Simulasi Penyearah SPWM Sebelum Pemasangan Filter

82 Adapun rangkaian simulasi Simulink pembangkit pulsanya adalah seperti Gambar 3.4: Gambar 3.4. Model Simulink rangkaian kontrol pembangkit 4 pulsa IGBT SPWM

3.3. Simulasi Penyearah SPWM Sebelum Pemasangan Filter

Untuk mengetahui harmonisa yang dihasilkan oleh penyearah SPWM, maka dilakukan simulasi rangkaian penyearah dengan Simulink. Hasil simulasi tersebut dijadikan dasar untuk melakukan perancangan filter harmonisa pada penyearah SPWM. Simulasi dilakukan untuk setiap konfigurasi beban yait u R = 5 Ω, R = 20 Ω, RLR = 5 Ω dan L = 50 mH, RLR = 20 Ω dan L = 200 mH. 1. Beban R = 5 Ω Untuk melakukan simulasi kinerja penyearah SPWM, maka beban harus diatur agar dapat mewakili keadaan beban pada saat penyearah dioperasikan. Pada beban R untuk menghasilkan tegangan 50 Vdc max sebesar 99 volt, maka penyearah SPWM perlu diatur indeks modulasi pembangkit sinyal gate m sebesar 0,49 dan frekuensi carier 2000 Hz. Induktansi di sisi input Ls diatur sebesar 7 mH dan Universitas Sumatera Utara 83 tahanan input Rs sebesar 0,001 Ω. Data-data tersebut dimasukkan ke dalam rangkaian simulasi Gambar 3.5: Gambar 3.5. Rangkaian simulasi penyearah SPWM beban R= 5 Ω sebelum pemasangan filter Hasil simulasi dari rangkaian Gambar 3.5, diperoleh grafik keluaran tegangan dan arus input seperti Gambar 3.6: Gambar 3.6. Grafik tegangan input atas dan arus input bawah hasil simulasi penyearah SPWM beban R= 5 Ω sebelum dilakukan filterisasi harmonisa 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 -200 200 Time s V v o lt 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 -100 -50 50 100 Time s I A Universitas Sumatera Utara 84 Spektrum harmonisa dari gelombang arus input pada Gambar 3.6 ditunjukkan oleh Gambar 3.7: Gambar 3.7. Spektrum harmonisa arus input penyearah SPWM beban R = 5 Ω sebelum filterisasi Dari hasil simulasi dan spektrum harmonisa arus input penyearah diperoleh arus harmonisa orde ke-3, 5, 7, 9, 11 dan, 13 dalam besaran maksimum. Untuk memperoleh nilai rms, hasil yang diperoleh dari simulasi dibagi dengan atau 1,414. Nilai rms tersebut dibandingkan dengan standar IEC61000-3-2 kelas D sehingga diperoleh Tabel 3.1: 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 1 2 3 4 5 Harmonic order Fundamental 50Hz = 94.78 , THD= 4.22 M a g o f F u n d a m e n t a l Universitas Sumatera Utara 85 Tabel 3.1. Arus harmonisa ganjil orde ke-3 sampai 13 penyearah SPWM beban R= 5 Ω sebelum pemasangan filter dibandingkan dengan standar IEC61000-3-2 kelas D Parameter Pengukuran Sebelum filterisasi harmonisa Arus harmonisa maksimum yang diizinkan standar IEC61000-3-2 kelas D A Vs Volt 220 Is A 67,08 THDv THDi 4,22 Idc A 19,89 Vdc Volt 99,43 COS ϕ 0,80 I fund A 67,02 I 3 A 2,38 2,3 I 5 A 0,27 1,14 I 7 A 0,08 0,77 I 9 A 0,02 0,4 I 11 A 0,01 0,33 I 13 A 0,02 0,21 2. Beban R = 20 Ω Pada beban R = 20 Ω untuk menghasilkan tegangan Vdc max sebesar 198 V, maka indeks modulasi m pembangkit pulsa gate IGBT perlu diatur sebesar 0,9 dan frekuensi carier sebesar 2000 Hz. Induktansi di sisi input Ls diatur sebesar 4 mH Universitas Sumatera Utara 86 dan tahanan input Rs sebesar 0,001 Ω. Data-data tersebut dimasukkan ke dalam rangkaian simulasi pada Gambar 3.8: Gambar 3.8. Rangkaian simulasi sebelum pemasangan filter beban R = 20 Ω Hasil simulasi dari rangkaian Gambar 3.8, adalah grafik tegangan dan arus input penyearah SPWM seperti ditunjukkan Gambar 3.9: Gambar 3.9. Grafik tegangan atas dan arus bawah input hasil simulasi penyearah SPWM beban R = 20 Ω sebelum dilakukan filterisasi 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 -200 200 V v o lt 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 -200 -100 100 200 FFT window: 5 of 6 cycles of selected signal Time s I A Universitas Sumatera Utara 87 Dari gelombang arus input SPWM pada Gambar 3.9, diperoleh spektru m harmonisa seperti Gambar 3.10: Gambar 3.10. Spektrum harm onisa hasil simulasi penyearah SPWM beban R = 20 Ω sebelum filterisasi Dari hasil simulasi dan spektrum harmonisa arus input diperoleh Tabel 3.2. Nilai arus harmonisa ke-3, 5, 7, 9, 11, dan 13 pada Tabel 3.2 adalah nilai hasil simulasi dalam besaran maksimum dibagi dengan atau 1,414 yang merupakan besaran rms arus harmonisa. 