Mengurangi Harmonisa Pada Penyearah Satu Fasa Dengan Filter Induktor

MENGURANGI HARMONISA PADA PENYEARAH
SATU FASA DENGAN FILTER INDUKTOR

TESIS

Oleh:

SATRIA GINTING
087034018/MTE

FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2011

Universitas Sumatera Utara

MENGURANGI HARMONISA PADA PENYEARAH
SATU FASA DENGAN FILTER INDUKTOR

TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik
Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro
Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Oleh:
SATRIA GINTING
087034018/MTE

FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2011

Universitas Sumatera Utara

Judul Penelitian
Nama Mahasiswa
Nomor Induk
Program Studi

: MENGURANGI HARMONISA PADA PENYEARAH
SATU FASA DENGAN FILTER INDUKTOR
: Satria Ginting
: 087034018
: Magister Teknik Elektro

Menyetujui
Komisi Pembimbing :

( Prof. Dr. Ir. Usman Baafai )
Ketua

Ketua Program Studi,

(Prof.Dr.Ir.Usman Baafai)

( Ir. Ashuri, MT )
Anggota

Dekan,

(Prof.Dr.Ir.Bustami Syam,MSME)

Universitas Sumatera Utara

Telah Diuji Pada
Tanggal : 16 Juni 2011

PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua

: Prof. Dr. Ir. Usman Baafai

Anggota

: 1. Ir. Ashuri, MT
2. Ir. Riswan Dinzi, MT
3. Ir. Suprapto, MT
4. Dr. Eng Ariadi Hazmi

Universitas Sumatera Utara

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-1000-3-2, arus harmonisa ketiga yang diizinkan adalah
sebesar 2,3 Amper.

Kata kata kunci : penyearah, filter induktor, beban resistif

Universitas Sumatera Utara

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-1000-3-2
standard, the allowed third harmonics current is 2.3 amperes.

Keywords : rectifier, inductor filter, resistive load

Universitas Sumatera Utara

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

Universitas Sumatera Utara

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

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

Saya yang bertanda tangan dibawah ini,
Nama

: Satria Ginting

Tempat / Tanggal Lahir

: Medan/ 14 Mei 1960.

Jenis Kelamin

: Laki - Laki

Agama

: Islam

Bangsa

: Indonesia

Alamat

: JL. Amaliun Gg. Perdamaian No. 1ª
Medan.

Menerangkan dengan sesungguhnya, bahwa :

PENDIDIKAN
1. Tamatan SDN n0. 31, Medan

Tahun 1972

2. Tamatan SMPN VI, Medan

Tahun 1975

3. Tamatan SMAN IV, Medan

Tahun 1979

4. Tamatan Teknik Elektro USU

Tahun 1985.

Universitas Sumatera Utara

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

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

Halaman
ABSTRAK ............................................................................................

i

ABSTRACT ...........................................................................................

ii

KATA PENGANTAR .........................................................................

iii

DAFTAR RIWAYAT HIDUP ............................................................

v

DAFTAR ISI ........................................................................................

vii

DAFTAR TABEL ................................................................................

ix

DAFTAR GAMBAR ...........................................................................

x

BAB 1 PENDAHULUAN ...................................................................

1

1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.

Latar Belakang ................................................................
Rumusan Masalah ...........................................................
Batasan Masalah ..............................................................
Tujuan Penelitian .............................................................
Manfaat Penelitian ...........................................................

1
9
10
10
10

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ........................................................

12

2.1.
2.2.
2.3.
2.4.

Harmonisa ......................................................................
Sumber-Sumber Harmonisa ...........................................
Batasan Harmonisa .........................................................
Penyearah Dioda .............................................................
2.4.1. Karakteristik dioda ...............................................
2.4.2. Penyearah gelombang penuh ................................
2.4.3. Penyearah dengan kapasitor perata ......................
2.5. Filter Harmonisa .............................................................
2.6. Perhitungan Kapasitor ....................................................
2.7. Perhitungan Induktor ......................................................

12
13
14
19
20
25
29
31
33
36

Universitas Sumatera Utara

2.7.1. Mode konduksi yang tidak kontiniu ....................
2.7.2. Mode konduksi yang kontiniu .............................
2.8. Sudut Konduksi ..............................................................

37
40
42

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ..........................................

44

3.1. Umum .............................................................................
3.2. Menentukan Nilai Kapasitor C .......................................
3.4. Menentukan Nilai Filter Induktor L ...............................

44
47
50

BAB 4 HASIL SIMULASI DAN AALISIS......................................
.
4.1. Hasil simulasi...................................................................
4.2. Analisis hasil....................................................................

54

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN .............................................

58

5.1. Kesimpulan ......................................................................
5.2. Saran ................................................................................

58
59

DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................

61

54
55

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Nomor

Judul

Halaman

1.1.

Besar THD hasil simulasi untuk harga L yang berbeda-beda ....

5

2.1.

Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas A ........................

16

2.2.

Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas B ........................

17

2.3.

Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas C ........................

17

2.4.

Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas D ........................

18

2.5.

Batas arus harmonisa untuk kelas A dan kelas D ........................

19

2.6.

Pembangkitan harmonisa pada beberapa tipe penyearah ............

24

3.1.

Nilai arus harmonisa sebelum dipasang filter .............................

50

3.2.

Nilai arus harmonisa setelah dipasang filter ................................

53

4.1.

Perbandingan harmonisa sebelum dan sesudah dipasang filter ...

56

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Nomor

Judul

Halaman

1.1.

Mengurangi harmonisa dengan control circuit .........................

2

1.2.

Bentuk gelombang arus .............................................................

3

1.3.

Bentuk spektrum arus ................................................................

4

1.4.

Rangkaian simulasi penyearah satu fasa gelombang penuh
dengan dioda .............................................................................

