1
ANALISA SINGLE TUNE FILTER PADA POWER SUPPLY DC (STUDI KASUS MULTIPLIER DC 20 kV)
TESIS
Oleh: SALAHUDDIN 087034020/TE
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
2
ANALISA SINGLE TUNE FILTER PADA POWER SUPPLY DC (STUDI KASUS MULTIPLIER DC 20 kV)
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
Oleh: SALAHUDDIN 087034020/TE
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
3
Judul Tesis Nama Mahasiswa Nomor Induk Program Studi
: ANALISA SINGLE TUNE FILTER PADA POWER SUPPLY DC (STUDI KASUS MULTIPLIER DC 20 kV) : SALAHUDDIN : 087034020 : Magister Teknik Elektro
Menyetujui Komisi Pembimbing:
(Prof. Dr. Ir. Usman Baafai) Ketua
Sekretaris Program Studi,
(Drs. Hasdari Helmi, MT)
Telah lulus : 28 Maret 2013
(Dr.Marwan Ramli, M.Si) Anggota
Dekan,
(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME)
4
Telah diuji Pada Tanggal: 28 Maret 2013
PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Prof. Dr. Ir. Usman Baafai Anggota : 1. Dr. Marwan Ramli, M.Si 2. Ir. Refdinal Nazir, M.S. Ph.D 3. Prof. Drs. Tulus, M.Si.Ph
5
ABSTRAK
Tesis ini mendeskripsikan desain dan implementasi tegangan tinggi power supply DC pada tegangan ouput DC 20 kV dengan menggunaan Matlab/Simulink. Untuk mempresentasikan simulasi, desain, pengembangan dan penerapan simulasi software untuk tegangan tinggi power supply DC secara detail. Teknik konvensional digunakan karena desain power supply DC di aplikasikan, selain untuk unit pembangkit muatan impulse atau eksitasi laser. Komponen pokok dari sebuah power supply DC adalah rectifier dioda dan kapasitor. Output dari power supply adalah tegangan DC. Penekanan pada penelitian ini adalah pada simulasi,perancangan single tuned filter dan disain multiplier dengan menggunakan software Matlab/Simuling. Atas dasar ini perlu dilakukan konservasi terhadap kualitas energi listrik yang berkaitan dengan harmonisa dan faktor daya yang ditimbulkan pada sistem tersebut. Hasil pemodelan menggunakan filter single tuned dengan memanfaatkan program matlab/simulink diperlihatkan bahwa untuk Total Harmonic Distortion (THD) tegangan dari 1.67% telah dikurangi menjadi 0.00% dan THD arus dari 41.09% mampu dikurangi menjadi 5.23%. Filter single tuned di tuning pada harmonisa ke 9 tapi mampu meredam harmonisa ke 5 dan 7 yang juga merupakan amplitudo arus atau tegangan terbesar menjadi lebih rendah. Filter single tuned juga mampu memperbaiki faktor daya dari 0,7004 menjadi 0,9994.
Kata kunci: Power Supply, Multiplier, Single Tuned Filter.
6
ABSTRACT
This thesis describes design and implementation of high-voltage DC power supply at a voltage of 20 kV DC ouput by using Matlab / Simulink. To objective is to simulation, design, development and application of simulation software for high voltage DC power supply in detail. Conventional technique is used to design DC power supply for impulse generator (220 V/20 kV) or laser excitation. The main component of a DC power supply is DC voltage which causes harmonics. The result of modeling, using single tuned filter by utilizing matlab/simulink software program, shows that Total Harmonic Distortion (THD) voltage is reduced from 1.67% to 0.00% and THD current is reduced from 41.09% to 5.23%. Single tuned filter is tuned in the 9thharmonics, but it was able to reduce the 5thand the7th harmonics which also lowers the largest current amplitude or voltage. Single tuned filter can also improve factor power from 0.7004 to 0.9994
Keywords: Power Supply, Multiplier, Single Tuned Filter.
7
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas rahmat dan hidayahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini. Penulisan tesis ini dilakukan untuk memenuhi salah satu syarat kurikulum Program Studi Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Medan. Tesis ini berjudul “ANALISA SINGLE TUNE FILTER PADA POWER SUPPLAY DC (STUDI KASUS MULTIPLIER DC 20 Kv)” dimana penulis merasa tertarik dengan masalah filter harmonisa dan perbaikan faktor daya untuk meningkatkan kualitas daya listrik. Penulis terutama sekali mengucapkan terima kasih kepada orang tua tercinta, istri, dan anak tersayang atas doa dan dorongan batin yang tak ternilai harganya. Penulis juga mengucapkan terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai,
Bapak Dr.
