PERBANDINGAN PENGGUNAAN FILTER SINGLE TUNED DAN FILTER ORDE TIGA UNTUK MEREDUKSI HARMONISA PADA JUICER TESIS JHONSON M. SIBURIAN 107034009/TE FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
PERBANDINGAN PENGGUNAAN FILTER SINGLE TUNED DAN FILTER ORDE TIGA UNTUK MEREDUKSI HARMONISA PADA JUICER TESIS Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik JHONSON M. SIBURIAN 107034009/TE FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
Telah diuji pada Tanggal : 28 April 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
ABSTRAK Juicer adalah suatu alat rumah tangga yang digunakan untuk menghancurkan buah menjadi minuman yang bernama jus atau dalam bahasa inggrisnya juice. Juicer sering digunakan di saat pembuatan hidangan makan sebagai pelengkap hidangan makanan. Hasil pengukuran dengan menggunakan PQ meter fluke 435, peralatan ini menghasilkan harmonisa arus (IHD i )orde ke-3 yang melebihi standar IEC 61000-3-2 kelas D, sehingga bila digunakan dengan jumlah yang besar pada waktu yang bersamaan dapat menyumbang harmonisa yang cukup besar terhadap transformator distribusi sehingga transformator kelebihan beban, mudah panas dan cepat rusak. Diperlukan meredam harmonisa pada juicer dengan filter pasif yaitu filter single tuned dan filter orde tiga merupakan filter yang sederhana dan murah untuk meredam individual harmonisa distortion arus (IHD i ) pada orde ke-3 tersebut, sehingga sesuai dengan standar IEC 61000-3-2 kelas D. Perbandingan penggunaan kedua filter pasif ini untuk meredam harmonisa tersebut dengan menggunakan program MATLAB/Simulink sehingga dapat diketahui dengan penggunaan filter single tuned arus harmonisa orde ke-3 dapat berkurang dari 0.737 Ampere menjadi 0.0599 Ampere tereduksi sebesar 0.6771 Ampere dengan persentase 91,87%, sedangkan filter orde tiga dapat mereduksi arus harmonisa pada juicer dengan besaran nilai arus harmonisa orde ke-3 berkurang dari 0.737 Ampere menjadi 0.541 Ampere tereduksi sebesar 0.196 Ampere dengan persentase 26,59%. Dengan demikian filter single tuned baik untuk digunakan pada peralatan rumah tangga, sedangkan filter orde tiga tidak bekerja maksimal dalam mereduksi harmonisa. Kata kunci: Juicer, filter single tuned, filter orde tiga, MATLAB/simulink
ABSTRACT Juicer is a household appliance used to squash fruit to make a drink called juice. Juicer is frquently used to make a dessert during a banquet. The result of measurement using PQ meter fluke 435 showed that this appliance produced harmonic current (IHD) of the 3 rd order that is greater than the standard IEC 61000-3-2 Class D that if it used in a big amount at the same time, it can contribute an adequately big harmonics to the distributing transformator that the transformator become overloaded, easily hot and quickly out of order. It is necessary to stifle the harmonics in a juicer by using passive filter such as single tuned filter and thirdorder filter which is a simple and cheap filter to stifle the individual harmonic distortion (IHD) current in the 3 rd order that it becomes in accordance with the standart IEC 61000-3-2 Class D. The comparison of the use of these two passive filters to stifle the harmonics current trough MATLAB/Simulink program showed that by using single-tuned filter, harmonic current of the 3 rd order can decrease from 0.737 Ampere to 0.0599 Ampere meaning that it reduced for 0.6771 Ampere or 91.87%, while the thid-order filter can reduced the 3 rd order harmonic current in a juicer from 0.737 Ampere to 0.541 Ampere meaning that it is reduced for 0.196 Ampere or 26.59%. Therefore, single-tuned filter is good to be used for household appliances while the third-order filter does not maximally function in reducing harmonic current. Keywords: Juicer, Single-Tuned Filter, Third-Order Filter, MATLAB/Simulink Program