5

1.5.

Penyearah dengan kapasitor perata ...........................................

6

1.6.

Penyearah dengan filter L-C paralel ..........................................

7

1.7.

Penyearah dengan filter L-C seri ...............................................

7

1.8.

Pennyearah dengan filter passive wave shapping methode .......

8

1.9.

Prinsip dari fiter daya aktif ........................................................

9

2.1.

Bentuk gelombang arus dan tegangan .......................................

12

2.2.

Perubahan bentuk gelombang akibat adanya harmonisa ...........

14

2.3.

Konstruksi bahan pada dioda ....................................................

19

2.4.

Simbol dioda pada rangkaian ....................................................

20

2.5.

Proses bias dari diode ................................................................

21

2.6.

Karakteristik V-I dari dioda ......................................................

22

2.7.

Penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda ..............

25

2.8.

Bentuk gelombang input penyearah ……………………..……

25

Universitas Sumatera Utara

2.9.

Bentuk gelombang tegangan output penyearah ........................

26

2.10.

Penyearah dengan kapasitor perata C .......................................

29

2.11.

Bentuk gelombang arus dan tegangan .......................................

29

2.12.

Interval pengisian dan pengosongan kapasitor ..........................

30

2.13.

Filter harmonisa dengan L-C-R paralel pada sisi input .............

32

2.14.

Filter harmonisa dengan pemasangan L pada sisi input dan
output .........................................................................................

32

2.15.

Filter harmonisa dengan L-C-R seri pada sisi input .................

32

2.16.

Filter harmonisa dengan L seri pada sisi input ..........................

33

2.17.

Rangkaian ekivalen saat pengisian dan pengosongan ...............

34

2.18.

Pemasangan Induktor pada sisi input penyearah .......................

36

2.19.

Bentuk gelombang arus dan tegangan pada kondisi dcm .........

37

2.20.

Bentuk gelombang tegangan dan arus untuk mode ccm ..........

41

2.21.

Turn on θ 1 dan
.............................

43

turn

off

θ2

sebagai

fungsi

ρL

3.1.

44
Rangkaian penyearah untuk simulasi ........................................

3.2.

46
Diagram alir pelaksanaan penelitian ........................................

3.3.

48
Rangkaian simulasi penyearah dengan kapasitor perata ...........

3.4.

49
Bentuk gelombang arus pada sisi input penyearah tanpa filter
induktor .....................................................................................

3.5.

49
Bentuk spektrum arus input .......................................................

3.6.

51
Rangkaian simulasi penyearah dengan filter induktor
L=159,6mH ...............................................................................

3.7.

52
Bentuk gelombang arus pada sisi input penyearah ...................

Universitas Sumatera Utara

3.8.

52
Bentuk spektrum arus input .......................................................

4.1.

55
Besar THDi sebelum dan sesudah dipasang filter ....................

4.2.

56
Perbandingan arus dalam bentuk spektrum ...............................

Universitas Sumatera Utara

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-1000-3-2, arus harmonisa ketiga yang diizinkan adalah
sebesar 2,3 Amper.

Kata kata kunci : penyearah, filter induktor, beban resistif

Universitas Sumatera Utara

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-1000-3-2
standard, the allowed third harmonics current is 2.3 amperes.

Keywords : rectifier, inductor filter, resistive load

Universitas Sumatera Utara

BAB 1
PENDAHULUAN

1.1.

Latar Belakang

Dewasa ini peralatan elektronika daya cukup berkembang dengan pesat. Hal
ini terlihat dengan semakin banyaknya penggunaan peralatan elektronik baik pada
rumah tangga, perkantoran maupun industri. Seperti kita ketahui bahwa peralatan
tersebut membutuhkan catu daya sumber tegangan arus searah sementara catu daya
yang tersedia adalah sumber tegangan arus bolak balik. Oleh karena itu, dibutuhkan
alat yang dapat mengkonversi sumber tegangan arus bolak balik menjadi sumber
tegangan arus searah yang dikenal juga dengan Penyearah atau Rectifier. Khusus
untuk peralatan rumah tangga maupun perkantoran umumnya menggunakan
penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda. Catu daya seperti ini umumnya
menggunakan 4 (empat) buah dioda hubungan jembatan.
Untuk mendapatkan bentuk gelombang searah yang lebih rata dengan nilai
tegangan yang lebih besar maka penyearah biasanya dilengkapi dengan tapis perata
yang menggunakan kapasitor. Jenis penyearah seperti ini mempunyai karakteristik
beban non linier yang mengakibatkan bentuk gelombang arus bolak balik menjadi
tidak lagi sinusoidal terutama bentuk gelombang arusnya. Bentuk gelombang yang
non sinusoidal ini merupakan gabungan dari bentuk gelombang fundamental dan
gelombang yang mengandung sejumlah komponen harmonisa. Oleh karena itu, perlu
dicegah agar harmonisa yang ditimbulkan oleh penyearah sekecil mungkin di bawah

Universitas Sumatera Utara

standar yang diizinkan sehingga tidak mengganggu kerja peralatan lain yang
tersambung pada sumber yang sama. Namun di sisi lain juga harus dipertimbangkan
bahwa pengurangan harmonisa tidak menimbulkan biaya yang besar karena hal ini
berkaitan dengan pembiayaan produksi dan harga jual peralatan.
Beberapa kajian yang telah dilakukan untuk mengurangi harmonisa arus pada
penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda ini diantaranya adalah :

A.

