Analisis Reduksi Harmonisa Pada Lampu LED 7 Watt Menggunakan Filter Pasif LC
ANALISIS REDUKSI
UKSI HARMONISA PADA LAMPU LED 7 WATT
MEN
ENGGUNAKAN FILTER PASIF LC
TESIS
OLEH
MUHAMMAD SAFRIL
117034001/TE
FAKULTAS TEKNIK
UNIV
NIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
ANALISIS REDUKSI HARMONISA PADA LAMPU LED 7 WATT
MENGGUNAKAN FILTER PASIF LC
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik
Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro
Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
OLEH :
MUHAMMAD SAFRIL
117034001/TE
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Judul Penelitian
: ANALISIS REDUKSI HARMONISA PADA
LAMPU LED 7 WATT MENGGUNAKAN
FILTER PASIF LC
Nama Mahasiswa
: Muhammad Safril
Nomor Induk Mahasiswa : 117034001
Program Studi
: Magister Teknik Elektro
Menyetujui
Komisi Pembimbing :
(Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST, MT)
Ketua
Ketua Program Studi
(Suherman, Ph.D)
Tanggal Lulus
: 13 Agustus 2015
(Suherman, Ph.D)
Anggota
Dekan,
(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam , MSME)
Telah diuji pada
Tanggal : 13 Agustus 2015
PANITIA PENGUJI TESIS:
Ketua
: Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST, MT
Anggota : 1. Suherman, Ph.D
2. Prof. Dr. Tulus, M.Si., Ph.D
3. Dr. Maksum Pinem, ST, MT
i
ANALISIS REDUKSI HARMONISA PADA LAMPU LED 7 WATT
MENGGUNAKAN FILTER PASIF LC
Muhammad Safril
NIM : 117034001
Tesis ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat
untuk memperoleh gelar Magister Teknik
PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Ujian Tesis pada tanggal 13 bulan Agustus tahun 2015 di depan komisi penguji:
1. Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST, MT : Ketua Penguji
:
2. Suherman, Ph.D
: Anggota Penguji I :
3. Prof. Drs. Tulus, M.Si, Ph.D
: Anggota Penguji II :
4. Dr. Ir. Maksum Pinem, MT
: Anggota Penguji III :
Diketahui Oleh:
Ketua
Program Studi Magister Teknik Elektro FT USU
Suherman, Ph.D
NIP.197802022003121001
ii
______
______
ABSTRAK
Tesis ini merancang dan membuat filter pasif LC untuk mereduksi harmonisa pada
lampu LED merek B. Dari hasil pengujian 6 merek lampu LED 7 watt yang berbeda,
lampu LED merek B paling tinggi arus harmonisa Individual Harmonisa Distortion
(IHDi) orde-3 sebesar 90,3% dan tidak sesuai dengan standart IEC61000-3-2 Kelas
C. Data hasil pengukuran sebelum filter digunakan MATLAB/Simulink untuk
merancang parameter yang terdapat pada filter pasif LC dan membuat alat filter pasif
serta dilakukan pengujian filter pasif. Dari hasil pengujian yang dilakukan filter pasif
LC dengan nilai parameter C = 0,562µF, L = 13,64H berdasarkan
MATLAB/Simulink dapat menurunkan IHDi orde-3 menjadi lebih kecil dari 90,3%
menjadi 9% tereduksi sebesar 81,3% dibandingkan hasil simulasi MATLAB menjadi
13,91%. Hal ini menunjukan filter pasif LC hasil rancangan dapat menurunkan
harmonisa pada lampu LED 7watt merek B.
Kata Kunci : Lampu LED, Harmonisa, Individual Harmonic Distortion (IHDi), Filter
Pasif LC.
i
ABSTRACT
This thesis designs and manufactures passive LC filter to reduce harmonics at LED
bulb brand B. From the test results 6 LED bulb 7 watt with brand different, LED bulb
highest brand B Individual harmonic currents Harmonic Distortion (IHDi) 3rd order
of 90,3 % and not in accordance with the standard IEC61000-3-2 Class C
measurement data before the filter is used MATLAB/Simulink to design the
parameters contained in the passive LC filter and passive filter tool making and
testing a passive filter. From the results of tests performed a passive LC filter with the
parameter value C = 0,562 μF, L = 13,64 H based on MATLAB / Simulink can lower
order IHDi-3 becomes smaller than 90,3% to 9% reduced by 81,3% compared
MATLAB simulation result becomes 13,91%. This shows the results of the draft LC
passive filter can reduce harmonics at LED lamp 7watt brand B.
