai penurun tegangan.

b. Beban penyearah yang digunakan adalah beban resistif (R) murni.

c. Filter yang dipasang adalah induktor murni dan dipasang seri pada sisi input penyearah.

d. Gelombang harmonisa yang dianalisa adalah gelombang harmonisa arus dan hanya pada input penyearah.

1.4. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mengurangi harmonisa arus pada sisi input penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda hubungan jembatan yang menggunakan filter induktor.

1.5. Manfaat Penelitian

(29)

untuk mengurangi harmonisa yang ada disamping biayanya cukup besar. Oleh karena itu tesis ini bermanfaat untuk:

a. Mengurangi harmonisa yang dihasilkan oleh masing masing penyearah.

(30)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Harmonisa

Pada umumnya suatu sistem tenaga listrik akan bekerja pada frekuensi normal 50Hz atau 60Hz dengan bentuk gelombang arus dan tegangan yang sinusoidal yang dikenal juga dengan frekuensi dasar. Salah satu bentuk gelombang sinus yang ideal adalah bentuk gelombangnya bersih dan tidak terdistorsi. Bila sistem bekerja melayani beban beban linier maka tak ada perubahan yang terjadi pada bentuk gelombang listrik yang dihasilkan. Namun tidak semua beban yang terpasang merupakan beban linier bahkan dewasa ini sebagian besar beban yang terpasang merupakan beban non linier dimana beban ini tidak lagi menggambarkan bentuk gelombang arus dan tegangan yang proporsional. Atau dengan kata lain pemakaian beban beban non linier akan menghasilkan bentuk gelombang arus dan tegangan yang tidak sinusoidal. Akibatnya akan terbentuk gelombang yang cacat atau terdistorsi yang akan menghasilkan harmonisa.

(31)

Gambar 2.1. diatas memperlihatkan perbedaan bentuk gelombang yang dihasilkan oleh beban linier dan beban non linier.

2.2. Sumber-Sumber Harmonisa

Umumnya sumber yang menyebabkan terdistorsinya bentuk gelombang arus dan tegangan sehingga timbulnya harmonisa dapat dibagi tiga kelompok, yakni: [6] a. Beban

b. Sistem tenaga itu sendiri (seperti HVDC, SVC, FACTS, dan lain lain) c. Pembangkit (Generator sinkron)

Dari ketiga kelompok sumber harmonisa diatas maka kelompok beban merupakan kelompok yang paling dominan sebagai penghasil sumber harmonisa khususnya beban beban non linier.

(32)

Gambar 2.2. Perubahan bentuk gelombang akibat adanya harmonisa

2.3. Batasan Harmonisa

(33)

harmonisa secara teknik dibawah standar yang diizinkan sementara dari sisi ekonomis tidak membutuhkan biaya yang besar.

Dalam hal ini standar yang digunakan sebagai batasan harmonisa adalah yang dikeluarkan oleh International Electrotechnical Commission (IEC) yang mengatur batasan harmonisa pada beban beban kecil satu fasa ataupun tiga fasa yang nilai arusnya lebih kecil dari 16 amper perfasa. Untuk beban beban tersebut umumnya digunakan standar IEC1000-3-2. Hal ini disebabkan karena belum adanya standar baku yang dihasilkan oleh IEEE.

Pada standar IEC1000-3-2, beban beban kecil tersebut diklasifikasikan dalam kelas A, B, C, dan D, dimana masing masing kelas mempunyai batasan harmonisa yang berbeda beda yang dijelaskan sebagai berikut [7,8]:

(34)

Tabel 2.1 Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas A

Harmonisa ke (n) Arus harmonisa maksimum yang diizinkan (A)

Harmonisa Ganjil

3 2,30 5 1,14 7 0,77 9 0,40 11 0,33 13 0,21

15≤n≤39 2,25/n

Harmonisa Genap

2 1,08 4 0,43 6 0,30

8≤n≤40 1,84/n

(35)

Tabel 2.2. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas B

3). Kelas C termasuk didalamnya semua peralatan penerangan dengan daya input aktifnya lebih besar 25 Watt. Batasan arusnya diekspresikan dalam bentuk persentase arus fundamental. Persentase arus maksimum yang diperbolehkan untuk masing masing harmonisa diperlihatkan Tabel 2.3.

Tabel 2.3. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas C

Harmonisa ke

3 30xPF rangkaian

5 10 7 7 9 5

(36)

4). Kelas D termasuk semua jenis peralatan yang dayanya dibawah 600 Watt khusus-nya personal komputer, monitor, TV. Batasan arusnya diekspresikan dalam bentuk mA/W dan dibatasi pada harga absolut yang nilainya diperlihatkan oleh Tabel 2.4.

