ANALISIS REDUKSI
MEN
UNIV
UKSI HARMONISA PADA LAMPU LED
ENGGUNAKAN FILTER PASIF LC
TESIS
OLEH
MUHAMMAD SAFRIL 117034001/TE
FAKULTAS TEKNIK
NIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
ANALISIS REDUKSI HARMONISA PADA LAMPU LED 7 WATT
MENGGUNAKAN FILTER PASIF LC
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
OLEH :
MUHAMMAD SAFRIL 117034001/TE
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Judul Penelitian : ANALISIS REDUKSI HARMONISA PADA
LAMPU LED 7 WATT MENGGUNAKAN
FILTER PASIF LC Nama Mahasiswa : Muhammad Safril Nomor Induk Mahasiswa : 117034001
Program Studi : Magister Teknik Elektro
Menyetujui Komisi Pembimbing :
(Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST, MT) (Suherman, Ph.D)
Ketua Anggota
Ketua Program Studi Dekan,
(Suherman, Ph.D) (Prof. Dr. Ir. Bustami Syam , MSME)
Telah diuji pada
Tanggal : 13 Agustus 2015
PANITIA PENGUJI TESIS:
Ketua : Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST, MT Anggota : 1. Suherman, Ph.D
ANALISIS REDUKSI HARMONISA PADA LAMPU LED 7 WATT
MENGGUNAKAN FILTER PASIF LC
Muhammad Safril NIM : 117034001
Tesis ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik
PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
Ujian Tesis pada tanggal 13 bulan Agustus tahun 2015 di depan komisi penguji:
1. Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST, MT : Ketua Penguji :
2. Suherman, Ph.D : Anggota Penguji I : ______
3. Prof. Drs. Tulus, M.Si, Ph.D : Anggota Penguji II :
4.
Dr. Ir. Maksum Pinem, MT : Anggota Penguji III : ______Diketahui Oleh: Ketua
Program Studi Magister Teknik Elektro FT USU
ABSTRAK
Tesis ini merancang dan membuat filter pasif LC untuk mereduksi harmonisa pada lampu LED merek B. Dari hasil pengujian 6 merek lampu LED 7 watt yang berbeda, lampu LED merek B paling tinggi arus harmonisa Individual Harmonisa Distortion (IHDi) orde-3 sebesar 90,3% dan tidak sesuai dengan standart IEC61000-3-2 Kelas C. Data hasil pengukuran sebelum filter digunakan MATLAB/Simulink untuk merancang parameter yang terdapat pada filter pasif LC dan membuat alat filter pasif serta dilakukan pengujian filter pasif. Dari hasil pengujian yang dilakukan filter pasif LC dengan nilai parameter C = 0,562µF, L = 13,64H berdasarkan MATLAB/Simulink dapat menurunkan IHDi orde-3 menjadi lebih kecil dari 90,3% menjadi 9% tereduksi sebesar 81,3% dibandingkan hasil simulasi MATLAB menjadi 13,91%. Hal ini menunjukan filter pasif LC hasil rancangan dapat menurunkan harmonisa pada lampu LED 7watt merek B.
ABSTRACT
This thesis designs and manufactures passive LC filter to reduce harmonics at LED bulb brand B. From the test results 6 LED bulb 7 watt with brand different, LED bulb highest brand B Individual harmonic currents Harmonic Distortion (IHDi) 3rd order of 90,3 % and not in accordance with the standard IEC61000-3-2 Class C measurement data before the filter is used MATLAB/Simulink to design the parameters contained in the passive LC filter and passive filter tool making and testing a passive filter. From the results of tests performed a passive LC filter with the parameter value C = 0,562μF, L = 13,64 H based on MATLAB / Simulink can lower order IHDi-3 becomes smaller than 90,3% to 9% reduced by 81,3% compared MATLAB simulation result becomes 13,91%. This shows the results of the draft LC passive filter can reduce harmonics at LED lamp 7watt brand B.
