Pengaruh Filter Pasif Double Tuned Pada Motor Induksi 3 Phasa Chapter III V
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1Umum
Proses simulasi yang akan dirancang memiliki beberapa tahapan dimulai dari
menentukan parameter-parameter harmonisa yang telah diperoleh dari hasil
pengukuran yang telah dilakukan oleh peniliti sebelumnya hingga penentuan nilai
dari filter pasif yang akan digunakan untuk mengurangi harmonisa tersebut. Secara
keseluruhan tahapan perancangan simulasi ini dapat dilihat pada diagram alir /
flowchart pada Gambar 3.1.
Start
Start
Data Awal
(Tegangan
dan Arus
terdistorsi
harmonisa)
Data Awal
(Tegangan
dan Arus
terdistorsi
harmonisa)
Simulasi
menggunakan
matlab
Simulasi dengan
matlab dengan
menambahkan filter
No
Perbaikan tegangan
dan arus terdistorsi
Yes
Menghitung
Efisiensi yang
dihasilkan oleh
motor
Menghitung
efisiensi yang
dihasilkan oleh
motor
End
End
Gambar 3.1 Flowchart simulasi
19
Universitas Sumatera Utara
Untuk proses simulasi ini akan dilakukan dalam dua tahap. Tahap pertama
adalah simulasi harmonisa tanpa penambahan filter, hal ini dimaksudkan untuk
melihat pengaruh harmonisa pada sistem dan menentukan tegangan dan arus yang
terdistorsi. Pada tahap kedua adalah simulasi harmonisa dengan penambahan filter,
hal ini dimaksudkan untuk memperbaiki tegangan dan arus yang terdistorsi.
3.2 Menentukan Parameter-Parameter Simulasi
Untuk menentukan parameter-parameter dalam simulasi ini, penulis
mengambil data-data dari hasil penelitian yang telah dilakukan oleh peneliti
sebelumnya.
3.2.1 Data Harmonisa
Pengambilan data harmonisa dilakukan dengan pengukuran , berikut adalah
data hasil pengukuran .
Tabel 3.1 Hasil Pengukuran Tegangan Harmonisa, Arus Harmonisa Dan THD
Orde
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
THD
Tegangan Harmonisa
(V)
230,3
1,5
7,8
7,6
1,0
3,6
2,9
3,3
6,5
4,4
6,38%
Arus Harmonisa(A)
227,3
34,2
127,5
72,1
9,2
26,3
14,4
8,7
19,0
5,9
68,27%
Data pada tabel 3.1 diperoleh dari hasil penelitian yang telah dilakukan oleh
peneliti sebelumnya yang telah melakukan penelitian pada sistem distribusi tenaga
listrik PT. Growth Sumatera Industry Ltd Medan yang merupakan suatu industri
peleburan baja.
20
Universitas Sumatera Utara
3.2.2 Perancangan Simulasi
Dalam perancangan simulasi diperlukan beberapa data tambahan untuk
mensimulasikan sistem tenaga listrik pada PT.Growth Sumatera Industry Ltd
Medan. Namun penulis tidak mengambil keseluruhan data dari hasil penelitian yang
telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya, tetapi hanya beberapa data yang
diperlukan untuk proses simulasi. Diantaranya dapat dilihat pada tabel 3.2
Tabel 3.2 Data Sistem Tenaga PT. Growth Sumatera Industry Ltd.
Tegangan Sumber(V)
231
Impedansi Sumber(Ω)
0,001392+j0,0112
Impedansi Beban(Ω)*
0,212423+j20,3718
Rs = 0,001392 Ω
Ls = 0,0112/314
= 0,000035668
RL = 0.21242300
LL = 20.3718/314
= 0.06487843
* nilai impedansi beban yang digunakan disesuaikan pada proses simulasi, agar
memperoleh harmonisa sesuai data hasil pengukuran
Dimana : Rs = Tahanan Sumber
Ls = Induktansi Sumber
RL= Tahanan Beban
LL= Induktansi Beban
3.3 Perancangan Filter Pasif Double Tuned
Dalam merancang double tuned passive filter diperlukan langkah-langkah
dalam menentukan nilai komponen pasif R,L dan C yang akan digunakan.dalam
21
Universitas Sumatera Utara
penelitian ini hanya akan digunakan dua buah double tuned passive filter.yang akan
dituning pada orde 3, 5 dan 7.
3.3.1 Perhitungan Komponen R,L,C dari Double Tuned Filter
Untuk menentukan kapasitas dari nilai kapasitor yang akan
digunakan pada double tuned filter diperlukan langkah-langkah sebagai
berikut:
1. Menentukan nilai kapasitansi ∆Q untuk memperbaiki faktor daya,
perbaikan faktor daya umumnya berkisar antara 0.95-0.99.
∆Q = P(tanθ a wa l – tanθ ta rget )
Daya aktif untuk beban penuh;
P=
x 0,88 = 469,3333 Watt
Saat kondisi beban 90%
P = 469,3333 x 0,9 = 422,4
Perbaikan faktor daya yang di kehendaki adalah 0,97 maka nilai
kapasitansi nya adalah
∆Q = P(tanθ a wa l – tanθ ta rget )
∆Q = 422,4(tan 28,35 – tan 14,07)
= 122,2454 kvar
22
Universitas Sumatera Utara
Sehingga kapasitas kapasitor yang dipilih adalah
∆Q = 123 kvar
2. Menghitung reaktansi kapasitor pada frekuensi fundamental
XCa =
�
∆Q
,
XCa =
= 0,71148 Ω
,
Sehingga nilai Ca diperoleh:
Ca =
� .
