PEMBUATAN HARMONIC FILTER PADA MOTOR INDUKSI 3 FASA MENGGUNAKAN THYRISTOR ANTI-PARALEL DI LABORATORIUM KONVERSI ENERGI ELEKTRIK ITN MALANG

Transkripsi

1 PEMBUATAN HARMONIC FILTER PADA MOTOR INDUKSI 3 FASA MENGGUNAKAN THYRISTOR ANTI-PARALEL DI LABORATORIUM KONVERSI ENERGI ELEKTRIK ITN MALANG M. Abdul Hamid, Eko Nurcahyo Jurusa Tekik Elektro Fakultas Tekologi Idustri Istitut Tekologi Nasioal Malag Jl. Raya Karaglo km. 2 Malag Telepo (034) eko_u2g@yahoo.com Abstrak Pegedalia motor iduksi 3 fasa dega megguaka pegedali thyristor ati paralel dapat meimbulka suatu harmoisa yag aka berdampak cacat pada gelombag tegaga da arus. Pembuata serta Pemasaga harmoic filter disii dapat membatu utuk meguragi harmoisa yag timbul pada sistem. Total Harmoic Distortio yag timbul pada sistem pada saat sebelum dipasag harmoic filter mecapai 6,2 %, da setelah dipasag harmoic filter yag maa pada makalah ii megguaka jeis tuig filter, maka Total Harmoic Distortio turu mejadi 4,9 %, da ilai ii sudah sesuai stadarisasi 5%. Kata kuci : thyristor ati-paralel, motor iduksi, matlab simulik, Harmoic Filter. PENDAHULUAN Secara umum, teaga listrik didistribusika dalam sistem tegaga siusoidal 3 fasa. Seirig dega semaki meluasya pegguaa beba-beba oliier, gelombag arus maupu tegaga siusoidal tersebut dapat terdistorsi da betukya mejadi cacat. Kebayaka beba yag meimbulka cacat gelombag (deformig loads) adalah beba-beba yag megadug koverter (static coverter). Sistem pegatur kecepata motor iduksi yag merupaka salah satu sumber utama harmoisa. Dalam hal ii pegatur kecepata dega megatur tegaga termial motor. Pegatura tegaga tersebut dapat dilakuka dega meambahka sepasag thyristor ati-paralel pada setiap faseya, Maka dalam setiap perubaha sudut sulut thyristor ati-paralel meyebabka Harmoisa dalam sistem teaga listrik serta dapat meimbulka pegaruh yag tidak diigika. Pegaruh tersebut atara lai: peralata mejadi paas, life time peralata mejadi berkurag, bahka dapat meyebabka peralata mejadi rusak, iterferesi siyal (seperti oise yag terjadi pada salura telepo) da dapat meyebabka over voltage. Dega megguaka batua software MATLAB versi 7.0 kita dapat megaalisa harmoic filter yag dibutuhka sebagai ujuk kerja pada motor iduksi 3 fasa megguaka thyristor ati-paralel da megiputka parameter-parameter yag dibutuhka. Tujua pembahasa peelitia ii adalah utuk megetahui seberapa besar harmoisa yag di hasilka oleh ragkaia pegedali motor iduksi 3 fasa yag megguaka pegedali thyristor ati-paralel pada sistem da seberapa besar harmoisa tersebut dapat dimiimalisir dega cara pemasaga Harmoic Filter higga dapat memeuhi ketetua THD (Total Harmoic Distortio) 5 %. Dega megguaka software Matlab 7.0 dapat dibadigka secara simulasi atara pegedali thyristor ati-paralel yag sebelum da sesudah dipasag harmoic filter. Batasa Masalah Agar pembahasa dalam peelitia aka lebih terarah sesuai dega tujua da judul yag ada maka permasalaha dibatasi oleh beberapa hal sebagai berikut : Aalisis dilakuka pada motor iduksi tiga fasa jeis rotor sagkar DE LORENZO/DL 02,, kw, 220/380( /Y) Volt, 4,3/2,5 ( /Y) Ampere, Cos φ=0,83, 50 Hz, 2830 rpm, 2 kutub. Pembahasa ditekaka pada aalisis dega ilai pedekata yag ada dipasara dari kompoe harmoic filter yag diguaka utuk memiimalisasi harmoisa pada ragkaia thyristor ati-paralel utuk pegedali motor iduksi 3 fasa jeis rotor sagkar. Pegujia pada sudut peyuluta yag sudah ditetuka yaitu saat motor dalam keadaa matap. Pegukura ilai LC berdasarka alat ukur LCR meter Model ELC-32A da Clamp O Power E-43