A New Single Phase AC To DC Harmonic Reduction Converter Based On
Voltage Doubler Circuit”
Dalam paper Aintablian dan Hill, “A New Single Phase AC To DC Harmonic

Reduction Converter Based On Voltage Doubler Circuit”, IEEE No. 0-7803-13283/94.[1] dianalisa bagaimana proses mengurangi harmonisa arus dengan metode
rangkaian tegangan ganda dimana antara sambungan kapasitor dan sambungan dioda
dihubungkan oleh sebuah transistor yang bekerja sebagai saklar yang dioperasikan
oleh rangkaian pengontrol (control circuit) seperti yang diperlihatkan pada Gambar
1.1.
Vcc
R

LM741C
R

SK312A

LM741C

D1

R

R

D3

C1
R

SK3829
D4

D2

C2

Gambar 1.1. Mengurangi harmonisa dengan control circuit

Universitas Sumatera Utara

Dalam hal ini kerja transistor yang menghubungkan antara dioda jembatan
dengan kapasitor paralel diatur oleh control circuit. Hasil dari pengujian simulasi
yang dilakukan dengan program P’Spice terlihat bahwa bahwa bentuk gelombang
arus input sebelum dan sesudah penggunaan control circuit terlihat seperti Gambar
1.2a dan 1.2b

(a) Bentuk gelombang arus sebelum
Harmonisa direduksi. (0,615A).

(b) Bentuk gelombang arus sesudah
Harmonisa direduksi. (0,21 A).

Gambar 1.2. Bentuk gelombang arus

Sementara bentuk spektrum dan Total Harmonic Distortion arusnya (THDi)
untuk masing masing bentuk gelombang tersebut diperlihatkan oleh Gambar 1.3a dan
1.3b.

Universitas Sumatera Utara

(a) Bentuk spektrum arus sebelum
direduksi (THD = 69,5%)

(b) Bentuk spektrum arus sesudah
direduksi (THD = 39.4%)

Gambar 1.3. Bentuk spektrum arus

Dari analisa diperoleh bahwa kerja penyearah dapat mengurangi THDi yang
semula besarnya 69,5%, menjadi 39,4%. Sedang arusnya dapat direduksi dari 0,615A
menjadi 0,21A. (besar arus yang direduksi sebesar 65,8%).

B.

Simple And Advanced Models or Calculating Single Dioda Rectifier LineSide-Harmonics.
Dalam Jurnal Husein A. Kezeem at all, “Simple And Advanced Models or

Calculating Single Dioda Rectifier Line-Side-Harmonics. “World Academy of Sience
Engineering and Technology”, 2005 [2], besarnya harmonisa arus pada suatu
penyearah satu fasa gelombang penuh dapat juga dikurangi dengan menggunakan
induktor sebagai filternya. Dalam hal ini filter induktor dipasang pada sisi input dan
output dari penyearah seperti pada Gambar 1.4.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 1.4. 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 harga
induktor mempengaruhi besar harmonisa yang dibangkitkan oleh penyearah. Semakin
besar nilai induktor yang dipasang akan menghasilkan THDi yang semakin kecil. Hal
ini ditunjukkan oleh Tabel 1.1.

Tabel 1.1. Besar THD hasil Simulasi dengan harga L yang berbeda-beda

Ldc

2 mH

4 mH

6 mH

8mH

10 mH

2 mH

55,466

49,001

44,072

41,270

46,999

4 mH

49,005

42,956

38,461

36,109

35,630

6 mH

43,866

38,900

35,915

32,562

33,061

8 mH

39,738

35,780

32,553

31,478

30,593

10 mH

36,301

33,016

30,494

28,768

26,927

Ls

Universitas Sumatera Utara

C.

The Study of Single Phase Diode Rectifiers with High Power Factor and Low
Total Harmonic Distortion.
Dalam tesis Pranavi Chowdari Tella, “The Study of Single Phase Diode

Rectifiers with High Power Factor and Low Total Harmonic Distortion”, University
of Missouri, Columbia, 2008, (Master of Sience Thesis).[3], dianalisa beberapa
metode yang dapat mengurangi harmonisa yang dihasilkan oleh penyearah satu fasa
gelombang penuh dengan dioda. Untuk melihat perubahan yang dihasilkan maka
pertama simulasi dilakukan pada penyearah yang menggunakan kapasitor perata
seperti Gambar 1.5. dimana diperoleh THDi = 169%. Sumber tegangan input yang
digunakan mempunyai harga efektif sebesar 115 Volt dengan frekuensi 60 Hz.
Penyearah melayani beban Ro = 48,4Ω dengan data dioda penyearah seperti terlihat
pada Gambar 1.5.

Gambar 1.5. Penyearah dengan kapasitor perata
Untuk mengurangi THDi yang dihasilkan penyearah diatas maka dipasanglah
filter Lr = 100mH dan Cr =78uF hubungan paralel di sisi input penyearah seperti
Gambar 1.6 dan menghasilkan THDi yang cukup besar yakni sebesar 43,6 %.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 1.6. Penyearah dengan filter L-C Paralel

Oleh karena itu dicoba metode lain yakni dengan mengubah posisi filter LC
paralel menjadi filter LC seri seperti Gambar 1.7. Simulasinya menghasilkan THDi
yang semakin kecil yakni sebesar 10%.

Gambar 1.7. Penyearah dengan filter L-C seri

Universitas Sumatera Utara

Untuk mendapatkan nilai THDi yang lebih kecil lagi dapat dilakukan dengan
menambahkan kapasitor C=400uF yang dihubungkan paralel Gambar 1.8. yang
dikenal dengan wave shapping methode. Dan hasilnya THDi yang diperoleh cukup
kecil yakni sebesar 2,62%.

Gambar 1.8. Penyearah dengan filter passive wave shapping methode

D.