Tabel 2.4. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas D [9]

Harmonisa ke (n)

Arus harmonisa maksimum yang diizinkan (mA/W)

Arus harmonisa maksimum yang diizinkan (A)

75 < P < 600W P > 600W

3 3,4 2,30

5 1,9 1,14

7 1,0 0,77

9 0,5 0,40

11 0,35 0,33 13 0,296 0,21

15≤n≤39 3,85/n 2,25/n

(37)

Tabel 2.5. Batas arus harmonisa untuk kelas A dan kelas D [10]

Harmonisa ke Batas klas A (A)

Batas klas D (mA/W)

Batas Klas D untuk input 100W (A)

3 2,30 3,4 0,34

5 1,14 1,9 0,19

7 0,77 1,0 0,10

9 0,40 0.5 0,05

11 0,33 0,35 0,035

13≤n≤39 0,15x15/n 3,85/n 0,386/n

2.4. Penyearah Dioda

Dioda merupakan komponen elektronik yang terdiri dari bahan bahan kristal yakni berupa silikon jenis p dan n (Gambar 2.3a) yang tergabung dalam satu bentuk yang disebut juga p-n junction. Silikon jenis p ini mengandung ion positif sedang jenis n mengandung ion negaif. Bila kedua bahan ini dihubungkan maka pertemuan keduanya akan menghasilkan daerah netral yang disebut juga tegangan penghalang (barrier). Jenis dioda seperti ini dikenal juga dengan dioda semikonduktor sedang jenis sebelumnya dipakai jenis tabung (Gambar 2.3b). Tapi dewasa ini dioda jenis silikon inilah yang umum digunakan diberbagai peralatan yang sering juga disebut dengan dioda semikonduktor.

P

N

(38)

Dioda terdiri dari dua kaki (terminal) yang disebut dengan anoda dan katoda. Kaki anoda berpolaritas positif sedang kaki katoda berpolaritas negatif sehingga simbol yang digunakan pada rangkaian untuk sebuah dioda seperti yang diperlihatkan oleh Gambar 2.4.

Ca t h ode An ode

Gambar 2.4. Simbol dioda pada rangkaian

Dioda daya merupakan salah satu komponen semi konduktor yang yang banyak digunakan dalam rangkaian elektronika daya seperti halnya rangkaian penyearah. Unjuk kerja suatu penyearah penting diketahui untuk mengantisipasi dampak negatif yang ditimbulkannya baik yang terkait dengan penyearahan itu sendiri maupun terhadap kualitas daya pada sisi sumber. Ini disebabkan karena hasil penyearahan merupakan bentuk gelombang pulsa yang mengandung harmonisa. 2.4.1. Karakteristik dioda

(39)

penggunaan dioda sebagai penyearah (rectifier) yang mengubah fungsi arus bolak balik menjadi arus searah.

Gambar 2.5a. memperlihatkan sebuah rangkaian dimana dioda dihubungkan ke sumber tegangan dengan bias maju. Pada rangkaian ini terminal anoda dihubungkan ke sumber tegangan positif sedang terminal anoda dihubungkan ke sumber tegangan negatif. Akibatnya akan terjadi aliran ion positif ke anoda yang menyebabkan ion positif di anoda akan semakin banyak. Bila ion ini menghasilkan gaya gerak yang lebih besar dari tegangan barrier dioda maka dioda akan tembus dan arus akan mengalir.

Sebaliknya bila terminal anoda dihubungkan ke sumber tegangan negatif dan katoda dihubungkan ke sumber tegangan positif seperti Gambar 2.5b maka tegangan barrier yang dihasilkan oleh dioda akan semakin besar sehingga untuk konduksinya dioda akan membutuhkan tegangan yang lebih besar lagi. Ketika dioda konduksi pada kondisi ini akan mengakibatkan dioda rusak karena tegangan kerja yang diumpan ke dioda lebih besar dari tegangan kerja yang diizinkan. Tegangan pada kondisi ini dikenal juga dengan tegangan breakdown.

(a) Dioda dengan bias maju (b) Dioda dengan bias balik

(40)

Oleh karena itu untuk karakteristik hubungan antara arus dan tegangan pada dioda akan menjadi seperti Gambar 2.6.

Gamba 2.6. Karakteristik V-I dari dioda

Konversi daya listrik merupakan suatu sistem proses daya listrik pada sistem inputnya ke suatu bentuk yang diinginkan di sisi outputnya. Ada dua jenis daya listrik yaitu sistem AC dan sistem DC. Yang keduanya dapat dikonversi dalam 4 cara, yakni: [11]

a. Konversi dc/dc (dc/dc converter) b. Konversi dc/ac (inverter)

c. Konversi ac/dc (converter/rectifier) d. Konversi ac/ac. (cycloconverter).

(41)

dan inverter. Jadi pada sistem dc/dc dan dc/ac converter selalu membutuhkan rectifier.

Idealnya sumber daya listrik arus bolak balik akan menyalurkan daya listrik ke konsumen pada suatu frekuensi tertentu dengan harga dan amplitudo yang tetap sehingga bentuk gelombang tegangan dan arusnya merupakan bentuk sinusoidal murni. Dalam melayani beban maka beban listrik dapat dikategorikan dalam dua bagian yakni beban linier dan beban non linier. Beban linier sifatnya tidak merubah bentuk gelombang arus maupun tegangan sedang beban non linier akan menghasilkan bentuk gelombang arus dan tegangan yang tidak sinusoidal murni lagi yang sering juga dikenal dengan bentuk gelombang yang terdistorsi yang mengandung harmonisa.

Penyearah merupakan beban non linier yang banyak menyumbang harmonisa pada saluran tenaga listrik yang dapat dibedakan dalam 4 (empat) jenis, yakni:

a. Penyearah satu fasa setengah gelombang. b. Penyearah satu fasa gelombang penuh. c. Penyearah tiga fasa setengah gelombang. d. Penyearah tiga fasa gelombang penuh.