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat
Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya. Shalawat dan salam
kepangkuan Nabi Muhammad SAW yang telah membawa umat manusia ke alam
yang penuh dengan ilmu pengetahuan dan memperkenalkan indahnya islam.
Alhamdulillah, pada akhirnya penulis telah dapat menyelesaikan tesis ini
untuk memenuhi salah satu syarat kurikulum Program Studi Magister Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan dengan judul “Analisis Reduksi Harmonisa Pada Lampu LED 7 Watt Menggunakan Filter Pasif LC”.
Khususnya kepada kedua orang tua penulis, Bapak (Purn) TNI-AD Ali Nur Tanjung
dan Ibu Nurainah Jambak serta mertua saya Bapak Drs. H.Amri Maksum Sinaga dan
Ibu Hj.Aisyah SN terima kasih penulis ucapkan atas doa, dukungan moril dan
materil dan motivasi yang mengalir terus menerus kepada penulis sehingga penulis
dapat menyelesaikan tesis ini. Kepada kakak dan adik-adik penulis, Afrida, Amd,
Maylina Hapsyah, Nova Yanti dan Leny Sopia, S.Apt penulis ucapkan terima kasih
atas doa, kasih sayang, dukungan dan motivasi kepada penulis. Dan Juga kepada Istri
penulis Atiqah Azizah, S.Ag, M.A dan Anak-anak penulis Alfatih Ali Muhammad,
Alfaqih Muhammad Syathir, Almeera Mughny Sakeerah penulis ucapkan terima
kasih atas doa, cinta, dan yang selalu membantu serta memberikan semangat dalam
Kepada Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST, MT dan Bapak Suherman, Ph.D
sebagai Komisi Pembimbing, penulis ucapkan terima kasih atas bimbingan dan
motivasinya dalam penyelesaian tesis ini.
Kepada rekan-rekan sesama mahasiswa angkatan keempat Tahun Akademik
2011/2012 dan Tahun Akademik 2010/2011 Program Studi Magister Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan, khususnya kepada Ibu Maharani
Putri, MT dan Bapak Pristisal Wibowo,MT, penulis ucapkan terima kasih atas
bantuan, dukungan, dan kerjasama yang baik selama ini.
Kepada Bapak Prof.Dr.Runtung Sitepu, SH,M.Hum selaku Rektor Universitas
Sumatera Utara, Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara, Bapak Suherman, Ph.D selaku Ketua Program
Studi dan Drs. Hasdari Helmi, MT selaku Sekretaris Program Studi serta seluruh
pegawai Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, saya
ucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya atas segala bantuan fasilitas yang telah
diberikan,. Kepada Bapak-Bapak staf pengajar saya ucapkan terima kasih yang
sebesar-besarnya atas bantuan dan kerjasamanya selama perkuliahan.
Kepada Bapak dan Ibu pegawai Pusat Pasca Sarjana Universitas Sumatera
Utara yang telah membantu penulis dalam administrasi pasca sarjana USU.
Kepada Staf Laboratorium Konversi Energi Listrik STT Harapan Medan dan
Staf PT. PLN Wilayah II Sumatera Utara yang telah membantu penulis dalam
pengambilan data pada penelitian yang penulis laksanakan pada Laboratorium
Penulis telah berusaha semaksimal mungkin dalam menyusun tesis ini, tetapi
penulis tetap mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi sempurnanya
tesis ini.. Hanya kepada Allah SWT penulis mohon ampun dan bermohon maghfirah.
Akhirnya penulis juga mengharapkan tesis ini dapat memberikan manfaat bagi para
pembaca dan menjadi sumbangsih bagi dunia pendidikan dan amal di akhirat.