�
� ,
= 0,004476181 F
Untuk nilai XCb diperoleh:
,
XCb =
= 1.116875 Ω
,
Sehingga nilai Cb diperoleh:
Cb =
� ,
�
� ,
= 0,00285145 F
C1 = 0,007327631 F
3. Menghitung nilai reaktor yang digunakan untuk meredam harmonisa
ke-n.
XL=
�
23
Universitas Sumatera Utara
Sehingga nilai XL dicari berdasarkan orde harmonisa yang akan direduksi
yaitu orde 5 (XLa) dan orde 7 (XLb), maka:
� =
� =
,
= 0,0284592 Ω
.
= 0,0227933 Ω
Nilai induktansi masing-masig orde harmonisa yaitu:
� =
� =
��
��
��
��
Maka:
� =
� =
,
� ,
�
= 0,000090634 H
� ,
�
= 0,00007259 H
,
Sehingga diperoleh nilai L1 pada rangkaian ekivalen double tuned yaitu:
� =
� �
� +�
Maka :
� =
,
,
x ,
= 0.000040307 H
+ ,
24
Universitas Sumatera Utara
4. Menghitung tahanan reaktor untuk menentukan nilai faktor kualitas Q,
dimana:
R=
�
Maka:
� =
� =
,
x
= 0,00142296 Ω
,
x
= 0,001595531 Ω
Maka untuk menentukan nilai tahanan R1 yaitu:
� =
���
Sehingga :
� .
� =
= 0.000126563 Ω
Untuk nilai Q antara 35-100
Nilai a dan x diperoleh dari:
=
�
�
=
.
.
= 1.57
� �
.
=√
�
.
.
.
� = √�
= 0.713191401
25
Universitas Sumatera Utara
Untuk menentukan nilai R2 dari rangkaian ekivalen double tuned yaitu:
R2 = � [ ] − � [ ] + � [ ]
Dimana:
A=
.
.
B=
.
C=
− .
= 0,178672646
= 0,07286772
.
= -0,064868412
.
Sehingga:
� = � [ ,
]−� [ ,
] + � [− ,
� = 0,000129773 Ω
]
5. Nilai kapasitas C2
=
� � � +�
� +�
� � −� �
Maka:
C2 =
.
.
.
− .
.
= 0.061402146 F
26
Universitas Sumatera Utara
6. Nilai �
L2 =
� � −� �
� +�
� +�
Maka
L2 =
.
( .
�
.
− 4)
= 0.00000495 H
7. Nilai R3
R2 = -� [ ] + � [ ] + � [ ]
Dimana:
A=
B=
C=
.
.
.
.
.
.
= 0.096866683
= 0.151895314
= 0.030596593
Sehingga :
� = −� [ .
]+� [ .
� = 0.000108308 Ω
]+� [ .
]
27
Universitas Sumatera Utara
Berikut ini rancangan filter yang telah dibuat pada simulasi simulink
matlab
Gambar 3.2 Rangkaian ekivalen filter pasif double tuned
8. Menghitung nilai reaktor yang digunakan untuk meredam harmonisa
orde 3 dan orde 5.
,
= 0,079053333 Ω
� =
� =
.
= 0,044675 Ω
Nilai induktansi masing-masig orde harmonisa yaitu:
� =
� =
��
��
��
Maka:
��
� =
� =
,
� ,
,
� ,
�
�
= 0.000251762 H
= 0.000142277 H
28
Universitas Sumatera Utara
9. Menghitung tahanan reaktor untuk menentukan nilai faktor kualitas Q,
dimana:
R=
�
Maka:
� =
� =
.
,
x
x
= 0,00142296 Ω
= 0,001595531 Ω
3.4 Simulasi Sistem tanpa filter
Dalam simulasi pada bagian ini dilakukan tanpa filter. Sehingga dalam
simulasi ini hanya terdiri dari sumber tegangan, sumber harmonisa, impedansi
sumber dan impedansi beban , hal ini dilakukan untuk melihat bentuk gelombang
yang dihasilkan serta tegangan terdistorsi yang akan menjadi tegangan imput pada
motor induksi tiga phasa. Berikut adalah bentuk rangkaian simulasi pada matlab:
29
Universitas Sumatera Utara
30
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.3 Rangkaian simulasi tanpa filter
Berikut ini merupakan grafik dan spektrum hasil simulasi,
(a)
(b)
Gambar 3.4 (a) Gelombang arus harmonisa, (b) Spektrum arus harmonisa
31
Universitas Sumatera Utara
(c)
(d)
Gambar 3.5 (c) Gelombang arus sumber, (d) Spektrum arus sumber
32
Universitas Sumatera Utara
(e)
(f)
Gambar 3.6 (e) Gelombang tegangan, (f) Spektrum tegangan
3.5 Simulasi dengan penambahan filter pada orde 5 dan orde 7
Pada simulasi bagian kedua ini ditambahkan satu buah filter pasif double
tuned yang telah dirancang sebelumnya . filter ini akan ditempatkan (mem filter)
pada harmonisa orde 5 dan orde 7. Berikut ini adalah gambaran simulasi pada
matlab.