2 Prosidig Semiar Nasioal Tekoi 2008 Bidag Tekik Elektro Hitester Model , utuk meetuka ilai orde tiap harmoisa. Simulasi megguaka software Matlab 7.0 Tidak membahas sistem proteksi motor. KAJIAN PUSTAKA Harmoisa Ideks Harmoisa Dalam aalisa harmoisa terdapat beberapa ideks yag petig utuk meggambarka efek da harmoisa pada kompoe sistem teaga. Total Harmoic Distortio (THD) Pedefiisia rasio ilai rms kompoe harmoisa ke ilai rms kompoe dasar biasaya diyataka dalam betuk perse. Ideks ii diguaka utuk megukur deviasi betuk gelombag periodik yag megadug harmoisa dari gelombag sius sempura. Pada saat terjadi gelombag sius sempura, ilai THD adalah ol. Ideks yag umum diguaka adalah: Ideks yag umum diguaka adalah: dimaa : V = kompoe harmoisa V = kompoe fudametal = kompoe harmoisa maksimum yag diamati Pegaruh Harmoisa Pada Sistem Tegaga Peralata yag diterapka pada sistem teaga listrik, seperti cotoh yag dapat dilihat pada gambar di bawah ii: () Bila daya reaktif dituruka dega cara yag sama sebagaimaa medapatka daya aktif P, maka didapat : Q total = = V I si( ϕ θ ) (6) Sebuah suplai eergi listrik yag disalurka ke beberapa beba yag terhubug pararel melalui kawat peghatar (Trasmissio Lies) yag megadug impedasi sebesar Z. Apabila ada arus harmoisa yag melalui impedasi Z da sumber, aka meimbulka tegaga harmoisa yag besar, amplitudo tegagaya aka semaki meigkat disertai juga dega peigkata frekuesiya. Karea terdapat impedasi hambata salura, maka terdapat selisih tegaga yag dapat secara sigifika terdistorsi oleh beba, bisa berasal dari beba oliier yag terbagi kecil-kecil. Dimaa arus aka timbul pada saat tegaga suplai mecapai titik maksimum saja. Hal ii aka meyebabka turuya tegaga yag melewati impedasi Z da aka mejadi lebih besar pula apabila tegaga pada sumber mecapai titik maksimum Sehigga tegaga yag dikirimka pada akhirya aka mejadi turu. Teori Dasar Filter Harmoisa Tujua dari pemasaga filter harmoisa adalah utuk mereduksi mplitudo frekuesi tertetu dari sebuah tegaga da arus. Dega peambaha filter harmoisa pada suatu sistem teaga listrik yag megadug sumber-sumber harmoisa maka peyebara arus harmoisa ke seluruh jariga dapat diteka sekecil mugki. Selai itu filter harmoisa pada frekuesi dasar dapat megkompesasi daya reaktif da diguaka utuk memperbaiki faktor daya. Gambar. Ragkaia distribusi sederhaa Secara umum, tegaga da arus dapat diyataka dalam deret fourier sebagai berikut : Maka daya aktif dapat diyataka sebagai : P total = = V I Da daya yata diyataka sebagai : (2) (3) cos( ϕ θ ) (4) = S total VI (5) = Gambar 2. Pemasaga Filter Harmoisa Tued Filter Tued filter biasaya diguaka dalam sistem tegaga tiggi utuk mereduksi arus harmoisa. Mereka terdiri atas kapasitor yag terhubug seri dega iduktif reaktor. Jika resistasi filter yag diguaka kecil maka hal ii dapat diabaika, impedasi filter terlihat di bawah ii : Z f = X L X C = 2πfL (7) 2πfC Impedasi filter dega fugsi frekuesi terlihat pada gambar 3 dibawah ii : E-44