Single Phase Active Power Filter Using FFT with Harmonic Phase Delay
Compensation
Dalam Jurnal Bo Han, “Single Phase Active Power Filter Using FFT with

Harmonic Phase Delay Compensation”, Department of Electrical Engineering
Myongji University,Yongin, Korea.[4], untuk mengurangi harmonisa pada penyearah
satu fasa gelombang penuh dengan dioda dapat juga dilakukan dengan menggunakan
filter daya aktif seperti yang diperlihatkan Gambar 1.9.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 1.9. Prinsip dari Fiter daya aktif

Dari uraian diatas dapat dilihat bahwa sudah ada beberapa penelitian yang
dilakukan untuk mengurangi harmonisa dari penyearah satu fasa gelombang penuh
dengan dioda dengan cara yang berbeda-beda.
Dalam tesis ini akan dianalisa penggunaan filter induktor pada sisi input
penyearah dapat mengurangi THDi yang dihasilkan penyearah. Hal ini dilatar
belakangi oleh kajian [2], yang memperhitungkan filter induktor pada sisi input dan
output penyearah. Sementara itu dalam tesis ini akan dianalisa bahwa hanya dengan
menempatkan filter induktor pada sisi input penyearah dapat mengurangi harmonisa
dimana analisanya dilakukan dengan program simulasi yang menggunakan software
MATLAB/Simulink.
1.2.

Rumusan Masalah
Seperti yang telah diuraikan diatas bahwa penyearah satu fasa gelombang

penuh dengan dioda menghasilkan harmonisa yang cukup besar karena bentuk

Universitas Sumatera Utara

gelombang arusnya tidak lagi sinusoidal murni. Oleh karena itu harmonisa yang
dihasilkan perlu direduksi dan salah satu cara diantaranya adalah dengan filter
induktor yang dipasang seri pada sisi input penyearah.
1.3.

Batasan Masalah
Mengingat banyaknya variabel yang dapat digunakan untuk mengurangi

harmonisa ini maka penulis perlu membuat batasan masalah yang akan diteliti, yakni:
a.

Penyearah dihubungkan langsung ke titik sumber tegangan sehingga tidak
menggunakan transformator sebagai penurun tegangan.

b.

Beban penyearah yang digunakan adalah beban resistif (R) murni.

c. Filter yang dipasang adalah induktor murni dan dipasang seri pada sisi input
penyearah.
d.

Gelombang harmonisa yang dianalisa adalah gelombang harmonisa arus dan
hanya pada input penyearah.

1.4.

Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengurangi harmonisa arus pada sisi input

penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda hubungan jembatan yang
menggunakan filter induktor.
1.5. Manfaat Penelitian
Seperti kita ketahui bahwa dewasa ini beban dengan peralatan elektronik
adalah penyumbang terbesar harmonisa pada sistem tenaga listrik terutama beban
satu fasa. Ini disebabkan karena beban satu fasa merupakan beban yang terbanyak
terpasang di jaringan. Untuk jaringan yang banyak melayani beban maka sangat sulit

Universitas Sumatera Utara

untuk mengurangi harmonisa yang ada disamping biayanya cukup besar. Oleh karena
itu tesis ini bermanfaat untuk:
a.

Mengurangi harmonisa yang dihasilkan oleh masing masing penyearah.

b.

Biaya yang dibutuhkan cukup kecil bila dibandingkan dengan pengurangan
harmonisa untuk keseluruhan sistem.

Universitas Sumatera Utara

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. Salah satu bentuk gelombang sinus yang ideal
adalah bentuk gelombangnya bersih dan tidak terdistorsi. Bila sistem bekerja
melayani beban beban linier maka tak ada perubahan yang terjadi pada bentuk
gelombang listrik yang dihasilkan. Namun tidak semua beban yang terpasang
merupakan beban linier bahkan dewasa ini sebagian besar beban yang terpasang
merupakan beban non linier dimana beban ini tidak lagi menggambarkan bentuk
gelombang arus dan tegangan yang proporsional. Atau dengan kata lain pemakaian
beban beban non linier akan menghasilkan bentuk gelombang arus dan tegangan yang
tidak sinusoidal. Akibatnya akan terbentuk gelombang yang cacat atau terdistorsi
yang akan menghasilkan harmonisa.

(a) Beban Linier

(b) Beban non Linier

Gambar 2.1. Bentuk gelombang arus dan tegangan [5]

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.1. diatas memperlihatkan perbedaan bentuk gelombang yang
dihasilkan oleh beban linier dan beban non linier.

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.

Beban

b.

Sistem tenaga itu sendiri (seperti HVDC, SVC, FACTS, dan lain lain)

c.

Pembangkit (Generator sinkron)
Dari ketiga kelompok sumber harmonisa diatas maka kelompok beban

merupakan kelompok yang paling dominan sebagai penghasil sumber harmonisa
khususnya beban beban non linier.
Gambar 2.2. memperlihatkan perubahan bentuk gelombang akibat adanya
harmonisa. 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 gelombang
yang diterima peralatan tersebut tidak lagi bentuk gelombang dasarnya. Oleh karena
itu, harmonisa yang timbul pada suatu sistem diusahakan sekecil mungkin sehingga
tidak mengganggu kerja peralatan listrik lain yang terpasang.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.2. Perubahan bentuk gelombang akibat adanya harmonisa

2.3.