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 5 10 15 20 25 30 Harmonic order Fundamental 50Hz = 129.3 , THD= 28.99 M a g o f F u n d a m e n t a l Universitas Sumatera Utara 88 Tabel 3.2. Perbandingan arus harmonisa ganjil orde ke-3 sampai 13 penyearah SPWM beban R= 20 Ω sebelum filterisasi dengan standar IEC61000-3-2 kelas D Parameter Sebelum filterisasi harmonisa Standar IEC610003-2 kelas D A Vs Volt 220 Is A 95,17 THDv THDi 28,99 Idc A 9,77 Vdc Volt 195,34 COS ϕ 0,96 I fund A 91,40 I 3 A 25,21 2,3 I 5 A 4,19 1,14 I 7 A 0,30 0,77 I 9 A 0,21 0,4 I 11 A 0,18 0,33 I 13 A 0,12 0,21 3. Beban R= 5 Ω dan L= 50 mH Pada beban R= 5 Ω dan L = 50 mH untuk menghasilkan tegangan 50Vdc max sebesar 99 V, maka pembangkit pulsa gate IGBT penyearah SPWM perlu diatur indeks modulasinya m sebesar 0,2 dan frekuensi carier sebesar 2000 Hz. Induktansi di sisi input Ls diatur sebesar 20 mH dan tahanan input Rs sebesar 1 Ω. Data-data tersebut dimasukkan ke dalam rangkaian simulasi pada Gambar 3.11: Universitas Sumatera Utara 89 Gambar 3.11. Rangkaian simulasi sebelum pemasangan filter beban R = 5 Ω dan L= 50 mH Grafik gelombang tegangan dan arus hasil simulasi rangkaian pada Gambar 3.11 adalah seperti Gambar 3.12: Gambar 3.12. Grafik tegangan atas dan arus bawah input hasil simulasi penyearah SPWM beban R = 5 Ω dan L= 50 mH sebelum dilakukan filterisasi 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 -350 -220 200 350 FFT window: 5 of 20.43 cycles of selected signal Time s V v o lt 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 -30 -20 20 30 FFT window: 5 of 20.43 cycles of selected signal Time s Universitas Sumatera Utara 90 Spektrum harmonisa gelombang arus input pada Gambar 3.12 adalah seperti Gambar 3.13: Gambar 3.13. Spektrum harmonisa hasil simulasi penyearah SPWM beban R = 5 Ω dan L = 50 mH sebelum filterisasi Dari hasil simulasi dan spektrum harmonisa arus input penyearah dibandingkan dengan standar IEC61000-3-2 kelas D sehingga diperoleh Tabel 3.3 berikut ini. Nilai arus sebelum filterisasi harmonisa pada Tabel 3.3 adalah nilai yang diperoleh dari hasil pencatatan arus harmonisa hasil simulasi dalam besaran arus maksimum dibagi dengan atau 1,414. 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 5 10 15 20 25 Harmonic order Fundamental 50Hz = 26.38 , THD= 14.88 M a g o f F u n d a m e n t a l Universitas Sumatera Utara 91 Tabel 3.3. Perbandingn arus harmonisa sebelum pemasangan filter pada penyearah SPWM beban R = 5 Ω dan L = 50 mH dengan standar IEC61000-3-2 kelas D Parameter Sebelum filterisasi harmonisa Standar IEC610003-2 kelas D A Vs Volt 220 Is A 18,86 THDv THDi 14,88 Idc A 19,99 Vdc Volt 99,97 COS ϕ 0,59 I fund A 18,65 I 3 A 2,46 2,3 I 5 A 0,71 1,14 I 7 A 0,30 0,77 I 9 A 0,23 0,4 I 11 A 0,13 0,33 I 13 A 0,11 0,21 4. Beban R = 20 Ω dan L = 200 mH Pada beban R untuk menghasilkan tegangan Vdc max sebesar 198 V, maka pembangkit pulsa gate IGBT penyearah SPWM perlu diatur indeks modulasinya m sebesar 0,99 dan frekuensi carier 10.000 Hz. Induktansi di sisi input Ls diatur sebesar 8 mH dan tahanan input Rs sebesar 0,001 Ω. Data-data tersebut dimasukkan ke dalam rangkaian simulasi pada Gambar 3.14: Universitas Sumatera Utara 92 Gambar 3.14. Rangkaian simulasi sebelum pemasangan filter beban R = 20 Ω dan L= 200 mH Gelombang tegangan dan arus hasil simulasi rangkaian Gambar 3.14 adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 3.15: Gambar 3.15. Grafik tegangan atas dan arus bawah input hasil simulasi penyearah SPWM beban R = 20 Ω dan L= 200 mH sebelum dilakukan filterisasi 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 -200 200 