Mengurangi Harmonisa Pada Penyearah Satu Fasa Dengan Filter Induktor

 3  55  81  2017-01-18 05:19:22 Report infringing document

MENGURANGI HARMONISA PADA PENYEARAH SATU FASA DENGAN FILTER INDUKTOR TESIS Oleh: SATRIA GINTING 087034018/MTE

  Namun, pemakaian peralatan penyearah ini, menghasilkan distorsi pada bentuk gelombang arus, yang dikenal dengan harmonisa yang dapat mengganggukerja peralatan listrik lainnya, yang terpasang pada sumber tegangan yang sama. Pada penyearah dengan beban resistif sebesar 125 Ω, dengan kapasitor perata sebesar 204 uF, menghasilkan arus harmonisa ke tiga sebesar 3,62 Amper.

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011

  Namun, pemakaian peralatan penyearah ini, menghasilkan distorsi pada bentuk gelombang arus, yang dikenal dengan harmonisa yang dapat mengganggukerja peralatan listrik lainnya, yang terpasang pada sumber tegangan yang sama. Pada penyearah dengan beban resistif sebesar 125 Ω, dengan kapasitor perata sebesar 204 uF, menghasilkan arus harmonisa ke tiga sebesar 3,62 Amper.

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. Ashuri, MT selaku anggota komisi pembimbing yang dengan penuh sabar, arif dan bijaksanamemberikan bimbingan, petunjuk dan arahan serta dorongan kepada penulis.

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

  R D RBentuk gelombang arus pada sisi input penyearah tanpa filter inBRangkaian simulasi penyearah dengan filter induktorL B 26 29 29 30 32 32 32 34 2 sebagai fungsi 36 37 41 43 44 46 48 49 49 51 ρ θ 2.10. Namun, pemakaian peralatan penyearah ini, menghasilkan distorsi pada bentuk gelombang arus, yang dikenal dengan harmonisa yang dapat mengganggukerja peralatan listrik lainnya, yang terpasang pada sumber tegangan yang sama.

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

  Oleh karena itu, perlu dicegah agar harmonisa yang ditimbulkan oleh penyearah sekecil mungkin di bawah Beberapa kajian yang telah dilakukan untuk mengurangi harmonisa arus pada penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda ini diantaranya adalah :A. Rangkaian simulasi penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda Dengan mengatur besar harga induktor baik disisi input dan output dari penyearah yang dilakukan dengan program simulasi terlihat bahwa perubahan hargainduktor mempengaruhi besar harmonisa yang dibangkitkan oleh penyearah.

1.5. Manfaat Penelitian

  Seperti kita ketahui bahwa dewasa ini beban dengan peralatan elektronik adalah penyumbang terbesar harmonisa pada sistem tenaga listrik terutama bebansatu fasa. Biaya yang dibutuhkan cukup kecil bila dibandingkan dengan pengurangan harmonisa untuk keseluruhan sistem.

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Harmonisa

  Pada umumnya suatu sistem tenaga listrik akan bekerja pada frekuensi normal 50Hz atau 60Hz dengan bentuk gelombang arus dan tegangan yang sinusoidal yang dikenal juga dengan frekuensi dasar. Namun tidak semua beban yang terpasang merupakan beban linier bahkan dewasa ini sebagian besar beban yang terpasangmerupakan beban non linier dimana beban ini tidak lagi menggambarkan bentuk gelombang arus dan tegangan yang proporsional.

2.2. Sumber-Sumber Harmonisa

  Umumnya sumber yang menyebabkan terdistorsinya bentuk gelombang arus dan tegangan sehingga timbulnya harmonisa dapat dibagi tiga kelompok, yakni: [6]a. Karena umumnya peralatan listrik bekerja pada frekuensi dasar maka dengan adanya harmonisa akan mengakibatkan kerja peralatan lain yang tersambung pada sumber tegangan yang sama akan menjadi terganggu karena bentuk gelombangyang diterima peralatan tersebut tidak lagi bentuk gelombang dasarnya.