Batasan Harmonisa
Untuk mengurangi harmonisa pada suatu sistem secara umum tidaklah harus

mengeliminasi semua harmonisa yang ada tapi cukup dengan mereduksi sebagian
harmonisa tersebut sehingga nilainya dibawah standar yang diizinkan. Hal ini
berkaitan dengan analisa secara teknis dan ekonomis dimana dalam mereduksi

Universitas Sumatera Utara

harmonisa secara teknik dibawah standar yang diizinkan sementara dari sisi ekonomis
tidak membutuhkan biaya yang besar.
Dalam hal ini standar yang digunakan sebagai batasan harmonisa adalah yang
dikeluarkan oleh International Electrotechnical Commission (IEC) yang mengatur
batasan harmonisa pada beban beban kecil satu fasa ataupun tiga fasa yang nilai
arusnya lebih kecil dari 16 amper perfasa. Untuk beban beban tersebut umumnya
digunakan standar IEC1000-3-2. Hal ini disebabkan karena belum adanya standar
baku yang dihasilkan oleh IEEE.
Pada standar IEC1000-3-2, beban beban kecil tersebut diklasifikasikan dalam
kelas A, B, C, dan D, dimana masing masing kelas mempunyai batasan harmonisa
yang berbeda beda yang dijelaskan sebagai berikut [7,8]:
1).

Klas A menyangkut semua kategori beban termasuk didalamnya peralatan
penggerak motor dan semua peralatan 3 fasa yang arusnya tidak lebih dari 16
amper perfasanya. Semua peralatan yang tidak termasuk dalam 3 kelas yang
lain dimasukkan dalam kategori klas A. Batasan harmonisanya hanya
didefinisikan untuk peralatan satu fasa (tegangan kerja 230V) dan tiga fasa
(230/400V) dimana batasan arus harmonisanya seperti yang diperlihatkan Tabel
2.1.

Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.1 Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas A

Harmonisa ke (n)

Arus harmonisa maksimum yang
diizinkan (A)

Harmonisa Ganjil
3

2,30

5

1,14

7

0,77

9

0,40

11

0,33

13

0,21

15≤n≤39

2,25/n
Harmonisa Genap

2).

2

1,08

4

0,43

6

0,30

8≤n≤40

1,84/n

Kelas B meliputi semua peralatan tool portable dimana batasan arus
harmonisanya merupakan harga absolut maksimum dengan waktu kerja yang
singkat dimana batasan arus harmonisanya diperlihatkan Tabel 2.2.

Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.2. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas B
Arus harmonisa
maksimum yang
diizinkan (A)
Harmonisa Ganjil
3
3,45
5
1,71
7
1,155
9
0,60
11
0,495
13
0,315
15≤n≤39
3,375/n
Harmonisa Genap
2
1,62
4
0,645
6
0,45
8≤n≤40
2,76/n

Harmonisa ke (n)

3).

Kelas C termasuk didalamnya semua peralatan penerangan dengan daya input
aktifnya lebih besar 25 Watt. Batasan arusnya diekspresikan dalam bentuk
persentase arus fundamental. Persentase arus maksimum yang diperbolehkan
untuk masing masing harmonisa diperlihatkan Tabel 2.3.
Tabel 2.3. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas C

Harmonisa ke
(n)
2
3
5
7
9
11≤n≤39

Arus harmonisa
maksimum yang
diizinkan (%
fundamental)
2
30xPF rangkaian
10
7
5
3

Universitas Sumatera Utara

4).

Kelas D termasuk semua jenis peralatan yang dayanya dibawah 600 Watt
khusus-nya personal komputer, monitor, TV. Batasan arusnya diekspresikan
dalam bentuk mA/W dan dibatasi pada harga absolut yang nilainya
diperlihatkan oleh Tabel 2.4.

Tabel 2.4. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas D [9]
Arus harmonisa
maksimum yang
diizinkan (mA/W)

Arus harmonisa
maksimum yang
diizinkan (A)

75 < P < 600W

P > 600W

3

3,4

2,30

5

1,9

1,14

7

1,0

0,77

9

0,5

0,40

11

0,35

0,33

13

0,296

0,21

15≤n≤39

3,85/n

2,25/n

Harmonisa ke (n)

Seperti diketahui bahwa semua peralatan elektronik bekerja dengan sumber
tegangan arus searah sehingga dalam operasinya dibutuhkan peralatan penyearah dan
dihubungkan langsung ke sumber tegangan (stop kontak). Untuk penyearah yang
distorsi gelombang arusnya cukup tinggi dan banyak dipakai secara bersamaan
dimasukkan dalam kategori kelas D. Sementara untuk penyearah dengan arus yang
terdistorsi dapat dimasukkan dalam kategori kelas A. Tabel 2.5. memperlihatkan
batas harmonisa untuk Klas A dan Klas D dan penyearah dengan daya 100 Watt.

Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.5. Batas arus harmonisa untuk kelas A dan kelas D [10]

Harmonisa ke

Batas klas A
(A)

Batas klas D
(mA/W)

Batas Klas D untuk input
100W (A)

3
5
7
9
11
13≤n≤39

2,30
1,14
0,77
0,40
0,33
0,15x15/n

3,4
1,9
1,0
0.5
0,35
3,85/n

0,34
0,19
0,10
0,05
0,035
0,386/n

2.4.

Penyearah Dioda
Dioda merupakan komponen elektronik yang terdiri dari bahan bahan kristal

yakni berupa silikon jenis p dan n (Gambar 2.3a) yang tergabung dalam satu bentuk
yang disebut juga p-n junction. Silikon jenis p ini mengandung ion positif sedang
jenis n mengandung ion negaif. Bila kedua bahan ini dihubungkan maka pertemuan
keduanya akan menghasilkan daerah netral yang disebut juga tegangan penghalang
(barrier). Jenis dioda seperti ini dikenal juga dengan dioda semikonduktor sedang
jenis sebelumnya dipakai jenis tabung (Gambar 2.3b). Tapi dewasa ini dioda jenis
silikon inilah yang umum digunakan diberbagai peralatan yang sering juga disebut
dengan dioda semikonduktor.