33
Universitas Sumatera Utara
34
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.7 Rangkaian simulasi dengan filter pada orde 5 dan7
Berikut ini merupakan grafik dan spektrum hasil simulasi, dengan filter orde 5
dan 7
(a)
(b)
Gambar 3.8 (a) Gelombang arus harmonisa, (b) Spektrum arus harmonisa
35
Universitas Sumatera Utara
(c)
(d)
Gambar 3.9 (c) Gelombang arus sumber, (d) Spektrum arus sumber
36
Universitas Sumatera Utara
(e)
(f)
Gambar 3.10 (e) Gelombang tagangan, (f) Spektrum tegangan
3.6 Simulasi Dengan Penambahan Filter Pada Orde 3,5 Dan 7
Pada simulasi bagian ini ditambahkan satu buah filter pasif double tuned
yang telah dirancang sebelumnya . filter ini akan ditempatkan (mem filter) pada
harmonisa orde 3, orde 5 dan orde 7. Berikut ini adalah gambaran simulasi pada
matlab.
37
Universitas Sumatera Utara
38
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.11 Rangkaian simulasi dengan filter pada orde 3,5,dan7
Berikut ini merupakan grafik dan spektrum hasil simulasi, dengan filter orde 5
dan 7
(a)
(b)
Gambar 3.12 (a) Gelombang arus harmonisa, (b) Spektrum arus harmonisa
39
Universitas Sumatera Utara
(c)
(d)
Gambar 3.13 (c) Gelombang arus sumber, (d) Spektrum arus sumber
40
Universitas Sumatera Utara
(e)
(f)
Gambar 3.14 (e) Gelombang tagangan, (f) Spektrum tegangan
41
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
ANALISIS DAN PEMBAHASAN
4.1 Pendahuluan
Pada bab ini dibahas hasil simulasi yang telah dilakukan secara keseluruhan,
mulai simulasi tanpa penambahan filter dan simulasi setelah penambahan filter
serta pengaruh hasil simulasi terhadap motor induksi tiga phasa.
4.2 Hasil rancangan filter pasif double tuned
Hasil perancangan filter dapat dilihat pada tabel 4.1
Tabel 4.1 Data komponen filter pasif orde 5 dan 7
Kode
A
B
1
2
3
Komponen R (Ω)
0,00142296
0,001595531
0.000126563
0,000129773
0.000108308
Komponen L (H)
0,000090634
0,00007259
0.000040307
0.00000495
-
Komponen C (F)
0,004476181
0,00285145
0,007327631
0.061402146
-
Tabel 4.2 Data komponen filter pasif orde 3 dan 5
Kode Komponen R (Ω)
A
0,00142296
B
0,001595531
Komponen L (H)
0.000251762
0.000142277
Komponen C (F)
0,004476181
0,00285145
4.3 Hasil simulasi tanpa filter
Hasil dar simulasi tanpa filter dapat dilihat pada tabel 4.3
Tabel 4.3 Hasil simulasi tanpa filter
Orde
harmonisa
1
3
5
7
9
11
13
15
Tegangan harmonisa
Arus harmonisa
230,11
1,68
9,98
7,43
1,14
3,67
2,20
1,42
227,30
34,20
127,50
72,10
9,20
26,30
14,40
8,70
42
Universitas Sumatera Utara
17
19
THD (%)
3,25
1,05
6,01%
19,00
5,90
68,27%
4.4 Hasil simulasi dengan penambahan filter pada orde 5 dan 7
Hasil dari simulasi tanpa filter dapat dilihat pada tabel 4.4
Tabel 4.4 Hasil simulasi dengan penambahan filter
Orde
harmonisa
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
THD (%)
Tegangan harmonisa
Arus harmonisa
235,55
1,65
0,18
0,11
0,33
1,36
0,93
0,66
1,64
0,56
1,27%
594,69
49,99
3,41
1,53
3,60
12,78
7,76
5,03
11,59
3,76
9,09%
4.5 Hasil simulasi dengan penambahan filter pada orde 3,5 dan 7
Hasil dari simulasi tanpa filter dapat dilihat pada tabel 4.5
Tabel 4.5 Hasil simulasi dengan penambahan filter
Orde
harmonisa
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
THD (%)
Tegangan harmonisa
Arus harmonisa
242,43
0,08
0,11
0,11
0,28
1,14
0,78
0,56
1,40
0,48
0,88%
1196,17
2,42
2,12
1,46
3,04
10,73
6,53
4,25
9,85
3,22
1,46%
43
Universitas Sumatera Utara
4.6 Analisis Pada Motor Induksi 3 Phasa
Pada bagian ini akan dibahas mengenai pengaruh dari harmonisa pada
effisiensi motor induksi tiga phasa.
Spesifikasi dari motor induksi yang akan di analisis
•
29,502 hp, 22kW, 400V, pf = 0,88
A. Kondisi tanpa harmonisa
1. Impedansi motor
S=
�
=
=
=
�
,
= 25 kVA = 0,025 MVA
,
,
�� + √ − ��
,
+ √ − ,
2. Perhitungan arus beban penuh
=
=
,
�
ℎ
�
=
�
,
= ,
+
,
,
3. Perhitungan Arus pada kondisi tanpa beban (no-load)
= , = ,
= ,
,
� pada kondisi tanpa beban
4. Perhitungan rugi
� =
=
�=
,
,
� ,
= ,
5. Effisiensi motor induksi
Ƞ=
− ,
�
Ƞ=
%=
�
�
�
, %
%
44
Universitas Sumatera Utara
B. Kondisi terdistorsi harmonisa
1. Impedansi motor
S=
=
�
�
=
=
,
= 25 kVA = 0,025 MVA
,
�� + √ − �� )
,
,
+ √ − ,
= ,
2. Perhitungan arus beban penuh
=
=
,
�
ℎ
�
=
,
�
+
,
,
3. Perhitungan Arus pada kondisi tanpa beban (no-load)
= , = ,
,
= ,
4. Perhitungan Irms (pada kondisi terdistorsi harmonisa)
=
.√ + �
= .√ + ,
= 23,078 x 1,3
= 30 A
� pada kondisi tanpa beban
5. Perhitungan rugi
� =
=
�
�=
� ,
,
= ,
6. Effisiensi motor induksi
Ƞ=
− ,
�
Ƞ=
%=
�
�
,
�
%
%
45
Universitas Sumatera Utara
C. Kondisi setelah penambahan filter pada orde 5 dan 7
1. Impedansi motor
S=
�
=
�
=
=
,
= 25 kVA = 0,025 MVA
,
�� + √ − �� )
,
,
+ √ − ,
= ,
2. Perhitungan arus beban penuh
=
=
,
�
ℎ
�
=
,
�
+
,
,
3. Perhitungan Arus pada kondisi tanpa beban (no-load)
= , = ,
,
= ,
4. Perhitungan Irms (pada kondisi terdistorsi harmonisa)
=
.√ + �
�
= .√ + .