Time s V v o lt 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 -10 10 Time s I A Universitas Sumatera Utara 93 Spektrum harmonisa gelombang arus input pada Gambar 3.15 seperti ditunjukkan pada Gambar 3.16: Gambar 3.16. Spektrum harmonisa arus input hasil simulasi penyearah SPWM beban R = 20 Ω dan L = 200 mH sebelum filterisasi Dari hasil simulasi dan spektrum harmonisa arus input penyearah diperoleh nilai arus harmonisa ke-3, 5, 7, 9, 11, dan 13 seperti ditunjukkan Tabel 3.4. Nilai arus sebelum filterisasi harmonisa pada Tabel 3.4 adalah nilai yang diperoleh dari pencatatan arus harmonisa hasil simulasi dalam besaran arus maksimum dibagi dengan atau 1,414. 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 5 10 15 20 25 Harmonic order Fundamental 50Hz = 12.08 , THD= 32.50 M a g o f F u n d a m e n t a l Universitas Sumatera Utara 94 Tabel 3.4. Perbandingan arus harmonisa ganjil orde ke-3 sampai 13 penyearah SPWM beban R = 20 Ω dan L = 200 mH sebelum filterisasi dengan standar IEC61000-3-2 kelas D Parameter Sebelum filterisasi harmonisa Standar IEC610003-2 kelas D A Vs Volt 220 Is A 8,89 THDv THDi 32,5 Idc A 9,17 Vdc Volt 183,30 COS ϕ 0,91 I fund A 8,54 I 3 A 2,22 2,3 I 5 A 1,19 1,14 I 7 A 0,71 0,77 I 9 A 0,44 0,4 I 11 A 0,26 0,33 I 13 A 0,16 0,21 3.4. Simulasi Setelah Pemasangan Filter Untuk menentukan parameter-parameter filter single tune dan double tune yang akan dibandingkan pada penelitian ini, maka perlu dihitung parameter masing- masing filter tersebut pada setiap rangkaian sesuai dengan konfigurasi beban masing- masing. Universitas Sumatera Utara 95 3.4.1. Perhitungan Parameter Filter Single Tune Filter single tune dirancang dengan menggunakan rumus-rumus pada sub Bab 2.6.4, yaitu Persamaan 2.38 sampai 2.44. Untuk penyearah SPWM dengan beban R= 5 Ω perhitungan parameter filter single tune adalah sebagai berikut: 1. Menghitung kebutuhan daya reaktif yang diperlukan oleh rangkaian sesuai dengan cos φ yang ada mula-mula cos φ1 menjadi nilai yang diinginkan cos φ2. Daya reaktif yang diperlukan adalah: 2. Menghitung nilai reaktansi kapasitif filter yang diperlukan: Untuk dua buah filter single tune yang akan dipasang yaitu filter harmonisa orde ke-3 dan orde ke-5, maka kebutuhan daya reaktif masing masing filter adalah kebutuhan total dibagi dengan jumlah filter single tune yang akan dipergunakan orde ke-3 dan 5 yaitu: Universitas Sumatera Utara 96 3. Harga C dari masing-masing filter adalah: 4. Harga X L dari masing-masing filter adalah: 5. Harga L n dari masing-masing filter adalah: Universitas Sumatera Utara 97 6. Harga dari masing-masing filter adalah: Universitas Sumatera Utara 98 Dari perhitungan di atas diperoleh parameter-parameter filter single tune masing- masing orde harmonisa ke-3 dan 5 seperti ditunjukkan oleh Tabel 3.5: Tabel 3.5. Parameter filter single tune untuk filter harmonisa orde ke-3 dan 5 dengan beban R = 5 Ω R Ω L mH C µF Filter harmonisa ke-3 0,0372 3,9 285,59 Filter harmonisa ke-5 0,0223 1,4 285,59 Dari parameter R, L dan C filter pada Tabel 3.5 disubstitusikan ke rangkaian simulasi MatlabSimulink dari setiap konfigurasi beban kemudian dilakukan simulasi untuk melihat perubahan atau perbaikan nilai THDi dari penyearah SPWM. Untuk setiap filter single tune dari semua konfigurasi jenis beban dilakukan perhitungan yang sama sehingga diperoleh parameter R, L dan C pada masing- masing filter seperti pada Lampiran A dan dilakukan simulasi yang sama sehingga diperoleh hasil simulasi sebagai berikut: 1. Beban R = 5 Ω Pada rangkaian simulasi ini perlu diatur indeks modulasi m pembangkit pulsa gate IGBT SPWM sebesar 0,49 dan frekuensi carier sebesar 2000 Hz. Universitas Sumatera Utara 99 Impedansi input di atur R = 1 Ω dan L = 7 mH. Rangkaian simulasi pada beban R= 5 Ω setelah dipasang filter single tune ditunjukkan oleh Gambar 3.17: Gambar 3.17. Rangkaian simulasi filter single tune pada penyearah SPWM beban R = 5 Ω Hasil simulasi