REDUKSI HARMONISA PADA PENYEARAH SATU FASA FULL
BRIDGE DENGAN FILTER PASIF RLC
TESIS
Oleh
YAHYA TARJAN GINTING
087034002/TE
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Judul Penelitian : REDUKSI HARMONISA PADA PENYEARAH SATU FASA FULL BRIDGE DENGAN FILTER PASIF RLC Nama Mahasiswa : Yahya Tarjan Ginting
Nomor Induk : 087034002 Program Studi : Teknik Elektro
Menyetujui Komisi Pembimbing:
(Prof. Dr. Ir. Usman Baafai) Ketua
(Dr. Marwan Ramli, M.Si) Anggota
Sekretaris Program Studi,
(Drs. Hasdari Helmi, MT)
Dekan,
(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME)
ABSTRAK
Perkembangan penggunaan penyearah yang berkualitas semakin tinggi seiring dengan semakin banyak penggunaan peralatan elektronika dengan sumber daya DC satu fasa seperti note book, computer PC, hand phone, kamera,dan drive motor DC, hal ini terjadi karena sumber daya yang tersedia dalam bentuk AC. Penggunaan penyearah satu fasa berkualitas tinggi menyebabkan distorsi harmonisa arus yang serius pada saluran daya listrik satu fasa dimana penyearah satu fasa tersebut dipasang, terutama pemasangan dalam jumlah besar. Harmonisa yang timbul pada saluran daya listrik satu fasa dapat mengakibatkan kerusakan peralatan elektronika dan dapat mengganggu kerja peralatan listrik yang terhubung pada saluran tersebut.
Agar besar harmonisa arus bisa diterima, harmonisa yang timbul harus sesuai dengan Standar IEC-1000-3-2 atau EN-61000-3-2. Oleh karena itu harmonisa harus direduksi. Salah satu cara mereduksi harmonisa dengan menggunakan filter pasif RLC dengan teknik bandpass filter yang dipasang pada sisi AC penyearah. Dengan frekuensi fundamental 50 Hz sebagai frekuensi centre, filter tersebut hanya melewatkan arus sekitar freuensi fundamental dan tidak melewatkan arus diluar band frekuensi yang telah diset.. Filter ini memiliki % peredaman harmonisa sekitar 99,33% dan mampu memfilter arus harmonisa dari THD sekitar 300% menjadi 2%.
ABSTRACT
The development of the use of qualified rectifier is increasing, along with the more use of electronic devices with one phase DC resources, such as note book, PC computer, cellular phone, camera, , and DC drive motor. This occurs because the available resources are in the form of AC. The use of one phase rectifier which has high quality causes a serious distortion of harmonics current in the electric power line of one phase in which one phase rectifier is installed, especially in the great amount of installment. The harmonics which appear in one phase electric power line can cause the defect of electronic equipment and can disturb the function of electric equipment which is connected to the line.
In order that the amount of harmonics current can be accommodated, the harmonics that appear must be in line with IEC-1000-3-2 and EN-61000-3-2 standards. Therefore, the harmonics must be reduced. One of the methods to reduce harmonics is by using RLC passive filter with band-pass filter technique which is installed on the side of AC rectifier. With the fundamental 50 Hz frequency as the center frequency, the only functions to pass the current around the fundamental frequency and does not pass the current outside the frequency band which has been set. This filter has % of harmonics reduction about 99.33% and is able to filter harmonics current from THD index 300% to 2%.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat dan rahmatNya penulis dapat menyelesaikan usulan penelitian tesis ini dengan judul “Reduksi Harmonisa pada Penyearah Satu Fasa dengan Filter Pasif RLC”.
Dalam kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai dam Bapak Dr. Marwan Ramli, MSi. selaku Pembimbing, Bapak Ir. Refdinal Nazir, MS. Ph.D. dan Bapak Prof. Dr. Tulus, M.Si. selaku Pembanding dan Bapak Drs. Hasdari Helmi, MT selaku Sekretaris Program Magister Teknik Elektro atas bimbingan dan dukungan yang telah diberikan untuk menyelesaikan usulan penelitian tesis ini.
Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada rekan-rekan mahasiswa program magister Teknik Elektro FT Elektro USU Medan, angkatan pertama Tahun Akademik 2008/2009, terutama kepada Bapak Masykur SJ, Bapak Satria Ginting, Bapak Golfrid Gultom, Bapak Tarsin Saragih, Bapak Selamat Meliala, dan Bapak Yusmartato atas bantuan dan dukungannya dalam memberikan saran dan bahan yang diperlukan selama ini. Penulis juga berterima kasih atas perhatian dan dorongan yang begitu kuat yang telah diberikan istri tercinta, Ria Efarita br Sembiring Meliala, dari anak-anak tersayang, Ryan Timotius Ginting, Freynt Bezalel Ginting dan Ayara Agikakana br Ginting dan dari keluarga abangnda Ir. Oberson Sejahtera Surbakti.