= 23,078 x 1,004123
= 23,1731506 A
5. Perhitungan rugi
� =
=
,
�=
� pada kondisi tanpa beban
,
6. Effisiensi motor induksi
Ƞ=
− ,
�
� ,
= ,
Ƞ=
%=
�
�
,
�
%
%
46
Universitas Sumatera Utara
D. Kondisi setelah penambahan filter pada orde 3, 5 dan 7
1. Impedansi motor
S=
=
�
�
=
=
,
= 25 kVA = 0,025 MVA
,
�� + √ − �� )
,
,
+ √ − ,
= ,
2. Perhitungan arus beban penuh
=
=
,
�
ℎ
�
=
,
�
+
,
,
3. Perhitungan Arus pada kondisi tanpa beban (no-load)
= , = ,
,
= ,
4. Perhitungan Irms (pada kondisi terdistorsi harmonisa)
=
.√ + �
�
= .√ + .
= 23,078 x 1,000106574
= 23,08046 A
5. Perhitungan rugi
� =
=
,
�=
� pada kondisi tanpa beban
,
= ,
� ,
6. Effisiensi motor induksi
Ƞ=
− ,
�
Ƞ=
�
�
%=
,
�
%
%
47
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.6 Hasil analisis pada motor induksi 3 phasa
No
1
2
3
4
Kondisi
rugi
Tanpa Terdistorsi Harmonisa
Terdistorsi Harmonisa
Setelah Penambahan Filter (5,7)
Setelah Penambahan Filter (3,5,7)
� (kW)
2,9995698
5,0607000
3,0243553
3,0002090
Effisiensi motor
induksi (%)
86,36
76,99
86,25
86,36
4.7 Pembahasan
Pada Tabel 4.1 memperlihatkan nilai-nilai dari komponen filter pasif double
tuned dimana nilai-nilai tersebut diperoleh berdasarkan perhitungan matematis.
Tabel 4.1 juga menunjukkan orde-orde dimana filter tersebut akan dituning,lebih
tepatnya filter ini akan digunakan atau ditempatkan pada orde 5 dan orde 7. Dan
diharapkan mampu menurunkan harmonisa mencapai standar IEEE 512-1992.
Pada Tabel 4.2 memperlihatkan nilai-nilai dari komponen filter pasif double
tuned yang dituning atau ditempatkan pada orde 3 dan orde 5. sehingga orde-orde
yang difilter adalah orde 3,5 dan7. Pada tabel 4.3 menunjukkan nilai dari tegangan
dan arus yang terdistorsi oleh harmonisa. Pada tabel juga memperlihatkan nilai dari
THDi serta THDv. Terlihat dari tabel kondisi dari Harmonisa arus yang terjadi pada
orde 3,5 dan 7 melebihi standar yang ditetapkan.
Pada Tabel 4.4 menunjukkan nilai-nilai dari arus dan tegangan terdistorsi
yang mengalami perbaikan setelah pemberian filter pada orde 5 dan orde 7. Namun
harmonisa arus yang terjadi masih belum sesuai standart IEEE 512-1992.
Pada Tabel 4.5 memperlihatkan nilai-nilai hasil arus dan tegangan terdistorsi
yang telah mengalami perbaikan setelah pemberian fiter pada orde 3, 5 dan 7. Pada
tabel juga memperlihatkan bahwa arus dan tegangan juga telah memenuhi standar
IEEE 512-1992.
48
Universitas Sumatera Utara
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Setelah dilakukan proses simulasi dan analisis terhadap motor induksi maka dapat
diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Pemasangan fiter pasif double tuned orde 5 dan orde 7 dapat mereduksi
harmonisa, walaupun belum sesuai dengan standar yang telah ditentukan
yaitu standar IEEE 512-1992. hal ini dapat dilihat pada tabel 4.4.
2. Pemasangan filter pasif double tuned orde 3,5 dan 7 mampu mereduksi
harmonisa sesuai standar IEEE 512-1992, dan mampu meningkatkan
efisiensi motor induksi sebesar 9,37%
5.2 Saran
1. Pada simulasi diperlukan dua buah filter pasif double tuned untuk
mereduksi harmonisa hingga mencapai standar IEEE 512-1992, hal ini
kurang efisien, mengingat fisik dari filter tersebut cukup besar. Untuk itu
sebaiknya percobaan selanjutnya dilakukan dengan jenis filter yang lain.
2. Percobaan untuk mereduksi harmonisa dengan filter pasif double tuned
sebaiknya diaplikasikan pada rating tegangan yang lebih tinggi, agar
kinerja dari filter lebih maksimal.
