(Skripsi) Oleh PANJI PRASETYO
advertisement
i SIMULASI DAN ANALISIS CYCLOCONVERTER 3 FASA SEBAGAI PENGENDALI KECEPATAN PADA MOTOR INDUKSI 3 FASA (Skripsi) Oleh PANJI PRASETYO PUTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG 2017 ii ABSTRACT SIMULATION AND ANALYSIS OF 3 PHASE CYCLOCONVERTER AS A SPEED CONTROL ON 3 PHASE INDUCTION MOTOR Oleh PANJI PRASETYO PUTRO The development of science and technology in the world has grown rapidly. Science in every field has its own portion in human life. From the field of engineering technology that develops, the field of electricity included some aspects of sending the signals in low power, moreover some applied technologies have also been developed in industries and fabrication, such as the use of motors in fabrication processes that require the control of induction motors. Cycloconverter is a convertible equipments to change the frequency of alternating electric voltage directly. An induction motor is a device that converts electrical energy into mechanical energy. The induction motor has the characteristics that enable it to be controlled at speed with its input frequency. Therefore, the speed of a 3-phase induction motor can be controlled. The response of the controlled induction motor is observed by using simulink in Matlab software. Based on the test results, the voltage response, current and speed of induction motor is best obtained at cycloconverter output frequency of 25 Hz and 50 Hz. The harmonic current and voltage generated by the resistive loaded cycloconverter output were decreased, from the 5 Hz frequency of 72.33% to 0.41% at the 50 Hz frequency. The voltage drops along the cycloconverter circuit is only 2,078 V, wherein the input terminal voltage is 219.425 V and the output is 217.345 V with the resistive load at the output terminal. Keyword: 3-Phase, Induction Motor, cycloconverter, Simulink MATLAB, motor response iii ABSTRAK SIMULASI DAN ANALISIS CYCLOCONVERTER 3 FASA SEBAGAI PENGENDALI KECEPATAN PADA MOTOR INDUKSI 3 FASA Oleh PANJI PRASETYO PUTRO Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi di dunia sudah semakin pesat. Ilmu dari segala bidang telah mempunyai porsinya masing-masing dalam kehidupan manusia. Dari bidang teknologi keteknikan yang berkembang pada bidang kelistrikan meliputi segi pembangkitan listrik hingga ke ranah pengiriman sinyal yang berdaya rendah. Berkembang pula teknologi aplikatif yang digunakan pada industri-industri dan fabrikasi, seperti digunakannya motor dalam proses fabrikasi yang menuntut adanya pengendalian motor induksi. Cycloconverter adalah peralatan konsversi untuk mengubah frekuensi tegangan listrik bolak-balik secara langsung. Motor induksi adalah peralatan yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Motor induksi memiliki karakteristik yang membuatnya dapat dikendalikan kecepatannya dengan frekuensi masukannya. Oleh karena itu, motor induksi 3 fasa dapat dikendalikan kecepatannya dan dapat dilihat bagaimakana responnya jika dikendalikan dengan cycloconverter 3 fasa, menggunakan simulasi Simulink pada perangkat lunak MATLAB . Dari hasil pengujian yang dilakukan, respon tegangan, arus dan kecepatan motor induksi paling baik didapatkan pada frekuensi keluaran cycloconverter sebesar 25 Hz dan 50 Hz. Harmonisa arus dan tegangan yang dihasilkan oleh keluaran cycloconverter berbeban resistif semakin menurun, dari frekuensi 5 Hz yaitu sebesar 72,33% menjadi 0,41% pada frekuensi 50 Hz. Tegangan jatuh pada sepanjang rangkaian cycloconverter hanya sebesar 2.078 V, dimana tegangan pada terminal masukannya adalah 219,425 V dan pada keluarannya adalah 217,345 V dengan dibebani oleh beban resistif pada terminal keluarannya. Kata kunci: 3 fasa, motor induksi, cycloconverter, Simulink MATLAB, respon motor iv SIMULASI DAN ANALISIS CYCLOCONVERTER 3 FASA SEBAGAI PENGENDALI KECEPATAN PADA MOTOR INDUKSI 3 FASA Oleh PANJI PRASETYO PUTRO Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK Pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2017 v vi vii viii RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bandar Lampung, pada tanggal 7 Juni 1994, sebagai anak pertama dari empat bersaudara, dari Bapak Sumaryo Gito Saputro dan Ibu Diah Retnowati. Riwayat pendidikan penulis dimulai dari Sekolah Dasar Negeri (SDN) 1 Langkapura, Bandar Lampung pada tahun 2000 dan diselesaikan pada tahun 2006, Sekolah Menengah Pertama Negeri (SMPN) 4 Bandar Lampung dari tahun 2006 dan diselesaikan pada tahun 2009, dan Sekolah Menengah Atas Negeri (SMAN) 9 Bandar Lampung, dari tahun 2009 dan diselesaikan pada tahun 2012. Tahun 2012, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung melalui jalur tes tertulis. Selama menjadi mahasiswa penulis pernah menjadi asisten praktikum mata kuliah Dasar Teknik Tenaga Listrik, Mesin Listrik, dan Elektronika Daya, dan terdaftar sebagai anggota organisasi intra kampus Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro (HIMATRO) Universitas Lampung sebagai Anggota Departemen Minat dan Bakat HIMATRO periode 2014-2015. Pada Juli 2015 penulis melaksanakan kerja praktik di Perum Jasa Tirta 2, Divisi Pembangkitan, Purwakarta, Jawa Barat, dan membuat laporan tentang “Relay Proteksi Transformator Daya 6,3kV/150kV pada Pembangkit Unit 2 Perum Jasa Tirta 2”. Pada September 2016, penulis melaksanakan penelitian ini di Laboratorium Terpadu Teknik Elektro Universitas Lampung. ix PERSEMBAHAN Dengan Ridho Allah SWT, serta Guru Mursid yang telah memberikan petunjuk terbaiknya, Karya tulis ini kupersembahkan untuk: Ayah dan Ibuku Tercinta Sumaryo Gito Saputro dan DIah Retnowati Serta Adikku Tersayang Hafidz Riza Setiawan Arjuni Ilham Kusuma Anggita Prasastya Widyasari Saudara Sepupu Tersayang Gigih Wibisono (Alm.), Puri Wibiyanti, Rezky Yudistira, Nadhia Mustika Putri, Merza Trisnaudy, Ryan Padma Trisnaudy, dan Wulan Ramadhani Trisnaudy Teman-teman kebanggaanku Rekan-rekan Jurusan Teknik Elektro Almamaterku Universitas Lampung Agamaku Islam Bangsa dan Negaraku Republik Indonesia Terima-kasih untuk semua yang telah diberikan kepadaku. x MOTTO “Karena Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.” ( Al-Quran, Surat Al – Insyirah, 94 : 5 – 6 ) “Niscaya Allah akan mengangkat (derajat) orang-orang beriman diantaramu dan orang-orang yang diberi ilmu beberapa derajat” (Al-Quran, Surat Al – Mujadilah, 58 : 11) “Apabila manusia telah meninggal dunia maka terputuslah semua amalannya kecuali tiga amalan : shadaqah jariyah, ilmu yang bermanfaat, dan anak sholih yang mendoakan dia.” ( HR. Muslim ) “Raihlah ilmu, dan untuk meraih ilmu belajarlah untuk tenang dam sabar.” ( Umar bin Khatab RA ) Angin tidak berhembus untuk menggoyangkan pepohonan, melainkan menguji kekuatan akarnya (Ali bin Abi Thalib) xi SANWACANA Alhamdulillahirobbil’alamiin, penulis memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian Tugas Akhir ini. Tugas akhir dengan judul “SIMULASI DAN ANALISIS CYCLOCONVERTER 3 FASA SEBAGAI PENGENDALI KECEPATAN PADA MOTOR INDUKSI 3 FASA ” ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung. Dalam masa perkuliahan dan penelitian, penulis mendapat banyak hal baik berupa dukungan, semangat, motivasi dan banyak hal yang lainya. Untuk itu penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Ir. Hasriadi Mat Akin, M.P. selaku Rektor Universitas Lampung. 