Keywords: LED lights, Harmonics, Individual Harmonic Distortion (IHDi), Passive
Filters LC.
ii
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat
Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya. Shalawat dan salam
kepangkuan Nabi Muhammad SAW yang telah membawa umat manusia ke alam
yang penuh dengan ilmu pengetahuan dan memperkenalkan indahnya islam.
Alhamdulillah, pada akhirnya penulis telah dapat menyelesaikan tesis ini
untuk memenuhi salah satu syarat kurikulum Program Studi Magister Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan dengan judul “Analisis Reduksi
Harmonisa Pada Lampu LED 7 Watt
Menggunakan Filter Pasif LC”.
Khususnya kepada kedua orang tua penulis, Bapak (Purn) TNI-AD Ali Nur Tanjung
dan Ibu Nurainah Jambak serta mertua saya Bapak Drs. H.Amri Maksum Sinaga dan
Ibu Hj.Aisyah SN
terima kasih penulis ucapkan atas doa, dukungan moril dan
materil dan motivasi yang mengalir terus menerus kepada penulis sehingga penulis
dapat menyelesaikan tesis ini. Kepada kakak dan adik-adik penulis, Afrida, Amd,
Maylina Hapsyah, Nova Yanti dan Leny Sopia, S.Apt penulis ucapkan terima kasih
atas doa, kasih sayang, dukungan dan motivasi kepada penulis. Dan Juga kepada Istri
penulis Atiqah Azizah, S.Ag, M.A dan Anak-anak penulis Alfatih Ali Muhammad,
Alfaqih Muhammad Syathir, Almeera Mughny Sakeerah penulis ucapkan terima
kasih atas doa, cinta, dan yang selalu membantu serta memberikan semangat dalam
proses pembuatan tesis ini.
iii
Kepada Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST, MT dan Bapak Suherman, Ph.D
sebagai Komisi Pembimbing, penulis ucapkan terima kasih atas bimbingan dan
motivasinya dalam penyelesaian tesis ini.
Kepada rekan-rekan sesama mahasiswa angkatan keempat Tahun Akademik
2011/2012 dan Tahun Akademik 2010/2011 Program Studi Magister Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan, khususnya kepada Ibu Maharani
Putri, MT dan Bapak Pristisal Wibowo,MT, penulis ucapkan terima kasih atas
bantuan, dukungan, dan kerjasama yang baik selama ini.
Kepada Bapak Prof.Dr.Runtung Sitepu, SH,M.Hum selaku Rektor Universitas
Sumatera Utara, Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara, Bapak Suherman, Ph.D selaku Ketua Program
Studi dan Drs. Hasdari Helmi, MT selaku Sekretaris Program Studi serta seluruh
pegawai Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, saya
ucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya atas segala bantuan fasilitas yang telah
diberikan,. Kepada Bapak-Bapak staf pengajar saya ucapkan terima kasih yang
sebesar-besarnya atas bantuan dan kerjasamanya selama perkuliahan.
Kepada Bapak dan Ibu pegawai Pusat Pasca Sarjana Universitas Sumatera
Utara yang telah membantu penulis dalam administrasi pasca sarjana USU.
Kepada Staf Laboratorium Konversi Energi Listrik STT Harapan Medan dan
Staf PT. PLN Wilayah II Sumatera Utara yang telah membantu penulis dalam
pengambilan data pada penelitian yang penulis laksanakan pada Laboratorium
tersebut.
iv
Penulis telah berusaha semaksimal mungkin dalam menyusun tesis ini, tetapi
penulis tetap mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi sempurnanya
tesis ini.. Hanya kepada Allah SWT penulis mohon ampun dan bermohon maghfirah.
Akhirnya penulis juga mengharapkan tesis ini dapat memberikan manfaat bagi para
pembaca dan menjadi sumbangsih bagi dunia pendidikan dan amal di akhirat.
Medan,
Januari 2016
Tertanda,
Muhammad Safril
v
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Saya yang bertanda tangan dibawah ini,
Nama
Tempat / Tanggal Lahir
Jenis Kelamin
Agama
Bangsa
Alamat
: Muhammad Safril
: Binjai / 20 April 1981
: Laki-laki
: Islam
: Indonesia
: Jl. Kapt.Rahmad Buddin LK.13 No. 10 Terjun
Kecamatan Medan Marelan Sumatera Utara
PENDIDIKAN
1. Tamatan SD Negeri 060941 Medan Tahun 1993
2. Tamatan SMP Negeri 1 Rantau Prapat Tahun 1996
3. Tamatan SMU Negeri 3 Rantau Prapat Tahun 1999
4. Tamatan Teknik Elektro Fakultas Teknik USU Tahun 2004
5. Tamatan Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik USU Tahun 2015
Demikian riwayat hidup ini saya buat dengan sebenarnya untuk dapat dipergunakan
sebagaimana mestinya.