(42)

hk.p1, ...(2.1)

Di mana:

h = urutan harmonisa yang dibangkitkan.

k = kelipatan dari frekuensi dasar = 1, 2, 3, dan seterusnya. p = jumlah pulsa dari penyearah.

Dari uraian diatas dapat dilihat bahwa penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda hubungan jembatan hanya menghasilkan harmonisa ganjil.(odd harmonics).

Tabel 2.6. memperlihatkan banyaknya harmonisa yang ditimbulkan oleh beberapa penyearah.

Tabel 2.6. Pembangkitan harmonisa pada beberapa tipe penyearah.

Jenis penyearah Jumlah pulsa Harmonisa yang dihasilkan

Penyearah setengah gelombang 1 2, 3, 4, 5, 6, 7, …………

Penyearah gelombang penuh 2 3, 5, 7, 9, 11. …………..

Tiga fasa gelombang penuh 6 5, 7, 11, 13, 17, 19, ……

2x Tiga fasa gelombang penuh 12 11, 13, 23, 25, 35, 37, …

(43)

dengan filter induktor yang dipasang seri pada sisi input penyearah. Hal ini dimaksudkan agar hasil penelitian yang diperoleh mempunyai metode yang berbeda dengan hasil penelitian sebelumnya.

Diharapkan penelitian ini akan dapat memperlihatkan bahwa pemasangan filter induktor pada sisi input dari suatu penyearah dapat mengurangi harmonisa yang dibangkitkan.

2.4.2. Penyearah gelombang penuh

Suatu penyearah gelombang penuh hubungan jembatan dengan dioda diperlihatkan oleh Gambar 2.7.

Gambar 2.7. Penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda [14]

Pada Gambar 2.7. penyearah melayani beban resistif R dengan bentuk gelombang inputnya seperti Gambar 2.8

2

3

(44)

Untuk setengah perioda pertama (0 - 180º) dari gelombang input penyearah melaluikan arus ke beban R melalui dioda D1 dan D3. Sementara D2 dan D4 memblok. Sebaliknya untuk setengah perioda berikutnya (180º - 360º) arus mengalir melalui dioda D2 dan D4 sedang dioda D1 dan D3 memblok.

Dengan demikian bentuk gelombang output dari penyearah dapat dilihat pada Gambar 2.9.

2

3

2

3

0

Gambar 2.9. Bentuk gelombang tegangan output penyearah

Dari Gambar 2.9. batas untuk satu perioda gelombang adalah dari 0 - 180º

(0-

). Bila batas perioda gelombang input 0 - 2

dinyatakan dengan T maka batas perioda untuk gelombang outputnya adalah: T/2. Dengan demikian besarnya tegangan searah yang dihasilkan oleh penyearah tersebut dapat dihitung menurut Persamaan (2.2) dan (2.3) seperti yang diperlihatkan dibawah ini:

Harga rata-rata tegangan output searah:

(45)

Dan besar arus searah yang mengalir diperlihatkan oleh persamaan (2.3):

R

Harga efektif dari tegangan output :

Vm Vm

Harga efektif arus diperlihatkan oleh Persamaan (2.4):

(46)

Untuk beban resistif maka bentuk gelombang arus dan tegangan pada sisi inputnya adalah sefasa sehingga harga rata-rata tegangan inputnya adalah NOL sedang harga efektif arus inputnya dihitung menurut Persamaan (2.5) dibawah ini:

R

Dan besarnya faktor bentuk (Form Factor) serta faktor riak (Ripple Factor) ditunjukkan oleh Persamaan (2.6) dan (2.7).

(47)

2.4.3. Penyearah dengan kapasitor perata

Untuk mendapatkan bentuk gelombang output yang lebih rata dari penyearah sehingga mendekati bentuk gelombang searah murni biasanya penyearah dilengkapi dengan kapasitor perata C, seperti yang diperlihatkan Gambar 2.10.

Gambar 2.10. Penyearah dengan kapasitor perata C [10]

(48)

Akibat pemasangan kapasitor perata pada penyearah maka bentuk gelombang tegangan yang dihasilkan menjadi lebih rata seperti Gambar 2.11. Namun, pemasangan kapasitor pada output penyearah akan mengakibatkan proses terjadinya pengisian dan pengosongan kapasitor.

Seperti yang diperlihatkan oleh Gambar 2.12. proses pengisian dan pengosongan kapasitor tergantung selisih tegangan input dan output dari penyearah.

Gambar 2.12. Interval pengisian dan pengosongan kapasitor [15]

Sekarang kita tinjau Gambar 2.12. Ketika tegangan sesaat (saat t=0) tegangan

sumber lebih besar dari tegangan kapasitor maka akan terjadi proses

pengisian kapasitor. Pada setengah siklus pertama ac

V

V

dc

 

0

-

dioda , konduksi, dan arus mengalir mengisi kapasitor. Ketika tegangan puncak diperoleh maka pada

(49)

saat ini tegangan = . Dan ketika gelombang tegangan input menurun

menuju titik Nol,

V

lebih kecil dari dan kapasitor membuang muatannya

kebeban R.

dan membalik bentuk gelombang tegangan tetap di daerah positif. Dan proses yang sama akan berlaku lagi sehingga bentuk gelombang output penyearah seperti yang diperlihatkan oleh Gambar 2.12. dimana proses pengisian ini secara kontiniu akan

terjadi untuk setiap interval . Selanjutnya pada interval , tegangan lebih

besar dari , kapasitor membuang muatannya ke beban R. Jadi tegangan kapasitor

akan bervariasi dari (min) sampai V (maks).