49
Universitas Sumatera Utara
METODE PENELITIAN
3.1Umum
Proses simulasi yang akan dirancang memiliki beberapa tahapan dimulai dari
menentukan parameter-parameter harmonisa yang telah diperoleh dari hasil
pengukuran yang telah dilakukan oleh peniliti sebelumnya hingga penentuan nilai
dari filter pasif yang akan digunakan untuk mengurangi harmonisa tersebut. Secara
keseluruhan tahapan perancangan simulasi ini dapat dilihat pada diagram alir /
flowchart pada Gambar 3.1.
Start
Start
Data Awal
(Tegangan
dan Arus
terdistorsi
harmonisa)
Data Awal
(Tegangan
dan Arus
terdistorsi
harmonisa)
Simulasi
menggunakan
matlab
Simulasi dengan
matlab dengan
menambahkan filter
No
Perbaikan tegangan
dan arus terdistorsi
Yes
Menghitung
Efisiensi yang
dihasilkan oleh
motor
Menghitung
efisiensi yang
dihasilkan oleh
motor
End
End
Gambar 3.1 Flowchart simulasi
19
Universitas Sumatera Utara
Untuk proses simulasi ini akan dilakukan dalam dua tahap. Tahap pertama
adalah simulasi harmonisa tanpa penambahan filter, hal ini dimaksudkan untuk
melihat pengaruh harmonisa pada sistem dan menentukan tegangan dan arus yang
terdistorsi. Pada tahap kedua adalah simulasi harmonisa dengan penambahan filter,
hal ini dimaksudkan untuk memperbaiki tegangan dan arus yang terdistorsi.
3.2 Menentukan Parameter-Parameter Simulasi
Untuk menentukan parameter-parameter dalam simulasi ini, penulis
mengambil data-data dari hasil penelitian yang telah dilakukan oleh peneliti
sebelumnya.
3.2.1 Data Harmonisa
Pengambilan data harmonisa dilakukan dengan pengukuran , berikut adalah
data hasil pengukuran .
Tabel 3.1 Hasil Pengukuran Tegangan Harmonisa, Arus Harmonisa Dan THD
Orde
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
THD
Tegangan Harmonisa
(V)
230,3
1,5
7,8
7,6
1,0
3,6
2,9
3,3
6,5
4,4
6,38%
Arus Harmonisa(A)
227,3
34,2
127,5
72,1
9,2
26,3
14,4
8,7
19,0
5,9
68,27%
Data pada tabel 3.1 diperoleh dari hasil penelitian yang telah dilakukan oleh
peneliti sebelumnya yang telah melakukan penelitian pada sistem distribusi tenaga
listrik PT. Growth Sumatera Industry Ltd Medan yang merupakan suatu industri
peleburan baja.
20
Universitas Sumatera Utara
3.2.2 Perancangan Simulasi
Dalam perancangan simulasi diperlukan beberapa data tambahan untuk
mensimulasikan sistem tenaga listrik pada PT.Growth Sumatera Industry Ltd
Medan. Namun penulis tidak mengambil keseluruhan data dari hasil penelitian yang
telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya, tetapi hanya beberapa data yang
diperlukan untuk proses simulasi. Diantaranya dapat dilihat pada tabel 3.2
Tabel 3.2 Data Sistem Tenaga PT. Growth Sumatera Industry Ltd.
Tegangan Sumber(V)
231
Impedansi Sumber(Ω)
0,001392+j0,0112
Impedansi Beban(Ω)*
0,212423+j20,3718
Rs = 0,001392 Ω
Ls = 0,0112/314
= 0,000035668
RL = 0.21242300
LL = 20.3718/314
= 0.06487843
* nilai impedansi beban yang digunakan disesuaikan pada proses simulasi, agar
memperoleh harmonisa sesuai data hasil pengukuran
Dimana : Rs = Tahanan Sumber
Ls = Induktansi Sumber
RL= Tahanan Beban
LL= Induktansi Beban
3.3 Perancangan Filter Pasif Double Tuned
Dalam merancang double tuned passive filter diperlukan langkah-langkah
dalam menentukan nilai komponen pasif R,L dan C yang akan digunakan.dalam
21
Universitas Sumatera Utara
penelitian ini hanya akan digunakan dua buah double tuned passive filter.yang akan
dituning pada orde 3, 5 dan 7.
3.3.1 Perhitungan Komponen R,L,C dari Double Tuned Filter
Untuk menentukan kapasitas dari nilai kapasitor yang akan
digunakan pada double tuned filter diperlukan langkah-langkah sebagai
berikut:
1. Menentukan nilai kapasitansi ∆Q untuk memperbaiki faktor daya,
perbaikan faktor daya umumnya berkisar antara 0.95-0.99.
∆Q = P(tanθ a wa l – tanθ ta rget )
Daya aktif untuk beban penuh;
P=
x 0,88 = 469,3333 Watt
Saat kondisi beban 90%
P = 469,3333 x 0,9 = 422,4
Perbaikan faktor daya yang di kehendaki adalah 0,97 maka nilai
kapasitansi nya adalah
∆Q = P(tanθ a wa l – tanθ ta rget )
∆Q = 422,4(tan 28,35 – tan 14,07)
= 122,2454 kvar
22
Universitas Sumatera Utara
Sehingga kapasitas kapasitor yang dipilih adalah
∆Q = 123 kvar
2. Menghitung reaktansi kapasitor pada frekuensi fundamental
XCa =
�
∆Q
,
XCa =
= 0,71148 Ω
,
Sehingga nilai Ca diperoleh:
Ca =
� .