Medan,
Januari 2016
Tertanda,
Muhammad Safril
vi
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ....................................................................................................
i
ABSTRACT ..................................................................................................
ii
KATA PENGANTAR ..................................................................................
iii
DAFTAR RIWAYAT HIDUP ....................................................................
vi
DAFTAR ISI .................................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................
ix
DAFTAR TABEL ........................................................................................
xi
BAB 1 PENDAHULUAN .........................................................................
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
Latar Belakang Masalah ..... ....................................................
Perumusan Masalah ...............................................................
Batasan Masalah .....................................................................
Tujuan ....................................................................................
Manfaat ..................................................................................
Sistematika Penulisan..............................................................
1
7
8
8
8
9
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ...............................................................
11
2.1 Lighting Emitter Diode (LED)..................................................
2.2 Konstruksi LED .....................................................................
2.3 Klasifikasi LED.......................................................................
2.3.1 Traditional Inorganic LED...........................................
2.3.2 Organik LED................................................................
2.3.2 High Brightness ( Kecerahan Tinggi) LED ..................
2.4 Rangkaian Driver Lampu LED ..............................................
2.4.1 Fly Back Converter .......................................................
2.4.2 Dua Belitan Konverter Fly Back ...................................
2.4.3 Tiga Belitan Konverter Fly Back ..................................
2.5 Harmonisa ...............................................................................
2.6 Perhitungan Harmonisa ..........................................................
vii
11
12
16
16
17
18
21
21
23
24
27
28
2.7 Batasan Harmonisa .................................................................
2.8 Filter Harmonisa .....................................................................
2.8.1 Filter Fasif ..................................................................
2.9 Filter Pasif LC ........................................................................
2.10 Mendesain Filter LC ...............................................................
2.11 Mendesain Filter L ..................................................................
30
33
34
36
37
40
BAB 3 METODE PENELITIAN ............................................................
43
3.1
3.2
3.3
3.4
Teknis Pengukuran Yang Dilakukan.......................................
Diagram Alir Penelitian ...........................................................
Data Pengukuran ......................................................................
Klasifikasi Arus Harmonisa Lampu LED Berdasarkan
Standar IEC 61000-3-2 Kelas C..............................................
3.5 Perhitungan Filter Pasif LC ....................................................
3.6 Rangkaian Simulasi Sebelum Pemasangan Filter Pasif LC ..
3.7 Rangkaian Simulasi Setelah Pemasangan Filter Pasif LC .....
50
51
55
60
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................
64
4.1 Membuat Filter Pasif LC.........................................................
4.2 Pengujian Pemasangan Filter Pasif LC Pada Lampu LED
Merek B...................................................................................
4.3 Analisis Harmonisa Sebelum dan Setelah Pemakaian Filter LC
Menggunakan Simulink MATLAB dan Pengujian Filter Pasif
Yang Dibuat ............................................................................
4.3.1 Analisis Simulasi MATLAB Arus Harmonisa Sebelum
dan Setelah Pemakaian Filter Pasif LC ..........................
4.3.2 Analisis Arus Pengujian Lampu LED Harmonisa
Sebelum dan Setelah Pemakaian Filter Pasif LC...........
4.3.3 Analisis Perbandingan Antara Simulasi MATLAB
Dengan Pengujian Alat Filter Pasif LC Pada Lampu
LED 7 Watt Merek B Disaat Sebelum Dan Setelah
Pemakaian Filter LC ......................................................
4.4 Hasil Simulasi MATLAB dan Pengujian Alat Arus Harmonisa
Sebelum dan Setelah Pemakaian Filter LC............................
44
45
48
64
65
69
70
73
76
80
BAB 5 PENUTUP .....................................................................................
82
5.1 Kesimpulan....... ......................................................................
5.2 Saran .......................................................................................
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................
82
83
84
viii
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
2.1.
Diagram pita energi .............................................................................
13
2.2.
Bagian penghubung GaP LED ............................................................
14
2.3.
Lighting Emitter Diode........................................................................
16
2.4.
Jenis lampu LED tradisional ...............................................................
17
2.5.
Jenis lampu Organic LED...................................................................
18
2.6.
