Perbandingan Penggunaan Filter Single Tuned dan Second Order untuk Mereduksi Harmonisa pada Motor Induksi Satu Fasa yang dijalankan dengan Programmable Logic Control
PERBANDINGAN PENGGUNAAN FILTER SINGLE TUNED DAN
SECOND ORDER UNTUK REDUKSI HARMONISA PADA MOTOR INDUKSI SATU FASA YANG DIJALANKAN DENGAN PROGRAMMABLE LOGIC CONTROL TESIS OLEH NAMA : A D A M NIM : 107034004 PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
PERBANDINGAN PENGGUNAAN FILTER SINGLE TUNED DAN
FILTER SECOND ORDER NTUK MEREDUKSI HARMONISA PADA MOTOR INDUKSI SATU FASA YANG DIJALANKAN DENGAN PROGRAMMABLE LOGIC CONTROL TESIS Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara OLEH A D A M 107034004/TE FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
Telah diuji pada Tanggal : 12 Desember 2014 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Prof. Dr. Ir. Usman Baafai Anggota : 1. Dr. Eng. Ariadi Hazmi
2. Prof. Drs. Tulus, M.Si, Ph.D
3. Dr. Marwan Ramli, M.Si
ABSTRAK Programmable Logic Control (PLC) merupakan suatu mikrokontroller yang
dibuat untuk keperluan dunia industri, penggunaan Programmable Logic Control (PLC) sebagai pengontrol dalam menjalankan motor induksi satu fasa untuk peroses diindustri, dimana Programmable Logic Control (PLC) mempunyai karaktristik beban tidak linear yang pembangkit harmonisa. Oleh sebab itu harmonisa yang timbul pada Programmable Logic Control (PLC) dapat direduksi dengan menggunakan filter passive single tuned dan passive second order sehingga memenuhi standar IEC61000-3-2 kelas D. Perbandingan penggunaan kedua filter pasif ini untuk mengurangi harmonisa tersebut dengan menggunakan program
Matlab/Simulink dapat diketahui hasil yaitu dengan penggunaan passive single tuned filter dapat mereduksi total distorsi harmonisa arus (THDi) dari 116,4% menjadi
16,55% sedangkan passive second order filter mereduksi total distorsi harmonisa arus (THDi) dari 116,4% menjadi 17,59%. Pada setiap orde impedansi passive
single tuned filter lebih kecil daripada impedansi passive second order filter, impedansi yang besar menyababkan panas lebih pada filter.
Kata-kata Kunci: Programmable Logic Control (PLC), THDi , passive single tuned filter. passive second order filter, impedansi harmonisa.
ABSTRACT Programmable Logic Control (PLC) is a microcontroller made to meet the need of the industrial world. The use of Programmable Logic Control (PLC) as a control device in running one-phase induction motor to do a processing job in the world of industry, where the Programmable Logic Control (PLC) has a non-linear load characteristic generating harmonisa. Therefore, harmonisa arised in the Programmable Logic Control (PLC) can be reduced by using the passive single tuned filter and the passive second order filter that it can meet the standard of IEC61000- 3-2 Class D. The comparison of the use of these two passive filters to reduce the harmonisa by using Matlab/Simulink program as known their results such as by using passive single tuned filter can reduce the total distortion of harmonisa current (THDi) from 116.4% to 16.55% while by using passive second order filter can reduce the total distortion of harmonisa current (THDi) from 116.4% to 17.59%. At every order, the impedance of passive singled tuned filter was less than the impedance of passive second order filter. Greater impedance can cause the filter experience much more heat. Keywords: Programmable Logic Control (PLC), THDi, Passive Single Tuned Filter, Passive Second Order Filter, Harmonisa Impedance
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya. Shalawat beriring salam kepangkuan Nabi Muhammad SAW yang telah membawa umat manusia ke alam yang penuh dengan ilmu pengetahuan. Alhamdulillah, akhirnya penulis dapat menyelesaikan tesis ini dengan judul
“Perbandingan Penggunaan Filter Single Tuned dan Second Order untuk Mereduksi Harmonisa pada Motor Induksi Satu Fasa yang dijalankan dengan Programmable Logic Control”.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai selaku ketua pembimbing, Bapak Dr. Eng. Ariadi Hazmi selaku anggota pembimbing yang telah banyak memberikan arahan dalam penyusunan tesis ini. Terima kasih juga saya ucapkan kepada Bapak Prof. Dr. Tulus, M.Si dan Bapak Dr. Marwan Ramli, M.Si yang banyak memberikan masukan untuk kesempurnaan tesis ini.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc (CTM), Sp. A(K), selaku Rektor Universitas Sumatera Utara dan kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan untuk mengikuti pendidikan Magister Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara. Bapak Suherman, Ph.D selaku Ketua Program Studi. Bapak Drs. Hasdari Helmi, MT selaku Sekretaris Program Studi dan seluruh pegawai Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, penulis ucapkan terima kasih yang sebesar- besarnya atas segala bantuan fasilitas yang telah diberikan. Kepada Bapak-Bapak staf pengajar penulis ucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya atas bantuan dan kerjasamanya selama perkuliahan.