P

N

(a) Jenis silikon

(b) Jenis tabung

Gambar 2.3. Kontruksi bahan pada dioda

Universitas Sumatera Utara

Dioda terdiri dari dua kaki (terminal) yang disebut dengan anoda dan katoda.
Kaki anoda berpolaritas positif sedang kaki katoda berpolaritas negatif sehingga
simbol yang digunakan pada rangkaian untuk sebuah dioda seperti yang diperlihatkan
oleh Gambar 2.4.
An ode

Ca t h ode

Gambar 2.4. Simbol dioda pada rangkaian

Dioda daya merupakan salah satu komponen semi konduktor yang yang
banyak digunakan dalam rangkaian elektronika daya seperti halnya rangkaian
penyearah. Unjuk kerja suatu penyearah penting diketahui untuk mengantisipasi
dampak negatif yang ditimbulkannya baik yang terkait dengan penyearahan itu
sendiri maupun terhadap kualitas daya pada sisi sumber. Ini disebabkan karena hasil
penyearahan merupakan bentuk gelombang pulsa yang mengandung harmonisa.
2.4.1. Karakteristik dioda
Adapun sifat utama dari dioda adalah bahwa alat ini dapat melaluikan arus
listrik pada satu arah dan membloknya untuk arah yang lain. Untuk arah dimana arus
dapat mengalir disebut dengan bias maju (forward biased) sedang untuk arah dimana
arus tidak dapat dapat mengalir disebut dengan bias mundur (reverse biased). Atau
dengan kata lain ketika bias maju dioda bersifat sebagai konduktor sedangkan ketika
bias mundur dioda bersifat sebagai isolator. Sifat inilah sebagai acuan utama

Universitas Sumatera Utara

penggunaan dioda sebagai penyearah (rectifier) yang mengubah fungsi arus bolak
balik menjadi arus searah.
Gambar 2.5a. memperlihatkan sebuah rangkaian dimana dioda dihubungkan
ke sumber tegangan dengan bias maju. Pada rangkaian ini terminal anoda
dihubungkan ke sumber tegangan positif sedang terminal anoda dihubungkan ke
sumber tegangan negatif. Akibatnya akan terjadi aliran ion positif ke anoda yang
menyebabkan ion positif di anoda akan semakin banyak. Bila ion ini menghasilkan
gaya gerak yang lebih besar dari tegangan barrier dioda maka dioda akan tembus dan
arus akan mengalir.
Sebaliknya bila terminal anoda dihubungkan ke sumber tegangan negatif dan
katoda dihubungkan ke sumber tegangan positif seperti Gambar 2.5b maka tegangan
barrier yang dihasilkan oleh dioda akan semakin besar sehingga untuk konduksinya
dioda akan membutuhkan tegangan yang lebih besar lagi. Ketika dioda konduksi pada
kondisi ini akan mengakibatkan dioda rusak karena tegangan kerja yang diumpan ke
dioda lebih besar dari tegangan kerja yang diizinkan. Tegangan pada kondisi ini
dikenal juga dengan tegangan breakdown.

(a) Dioda dengan bias maju
(b) Dioda dengan bias balik
Gambar 2.5. Proses bias dari dioda
.

Universitas Sumatera Utara

Oleh karena itu untuk karakteristik hubungan antara arus dan tegangan pada
dioda akan menjadi seperti Gambar 2.6.

Gamba 2.6. Karakteristik V-I dari dioda
Konversi daya listrik merupakan suatu sistem proses daya listrik pada sistem
inputnya ke suatu bentuk yang diinginkan di sisi outputnya. Ada dua jenis daya listrik
yaitu sistem AC dan sistem DC. Yang keduanya dapat dikonversi dalam 4 cara,
yakni: [11]
a.

Konversi dc/dc (dc/dc converter)

b.

Konversi dc/ac (inverter)

c.

Konversi ac/dc (converter/rectifier)

d.

Konversi ac/ac. (cycloconverter).
Karena sumber daya utama yang tersedia adalah sumber daya arus bolak balik

maka dalam penggunaannya sering juga dikombinasikan dari empat jenis konversi
diatas. Seperti dc/dc converter membutuhkan rectifier untuk mendapatkan sumber dc
sementara Uninterruptable Power Supply (UPS) merupakan kombinasi dari rectifier

Universitas Sumatera Utara

dan inverter. Jadi pada sistem dc/dc dan dc/ac converter selalu membutuhkan
rectifier.
Idealnya sumber daya listrik arus bolak balik akan menyalurkan daya listrik
ke konsumen pada suatu frekuensi tertentu dengan harga dan amplitudo yang tetap
sehingga bentuk gelombang tegangan dan arusnya merupakan bentuk sinusoidal
murni. Dalam melayani beban maka beban listrik dapat dikategorikan dalam dua
bagian yakni beban linier dan beban non linier. Beban linier sifatnya tidak merubah
bentuk gelombang arus maupun tegangan sedang beban non linier akan menghasilkan
bentuk gelombang arus dan tegangan yang tidak sinusoidal murni lagi yang sering
juga dikenal dengan bentuk gelombang yang terdistorsi yang mengandung harmonisa.
Penyearah merupakan beban non linier yang banyak menyumbang harmonisa
pada saluran tenaga listrik yang dapat dibedakan dalam 4 (empat) jenis, yakni:
a.

Penyearah satu fasa setengah gelombang.

b.

Penyearah satu fasa gelombang penuh.

c.

Penyearah tiga fasa setengah gelombang.

d.

Penyearah tiga fasa gelombang penuh.
Umumnya penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda digunakan

untuk peralatan elektronik rumah tangga maupun perkantoran. Sedang penyearah tiga
fasa digunakan untuk pengoperasian peralatan pada industri. Banyaknya harmonisa
yang dihasilkan oleh beban penyearah tersebut dapat dihitung dengan menggunakan
Persamaan (2.1). [12,13].

