Jurnal Ilmiah Foristek Vol.1, No. 1, Maret 2011

16

WATAK HARMONIK PADA INVERTER TIGA FASATAK BERBEBAN

Wahri Sunanda1, Yuli Asmi Rahman2

1Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Bangka Belitung2Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Tadulako

1Email: wahrisunanda@gmail.com2Email : asmi_yuli81@yahoo.co.id

AbstractHarmonic is one of sinusoidalcomponents, one wave period from whichhaving multiple frequency of itsfundamental frequency one, leading toelectrical power quality problems.Harmonic distortion in term of voltageand current ones, generally is due to nonlinier impedance. Inverter is one ofexample of it. There are some items thatwill be measured. There are value ofharmonic at source and value of voltageand current harmonic when inverter doesnot have any load. IEEE Standard of 519-1992 as a reference in determiningmaximum limitation voltage and currentharmonics. The result of the tests wereshowed that voltage harmonic distortionat inverter did not exceed the IEEE 519-1992 maximum limitation of 5%. Whilecurrent harmonic distortion had exceedthe maximum limitation of the IEEE 519-1992. The highest results were exceeding56,55 % when inverter does not have anyload.

Keywords: Voltage, Current, HarmonicDistortion, Inverter.

I. PENDAHULUAN

Harmonik menyebabkan terjadinyapenyimpangan gelombang tegangan dan arusyang mempunyai pengaruh kurang baikterhadap peralatan listrik. Harmonik adalahsalah satu dari beberapa permasalahan yangmempengaruhi kualitas daya listrik.Terjadinya penyimpangan gelombangtegangan dan arus akan mempengaruhi unjukkerja sistem, dimana peralatan listrik akanmengalami gangguan diluar kondisi normal.Harmonik dalam sistem tenaga listrik,sebenarnya ditujukan untuk kandungan

distorsi pada gelombang tegangan dan arusfundamental yang mana beban non lineardianggap sebagai sumber harmonik.

Perkembangan ilmu pengetahuan danteknologi bidang elektronika daya (powerelectronic), mempunyai peranan yang besardalam perkembangan industri modernterutama pada sistem kendali. Inverter,merupakan salah satu perangkat elektronikadaya yang diaplikasikan pada industri untukmengubah tegangan arus searah menjaditegangan bolak balik. Umumnya digunakanuntuk mengatur kecepatan motor listrik atauuntuk keperluan tertentu lainnya. Aplikasiteknologi elektronika daya menimbulkanefek samping, yaitu meningkatnya arusharmonik akibat dari proses pengkonversianbentuk gelombang energi listrik dari satubentuk ke bentuk yang lain (Erhaneli, 2003).Dampak dari harmonik akan semakinberbahaya, apabila mengganggu peralatanyang digunakan untuk kepentingan umumseperti saluran telepon, oleh karena itupermasalahan harmonik perlu mendapatkanperhatian yang serius.

Penelitian dilakukan untuk mengetahuikandungan harmonik pada inverter tiga fasayang tidak dibebani dengan hipotesis bahwakandungan harmonik arus dan tegangan padasumber inverter sebelum diberi beban, sudahada namun belum melebihi standar yangditetapkan.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Studi Harmonik

Harmonik adalah salah satu dari sekianbanyak permasalahan yang menyangkutkualitas daya listrik. Keberadaan harmonikini sangat mengganggu bahkan merugikansistem apabila melebihi batas standar yang

Jurnal Ilmiah Foristek Vol.1, No. 1, Maret 2011

17

ditetapkan, dalam hal ini standar yangdigunakan adalah standar IEEE 519-1992.Pada gambar 1. akan diperlihatkan sebuahgelombang yang terdistorsi dandirepresentasikan dalam deret seri Fourier.

Gambar 1. Gelombang terdistorsidirepresentasikan dalam deret Fourier

B. Indeks Harmonik

Dalam analisis harmonik, beberapaindeks penting berikut digunakan untukmelukiskan pengaruh harmonik padakomponen sistem tenaga listrik dan sistemkomunikasi.

1. Total Harmonic Disortion (THD)∶= ∑ 100 % (1)

∶ = ∑ 100 % (2)

Didefinisikan sebagai perbandingannilai rms komponen harmonik terhadapkomponen dasar dalam persen (%).

Indeks ini digunakan untuk mengukurpenyimpangan (deviation) dari bentukgelombang satu periode yang mengandungharmonik pada satu gelombang sinussempurna. Untuk satu gelombang sinussempurna pada frekuensi dasar, THD adalahnol. Demikian pula pengukuran distorsiharmonik individual untuk tegangan dan aruspada orde ke h didefinisikan sebagai ⁄dan ⁄ .

Pada tabel 1. dan tabel 2. ditampilkanstandar IEEE Std 519-1992 untuk batasan

ITHD dan VTHD yang digunakan sebagai acuandalam penelitian ini.