Lampu LED dengan Balast sendiri......................................................
19
2.7.
Modul LED.........................................................................................
19
2.8.
Lampu tanpa Ballast............................................................................
20
2.9.
Prinsip Kerja Fly-Buck ........................................................................
22
2.10. Rangkaian Fly-Buck Dua Belitan.......................................................
23
2.11. Tiga Belitan Fly-Buck Pada Lampu LED Merek B ............................
25
2.12. Gelombang Fundamental Dengan Gelombang
Harmonisannya....................................................................................
28
2.13. Filter Pasif ...........................................................................................
34
2.14. Jenis-jenis Filter Pasif .........................................................................
35
2.15. Rangkaian Filter LC untuk Lampu LED Penelitian............................
36
2.16. Rangkaian Impedansi Filter LC .........................................................
37
2.17. Bentuk Inti EI Terbuat Dari Besi Laminasi (Kren) ............................
40
3.1.
Pengukuran harmonisa lampu LED merek B Sebelum filter
Pasif LC...............................................................................................
ix
43
3.2.
Diagram alir pelaksanaan penelitian ...................................................
46
3.3
Tabel Pengukuran Harmonisa Arus Dan Tegangan
Lampu LED Merek B .........................................................................
51
Grafik Tegangan Harmonik Pengukuran Lampu LED
Merek B ..............................................................................................
51
3.5
Rangkaian simulasi sebelum pemasangan filter..................................
57
3.6
Data hasil simulasi MATLAB sebelum pemasangan filter.................
58
3.7
Spektrum dan grafik arus sebelum pemasangan filter........................
59
3.8
Spektrum dan grafik tegangan sebelum pemasangan filter................
60
3.9
Rangkaian simulasi setelah pemasangan filter...................................
61
3.10
Spektrum dan grafik tegangan sesudah pemasangan filter .................
62
3.11
Spektrum dan grafik arus sesudah pemasangan filter .........................
62
4.1
Filter pasif LC untuk lampu LED merek B.........................................
65
4.2
Rangkaian lampu LED 7W setelah pemasangan filter
pasif LC ...............................................................................................
66
Pengukuran frekuensi, tegangan, arus dan PF setelah
pemasangan filter pasif LC .................................................................
66
4.4
Pengukuran daya aktif, daya semu dan daya reaktif ...........................
67
4.5
Pengukuran THDI ................................................................................
67
4.6
Pengukuran THDV ...............................................................................
67
4.7
Grafik Pengukuran THDV ...................................................................
68
4.8
Diagram perbandingan arus harmonisa sebelum dan setelah
pemakaian filter LC.............................................................................
81
3.4
4.3
x
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
1.1.
IHDI Yang Dibangkitkan Oleh Lampu LED 7 Watt..........................
3
1.2.
Klasifikasi arus harmonisa pengukuran berdasarkan
standar IEC61000-3-2 kelas C ............................................................
4
1.3.
Penelitian Mengenai Model Filter Harmonisa Yang Telah
Dilakukan ............................................................................................
5
2.1.
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas A ...............................
31
2.2.
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas B ...............................
32
2.3.
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas C ...............................
32
2.4.
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas D ...............................
33
2.5.
Tipe Inti Yang Biasa Untuk Induktor .................................................
40
3.1.
Impedansi Kabel Saluran ...................................................................
45
3.2.
Data pengukuran Lampu LED 7 Watt Sebelum Filter
Pasif LC...............................................................................................
49
3.3.
Data Pengukuran Harmonisa Arus .....................................................
50
3.4.
Data Hasil Simulasi Sebelum Pemasangan Filter ...............................
60
3.5.
Data Hasil Simulasi Sesudah Pemasangan Filter ...............................
63
4.1.
Perbandingan arus harmonisa pengukuran sebelum dan setelah
berdasarkan standar IEC61000-3-2 Kelas C pada saat pengujian.......
68
Perbandingan hasil pengujian dan simulasi setelah pemasangan
filter pasif LC pada lampu LED merek B ...........................................
69
4.2.
xi
4.3.
4.4.
4.5.
Persentasi reduksi arus harmonisa simulasi MATLAB antara
sebelum dan setelah pemasangan filter pasif LC pada lampu
LED merek B ......................................................................................
72
Persentasi reduksi arus harmonisa pengujian alat antara
sebelum dan setelah pemasangan filter pasif LC pada lampu
LED merek B ......................................................................................
76
Persentasi perbandingan reduksi arus harmonisa simulasi
MATLAB dengan pengujian alat pada saat setelah pemasangan
filter pasif LC pada lampu LED merek B ...........................................
