Perbandingan Passive LC Filter Dan Passve Single Tuned Filter Untuk Mereduksi Harmonisa Variable Speed Drive Dengan Beban Motor Induksi Tiga Fasa

BAB 1
PENDAHULUAN
1.1.

Latar Belakang
Motor induksi tiga fasa cukup banyak digunakan sebagai penggerak utama

mesin-mesin di dunia industri. Hal ini dikarenakan motor induksi mempunyai
beberapa keuntungan antara lain, bentuknya yang sederhana, konstruksinya cukup
kuat, harganya relatif murah dan kehandalannya tinggi. Efisiensi tinggi pada keadaan
normal, tidak menggunakan sikat sehingga rugi-rugi gesekan dapat dikurangi dan
perawatannya yang minimum. Pada waktu mulai beroperasi tidak memerlukan
tambahan peralatan khusus, sehingga motor induksi mulai menggeser pemasangan
motor DC pada industri. Namun yang menjadi kelemahan dari motor induksi salah
satunya adalah tidak mampu mempertahankan kecepatannya dengan konstan bila
terjadi perubahan beban. Motor induksi memiliki beberapa karakteristik parameter
yang tidak linier, terutama resistansi rotor yang memiliki nilai yang bervariasi untuk
kondisi operasi yang berbeda, sehingga tidak dapat mempertahankan kecepatannya
secara konstan bila terjadi perubahan beban. Apabila terjadi perubahan beban maka
kecepatan motor induksi akan menurun. Untuk mendapatkan kecepatan konstan serta
memperbaiki kinerja motor induksi terhadap perubahan beban, maka dibutuhkan

suatu pengaturan. Kemampuan pengaturan kecepatan putaran motor tergantung pada
jenis motor serta sistem pengendalinya. Sebagian besar alat yang digunakan sebagai
pengatur kecepatan putaran motor induksi tiga fasa adalah Variable Speed Drive
(VSD) [1],[2],[3].
1

Universitas Sumatera Utara

2

VSD merupakan suatu peralatan di mana komponen yang ada di dalamnya
merupakan beban non linear. Pada beban non linear, beban tidak lagi
menggambarkan bentuk gelombang arus dan tegangan yang proporsional. Pemakaian
beban non linear akan menghasilkan bentuk gelombang arus dan tegangan sinusoidal
yang tidak murni. Akibatnya akan terbentuk gelombang sinusoidal terdistorsi yang
akan menghasilkan harmonisa sehingga akan dapat menimbulkan beberapa kerugian,
seperti: menurunkan kualitas sistem tenaga listrik yang mengakibatkan pemanasan
pada peralatan, penurunan faktor daya, naiknya distorsi terhadap input, kegagalan
fungsi dari peralatan elektronik yang sensitif, menurunkan efisiensi. [1]. Banyaknya
pemasangan VSD sebagai alat pengatur kecepatan putaran motor induksi tiga fasa

pada suatu sistem tenaga, maka akan menyebabkan timbulnya harmonisa pada
keseluruhan sistem. Munculnya harmonisa pada sistem akan menyebabkan kerusakan
pada peralatan-peralatan lain yang tersambung pada sumber yang sama. Untuk
menurunkan harmonisa dapat dilakukan dengan menggunakan filter pasif seperti
passive LC filter maupun passive single tuned filter.
Dari pengukuran yang telah dilakukan dengan menggunakan alat ukur Power
Q Fluke 435 pada VSD pada beban motor induksi tiga fasa dengan daya 750 watt di
PLN Wilayah II Sumatera Utara. Besar harmonisa (THDi) yang dibangkitkan adalah
102.9% sedangkan harmonisa (THDv) sebesar 3.5%. Berdasarkan standar
International Electrotechnical commision (IEC) 61000-3-2 kelas A yang mengatur
batasan harmonisa untuk konsumen batasan harmonisanya harus disesuaikan [4],[5].
Sinyal harmonisa yang timbul berada pada daerah frekuensi diatas frekuensi
aslinya (fundamental). Masalah tersebut dapat diselesaikan dengan menggunakan