dari rangkaian pada Gambar 3.17 diperoleh grafik tegangan dan arus input seperti ditunjukkan Gambar 3.18: Gambar 3.18. Grafik tegangan atas dan arus bawah input hasil simulasi penyearah SPWM beban R = 5 Ω setelah filterisasi harmonisa orde ke-3 dan 5 menggunakan filter single tune 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 -200 200 Time s V v o lt 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 -100 -50 50 100 Time s I A Universitas Sumatera Utara 100 Spektrum harmonisa gelombang arus input pada Gambar 3.18 ditunjukkan oleh Gambar 3.19: Gambar 3.19. Grafik spektrum harmonisa penyearah SPWM beban R = 5 Ω setelah filterisasi harmonisa orde ke-3 dan 5 menggunakan filter single tune Dari hasil simulasi dan spektrum harmonisa arus input diperoleh nilai arus harmonisa ke-3, 5, 7, 9, 11, dan 13. seperti yang ditunjukkan Tabel 3.6. Nilai arus setelah menggunakan filter single tune pada harmonisa orde ke-3 dan 5 pada Tabel 3.4 adalah nilai yang diperoleh dari pencatatan arus harmonisa hasil simulasi dalam besaran arus maksimum dibagi dengan atau 1,414. 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 Harmonic order Fundamental 50Hz = 109.5 , THD= 2.03 M a g o f F u n d a m e n t a l Universitas Sumatera Utara 101 Tabel 3.6. Perbandingan arus harmonisa ganjil orde ke-3 sampai 13 penyearah SPWM beban R= 5 Ω, impedansi input R in = 0,0010 Ω, L in = 4 mH setelah filterisasi harmonisa orde ke-3 dan 5 menggunakan filter single tune dengan standar IEC61000-3-2 kelas D Parameter Setelah menggunakan filter single tune pada harmonisa orde ke-3 dan 5 Standar IEC610003-2 kelas D A Vs Volt 220 Is A 77,44 THDv THDi 2,03 Idc A 21,42 Vdc Volt 107,12 COS ϕ 0,84 I fund A 77,43 I 3 A 0,11 2,3 I 5 A 0,01 1,14 I 7 A 0,04 0,77 I 9 A 0,02 0,4 I 11 A 0,01 0,33 I 13 A 0,02 0,21 2. Beban R = 20 Ω Pada simulasi ini diatur impedansi input R= 0,00 1 Ω dan L = 4 mH. Indeks modulasi pembangkit pulsa gate IGBT SPWM diatur sebesar 0,9 dan frekuensi carier sebesar 2000 Hz. Rangkaian simulasi setelah filterisasi dengan filter single tune ditunjukkan oleh Gambar 3.20: Universitas Sumatera Utara 102 Gambar 3.20. Rangkaian simulasi filter single tune pada penyearah SPWM beban R = 20 Ω Grafik gelombang tegangan dan arus input hasil simulasi Gambar 3.20 adalah seperti Gambar 3.21: Gambar 3.21. Grafik tegangan atas dan arus bawah input hasil simulasi penyearah SPWM beban R = 20 Ω setelah filterisasi harmonisa orde ke-3, 5, 7 dan 9 menggunakan filter single tune 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 -200 200 FFT window: 5 of 27.47 cycles of selected signal Time s V v o lt 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 -200 200 Time s I A Universitas Sumatera Utara 103 Spektrum harmonisa grafik gelombang arus input pada Gambar 3.21 adalah seperti Gambar 3.22: Gambar 3.22. Spektrum harmonisa arus input hasil simulasi penyearah SPWM beban R = 20 Ω setelah filterisasi harmonisa orde ke-3, 5, 7 dan 9 menggunakan filter single tune Dari hasil simulasi dan spektrum harmonisa arus input penyearah diperoleh nilai maksimum arus harmonisa ke-3, 5, 7, 9, 11, dan 13. Untuk merubah besaran maksimum tersebut ke dalam nilai rms, maka nilai yang diperoleh dari simulasi dibagi dengan atau 1,414. Harga rms yang diperoleh dibandingkan dengan standar IEC61000-3-2 kelas D seperti ditunjukkan Tabel 3.7 berikut ini: 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Harmonic order Fundamental 50Hz = 273.2 , THD= 3.51 M a g o f F u n d a m e n t a l Universitas Sumatera Utara 104 Tabel 3.7. Perbandingan arus harmonisa ganjil orde ke-3 sampai 13 penyearah SPWM beban R= 20 Ω, impedansi input R in = 0,001 Ω, L in = 4 mH setelah filterisasi harmonisa orde ke-3, 5, 7 dan 9 menggunakan filter single tune dengan standar IEC61000-3-2 kelas D Parameter pengukuran Setelah menggunakan filter single tune pada harmonisa orde ke-3, 5, 7 dan 9 Standar IEC610003-2 kelas D A Vs Volt 220 Is A 193,27 