2.3. Batasan Harmonisa

  Hal ini berkaitan dengan analisa secara teknis dan ekonomis dimana dalam mereduksi Dalam hal ini standar yang digunakan sebagai batasan harmonisa adalah yang dikeluarkan oleh International Electrotechnical Commission (IEC) yang mengaturbatasan harmonisa pada beban beban kecil satu fasa ataupun tiga fasa yang nilai arusnya lebih kecil dari 16 amper perfasa. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas D [9] Arus harmonisa Arus harmonisaHarmonisa ke (n) maksimum yang maksimum yang diizinkan (mA/W) diizinkan (A) 75 < P < 600W P > 600W 3 3,4 2,305 1,9 1,14 7 1,0 0,779 0,5 0,40 11 0,35 0,33 13 0,296 0,21 15≤n≤39 3,85/n 2,25/n Seperti diketahui bahwa semua peralatan elektronik bekerja dengan sumber tegangan arus searah sehingga dalam operasinya dibutuhkan peralatan penyearah dandihubungkan langsung ke sumber tegangan (stop kontak).

2.4. Penyearah Dioda

  Simbol dioda pada rangkaian Dioda daya merupakan salah satu komponen semi konduktor yang yang banyak digunakan dalam rangkaian elektronika daya seperti halnya rangkaianpenyearah. Unjuk kerja suatu penyearah penting diketahui untuk mengantisipasi dampak negatif yang ditimbulkannya baik yang terkait dengan penyearahan itusendiri maupun terhadap kualitas daya pada sisi sumber.

2.4.1. Karakteristik dioda

  Seperti dc/dc converter membutuhkan rectifier untuk mendapatkan sumber dc sementara Uninterruptable Power Supply (UPS) merupakan kombinasi dari rectifier Idealnya sumber daya listrik arus bolak balik akan menyalurkan daya listrik ke konsumen pada suatu frekuensi tertentu dengan harga dan amplitudo yang tetapsehingga bentuk gelombang tegangan dan arusnya merupakan bentuk sinusoidal murni. Beban linier sifatnya tidak merubah bentuk gelombang arus maupun tegangan sedang beban non linier akan menghasilkanbentuk gelombang arus dan tegangan yang tidak sinusoidal murni lagi yang sering juga dikenal dengan bentuk gelombang yang terdistorsi yang mengandung harmonisa.

2.4.2. Penyearah gelombang penuh

  Bentuk gelombang input penyearah [14] Dengan demikian bentuk gelombang output dari penyearah dapat dilihat pada Gambar 2.9. Dengan demikian besarnya tegangan searah yang dihasilkan oleh penyearah tersebut dapat dihitung menurutPersamaan (2.2) dan (2.3) seperti yang diperlihatkan dibawah ini: Harga rata-rata tegangan output searah: T / 2 1 V V sin t .

2.4.3. Penyearah dengan kapasitor perata

  Untuk mendapatkan bentuk gelombang output yang lebih rata dari penyearah sehingga mendekati bentuk gelombang searah murni biasanya penyearah dilengkapidengan kapasitor perata C, seperti yang diperlihatkan Gambar 2.10. Bentuk gelombang arus dan tegangan [10] Seperti yang diperlihatkan oleh Gambar 2.12.

2.5. Filter Harmonisa

  Dari uraian sebelumnya telah dipaparkan beberapa konfigurasi dari filter harmonisa yang digunakan pada penyearah satu fasa gelombang penuh. Filter harmonisa dengan L seri pada sisi input Dari beberapa konfigurasi filter harmonisa seperti Gambar 2.13 sampai Gambar 2.16 yang dapat digunakan pada penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda maka rangkaian filter harmonisa pada penelitian akan menggunakan filter induktor L yang dipasang seri pada sisi input penyearah.

2.6. Perhitungan Kapasitor

  er ( pp )  L  1  L  2  m  m t / RC 2 V 1 e......................................................................(2.11)  m   x  Dengan mensubstitusikan: e 1 x , maka Persamaan (2.11) diatas dapat  disederhanakan menjadi Persamaan (2.12): t V t V  2  m 2 m V V 1 1 .............................................(2.12) r ( pp )  m       R . masih merupakan bentuk gelombang arus bolak balik tapi bukan lagi bentuk gelombang sinusoidal murni seperti bentuk gelombang tegangannya yang dikenal juga dengan bentuk gelombang non linier.