�
� ,
= 0,004476181 F
Untuk nilai XCb diperoleh:
,
XCb =
= 1.116875 Ω
,
Sehingga nilai Cb diperoleh:
Cb =
� ,
�
� ,
= 0,00285145 F
C1 = 0,007327631 F
3. Menghitung nilai reaktor yang digunakan untuk meredam harmonisa
ke-n.
XL=
�
23
Universitas Sumatera Utara
Sehingga nilai XL dicari berdasarkan orde harmonisa yang akan direduksi
yaitu orde 5 (XLa) dan orde 7 (XLb), maka:
� =
� =
,
= 0,0284592 Ω
.
= 0,0227933 Ω
Nilai induktansi masing-masig orde harmonisa yaitu:
� =
� =
��
��
��
��
Maka:
� =
� =
,
� ,
�
= 0,000090634 H
� ,
�
= 0,00007259 H
,
Sehingga diperoleh nilai L1 pada rangkaian ekivalen double tuned yaitu:
� =
� �
� +�
Maka :
� =
,
,
x ,
= 0.000040307 H
+ ,
24
Universitas Sumatera Utara
4. Menghitung tahanan reaktor untuk menentukan nilai faktor kualitas Q,
dimana:
R=
�
Maka:
� =
� =
,
x
= 0,00142296 Ω
,
x
= 0,001595531 Ω
Maka untuk menentukan nilai tahanan R1 yaitu:
� =
���
Sehingga :
� .
� =
= 0.000126563 Ω
Untuk nilai Q antara 35-100
Nilai a dan x diperoleh dari:
=
�
�
=
.
.
= 1.57
� �
.
=√
�
.
.
.
� = √�
= 0.713191401
25
Universitas Sumatera Utara
Untuk menentukan nilai R2 dari rangkaian ekivalen double tuned yaitu:
R2 = � [ ] − � [ ] + � [ ]
Dimana:
A=
.
.
B=
.
C=
− .
= 0,178672646
= 0,07286772
.
= -0,064868412
.
Sehingga:
� = � [ ,
]−� [ ,
] + � [− ,
� = 0,000129773 Ω
]
5. Nilai kapasitas C2
=
� � � +�
� +�
� � −� �
Maka:
C2 =
.
.
.
− .
.
= 0.061402146 F
26
Universitas Sumatera Utara
6. Nilai �
L2 =
� � −� �
� +�
� +�
Maka
L2 =
.
( .
�
.
− 4)
= 0.00000495 H
7. Nilai R3
R2 = -� [ ] + � [ ] + � [ ]
Dimana:
A=
B=
C=
.
.
.
.
.
.
= 0.096866683
= 0.151895314
= 0.030596593
Sehingga :
� = −� [ .
]+� [ .
� = 0.000108308 Ω
]+� [ .
]
27
Universitas Sumatera Utara
Berikut ini rancangan filter yang telah dibuat pada simulasi simulink
matlab
Gambar 3.2 Rangkaian ekivalen filter pasif double tuned
8. Menghitung nilai reaktor yang digunakan untuk meredam harmonisa
orde 3 dan orde 5.
,
= 0,079053333 Ω
� =
� =
.
= 0,044675 Ω
Nilai induktansi masing-masig orde harmonisa yaitu:
� =
� =
��
��
��
Maka:
��
� =
� =
,
� ,
,
� ,
�
�
= 0.000251762 H
= 0.000142277 H
28
Universitas Sumatera Utara
9. Menghitung tahanan reaktor untuk menentukan nilai faktor kualitas Q,
dimana:
R=
�
Maka:
� =
� =
.
,
x
x
= 0,00142296 Ω
= 0,001595531 Ω
3.4 Simulasi Sistem tanpa filter
Dalam simulasi pada bagian ini dilakukan tanpa filter. Sehingga dalam
simulasi ini hanya terdiri dari sumber tegangan, sumber harmonisa, impedansi
sumber dan impedansi beban , hal ini dilakukan untuk melihat bentuk gelombang
yang dihasilkan serta tegangan terdistorsi yang akan menjadi tegangan imput pada
motor induksi tiga phasa. Berikut adalah bentuk rangkaian simulasi pada matlab:
29
Universitas Sumatera Utara
30
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.3 Rangkaian simulasi tanpa filter
Berikut ini merupakan grafik dan spektrum hasil simulasi,
(a)
(b)
Gambar 3.4 (a) Gelombang arus harmonisa, (b) Spektrum arus harmonisa
31
Universitas Sumatera Utara
(c)
(d)
Gambar 3.5 (c) Gelombang arus sumber, (d) Spektrum arus sumber
32
Universitas Sumatera Utara
(e)
(f)
Gambar 3.6 (e) Gelombang tegangan, (f) Spektrum tegangan
3.5 Simulasi dengan penambahan filter pada orde 5 dan orde 7
Pada simulasi bagian kedua ini ditambahkan satu buah filter pasif double
tuned yang telah dirancang sebelumnya . filter ini akan ditempatkan (mem filter)
pada harmonisa orde 5 dan orde 7. Berikut ini adalah gambaran simulasi pada
matlab.