THDv THDi 3,51 Idc A 10,57 Vdc Volt 211,33 COS ϕ 0,98 I fund A 193,15 I 3 A 0,52 2,3 I 5 A 0,02 1,14 I 7 A 0,01 0,77 I 9 A 0,00 0,4 I 11 A 0,06 0,33 I 13 A 0,06 0,21 3. Beban R = 5 Ω dan L = 50 mH Pada simulasi ini impedansi input diatur R = 1 Ω dan L = 20 mH. Indeks modulasi pembangkit pulsa gate IGBT SPWM sebesar 0,2 dan frekuensi carier sebesar 2000 Hz. Rangkaian simulasi filterisasi dengan filter single tune dengan beban tersebut ditunjukkan oleh Gambar 3.23: Universitas Sumatera Utara 105 Gambar 3.23. Rangkaian simulasi filter single tune pada penyearah SPWM beban R = 5 Ω dan L = 50 mH Hasil simulasi arus dan tegangan input dari rangkaian Gambar 3.23 ditunjukkan oleh Gambar 3.24: Gambar 3.24. Grafik tegangan atas dan arus bawah input hasil simulasi penyearah SPWM beban R = 5 Ω dan L= 50 mH setelah filterisasi harmonisa orde ke-3 dan 5 dengan filter single tune 0.2 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.27 0.28 0.29 -200 200 Time s V v o lt 0.2 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.27 0.28 0.29 -50 50 Time s I A Universitas Sumatera Utara 106 Spektrum harmonisa dari grafik gelombang arus input pada Gambar 3.24 ditunjukkan oleh Gambar 3.25: Gambar 3.25. Spektrum harmonisa arus input penyearah SPWM beban R = 5 Ω dan L= 50 mH hasil simulasi setelah filterisasi harmonisa orde ke-3 dan 5 dengan filter single tune Dari hasil simulasi dan spektrum harmonisa arus input penyearah diperoleh nilai maksimum arus harmonisa ke-3, 5, 7, 9, 11, dan 13. Untuk merubah besaran maksimum tersebut ke dalam nilai rms, maka nilai yang diperoleh dari simulasi dibagi dengan atau 1,414. Harga rms yang diperoleh dibandingkan dengan standar IEC61000-3-2 kelas D seperti ditunjukkan Tabel 3.8: 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Harmonic order Fundamental 50Hz = 37.59 , THD= 4.46 M a g o f F u n d a m e n t a l Universitas Sumatera Utara 107 Tabel 3.8. Perbandingan arus harmonisa ganjil orde ke-3 sampai 13 penyearah SPWM beban R= 5 Ω dan L= 50 mH, impedansi input R in = 1 Ω, L in = 20 mH setelah filterisai harmonisa orde ke-3 dan 5 menggunakan filter single tune dengan standar IEC61000-3-2 Parameter pengukuran Setelah menggunakan filter single tune pada harmonisa orde ke-3 dan 5 Standar IEC610003-2 kelas D A Vs Volt 220 Is A 26,61 THDv THDi 4,46 Idc A 28,32 Vdc Volt 141,6 COS ϕ 0,82 I fund A 26,58 I 3 A 0,04 2,3 I 5 A 0,01 1,14 I 7 A 0,18 0,77 I 9 A 0,15 0,4 I 11 A 0,11 0,33 I 13 A 0,07 0,21 4. Beban R = 20 Ω dan L = 200 mH Pada simulasi ini impedansi input yang dipergunkan adalah R= 0,00 1 Ω dan L = 8 mH. Indeks modulasi pembangkit pulsa gate IGBT SPWM sebesar 0,99 dan frekuensi carier sebesar 10000 Hz. Rangkaian simulasi filterisasi ditunjukkan oleh Gambar 3.26: Universitas Sumatera Utara 108 Gambar 3.26. Rangkaian simulasi filter single tune pada penyearah SPWM beban R = 20 Ω dan L = 200 mH Hasil simulasi rangkaian pada Gambar 3.26 menghasilkan grafik gelombang tegangan dan arus sepetti ditunjukkan oleh Gambar 3.27: Gambar 3.27. Grafik tegangan input atas dan arus input bawah hasil simulasi penyearah SPWM beban R = 20 Ω dan L= 200 mH setelah filterisasi harmonisa orde ke-3, 5, 7 dan 9 menggunakan filter single tune 1 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 -350 -220 220 350 FFT window: 5 of 122.5 cycles of selected signal V vol t 1 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 -20 -10 10 20 FFT window: 5 of 122.5 cycles of selected signal Time s I A Universitas Sumatera Utara 109 Spektrum harmonisa arus input pada Gambar 3.27 ditunjukkan oleh Gambar 3.28: Gambar 3.28. Spektrum harmonisa arus input hasil simulasi penyearah SPWM beban R = 20 Ω dan L = 200 mH setelah filterisasi harmonisa orde ke-3, 5, 7 dan 9 menggunakan filter single tune Nilai-nilai yang diperoleh dari simulasi yang dilakukan dibandingkan dengan standar IEC61000-3-2 kelas D dirangkum pada Tabel 3.9 berikut ini. Nilai arus setelah menggunakan filter single tune pada harmonisa orde ke-3, 5, 7, 9 , 11 dan 13 pada Tabel 3.9 adalah nilai arus harmonisa maksimum hasil simulasi dibagi dengan atau 1,414 atau nilai rms dari arus harmonisa. 