2.5. Filter Harmonisa

Gangguan harmonisa yang cukup besar pada suatu sistem akan dapat mengurangi kualitas daya pada sistem tersebut. Oleh karena itu diperlukan suatu usaha untuk mengurangi atau meredam harmonisa yang timbul yakni dengan memasang filter harmonisa. Filter tersebut harus mampu mengurangi amplitudo frekuensi tertentu baik untuk gelombang arus maupun tegangan. Umumnya, komponen untuk filter harmonisa adalah kapasitor, induktor, dan resistor yang kadangkala digunakan dengan berbagai konfigurasi.

(50)

konfigurasi yang dipasang pada sisi input penyearah beberapa kemungkinan yang dapat dilakukan dapat dilihat pada Gambar 2.13 sampai Gambar 2.16.

Gambar 2.13. Filter harmonisa dengan L-C-R paralel pada sisi input

Gambar 2.14. Filter harmonisa dengan pemasangan L pada sisi input dan output

(51)

Gambar 2.16. Filter harmonisa dengan L seri pada sisi input

Dari beberapa konfigurasi filter harmonisa seperti Gambar 2.13 sampai Gambar 2.16 yang dapat digunakan pada penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda maka rangkaian filter harmonisa pada penelitian akan menggunakan filter induktor L yang dipasang seri pada sisi input penyearah.

2.6. Perhitungan Kapasitor

Seperti yang telah diuraikan sebelumnya bahwa penyearah satu fasa gelombang penuh akan menghasilkan harmonisa ganjil dalam operasinya. Untuk mengurangi harmonisa tersebut perlu dipasang filter sehingga harganya dibawah standar IEC 1000-3-2 [15].

(52)

a. Pengisian b. Pengosongan Gambar 2.17. Rangkaian ekivalen saat pengisian dan pengosongan

Pada saat terjadinya proses pengisian kapasitor berlaku Persamaan (2.8):

1

iC.dtVc(t0)R.iC 0

C ... (2.8) Pada kondisi awal Vdc(t=0)Vm, arus pengosongan kapasitor dinyatakan oleh

Persamaan (2.9):

Persamaan (2.10) menunjukkan tegangan output kapasitor

 

VC selama prioda

pengosongan:

Tegangan ripple puncak ke puncak kapasitor diperlihatkan oleh Persamaan (2.11):

(53)

Vm

1et2/RC

...(2.11)

Dengan mensubstitusikan: , maka Persamaan (2.11) diatas dapat disederhanakan menjadi Persamaan (2.12):

x

Dengan demikian tegangan rata-rata pada beban dinyatakan oleh Persamaan (2.13),

Dan tegangan efektif dari output tegangan ripple diperlihatkan oleh Persmaan (2.14):

Besarnya ripple factor, dinyatakan oleh Persamaan (2.15):

Dengan demikian, besar kapasitor terpasang dihitung menurut persamaan (2.16):

(54)

murni seperti bentuk gelombang tegangannya yang dikenal juga dengan bentuk gelombang non linier. Bentuk gelombang periodik dan kontinu seperti Gambar 2.11 tersebut hanya dapat dianalisa dengan menggunakan deret Fourier untuk menentukan kandungan harmonisanya.

2.7. Perhitungan Induktor

Umumnya pemasangan Induktor pada penyearah berfungsi untuk mendapatkan faktor kerja yang lebih baik serta untuk mengurangi harmonisa arus pada sisi input penyearah. Ada dua macam konfigurasi yang dapat dilakukan pada pemasangan induktor ini yakni induktor dipasang pada sisi input penyearah. Disamping untuk memperbaiki kerja penyearah pemasangan induktor pada sisi input ini akan mengurangi harmonisa arus input dengan daerah operasi yang cukup luas.

Gambar 2.18. Pemasangan induktor pada sisi input penyearah

(55)

Dalam operasinya ada dua mode yang berbeda yakni yang pertama disebut mode konduksi yang kontiniu (continuous conduction mode) atau ccm, dan yang kedua disebut mode konduksi yang tidak kontiniu (discontinuous conduction mode), atau dcm.

Pada ccm tidak ada batas interval dengan perioda saluran dimana arus induktor adalah nol. Arus induktor pada ccm hanya nol ketika terjadi perbedaan sesaat ketika gelombang melewati titik nol (zero crossing). Sementara pada dcm arus induktor dijaga konstan selama batas interval dengan priode saluran.

2.7.1. Mode konduksi yang tidak kontiniu (dcm)

Operasi penyearah pada mode ini ada batas interval dimana arus induktor adalah nol. Pada kondisi normal bentuk gelombang arus dan tegangan diperlihatkan oleh Gambar 2.19.

Gambar 2.19. Bentuk gelombang arus dan tegangan pada kondisi dcm

Anggap bahwa rangkaian beroperasi pada steadystate dengan tegangan output

(56)

input penyearah lebih besar dari tegangan output dc. Pada kondisi ini berlaku Persamaan (2.17):

VdcVmsint ...(2.17)

Dimana adalah tegangan puncak dari tegangan input yang sinusoidal.