2. Bapak Prof. Suharno, M.Sc, Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung. 3. Bapak Dr. Ardian Ulvan, S.T.,M.Sc. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung. xii 4. Bapak Ir. Abdul Haris, M.T selaku pembimbing utama skripsi yang telah dengan sabar membimbing, meberikan ilmunya, motivasi dalam hidup dan arahannya di sela-sela kesibukan beliau yang sangat padat. 5. Bapak Herri Gusmedi, S.T., M.T., selaku pembimbing pendamping yang telah mebimbing, memberi ilmunya, cerita inspiratif, arahan spiritual serta sarannya dalam individu menyusun penelitian ini. 6. Bapak Ir. Noer Soedjarwanto, M.T., selaku dosen penguji skripsi yang telah memberikan saran, krikitikan yang sangat membangun dalam penyusunan skripsi. 7. Bapak Dodhy Setiawan, S.T., selaku pembimbing di Perum Jasa Tirta II, yang sabar dalam membimbing dan sangat baik dalam membantu, selama penulis membutuhkan bantuan beliau baik data maupun pengetahuannya dalam penyusunan skripsi ini. 8. Segenap dosen dan pegawai di Jurusan Teknik Elektro yang telah memberikan ilmu dan wawasan yang tak terlupakan oleh penulis. 9. Ayahanda Dr. Ir. Sumaryo Gito Saputro, M.Sc. (Bapak), Ibunda Diah Retnowati, S.Pd. (Ibu). Tiada terkira jasa yang kalian berikan, hanya doa dan sedikit usaha meraih presatasi sekarang dan kedepannya serta menyelesaikan kewajiban agar terpancar senyum bangga di wajah kalian yang sangat saya impikan. 10. Suadara dan saudari tercinta Hafidz, Arjuna dan Anggita yang selama ini telah memberikan kasih sayang, semangat, doa, nasihat serta dukungan dalam segala aspek agar selalu istiqomah dalam menuntut ilmu. 11. Saudara sepupu seperjuangan, Gigih Wibisono (Alm), Rezky Yudistira, Merza Trisnaudy, Ryan Padma Trisnaudy atas segala do’a, dukungan dan bantuannya selama penulis hidup. 12. Teman dan rekan seperjuangan laboratorium Konversi Energi Elektrik (Rio Andesta, Aji Penetrap, Yayan, Ahmad Lifani, Surya Andika, Agung Dwi, Rendi, xiii dan seluruh staff dan asisten yang tidak bisa saya sebutkan satu per satu) terimakasih atas cerita, tawa, berbagi ilmu, pengelaman dan silaturahminya. 13. Pak Sugiono penguasa lab kedua setelah para Dosen, terimakasih mas untuk ilmu, kopi, gula, dan tehnya. 14. Teman-teman keluarga besar ELANG (Elektro Angkatan) 2012 terimakasih atas segala yang telah diberikan. 15. Teman-teman KKN Aji Jaya KNPI (Zainal Arifin, Umi Sholehah, Rian Adinata, Happy Christina, dan Roro Ayu) atas segala ceritanya selama di pengasingan selama 60 hari. 16. Rekan-rekan setia Earth Hour Bandar Lampung, terimakasih atas semangatnya dalam proses belajar dari aspek lingkungan hidup. 17. Teman-teman KRIBOJUNIOR (Pacul, Jambu, Dobleh, Kukut, Mas Rio). 18. Teman seperjuangan sampai sampai akhir perkuliahan, saudari Intan Anggraeni (mbuuul), dalam susah maupun senang, suka dan duka. Dukungan dalam segala hal, canda tawa yang ga akan pernah ada jika ga ketemu beliau. Thanks for everything and Hope that’s always been her. Penulis meminta maaf atas segala kesalahan dan ketidaksempurnaan dalam penyusunan tugas akhir ini. Saran dan kritik membangun sangat diharapkan penulis demi kebaikan di masa yang akan datang. Terimakasih Bandar Lampung, 24 Juli 2017 Penulis, Panji Prasetyo Putro i DAFTAR ISI DAFTAR ISI...........................................................................................................i DAFTAR TABEL.................................................................................................iv DAFTAR GAMBAR............................................................................................vi BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang..............................................................................................1 1.2 Tujuan..........................................................................................................3 1.3 Manfaat penelitian........................................................................................3 1.4 Rumusan masalah.........................................................................................3 1.5 Batasan masalah...........................................................................................4 1.6 Hipotesis.......................................................................................................4 1.7 Sistematika penulisan...................................................................................4 BAB II. TEORI DASAR 2.1 Cycloconverter.............................................................................................6 2.2 Jenis-jenis cycloconverter............................................................................8 2.2.1 Cycloconverter berdasarkan topologi rangkaiannya........................8 2.2.2 Cycloconverter berdasarkan fasanya..............................................11 2.3 Motor induksi.............................................................................................16 2.4 Pengendalian putaran motor induksi..........................................................19 ii 2.4.1 Mengubah jumlah kutub motor......................................................19 2.4.2 Mengubah frekuensi.......................................................................20 2.4.3 Mengatur tegangan.........................................................................21 2.5 Harmonisa..................................................................................................21 2.6 Tegangan....................................................................................................23 2.7 Frekuensi dan periode................................................................................24 2.8 Deret Fourier..............................................................................................26 BAB III. METODE PENELITIAN 3.1 Pendahuluan...............................................................................................27 3.2 Waktu dan lokasi....................................................................................... 