2.7. Perhitungan Induktor

  Disamping untuk memperbaiki kerja penyearah pemasangan induktor pada sisi input ini akan mengurangi harmonisa arus input dengan daerah operasi yang cukup luas. Pemasangan induktor pada sisi input penyearah Penjelasan yang cukup sederhana untuk hal ini adalah bahwa pemasangan induktor pada sisi input akan menaikkan kontinuitas arus input dan mengurangi arusharmonisa (Gambar 2.18) [16].

2.7.1. Mode konduksi yang tidak kontiniu (dcm)

  Bentuk gelombang arus dan tegangan pada kondisi dcm Anggap bahwa rangkaian beroperasi pada steadystate dengan tegangan output adalah awal proses pengisian kapasitor dimana tegangandc yang konstan. Dan bila 1 , crit  2 , crit   1 , crit   disubstitusikan ke Persamaan (2.21) diatas akan diperoleh Persamaan (2.22): 2 tan ........................................................................................(2.22) 1  1 , crit  Arus input yang sebenarnya merupakan arus bolak balik yang periodik dari arus induktor setelah setengah siklus .

2 R

  Videal ideal Atau : 2  L . P  l  lDimana: = Impedansi normalisasi dari induktor L  L P = Daya output (daya pada beban R) [Watt] 2 = Tegangan pada beban R [Volt] Videall 2 .

1 Dan hubungan antara , , diperlihatkan oleh Persamaan (2.26)

     L 1 2 2 12  sin sin sin cos sin …......(2.26) L   1  1   2   2   1  1   2   1 1     2  2 Bila disubstitusikan : tan dan ke Persamaan 1  1 , crit        2 , crit 1 , crit (2.26) diatas akan menghasilkan harga L  kritis dimana batas antara dcm dan ccm. 16, 362 ..........................................................................(2.27)  L , crit  3 4   Jadi harga mempunyai batas harga seperti yang ditunjukkan Persamaan (2.28).

2.7.2. Mode konduksi yang kontiniu (ccm)

  Arus input hanya nol sesaat ketika melewati garis nol (zero crossing),sehingga bentuk gelombangnya seperti yang diperlihatkan Gambar 2.20. Bentuk gelombang tegangan dan arus untuk mode ccm Arus induktor setelah interval ditentukan dengan 1     1   mengintegralkan Persamaan (2.19) dan hubungannya dengan , diperlihatkan oleh Persamaan (2.29).

1 Sedang Persamaan (2.30) memperlihatkan bentuk arus idealnya

2 2  i L   ideal  I cos cos cos ...................................(2.30) 1     1   1    L    Persamaan (2.31) arus induktor setelah setengah siklus dengan arus output adalah:  1 

1 P

i d .................................................................................(2.31)L      V  dc 

1 Dan hubungan antara

  4, 4053 .............................................................................(2.33)    L , max 2 Dari Persamaan (2.27) dan (2.33), maka kisaran batas untuk harga  untuk L operasi ccm adalah seperti yang diperlihatkan oleh Persamaan (2.34). ............................................................(2.35)   1  L  2 4   ...............................................................................................(2.36) 2   1   Gambar 2.21, memperlihatkan sudut 1 2 L  dan  yang diplot sebagai fungsi  .

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Umum

  Pada penelitian ini akan dilakukan simulasi dengan program MATLAB/SIMULINK untuk melihat pengaruh pemasangan filter induktor pada sisi input dari suatu penyearah untuk mengurangi harmonisa. Selanjutnya pada rangkaian yang sama dipasang filter induktor yang nilainya dapat dihitung menurut Persamaan(2.23) dan Persamaan (2.34) sehingga rangkaiannya menjadi Gambar 3.1b.

3.2. Menentukan Nilai Kapasitor C

   Dari data diatas dapat dihitung sebagai berikut:P 500 Arus output : I 2 A   o V 250 V 250Tahanan beban R: R 125     2 I   Besarnya tegangan ripple kapasitor dapat ditentukan dari Gambar 2.12:Tegangan ripple: V V ripp m dc   = 2 (311 – 250)= 122 VDari Persamaan 2.12: V 311 mC , 000204 F 204 =    FV x 2 x 50 x 125 122 x 2 x 50 x 125 rpp a. Bentuk gelombang arus pada sisi input penyearah tanpa filter induktor Sementara bentuk spektrum arus diatas diperlihatkan oleh Gambar 3.5, dimana dapat dilihat bahwa besar THDi yang dihasilkan oleh penyearah adalahsebesar 117,18%.