Medan, Januari 2016 Tertanda,
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Saya yang bertanda tangan dibawah ini,
Nama : Muhammad Safril Tempat / Tanggal Lahir : Binjai / 20 April 1981 Jenis Kelamin : Laki-laki
Agama : Islam Bangsa : Indonesia
Alamat : Jl. Kapt.Rahmad Buddin LK.13 No. 10 Terjun Kecamatan Medan Marelan Sumatera Utara
PENDIDIKAN
1. Tamatan SD Negeri 060941 Medan Tahun 1993
2. Tamatan SMP Negeri 1 Rantau Prapat Tahun 1996
3. Tamatan SMU Negeri 3 Rantau Prapat Tahun 1999
4. Tamatan Teknik Elektro Fakultas Teknik USU Tahun 2004
5. Tamatan Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik USU Tahun 2015
Demikian riwayat hidup ini saya buat dengan sebenarnya untuk dapat dipergunakan
sebagaimana mestinya.
Medan, Januari 2016
Tertanda,
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR RIWAYAT HIDUP ... vi
DAFTAR ISI ... vii
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFTAR TABEL ... xi
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ... ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 7
1.3 Batasan Masalah ... 8
1.4 Tujuan ... 8
1.5 Manfaat ... 8
1.6 Sistematika Penulisan... 9
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 11
2.1 Lighting Emitter Diode(LED)... 11
2.2 Konstruksi LED ... 12
2.3 Klasifikasi LED... 16
2.3.1 Traditional Inorganic LED... 16
2.3.2 Organik LED... 17
2.3.2 High Brightness( Kecerahan Tinggi) LED ... 18
2.4 RangkaianDriverLampu LED ... 21
2.4.1 Fly Back Converter... 21
2.4.2 Dua Belitan KonverterFly Back... 23
2.4.3 Tiga Belitan KonverterFly Back... 24
2.5 Harmonisa ... 27
2.7 Batasan Harmonisa ... 30
2.8 Filter Harmonisa ... 33
2.8.1 Filter Fasif ... 34
2.9 Filter Pasif LC ... 36
2.10 Mendesain Filter LC ... 37
2.11 Mendesain Filter L ... 40
BAB 3 METODE PENELITIAN ... 43
3.1 Teknis Pengukuran Yang Dilakukan... 44
3.2 Diagram Alir Penelitian ... 45
3.3 Data Pengukuran ... 48
3.4 Klasifikasi Arus Harmonisa Lampu LED Berdasarkan Standar IEC 61000-3-2 Kelas C... 50
3.5 Perhitungan Filter Pasif LC ... 51
3.6 Rangkaian Simulasi Sebelum Pemasangan Filter Pasif LC .. 55
3.7 Rangkaian Simulasi Setelah Pemasangan Filter Pasif LC ... 60
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 64
4.1 Membuat Filter Pasif LC... 64
4.2 Pengujian Pemasangan Filter Pasif LC Pada Lampu LED Merek B... 65
4.3 Analisis Harmonisa Sebelum dan Setelah Pemakaian Filter LC Menggunakan Simulink MATLAB dan Pengujian Filter Pasif Yang Dibuat ... 69
4.3.1 Analisis Simulasi MATLAB Arus Harmonisa Sebelum dan Setelah Pemakaian Filter Pasif LC ... 70
4.3.2 Analisis Arus Pengujian Lampu LED Harmonisa Sebelum dan Setelah Pemakaian Filter Pasif LC... 73
4.3.3 Analisis Perbandingan Antara Simulasi MATLAB Dengan Pengujian Alat Filter Pasif LC Pada Lampu LED 7 Watt Merek B Disaat Sebelum Dan Setelah Pemakaian Filter LC ... 76
4.4 Hasil Simulasi MATLAB dan Pengujian Alat Arus Harmonisa Sebelum dan Setelah Pemakaian Filter LC ... 80
BAB 5 PENUTUP ... 82
5.1 Kesimpulan... ... 82
5.2 Saran ... 83
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