KATA PEGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat serta karunia-nya, penulis dapat menyelesaikan usulan penelitian tesis ini dengan judul Perbandingan penggunaan filter single tuned dan filter orde tiga untuk mereduksi harmonisa pada juicer. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai dan Bapak Dr. Marwan Ramli, M.Si. selaku pembimbing Pembimbing, Bapak Prof. Drs. Tulus, M.Si dan Bapak Dr. Eng Ariadi Hazmi selaku Pembanding dan Bapak Drs. Hasdari Helmi, M.T. selaku Sekretaris Program Magister Teknik Elektro atas bimbingan dan dukungan yang telah diberikan untuk menyelesaikan usulan penelitian tesis ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada rekan rekan mahasiswa program magister Teknik Elektro FT Elektro USU Medan, Akademik 2009/2010, dan terutama kepada Bapak Marwan, Bapak Pristisal, Bapak Mustamam, Bapak Rizki, atas bantuan dan dukungannya dalam memberikan saran dan bahan yang diperlukan selama ini. Penulis juga berterima kasih atas perhatian dan dorongan yang begitu kuat dari istri tercinta dr.juniar Mutiara dan keluarga orang tua saya St.H.P.Siburian. Penulis telah berusaha semaksimal mungkin untuk menyusun usulan penelitian tesis ini dengan sempurna namun dengan keterbatasan penulis, usulan penelitian tesis ini masih banyak kekurangannya. Oleh karena itu dengan kerendahan
hati penulis menerima keritikan dan saran yang sifatnya membangun demi kesempurnaan usulan penelitian tesis ini. Akhrinya penulis mengharapkan semoga usulan tesis ini dapat bermanfaat bagi para pembaca dan dapat menambah wawasan tentang harmonisa dan teknik mereduksi harmonisa pada peralatan juicer. Medan, 07 Juli 2014 Penulis Jhonson Monang Siburian
Saya yang bertanda tangan dibawah ini: DAFTAR RIWAYAT HIDUP Nama Jenis kelamin Agama Bangsa Alamat : Jhonson Monang Siburian : Laki-Laki : Kristen Protestan : Indonesia : Jl. Sei Simare no. 74-B Medan Menerangkan dengan sesungguhnya, bahwa : PENDIDIKAN: 1. Tamatan SD HKBP SIDORAME, Medan Tahun 1995 2. Tamatan SLTP Negeri 14, Medan Tahun 1998 3. Tamatan SMK Swasata Abdi Karya, Medan Tahun 2001 4. Tamatan S1 Fak. Teknik Universitas Darma Agung, Medan Tahun 2009 PEKERJAAN: 1. Pegawai PLN (Persero) Tahun 2003 s.d sekarang Demikian riwayat hidup ini saya buat dengan sebenarnya untuk dapat dipergunakan sebagaimana mestinya. Medan, 07 Juli 2014 Jhonson Monang Siburian
DAFTAR ISI ABSTRAK... i ABSTRACT... ii KATA PEGANTAR... iii DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... x BAB 1 PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Perumusan Masalah... 6 1.3. Tujuan Penelitian... 7 1.4. Batasan Masalah... 7 1.5. Manfaat... 8 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA... 9 2.1. Juicer... 9 2.1.1. MotorUniversal... 10 2.2. Harmonisa... 11 2.3. Perhitungan Harmonisa... 13 2.4. Pengaruh Harmonisa... 14 2.5. Filter Pasif... 16 2.6. Batasan Harmonisa... 18 2.7. Filter single tuned... 22
