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