28 3.3 Alat dan bahan............................................................................................28 3.4 Prosedur penelitian.....................................................................................28 3.4.1 Studi literatur..................................................................................28 3.4.2 Pengumpulan alat dan bahan..........................................................29 3.4.3 Pembuatan model simulasi pada software penguji........................29 3.4.4 Pengujian model.............................................................................29 3.4.5 Pengambilan data...........................................................................30 3.4.6 Analisa hasil data...........................................................................30 3.5 Blok diagram penelitian............................................................................ 30 3.6 Diagram alir penelitian...............................................................................31 BAB IV. HASIL PENELITIAN 4.1 Pendahuluan...............................................................................................32 iii 4.2 4.3 4.4 Perancangan simulasi.................................................................................32 4.2.1 Rangkaian sumber 3 fasa...............................................................32 4.2.2 Rangkaian cycloconverter..............................................................35 4.2.3 Rangkaian pensaklaran (switching)................................................35 4.2.4 Rangkaian motor induksi 3 fasa.....................................................38 4.2.5 Rangkaian keseluruhan..................................................................39 Pengujian rangkaian...................................................................................41 4.3.1 Pengujian rangkaian sumber 3 fasa................................................41 4.3.2 Pengujian rangkaian cycloconverter..............................................42 Hasil simulasi dan analisa..........................................................................43 4.3.1 Pengujian cycloconverter dengan beban resistif............................44 4.3.2 Pengujian cycloconverter dengan beban motor induksi.................53 4.3.3 Pengujian harmonisa akibat cycloconverter...................................66 4.3.4 Pengukuran nilai tegangan cycloconverter....................................80 BAB V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan................................................................................................83 5.2 Saran..........................................................................................................84 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN iv DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Data hasil perhitungan periode gelombang keluaran cycloconverter menggunakan persamaan 4.1..........................................................45 Tabel 4.2 Hasil pengujian harmonisa tegangan yang timbul pada sistem akibat pengoperasian cycloconverter........................................................67 Tabel 4.3 Hasil pengujian harmonisa tegangan yang timbul pada keluaran cycloconverter dengan beban resistif ............................................69 Tabel 4.4 Hasil perhitungan harmonisa tegangan yang timbul pada keluaran cycloconverter dengan beban resistif.............................................70 Tabel 4.5 Hasil pengujian harmonisa tegangan yang timbul pada keluaran cycloconverter 3 fasa akibat pembebanan motor induksi..............71 Tabel 4.6 Hasil pengujian harmonisa arus yang timbul pada sistem akibat pengoperasian cycloconverter .......................................................73 Tabel 4.7 Hasil pengujian harmonisa arus yang timbul pada sistem akibat pengoperasian cycloconverter........................................................75 Tabel 4.8 Hasil pengujian harmonisa arus yang timbul pada keluaran cycloconverter dengan beban resistif.............................................76 Tabel 4.9 Hasil pengujian harmonisa arus yang timbul pada sistem akibat pengoperasian cycloconverter yang dibebani motor induksi.........78 v Tabel 4.10 Hasil nilai tegangan Vrms perhitungan dan pengukuran pada sistem (sumber).........................................................................................80 vi DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Cycloconverter satu fasa..................................................................7 Gambar 2.2 Cycloconverter 3 fasa – 1 fasa non-circulating current...................9 Gambar 2.3 Cycloconverter 3 fasa – 1 fasa circulating current........................10 Gambar 2.4 Cycloconverter 1 fasa – 1 fasa.......................................................12 Gambar 2.5 Hasil gelombang keluaran cycloconverter 1 fasa -1 fasa...............13 Gambar 2.6 Cycloconverter 3 fasa – 1 fasa.......................................................14 Gambar 2.7 Gelombang yang dihasilkan cycloconverter 3 fasa – 1 fasa..........15 Gambar 2.8 Cycloconverter 3 fasa – 3 fasa.......................................................16 Gambar 2.9 Gelombang dengan frekuensi 50 Hz..............................................25 Gambar 3.1 Blok diagram rancangan penelitian................................................30 Gambar 3.2 Diagram alir penelitian...................................................................31 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi di dunia sudah semakin pesat. Ilmu dari segala bidang telah mempunyai porsinya masing-masing dalam kehidupan manusia. Dari bidang teknologi keteknikan yang berkembang pada bidang kelistrikan meliputi segi pembangkitan listrik hingga ke ranah pengiriman sinyal yang berdaya rendah. Pada sisi tersebut, berkembang pula teknologi aplikatif yang digunakan pada industri-industri dan fabrikasi, seperti digunakannya motor dalam proses fabrikasi yang menuntut adanya pengendalian motor induksi. Motor induksi adalah peralatan yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik yang banyak digunakan pada industri dan memiliki rancangan yang sederhana. Motor induksi memiliki karakteristik yang membuatnya dapat dikendalikan kecepatannya dengan mengubah-ubah besar tegangan masukan maupun mengubah frekuensi masukannya. Oleh karenanya motor induksi membutuhkan pengendalian pada frekuensi dan atau tegangan masukannya, maka perkembangan teknologi merambah bidang pengendalian motor induksi. Pengendalian motor induksi dalam hal tegangan dapat dilakukan dengan mengubah tegangan masukannya. Kemudian, pengendalian 2 motor induksi dari segi frekuensi dilakukan tidak dengan serta merta mengubah frekuensi masukan, karena frekuensi masukan dari pasokan daya listrik tidak bisa berubah. Perubahan frekuensi untuk pengendalian motor ini kemudian menjadi salah satu fokus dalam penelitian. Ada beberapa macam teknik mengubah frekuensi motor induksi, yaitu dengan cara menggunakan peralatan yang memanfaatkan devais semikondukor, seperti inverter, ataupun dengan menggunakan cycloconverter. Kedua peralatan tersebut menggunakan modifikasi perubahan frekuensi tegangan dan/atau frekeunsi dengan mengubah lebar pulsa pensaklaran pada peralatan saklarnya, yaitu IGBT ataupun MOSFET. Namun, karenanya inverter memiliki komponen DC dalam pembentukan gelombang AC melalui pensaklaran, oleh karena itu inverter mempunyai nilai harmonisa yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan cycloconverter, yang hanya mengubah tegangan AC menjadi tegangan AC. Metode pengaturan pada cycloconverter juga menjadi lebih sederhana. Oleh karena itu, cycloconverter lebih dipilih pada penelitian ini. Pada penelitian ini, akan dibahas mengenai desain cycloconverter 3 fasa ke 3 fasa dengan variabel frekuensi. Perubahan frekuensi akan dilakukan untuk mengubah kecepatan motor induksi 3 fasa. Dari perubahan frekuensi akan didapatkan perbedaan unjuk kerja pada motor induksi, yang kemudian akan dianalisa. Diharapkan penelitian ini dapat menjadi rujukan untuk mendapatkan desain pengendalian motor induksi 3 fasa dengan metode menggunakan cycloconverter. 