Universitas Sumatera Utara

h  k . p  1 , ..................................................................................................(2.1)
Di mana:
h = urutan harmonisa yang dibangkitkan.
k = kelipatan dari frekuensi dasar = 1, 2, 3, dan seterusnya.
p = jumlah pulsa dari penyearah.
Dari uraian diatas dapat dilihat bahwa penyearah satu fasa gelombang penuh
dengan dioda hubungan jembatan hanya menghasilkan harmonisa ganjil.(odd
harmonics).
Tabel 2.6. memperlihatkan banyaknya harmonisa yang ditimbulkan oleh
beberapa penyearah.
Tabel 2.6. Pembangkitan harmonisa pada beberapa tipe penyearah.

Jenis penyearah

Jumlah pulsa

Harmonisa yang dihasilkan

Penyearah setengah gelombang

1

2, 3, 4, 5, 6, 7, …………

Penyearah gelombang penuh

2

3, 5, 7, 9, 11. …………..

Tiga fasa gelombang penuh

6

5, 7, 11, 13, 17, 19, ……

2x Tiga fasa gelombang penuh

12

11, 13, 23, 25, 35, 37, …

Agar penyearah tidak menghasilkan gelombang harmonisa yang cukup besar
sehingga mengganggu kerja peralatan lain perlu di reduksi dengan menggunakan
beberapa cara seperti yang telah diuraikan diatas dan salah satu diantaranya adalah

Universitas Sumatera Utara

dengan filter induktor yang dipasang seri pada sisi input penyearah. Hal ini
dimaksudkan agar hasil penelitian yang diperoleh mempunyai metode yang berbeda
dengan hasil penelitian sebelumnya.
Diharapkan penelitian ini akan dapat memperlihatkan bahwa pemasangan
filter induktor pada sisi input dari suatu penyearah dapat mengurangi harmonisa yang
dibangkitkan.
2.4.2. Penyearah gelombang penuh

Suatu penyearah gelombang penuh hubungan jembatan dengan dioda
diperlihatkan oleh Gambar 2.7.

Gambar 2.7. Penyearah satu fasa gelombang penuh dengan dioda [14]

Pada Gambar 2.7. penyearah melayani beban resistif R dengan bentuk
gelombang inputnya seperti Gambar 2.8



2

3

Gambar 2.8. Bentuk gelombang input penyearah [14]

Universitas Sumatera Utara

Untuk setengah perioda pertama (0 - 180º) dari gelombang input penyearah
melaluikan arus ke beban R melalui dioda D1 dan D3. Sementara D2 dan D4
memblok. Sebaliknya untuk setengah perioda berikutnya (180º - 360º) arus mengalir
melalui dioda D2 dan D4 sedang dioda D1 dan D3 memblok.
Dengan demikian bentuk gelombang output dari penyearah dapat dilihat pada
Gambar 2.9.

0



2

33

Gambar 2.9. Bentuk gelombang tegangan output penyearah

Dari Gambar 2.9. batas untuk satu perioda gelombang adalah dari 0 - 180º (0-

 ). Bila batas perioda gelombang input 0 - 2  dinyatakan dengan T maka batas

perioda untuk gelombang outputnya adalah: T/2. Dengan demikian besarnya
tegangan searah yang dihasilkan oleh penyearah tersebut dapat dihitung menurut
Persamaan (2.2) dan (2.3) seperti yang diperlihatkan dibawah ini:
Harga rata-rata tegangan output searah:
1
Vdc 
T /2



T /2
Vm sin t.dt
0

Universitas Sumatera Utara



T /2
1
  cos t 
Vm 

T /2
  0



T /2
 2Vm
 2Vm
cos t 

T
T
0

 T 
cos 2  1



Sekarang subsitusikan harga :   2. . f

dan T  1 / f

sehingga diperoleh

Persamaan (2.2):

Vdc 

 2Vm
cos   1  2Vm  0,637Vm .................................................(2.2)

2

Dan besar arus searah yang mengalir diperlihatkan oleh persamaan (2.3):
V
0,637Vm
I dc  dc 
................................................................................(2.3)
R
R
Harga efektif dari tegangan output :



1/ 2
 T /2

2
Vm sin t 2 dt   Vm  0,707Vm
Vrms  
T
2


0

Harga efektif arus diperlihatkan oleh Persamaan (2.4):
ieff 



1
2

2
2 t d t 
ieff


0

2

2 
Vm
 sin 2 t.dt  sin 2 t   dt 


2R 2 


0





Universitas Sumatera Utara



2

2 1 
Vm
1


 2 1  cos 2t dt  2 1  cos 2(t   )dt 
2
2R 


 0






sin 2(t    2 
sin 2t  
t 

t


 


2
2 0 

 




2
Vm
4R 2



2
Vm
V
 m , atau :
2R
2R 2

V
0,707Vm
I rms  rms 
....................................................................(2.4)
R
R
Untuk beban resistif maka bentuk gelombang arus dan tegangan pada sisi
inputnya adalah sefasa sehingga harga rata-rata tegangan inputnya adalah NOL
sedang harga efektif arus inputnya dihitung menurut Persamaan (2.5) dibawah ini:
1
is 
2



 sin
0

2 t.dt  Vm ...................................................................(2.5)
2R

Dan besarnya faktor bentuk (Form Factor) serta faktor riak (Ripple Factor)
ditunjukkan oleh Persamaan (2.6) dan (2.7).

Form Factor::

Ripple Facto::

V
FF  rms .................................................................................(2.6)
Vdc

RF  FF 2  1 .......................................................................(2.7)

Universitas Sumatera Utara

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 dilengkapi
dengan kapasitor perata C, seperti yang diperlihatkan Gambar 2.10.