Penulis telah berusaha semaksimal mungkin untuk menyusun usulan penelitian tesis ini dengan sempurna namun dengan keterbatasan penulis, usulan penelitian tesis ini masih banyak kekuarangannya. Oleh karena itu dengan kerendahan hati penulis menerima keritikan dan saran yang sifatnya membangun demi kesempurnaan usulan penelitian tesis ini.
Akhirnya penulis mengharapkan semoga usulan tesis ini dapat bermanfaat bagi para pembaca dan dapat menambah wawasan tentang harmonisa dan teknik mereduksi harmonisa pada penyearah satu fasa.
Medan, 13 Februari 2013 Penulis,
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ……….. i
KATA PENGANTAR ……… iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR TABEL... vii
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR SINGKATAN ... xii
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1 1.1. Latar Belakang ... 1 1.2. Perumusan Masalah ... 4 1.3. Batasan Masalah... 4 1.4. Tujuan Penelitian ... 5 1.5. Manfaat Penelitian ... 5
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1. Harmonisa ... 6
2.2. Sumber Harmonisa …... ... 10
2.3. Pengaruh Distorsi Harmonisa ………. 16
2.4. Index Harmonisa ... 16
2.5. Stamdar Harmonisa ………. 18
2.7. Resonansi ………... 37
2.8. Faktor Daya ……….. 38
2.9. Filter Harmonisa ………. 41
2.10. Karateristik Komponen Filter Pasif ……… 49
2.11. Perancangan Filter Pasif RLC ………. 52
BAB 3 METODE PENELITIAN ... 59
3.1. Umum ………. 59
3.2. Perencanaan penyearah satu fasa full bridge dan filter pasif RLC ……… 61
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 82
4.1. Hasil ……….………. 81
4.2. Pembahasan……….. 86
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 90
5.1. Kesimpulan ……… 90
5.2. Saran ……… 91
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
1.1. Daftar Filter Pasif LC pada sisi input penyearah yang telah
dilakukan ………... 2
2.1. Batas Harmonisa IEC-61000-3-2[11] ………... 19 2.2. Batas Harmonisa perangkat Class D berdasarkan Standar EN
61000-3-2 ……… 20
3.1. Spesifikasi komponen penyearah full bridge ……….. 62 3.2. Data hasil simulasi penyearah satu fasa full bridge beban R ……….. 67 3.3. Data hasil simulasi penyearah satu fasa full bridge beban RL Seri … 73 3.4. Data hasil simulasi penyearah satu fasa full bridge setelah difilter ….. 81
4.1. Data Arus Hasil Simulasi penyearah full bridge beban R… 83 4.2. Data Tegangan Hasil Simulasi penyearah full bridge beban R 84 4.3. Data ArusHasil Simulasi penyearah full bridge beban RL Seri 85 4.4. Data Tegangan Hasil Simulasi penyearah full bridge beban RL… 86
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
2.1. Tegangan dan Arus Harmonisa ……….. 6
2.2. Bentuk Gelombang Sinus Frekuensi 60 Hz dan Gelombang Harmonisa. 8 2.3. Gelombang distorsi………... 9
2.4. Bentuk Gelombang dan Spektrum Arus dari Fluorescent Lamps.. 11
2.5. Pengaruh kecepatan yang dihasilkan dari PWM ASDs pada harmonic arus AC ……….. 13
2.6. Spektrum arus dari Busur Api Pemanas (Tungku Listrik)……… 14
2.7. Arus dari Transformer ……… 14
2.8. Spektrum Arus Transformer …….………. 15
2.9. Penyearah satu fasa full bridge ………. 21
2.10. Sinyal pada penyearah satu fasa full bridge ………... 22
2.11. Rangkaian penyearah satu fasa full bridge dengan kapasitor perata ………. 29
2.12. Bentuk Gelombang Penyearah ………... 30
2.13. Simulasi tegangan input dan gelombang arus input dari penyearah satu fasa full bridge dengan kapasitas kapasitor perata CO = 68 µF dan CO = 470 ………. 33
2.14. Bentuk Gelombang tegangan yang dihasilkan oleh kapasitor perata. ………. 34
2.17. Sistem daya dengan beban RL Seri ……….. 39
2.18. Diagram Phasor Faktor Daya Lagging ………. 41