3 1.2 Tujuan Adapun tujuan yang ingin dicapai pada penelitian ini yaitu sebagai berikut. 1. Membuat simulasi cycloconverter 3 fasa dengan frekuensi keluaran yang variabel (berubah-ubah) sebagai masukan untuk motor induksi 3 fasa. 2. Menganalisa unjuk kerja motor induksi 3 fasa berupa arus, tegangan dan kecepatan putar, dengan masukan variabel frekuensi dari cycloconverter 3 fasa. 1.3 Manfaat Adapun manfaat yang didapatkan setelah melakukan penelitian ini adalah sebagai berikut. 1. Mendapatkan desain pengendalian motor induksi 3 fasa yang lebih sederhana dengan perubahan frekuensi. 2. Mendapatkan desain pengendalian kecepatan motor induksi 3 fasa yang membutuhkan pengendalian yang lebih sederhana dibandingkan konverter variabel frekuensi lainnya. 1.4 Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut. 1. Bagaimana desain pengendalian motor 3 fasa menggunakan cycloconverter 3 fasa? 2. Bagaimana unjuk kerja motor induksi 3 fasa yang dikendalikan kecepatannya oleh cycloconverter? 4 1.5 Batasan Masalah Adapun batasan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut. 1. Penelitian ini hanya membahas mengenai cycloconverter 3 fasa untuk pengendalian kecepatan motor induksi 3 fasa. 2. Penelitian ini tidak membahas mengenai analisis harmonisa yang dihasilkan. 3. Penelitian ini hanya membahas pengaruh unjuk kerja motor akibat pengaturan frekuensi masukan motor induksi 3 fasa. 1.6 Hipotesis Cycloconverter dapat digunakan untuk mengendalikan kecepatan motor induksi 3 fasa dengan mengubah frekuensi masukan motor induksi 3 fasa. 1.7 Sistematika Penulisan Sistematika pada penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut. BAB I PENDAHULUAN Pada bab ini menjelaskan tentang latar belakang, tujuan, manfaat, rumusan masalah, batasan masalah, hipotesis, dan sistematika penulisan. BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pada bab ini menjelaskan mengenai landasan teori secara garis besar yang berhubungan dengan penelitian yang dilakukan. BAB III METODE PENELITIAN Pada bab ini menjelaskan tentang langkah-langkah yang dilakukan pada penelitian. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 5 Pada bab ini berisi mengenai hasil pengujian dan pembahasan terhadap hasil penelitian yang diperoleh. BAB V PENUTUP Pada bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil penelitian serta saran-saran untuk penelitian selanjutnya. DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN 6 BAB II TEORI DASAR 2.1 Cycloconverter Cycloconverter adalah konverter yang mengubah listrik AC menjadi listrik AC dengan parameter berbeda. Perbedaan paramater antara masukan dan keluaran cycloconverter yang bisa dibuat adalah frekuensi, tegangan dan fasa. Cycloconverter banyak dimanfaatkan oleh industri dan pabrik yang menggunakan motor induksi. Cycloconverter digunakan untuk mengendalikan kecepatan motor induksi. Cycloconverter peengendalian berbasis menggunakan pulsa, seperti devais PWM semikonduktor untuk dengan mengendalikannya. Cycloconverter ini mempunyai kelebihan lebih sederhana dalam aplikasinya untuk mengontrol, namun lebih membutuhkan banyak komponen semikonduktor. Konverter jenis ini yang akan menjadi fokus dari penelitian ini, dan akan dibahas lebih lanjut pada sub-bab selanjutnya. Cycloconverter adalah peralatan yang digunakan pada industri skala besar untuk mengatur kecepatan motor. Konverter jenis ini digunakan untuk mengatur frekuensi pada pengendali frekuensi variabel dengan rating dari beberapa megawatt sampai dengan puluhan megawatt. Pengendalian yang dilakukan cycloconverter didapat dengan mengatur pulsa penyalaannya dengan bantuan PWM. Hal ini dapat 7 dilakukan dengan menggunakan devais semikonduktor SCR pada rangkaiannya [1]. Cycloconverter adalah jenis pengontrol daya dimana tegangan dan frekuensi listrik AC dari masukannya diubah langsung mengikuti frekuensi beban tanpa melewati sebuah komponen atau perubahan ke tegangan DC. Cycloconverter juga mempunyai kemampuan mengatur secara langsung kedua parameter yaitu tegangan dan frekuensi keluarannya. Menurut [2], frekuensi normal pada cycloconverter adalah 1/3 dari frekuensi masukannya. Selain itu juga, distorsi harmonik kerap muncul, namun semakin kecil jika frekuensi keluarannya lebih kecil. Berikut ini adalah contoh rangkaian sederhana dari sebuah cycloconverter satu fasa [3]. Gambar 2.1 Cycloconverter Satu Fasa Pada gambar 2.1, terlihat bahwa cycloconverter sederhana satu fasa digunakan untuk menyuplai daya ke beban AC. Rangkaian di atas menggunakan 4 buah thyristor tipe-P dan 4 buah SCR tipe-N. Sinyal hasil dari modulasi pensaklaran di atas akan menghasilkan sinyal positif oleh SCR tipe-P dan sinyal negatif oleh SCR tipe-N. Jika digunakan susut penyalaan berdasarkan sudut, kita anggap tipe-P 8 adalah αp, maka sudut penyalaan untuk tipe-N adalah αn dengan besar sudut penyalaan yaitu π - αp. Jika ada sebuah cycoconverter satu fasa dengan frekuensi 50Hz, dengan 2 buah grup pensaklaran negatif dan positif, maka cycloconverter akan bekerja seperti ini: jika frekuensi akan diturunkan menjadi setngah dari frekuensi awal, maka saat siklus positif gelombang, konverter grup positif akan dihidupkan, dan kemudian ketika siklus negatif, maka grup positif akan tetap hidup, namun grup negatif akan mati. Lalu, saat siklus positif berikutnya, grup konverter positif akan mati, namun grup negatif akan hidup, dan kemudian saat siklus positif kembali, maka grup positif akan mati, dan grup negatif akan hidup. Pada akhirnya, gelombang akan menmpunyai frekuensi setengah dari frekuensi awal. Hidup dan matinya grup konverter dikendalikan oleh rangkaian pensaklaran. Rangkaian pensaklaran pada cycloconverter ada yang menggunakan hanya rangkaian penyelaras untuk mengubah siklus negatif dan positif pada cycloconverter untuk mengubah frekuensi keluaran, ataupun dengan menggunakan topologi jembatan, untuk mendapatkan geelombang keluaran seperti sinusoidal murni. Namun, teknik pensaklaran yang digunakan lebih sederhana dengan menggunakan rangkaian penyelaras untuk mengubah frekuensi cycloconverter. 