Gambar 2.10. Penyearah dengan kapasitor perata C [10]

Gambar 2.11. Bentuk gelombang arus dan tegangan [10]

Universitas Sumatera Utara

Akibat pemasangan kapasitor perata pada penyearah maka bentuk gelombang
tegangan yang dihasilkan menjadi lebih rata seperti Gambar 2.11. Namun,
pemasangan kapasitor pada output penyearah akan mengakibatkan proses terjadinya
pengisian dan pengosongan kapasitor.
Seperti yang diperlihatkan oleh Gambar 2.12. proses pengisian dan
pengosongan kapasitor tergantung selisih tegangan input dan output dari penyearah.

Gambar 2.12. Interval pengisian dan pengosongan kapasitor [15]
Sekarang kita tinjau Gambar 2.12. Ketika tegangan sesaat (saat t=0) tegangan
sumber Vac lebih besar dari tegangan kapasitor Vdc maka akan terjadi proses
pengisian kapasitor. Pada setengah siklus pertama 0 -   dioda D1 , D 3 , konduksi,

dan arus mengalir mengisi kapasitor. Ketika tegangan puncak diperoleh maka pada

Universitas Sumatera Utara

saat ini tegangan

Vac = Vdc . Dan ketika gelombang tegangan input menurun

menuju titik Nol, Vac lebih kecil dari Vdc dan kapasitor membuang muatannya
kebeban R.

Selanjutnya untuk setengah siklus kedua  - 2  dimana D2 , D4 konduksi,

dan membalik bentuk gelombang tegangan tetap di daerah positif. Dan proses yang
sama akan berlaku lagi sehingga bentuk gelombang output penyearah seperti yang
diperlihatkan oleh Gambar 2.12. dimana proses pengisian ini secara kontiniu akan
terjadi untuk setiap interval t1 . Selanjutnya pada interval t2 , tegangan Vdc lebih
besar dari Vac , kapasitor membuang muatannya ke beban R. Jadi tegangan kapasitor
akan bervariasi dari Vdc (min) sampai Vdc (maks).
2.5.

Filter Harmonisa

Gangguan harmonisa yang cukup besar pada suatu sistem akan dapat
mengurangi kualitas daya pada sistem tersebut. Oleh karena itu diperlukan suatu
usaha untuk mengurangi atau meredam harmonisa yang timbul yakni dengan
memasang filter harmonisa. Filter tersebut harus mampu mengurangi amplitudo
frekuensi tertentu baik untuk gelombang arus maupun tegangan. Umumnya,
komponen untuk filter harmonisa adalah kapasitor, induktor, dan resistor yang
kadangkala digunakan dengan berbagai konfigurasi.
Dari uraian sebelumnya telah dipaparkan beberapa konfigurasi dari filter
harmonisa yang digunakan pada penyearah satu fasa gelombang penuh. Khusus untuk

Universitas Sumatera Utara

konfigurasi yang dipasang pada sisi input penyearah beberapa kemungkinan yang
dapat dilakukan dapat dilihat pada Gambar 2.13 sampai Gambar 2.16.

Gambar 2.13. Filter harmonisa dengan L-C-R paralel pada sisi input

Gambar 2.14. Filter harmonisa dengan pemasangan L pada sisi input dan output

Gambar 2.15. Filter harmonisa dengan L-C-R seri pada sisi input

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.16. 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

Seperti yang telah diuraikan sebelumnya bahwa penyearah satu fasa
gelombang penuh akan menghasilkan harmonisa ganjil dalam operasinya. Untuk
mengurangi harmonisa tersebut perlu dipasang filter sehingga harganya dibawah
standar IEC 1000-3-2 [15].
Untuk mendapatkan persamaan dalam menghitung besar kapasitor yang
dipasang pada penyearah dapat dianalisa dengan melihat Gambar 2.17. yang
memperlihatkan proses pengisian kapasitor (Gambar 2.17a) dan pengosongan
kapasitor (Gambar 2.17b).

Universitas Sumatera Utara

a. Pengisian

b. Pengosongan

Gambar 2.17. Rangkaian ekivalen saat pengisian dan pengosongan

Pada saat terjadinya proses pengisian kapasitor berlaku Persamaan (2.8):
1
iC .dt  Vc (t  0)  R.iC  0 .................................................................... (2.8)
C
Pada kondisi awal Vdc (t=0)  Vm ,

arus pengosongan kapasitor dinyatakan oleh

Persamaan (2.9):
iC  i0 

Vm  t / RC
.....................................................................................(2.9)
e
R

Persamaan (2.10) menunjukkan tegangan output kapasitor VC  selama prioda
pengosongan:

VC (t )  V0 t   R.i0  Vm .e t / RC ...............................................................(2.10)

Tegangan ripple puncak ke puncak kapasitor diperlihatkan oleh Persamaan (2.11):

Vr ( pp )  VL (t  t1)  VL (t  t2 )  Vm  Vm .e t2 / RC

Universitas Sumatera Utara



 Vm 1  e t 2 / RC



......................................................................(2.11)

Dengan mensubstitusikan: e x  1  x , maka Persamaan (2.11) diatas dapat
disederhanakan menjadi Persamaan (2.12):
t  V t
Vm

Vr ( pp )  Vm 1  1  2   m 2 
.............................................(2.12)
R.C  R.C 2. f .R.C

Dengan demikian tegangan rata-rata pada beban dinyatakan oleh Persamaan (2.13),
Vdc  Vm 

Vr ( pp )
2

 Vm 

Vm
4. f .R.C


1 
 .................................................................................(2.13)
 Vm 1 
 4 fRC 
Dan tegangan efektif dari output tegangan ripple diperlihatkan oleh Persmaan (2.14):
Veff 

Vr ( pp )
2 2



Vm
.......................................................................(2.14)
4 2 . f .R.C

Besarnya ripple factor, dinyatakan oleh Persamaan (2.15

Dokumen yang terkait

Dokumen baru