Universitas Sumatera Utara

3

filter pasif [6],[7]. Dengan menggabungkan antara komponen R, L, dan C akan
berbentuk filter yang disebut dengan filter pasif. Pemasangan filter pasif merupakan

solusi yang tepat untuk mengurangi kadar harmonisa yang timbul akibat pemakaian
beban non linear. Filter pasif mempunyai berbagai tipe. Pada umumnya tipe dari
rangkaian filter pasif adalah, passive LC filter , single tuned filter, filter orde dua,
filter orde tiga, serta filter tipe C. Penelitian ini menganalisa pemasangan
perbandingan passive LC filter dan single tuned filter. Pemakaian filter pasif ini
berfungsi sebagai penyedia jalur pada impedansi rendah untuk frekuensi resonansi
yang diinginkan [8].
Penelitian ini bermaksud menganalisis perbandingan passive LC filter dan
Passive single tuned filter

seberapa besar dapat

mereduksi atau mengurangi

harmonisa pada sisi input Variable Speed Drive pada beban motor induksi tiga fasa
dengan daya 750 watt. Banyak metode yang telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya
dalam hal meredam harmonisa dan sekaligus memperbaiki factor daya. Penelitian
yang sudah dilakukan sebelumnya berkaitan dengan model filter untuk meredam
harmonisa dengan berbagai teknologi seperti pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1 Penelitian mengenai model filter harmonisa yang telah dilakukan

No

Nama

Judul Penelitian

1.

Dahono
Pekik A.,
Purwandi,
Qamaruzza
man, IEEE,
1995 [6]

An LC Filter
Design Method
for
singlePhase
PWM

Inverter

Metode
Identifikasi
Harmonisa

Jenis Filter
yang
Dirancang

Simulasi
percobaan
dan
perhitungan.

Filter Pasif
LC

Hasil yang Diperoleh
Dari hasil percobaan

dan
perhitungan
didapat kesesuaian
dalam mengurangi
harmonisa.

Universitas Sumatera Utara

4

Tabel 1.1 (Sambungan)
Metode
Jenis Filter
Identifikasi
yang
Harmonisa Dirancang

No

Nama

Judul Penelitian

2.

Zargari,
Navid R.,
et al.
IEEE 1994
[7]

Input
Filter
Design
for
PWMCurrentSource
Rectifiers

3.

Rasjid
Harun,
ELTEK200
6 [9]

Kajian
Simulasi dan Filter
Pemasangan
percobaan
Pasif
Filter
Pasif
Sebagai
Pereduksi Efek
Harmonisa

Pemasangan filter untuk
mereduksi
harmonisa
yang ditimbulkan oleh

lampu hemat energi, dari
hasil pengujian %THDi
sebelum
pemasangan
filter adalah sebesar R
=15.9%,
S=10.9%,
T=12.1%,
setelah
pemasangan
filter
%THDi tereduksi yaitu
menjadi
R=2.7%,
S=2.1%, T=3.6%.

4

H. Ahmed
Khaled, J.

Finney
Stephen
and W.
Williams
Barry,
Electrical
Power
Quality and
Utilisation
2007 [10]

Passive Filter
Design For
Three-Phase
Inverter
Interfacing in
Distributed
Generation

Filter

Pasif
LCL

Dengan menggunakan
metode yang berbeda
pada setiap aplikasi
mempengaruhi
nilai
duksi harmonisa yang
dihasilkan pada inverter
yang terhubung grid
pada sistem generator
distribusi, tetapi nilai
yang dihasilkan tetap
sesuai di bawah standar
IEEE 519 yaitu 5%

5

Kim et all,
2011 [11]

Harmonic
Simulasi
Analysis
of Program
Reactor
and EMTP
Capasitor
in
Single
Tuned
Harmonic Filter
Application

Single
Tuned
Filter

Nilai THDv mengalami
penurunan dari 183%
menjadi 6,56%

Perhitungan
parameter
filter sampai
diperoleh
THD yang
diizinkan.

Simulasi
Program

Hasil yang Diperoleh

Filter
THD(i) 3%
menjadi < 3% dan
awal > 5% menjadi < 5%.