2.2 Jenis-jenis Cycloconverter Ada beberapa jenis cycloconverter, berdasarkan topologinya dan berdasarkan fasanya [4]. Berikut ini akan dijelaskan lebih lanjut terkait cycloconverter. 2.2.1 Cycloconverter berdasarkan topologi rangkaiannya 2.2.1.1 Non-circulating Current 9 Cycloconverter jenis ini adalah cycloconverter dengan hubung paralel antara saklar semikonduktor tipe positif dan saklar semikonduktor tipe negatif. Bentuk rangkaian jenis ini akan dijelaskan oleh gambar dibawah ini. Gambar 2.2 Cycloconverter 3 fasa ke 1 fasa dengan topologi non-circulating current Pada gambar 2.2, tiap unit pensaklaran mempunyai 3 buah SCR indentik, dan terhubung paralel. Rangkaian pensaklaran SCR bagian positif akan konduksi jika daya mengalir pada bagian positif, dan pensaklaran SCR begain negatif akan konduksi jika aliran daya mengalir pada bagian negatif. Pada mode ini, harmonisa yang dihasilkan tinggi. Hasilnya, frekuensi yang rendah dan arus yang mengalir akan menjadi terbatas, dan membuatnya kurang ideal sebagai pengendalian. Biasanya, topologi jenis ini mempunyai filter diantara keluaran konverter dan beban untuk mengurangi dampak kerusakan beban akibat harmonisa yang timbul. 10 2.2.1.2 Circulating Current Pada topologi jenis ini, bagian pensaklaran positif dan negatif dari kedua jenis komponen pensaklaran tidak akna terhubung langsung secara paralel, namun akan terhubung secara paralel dengan kedua bagian secara terpisah. Jadi, semua SCR, baik bagian positif dan negatif tidak akan terhubung langsung seluruhnya secara paralel, namun melalui jalur yang telah disederhanakan. Pensaklaran pada topologi jenis ini juga lebih sederhana, dimana pensklaran jenis ini akan sama-sama konduksi pada waktu yang bersamaan, dan arus akan mengalir mengelilingi rangkaian yang dibentuk menjadi 2 grup dan induktor yang terpasang seri. Induktor yang terpasang seri tadi sedikit besar nilainya untuk membatasi arus sirkulasi untuk mengamankan rangkaian. Berikut ini adalah gambar topologi jenis circulating current. Gambar 2.3 Cycloconverter 3 fasa ke 1 fasa dengan topologi circulating current Kemudian, harmonisa keluaran dari topologi jenis ini juga akan menjadi lebih kecil dan frekuensi keluaran yang diatur juga bisa lebih tinggi dari jenis sebelumnya. Namun, rangkaian ini memiliki faktor daya yang rendah, dan biasanya digunakan 11 kapasitor untuk mengkompensasi faktor daya yang rendah tadi sesuai kebutuhan. Tegangan keluaran yang dihasilkan di beban akan sama dengan persamaan berikut ini. ( )= ( ) ( ) (2.1) Dimana, V(t) = tegangan Pos = bagian positif pensaklaran Neg = bagian negatif pensaklaran 2.2.2 Cycloconverter berdasarkan fasanya Pada bahasan kali ini, akan dijelaskan cycloconverter berdasarkan jenis fasa pada bagian masukan dan keluaran yang dihasilkan[5]. Beberapa jenisnya adalah sebagai berikut. 2.2.2.1 Satu fasa - satu fasa Jenis ini mengubah tegangan AC satu fasa menjadi tegangan AC satu fasa dengen perbedaan frekuensi antara tegangan masukan dan tegangan keluarannya. Konverter ini menggnakan 4 buah SCR (Sillicon Controlled Rectifier), dimana masing-masing 2 buah bertipe-P dan 2 buah bertipe-N. bagian dengan tipe-P akan menghasilkan gelombang selama siklus positif, dan bagian negatif akan menghasilkan gelombang selama siklus negatif. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.4 di bawah ini. 12 Gambar 2.4 Cycloconverter satu fasa – satu fasa Pada gambar di atas, misalnya yang akan dihasilkan di beban adalah gelombang dengan frekuensi 1/5 dari frekuensi gelombang masukannya, maka T1 dan T2 harus hidup selama 5,5 siklus untuk menghasilkan gelombang positif, dan sisanya untuk menghasilkan, dan sisanya selama 5,5 siklus berikutnya, T3 dan T4 harus hidup untuk membentuk setengah siklus positif. Penyalaan dilakukan pada SCR yang dikendalikan dengen menggunakan pemicu dengan waktu tunda. Lalu, gelombang keluaran yang dihasilkan akan menjadi seperti berikut. 13 Gambar 2.5 Hasil gelombang keluaran cycloconverter satu fasa – satu fasa 2.2.2.2 Tiga fasa - satu fasa Konverter ini mengubah gelombang tegangan masukan AC 3 fasa menjadi gelombang tegangan masukan AC yang lebih rendah frekuensinya. Frekuensi masukan dan keluaran tergantung pada proses penyalaan SCR, sesuai dengan kebutuhan. Konverter ini memiliki masing masing 3 buah komponen pensaklaran tipe-P, dan 3 buah tipe-N. Berikut ini adalah topologi cycloconverter jenis 3 fasa – 1 fasa. 14 Gambar 2.6 Cycloconverter 3 fasa – 1 fasa Pada gambar terdapat grup konverter tipe-P dan tipe-N, dengan masing masing grup memiliki SCR 3 buah. Tegangan yang diubah berasal dari tegangan 3 fasa dengan hubung Y (Wye). Tegangan yang akan dirasakan pada beban adalah tegangan yang mempunyai frekuensi sesuai dengan pengaturan pensaklaran pada SCR. Jika dianggap frekuensi yang akan digunakan pada keluaran adalah 1/6 dari frekuensi masukan, maka gelombang pada rangkaian adalah sebagai berikut. 15 Gambar 2.7 Gelombang yang dihasilkan cycloconverter 3 fasa – 1 fasa 2.2.2.3 Tiga fasa - tiga fasa Cycloconverter jenis ini menggunakan sumber 3 fasa dan tegangan keluaran 3 fasa dengan frekuensi berbeda[6]. Jenis ini menggunakan 6 buah SCR per fasa, dengan masing masing 3 buah frup positif SCR dan 3 buah grup negatif SCR. Frekuensi keluaran yang dihasilkan dari rangkaian diatur dengan sudut penyalaan pada SCR yang dibangkitkan oleh gate driver. Gambar rangkaian dari cycloconverter 3 fasa – 3 fasa adalah sebagai berikut. 16 Gambar 2.8 Cycloconverter 3 fasa – 3 fasa 2.3 Motor Induksi Motor induksi dewasa ini sudah banyak digunakan pada industri dan di pabrikpabrik besar. Motor ini juga kerap digunakan pada industri menengah dan bahkan di rumah tangga. Mulai dari peralatan dapur, sampai dengan peralatan perbengeklan, sudah banyak menggunakan motor induksi. Motor ini memerlukan suplai berupa tegangan AC yang memiliki frekuensi nominal sesuai dengan karakteristik motor tersebut. Motor induksi memiliki bagian penting yang sama dengan motor listrik lainnya. Bagian penting tersebut adalah rotor, stator dan celah udara. Rotor adalah bagain motor yang bergerak karena adanya interaksi medan listrik yang timbul akibat gaya gerak listrik karena timbul fluks akibat lilitan yang dialiri arus listrik. Stator adalah 17 bagain diam yang memiliki gaya gerak listrik yang timbul karena adanya lilitan padanya yang dialiri arus listrik dan menimbulkan gaya gerak listrik. Celah udara adalah tempat terjadinya fluks magnet yang menimbulkan gaya gerak listrik, tanpa celah udara, maka tidak akan ada fluks dan gaya gerak listrik yang timbul. Prinsip kerja motor induksi secara singkat dalah sebagai berikut. Lilitan pada stator yang dialiri arus listrik akan menginduksi fluks magnet dan akan memotong lilitan pada rotor dan mengakibatkan