MENGURANGI HARMONISA PADA PENYEARAH SATU FASA DENGAN FILTER INDUKTOR TESIS. Oleh: SATRIA GINTING /MTE

Transkripsi

1 MENGURANGI HARMONISA PADA PENYEARAH SATU FASA DENGAN FILTER INDUKTOR TESIS Oleh: SATRIA GINTING /MTE FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011

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 Oleh: SATRIA GINTING /MTE FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011

3 Judul Penelitian : MENGURANGI HARMONISA PADA PENYEARAH SATU FASA DENGAN FILTER INDUKTOR Nama Mahasiswa : Satria Ginting Nomor Induk : Program Studi : Magister Teknik Elektro Menyetujui Komisi Pembimbing : ( Prof. Dr. Ir. Usman Baafai ) ( Ir. Ashuri, MT ) Ketua Anggota Ketua Program Studi, Dekan, (Prof.Dr.Ir.Usman Baafai) (Prof.Dr.Ir.Bustami Syam,MSME)

4 Telah Diuji Pada Tanggal : 16 Juni 2011 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua Anggota : Prof. Dr. Ir. Usman Baafai : 1. Ir. Ashuri, MT 2. Ir. Riswan Dinzi, MT 3. Ir. Suprapto, MT 4. Dr. Eng Ariadi Hazmi

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 , arus harmonisa ketiga yang diizinkan adalah sebesar 2,3 Amper. Kata kata kunci : penyearah, filter induktor, beban resistif

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 standard, the allowed third harmonics current is 2.3 amperes. Keywords : rectifier, inductor filter, resistive load

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. Akhir kata penulis berharap tulisan ini dapat bermanfaat bagi yang membacanya, dan menambah pengetahuan dibidang harmonisa pada penyearah dan

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, Satria Ginting

9 DAFTAR RIWAYAT HIDUP Saya yang bertanda tangan dibawah ini, Nama : Satria Ginting Tempat / Tanggal Lahir : Medan/ 14 Mei Jenis Kelamin Agama Bangsa : Laki - Laki : Islam : Indonesia Alamat : JL. Amaliun Gg. Perdamaian No. 1ª Medan. Menerangkan dengan sesungguhnya, bahwa : PENDIDIKAN 1. Tamatan SDN n0. 31, Medan Tahun Tamatan SMPN VI, Medan Tahun Tamatan SMAN IV, Medan Tahun Tamatan Teknik Elektro USU Tahun 1985.

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, Satria Ginting

11 DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK... ABSTRACT... KATA PENGANTAR... DAFTAR RIWAYAT HIDUP... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Harmonisa Sumber-Sumber Harmonisa Batasan Harmonisa Penyearah Dioda Karakteristik dioda Penyearah gelombang penuh Penyearah dengan kapasitor perata Filter Harmonisa Perhitungan Kapasitor Perhitungan Induktor... i ii iii v vii ix x

12 Mode konduksi yang tidak kontiniu Mode konduksi yang kontiniu Sudut Konduksi... BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN Umum Menentukan Nilai Kapasitor C Menentukan Nilai Filter Induktor L... BAB 4 HASIL SIMULASI DAN AALISIS Hasil simulasi Analisis hasil... BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran... DAFTAR PUSTAKA

13 DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman 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 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 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 θ 1 dan turn off θ 2 sebagai fungsi ρ L... Rangkaian penyearah untuk simulasi... Diagram alir pelaksanaan penelitian... Rangkaian simulasi penyearah dengan kapasitor perata... Bentuk gelombang arus pada sisi input penyearah tanpa filter induktor... Bentuk spektrum arus input... Rangkaian simulasi penyearah dengan filter induktor L=159,6mH... Bentuk gelombang arus pada sisi input penyearah

16 Bentuk spektrum arus input... Besar THDi sebelum dan sesudah dipasang filter... Perbandingan arus dalam bentuk spektrum