Kepada rekan-rekan sesama mahasiswa angkatan ketiga Tahun Akademik 2010/2011 Program Studi Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan, penulis ucapkan terima kasih atas bantuan, dukungan, dan kerjasama yang baik selama ini.
Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan banyak terima kasih, isteri tercinta Yunelly Asra, SE. MM, anak tersayang Muhammad Shiddiq Al Amien serta seluruh keluargaku atas segala motivasi, dorongan semangat, pengertian dan do’anya.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penulisan ini, penulis tetap mengharapkan masukan, kritik dan saran demi kesempurnaan tesis ini.
Akhir kata semoga Allah SWT selalu merahmati kita semua dan hasil penelitian ini bermanfaat bagi kita semua, amiin.
Medan, Desembar 2014 Penulis,
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK…………............................................................................................ i KATA PENGANTAR ....................................................................................... iii DAFTAR ISI........................................................................................................ v DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... viii DAFTAR TABEL .............................................................................................. x BAB 1 PENDAHULUAN .............................................................................
1 1.1 Latar Belakang .............................................................................
1 1.2 Perumusan Masalah .....................................................................
7 1.3 Batasan Masalah ..........................................................................
7 1.4 Tujuan Penelitian .........................................................................
8 1.5 Manfaat Penelitian .......................................................................
8 1.6 Sistematika Penulisan …………………………………………...
9 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA .................................................................
11 2.1 Motor Induksi Satu Fasa ..............................................................
11 2.2 Programmable Logic Control (PLC) ..........................................
16 2.3 Harmonisa ....................................................................................
21 2.3.1 Perhitungan Harmonisa ......................................................
22 2.3.2 Mengurangi Harmonisa ......................................................
24 2.3.3 Batasan Harmonisa ............................................................
25
2.4 Filter Pasif ....................................................................................
3.7 Perhitungan Impedansi Filter Passive Single Tuned ……...........
4.3 Harmonisa Arus Setelah Pemasangan Passive Single Second Order ...........................................................................................
63
4.2 Harmonisa Arus Setelah Pemasangan Passive SingleTuned Filter.................................................................................. ...........
63
63 4.1 Pendahuluan .................................................................................
55 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN.........................................................
3.9 Rangkaian Simulasi MATLAB/Simulink ………………………
54
52
49
3.8 Perhitungan Impedansi Filter Passive Second Order…………...
46 3.6 Perhitungan Passive Second Order Filter...................................
2.4.1 Passive Single Tuned Filter .................................................
44 3.5 Perhitungan Passive Single Tuned Filter.....................................
3.4 Klasifikasi Arus Harmonisa Programmable Logic Control (PLC) Berdasarkan Standar IEC 61000-3-2 Kelas D................
43
42 3.3 Hasil Pengukuran ........................................................................
40 3.2 Teknik Analisa Data.....................................................................
40 3.1 Teknik Pengukuran.......................................................................
38 BAB 3 METODE PENELITIAN.................................................................
33
31
28
2.4.3 Passive Second Order Filter ..............................................
2.4.2 Merancang Passive Single Tuned Filter .............................
65
4.4 Perbandingan Hasil Simulink Passive Single Tuned Filter dan
Passive Second Order Filter untuk Mereduksi Harmonisa Arus pada Programmable Logic Control (PLC) .......................
66 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN..........................................................
71 5.1 Kesimpulan...................................................................................
71 5.2 Saran.............................................................................................
72 DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................
73 LAMPIRAN ………………………………………………………………… ... 76
DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman
32 2.12 Segi tiga Daya Untuk Menentukan Kebutuhan Daya Reaktif Q ...............
57 3.4 Gelombang Tegangan Simulasi Sebelum Pemasangan Filter ...................