33
Universitas Sumatera Utara
34
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.7 Rangkaian simulasi dengan filter pada orde 5 dan7
Berikut ini merupakan grafik dan spektrum hasil simulasi, dengan filter orde 5
dan 7
(a)
(b)
Gambar 3.8 (a) Gelombang arus harmonisa, (b) Spektrum arus harmonisa
35
Universitas Sumatera Utara
(c)
(d)
Gambar 3.9 (c) Gelombang arus sumber, (d) Spektrum arus sumber
36
Universitas Sumatera Utara
(e)
(f)
Gambar 3.10 (e) Gelombang tagangan, (f) Spektrum tegangan
3.6 Simulasi Dengan Penambahan Filter Pada Orde 3,5 Dan 7
Pada simulasi bagian ini ditambahkan satu buah filter pasif double tuned
yang telah dirancang sebelumnya . filter ini akan ditempatkan (mem filter) pada
harmonisa orde 3, orde 5 dan orde 7. Berikut ini adalah gambaran simulasi pada
matlab.
37
Universitas Sumatera Utara
38
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.11 Rangkaian simulasi dengan filter pada orde 3,5,dan7
Berikut ini merupakan grafik dan spektrum hasil simulasi, dengan filter orde 5
dan 7
(a)
(b)
Gambar 3.12 (a) Gelombang arus harmonisa, (b) Spektrum arus harmonisa
39
Universitas Sumatera Utara
(c)
(d)
Gambar 3.13 (c) Gelombang arus sumber, (d) Spektrum arus sumber
40
Universitas Sumatera Utara
(e)
(f)
Gambar 3.14 (e) Gelombang tagangan, (f) Spektrum tegangan
41
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
ANALISIS DAN PEMBAHASAN
4.1 Pendahuluan
Pada bab ini dibahas hasil simulasi yang telah dilakukan secara keseluruhan,
mulai simulasi tanpa penambahan filter dan simulasi setelah penambahan filter
serta pengaruh hasil simulasi terhadap motor induksi tiga phasa.
4.2 Hasil rancangan filter pasif double tuned
Hasil perancangan filter dapat dilihat pada tabel 4.1
Tabel 4.1 Data komponen filter pasif orde 5 dan 7
Kode
A
B
1
2
3
Komponen R (Ω)
0,00142296
0,001595531
0.000126563
0,000129773
0.000108308
Komponen L (H)
0,000090634
0,00007259
0.000040307
0.00000495
-
Komponen C (F)
0,004476181
0,00285145
0,007327631
0.061402146
-
Tabel 4.2 Data komponen filter pasif orde 3 dan 5
Kode Komponen R (Ω)
A
0,00142296
B
0,001595531
Komponen L (H)
0.000251762
0.000142277
Komponen C (F)
0,004476181
0,00285145
4.3 Hasil simulasi tanpa filter
Hasil dar simulasi tanpa filter dapat dilihat pada tabel 4.3
Tabel 4.3 Hasil simulasi tanpa filter
Orde
harmonisa
1
3
5
7
9
11
13
15
Tegangan harmonisa
Arus harmonisa
230,11
1,68
9,98
7,43
1,14
3,67
2,20
1,42
227,30
34,20
127,50
72,10
9,20
26,30
14,40
8,70
42
Universitas Sumatera Utara
17
19
THD (%)
3,25
1,05
6,01%
19,00
5,90
68,27%
4.4 Hasil simulasi dengan penambahan filter pada orde 5 dan 7
Hasil dari simulasi tanpa filter dapat dilihat pada tabel 4.4
Tabel 4.4 Hasil simulasi dengan penambahan filter
Orde
harmonisa
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
THD (%)
Tegangan harmonisa
Arus harmonisa
235,55
1,65
0,18
0,11
0,33
1,36
0,93
0,66
1,64
0,56
1,27%
594,69
49,99
3,41
1,53
3,60
12,78
7,76
5,03
11,59
3,76
9,09%
4.5 Hasil simulasi dengan penambahan filter pada orde 3,5 dan 7
Hasil dari simulasi tanpa filter dapat dilihat pada tabel 4.5
Tabel 4.5 Hasil simulasi dengan penambahan filter
Orde
harmonisa
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
THD (%)
Tegangan harmonisa
Arus harmonisa
242,43
0,08
0,11
0,11
0,28
1,14
0,78
0,56
1,40
0,48
0,88%
1196,17
2,42
2,12
1,46
3,04
10,73
6,53
4,25
9,85
3,22
1,46%
43
Universitas Sumatera Utara
4.6 Analisis Pada Motor Induksi 3 Phasa
Pada bagian ini akan dibahas mengenai pengaruh dari harmonisa pada
effisiensi motor induksi tiga phasa.
Spesifikasi dari motor induksi yang akan di analisis
•
29,502 hp, 22kW, 400V, pf = 0,88
A. Kondisi tanpa harmonisa
1. Impedansi motor
S=
�
=
=
=
�
,
= 25 kVA = 0,025 MVA
,
,
�� + √ − ��
,
+ √ − ,
2. Perhitungan arus beban penuh
=
=
,
�
ℎ
�
=
�
,
= ,
+
,
,
3. Perhitungan Arus pada kondisi tanpa beban (no-load)
= , = ,
= ,
,
� pada kondisi tanpa beban
4. Perhitungan rugi
� =
=
�=
,
,
� ,
= ,
5. Effisiensi motor induksi
Ƞ=
− ,
�
Ƞ=
%=
�
�
�
, %
%
44
Universitas Sumatera Utara
B. Kondisi terdistorsi harmonisa
1. Impedansi motor
S=
=
�
�
=
=
,
= 25 kVA = 0,025 MVA
,
�� + √ − �� )
,
,
+ √ − ,
= ,
2. Perhitungan arus beban penuh
=
=
,
�
ℎ
�
=
,
�
+
,
,
3. Perhitungan Arus pada kondisi tanpa beban (no-load)
= , = ,
,
= ,
4. Perhitungan Irms (pada kondisi terdistorsi harmonisa)
=
.√ + �
= .√ + ,
= 23,078 x 1,3
= 30 A
� pada kondisi tanpa beban
5. Perhitungan rugi
� =
=
�
�=
� ,
,
= ,
6. Effisiensi motor induksi
Ƞ=
− ,
�
Ƞ=
%=
�
�
,
�
%
%
45
Universitas Sumatera Utara
C. Kondisi setelah penambahan filter pada orde 5 dan 7
1. Impedansi motor
S=
�
=
�
=
=
,
= 25 kVA = 0,025 MVA
,
�� + √ − �� )
,
,
+ √ − ,
= ,
2. Perhitungan arus beban penuh
=
=
,
�
ℎ
�
=
,
�
+
,
,
3. Perhitungan Arus pada kondisi tanpa beban (no-load)
= , = ,
,
= ,
4. Perhitungan Irms (pada kondisi terdistorsi harmonisa)
=
.√ + �
�
= .√ + .