2.8. Prinsip Pereduksian Harmonisa Dari Filter Single-Tuned... 24 2.9. Merancang Filter Single-Tuned... 26 2.10. Filter Orde Tiga... 29 BAB 3 METODE PENELITIAN... 33 3.1. Teknik Pengukuran Yang Dilakukan... 33 3.2. Data Pengukuran... 35 3.3. Perhitungan nilai R, L, dan C... 37 3.3.1. Perhitungan Pemakaian Arus Beban... 38 3.3.2. Menghitung Besaran Parameter Filter Single Tuned... 38 3.3.3. Menghitung Besaran Parameter Filter Orde Tiga... 39 3.4. Simulasi MATLAB/Simulink... 42 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN... 46 4.1. Pendahuluan... 46 4.2. Hasil simulink harmonisa juicer setelah pemasangan Filter Single tuned... 46 4.3. Hasil simulink harmonisa juicer setelah pemasangan Filter Orde Tiga... 49 4.4. Perbandingan hasil simulink filter single tuned dan filter orde tiga untuk mereduksi harmonisa arus pada juicer... 53 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN... 55 5.1. Kesimpulan... 55 5.2. Saran... 56 DAFTAR PUSTAKA... 57 LAMPIRAN... 60
DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman 2.1. Juicer... 10 2.2. Rangkaian Juicer... 11 2.3. Bentuk gelombang harmonisa pertama sampai ketiga... 12 2.4. Gelombang dasar, harmonisa, dan gelombang terdistorsi... 12 2.5. Jenis-jenis filter pasif... 17 2.6. Filter single tuned... 22 2.7. (a), (b). Frekuensi Respon dan Sudut Fasa filter single tuned... 23 2.8. Prinsip Pereduksian Harmonisa... 25 2.9. Kompensasi gelombang filter... 26 2.10. Segitiga daya untuk menentukan kebutuhan daya reaktif Q... 28 2.11. Filter Orde tiga... 30 3.1. Alat ukur Fluke 435... 33 3.2. Rangkaian Pengukuran harmonisa pada rangkaian juicer... 34 3.3. Bentuk gelombang harmonisa arus dan tegangan hasil pengukuran.... 36 3.4. Hasil pengukuran spektrum arus... 36 3.5. Hasil pengukuran spektrum tegangan... 36 3.6. Simulasi juicer sebelum pemasangan filter... 43 3.7. Gelombang tegangan simulink juicer kelima... 44 3.8. Gelombang arus simulink juicer kelima... 44
3.9. Simulasi Juicer dengan Filter Single tuned... 45 3.10. Simulasi Juicer dengan Filter Orde Tiga... 45 4.1. Bentuk gelombang tegangan setelah dipasang single tuned filter... 46 4.2. Bentuk gelombang arus setelah dipasang single tuned filter... 47 4.3. Spektrum harmonisa tegangan dengan single tuned... 47 4.4. Spektrum harmonisa arus dengan filter single tuned... 47 4.5. Rangkaian juicer dengan pemasangan filter single tuned... 49 4.6. Bentuk gelombang tegangan dengan filter orde tiga... 50 4.7. Bentuk gelombang arus dengan filter orde tiga... 50 4.8. Spektrum harmonisa tegangan dengan filter orde tiga... 50 4.9. Spektrum harmonisa arus dengan filter orde tiga... 51 4.10. Rangkaian juicer dengan pemasangan filter orde tiga... 52 4.11. Diagram perbandingan filter single tuned dan filter orde tiga... 54
DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman 1.1. Hasil pengukuran IHD i yang dibangkitkan oleh juicer... 3 1.2. Model harmonisa yang pernah dilakukan... 4 2.1 Polaritas dari komponen harmonisa... 15 2.2 Pengaruh polaritas harmonisa... 15 2.3. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas A... 19 2.4. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas B... 20 2.5. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas C... 21 2.6. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas D... 21 3.1. Impedansi kabel saluran... 34 3.2. Data hasil pengukuran beberapa juicer... 35 3.3. Klasifikasi arus harmonisa pengukuran berdasarkan standar IEC 61000-3-2 Kelas D untuk juicer kelima : 168,2 watt... 37 4.1. Perbandingan arus harmonisa filter single tuned dengan standar IEC 61000-3-2... 48 4.2. Perbandingan arus harmonisa filter orde tiga dengan standar... 51 4.3. Perbandingan arus harmonisa juicer dengan filter single tuned dan filter... 53