ANALISA HARMONISA DAN PENGARUHNYA TERHADAP TORSI ELEKTROMAGNETIK PADA MOTOR INDUKSI JENIS ROTOR BELIT PADA SISTEM PEMAKAIAN SENDIRI PT PJB GRESIK

TUGAS AKHIR RE1599 ANALISA HARMONISA DAN PENGARUHNYA TERHADAP TORSI ELEKTROMAGNETIK PADA MOTOR INDUKSI JENIS ROTOR BELIT PADA SISTEM PEMAKAIAN SENDIRI PT PJB GRESIK IRMA PRIMASARI NRP 2202 100 057 Dosen Pembimbing Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc. Ph.D. JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2007

TUGAS AKHIR RE 1599 ANALISA HARMONISA DAN PENGARUHNYA TERHADAP TORSI ELEKTROMAGNETIK PADA MOTOR INDUKSI JENIS ROTOR BELIT PADA SISTEM PEMAKAIAN SENDIRI PT PJB GRESIK IRMA PRIMASARI NRP 2202100057 Dosen Pembimbing Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc. Ph.D. JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2006

ANALISA HARMONISA DAN PENGARUHNYA TERHADAP TORSI ELEKTROMAGNETIK PADA MOTOR INDUKSI JENIS ROTOR BELIT PADA SISTEM PEMAKAIAN SENDIRI PT PJB GRESIK TUGAS AKHIR Diajukan Guna Memenuhi Sebagian Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Dosen Pembimbing Menyetujui : Prof. Ir. Ontoseno Penansang M.Sc. Ph.D NIP. 131 520 748 SURABAYA JANUARI, 2007

ABSTRAK Tugas akhir kali ini membahas tentang bagaimana pengaruh distorsi harmonisa terhadap torsi Elektromagnetic. Permodelan simulasi ini menggunakan motor induksi Oil Transfer Pump yang dipakai pada sistem pemakaian sendiri PT. PJB Gresik dan permodelan dengan beban nonlienar memakai Slip energy recovery drives menggunakan permodelan phase controlled yang dihubungkan dengan belitan rotor melalui slip rings. Hal ini dimaksudkan untuk menganalisa karakteristik harmonisa yang terkandung pada rectifier dan inverter, dan pengaruhnya pada Torsi Elektromagnetik. Yang mana permodelan Slip energy Recovery Drive memang mempengaruhi Torsi Elektromagnetik, tetapi tidak merusak motor karena distorsi torsi hanya menunjukkan 5, 13 %. Dan harmonisa yang dihasilkan oleh permodelan ini, hanya berpengaruh 2,17 % pada sistem jaringan, yang artinya tidak berpengaruh sama sekali Kata kunci : Harmonisa, slip energy recovery system and drives, harmonisa ABSTRACT This final project present the study of the electromagnetic orqu harmonic distortion. A brief explanation of the circuit configuration based on Oil Transfer pump Motor Induction of PT PJB Gresik System and motor induction with Slip Energy Recovery Drive ( SERD ), whose converter is constitud by phase controlled mode that connected to the rotor. The influence of rectifier and inverter on the electromagnetic is analyzed, and its oscillation are explained by considering the interaction between stator,rotor fundamental and harmonic currents. Which is the Electromagnetic Torque modulation not much influence the motor induction, cause the distortion only 5,13 %. And in the supplay system, the harmonics only injects 2,17 %, that means the harmonics do not influence in the system. Keywords: Harmonic Analysis, slip energy recovery drive, converter,.

KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-nya yang begitu besar, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dan laporan yang berjudul : ANALISA HARMONISA DAN PENGARUHNYA TERHADAP TORSI ELEKTROMAGNETIK PADA MOTOR INDUKSI JENIS ROTOR BELIT PADA SISTEM PEMAKAIAN SENDIRI PT PJB GRESIK Penulis menyadari bahwa hasil akhir dari tugas akhir ini belum sempurna dengan berbagai kekurangan. Karena itu penulis berharap koreksi dan masukan dari pembaca. Semoga laporan ini berguna bagi perusahaan listrik dan pembaca untuk dapat mengembangkan ilmu pengetahuan dan teknologi, khususnya dalam bidang sistem tenaga. Sebagai penutup, penulis berharap semoga laporan tugas akhir ini dapat memberikan manfaat. Surabaya, Januari 2007 Penulis