3 ISBN : Yogyakarta, 22 November 2008 Gambar 3. Respos impedasi pada shut filter Pegedali Thyristor Ati-Paralel Pegedali thyristor aty-paralel pada motor iduksi tiga fase adalah suatu pegedalia dega cara megatur tegaga termial motor. Pegatura tegaga termial motor tersebut dapat dilakuka dega meambahka sepasag thyristor yag dihubugka secara atiparalel pada masig-masig faseya, sebagaimaa ditujukka oleh gambar 4. Sistem tersebut terdiri atas sumber tegaga tiga fase, dega tiga pasag thyristor idetik yag terhubug ati-paralel pada tiap fase motor besar. Sudut peyalaa thyristor dihitug dari titik persilaga ol tegaga sumberya. Pegatura tegaga termial motor diperoleh dega megatur pegahatara thyristor dega uruta tertetu. Betuk gelombag tegaga da arus motor ditujukka oleh gambar 5. Gambar 6. Motor iduksi terkedali thyristor. Adapu besarya XTH, didefiisika : ωl f ( γ ) X TH = ωlth = ohm (8) f ( γ )) dimaa : f ( y) = ( 3 )( γ + si γ ) (9) 2π Da L = L ls + L lr (0) Daya mekais yag dibagkitka adalah : 3( s) 2 Pmech = R r ( I a ) W () s Torsi yag dihasilka adalah : Pmech T = N. m (2) ωm Dimaa : s = slip motor ω m = kecepata sudut mekais rotor Gambar 4. Motor iduksi dega pegedali thyristor ati-paralel. Gambar 5. Betuk gelombag steadystate sistem pada gambar, α = 78, Φ = 38,, γ= 40. Motor yag dikedalika thyristor dapat dimodelka dega meambahka reaktasi seri, XTH, pada setiap fase motor. Model tersebut seperti ditujuka oleh gambar 6. Matlab 7.0 Matlab merupaka suatu software yag sagat baik utuk diguaka megaalisa berbagai kebutuha dalam bidag tekik. Didalam matlab terdapat dua bagia petig yaitu M-files yag diguaka utuk meuliska listig program da simulik diguaka utuk melakuka simulasi. Dega megguaka simulik yag merupaka kesatua dalam program tersebut kita dapat melakuka suatu pemodela sistem kotrol atau suatu plat yag aka diatur. Hal itu dapat didesai dega megguaka blok-blok yag tersedia serta settig parameter-parameter aka mejadi lebih mudah. Blokblok simulik juga dapat di betuk dari persamaa matematika dega megguaka blok trasfer futio sehigga kita dapat meuliska persamaa dalam blok tersebut sesuai dega parameter yag kita cari. ALGORITMA PROGRAM Algoritma Pemecaha Program Secara Umum. Pegujia Parameter Motor Iduksi meliputi : a. DC test b. Tapa Beba ( No Load Test ) c. Rotor Tertaha (BlockedRotor Test) E-45

4 Prosidig Semiar Nasioal Tekoi 2008 Bidag Tekik Elektro 2. Memasuka parameter motor iduksi da settig waktu utuk sudut sulut thyristor. 3. Mejalaka simulasi motor iduksi dega parameter motor da sudut peyuluta yag telah dimasukka. 4. Meampilka hasil simulasi sebelum da sesudah dipasag harmoic filter Gambar 8. Gelombag Tegaga terhadap Waktu Sebelum Di Filter Gambar 6 Flowchart Pemecaha Masalah SecaraUmum Gambar 9. Gelombag Arus terhadap Waktu Sebelum Di Filter ANALISA HASIL SIMULASI. Blok Simulasi Tapa Filter Gambar 0. Gelombag THD terhadap Waktu Sebelum Di Filter Gambar 7. Blok Ragkaia Pegedali Thyristor Ati- Paralel Dari gambar ragkaia simulasi diatas didapat betuk gelombag arus da tegaga yag terdistorsi oleh harmoisa yag meyebabka cacat gelombag. Pemasaga Da Perhituga Utuk Meetuka Besar Kompesasi Filter. E-46