7

YoungSik Cho
dan Hanju
Cha
[2011]
[13]

simulasi
Singleprogram
Tuned
Passive
Harmonic
Filter
Design
Considerin
g Variances
of Tuning
And Quality
Factor

Single
Tuned
Filter

Nilai THDi yang terdapat
pada harmonisa ke-5, 7, 11,
dan 13 berkurang yaitu untuk
harmonisa ke-5 dari 72.6%
menjadi 7.9%, harmonisa ke7 dari 61.8% menjadi 11.2%,
harmonisa ke-11 dari 20.9%
menjadi 4.5% dan harmonisa
ke-13 dari 13.2% menjadi
2.9%.

8

Endi
Sofyandi
[2010]
[14]

Perancanga
n
SingleTuned Filter
Untuk
Mereduksi
Harmonik
Arus
Dengan
Simulasi
Program
ETAP
PowerStatio
n 5.0.3”

simulasi Single
program Tuned
ETAP
Filter
powersta
tion
5.0.3

Pemasangan filter untuk
setiap beban, sebagian besar
beban mengalami penurunan
THDi, beban TL 8 sebesar
50.71 %, beban TL 14
sebesar 45.51%, beban TL
14 sebesar 29.86%, beban
TV sebesar 45.3%, dan
beban PC sebesar 19.64%,
sedangkan
beban
yang
mengalami kenaikan THDi,
beban AC sebesar 0.21% dan
beban kulkas sebesar 5.57%.

Universitas Sumatera Utara

6

Dari penelitian yang telah dilakukan tersebut dengan berbagai teknologi
sehingga menghasilkan nilai yang sangat bervariasi dalam mereduksi harmonisa.
Perbedaan penelitian yang sudah dilakukan dengan yang akan dilakukan adalah
pemasangan passive LC filter atau passive single tuned filter di sisi input pada
Variable Speed Drive (VSD) dengan beban motor induksi tiga fasa, sementara
penelitian yang sudah dilakukan oleh Pekik A. Dahono pada tahun 1995
menggunakan passive LC filter di sisi keluaran pada inverter PWM satu fasa [6] ,
yang sudah dilakukan oleh Navid R Zargari pada tahun 1994 menggunakan passive
LC filter di sisi masukan pada inverter PWM tiga fasa [7] dan yang sudah dilakukan
Sofyandi Endi pada tahun 2010 menggunakan single tuned filter pada setiap beban
rumah tangga [14].
Perbedaannya adalah di mana pengunaan Variable Speed Drive (VSD) khusus
untuk beban non linear yaitu motor induksi dan input dari Variable Speed Drive
(VSD) pada penelitian ini adalah satu fasa sedangkan outputnya tiga fasa [15].
Sementara pemasangan inverter PWM bisa pada beban non linear selain dari motor
induksi seperti transformator, peralatan elektronik dan lain-lain. Pada penelitian
sebelumnya oleh

Pekik A. Dahono pada tahun 1995 pemasangan inverter PWM

memilik masukan satu fasa dan keluarannya satu fasa [6], sedangkan Navid R.
Zargari pada tahun 1994 pemasangan inverter PWM memiliki masukan tiga fasa dan
keluarannya tiga fasa [7].
Pada tesis ini membahas mengenai besarnya harmonisa baik harmonisa arus
maupun harmonisa tegangan yang dihasilkan oleh Variable Speed Drive tipe
ATV12H075 dengan daya 750 Watt. Penelitian yang diajukan pada tesis ini adalah

Universitas Sumatera Utara

7

perbandingan pemasangan passive LC filter dan passive single tuned filter pada sisi
input VSD tipe ATV12H075 dengan daya 750 Watt seberapa besar dapat mengurangi
harmonisa baik harmonisa arus maupun harmonisa tegangan. Untuk membandingkan
hasil kedua filter ini dilakukan dengan program simulasi menggunakan software
MATLAB/Simulink.
1.2.

Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang diuraikan di atas peneliti dapat merumuskan

masalah sebagai berikut :
1. Bagaimana mengidentifikasi harmonisa pada Variable Speed Drive dalam
pengaturan kecepatan motor induksi 3 fasa
2. Bagaimana merancang simulasi passive LC filter dan passive single tuned
filter

menggunakan Matlab / Simulink untuk mereduksi harmonisa pada

Variable Speed Drive
3. Bagaimana perbandingan harmonisa setelah filterisasi dengan menggunakan
passive LC filter dan passive single tuned filter pada Variable Speed Drive.
1.3.

Batasan Masalah
Adapun batasan masalah pada penelitian ini adalah :

1. Beban berupa motor Induksi tiga fasa
2. Motor Induksi dianggap stabil.
3. Filter yang digunakan adalah passive LC filter dan passive single tuned filter.

Universitas Sumatera Utara

8

4. Hanya menngalisis besarnya Individual Harmonic Distortion (IHD) yang
dihasilkan Variable Speed Drive setelah pemasangan passive LC filter dan
passive single tuned filter.
5. Harmonisa pada Variable Speed Drive dan filter akan dimodelkan dan
disimulasikan menggunakan MATLAB/Simulink.
6. Mengenai resonansi dan pengaruh terhadap sistem lain yang ditimbulkan oleh
pemakaian passive LC filter dan passive single tuned filter

merupakan

persoalan tersendiri dan tidak dibahas.
7. Tidak memperhitungkan nilai ekonomis.
8. Standar harmonisa yang digunakan mengikuti standar IEC61000-3-2 kelas A.
1.4.

Tujuan Penelitian
Adapun yang menjadi tujuan dari penelitian ini adalah:

1.

Merancang simulasi passive LC filter

dan Passive single tuned filter

menggunakan Matlab / Simulink untuk mereduksi harmonisa pada Variable
Speed Drive
2.

Untuk mengidentifikasi dan menganalisis sejauh mana pengaruh pemasangan
passive LC filter dan passive single tuned filter sebagai pereduksi akibat
munculnya harmonisa pada Variable Speed Drive.

3.

Untuk mengetahui perbandingan pemasangan passive LC filter dan passive
single tuned filter

dalam mereduksi harmonisa (IHDI dan IHDV) yang

dihasilkan Variable Speed Drive agar tercapai standar IEC61000-3-2 kelas A

Universitas Sumatera Utara

9

1.5.

Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah :

1. Mendapatkan kualitas daya listrik yang lebih baik dengan harmonisa yang
rendah dan faktor daya yang tinggi.
2. Mampu mengurangi harmonisa untuk keseluruhan sistem.
Dengan demikian diharapkan dimasa yang akan datang pemakaian
Variable Speed Drive sudah dilengkapi dengan filter yang dapat mengurangi
harmonisa.
1.6.

Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan sebagai berikut:

Bab 1: Berisikan pendahuluan yang terdiri dari latar belakang, perumusan masalah,
batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika
penulisan.
Bab 2: Berisikan tinjauan pustaka berkaitan dengan motor induksi tiga fasa,
Variable Speed Drive,

harmonisa, perhitungan harmonisa, batasan

harmonisa berdasarkan standar IEC61000-3-2, filter harmonisa, passive LC
filter , prinsip pereduksian harmonisa dari passive LC filter , merancang
passive LC filter , passive single tuned filter, prinsip pereduksian harmonisa
dari passive single tuned filter dan merancang passive single tuned filter .
Bab 3: Berisikan metodologi penelitian yang terdiri dari teknik pengukuran yang
dilakukan, data hasil pengukuran, perbandingan klasifikasi arus harmonisa

Universitas Sumatera Utara

10

pada Variable Speed Drive berdasarkan standar IEC61000-3-2 kelas A,
perhitungan nilai L, dan C dari passive LC filter , perhitungan nilai L, C dan
R dari passive single tuned filter, diagram simulasi MATLAB/ Simulink.
Bab 4: Berisikan hasil dan pembahasan yang berkaitan dengan harmonisa arus dan
harmonisa tegangan setelah pemakaian passive LC filter maupun passive
single tuned filter
passive LC filter

, dan perbandingan arus harmonisa kedua filter yaitu
dan passive single tuned filter

sebelum dan setelah

pemakaian filter.
Bab 5: Berisikan kesimpulan dan saran.

Universitas Sumatera Utara