Konversi ratio harga puncak ac/dc dinyatakan oleh Persamaan (2.18):

m

V

Mp,dcm sin1 ...(2.18)

Dan tegangan pada induktor untuk kondisi ini dengan variabel  , adalah seperti Persamaan (2.19):

mengintegralkan Persamaan (2.19) tegangan induktor yang hubungannya dengan  ditunjukkan oleh Persamaan (2.20):

 

cos1 cos sin1

 1

Selanjutnya, substitusi iL

 

2 0, akan menghasilkan hubungan

transcendental antara sudut 1 dan 2, dimana diperoleh Persamaan (2.21):

cos1cos2sin1

21

0 ...(2.21)

Besarnya sudut kritis untuk operasi pada batas antara dcm dengan ccm dapat dicari dengan menentukan sudut 1,crit, untuk 2,crit 1,crit . Dan bila

(57)

1,crit tan12 ...(2.22)

Arus input yang sebenarnya merupakan arus bolak balik yang periodik dari arus induktor setelah setengah siklus 1 1 . Pada interval ini arus induktor

dapat ditulis dalam bentuk arus ideal sebagai :

Dimana impedansi normal (normalized impedance)L, diberikan oleh Persamaan

(58)

Hubungan antara arus induktor setelah setengah siklus dengan arus output dapat dilihat pada Persamaan (2.25).

 

Bila disubstitusikan :

1,crit tan12 dan 2,crit 1,crit  ke Persamaan

(2.26) diatas akan menghasilkan harga L kritis dimana batas antara dcm dan ccm.

tersebut diperlihatkan oleh Persamaan (2.27).

0,362

Jadi harga Lmempunyai batas harga seperti yang ditunjukkan Persamaan (2.28).

2.7.2. Mode konduksi yang kontiniu (ccm)

(59)

Gambar 2.20. Bentuk gelombang tegangan dan arus untuk mode ccm

Arus induktor setelah interval 1 1 ditentukan dengan

mengintegralkan Persamaan (2.19) dan hubungannya dengan , diperlihatkan oleh Persamaan (2.29).

Sedang Persamaan (2.30) memperlihatkan bentuk arus idealnya.

 

Persamaan (2.31) arus induktor setelah setengah siklus dengan arus output adalah:

 

Dan hubungan antara L dengan sudut 1 ditunjukkan oleh Persamaan (2.32).

(60)

Sehingga dapat dihitung harga maksimumnya adalah saat seperti yang

diberikan oleh Persamaan (2.33).

0

Dari Persamaan (2.27) dan (2.33), maka kisaran batas untuk harga L untuk

operasi ccm adalah seperti yang diperlihatkan oleh Persamaan (2.34).

3 42

Pada operasi dcm Persamaan (2.21) digunakan untuk menyelesaikan besar 2

dengan 1 dalam range: 1,crit1/2 sedang Persamaan (2.26) digunakan untuk

menghitung harga

L. Sementara pada ccm harga 1 dapat ditentukan dengan meng

- invers Persamaan (2.32), sehingga diperoleh:

Untuk ccm diberikan oleh Persamaan (2.35) dan (2.36).

(61)
(62)

BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Umum

Pada penelitian ini akan dilakukan simulasi dengan program MATLAB/ SIMULINK untuk melihat pengaruh pemasangan filter induktor pada sisi input dari suatu penyearah untuk mengurangi harmonisa. Dalam hal ini ada dua rangkaian kerja yang diperlukan yakni penyearah dengan kapasitor perata (Gambar 3.1a) dimana belum dilakukan peroses pengurangan harmonisa. Nilai kapasitor dihitung berdasarkan Persamaan (2.12) sampai dengan Persamaan (2.16), sementara besar tahanan R dihitung menurut data penyearah yang ditetapkan. Lalu dilakukan simulasi untuk memperoleh nilai arus harmonisa yang dihasilkan. Selanjutnya pada rangkaian yang sama dipasang filter induktor yang nilainya dapat dihitung menurut Persamaan (2.23) dan Persamaan (2.34) sehingga rangkaiannya menjadi Gambar 3.1b. Dengan cara yang sama dilakukan pula simulasi terhadap rangkaian tersebut sehingga diperoleh nilai arus harmonisa dari rangkaian.

(63)

Dengan demikian, langkah langkah simulasi dapat diurut sebagai berikut: 1. Gambarkan rangkaian penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda. 2. Output penyearah dihubungkan dengan beban resistif (R).

3. Pasang kapasitor yang paralel dengan R. (Gambar 3.1.a) 4. Tentukan daya dan tegangan output penyearah.

5. Dari daya output dihitung besar R yang terpasang. 6. Dari tegangan output dihitung harga kapasitor C.

7. Kemudian jalankan dengan MATLAB/SIMULINK untuk melihat bentuk gelombang arus dan tegangan pada sisi input maupun output serta total THD yang dihasilkan. (hasil ini akan memperlihatkan bentuk gelombang arus input dan total THD sebelum harmonisa direduksi).