3.4. Menentukan Nilai Filter Induktor L

  Besar filter induktor L yang akan dipasang seri pada sisi input penyearah untuk mengurangi harmonisa yang dibangkitkannya dapat dihitung denganmenggunakan Persamaan 2.24. Bentuk gelombang arus pada sisi input penyearah Tampilan spektrum gelombang arus diatas diperlihatkan oleh Gambar 3.8, dimana dapat dilihat bahwa besar THDi yang dihasilkan oleh rangkaian sebesar 24,53%.

BAB 4 HASIL SIMULASI DAN ANALISIS

4.1. Hasil simulasi

  Pemakaian filter C pada penyearah bertujuan untuk mendapatkan bentuk gelombang tegangan output yang lebih rata dengan harga tegangan yang lebih besar. Sementara, hasil simulasi yang menggunakan filter induktor L menghasilkan harmonisa dengan THDi sebesar 24,53% seperti yang diperlihatkan Gambar 3.8dengan nilai arus harmonisa seperti yang diperlihatkan oleh Tabel 3.2.

SEBELUM DIPASANG

100.00 FILTER (C = 204 uF) 90.00 SESUDAH DIPASANG 80.00 FILTER [C= 204uF DAN L=159mH 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 3 5 7 9 11 13 15 17 19 Gambar 4.1. Besar THDi sebelum dan sesudah dipasang filter

4.2. Analisis hasil

  Besar arus untuk masing-masing harmonisa baik sebelum pemasangan filter maupun sesudah pemasangan filter dan dibandingkan dengan standar IEC1000-3-2,dapat dilihat pada Tabel 4.1. Arus Besar Arus input Arus input Frekuensi HarmonisaNo sebelum menurut setelah (Hz) ke dipasang Standar dipasangfilter (A) IEC (A) filter 1 150 3 3,62 2,30 0,592 250 5 2,55 1,14 0,21 3 350 7 1,49 0,77 0,104 450 9 0,93 0,40 0,06 5 550 11 0,89 0,33 0,04 Perbandingan antara ketiganya (besar arus sebelum difilter besar arus menurut standar IEC 1000-3-2 dan besar arus sesudah di filter) dapat juga diperlihatkan dalambentuk spektrum seperti Gambar 4.2.

4.00 SEBELUM DIPASANG FILTER

STANDAR IEC 1000-3-2

3.00 A)( SESUDAH DIPASANG FILTER a is n o 2.00rm Ha s u 1.00 Ar 3 5 7 9 11 13 15 17 19 Harmonisa ke Gambar 4.2. Perbandingan arus dalam bentuk spektrum

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

  Dari analisa diatas sudah dapat dilihat bahwa harmonisa yang dihasilkan oleh penyearah satu fasa gelombang penuh yang menggunakan kapasitor perata dapatdikurangi dengan menambah filter induktor pada sisi input penyearah. Salah satu metode yang dapat digunakan untuk mengurangi nilai arus harmonisa dari penyearah satu fasa yang menggunakan kapasitor perata adalahdengan menambahkan filter induktor L yang dipasang seri pada sisi input penyearah dan ini menghasilkan THDi = 24,53% dengan nilai arus harmonisaketiganya sebesar 0,59 Amper.

5.2. Saran

  Dari uraian yang telah dijelaskan diatas dapat dilihat bahwa penyearah satu fasa gelombang penuh hubungan jembatan menghasilkan THD yang cukup besarsehingga perlu direduksi. Untuk masa yang akan datang kiranya setiap penyearah sudah dilengkapi dengan filter dan mencantumkan nilai THD yang dihasilkannya.

DAFTAR PUSTAKA

  “Single Phase Active Power Filter Using FFT With Harmonic Phase Delay Compensation , Department of Electrical Engineering Myongji University, Yongin, Korea.(Senior Member IEEE). “On Harmonic Distortion in Power Systems,” Department Electric Power Engineering, Chalmers University Of Technology, Goteborg, Sweden, 2001.[7] Ward Jewell dan Daniel J.

Dokumen baru
Aktifitas terbaru
Penulis
123dok avatar

Berpartisipasi : 2016-09-17

Dokumen yang terkait

Mengurangi Harmonisa Pada Penyearah Satu Fasa..

Gratis

Feedback