2. Inverter

Inverter adalah suatu rangkaianpenyaklaran elektronik yang dapat merubahtegangan searah menjadi tegangan bolakbalik. Pada dasarnya, inverter tiga fasamerupakan gabungan dari inverter satu fasadengan perbedaan 1200 listrik antara fasayang satu dengan fasa yang lainnya.Mengatur tegangan keluaran dari invertermenggunakan teknik PWM (pulsa wavemodulation). Bentuk gelombang tegangankeluaran inverter biasanya juga tidaksinusoida murni karena masih mengandungkomponen frekuensi yang tidak diinginkan.Jika tegangan seperti ini digunakan untukmencatu daya pada beban, seperti motorinduksi, akan menambah kerugian, getarandan riak dalam motor.

Gambaran secara umum inverter dapatdilihat pada gambar 2. berikut ini.

Gambar 2. Invertertiga fasa

Inverter yang digunakan padapenelitian ini sudah dilengkapi denganrangkaian penyearah tiga fasa. Tegangansumber maksimum yang masuk ke penyearahadalah 240 volt antar fasa, dan keluaranmaksimum dari inverter adalah 220 voltantar fasa. Kemampuan arus masukanmaksimum 8 A, dan arus keluaran inverter4 A, dengan kemampuan daya 0,75 kW.

III. METODOLOGI

Dalam melakukan penelitian inidilakukan melalui tahapan antara lain :a. Mengumpulkan alat dan bahan

penelitian.

Jurnal Ilmiah Foristek Vol.1, No. 1, Maret 2011

18

b. Mengukur kandungan harmonik sumbertegangan.

c. Mengukur kandungan harmonik tegangandan arus pada saat inverter tidakberbeban dengan berbagai tegangankeluaran.

d. Menghitung THD arus dan tegangan

Tabel 1. Current distortion limits for generaldistribution systems (120 V Through 69.

000V)

Note: even harmonics are limited to 25% ofthe harmonic limits aboveCurrent distortion that result in a dc offsetare not allowed

ISC = maximum short circuit currentatPCC ( point of common coupling)IL = maximum demand load current(fundamental frequency) at PCC

Tabel 2. Voltage distortion limits

Note:high voltage systems can have up to 2%THD where the cause is an HVDC terminalthat will attenuate by the time it is tapped fora user

Alur penelitian dapat dilihat secara lengkappada gambar 3.

Gambar 3. Alur Penelitian

Proses pengambilan data dilakukandengan rangkaian alat dan bahan sesuaigambar 4.

Gambar 4. Rangkaian percobaan

Alat dan bahan yang digunakan dalampenelitian ini adalah:

a. Trafo tiga fasaMemiliki kemampuan 3 kVA, tegangankeluaran maksimum 240 volt antar fasadengan frekuensi 50 Hz.

b. Satu unit inverter tiga fasaInverter yang digunakan dalam penelitianini memiliki kemampuan 0,75 kW.Inverter ini sudah dilengkapi denganrangkaian penyearah tiga fasa. Teganganmaksimum yang dipakai sebagai sumberinverter adalah 220 volt antar fasa dengankemampuan arus maksimum 8 ampere,sedangkan tegangan keluaran inverter

Trafo 3fasa Inverter

PM 3000 A Komputer

Jurnal Ilmiah Foristek Vol.1, No. 1, Maret 2011

19

adalah 220 volt dengan kemampuan arus4 ampere.

c. Universal Power Analyzer PM 3000 A(UPA PM 3000A), alat ukur yangdigunakan untuk mengetahui kandunganharmonik pada sistem.

d. RS 232 sebagai penghubung UPA PM3000A dengan komputer untukpengoperasian jarak jauh atau remote.

IV. HASIL PENELITIANDANPEMBAHASAN

A. Watak Harmonik Sumber Tegangan

Sumber tegangan yang dipakai adalahtrafo 3 fasa yang disuplay dari jaringan PLN.Tegangan sumber untuk inverter digunakan220 volt antar fasa. Hasil pengukuran sampaidengan harmonik ke-10 diperlihatkan padatabel 3., sedangkan untuk spektrum harmoniksampai dengan harmonik ke- 30 dapat dilihatpada gambar 4.

Tabel 3. Hasil pengukuran harmoniksumber tegangan

Gambar 4. Spektrum harmonik sumbertegangan

Pada gambar 4. dapat dilihat harmoniktertinggi terjadi pada fase S, yaitu harmonikke-5. Nilai distorsi harmonik tegangan padafasa R, S, dan T masing-masing adalah2,494%, 2,794%, dan 2,546%. Sedangkannilai total distorsi harmonik (THD) teganganyang terukur masing-masing untuk fasa R, S,dan T adalah 2,614%, 2,861%, dan 2,595%.Menggunakan persamaan (1) diperoleh THD

tegangan sumber pada fasa R sebesar2,616%, pada fasa S sebesar 2,862%, danpada fasa T sebesar 2,603%. Nilai ini masihberada di bawah standar IEEE 519-1992,yaitu 5% untuk tegangan sampai 69 kV.Jadi sumber tegangan ini masih bisa dipakaikarena kandungan harmoniknya belummelebihi standar. Berikut adalah bentukgelombang tegangan sumber untuk masing-masing fasa.