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 1 2 3 4 5 Harmonic order Fundamental 50Hz = 13.29 , THD= 9.28 M a g of F unda m e nt a l Universitas Sumatera Utara 110 Tabel 3.9. Perbandingan harmonisa ganjil orde ke-3 sampai 13 penyearah SPWM beban R= 20 Ω dan L= 200 mH, impedansi input R in = 0,00 1 Ω, L in = 8 mH setelah filterisasi harmonisa orde ke-3, 5, 7 dan 9 menggunakan filter single tune dengan standar IEC61000-3-2 kelas D Parameter Setelah menggunakan filter single tune pada harmonisa orde ke-3, 5, 7 dan 9 Standar IEC610003-2 kelas D A Vs Volt 220 Is A 9,44 THDv THDi 9,28 Idc A 10,01 Vdc Volt 200,14 COS ϕ 0,99 I fund A 9,40 I 3 A 0,34 2,3 I 5 A 0,07 1,14 I 7 A 0,02 0,77 I 9 A 0,01 0,4 I 11 A 0,13 0,33 I 13 A 0,13 0,21 3.4.2. Perhitungan Parameter Filter Double Tune Perhitungan parameter filter double tune dilakukan dengan menggunakan parameter filter single tune pada sub Bab 3.4.1 dan rumus-rumus dari Bab 2.6.5, Persamaan 2.45 sampai 2.50. Untuk penyearah SPWM dengan beban R = 50 ohm perhitungannya adalah sebagai berikut: Universitas Sumatera Utara 111 1. Dari perhitungan filter single tune pada sub bab 3.4.1untuk beban R = 5 Ω pada harmonisa ke-3 dan ke-5, diperoleh: Dengan memperhatikan Gambar 2.15 maka dapat dirubah notasi untuk mengkonversikan dua buah fiter single tune menjadi satu buah filter double tune yaitu: Parameter dimasukkan ke Persamaan 2.45 sampai Persamaan 2.50. sebagai berikut: 0,6 Universitas Sumatera Utara 112 Ω Universitas Sumatera Utara 113 F Ω 7. Dari perhitungan di atas diperoleh parameter-parameter filter double tune untuk beban R= 5 Ω seperti ditunjukkan Tabel 3.10: Universitas Sumatera Utara 114 Tabel 3.10. Hasil perhitungan parameter filter double tune Parameter filter Nilai hasil perhitungan R 1 Ω 0,1 L 1 mH 1,04 C 1 µF 571,11 R 2 Ω 0,00179 L 2 mH 0,29711 C 2 µ F 2579,3 R 3 Ω 0,02659 Untuk semua konfigurasi beban dilakukan perhitungan filter double tune seperti di atas sehingga diperoleh tabel-tabel seperti pada Lampiran A. Hasil perhitungan terhadap parameter filter double tune dimasukkan pada rangkaian simulasi dan disimulasikan sehingga diperoleh hasil sebagai berikut: 1. Beban R = 5 Ω Untuk melakukan simulasi penyearah SPWM dengan filter double tune pada beban R = 5 Ω diatur impedansi input R = 0,001 Ω dan L = 7 mH. Indeks modulasi pembangkit pulsa gate IGBT SPWM sebesar 0,49 dan frekuensi carier sebesar 2000 Hz. Rangkaian simulasi filterisasi ditunjukkan oleh Gambar 3.29: Universitas Sumatera Utara 115 Gambar 3.29. Rangkaian simulasi filter double tune pada penyearah SPWM dengan beban R = 5 Ω Gelombang tegangan dan arus hasil simulasi rangkaian pada Gambar 3.29 ditunjukkan oleh Gambar 3.30: Gambar 3.30. Grafik tegangan atas dan arus bawah input hasil simulasi penyearah SPWM beban R = 5 Ω setelah filterisasi harmonisa orde ke-3 dan 5 menggunakan filter double tune 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 -200 200 Time s V v o lt 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 -100 -50 50 100 Time s I A Universitas Sumatera Utara 116 Spektrum harmonisa arus input pada Gambar 3.30 ditunjukkan oleh Gambar 3.31: Gambar 3.31. Spektrum harmonisa arus input hasil simulasi penyearah SPWM beban R = 5 Ω setelah filterisasi harmonisa orde ke-3 dan 5 menggunakan filter double tune Dari hasil simulasi dan spektrum harmonisa arus input penyearah diperoleh nilai arus harmonisa maksimum ke-3, 5, 7, 9, 11, dan 13. Untuk merubah besaran maksimum tersebut ke dalam nilai arus harmonisa rms, maka nilai yang diperoleh dari simulasi dibagi dengan atau 1,414. Harga rms yang diperoleh dibandingkan dengan standar IEC61000-3-2 kelas D seperti ditunjukkan Tabel 3.11: 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 1 2 3 4 5 Harmonic