DAFTAR ISI Halaman Judul...i Halaman Pengesahan...ii Abstrak...iii Kata Pengantar...iv Daftar Isi...v Daftar Gambar...vii Daftar Tabel...ix BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang...1 B. Permasalahan...2 C. Batasan Masalah...2 D. Tujuan...3 E. Penelaahan Studi...3 F. Metodologi...4 G. Relevansi...5 BAB II DASAR TEORI 2.1 Pengertian Harmonisa...7 2.2 Sumber-sumber Harmonisa 2.2.1 Penyearah...10 2.2.2 Transformator...13 2.2.3 Mesin mesin yang Berputar...14 2.2.4 Lampu Hemat Energi...15 2.2.5 Tungku Busur Api (Arc Furnace)...16 2.3 Pengaruh Harmonisa...17 2.3.1 Pengaruh Tidak Langsung...17 2.3.1.1 Pengaruh pada Motor-motor Listrik...17 2.3.1.2 Pengaruh pada Transformator...18 2.3.1.3 Pengaruh pada Kabel...20 2.1.3.4 Pengaruh pada Kapasitor...21 2.3.2 Pengaruh Langsung...24 2.3.2.1 Sistem Pengukuran...24 2.3.2.2 Penyearah Terkendali...25 2.3.2.3 Sistem Proteksi...26 2.4 Perhitungan Tegangan dan Harmonisa...26 2.4.1 Arus Injeksi pada Point Of Common Coupling...26 2.4.2 Tegangan Harmonisa...27 2.5 Besaran-besaran pada Harmonisa...28 v

2.5.1 Total Harmonic Distortion...28 2.5.2 Total Demand Distortion...29 2.5.3 Distorsi pada Telekomunikasi...30 2.5.4 K-faktor Transformator...31 2.5.5 Distorsi Power Faktor...32 2.6 Power Factor...32 2.6.1 Daya Kompleks...34 2.7 Mesin Elektris...36 2.7.1 Motor Sinkron...38 2.7.2 Motor Induksi...39 BAB III PENGARUH HARMONISA TERHADAP TORSI ELEKTROMAGNETIK 3.1 Pengaruh Harmonisa terhadap Motor Induksi...43 3.2 Standard-standard Harmonisa pada Sistem Tenaga...45 3.3 Motor Induksi dalam Pemakaian SERD...46 3.4. Karakteristik Motor Induksi Jenis Rotor Belit...47 3.5 Permodelan Motor Induksi dengan SERD...48 3.6 Prinsip Kerja SERD...51 3.7 Komponen Slip Energy Recovery Drive...51 3.7.1 Inverter sebagai Sumber Tegangan Injeksi...51 3.7.2 Rectifier sebagai Penyearah Arus...55 3.7.3 Trafo sebagai Penyeimbang Tegangan...56 3.8 Pengaruh Harmonisa terhadap Torsi Elektromagnetik...58 3.7.1 Timbulnya Harmonisa pada Arus Rotor...58 3.7.2 Timbulnya Harmonisa pada Arus Stator...60 3.7.3 Timbulnya Harmonisa pada Torsi Elektromagnetik...61 3.9 Daya, Power Factor (pf), & Efisiensi...64 BAB IV SIMULASI DAN ANALISA 4.1 Parameter yang Dipakai untuk Simulasi...70 4.2 Analisa pada Arus Rotor...70 4.3 Analisa pada Arus Stator...76 4.4. Analisa pada Torsi Elektromagnetik...82 4.3 Power Faktor...88 4.4. Efisiensi...89 BAB V KESIMPULAN...91 DAFTAR PUSTAKA RIWAYAT HIDUP vi