79
xii
UKSI HARMONISA PADA LAMPU LED 7 WATT
MEN
ENGGUNAKAN FILTER PASIF LC
TESIS
OLEH
MUHAMMAD SAFRIL
117034001/TE
FAKULTAS TEKNIK
UNIV
NIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
ANALISIS REDUKSI HARMONISA PADA LAMPU LED 7 WATT
MENGGUNAKAN FILTER PASIF LC
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik
Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro
Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
OLEH :
MUHAMMAD SAFRIL
117034001/TE
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Judul Penelitian
: ANALISIS REDUKSI HARMONISA PADA
LAMPU LED 7 WATT MENGGUNAKAN
FILTER PASIF LC
Nama Mahasiswa
: Muhammad Safril
Nomor Induk Mahasiswa : 117034001
Program Studi
: Magister Teknik Elektro
Menyetujui
Komisi Pembimbing :
(Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST, MT)
Ketua
Ketua Program Studi
(Suherman, Ph.D)
Tanggal Lulus
: 13 Agustus 2015
(Suherman, Ph.D)
Anggota
Dekan,
(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam , MSME)
Telah diuji pada
Tanggal : 13 Agustus 2015
PANITIA PENGUJI TESIS:
Ketua
: Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST, MT
Anggota : 1. Suherman, Ph.D
2. Prof. Dr. Tulus, M.Si., Ph.D
3. Dr. Maksum Pinem, ST, MT
i
ANALISIS REDUKSI HARMONISA PADA LAMPU LED 7 WATT
MENGGUNAKAN FILTER PASIF LC
Muhammad Safril
NIM : 117034001
Tesis ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat
untuk memperoleh gelar Magister Teknik
PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Ujian Tesis pada tanggal 13 bulan Agustus tahun 2015 di depan komisi penguji:
1. Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST, MT : Ketua Penguji
:
2. Suherman, Ph.D
: Anggota Penguji I :
3. Prof. Drs. Tulus, M.Si, Ph.D
: Anggota Penguji II :
4. Dr. Ir. Maksum Pinem, MT
: Anggota Penguji III :
Diketahui Oleh:
Ketua
Program Studi Magister Teknik Elektro FT USU
Suherman, Ph.D
NIP.197802022003121001
ii
______
______
ABSTRAK
Tesis ini merancang dan membuat filter pasif LC untuk mereduksi harmonisa pada
lampu LED merek B. Dari hasil pengujian 6 merek lampu LED 7 watt yang berbeda,
lampu LED merek B paling tinggi arus harmonisa Individual Harmonisa Distortion
(IHDi) orde-3 sebesar 90,3% dan tidak sesuai dengan standart IEC61000-3-2 Kelas
C. Data hasil pengukuran sebelum filter digunakan MATLAB/Simulink untuk
merancang parameter yang terdapat pada filter pasif LC dan membuat alat filter pasif
serta dilakukan pengujian filter pasif. Dari hasil pengujian yang dilakukan filter pasif
LC dengan nilai parameter C = 0,562µF, L = 13,64H berdasarkan
MATLAB/Simulink dapat menurunkan IHDi orde-3 menjadi lebih kecil dari 90,3%
menjadi 9% tereduksi sebesar 81,3% dibandingkan hasil simulasi MATLAB menjadi
13,91%. Hal ini menunjukan filter pasif LC hasil rancangan dapat menurunkan
harmonisa pada lampu LED 7watt merek B.
Kata Kunci : Lampu LED, Harmonisa, Individual Harmonic Distortion (IHDi), Filter
Pasif LC.
i
ABSTRACT
This thesis designs and manufactures passive LC filter to reduce harmonics at LED
bulb brand B. From the test results 6 LED bulb 7 watt with brand different, LED bulb
highest brand B Individual harmonic currents Harmonic Distortion (IHDi) 3rd order
of 90,3 % and not in accordance with the standard IEC61000-3-2 Class C
measurement data before the filter is used MATLAB/Simulink to design the
parameters contained in the passive LC filter and passive filter tool making and
testing a passive filter. From the results of tests performed a passive LC filter with the
parameter value C = 0,562 μF, L = 13,64 H based on MATLAB / Simulink can lower
order IHDi-3 becomes smaller than 90,3% to 9% reduced by 81,3% compared
MATLAB simulation result becomes 13,91%. This shows the results of the draft LC
passive filter can reduce harmonics at LED lamp 7watt brand B.