2.19. Grafik cut off frequency low pass filter amplitude respon 20 log10 dB………. 44
2.20. Grafik 75 Hz High Pass Filter ………. 45
2.21. Grafik Band Pass Filter ……… 45
2.22. Grafik Band Stop Filter ………. 47
2.23. Rangkaian Tuned Filter ………. 47
2.24. Damped Filter ……… 48
2.25. Filter pasif kombinasi shunt dan serie. ……….` 48
2.26. Rangkaian kapasitor ,……….. 49
2.27. Rangkaian L ……….. 50
2.28. Band Pass Filter Pasif RLC ………... 52
3.1. Penyearah satu fasa full bridge kapasitor perata dan beban R… 60 3.2. Penyearah satu fasa full bridge kapasitor perata dan beban RL 61 3.3. Simulasi rangkaian penyearah satu fasa full bridge dengan beban R……… ... .. 64
3.4. Gelombang tegangan input penyearah satu fasa full bridge beban R……… ... 64
3.5. Spektrum tegangan input penyearah satu fasa full bridge beban ... 65
3.6. Gelombang arus input penyearah satu fasa full bridge beban R 65 3.7. Spektrum arus input penyearah satu fasa full bridge beban R 65 3.8. Gelombang tegangan output penyearah satu fasa full bridge beban R ……….. 66
3.9. Gelombang arus output penyearah satu fasa full bridge beban R 66 3.10. Rangkaian ekivalen penyearah dengan beban R = 100 Ohm 67 3.11. Rangkaian Penyearah satu fasa full bridge beban RL 1,65µH 68 3.12. Gelombang tegangan input penyearah satu fasa full bridge beban
RL dengan L = 1,65µH ……….. 69
3.13. Spektrum tegangan input penyearah satu fasa full bridge beban
RL dengan L = 1,65µH ……….. 69
3.14. Gelombang arus input penyearah satu fasa full bridge beban RL
dengan L = 1,65µH ……… 70
3.15. Spektrum arus input penyearah satu fasa full bridge beban RL
dengan L =1,65µH ……… 70
3.16. Rangkaian Penyearah satu fasa full bridge beban RL 1,65mH 71 3.17. Gelombang tegangan input penyearah satu fasa full bridge beban
RL dengan L = 1,65mH. ……… 71
3.18. Spektrum tegangan input penyearah satu fasa full bridge beban
RL dengan L = 1,65mH ………. 72
3.19. Gelombang arus input penyearah satu fasa full bridge beban RL
dengan L = 1,65mH ……….. 72
3.20. Spektrum arus input penyearah satu fasa full bridge beban RL
dengan L =1,65mH . ……… 73
3.21. Filter pasif RLC dipasang pada sisi input AC Penyearah satu
fasa full bridge beban R ……….. 76
3.22. Gelombang tegangan input penyearah beban R setelah difilter 77 3.23. Spektrum tegangan input penyearah beban R setelah difilter … 77
3.26. Filter pasif RLC dipasang pada sisi input AC Penyearah satu
fasa full bridge beban RL Seri, L = 1,65 mH ……… 78 3.27. Gelombang tegangan input penyearah beban RL Seri setelah
difilter ……….. 79
3.28. Spektrum tegangan input penyearah beban RL Seri setelah
difilter ……….. 79
3.29. Gelombang arus input penyearah beban RL Seri setelah difilter 80 3.30. Spektrum arus input penyearah beban RL Seri setelah difilter .. 80 4.1. Rangkaian ekivalen penyearah dengan beban RL ………. 88
DAFTAR SINGKATAN
DC = Direct Current, (Arus searah)
AC = Alternating Current (Arus bolak balik)
PCC = Point of Common Coupling (Titik Sambungan/Bus)
THD = Total Harmonic Distortion (Total Distorsi Harmonisa atau Kandungan Harmonisa pada Gelombang Sinusoidal)
IEEE = Institute of Electrical and Electronics Engineers (Standar Internasional untuk Elektrikal dan Elektronik)
TDD = Total Demand Distortion (Tingkat distorsi harmonic)
DF = Distortion Factor (factor untuk mengukur keefektifan dalam mengurangi harmonisa)
RF = Ripple Factor (mengukur kandungan ripple) PF = Power Factor (factor daya)
DPF = Displacement Power Factor (artinya sama dengan PF) TUF = Transformer utilization factor
RMS = root mean square LPF = Low Pass Filter HPF = High Pass Filter BPF = Band Pass Filter BSF = Band Stop Filter