57 3.3 Hasil Simulasi Matlab/simulink Sebelum Pemasangan Filter ...................
41 3.2 Rangkaian Simulasi Sebelum Pemasangan Filter Pasif ............................
38
Diagram Segaris Pengukuran dengan Alat Ukur Fluke 43B …………….
3.1 Passive Second Order Filter.......................................................................
2.14
37
33 2.13 Frekuensi Respon Single Tuned Filter .......................................................
32 2.11 Kompensasi Gelombang Filter ..................................................................
2.1 Konstruksi Motor Induksi Satu FasA (a) Bagian-bagin Motor Induksi (b) Penempatan Stator dan Rotor ..............................................................
31 2.10 Prinsip Pereduksian Harmonisa..................................................................
30 2.9 Single Tuned Filter ....................................................................................
2.8 Filter Fassive High-Pass, (a) First-Order, (b) Second Order, (c) Third-Order..
30
29 2.7 Filter Fassive Tuned (a).Single Tuned (b) Double Tuned ................................
21 2.6 Rangkaian Filter Pasif Dalam Sistem .......................................................
19 2.5 Bentuk Gelombang Gelombang Terdistorsi Harmonisa ke-3,5 dan 7 .......
18 2.4 Sistem Komponen Programmable Logic Control (PLC) ..........................
17 2.3 Rangkaian Komponen-komponen Programmable Logic Control (PLC) ..
12 2.2 Susunan Bagian-bagian Programmable Logic Control (PLC) ..................
58
3.5 Spektrum Tegangan Simulasi Sebelum Pemasangan Filter .....................
58 3.6 Gelombang Arus Simulasi Sebelum Pemasangan Filter ..........................
58 3.7 Spektrum Arus Simulasi Sebelum Pemasangan Filter .............................
58 3.8 Rangkaian Simulasi dengan Filter Passive Single Tuned .........................
59 3.9 Rangkaian Simulasi dengan Filter Passive Second Order........................
61 4.1 Bentuk Gelombang Arus Passive Single Tuned Filter ............................
64
4.2 Spektrum Harmonisa Arus Passive Single Tuned Filter.....................................
64 4.3 Bentuk gelombang Arus Passive Second Order Filter .............................
65 4.4 Spektrum Harmonisa Arus Passive Second Order Filter.........................
65
4.5 Diagram perbandingan sebelum pemasangan filter dengan Passive
Single Tuned Filter dan Passive Second Order Filter...............................
68
4.6 Grafik Hubungan Impedansi dengan Harmonisa Arus Passive Single
Tuned Filter dan Passive Second Order Filter...........................................
70
DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman
1.1 Klasifikasi arus harmonisa pengukuran berdasarkan standar IEC 61000-3-2 Kelas D Programmable Logic Control (PLC) dengan daya 70 Watt ............................................................................................
4 1.2 Penelitian Yang Sudah Dilakukan............................................................
5 2.1 Masukan Programmable Logic Control (PLC) .......................................
20 2.2 Batas Arus Harmonisa IEC 61000-3-2 Kelas A ......................................
26 2.3 Batas Arus Harmonisa IEC 61000-3-2 Kelas B ......................................
27 2.4 Batas Arus Harmonisa IEC 61000-3-2 Kelas C ......................................
27 2.5 Batas Arus Harmonisa IEC 61000-3-2 Kelas D ......................................
28 3.1 Impedansi Kabel Saluran..........................................................................
42 3.2 Hasil Pengukuran Programmable Logic Control (PLC).........................
43 3.3 Hasil Pengukuran Individual Distorsi Harmonisa Arus dan Tegangan....
44
3.4 Klasifikasi arus harmonisa pengukuran berdasarkan standart IEC 61000-3-2 Kelas D Programmable Logic Control (PLC) dengan daya 70 Watt ....................................................................................................
45
3.5 Hasil simulasi IHDi setelah Pemasangan Filter Passive Single Tuned pada Programmable Logic Control (PLC) ..............................................
60
3.6 Hasil simulasi IHDi setelah Pemasangan Filter Passive Second Order pada Programmable Logic Control (PLC) .............................................
62
4.1 Perbandingan arus harmonisa pada Programmable Logic Control
67 (PLC) sebelum dan sesudah pemasangan passive single tuned filter dan passive second order filter ...............................................................
4.2 Perbandingan Impedansi Filter yang digunakan pada Programmable
69 Logic Control (PLC) ..............................................................................