1.1 Latar Belakang
Energi listrik merupakan peran penting dalam kehidupan diberbagai sektor
seperti di industri, perkantoran, rumah tangga dan sebagainya. Seiring dengan
perkembangan teknologi dibidang kelistrikan khususnya elektronika daya (power
electronic). Komponen elektronika daya seperti Dioda, Thyristor, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), Mosfet banyak digunakan sebagai switching pada peralatan elektronik seperti komputer, power supply, elektronik ballast, pengaturan listrik
pada saluran tegangan rendah dengan programmable logic control (PLC). Perkembangan penerapan teknologi elektronika daya ini bukan hanya memberikan
dampak positif tetapi juga dampak negatif. Harmonisa merupakan salah satu dampak
negatif yang ditimbulkan dari penerapan teknologi. Harmonisa biasanya dihasilkan
oleh beban non-linier. Komponen elektronika daya adalah beban yang bersifat tidak
linier dapat menimbulkan distorsi bentuk gelombang, baik arus maupun tegangan.
Distorsi gelombang ini biasa disebut harmonisa, yang merupakan salah satu
parameter dalam menentukan kualitas dari sistem tenaga listrik. Adanya harmonisa
dapat menimbulkan permasalahan antara lain faktor daya rendah, panas lebih, dan
dapat meningkatkan rugi-rugi energi listrik serta menurunkan kualitas sistem tenaga
listrik yang dapat menyebabkan dampak negatif terhadap peralatan-peralatan lain
Motor induksi merupakan motor yang paling banyak digunakan pada berbagai
peralatan industri dan rumah tangga. Konstruksi yang kokoh merupakan keuntungan
yang luar biasa dari motor induksi disamping harga yang murah, efesiensi tinggi pada
keadaan normal, mudah didapat, mudah untuk merawatnya dan dapat langsung
disambungkan ke sumber daya listrik alternating carent (AC). Motor induksi satu
fasa yaitu motor dengan gulungan stator yang beroperasi dengan pasokan daya satu
fasa. Motor induksi ini banyak digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti
kipas angin, mesin cuci, pompa air, lemari es, pendingin ruangan karena motor
induksi satu fasa mempunyai daya keluaran rendah dan untuk keperluan industri yang
membutuhkan daya listrik [2,3].
Motor induksi penerapanya sebagai peralatan industri tidak bekerja sendiri
tapi menggunakan peralatan pengontrol diantaranya dengan menggunakan
programmable logic control (PLC) merupakan suatu mikrokontroller yang dibuat untuk keperluan dunia industri [4,5]. programmable logic control (PLC) adalah
komputer elektronik yang mudah digunakan (user frendly) yang memiliki fungsi
kendali untuk berbagai tipe dan tingkat kesulitan yang beraneka ragam yang
digunakan peroses dalam indutri atau pengontrol mesin.
Programmable logic control (PLC) ini mempunyai karakteristik beban tidak linier yang mengakibatkan bentuk gelombang sisi masukan menjadi tidak sinusoidal
murni akibat adanya interaksi gelombang sinusoidal frekuensi fundamental dengan
gelombang lain yang dikenal sebagai harmonisa. Kadar harmonisa yang tinggi dalam
karena dapat menimbulkan beberapa kerugian, seperti penurunan kualitas sistem
tenaga listrik yang mengakibatkan pemanasan pada peralatan, penurunan faktor
daya, naiknya distorsi terhadap input, kegagalan fungsi dari peralatan elektronika
yang sensitif dan menurunkan efisiensi.
Sinyal harmonisa yang timbul berada pada daerah frekuensi diatas frekuensi
aslinya (fundamental), permasalahan tersebut dapat diselesaikan dengan salah satu
cara menggunakan filter pasif [6,7]. Menggabungkan antara komponen R, L, dan C
akan berbentuk filter yang disebut dengan filter pasif. Penggunaan filter pasif
merupakan solusi yang tepat untuk mengurangi kadar harmonisa yang timbul akibat
pemakaian beban non-linear. Arus harmonisa akan mengalir pada reaktansi yang lebih rendah, dengan pemasangan C arus dengan frekuensi tinggi akan mengalir melalui kapasitor, karena kapasitor memiliki impedansi yang rendah pada frekuensi tinggi. Penggunaan filter pasif ini berfungsi sebagai penyedia jalur pada impedansi rendah untuk frekuensi resonansi yang diinginkan
Filter pasif mempunyai berbagai tipe, pada umumnya tipe dari rangkaian filter pasif
adalah single tuned filter, filter orde dua, filter pasif LC, filter orde tiga, serta filter
tipe C [8,9,10,11].
Hasil pengukuran yang telah dilakukan dengan menggunakan alat ukur Power
Q Fluke 43B pada programmable logic control (PLC) yang menjalankan motor
induksi satu fasa di laboratorium elektronika dan sistem digital Kampus Pendidikan
Teknologi Kimia Industri (PTKI) Medan (Lampiran 1. Gambar 1, 3 dan 4). Nilai
Distorsi tegangan (THDV) 1,5 % dan daya terukur 70 Watt. Tabel 1.1 menunjukkan
hasil klasifikasi pengukuran pada input Programmable Logic Control (PLC).