order Fundamental 50Hz = 109.6 , THD= 2.07 M a g o f F u n d a m e n t a l Universitas Sumatera Utara 117 Tabel 3.11. Perbandingan arus harmonisa ganjil orde ke-3 sampai 13 penyearah SPWM beban R= 5 Ω impedansi input Rin= 0,001 Ω, Lin= 7 mH setelah filterisasi harmonisa orde ke-3 dan 5 menggunakan filter double tune dengan standar IEC610003-2 kelas D Parameter Setelah menggunakan filter double tune pada harmonisa orde ke-3 dan 5 Standar IEC610003- 2 kelas D A Vs Volt 220 Is A 77,44 THDv THDi 2,06 Idc A 21,30 Vdc Volt 106,49 COS ϕ 0,84 I fund A 77,46 I 3 A 0,35 2,3 I 5 A 0,02 1,14 I 7 A 0,04 0,77 I 9 A 0,01 0,4 I 11 A 0,01 0,33 I 13 A 0,01 0,21 2. Beban R = 20 Ω Untuk melakukan simulasi penyearah SPWM dengan filter double tune pada beban R = 20 Ω diatur impedansi input R = 0,001 Ω dan L = 4 mH. Indeks modulasi pembangkit pulsa gate IGBT SPWM diatur sebesar 0,9 dan frekuensi carier sebesar 2000 Hz. Rangkaian simulasi filterisasi ditunjukkan oleh Gambar 3.32: Universitas Sumatera Utara 118 Gambar 3.32. Rangkaian simulasi filter double tune pada penyearah SPWM dengan beban R = 20 Ω Tegangan dan arus input hasil simulasi rangkaian pada gambar 3.32 ditunjukkan oleh Gambar 3.33: Gambar 3.33. Grafik tegangan atas dan arus bawah input hasil simulasi penyearah SPWM beban R = 20 Ω setelah filterisasi harmonisa orde ke-3, 5, 7 dan 9 menggukan filter double tune 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 -200 200 Time s V v o lt 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 -200 200 Time s I A Universitas Sumatera Utara 119 Spektrum harmonisa gelombang arus input pada gambar 3.33 ditunjukkan oleh Gambar 3.34: Gambar 3.34. Spektrum harmonisa hasil simulasi setelah filterisasi harmonisa orde ke-3, 5, 7 dan 9 menggukan filter double tune pada penyearah SPWM beban R = 20 Ω Nilai-nilai hasil simulasi dikumpulkan dan dibandingkan dengan standar IEC61000- 3-2 kelas D, nilai arus setelah menggunakan filter double tune pada harmonisa orde ke-3, 5, 7 dan 9, 11 dan 13 pada Tabel 3.12 diperoleh dari nilai maksimum arus 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 1 2 3 4 5 Harmonic order Fundamental 50Hz = 273.7 , THD= 3.67 M a g o f F u n d a m e n t a l Universitas Sumatera Utara 120 harmonisa hasil simulasi dibagi dengan atau 1,414, sehingga diperoleh Tabel 3.12: Tabel 3.12. Perbandingan arus harmonisa ganjil orde ke-3 sampai 13 penyearah SPWM beban R= 20 Ω impedansi input Rin= 0,001Ω dan Lin= 4 mH setelah filterisasi harmonisa orde ke-3, 5, 7 dan 9 menggunkan filter double tune dengan standar IEC61000-3-2 kelas D Parameter Setelah menggunakan filter double tune pada harmonisa orde ke-3, 5, 7 dan 9 Standar IEC610003-2 kelas D A Vs Volt 220 Is A 193,69 THDv THDi 3,67 Idc A 10,49 Vdc Volt 209,75 COS ϕ 0,87 I fund A 193,56 I 3 A 2,45 2,3 I 5 A 0,20 1,14 I 7 A 0,13 0,77 I 9 A 0,01 0,4 I 11 A 0,06 0,33 I 13 A 0,06 0,21 3. Beban R = 5 Ω L = 50 mH Untuk melakukan simulasi penyearah SPWM dengan filter double tune pada beban R = 5 Ω dan L = 50 mH diatur impedansi input R = 1 Ω dan L= 20 mH. Indeks modulasi pembangkit pulsa gate IGBT diatur sebesar 0,2 dan frekuensi carier sebesar 2000 Hz. Rangkaian simulasi filterisasi ditunjukkan oleh Gambar 3.35: Universitas Sumatera Utara 121 Gambar 3.35. Rangkaian simulasi filter double tune pada penyearah SPWM beban R= 5 Ω dan L= 50 mH Hasil simulasi rangkaian Gambar 3.35 diperoleh grafik gelombang tegangan dan arus seperti ditunjukkan oleh Gambar 3.36: Gambar 3.36. Grafik tegangan atas dan arus bawah input hasil simulasi penyearah SPWM beban R= 5 Ω dan L= 50 mH setelah filterisasi harmonisa orde ke-3 dan 5 menggunakan filter double tune 0.2 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.27 0.28 0.29 -200 200 V v o lt 0.2 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.27 0.28 0.29 -40 -20 20 40 Time s I A Universitas Sumatera Utara 122 Spektrum harmonisa yang dihasilkan dari grafik arus input pada Gambar 