= 23,078 x 1,004123
= 23,1731506 A
5. Perhitungan rugi
� =
=
,
�=
� pada kondisi tanpa beban
,
6. Effisiensi motor induksi
Ƞ=
− ,
�
� ,
= ,
Ƞ=
%=
�
�
,
�
%
%
46
Universitas Sumatera Utara
D. Kondisi setelah penambahan filter pada orde 3, 5 dan 7
1. Impedansi motor
S=
=
�
�
=
=
,
= 25 kVA = 0,025 MVA
,
�� + √ − �� )
,
,
+ √ − ,
= ,
2. Perhitungan arus beban penuh
=
=
,
�
ℎ
�
=
,
�
+
,
,
3. Perhitungan Arus pada kondisi tanpa beban (no-load)
= , = ,
,
= ,
4. Perhitungan Irms (pada kondisi terdistorsi harmonisa)
=
.√ + �
�
= .√ + .
= 23,078 x 1,000106574
= 23,08046 A
5. Perhitungan rugi
� =
=
,
�=
� pada kondisi tanpa beban
,
= ,
� ,
6. Effisiensi motor induksi
Ƞ=
− ,
�
Ƞ=
�
�
%=
,
�
%
%
47
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.6 Hasil analisis pada motor induksi 3 phasa
No
1
2
3
4
Kondisi
rugi
Tanpa Terdistorsi Harmonisa
Terdistorsi Harmonisa
Setelah Penambahan Filter (5,7)
Setelah Penambahan Filter (3,5,7)
� (kW)
2,9995698
5,0607000
3,0243553
3,0002090
Effisiensi motor
induksi (%)
86,36
76,99
86,25
86,36
4.7 Pembahasan
Pada Tabel 4.1 memperlihatkan nilai-nilai dari komponen filter pasif double
tuned dimana nilai-nilai tersebut diperoleh berdasarkan perhitungan matematis.
Tabel 4.1 juga menunjukkan orde-orde dimana filter tersebut akan dituning,lebih
tepatnya filter ini akan digunakan atau ditempatkan pada orde 5 dan orde 7. Dan
diharapkan mampu menurunkan harmonisa mencapai standar IEEE 512-1992.
Pada Tabel 4.2 memperlihatkan nilai-nilai dari komponen filter pasif double
tuned yang dituning atau ditempatkan pada orde 3 dan orde 5. sehingga orde-orde
yang difilter adalah orde 3,5 dan7. Pada tabel 4.3 menunjukkan nilai dari tegangan
dan arus yang terdistorsi oleh harmonisa. Pada tabel juga memperlihatkan nilai dari
THDi serta THDv. Terlihat dari tabel kondisi dari Harmonisa arus yang terjadi pada
orde 3,5 dan 7 melebihi standar yang ditetapkan.
Pada Tabel 4.4 menunjukkan nilai-nilai dari arus dan tegangan terdistorsi
yang mengalami perbaikan setelah pemberian filter pada orde 5 dan orde 7. Namun
harmonisa arus yang terjadi masih belum sesuai standart IEEE 512-1992.
Pada Tabel 4.5 memperlihatkan nilai-nilai hasil arus dan tegangan terdistorsi
yang telah mengalami perbaikan setelah pemberian fiter pada orde 3, 5 dan 7. Pada
tabel juga memperlihatkan bahwa arus dan tegangan juga telah memenuhi standar
IEEE 512-1992.
48
Universitas Sumatera Utara
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Setelah dilakukan proses simulasi dan analisis terhadap motor induksi maka dapat
diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Pemasangan fiter pasif double tuned orde 5 dan orde 7 dapat mereduksi
harmonisa, walaupun belum sesuai dengan standar yang telah ditentukan
yaitu standar IEEE 512-1992. hal ini dapat dilihat pada tabel 4.4.
2. Pemasangan filter pasif double tuned orde 3,5 dan 7 mampu mereduksi
harmonisa sesuai standar IEEE 512-1992, dan mampu meningkatkan
efisiensi motor induksi sebesar 9,37%
5.2 Saran
1. Pada simulasi diperlukan dua buah filter pasif double tuned untuk
mereduksi harmonisa hingga mencapai standar IEEE 512-1992, hal ini
kurang efisien, mengingat fisik dari filter tersebut cukup besar. Untuk itu
sebaiknya percobaan selanjutnya dilakukan dengan jenis filter yang lain.
2. Percobaan untuk mereduksi harmonisa dengan filter pasif double tuned
sebaiknya diaplikasikan pada rating tegangan yang lebih tinggi, agar
kinerja dari filter lebih maksimal.
49
Universitas Sumatera Utara