adanya gaya gerak listrik. Kemudian, karena adanya aliran arus pada rotor yang merupakan lilitan dengan rangkaian tertutup, maka rotor akan ada pada garis fluks stator tadi, yang kemudian akan timbul gaya Lorentz. Lalu, rotor akan bergerak searah dengan gerak medan induksi yang ditimbulan stator dan menimbulkan torsi gerak akibat gaya Lorentz. Persamaan umum gaya Lorentz yaitu sebagai berikut. = . . . Ɵ (2.2) Dengan keterangan sebagai berikut. F = Gaya Lorentz (N) B = Kerapatan Fluks Magnet (W/m2) I = Arus pada penghantar (A) L = Panjang konduktor (m) Ɵ = sudut fasa Kemudian, kecepatan putaran motor induksi ditentukan pada jumlah kutub yang ada pada stator. Semakin banyak jumlah kutub pada stator, maka kecepatan putar 18 motor akan semakin rendah (dalam frekuensi yang tetap). Kecepatan putaran motor diukur dengan satuan banyaknya putaran per menit atau siklus putaran yang dilakukan oleh motor saat berpuar dalam waktu satu menit. Persamaan yang digunakan untuk menghitung putaran motor dapat dilihat di bawah ini. = (2.3) Persamaan dari keterangan di atas adalah sebagai berikut. Ns = kecepatan putaran motor (rpm) f = frekuensi (Hz) P = jumlah pasang kutub (1 pasang adalah utara dan selatan) Selain itu, pada motor induksi juga mengenal adanya istilah slip. Slip adalah perbedaan kecepatan putaran sinkron dengan kecepatan pada rotor. Karena adanya rugi-rugi, baik rugi-rugi pada lilitan, rugi-rugi mekanik, dan bahkan rugi-rugi dari magnetik, oleh karena itu slip menjadi pertimbangan dalam motor induksi. Slip dinyatakan dengan persentase dari 0% hingga 100%. Persamaan untuk menghitung slip adalah sebagai berikut. % = Dimana, Ns adalah kecepatan sinkron dan, Ns – N adalah kecepatan slip. × 100 (2.3) 19 Pada motor induksi 3 fasa, perbedaannya ada pada konstruksi motor induksinya. Motor induksi 3 fasa memerlukan sumber 3 fasa karena kumparannya sedemikian rupa dibuat untuk 3 buah fasa dengan perbedaan sudut antara masing-masing fasa adlah 120o. Motor induksi 3 fasa membutuhkan tegangan suplai dengan besar 380V antarfasa dan memiliki tegangan 220V antara fasa ke netral. Selebihnya, semua variabel dan parameternya kurang lebih hampir sama dengan motor induksi satu fasa. 2.4 Pengendalian Putaran Motor Induksi Ada beberapa macam teknik pengendalian motor induksi, karena dilihat dari konstruksi motor, karakteristik motor dan juga proses pembangkitan torsi pada motor. Khusus untuk pengendalian frekuensi secara langsung, maka motor induksi dapat diatur melalui tegangan masukannya, frekuensi masukannya, bahkan diatur keduanya secara bersamaan. Menurut Zuhal (1995: 120) [7], ada beberapa cara dalam pengontrolan putaran motor induksi, yaitu sebagai berikut. 2.4.1 Mengubah jumlah kutub motor Pengaturan untuk mengubah jumlah putaran pada motor induksi dengan mengatur jumlah kutub adalah berdasarkan pada persamaan keccepatan putan motor, yaitu pada persamaan (2.3), dimana kecepatan putar motor dipengaruhi oleh banyaknya kutub. Berdasarkan persamaan (2.3), maka untuk memercepat putaran motor, maka kutub yang ada harus diperkecil, misalnya dari 2 menjadi 4. Begitupun sebaliknya, untuk memperlambat putaran motor, yaitu memperbanyak kutub motor, misalnya dari 2 menjadi 4. 20 2.4.2 Mengubah frekuensi Berdasarkan persamaan (2.3) pengaturan putaran motor dapat dilakukan pula dengan mengubah frekuensi motor, dimana untuk menambah kecepatan, frekuensi masukan harus diperbesar, karena kecepatan putar dan frekuensi nilainya sebanding. Begitupun sebaliknya, untuk memperlambat putaran motor, maka frekuensi masukannya dapat dikurangi menjadi frekuensi yang diinginkan. Persoalan lebih lanjut adalah pengaturan frekuensi dengan cara yang mudah dan biaya yang murah. Frekuensi dari gelombang sinusoidal yang disuplai pada motor, akan menentukan kecepatan putar motor. Hal itu terjadi karena fluks yang timbul pada motor akan lebih kecil dan lebih lambat, pada jumlah kutub yang tetap. Pada penelitian kali ini, akan digunakan pengubahan frekuensi untuk mengontrol putaran motor induksi 3 fasa. Motor induksi berputar sebanding dengan frekuensi yang diberikannya. Saat 1 siklus frekuensi diberikan, maka motor induksi akan berputar memotong kutub magnet utara dan selatan sebanyak 1 kali. Jika diberikan frekuensi lebih tinggi dengan jumlah kutub pada stator yang tetap, maka motor induksi akan berputar lebih cepat. Perubahan frekuensi untuk mengendalikan motor dipilih karena untuk mengubah kutub magnet pada stator tidak mungkin dilakukan secara cepat dan mudah, karena berhubungan dengan konstruksi motor. 2.4.3 Mengatur tegangan Mengatur tegangan untuk mengatur putaran motor induksi dapat dilakukan dengan jalan mengubah besaran tegangan masukan pada terminal motor induksi. Tegangan 21 yang diubah besarannya pada motor induksi akan mengakibatkan adanya penurunan torsi karena adanya perubahan GGL yang timbul pada motor induksi. Kemudian, karena adanya penurunan GGL pada motor tadi akan mengakibatkan kecepatan motor semakin rendah, karena gaya yang diakibatkan pada stator motor induksi menjadi semakin rendah. Namun, pengaturan tegangan kurang diminati karena mengakibatkan adanya perubahan kecepatan yang kurang dapat dikendalikan secara akurat, dan memiliki torsi yang rendah. Oleh karena itu, pengendalian kecepatan putaran motor induksi lebih banyak dilakukan dengan mengubah besar nilai frekuensi pada terminal masukan motor induksi. 2.5 Harmonisa Menurut standar IEC 1000.4-11, harmonisa adalah gangguan distorsi gelombang yang merupakan termasuk distorsi bentuk gelombang[8]. Harmonisa sendiri terjadi karena adanya gelombang dengan frekuensi kelipatan periodik sistem (misalnya 100 Hz, yang merupakan kelipatan dari frekuensi asal 50 Hz), akibat adanya pengoperasian beban non-linear pada sistem. Frekuensi dasar yang telah berkalilipat tadi yang mempengaruhi gelombang tegangan asal disebut frekuensi harmonisa. Sedangkan, pengali dari frekuensi dasar yang mengakibatkan harmonisa tadi adalah urutan harmonisa, atau yang biasa disebut orde harmonisa. Beban non-linear pada sistem muncul karena adanya perkembangan devais semikonduktor, yang dipergunakan untuk merekayasa gelombang tegangan untuk keperluan pensaklaran dan pengaturan kecepatan pada motor. Beberapa contoh beban non-linear yang ada saat ini adalah contohnya inverter, adjustable speed drive, thyristor, SCR dan konverter lain yang menggunakan devais semikonduktor 22 sebagai pensaklaran dengen frekuensi tinggi. Beban-beban tersebut berubah-ubah dari waktu ke waktu dengan cepat secara non-linear. Tolak ukur pengukuran harmonisa pada suatu sistem dinyatakan dengan THD (Total Harmonic Distortion). THD adalah satuan ukur dalam harmonisa yang dinyatakan dengan persentase (0% - 100%). Nilai THD sendiri mencakup kedua aspek pada kelistrikan, yaitu tegangan dan arus. Masing-masing tegangan dan arus memiliki nilai THD-nya masing-masing pada sistem dengan beban non-linear. THD juga memiliki standarisasi yang diperbolehkan ada pada sistem, dengan ketentuan lebih lanjut yang dibahas pada IEEE-519. Harmonisa arus menimbulkan adanya panas yang berlebihan pada bagian konduktor mesin-mesin induksi, seperti transformator, motor dan generator. Pemanasan yang berlebih tadi mengakibatkan adanya rugi-rugi yang membuat penurunan efisiensi pada peralatan mesin induksi. Persamaan untuk menghitung besarnya harmonisa adalah sebagai berikut[8]. = ∑ Dengan keterengan, THD = Distorsi Harmonisa Arus Total (%) = Arus frekuensi dasar (A) = Arus harmonisa ke-h (A) h = Bilangan integer 2, 3, 4, 5,..... × 100% (2.4) 23 Untuk menghitung THD tegangan, persamaan 2.4 dapat digunakan juga, namun dengan mengganti nilai arus (i) pada persamaan 2.4 dengan nilai tegangan (v). Maka, akan didapatkan nilai harmonisa tegangan. 