3.36 ditunjukkan oleh Gambar 3.37: Gambar 3.37. Spektrum harmonisa arus input hasil simulasi penyearah SPWM beban R= 5 Ω dan L= 50 mH setelah filterisasi harmonisa orde ke-3 dan 5 menggunakan filter double tune Dari hasil simulasi dan spektrum harmonisa arus input penyearah diperoleh nilai maksimum arus harmonisa orde ke-3, 5, 7, 9, 11, dan 13. Untuk merubah besaran maksimum tersebut ke dalam nilai rms, maka nilai yang diperoleh dari simulasi dibagi dengan atau 1,414. Harga rms yang diperoleh dibandingkan dengan standar IEC61000-3-2 kelas D seperti ditunjukkan Tabel 3.13: 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 2 3 4 5 Harmonic order Fundamental 50Hz = 37.69 , THD= 4.46 M a g o f F u n d a m e n t a l Universitas Sumatera Utara 123 Tabel 3.13. Perbandingan arus harmonisa ganjil orde ke-3 sampai 13 penyearah SPWM beban R= 5 Ω dan L= 50 mH, impedansi input Rin= 1 Ω, Lin= 20 mH setelah filterisasi harmonisa orde ke-3 dan 5 menggunakan filter double tune dengan standar IEC 61000-3-2 kelas D Parameter Setelah menggunakan filter double tune pada harmonisa orde ke-3 dan 5 Standar IEC610003-2 kelas D A Vs Volt 220 Is A 26,67 THDv THDi 4,46 Idc A 28,24 Vdc Volt 141,21 COS ϕ 0,82 I fund A 26,65 I 3 A 0,11 2,3 I 5 A 0,00 1,14 I 7 A 0,17 0,77 I 9 A 0,15 0,4 I 11 A 0,11 0,33 I 13 A 0,07 0,21 4. Beban R = 20 Ω dan L = 200 mH Untuk melakukan simulasi penyearah SPWM dengan filter double tune pada beban R = 20 Ω dan L = 200 mH diatur impedansi input R = 0,001 Ω dan L= 8 mH. Indeks modulasi pembangkit pulsa gate IGBT SPWM diatur sebesar 0,99 dan frekuensi carier sebesar 10000 Hz. Rangkaian simulasi filterisasi dengan filter double tune ditunjukkan oleh Gambar 3.38: Universitas Sumatera Utara 124 Gambar 3.38. Rangkaian simulasi filter double tune pada penyearah SPWM dengan beban R = 20 Ω dan L = 200 mH Grafik gelombang tegangan dan arus hasil simulasi rangkaian pada gambar 3.18 ditunjukkan oleh Gambar 3.39: Gambar 3.39. Grafik tegangan atas dan arus bawah input hasil simulasi penyearah SPWM dengan beban R= 20 Ω dan L= 200 mH setelah filterisasi harmonisa orde ke-3, 5, 7 dan 9 menggunakan filter double tune 1 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 -350 -220 220 350 FFT window: 5 of 137.7 cycles of selected signal Time s V vol t 1 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 -20 -10 10 20 FFT window: 5 of 137.7 cycles of selected signal Time s I A Universitas Sumatera Utara 125 Spektrum harmonisa dari arus input pada Gambar 3.39 ditunjukkan oleh Gambar 3.40: Gambar 3.40. Spektrum harmonisa arus input hasil simulasi penyearah SPWM beban R= 20 Ω dan L= 200 mH setelah filterisasi harmonisa orde ke-3, 5, 7 dan 9 menggunakan filter double tune Nilai-nilai hasil simulasi dirangkum dan dibandingkan dengan standar IEC61000-3-2 kelas D, sehingga diperoleh Tabel 3.14. Nilai arus setelah menggunakan filter double tune pada harmonisa orde ke-3, 5, 7, 9, 11, dan 13 pada Tabel 3.14 diperoleh dari nilai arus harmonisa maksimum hasil simulasi dibagi dengan atau 1,414. 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 1 2 3 4 5 Harmonic order Fundamental 50Hz = 13.25 , THD= 9.51 M a g o f F u n d a m e n t a l Universitas Sumatera Utara 126 Tabel 3.14. Perbandingan arus harmonisa ganjil orde ke-3 sampai 13 penyearah SPWM beban R= 20 Ω dan L= 200 mH, impedansi input Rin= 0,001 Ω, Lin= 8 mH setelah filterisasi harmonisa ke-3, 5, 7 dan 9 menggunakan filter double tune dengan standar IEC61000-3-2 kelas D Parameter Setelah menggunakan filter double tune pada harmonisa orde ke-3, 5, 7 dan 9 Standar IEC610003-2 kelas D A Vs Volt 220 Is A 9,41 THDv THDi 9,50 Idc A 9,99 Vdc Volt 199,82 COS ϕ 0,99 I fund A 9,38 I 3 A 0,39 2,3 I 5 A 0,09 1,14 I 7 A 0,04 0,77 I 9 A 0,01 0,4 I 11 A 0,13 0,33 I 13 A 0,13 0,21 Seluruh data hasil penelitian pada Bab 3 ini akan dilakukan analisa pada Bab 4 mengenai Hasil dan Analisis. Universitas Sumatera Utara 127

BAB 4 HASIL DAN ANALISIS