5 ISBN : Yogyakarta, 22 November 2008 Gambar. Ragkaia Tued Filter Utuk meghitug besarya ilai besar kompesasi harmoic filter adalah : Z f = X L X C = 2πf L 2πf C Utuk impedasi ideal Zf = 0, dimaa dalam keyataa terdapat ilai besar impedasi. Perhituga Zf ideal sebagai berikut : Diketahui disii terdapat ilai C sebesar 8 µf, maka : X C = = 2π f C 2.3, = = 79,68Ω 0, Gambar 4. Gelombag Tegaga terhadap Waktu Zf ideal dimaa : X C = X L = 79,68 Ω maka ilai L dapat dihitug dega : X = 2. π. f. L L 79,68 = 2.3, L L = 79,68 2.3,4.250 = 50,7mH Adapu pemasaga letak kapasitor dapat dilihat pada gambar dibawah ii : Gambar 5. Gelombag Arus terhadap Waktu Zf ideal Gambar 2. Pemasaga Tue Filter Utuk pemasaga Tued fileter dapat dilihat pada diagram blok simulasi dibawah ii : Gambar 5. Gelombag THD terhadap Waktu Zf ideal Dega data Percobaa didapat ilai kompoe C da L berdasarka pegukura : Diketahui utuk ilai dari C =8,7 F, C 2 =8,26 F, C 3 =8.09 F da ilai L = 46,5mH, L 2 = 5,72mH, L 3 =45,86mH, sehigga didapatka betuk grafik sebagai berikut : Gambar 3. Blok Ragkaia Pegedali Thyristor Ati Paralel Sesudah di Filter Utuk Zf = 0, C = 8 F da L = 50,7 mh dalam simulasi program matlab meghasilka gelombag arus da tegaga serta THD sebagai berikut : E-47

6 Prosidig Semiar Nasioal Tekoi 2008 Bidag Tekik Elektro Gambar 6. Gelombag Tegaga terhadap Waktu Zf Dega Tue Filter Tabel. Hasil Pegukura Sebelum di Filter Gambar 7. Gelombag Arus terhadap Waktu Zf Dega Tue Filter Tabel 2. Hasil Pegukura Sesudah di Filter Gambar 8. Gelombag THD terhadap Waktu Zf Dega Tue Filter Dari hasil pegukura didapatka ilai tegaga da arus harmoisa yag ditimbulka dari pegguaa pegedali thyristor ati paralel sebelum da sesudah dipasag tued filter sebagai berikut: Tabel 3. Hasil Pegukura Tegaga Sebelum Da Sesudah Di Filter E-48

7 ISBN : Yogyakarta, 22 November 2008 [4] Theodore Wildi, Electrical Machies,Drives, Ad Power System Fifth Editio.Laval Uiversity. KESIMPULAN Dari aalisis peetua harmoic filter jeis tued filter pada pegedali motor iduksi 3 fasa megguaka pegedali thyristor ati-paralel ditarik beberapa kesimpula :. Utuk percobaa dalam pemakaia tapa filter didapatka ilai Total Harmoic Distortio utuk arus Ir, Is, It sebesar 6,2%, 5,9%, 6,%. 2. Pada saat sesudah dipasag filter Total Distortio pada arus Ir,Is,It sebesar 4,9%, 4,8%, 4,7%. 3. Dari betuk gelombag tegaga dapat diperbaiki sebesar 0,4% yag semula sebelum dipasag filter ilai dari Total Harmoic Distortio sebesar 2,% da setelah dipasag filter mejadi,69%. 4. Maka dari pemasaga harmoic tued filter ii didapat ilai total harmoisa yag sudah sesuai stadart 5 %. 5. Dalam pegukura harmoisa pegguaa pegedali thyristor ati-paralel orde harmoisa terbesar pada orde ke 5 sebesar 4,8%. DAFTAR PUSTAKA [] Jusmi Sutato, Heradi Buhro, Implikasi Harmoisa dalam Sistem Teaga Listrik da Alteratif Solusiya Dept Tek.Eergi Politekik Negeri Badug. [2] Roger C. Duga, Mark F. Mc Graagha, Suryo Satoso, H. Waye Beaty Electrica Power System Quality Secod Editio, McGraw-Hill. [3] S.Wasito, 200. Vademekum Elektroika Edisi Kedua P T.Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, E-49