8. Dari sub Bab 2.4. dapat dihitung harga filter Induktor L kemudian dipasang pada sisi input penyearah.(Gambar 3.1b)

9. MATLAB dijalankan lagi untuk melihat bentuk gelombang arus dan tegangan pada sisi input serta THD yang dihasilkan.

10. Dari hasil poin 7 dan 9 akan dianalisa hasil yang diperoleh.

(64)
(65)

3.2. Menentukan Nilai Kapasitor C

Sebelum dilakukan simulasi maka terlebih dahulu dihitung besar kapasitor yang terpasang pada rangkaian. Dalam hal ini harus ditetapkan besaran penyearah sebagai berikut:

Tegangan output dc : Vdc 250V

Daya output (beban) : P500W. Harga efektif tegangan input : Veff 220V

Frekuensi input : f 50Hz. Dari data diatas dapat dihitung sebagai berikut:

Arus output : 2A

Tahanan beban R:

 

 

Besarnya tegangan ripple kapasitor dapat ditentukan dari Gambar 2.12:

Tegangan ripple:

V

ripp

2

V

m

V

dc

= 2 (311 – 250) = 122 V

Dari Persamaan 2.12:

(66)

Pada simulasi ini digunakan program MATLAB/Simulink dengan ketentuan:

a. Filter L hanya dipasang seri pada sisi input penyearah dan merupakan induktor murni.

b. Tegangan input adalah tegangan sinusoidal murni.

c. Dioda yang digunakan adalah dioda ideal dengan tegangan drop adalah nol ketika forward bias dan arus bocor adalah nol ketika reverse bias.

d. Kapasitor yang digunakan adalah linier dan ideal.

Selanjutnya hasil perhitungan kapasitor perata diatas tanpa filter induktor disubstitusikan ke rangkaian simulasi sehingga menghasilkan Gambar 3.3.

125 Ohm

Gambar 3.3. Rangkaian simulasi penyearah dengan kapasitor perata

(67)

Gambar 3.4. Bentuk gelombang arus pada sisi input penyearah tanpa filter induktor

Sementara bentuk spektrum arus diatas diperlihatkan oleh Gambar 3.5, dimana dapat dilihat bahwa besar THDi yang dihasilkan oleh penyearah adalah sebesar 117,18%. Jadi, THDi yang dihasilkan cukup besar sehingga perlu direduksi sesuai dengan standarI IEC 1000-3-2.

(68)

Karena pada standar IEC 1000-3-2 yang diperlihatkan adalah nilai arus maka bentuk spektrum arus Gambar 3.5 harus dinyatakan dalam bentuk besaran arus juga dimana nilai arus harmonisanya diperlihatkan oleh Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Nilai arus harmonisa sebelum dipasang filter

No. f (Hz) Besar arus sebelum

3.4. Menentukan Nilai Filter Induktor L

Besar filter induktor L yang akan dipasang seri pada sisi input penyearah untuk mengurangi harmonisa yang dibangkitkannya dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.24.

P

Sekarang substitusikan harga

L yang mendekati harga maksimumnya yang dalam

(69)

Sehingga dapat ditulis:

Selanjutnya harga filtetr induktor L diatas dimasukkan ke rangkaian simulasi seperti Gambar 3.6.

(70)

Bila simulasi dijalankan akan diperoleh bentuk gelombang arus input penyearah seperti Gambar 3.7, dimana bentuk gelombangnya sudah mendekati gelombang sinus.

Gambar 3.7. Bentuk gelombang arus pada sisi input penyearah

Tampilan spektrum gelombang arus diatas diperlihatkan oleh Gambar 3.8, dimana dapat dilihat bahwa besar THDi yang dihasilkan oleh rangkaian sebesar 24,53%.

(71)

Sama halnya ketika spektrum arus pada Gambar 3.5, maka spektrum arus Gambar 3.8. juga harus dinyatakan dalam bentuk besaran arus harmonisanya agar dapat dibandingkan nilai arus harmonisa sebelum dan sesudah dipasang filter.

Tabel 3.2. memperlihatkan besaran arus harmonisa sesudah dipasang filter. Tabel 3.2 Nilai arus harmonisa setelah dipasang filter.

No. f (Hz) Besar arus setelah dipasang filter

(A) (%)

1 50 2,6 100

2 150 0,59 22,62

3 250 0,21 7,94

4 350 0,1 4,01

5 450 0,06 2,41

6 550 0,04 1,06

7 650 0,03 1,14

8 750 0,02 0,85

9 850 0,02 0,65

(72)

BAB 4

HASIL SIMULASI DAN ANALISIS

4.1. Hasil simulasi

Pemakaian filter C pada penyearah bertujuan untuk mendapatkan bentuk gelombang tegangan output yang lebih rata dengan harga tegangan yang lebih besar. Atau dengan kata lain pemakaian filter C akan menghasilkan ripple factor yang sekecil mungkin. Namun penambahan kapasitor pada penyearah mengakibatkan terdistorsinya bentuk gelombang arus input sehingga mengandung harmonisa. Oleh karena itu kandungan harmonisa yang dihasilkannya harus direduksi sekecil mungkin. Dan salah satu cara untuk mereduksi harmonisa tersebut adalah dengan pemasangan induktor L yang dapat dilakukan dengan memasangnya pada sisi input penyearah.

Hasil simulasi penyearah yang menggunakan kapasitor perata menghasilkan harmonisa dengan THDi yang cukup besar yakni sebesar 117,18% seperti yang diperlihatkan oleh Gambar 3.5. dengan nilai arus harmonisa diperlihatkan oleh Tabel 3.1. Sementara, hasil simulasi yang menggunakan filter induktor L menghasilkan harmonisa dengan THDi sebesar 24,53% seperti yang diperlihatkan Gambar 3.8 dengan nilai arus harmonisa seperti yang diperlihatkan oleh Tabel 3.2.