Gambar 5. Gelombang tegangan sumberpada fasa R

Gambar 6. Gelombang tegangan sumberpada fasa S

Gambar 7. Gelombang tegangan sumberpada fasa T

B. Watak Harmonik pada Kondisi TidakBerbeban

Tahapan selanjutnya adalah mengukurkandungan harmonik tegangan dan arus padasaat kondisi inverter tidak berbeban denganberbagai tegangan keluaran, dimanategangan keluaran maksimum mencapai 230volt.

Jurnal Ilmiah Foristek Vol.1, No. 1, Maret 2011

20

Tabel 4.Hasil pengukuran teganganharmonik pada keluaran inverter maksimum

kondisi tidak berbeban (230 volt)

Nilai harmonik tertinggi terjadi padaharmonik ke-5, yaitu fasa S, kemudiandiikuti oleh fasa T dan R. Nilai kandunganharmonik fasa R, S, dan T masing-masingadalah 2,624%, 2,933%, dan 2,805%. NilaiTHD tegangan masing-masing fasa R, S, danT adalah 2,738%, 3,082%, dan 2,921%.

Gambar 8. Spektrum tegangan harmonikkeluaran 230 volt tidak berbeban

Menggunakan persamaan (1) THDtegangan keluaran maksimum juga dapatdicari, dan hasilnya pada fasa R sebesar2,743%, pada fasa S sebesar 3,986%, danpada fasa T sebesar 2,923%.

Harmonik arus tertinggi terjadi padafasa R dengan nilai 56,55%, kemudiandiikuti oleh fasa S sebesar 45,22%, dan fasaT sebesar 15,73%.

Tabel 5. Hasil pengukuran arus harmonikpada keluaran inverter maksimum kondisi

tidak berbeban (230 volt)

Nilai total distorsi harmonik (THD)arus pada fasa R, S, dan T masing-masingadalah sebesar 158,4%, 117,8%, dan 32,96%.

Gambar 9.Spektrum arus harmonik padategangan keluaran maksimum

Gambar 10. Gelombang arus harmonik fasaR

Menggunakan persamaan (2) THD arus yangdiperoleh pada fasa R sebesar 158,4%, padafasa S sebesar 117,887%, dan pada fasa Tsebesar 33,036%.

Gambar 11. Gelombang arus harmonik fasaS

Gambar 10. sampai 12. di atas adalah bentukgelombang arus harmonik masing-masingfasa pada keluaran inverter maksimum tidakberbeban.

Gambar 12. Gelombang arus harmonik fasaT

Jurnal Ilmiah Foristek Vol.1, No. 1, Maret 2011

21

Pada saat inverter tidak berbeban, nilaikomponen arus harmonik secara keseluruhanmelebihi nilai yang diijinkan dalam standarIEEE-159-1992.

V. PENUTUP

A. Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telahdilakukan, dapat diambil kesimpulan sebagaiberikut:1. Nilai harmonik tegangan dan arus pada

berbagai nilai tegangan keluaran inverterpada kondisi tidak berbeban didominasioleh harmonik orde ganjil.

2. Nilai tegangan harmonik tertinggi sebesar2,933% dan arus harmonik tertinggi56,55%. Nilai THD tegangan tertinggisebesar 3,986% dan untuk THD arustertinggi sebesar 158,4%.

B. Saran

1. Berdasarkan hasil penelitian inidiperlukan penelitian lebih lanjutmengenai watak harmonik pada inverteryang dibebani agar didapat hasilpenelitian yang komperehensif mengenaiwatak harmonik pada inverter.

2. Harmonik yang muncul pada inverter jugaharus direduksi agar pengaruh harmonikdapat diminimalisir.

DAFTAR PUSTAKA

Arrillaga, J., Smith, B.C., Watson, N.R. andWood, A.R. ,1997, Power SystemHarmonic Analysis, John Wiley &Sons, Chichester.

Cividino, Lorenzo., 1992, Power Factor,Harmonic Distortion; Causes,Effects and Considerations, IEEE,0-7803-0779-08/92.

Dugan, Roger C., McGranaghan, Mark F.,Beaty, H. Wayne, 2004, ElectricalPower System Quality, McGraw-Hill.

Erhaneli., 2003, Pengurangan Harmonikpada Drive Inverter denganMenggunakan Filter Pasif, Tesis S2Program Studi Teknik ElektroPascasarjana UGM, Yogyakarta.

IEEE Std 519-1992, 1993, RecommendedPractices and Requirements forHarmonis Control in ElectricalPower Systems. New York.

Liem, Ek Bien, Sudarno, 2004, PengujianHarmonisa dan Upaya PenguranganHarmonisa pada Lampu HematEnergi. JETri. Jakarta.