Tabel 1.1 Klasifikasi Arus Harmonisa Pengukuran Berdasarkan Standar IEC 61000-3-2 Kelas D Programmable Logic Control(PLC) dengan daya 70 Watt.
Hasil Pengukuran IHDi Standar IEC 61000 3-2
Harmonisa Programmable Logic Control Kelas D (mA/W) Keterangan
ke-n % Ampere P = 70 W (Ampere)
3 86.80 0.2951 0.238 Tidak Sesuai 5 63.20 0.2149 0.133 Tidak Sesuai 7 38.80 0.1319 0.070 Tidak Sesuai 9 16.14 0.0549 0.035 Tidak Sesuai 11 3.90 0.0133 0.024 Sesuai 13 7.20 0.0245 0.021 Tidak Sesuai 15 4.20 0.0143 0.018 Sesuai 17 5.90 0.0201 0.016 Tidak Sesuai 19 1.30 0.0044 0.014 Sesuai 21 0.70 0.0024 0.013 Sesuai 23 2.00 0.0068 0.012 Sesuai 25 3.90 0.0133 0.011 Tidak Sesuai 27 2.00 0.0068 0.010 Sesuai 29 0.10 0.0003 0.009 Sesuai 31 0.70 0.0024 0.010 Sesuai 33 1.30 0.0044 0.008 Sesuai 35 1.30 0.0044 0.008 Sesuai 37 0.10 0.0003 0.007 Sesuai 39 THDi % 0.70 116,4 0.0024 0.007 Sesuai
Terlihat pada Tabel 1.1 menunjukkan hasil pengukuran IHDi pada
Programmable Logic Control (PLC), untuk harmanisa orde ke-3, ke-5, ke-7, ke-9, ke-13, ke-17 dan ke-25 tidak sesuai dengan standar International Electrotechnical
konsumen maka harmonisanya harus disesuaikan [12,13].
Penelitian ini bermaksud menganalisa perbandingan pengunaan filter single
tuned dan second order untuk mereduksi harmonisa yang dihasilkan programmable logic control (PLC) yang menjalankan motor induksi satu fasa. Banyak metode yang telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya dalam hal meredam harmonisa. Penelitian
yang sudah dilakukan sebelumnya berkaitan dengan model filter pasif untuk
meredam harmonisa seperti pada Tabel 1.2.
Tabel 1.2 Penelitian yang sudah dilakukan
No Peneliti Judul Metode
Jenis Filter yang Dirancang
Hasil yang diperoleh
1 M. Shuja Khan, I. Intesar, M S Raheel, 2011 [ 7] Implementation of a Passive Tune Filter to Reduce Harmonics in Single Phasa Induction Motor with varying Load Simulasi mengunakan Program MATLAB/ Simulink Fiiter Pasif Single tuned Reduksi harmonisa individual IHDv awal >3% menjadi <3% THDi awal >5% menjadi <5%Yang dihasilkan Adjustable Speed Drives (ASD’s). 2 3. Sungkowo Heri, 2013 [8] Young-Sik Cho, Hanju Cha , 2011 [ 9] Perancangan Filter Pasif Single Tuned Filter Untuk Mereduksi Harmonisa Pada Beban Non Linear Single-Tuned Passive Harmonic Filter Design Considering Variances of Tuning and Quality Factor mengunakan Program MATLAB/ Simulink Percobaan Fiiter Pasif Single tuned Filter Pasif Singletuned THD arus menjadi 10,2%, orde ke 3 menjadi 9,9%, orde ke 5 menjadi 1,9% ored ke 7 menjadi 1,3% dan orde ke 15 menjadi 0,1% sudah sesuai standar IEEE 519-1992.