(73)

biru merupakan hasil sebelum dipasang filter sementara spektrum warna merah merupakan hasil simulasi sesudah dipasang filter.

-10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

100.00

1

3

5

7

9

11 13 15 17 19

SEBELUM DIPASANG FILTER (C = 204 uF)

SESUDAH DIPASANG FILTER [C= 204uF DAN L=159mH

Gambar 4.1. Besar THDi sebelum dan sesudah dipasang filter 4.2. Analisis hasil

Besar arus untuk masing-masing harmonisa baik sebelum pemasangan filter maupun sesudah pemasangan filter dan dibandingkan dengan standar IEC1000-3-2, dapat dilihat pada Tabel 4.1.

(74)

Tabel 4.1. Perbandingan harmonisa sebelum dan sesudah dipasang filter.

Perbandingan antara ketiganya (besar arus sebelum difilter besar arus menurut standar IEC 1000-3-2 dan besar arus sesudah di filter) dapat juga diperlihatkan dalam bentuk spektrum seperti Gambar 4.2.

SESUDAH DIPASANG FILTER

(75)
(76)

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan

Dari analisa diatas sudah dapat dilihat bahwa harmonisa yang dihasilkan oleh penyearah satu fasa gelombang penuh yang menggunakan kapasitor perata dapat dikurangi dengan menambah filter induktor pada sisi input penyearah. Sebelum dipasang filter nilai THDi yang dihasilkan adalah 117,18% dengan nilai arus harmonisa ke tiga sebesar 3,62 Amper. Setelah dipasang filter nilai THDi turun menjadi 24,53% dengan nilai arus harmonisa ketiganya sebesar 0,59 Amper. Jadi, dapat disimpulkan bahwa :

1. Penyearah satu fasa gelombang penuh yang menggunakan kapasitor perata menghasilkan THDi yang cukup besar (THDi = 117,18%) dengan arus harmonisa ke tiga sebesar 3,62 Amper. Oleh karena itu perlu direduksi.

2. Salah satu metode yang dapat digunakan untuk mengurangi nilai arus harmonisa dari penyearah satu fasa yang menggunakan kapasitor perata adalah dengan menambahkan filter induktor L yang dipasang seri pada sisi input penyearah dan ini menghasilkan THDi = 24,53% dengan nilai arus harmonisa ketiganya sebesar 0,59 Amper. Demikian juga untuk nilai arus harmonisa yang lain.

(77)

4. Penambahan filter induktor L yang dipasang seri pada sisi input penyearah disamping mengurangi harmonisa juga memperkecil arus kerja dari penyearah cukup besar yakni sebesar 79%.

5. Standar IEC 1000-3-2 = EN61000-3-2 merupakan standar sesuai digunakan untuk menentukan harmonisa yang dibangkitkan oleh suatu penyearah satu fasa gelombang penuh. Ini disebabkan karena penyearah umumnya tersambung langsung ke sumber tegangan (stop kontak).

5.2. Saran

Dari uraian yang telah dijelaskan diatas dapat dilihat bahwa penyearah satu fasa gelombang penuh hubungan jembatan menghasilkan THD yang cukup besar sehingga perlu direduksi. Sementara itu pengembangannya masih dapat dilakukan sebagai pengembangan tesis ini sehingga beberapa saran yang dapat disampaikan diantaranya :

1. Untuk masa yang akan datang kiranya setiap penyearah sudah dilengkapi dengan filter dan mencantumkan nilai THD yang dihasilkannya.

(78)
(79)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Aintablian, H.O, dan Hill, H.W. “A New Single Phase AC To DC Harmonic Reduction Converter Based On The Voltage Doubler Circuit,” IEEE 0- 7803-1328-3/94, pp. 452 – 457, 1994.

[2] Husein A. Kazeem dkk. “Simple And Advanced Model For Calculating Single Phase Diode Rectifier Line Side Harmonics,” World Academy of Science Engineering Technology, vol. 9, 2005.

[3] Pranavi Chowdari Tella. “The Study Of Single Phase Diode Rectifiers With High Power Factor And Low Total Harmonic Distortion,” University of Missouri, Columbia, 2008.

[4] B. Han. “Single Phase Active Power Filter Using FFT With Harmonic Phase Delay Compensation, Department of Electrical Engineering Myongji

University, Yongin, Korea.(Senior Member IEEE).

[5] ABS, Guidance Notes On Control Of Harmonic In Electrical Power System, Mei 2006.

[6] Lundquist, Johan. “On Harmonic Distortion in Power Systems,” Department Electric Power Engineering, Chalmers University Of Technology, Goteborg, Sweden, 2001.

[7] Ward Jewell dan Daniel J. Ward. “Single Phase Harmonic Limits,” Wichita State University, 2002.

[8] Kapur, Virat. “Theoretical Modelling Of Single Phase Power Electronics Loadsto Predict Harmonic Distortion At Distribution Feeder Network Using A Reverse Optimation Solution, The University Of Texas At Austin, Desember 2009. (Doctor of Philosophy Dissertation)

[9] Basu, Supratin dkk, “PFC Strategies In Light Of EN61000-3-2, Department Of Power Electronics Norwegian University Of Science And Technology, Trondheim, Norway.

[10] Basu, Supratin. “Single phase Active Power Factor Correction Converters, Methods For Optimizing EMI Performance And Costs, Chalmers

(80)

[11] Li Ziang, W.S. “Power Converter Circuit,” Marcel Dekker Inc., New York, 2004.