Keywords: LED lights, Harmonics, Individual Harmonic Distortion (IHDi), Passive
Filters LC.
ii
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat
Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya. Shalawat dan salam
kepangkuan Nabi Muhammad SAW yang telah membawa umat manusia ke alam
yang penuh dengan ilmu pengetahuan dan memperkenalkan indahnya islam.
Alhamdulillah, pada akhirnya penulis telah dapat menyelesaikan tesis ini
untuk memenuhi salah satu syarat kurikulum Program Studi Magister Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan dengan judul “Analisis Reduksi
Harmonisa Pada Lampu LED 7 Watt
Menggunakan Filter Pasif LC”.
Khususnya kepada kedua orang tua penulis, Bapak (Purn) TNI-AD Ali Nur Tanjung
dan Ibu Nurainah Jambak serta mertua saya Bapak Drs. H.Amri Maksum Sinaga dan
Ibu Hj.Aisyah SN
terima kasih penulis ucapkan atas doa, dukungan moril dan
materil dan motivasi yang mengalir terus menerus kepada penulis sehingga penulis
dapat menyelesaikan tesis ini. Kepada kakak dan adik-adik penulis, Afrida, Amd,
Maylina Hapsyah, Nova Yanti dan Leny Sopia, S.Apt penulis ucapkan terima kasih
atas doa, kasih sayang, dukungan dan motivasi kepada penulis. Dan Juga kepada Istri
penulis Atiqah Azizah, S.Ag, M.A dan Anak-anak penulis Alfatih Ali Muhammad,
Alfaqih Muhammad Syathir, Almeera Mughny Sakeerah penulis ucapkan terima
kasih atas doa, cinta, dan yang selalu membantu serta memberikan semangat dalam
proses pembuatan tesis ini.
iii
Kepada Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST, MT dan Bapak Suherman, Ph.D
sebagai Komisi Pembimbing, penulis ucapkan terima kasih atas bimbingan dan
motivasinya dalam penyelesaian tesis ini.
Kepada rekan-rekan sesama mahasiswa angkatan keempat Tahun Akademik
2011/2012 dan Tahun Akademik 2010/2011 Program Studi Magister Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan, khususnya kepada Ibu Maharani
Putri, MT dan Bapak Pristisal Wibowo,MT, penulis ucapkan terima kasih atas
bantuan, dukungan, dan kerjasama yang baik selama ini.
Kepada Bapak Prof.Dr.Runtung Sitepu, SH,M.Hum selaku Rektor Universitas
Sumatera Utara, Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara, Bapak Suherman, Ph.D selaku Ketua Program
Studi dan Drs. Hasdari Helmi, MT selaku Sekretaris Program Studi serta seluruh
pegawai Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, saya
ucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya atas segala bantuan fasilitas yang telah
diberikan,. Kepada Bapak-Bapak staf pengajar saya ucapkan terima kasih yang
sebesar-besarnya atas bantuan dan kerjasamanya selama perkuliahan.
Kepada Bapak dan Ibu pegawai Pusat Pasca Sarjana Universitas Sumatera
Utara yang telah membantu penulis dalam administrasi pasca sarjana USU.
Kepada Staf Laboratorium Konversi Energi Listrik STT Harapan Medan dan
Staf PT. PLN Wilayah II Sumatera Utara yang telah membantu penulis dalam
pengambilan data pada penelitian yang penulis laksanakan pada Laboratorium
tersebut.
iv
Penulis telah berusaha semaksimal mungkin dalam menyusun tesis ini, tetapi
penulis tetap mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi sempurnanya
tesis ini.. Hanya kepada Allah SWT penulis mohon ampun dan bermohon maghfirah.
Akhirnya penulis juga mengharapkan tesis ini dapat memberikan manfaat bagi para
pembaca dan menjadi sumbangsih bagi dunia pendidikan dan amal di akhirat.
Medan,
Januari 2016
Tertanda,
Muhammad Safril
v
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Saya yang bertanda tangan dibawah ini,
Nama
Tempat / Tanggal Lahir
Jenis Kelamin
Agama
Bangsa
Alamat
: Muhammad Safril
: Binjai / 20 April 1981
: Laki-laki
: Islam
: Indonesia
: Jl. Kapt.Rahmad Buddin LK.13 No. 10 Terjun
Kecamatan Medan Marelan Sumatera Utara
PENDIDIKAN
1. Tamatan SD Negeri 060941 Medan Tahun 1993
2. Tamatan SMP Negeri 1 Rantau Prapat Tahun 1996
3. Tamatan SMU Negeri 3 Rantau Prapat Tahun 1999
4. Tamatan Teknik Elektro Fakultas Teknik USU Tahun 2004
5. Tamatan Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik USU Tahun 2015
Demikian riwayat hidup ini saya buat dengan sebenarnya untuk dapat dipergunakan
sebagaimana mestinya.