Penurunan IHD i ke-5, 7, 11, dan 13 berkurang yaitu untuk harmonisa ke-5 berkurang dari 72,6% menjadi 7,9% harmonisa ke-7 berkurang dari 61,8% menjadi 11,2% harmonisa ke-11 berkurang dari
Tabel 1.2 Lanjutan
No Peneliti Judul Metode
Jenis Filter yang Dirancang
Hasil yang diperoleh
20,9% menjadi 4,5% dan harmonisa ke-13 berkuranmg dari 13,2% menjadi 2,9% 4 Ahmed Zubair Memon,Aslam Mohammad Uquaili,Aliunar Mukhtar, 2012[10] Harmonic Mitigation of Industrial Power System Using Passive Filters Simulasi mengunakan Program MATLAB/ Simulink Kombinasi filter Single tuned dan Second order
Beban Non linear converter, menurunkanTHDi dari 20,77% menjadi 4,23% 5 Srivastava Kuldeep Kumar, Al.Saquib Shakil, Anand Vardhan Pandey, 2013[11]
Harmonics & Its Mitigation Technique by Passive Shunt Filter Perhitungan parameter filter Filter pasif Second order Sampai diperoleh THD yang diizinkan 6 Basu Supriatim, Bollen. J. H. M, Undeland M. Tore, 2008[12] PFC Strategies in Light of EN 61000-3-2 Analisis Pemasangan Capasitor Koreksi power faktor Penentuan kelas (IEC 61000-3-2)
Penelitian yang telah dilakukan peneliti sebelumnya Tabel 1.2 baik yang
menggunakan filter pasif single tuned maupun second order keduanya dapat
meredam harmonisa sesuai dengan standar yang digunakan. Perbedaan yang terdapat
pada filter pasif single tuned dan second order hanya pada hubungan rangkaiannya,
untuk rangkaian single tuned komponen R, L dan C terhubung seri sedangkan
berdasarkan latar belakang penelitian yang sudah dilakukan peneliti bermaksud untuk
mengangalisis perbandingan seberapa besar hasil dari kedua filter pasif tersebut dapat
menurangi harmonisa dengan data yang diperoleh dari hasil pengukuran pada
programmable logic control (PLC) dengan cara melakukan perancangan dan simulasi dengan software MATLAB/Simulink. Dari besaran yang dihasil baik dari
perhitungan dan simulasi yang berupa nilai, grafik dan signal dari harmonisa sebelum
dan setelah pemasangan filter akan dianalisa dan dibandingkan.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang diuraikan diperlu perbaikan dengan
demikian peneliti merumuskan masalah sebagai berikut:
1. Bagaimana mengidentifikasi harmonisa pada programmable logic control
(PLC) yang menjalankan motor induksi satu fasa.
2. Bagaimana merancang simulasi filter pasif single tuned dan second order
menggunakan MATLAB/Simulink untuk mereduksi harmonisa pada
programmable logic control (PLC).
3. Bagaimana perbandingan harmonisa setelah filterisasi dengan menggunakan
filter passive single tuned dan passive second order pada programmable logic
control (PLC).
1.3 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah pada penelitian ini adalah:
2. Tidak membahas tentang sumber harmonisa pada Programmable Logic
Control (PLC).
3. Mengenai resonansi dan pengaruh terhadap system lain yang ditimbulkan oleh
pemakaian filter single tuned dan second order tidak dibahas.
4. Tidak memperhitungkan nilai ekonomis.
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun yang menjadi tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Merancang simulasi filter single tuned dan second order menggunakan
MATLAB/Simulink untuk mereduksi harmonisa pada programmable logic
control (PLC) yang menjalankan motor induksi satu fasa, agar tercapai standar IEC 61000-3-2 kelas D.
2. Untuk mengidentifikasi dan menganalisis sejauh mana pengaruh penggunaan
filter single tuned dan second order sebagai pereduksi akibat munculnya
harmonisa pada programmable logic control (PLC).
3. Untuk mengetahui perbandingan penggunaan filter single tuned dan second
order dalam mereduksi harmonisa (IHDI dan IHDV) yang dihasilkan programmable logic control (PLC).
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:
2. Hasil penelitian ini dapat memberikan alternatif solusi yang dapat digunakan
untuk mengatasi masalah harmonisa pada Programmable Logic Control (PLC)
dengan beban motor induksi satu fasa.
4. Dapat meningkatkan umur peralatan-peralatan yang digunakan pada
laboratorium elektronika dan sistem digital.
5. Sebagai bahan referensi untuk penelitian selanjutnya.
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan sebagai berikut:
Bab 1: Berisikan pendahuluan yang terdiri dari latar belakang, perumusan
masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan
sistematika penulisan.
Bab 2: Berisikan tinjauan pustaka berkaitan dengan motor induksi satu
fasa programmable logic control (PLC), harmonisa, perhitungan
harmonisa, mengurangi harmonisa, filter pasif, passive single tuned
filter, merancang passive single tuned filter dan passive second order filter.
Bab 3: Berisikan metodologi penelitian yang terdiri dari teknik pengukuran,
teknik analisa data, hasil pengukuran, klasifikasi arus harmonisa pada
kelas D, perhitungan passive single tuned filter, perhitungan passive
second order filter, perhitungan impedansi filter passive single tuned, perhitungan impedansi filter passive second order dan rangkaian simulasi MATLAB/ Simulink.
Bab 4: Berisikan hasil dan pembahasan yang berkaitan dengan harmonisa
arus setelah pemasangan passive single tuned filter maupun harmonisa
arus setelah pemasangan passive second order filter, perbandingan hasil
harmonisa dengan menggunakan passive single tuned filter dan passive
second order filter untuk mereduksi harmonisa pada programmable logic control (PLC) sebelum dan setelah pemakaian filter dan perbandingan impedansi yang digunakan pada programmable logic control (PLC).