2.1. Diagram pita energi ... 13
2.2. Bagian penghubung GaP LED ... 14
2.3. Lighting Emitter Diode... 16
2.4. Jenis lampu LED tradisional ... 17
2.5. Jenis lampuOrganicLED... 18
2.6. Lampu LED dengan Balast sendiri... 19
2.7. Modul LED... 19
2.8. Lampu tanpaBallast... 20
2.9. Prinsip KerjaFly-Buck... 22
2.10. Rangkaian Fly-Buck Dua Belitan... 23
2.11. Tiga BelitanFly-BuckPada Lampu LED Merek B ... 25
2.12. Gelombang Fundamental Dengan Gelombang Harmonisannya... 28
2.13. Filter Pasif ... 34
2.14. Jenis-jenis Filter Pasif ... 35
2.15. Rangkaian Filter LC untuk Lampu LED Penelitian... 36
2.16. Rangkaian Impedansi Filter LC ... 37
2.17. Bentuk Inti EI Terbuat Dari Besi Laminasi (Kren) ... 40
3.2. Diagram alir pelaksanaan penelitian ... 46
3.3 Tabel Pengukuran Harmonisa Arus Dan Tegangan Lampu LED Merek B ... 51
3.4 Grafik Tegangan Harmonik Pengukuran Lampu LED Merek B ... 51
3.5 Rangkaian simulasi sebelum pemasangan filter... 57
3.6 Data hasil simulasi MATLAB sebelum pemasangan filter... 58
3.7 Spektrum dan grafik arus sebelum pemasangan filter... 59
3.8 Spektrum dan grafik tegangan sebelum pemasangan filter... 60
3.9 Rangkaian simulasi setelah pemasangan filter... 61
3.10 Spektrum dan grafik tegangan sesudah pemasangan filter ... 62
3.11 Spektrum dan grafik arus sesudah pemasangan filter ... 62
4.1 Filter pasif LC untuk lampu LED merek B... 65
4.2 Rangkaian lampu LED 7W setelah pemasangan filter pasif LC ... 66
4.3 Pengukuran frekuensi, tegangan, arus dan PF setelah pemasangan filter pasif LC ... 66
4.4 Pengukuran daya aktif, daya semu dan daya reaktif ... 67
4.5 Pengukuran THDI... 67
4.6 Pengukuran THDV... 67
4.7 Grafik Pengukuran THDV... 68
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
1.1. IHDI Yang Dibangkitkan Oleh Lampu LED 7 Watt... 3
1.2. Klasifikasi arus harmonisa pengukuran berdasarkan standar IEC61000-3-2 kelas C ... 4
1.3. Penelitian Mengenai Model Filter Harmonisa Yang Telah Dilakukan ... 5
2.1. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas A ... 31
2.2. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas B ... 32
2.3. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas C ... 32
2.4. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas D ... 33
2.5. Tipe Inti Yang Biasa Untuk Induktor ... 40
3.1. Impedansi Kabel Saluran ... 45
3.2. Data pengukuran Lampu LED 7 Watt Sebelum Filter Pasif LC... 49
3.3. Data Pengukuran Harmonisa Arus ... 50
3.4. Data Hasil Simulasi Sebelum Pemasangan Filter ... 60
3.5. Data Hasil Simulasi Sesudah Pemasangan Filter ... 63
4.1. Perbandingan arus harmonisa pengukuran sebelum dan setelah berdasarkan standar IEC61000-3-2 Kelas C pada saat pengujian... 68
4.3. Persentasi reduksi arus harmonisa simulasi MATLAB antara sebelum dan setelah pemasangan filter pasif LC pada lampu
LED merek B ... 72
4.4. Persentasi reduksi arus harmonisa pengujian alat antara sebelum dan setelah pemasangan filter pasif LC pada lampu
LED merek B ... 76
4.5. Persentasi perbandingan reduksi arus harmonisa simulasi MATLAB dengan pengujian alat pada saat setelah pemasangan