Medan,
Januari 2016
Tertanda,
Muhammad Safril
vi
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ....................................................................................................
i
ABSTRACT ..................................................................................................
ii
KATA PENGANTAR ..................................................................................
iii
DAFTAR RIWAYAT HIDUP ....................................................................
vi
DAFTAR ISI .................................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................
ix
DAFTAR TABEL ........................................................................................
xi
BAB 1 PENDAHULUAN .........................................................................
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
Latar Belakang Masalah ..... ....................................................
Perumusan Masalah ...............................................................
Batasan Masalah .....................................................................
Tujuan ....................................................................................
Manfaat ..................................................................................
Sistematika Penulisan..............................................................
1
7
8
8
8
9
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ...............................................................
11
2.1 Lighting Emitter Diode (LED)..................................................
2.2 Konstruksi LED .....................................................................
2.3 Klasifikasi LED.......................................................................
2.3.1 Traditional Inorganic LED...........................................
2.3.2 Organik LED................................................................
2.3.2 High Brightness ( Kecerahan Tinggi) LED ..................
2.4 Rangkaian Driver Lampu LED ..............................................
2.4.1 Fly Back Converter .......................................................
2.4.2 Dua Belitan Konverter Fly Back ...................................
2.4.3 Tiga Belitan Konverter Fly Back ..................................
2.5 Harmonisa ...............................................................................
2.6 Perhitungan Harmonisa ..........................................................
vii
11
12
16
16
17
18
21
21
23
24
27
28
2.7 Batasan Harmonisa .................................................................
2.8 Filter Harmonisa .....................................................................
2.8.1 Filter Fasif ..................................................................
2.9 Filter Pasif LC ........................................................................
2.10 Mendesain Filter LC ...............................................................
2.11 Mendesain Filter L ..................................................................
30
33
34
36
37
40
BAB 3 METODE PENELITIAN ............................................................
43
3.1
3.2
3.3
3.4
Teknis Pengukuran Yang Dilakukan.......................................
Diagram Alir Penelitian ...........................................................
Data Pengukuran ......................................................................
Klasifikasi Arus Harmonisa Lampu LED Berdasarkan
Standar IEC 61000-3-2 Kelas C..............................................
3.5 Perhitungan Filter Pasif LC ....................................................
3.6 Rangkaian Simulasi Sebelum Pemasangan Filter Pasif LC ..
3.7 Rangkaian Simulasi Setelah Pemasangan Filter Pasif LC .....
50
51
55
60
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................
64
4.1 Membuat Filter Pasif LC.........................................................
4.2 Pengujian Pemasangan Filter Pasif LC Pada Lampu LED
Merek B...................................................................................
4.3 Analisis Harmonisa Sebelum dan Setelah Pemakaian Filter LC
Menggunakan Simulink MATLAB dan Pengujian Filter Pasif
Yang Dibuat ............................................................................
4.3.1 Analisis Simulasi MATLAB Arus Harmonisa Sebelum
dan Setelah Pemakaian Filter Pasif LC ..........................
4.3.2 Analisis Arus Pengujian Lampu LED Harmonisa
Sebelum dan Setelah Pemakaian Filter Pasif LC...........
4.3.3 Analisis Perbandingan Antara Simulasi MATLAB
Dengan Pengujian Alat Filter Pasif LC Pada Lampu
LED 7 Watt Merek B Disaat Sebelum Dan Setelah
Pemakaian Filter LC ......................................................
4.4 Hasil Simulasi MATLAB dan Pengujian Alat Arus Harmonisa
Sebelum dan Setelah Pemakaian Filter LC............................
44
45
48
64
65
69
70
73
76
80
BAB 5 PENUTUP .....................................................................................
82
5.1 Kesimpulan....... ......................................................................
5.2 Saran .......................................................................................
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................
82
83
84
viii
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
2.1.
Diagram pita energi .............................................................................
13
2.2.
Bagian penghubung GaP LED ............................................................
14
2.3.
Lighting Emitter Diode........................................................................
16
2.4.
Jenis lampu LED tradisional ...............................................................
17
2.5.
Jenis lampu Organic LED...................................................................
18
2.6.
Lampu LED dengan Balast sendiri......................................................
19
2.7.
