PERBANDINGAN PASSIVE LC FILTER DAN PASSVE SINGLE TUNED FILTER UNTUK MEREDUKSI HARMONISA VARIABLE SPEED DRIVE DENGAN BEBAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA TESIS OLEH NAMA : MUSTAMAM NIM : 107034005/TE FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
PERBANDINGAN PASSIVE LC FILTER DAN PASSIVE SINGLE TUNED FILTER NTUK MEREDUKSI HARMONISA VARIABLE SPEED DRIVE DENGAN BEBAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA TESIS Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik OLEH MUSTAMAM 107034005/TE FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014 1-ii
1-iii
Telah diuji pada Tanggal : 15 Juli 2014 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Prof. Dr. Ir. Usman Baafai Anggota : 1. Dr. Marwan Ramli, M.Si 2. Prof. Drs. Tulus, M.Si, Ph.D 3. Dr. Eng. Ariadi Hazmi 1-iv
ABSTRAK Sebagian besar alat yang digunakan sebagai pengatur kecepatan putaran motor induksi tiga fasa adalah Variable Speed Drive (VSD) 1 fasa, di mana VSD merupakan pembangkit harmonisa. Oleh sebab itu harmonisa yang timbul pada VSD dapat direduksi dengan menggunakan filter fasif yaitu passive LC filter dan passive single tuned filter sehingga memenuhi standar IEC61000-3-2 kelas A. Hasil yang diperoleh dengan passive LC filter dapat mengurangi total distorsi harmonisa arus (THDi) dari 102,9% menjadi 23,78% sedangkan passive single tuned filter mengurangi total distorsi harmonisa arus (THDi) dari 102,9% menjadi 8,79%. Pada harmonisa ke 5 passive LC filter dapat mengurangi harmonisa dari 1,26 Amper menjadi 0,16 Amper, sedang passive single tuned filter dari 1,26 Amper menjadi 0,111 Amper. Impedansi yang dihasilkan passive single tuned filter lebih kecil yaitu 0,436 Ω sedang passive LC filter 8,34 Ω. Dengan demikian passive single tuned filter lebih baik untuk mereduksi harmonisa dibandingkan dengan passive LC filter. Kata Kunci : Variable speed drive 1 fasa, motor induksi 3 fasa, harmonisa, passive LC filter, passive single tuned filter. i
ABSTRACT Most of the tools that used as speed control of three phase induction motors rotation is 1 phase Variable Speed Drive (VSD), where VSD is a harmonic generator. Therefore the harmonics that arise in the VSD can be reduced by using passive LC filters fasif namely passive single tuned filter that meet the standards IEC61000-3-2 Class A.The results obtained through passive LC filter could reduce the total distortion of harmonic current (THDi) from 102.9% to 23.78% while passive single tuned filter reduced the total harmonic distortion current (THDi) from 102.9% to 8.79%. At the fifth harmonics passive LC filters could reduce the harmonics current from 1.26 Ampere to 0.16 Ampere, while passive single tuned filter could reduce the harmonic current from 1.26 Amper to 0.111 Amper. The impedance produced by passive single tuned filters was smaller that is 0.436 Ω while passive LC filters was 8.34 Ω. There by passive single tuned filter is better to reduce harmonics than passive LC filters is. Keywords: 1-phase Variable Speed Drive, 3-phase induction motor, harmonics, passive LC filters, passive single tuned filters. ii
KATA PENGANTAR Alhamdulillah, segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-nya. Shalawat beriring salam kepangkuan Nabi Muhammad SAW yang telah membawa umat manusia ke alam yang penuh dengan ilmu pengetahuan. Alhamdulillah, pada akhirnya penulis telah dapat menyelesaikan tesis ini dengan judul Perbandingan Passive LC Filter Dan Passve Single Tuned Filter Untuk Mereduksi Harmonisa Variable Speed Drive Dengan Beban Motor Induksi Tiga Fasa. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai selaku ketua pembimbing, Bapak Dr. Marwan Ramli, M.Si selaku anggota pembimbing yang telah banyak memberikan arahan dalam penyusunan tesis ini. Terima kasih juga saya ucapkan kepada Bapak Prof. Dr. Tulus, M.Si dan Bapak Dr. Eng. Ariadi Hazmi yang telah banyak memberikan masukan demi kesempurnaan tesis ini. Terima kasih saya ucapkan kepada Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc (CTM), Sp. A(K), selaku Rektor dan kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan untuk mengikuti pendidikan Magister Teknik Elektro. Bapak Drs. Hasdari Helmi, MT selaku Sekretaris Program Studi dan seluruh pegawai Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik, saya ucapkan iii
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 rekan-rekan sesama mahasiswa angkatan ketiga Tahun Akademik 2010/2011 Program Studi Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan, penulis ucapkan terima kasih atas bantuan, dukungan, dan kerjasama yang baik selama ini. Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan banyak terima kasih, isteri tercinta Dra. Nazlah, serta kepada anak-anakku tersayang Ilham Kurnia Nst, Nada Ramadhani Nst dan Achmad Waladi Nst atas segala motivasi, dorongan semangat, pengertian dan do anya. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penulisan ini, penulis tetap mengharapkan masukan, kritik dan saran demi kesempurnaan tesis ini. Akhir kata semoga Allah SWT selalu merahmati kita semua dan hasil penelitian ini bermanfaat bagi kita semua, amiin. Medan, Juli 2014 Tertanda, Mustamam iv