2.6 Tegangan Tegangan adalah satuan yang dinyatakan untuk mengukur perbedaan potensial pada suatu sistem, beban, atau pun rangkaian. Tegangan dapat diukur dengan menggunakan alat bernama voltmeter. Pengukuran tegangan pada sesuatu dilakukan dengan menghubungkan seri alat ukur voltmeter dengan sesuatu yang akan diukur. Tegangan pada dasarnya memiliki persamaan seperti di bawah ini. = (2.5) Tegangan ada dua jenis, yaitu tegangan AC (Alternating Current) dan tegangan DC (Direct Current). Tegangan AC adalah tegangan yang timbul akibat adanya aktivitas induksi magnetik pada generator, yang membuat tegangan mempunyai frekuensi, karena nilainya mempunyai nilai positif dan negatif secara periodik. Sedangkan, tegangan DC adalah tegangan yang timbul karena adanya elemen penyimpan tenaga, seperti baterai, dan tidak memiliki frekuensi. Tegangan DC juga biasa kita sebut tegangan searah. Parameter tegangan AC ada beberapa macam, yaitu Vmaks, Vrms, dan Vavg. Vmaks adalah tegangan puncak yang terukur pada osiloskop, dimana nilainya adalah nilai puncak tertinggi dari suatu tegangan AC. Kemudian, tegangan Vrms adalah tegangan yang memiliki nilai 70,7 % dari Vmaks. Sedangkan, Vavg adadlah tegangan yang nilainya 63,6 % dari Vmaks. Sebagai contoh, sebuah tegangan 24 memiliki puncak (Vmaks) 380 V. Maka, nilai Vrms dan Vavg adalah sebagai berikut. = 0.707 380 = 0.636 380 = 268,66 = 230,28 2.7 (2.6) Frekuensi dan periode Frekuensi adalah sebuah satuan yang dinyatakan untuk menggambarkan seberapa banyaknya gelombang melakukan siklusnya adalam satuan waktu. Frekuensi hanya dimiliki gelombang yang memiliki puncak positif dan negatif yang periodik, seperti gelombang sinusoidal contohnya. Frekuensi terdapat pada gelombang bunyi dan gelombang listrik. Jika kita pernah mendengar sebuah bunyi mengeluarkan frekuensi sebsar 5 Hz, artinya bunyi tersebut mempunyai puncak gelombang positif dan negatif sebanyak 5 kali dalam 1 detiknya. Pada listrik, hanya listrik AC saja yang memiliki frekuensi. Frekuensi pada listrik AC di Indonesia adalah 50 Hz, yang berarti ada 50 kali siklus gelombang positif dan negatif dalam 1 detiknya. Frekuensi listrik di Indonesia terjadi karena adanya kerja putaran dari generator (pembangkit listrik) yang mempunya frekuensi 50 Hz. Periode adalah waktu yang dibutuhkan oleh sebuah gelombang untuk menyelesaikan sebuah siklus gelombang. Periode dan frekuensi berbanding terbalik. Jika semakin besar frekuensi, maka periode sebuah gelombang memiliki nilai yang semakin kecil. Berikut ini adalah contoh gelombang tegangan yang mempunya frekuensi 50 hz. 25 (Sumber http://jorisvr.nl/images/grid-frequency/sine.png) Gambar 2.9 Gelombang dengen frekuensi 50 Hz Oleh karena frekuensi dan periode berbanding terbalik, maka penentuan frekuensi pada gambar 2.9 dapat ditentukan oleh persamaan seperti berikut ini. = 1 (2.7) Dari persamaan di atas, untuk mencari besarnya periode, dapat dicari dengan persamaan kebalikannya, yaitu seperti berikut ini. = 1 (2.8) Jika sebuah tegangan mempunyai frekuensi sebesar 50 Hz, maka periodenya jika menggunakan persamaan 2.8, adalah sebesar 0,02 detik. Jadi, frekuensi 50 Hz mempunyai periode sebuah gelombang penuh, yaitu positif dan negatif, selama 0,02 detik. 26 2.8 Deret Fourier Deret fourier adalah salah satu bagian dari transformasi Fourier yang dapat digunakan untuk menjelaskan suatu fungsi periodik ke sebuah sinyal. Deret fourier digunakan dalam pencarian koefisien suatu harmonisa atau gangguan harmonik yang terdapat pada suatu sinyal, baik itu tegangan ataupun arus. Selain itu, gelombang harmonisa adalah gelombang yang periodik dan kontinyu dan menjadikan sebuah gelombang memiliki bentuk lain dari gelombang aslinya. Fungsi gelombang harmonisa sesuai dengan deret Fourier, dan dapat dinyatakan dengan persamaan sebagi berikut[9]. ( )= +∑ ( cos ℎ + sin ℎ ) (2.9) Dimana, a0 adalah amplitudo gelombang sinyal asli dan komponen setelahnya adalah gelombang sinyal harmonisa yang terdapat pada suatu gelombang. Nilai h adalah nilai harmonik ke-h, dimana dari 1 (gelombang asli) sampai tak terhingga nilainya. Karenanya, gelombang yang berharmonisa adalah penjumlahan dari sebuah gelombang asli dan gelombang periodik kelipatan dari gelombang asli. Nilai a dapat berupa tegangan atau arus, sesuai dengan fungsi sebuah sinyal yang akan diuraikan. Untuk mencari nilai harmonisa total, digunakan juga persamaan berdasarkan persaman deret fourier pada persamaan 2.9, yaitu sebagai berikut. ∑ Dimana a adalah amplitudo sinyal harmonisa dan h adalah orde harmonisa. (2.10) 27 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Pendahuluan Penelitian ini akan dilakukan dengan mencari literatur dan referensi yang sesuai dengan penelitian yang akan dilakukan. Selanjutnya kemudian penelitian akan dilanjutkan dengan mencari komponen yang tepat, alat dan bahan yang sesuai yang dibutuhkan untuk pembuatan peralatan. Lalu, penelitian dilanjutkan dengan merangkai semua peralatan yang akan diuji dengan simulasi pada Simulink MATLAB. Setelah rangkaian berhasil dibuat, akan dilakukan pengujian rangkaian. Setelah semua rangkaian berhasil dan lolos uji, dilakukan pengujian terhadap parameter yang sudah ditentukan, dan kemudian dilakukan analisis terhadap data hasil yang didapatkan. 3.2 Waktu dan Lokasi Pelaksanaan penelitian berlokasi pada Laboratorium Konversi Energi Elektrik, Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Lampung pada hari kerja sejak hari Senin sampai dengan hari Jumat, dimulai sejak bulan November 2016 dan diperkirakan akan selesai hingga pada akhir bulan Februari 2017. 28 3.3 Alat dan Bahan Peralatan dan bahan-bahan yang akan digunakan dalam melaksanakan penelitian ini adalah sebagai berikut. 1. Notebook TOSHIBA Satellite L840 64-bit dengan spesifikasi a. OS Windows 10 64-bit b. Processor Intel Core i5 c. RAM DDR3 2GB d. HDD 1TB e. LCD Screen 13” f. AMD Radeon Graphics 2. Perangkat lunak MATLAB R2014 64-bit 3.4 Prosedur penelitian Dalam pengerjaan penelitian ini, ada beberapa prosedur yang dilakukan, yaitu sebagai berikut. 