[12] Tuomainen, Martti. “Harmonics And Reactive Power Compensation In Practice,” Nokian Capasitor, EN-TH-04-11, 2004.

[13] Xiadong Liang dkk, “Investigation Of Input HarmonicDistortion Of Variable Frequency Drives, IEEE 1-4244-1291-9, 2007.

[14] Scoff PE, Robert J. “ How Harmonics Are Generated,” PDH engineer.com,

2008.

[15] Rashid, Muhammad. “Power Electronics, Circuit Devices And Application, Third Edition, Prentice Hall, 2004.

(81)

Figur

Gambar 2.1. Bentuk gelombang arus dan tegangan [5]
Gambar 2 1 Bentuk gelombang arus dan tegangan 5 . View in document p.30
Gambar 2.2. Perubahan bentuk gelombang akibat adanya harmonisa
Gambar 2 2 Perubahan bentuk gelombang akibat adanya harmonisa . View in document p.32
Tabel 2.1  Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas A
Tabel 2 1 Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas A . View in document p.34
Tabel 2.2. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas B
Tabel 2 2 Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas B . View in document p.35
Tabel 2.3. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas C
Tabel 2 3 Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas C . View in document p.35
Gambar 2.8. Bentuk gelombang input penyearah [14]
Gambar 2 8 Bentuk gelombang input penyearah 14 . View in document p.43
Gambar 2.7. Penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda [14]
Gambar 2 7 Penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda 14 . View in document p.43
Gambar 2.9.
Gambar 2 9 . View in document p.44
Gambar 2.10. Penyearah dengan kapasitor perata C [10]
Gambar 2 10 Penyearah dengan kapasitor perata C 10 . View in document p.47
Gambar 2.11. Bentuk gelombang arus dan tegangan [10]
Gambar 2 11 Bentuk gelombang arus dan tegangan 10 . View in document p.47
Gambar 2.12. Interval pengisian dan pengosongan kapasitor [15]
Gambar 2 12 Interval pengisian dan pengosongan kapasitor 15 . View in document p.48
Gambar 2.13. Filter harmonisa dengan L-C-R paralel pada sisi  input
Gambar 2 13 Filter harmonisa dengan L C R paralel pada sisi input . View in document p.50
Gambar 2.14. Filter harmonisa dengan pemasangan L pada sisi input dan output
Gambar 2 14 Filter harmonisa dengan pemasangan L pada sisi input dan output . View in document p.50
Gambar 2.15. Filter harmonisa dengan L-C-R seri pada sisi input
Gambar 2 15 Filter harmonisa dengan L C R seri pada sisi input . View in document p.50
Gambar 2.16. Filter harmonisa dengan L seri pada sisi input
Gambar 2 16 Filter harmonisa dengan L seri pada sisi input . View in document p.51
Gambar 2.17. Rangkaian ekivalen saat pengisian dan pengosongan
Gambar 2 17 Rangkaian ekivalen saat pengisian dan pengosongan . View in document p.52
Gambar 2.18. Pemasangan induktor pada sisi input penyearah
Gambar 2 18 Pemasangan induktor pada sisi input penyearah . View in document p.54
Gambar 2.20. Bentuk gelombang tegangan dan arus  untuk mode ccm
Gambar 2 20 Bentuk gelombang tegangan dan arus untuk mode ccm . View in document p.59
Gambar  2.21. Turn on 1  dan turn off   sebagai fungsi 2  L
Gambar 2 21 Turn on 1 dan turn off sebagai fungsi 2 L. View in document p.61
Gambar 3.2. Diagram alir pelaksanaan penelitian
Gambar 3 2 Diagram alir pelaksanaan penelitian . View in document p.64
Gambar 3.3. Rangkaian simulasi penyearah dengan kapasitor perata
Gambar 3 3 Rangkaian simulasi penyearah dengan kapasitor perata . View in document p.66
Gambar 3.5.  Bentuk spektrum arus input
Gambar 3 5 Bentuk spektrum arus input . View in document p.67
Gambar 3.4. Bentuk gelombang arus pada sisi input                                        tanpa filter induktor  penyearah
Gambar 3 4 Bentuk gelombang arus pada sisi input tanpa filter induktor penyearah . View in document p.67
Tabel 3.1. Nilai arus harmonisa sebelum dipasang filter
Tabel 3 1 Nilai arus harmonisa sebelum dipasang filter . View in document p.68
Gambar 3.6.
Gambar 3 6 . View in document p.69
Gambar 3.8. Bentuk spektrum arus input
Gambar 3 8 Bentuk spektrum arus input . View in document p.70
Gambar 3.7.  Bentuk gelombang arus pada sisi input penyearah
Gambar 3 7 Bentuk gelombang arus pada sisi input penyearah . View in document p.70
Tabel 3.2  Nilai arus harmonisa setelah dipasang filter.
Tabel 3 2 Nilai arus harmonisa setelah dipasang filter . View in document p.71
Gambar 4.1. Besar THDi sebelum dan sesudah dipasang filter
Gambar 4 1 Besar THDi sebelum dan sesudah dipasang filter . View in document p.73
Tabel 4.1. Perbandingan harmonisa sebelum dan sesudah dipasang filter.
Tabel 4 1 Perbandingan harmonisa sebelum dan sesudah dipasang filter . View in document p.74

Referensi

Memperbarui...