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... i ii iv vi DAFTAR TABEL... viii BAB 1 PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang Masalah...... 1 1.2 Perumusan Masalah... 7 1.3 Batasan Masalah... 7 1.4 Tujuan Penelitian... 8 1.5 Manfaat Penelitian... 9 1.6 Sistematika Penulisan... 9 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA... 11 2.1 Motor Induksi Tiga Fasa...... 11 2.1.1 Pengaturan kecepatan motor induksi... 14 2.2 Variable Speed Drive... 15 2.3 Harmonisa... 24 2.4 Perhitungan Harmonisa... 25 2.5 Batasan Harmonisa... 27 2.6 Filter Harmonisa... 31 2.6.1 Filter pasif... 31 2.6.2 Passive LC filter... 33 2.6.3 Prinsip pereduksian harmonisa dari passive LC filter... 33 2.6.4 Merancang passive LC filter... 34 2.6.5 Passive single tuned filter.... 37 2.6.6 Prinsip pereduksian harmonisa dari passive single tuned filter... 40 2.6.7 Merancang passive single tuned filter...... 43 v
BAB 3 METODE PENELITIAN... 47 3.1 Teknik Pengukuran yang Dilakukan... 47 3.2 Data Hasil Pengukuran... 49 3.3 Perbandingan Klasifikasi Arus Harmonisa pada Variable Speed Drive (VSD) Berdasarkan Standar IEC61000-3-2 Klas A... 54 3.4 Perhitungan Nilai L dan C dari Passive LC Filter... 55 3.5 Perhitungan Nilai R, L dan C dari Passive Single Tuned Filter... 59 3.6 Diagram Simulasi MATLAB/Simulink... 63 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN... 68 4.1 Pendahuluan...... 68 4.2 Harmonisa Arus Setelah Pemasangan Passive LC Pilter... 68 4.3 Harmonisa Arus Setelah Pemasangan Passive Single Tuned Filter... 71 4.4 Perbandingan Hasil Simulink Passive LC Filter dan Passive Single Tuned Filter untuk Mereduksi Harmonisa Arus pada VSD... 73 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN... 77 5.1 Kesimpulan... 77 4.2 Saran... 78 DAFTAR PUSTAKA... 79 LAMPIRAN vi
DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman 2.1. Variable speed drive (VSD) tipe ATV12H075M2... 16 2.2. Rangkaian variabel inverter tegangan... 17 2.3. Gelombang dari Variable Voltage Inverter (VVI)... 18 2.4. Skema sumber inverter arus... 19 2.5. Gelombang output sumber inverter arus... 19 2.6. Penyearah PWM satu fasa full bridge. (a) rangkaian penyearah PWM, rangkaian ekivalen dengan (b) T 1 dan T 4 On, (c) T 2 dan T 3 On, (d) T 1 dan T 3 atau T 2 dan T 4 On... 21 2.7. Bentuk gelombang tegangan dan arus pada penyearah PWM... 22 2.8. Gelombang fundamental dengan gelombang harmonisanya... 25 2.9. Filter pasif... 31 2.10. Jenis jenis filter pasif... 32 2.11. Rangkaian passive LC filter untuk inverter tiga fasa... 33 2.12. Pemodelan passive LC filter... 34 2.13. Rangkaian impedansi passive LC filter... 34 2.14. Passive single tuned filter... 38 2.15. Frekuensi respon dan sudut fasa passsive Single tuned filter... 39 2.16. Pemodelan passive single tuned filter... 42 2.17. Kompensasi gelombang filter... 43 2.18. Rangkaian resonansi seri... 43 2.19. Segitiga daya untuk menentukan kebutuhan daya reaktif... 45 vii
Nomor Judul Halaman 3.1. Alat ukur Fluke 435... 48 3.2. Diagram penempatan passive LC filter dan passive single tuned filter... 49 3.3. Bentuk gelombang arus dan tegangan hasil pengukuran... 52 3.4. Bentuk spektrum harmonisa arus... 53 3.5. Individual distorsi harmonisa arus... 53 3.6. Bentuk spektrum harmonisa tegangan... 53 3.7. Individual distorsi harmonisa tegangan... 54 3.8. Simulasi VSD sebelum pemasangan filter... 65 3.9. Gelombang arus simulasi sebelum pemasangan filter... 65 3.10. Spektrum arus simulasi sebelum pemasangan filter... 65 3.11. Simulasi VSD dengan passive LC filter... 66 3.12. Simulasi VSD dengan passive single tuned filter... 67 4.1. Bentuk gelombang arus passive LC filter... 69 4.2. Spektrum harmonisa arus passive LC filter... 69 4.3. Bentuk gelombang arus passive single tuned filter... 71 4.4. Spektrum harmonisa arus passive single tuned filter... 72 4.5. Diagram perbandingan sebelum pemasangan filter dengan passive LC filter dan passive single tuned filter... 75 4.6. Grafik hubungan impedansi dengan harmonisa arus passive LC filter... 75 4.7. Grafik hubungan impedansi dengan harmonisa arus passive single tuned filter... 76 viii
DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman 1.1. Penelitian mengenai model filter harmonisa yang telah dilakukan... 3 2.1. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas A... 28 2.2. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas B... 29 2.3. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas C... 30 2.4. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas D... 31 3.1. Data hasil pengukuran... 50 3.2. Data hasil pengukuran harmonisa arus dan tegangan... 52 3.3. Perbandingan klasifikasi arus harmonisa pengukuran pada variable speed drive berdasarkan standar IEC61000-3-2 Kelas A... 55 4.1. Perbandingan klasifikasi arus harmonisa pengukuran pada variable speed drive setelah pemasanga passive LC filter berdasarkan standar IEC61000-3-2 Kelas A.. 70 4.2. Perbandingan klasifikasi arus harmonisa pengukuran pada Variable speed drive setelah pemasanga passive single tuned filter berdasarkan standar IEC61000-3-2 Kelas A... 73 4.3. Perbandingan arus harmonisa pada variable speed drive sebelum dan sesudah pemasangan passive LC filter dan Passive single tuned filter... 74 ix