3.4.1 Studi literatur Tahap ini dilakukan untuk mencari referensi dan sumber untuk mendukung dalam hal teori dalam perancangan dan pembuatan model rangkaian yang akan dibuat pada tahapan berikutnya. Pada tahap ini juga dilakukan pencarian rancangan model yang sesuai yang akan digunakan pada saat pemodelan pada perangkat lunak dengan mempertimbangkan teori diantaranya yaitu seperti berikut ini. 1. Cycloconverter 2. Motor Induksi 3. Pengontrolan Motor Induksi 29 4. Simulink MATLAB 3.4.2 Pengumpulan alat dan bahan Tahapan ini dilakukan dengan mengumpulkan peralatan dan bahan-bahan yang dibutuhkan setelah mempelajari beberapa literatur dan mencari referensi untuk mendapatkan karakteristik peralatan yang diinginkan. Setelah semua peralatan dan bahan tersedia dan dapat digunakan, maka dilanjutkan ke tahap kemudian setelah ini. 3.4.3 Pembuatan model simulasi pada software penguji Tahapan ini dilakukan setelah mendapatkan seluruh referensi yang tepat. Referensi tadi digunakan untuk dasar acuan dalam membuat model pengontrolan motor induksi berbasis cycloconverter. Pembuatan dilakukan pada software simulink MATLAB. Setelah berhasil dibuat pemodelan yang tepat dan sesuai, tahap ini dapat diselesaikan, dan melanjutkan ke tahap kemudian setelah ini. 3.4.4 Pengujian model Pada tahap ini, akan dilakukan pengujian terhadap peralatan. Bagian-bagian rangkaian yang akan diuji yaitu sebagai berikut. 1. Rangkaian pensaklaran 2. Cycloconverter 3 fasa 3. Motor induksi 3 fasa 30 3.4.5 Pengambilan data Pada tahapan ini, akan dilakukan pengambilan data yang akan dilakukan dengan perubahan variabel-variabel yang ditentukan, guna mengetahui karakteristik peralatan yang dibuat. Pada tahapan ini, nilai data hasil yang didapat akan diolah menjadi berupa tabel atau grafik. 3.4.6 Analisa hasil data Tahapan ini dilakukan setelah pengambilan data, dengan tujuan untuk membandingkan data hasil dengan teori, apakah terjadi penyimpangan atau tidak. Jika terjadi, apakah penyimpangannya terlalu jauh atau tidak. Selain itu, data yang didapatkan akan dibandingkan dengan perhitungan manual menggunakan rumusrumus turunan yang digunakan berdasarkan prinsip rangkaian listrik. 3.5 Blok Diagram Penelitian Berikut ini adalah blok diagram perancangan dari penelitian ini, yaitu seperti berikut ini. Rangkaian Pensaklaran Sumber 3 Fasa Cycloconverter 3 fasa - 3 fasa Motor Induksi 3 fasa Gambar 3.1 Blok diagram rancangan penelitian Analisa unjuk kerja motor induksi 3 fasa 31 3.6 Diagram Alir Penelitian Diagram alir pelaksanaa penelitian adalah seperti berikut dibawah ini. Mulai Studi Literatur Perancangan Sistem Pengujian Alat Apakah simulasi Sesuai ? TIDAK Ya Pengambilan Data Analisa Hasil Selesai Gambar 3.2 Diagram alir penelitian 83 BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan Adapun kesimpulan dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut. 1. Dari hasil pengujian, respon tegangan motor induksi 3 fasa menunjukkan respon yang semakin stabil seiring dengan nilai frekuensi keluaran cycloconverter yang semakin besar. 2. Dari hasil pengujian, respon arus dan torsi pada motor induksi 3 fasa semakin baik dan stabil seiring dengan nilai frekuensi keluaran cycloconverter yang bertambah besar. 3. Dari hasil pengujian, kecepatan putar pada motor induksi dengan pengendali cycloconverter mempunyai kecepatan yang semakin stabil seiring dengan penambahan nilai frekuensi keluaran pada cycloconverter. 4. Cycloconverter mengakibatkan harmonisa yang rendah di sistem pada pengujiannya, dengan nilai harmonisa tegangan maksimum berada pada nilai 0,13% dan harmonisa arus pada nilai 1,73%, dan berada di bawah 5% pada setiap fasanya, sesuai dengan IEEE-519 dengan nilai harmonisa maksimum pada sistem dibawah 20 kV, jika dioperasikan tanpa beban motor induksi. 84 5. Berdasarkan pengukuran, semakin besar frekuensi keluaran cycloconverter, harmonisa tegangan menjadi semakin kecil, dimana harmonisa tegangan dan harmonisa arus terbesar di frekeunsi 5 Hz adalah 72,33%. Sedangkan pada perhitungan, nilai yang didapat sedikit lebih kecil, dimana harmonisa tegangan dan arusnya pada 5 Hz adalah 53,5% dan 50 Hz adalah 0,003%. 6. Perbedaan nilai perhitungan harmonisa total tegangan dan arus dengan nilai pengujian, adalah karena pada pengujian, orde harmonisa yang diuji lebih banyak dibandingkan orde harmonisa yang dihitung, dimana semakin banyak orde yang diambil akan semakin mendekati nilai yang sebenarnya. 7. Pembebanan motor induksi 3 fasa pada cycloconverter 3 fasa mengakibatkan adanya lonjakan nilai harmonisa tegangan dan arus, dan mengakibatkan adanya ketiddakseimbangan pada setiap fasa pada terminal keluaran cycloconverter. Hal ini menyebabkan adanya osilasi berlebih pada respon tegangan pada motor induksi. 8. Cycloconverter mempunyai efisiensi yang tinggi, dimana Vrms line-toneutral pada ketiga fasa pada terminal masukan adalah 219,42 V, dan pada terminal keluaran cycloconverter adalah sebesar 217,34 V. 5.2 Saran Adapun saran pada penelitian ini adalah adanya perancangan penapis (filter) yang dirancang untuk mengurangi bentuk gelombang frekuensi keluaran dari cycloconverter yang memiliki puncak lebih dari 1. Dalam hal ini seperti halnya frekuensi keluaran 25 Hz dari cycloconverter, memiliki puncak sebanyak 2. Akan lebih baik lagi apabila dapat dirancang filter yang dapat mereduksi jumlah puncak 85 tegangan keluaran cycloconverter ini agar dapat mengurangi dampak respon dari motor induksi yang berosilasi. 86 DAFTAR PUSTAKA [1] Chapman, Stephen J. 1985. “Electric Machinery Fundamentals – 4th edition”. United States: McGraw Hill Company. [2] Sindura, B. Sai. Kartheek, B. N. 2013. “Speed Control of Induction Motor Using Cycloconverter”. India: International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT) K L University. [3] Pande, Sandep. Dalvi, Hashit. 2011. “Simulation of Cycloconverter based Three Phase Induction Motor.” Nagpur: International Journal of Advances in Engineering & Tecnology (IJAET). [4] Skvarenina, Timothy L. 2001. “Power Electronics Handbook – Industrial Electronics Series”. London: CRC Press LLC. [5] Djatmiko, Istanto W. 2010. “Bahan ajar elektronika daya”.Yogyakarta: Kementrian Pendidikan Nasional, Universitas Negeri Yogyakarta. [6] Rashid, Muhammad H. 2001. “Power Electronics Handbook”. California: Academic Press – A Hartcourt Science and Technology Company. [7] Zuhal. 1995. “Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya.”. Jakarta: P.T. Gramedia Pustaka Utama. [8] Priliasari, Fika. Gusmedi, H. 2007. “Studi pengaruh harmonisa pada arus listrik terhadap besarnya penurunan kapasitas daya terpasang transformator 87 distribusi (Studi kasus: Trafo distribusi PT. PLN (Persero) wilayah Bekasi Raya)”. Bandar Lampung: Universitas Lampung. [9] Sudirham, Sudaryatno. 2012. “Analisis Rangkaian Listrik: Jilid 2”. Bandung: Darpublic