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Topologi Penyearah Tak-Terkendali dan Bentuk Gelombang Arus yang Diintrodusir....11 Gambar 2.2 Topologi Penyearah Terkendali Tiga Fasa... 13 Gambar 2.3 Bentuk Gelombang Transformator... 14 Gambar 2.4 Arus dan Tegangan Lampu PL Newton 20W... 16 Gambar 2.5 Spektrum frekuensi Arus Tungku Busur Api... 17 Gambar 2.6 Resonasi Paralel... 22 Gambar 2.7 Resonansi Seri... 24 Gambar 2.8 Konversi Energi Elektris ke Mekanik dan sebaliknya... 36 Gambar 2.9 Proses Terjadinya Perputaran Rotor... 38 Gambar 2.10 Rangkaian Listrik Motor Sinkron... 39 Gambar 2.11 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi... 41 Gambar 3.1 Keseimbangan Sequence Arus Rotor dan Arus Stator... 44 Gambar 3.2 Pemasangan Converter pada Motor Induksi... 47 Gambar 3.3 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi... 48 Gambar 3.4 Rangkaian Wound Rotor Standard 1 Phasa... 49 Gambar 3.5 Rangkaian Wound Rotor dengan SERD... 49 Gambar 3.6 Rangkaian Ekivalen dari 3 phasa Injected Secondary e.m.f.. 49 Gambar 3.7 Block Diagram Komponen Utama SERD... 50 Gambar 3.8 Komponen Utama Slip Energy Recovery Drive... 51 Gambar 3.9 Inverter Tiga Phasa... 52 Gambar 3.10 Rangkaian Inverter pada Matlab... 53 Gambar 3.11 Hasil Simulasi pada Scope Inverter... 54 Gambar 3.12 Rectifier Tiga phasa... 55 Gambar 3.13 Idc pada Sudut Penyalaan 0 Derajat... 55 Gambar 3.14 Rangkaian Rectifier pada Matlab... 56 Gambar 3.15 Lambang Trafo Tiga Phasa dengan Two Winding Matlab... 57 Gambar 3.16 Bentuk Gelombang Arus Rotor... 59 Gambar 3.17 Bentuk Gelombang Tegangan Rotor... 60 Gambar 3.18 Tegangan Line Rotor... 60 Gambar 3.19 Komponen DC Seri... 60 Gambar 4.1 Single Line Oil Transfer Pump pada PT PJB Gresik... 67 Gambar 4.2 Simulasi Matlab Oil Transfer Pump... 68 Gambar 4.3 System Sederhana Slip Energy Recovery Drive... 68 Gambar 4.4 Simulasi Matlab Slip Energy Recovery Drive... 69 Gambar 4.5 Hasil Simulasi Arus Rotor Konvensional dalam 1 s... 70 Gambar 4.6 Spektrum Hasil Simulasi pada Arus Rotor Konvensional... 71 Gambar 4.7 Hasil Simulasi Tegangan Rotor Konvensional dalam 1 s... 72 v

Gambar 4.8 Spektrum Hasil Simulasi Tegangan Rotor Konvensional... 72 Gambar 4.9 Hasil Simulasi Arus Rotor SERD dalam 1 s... 73 Gambar 4.10 Spektrum Hasil Simulasi Arus Rotor SERD dalam 1 s... 75 Gambar 4.11 Spektrum Hasil Simulasi Tegangan Rotor SERD... 76 Gambar 4.12 Hasil Simulasi Arus Stator Konvensional dalam 1 s... 76 Gambar 4.13 Spektrum Hasil Simulasi Arus Stator Konvensional... 77 Gambar 4.14 Hasil Simulasi Tegangan Stator Konvensional dalam 1 s... 78 Gambar 4.15 Spektrum Hasil Simulasi Tegangan Stator Konvensional... 78 Gambar 4.16 Hasil Simulasi Arus Stator SERD dalam 1 s... 79 Gambar 4.17 Spektrum Hasil Simulasi Arus Stator SERD dalam 1 s... 81 Gambar 4.18 Spektrum Hasil Simulasi Tegangan Stator SERD... 82 Gambar 4.19 Hasil Simulasi Torsi Elektromagnetik dalam 1 s... 82 Gambar 4.20 Spektrum Torsi Elektromagnetik Konvensional... 83 Gambar 4.21 Hasil Simulasi Torsi Elektromagnetik SERD... 83 Gambar 4.22 Spektrum Hasil Simulasi Torsi Elektromagnetik SERD... 86 vi