Modul LED.........................................................................................
19
2.8.
Lampu tanpa Ballast............................................................................
20
2.9.
Prinsip Kerja Fly-Buck ........................................................................
22
2.10. Rangkaian Fly-Buck Dua Belitan.......................................................
23
2.11. Tiga Belitan Fly-Buck Pada Lampu LED Merek B ............................
25
2.12. Gelombang Fundamental Dengan Gelombang
Harmonisannya....................................................................................
28
2.13. Filter Pasif ...........................................................................................
34
2.14. Jenis-jenis Filter Pasif .........................................................................
35
2.15. Rangkaian Filter LC untuk Lampu LED Penelitian............................
36
2.16. Rangkaian Impedansi Filter LC .........................................................
37
2.17. Bentuk Inti EI Terbuat Dari Besi Laminasi (Kren) ............................
40
3.1.
Pengukuran harmonisa lampu LED merek B Sebelum filter
Pasif LC...............................................................................................
ix
43
3.2.
Diagram alir pelaksanaan penelitian ...................................................
46
3.3
Tabel Pengukuran Harmonisa Arus Dan Tegangan
Lampu LED Merek B .........................................................................
51
Grafik Tegangan Harmonik Pengukuran Lampu LED
Merek B ..............................................................................................
51
3.5
Rangkaian simulasi sebelum pemasangan filter..................................
57
3.6
Data hasil simulasi MATLAB sebelum pemasangan filter.................
58
3.7
Spektrum dan grafik arus sebelum pemasangan filter........................
59
3.8
Spektrum dan grafik tegangan sebelum pemasangan filter................
60
3.9
Rangkaian simulasi setelah pemasangan filter...................................
61
3.10
Spektrum dan grafik tegangan sesudah pemasangan filter .................
62
3.11
Spektrum dan grafik arus sesudah pemasangan filter .........................
62
4.1
Filter pasif LC untuk lampu LED merek B.........................................
65
4.2
Rangkaian lampu LED 7W setelah pemasangan filter
pasif LC ...............................................................................................
66
Pengukuran frekuensi, tegangan, arus dan PF setelah
pemasangan filter pasif LC .................................................................
66
4.4
Pengukuran daya aktif, daya semu dan daya reaktif ...........................
67
4.5
Pengukuran THDI ................................................................................
67
4.6
Pengukuran THDV ...............................................................................
67
4.7
Grafik Pengukuran THDV ...................................................................
68
4.8
Diagram perbandingan arus harmonisa sebelum dan setelah
pemakaian filter LC.............................................................................
81
3.4
4.3
x
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
1.1.
IHDI Yang Dibangkitkan Oleh Lampu LED 7 Watt..........................
3
1.2.
Klasifikasi arus harmonisa pengukuran berdasarkan
standar IEC61000-3-2 kelas C ............................................................
4
1.3.
Penelitian Mengenai Model Filter Harmonisa Yang Telah
Dilakukan ............................................................................................
5
2.1.
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas A ...............................
31
2.2.
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas B ...............................
32
2.3.
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas C ...............................
32
2.4.
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas D ...............................
33
2.5.
Tipe Inti Yang Biasa Untuk Induktor .................................................
40
3.1.
Impedansi Kabel Saluran ...................................................................
45
3.2.
Data pengukuran Lampu LED 7 Watt Sebelum Filter
Pasif LC...............................................................................................
49
3.3.
Data Pengukuran Harmonisa Arus .....................................................
50
3.4.
Data Hasil Simulasi Sebelum Pemasangan Filter ...............................
60
3.5.
Data Hasil Simulasi Sesudah Pemasangan Filter ...............................
63
4.1.
Perbandingan arus harmonisa pengukuran sebelum dan setelah
berdasarkan standar IEC61000-3-2 Kelas C pada saat pengujian.......
68
Perbandingan hasil pengujian dan simulasi setelah pemasangan
filter pasif LC pada lampu LED merek B ...........................................
69
4.2.
xi
4.3.
4.4.
4.5.
Persentasi reduksi arus harmonisa simulasi MATLAB antara
sebelum dan setelah pemasangan filter pasif LC pada lampu
LED merek B ......................................................................................
72
Persentasi reduksi arus harmonisa pengujian alat antara
sebelum dan setelah pemasangan filter pasif LC pada lampu
LED merek B ......................................................................................
76
Persentasi perbandingan reduksi arus harmonisa simulasi
MATLAB dengan pengujian alat pada saat setelah pemasangan
filter pasif LC pada lampu LED merek B ...........................................
79
xii