Marwan Ramli, M.Si, Bapak Ir. Refdinal Nazir, M.S. Ph. D, Bapak Pof. Dr. Tulus, M. Si dan Drs. Hasdari Helmi, MT. sebagai pembimbing atas segala saran, bimbingan dan nasehatnya selama penulisan ini berlangsung dan selama penulisan tesis ini. Terima kasih
juga penulis
ucapakan
kepada institusi
Universitas
Malikussaleh yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan penulisan ini. Terima kasih juga disampaikan kepada Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM &H, M.Sc (CTM), Sp.A(K), selaku Rektor Universitas Sumatera Utara atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada kami untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan program Magister, dan kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami
8
Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang memberikan kesempatan menjadi mahasiswa Program Studi Magister Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara. Terselesaikannya penulisan ini juga melibatkan berbagai pihak yaitu Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai selaku Ketua Program Studi atas upaya dan usahanya menyukseskan Program Studi Magister Teknik Elektro, serta seluruh staf pengajar Program Studi Magister Teknik Elektro. Untuk itu penulis mengucapkan terimah kasih atas konstribusi dan bantuannya. Mudah-mudahan tesis ini dapat bermanfaat bagi Institusi Universitas Malikussaleh dan kepada pembaca khususnya yang tertarik mengenai filter harmonisa dan perbaikan faktor daya. Kritik dan saran dari pembaca yang sifatnya membangun sangat penulis harapkan.
Medan,
Juli 2015
Penulis,
Salahuddin
6
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Saya yang bertanda tangan dibawah ini, Nama
: Salahuddin
Tempat/Tanggal Lahir
: Lhokseumawe, 29 Oktober 1971
Jenis Kelamin
: Laki-laki
Agama
: Islam
Alamat : Jalan Cempaka Putih No. 103 Hgu Barat Laut Lhokseumawe PENDIDIKAN 1.
Tamatan SD Negeri Impres Hagu Barat Laut Tahun 1982
2.
Tamatan SMP Negeri 1 Lhokseumawe Tahun 1989
3.
Tamatan SMA Negeri 2 Lhokseumawe Tahun 1992
4.
Tamatan Politeknik Bukit Rata Tahun 1995
5.
Tamatan Teknik Elektro Unimal, Lhokseumawe Tahun 2001
PEKERJAAN
7
1.
Staf Pengajar pada Jurusan Teknik Elektro Universitas Malikussaleh sejak 28 Juni 1999 sampai sekarang.
Demikian riwayat hidup ini saya buat dengan sebenarnya untuk dapat dipergunakan sebagaimana mestinya.
Medan,
Juli 2015
Salahuddin
8
DAFTAR PUSTAKA Halaman ABSTRAK……………………………………………………………
i
ABSTRACT…………………………………………………………...
ii
KATA PENGANTAR……………………………………………….
iii
DAFTAR RIWAYAT HIDUP………………………………………
v
DAFTAR ISI…………………………………………………………
vii
DAFTAR TABEL……………………………………………………
ix
DAFTAR GAMBAR………………………………………………..
x
BAB 1 PENDAHULUAN…………………………………………..
1
1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5.
Latar Belakang………………………………..…….….. Rumusan Masalah……………………………..……….. Batasan Masalah………………………………..………. Tujuan Penelitian………………………………..……… Manfaat Penelitian………………………………...…….
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA……………………………………. 2.1. 2.2 2.3 2.4 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9.
Pembangkit Tegangan Tinggi DC....................................... Prinsip Tegangan Doubler.................................................. Prinsip Tegangan Tripling .................................................. Tegangan Multiplier. .......................................................... Harmonis…………………………………… ........................... Sumber-Sumber Harmonisa ................................................ Perhitungan Harmonisa ...................................................... Batasan Harmonisa............................................................. Filter Harmonisa……………………...……………….. 2.9.1. Filter pasif………………………………..…….. 2.9.2. Filter aktif………………………………………. 2.10.Merancang Single-Tuned Filter .......................................... 2.11.Faktor Daya ........................................................................ 2.11.1 Faktor daya pada kondisi tanpa harmonisa ............
5 5 6 6 6 8 8 8 11 12 13 14 15 17 22 23 26 26 29 30
9
2.11.2 Faktor daya pada kondisi harmonisa ...................... 2.12. Single Tuned Filter………………………..…………… BAB 3 METODELOGI PENELITIAN…………………………… 3.1. Umum ................................................................................... 3.2. Diagram Alir Penelitian....................................................... 3.3. Teknik Perancangan Rangkaian Penyearah Satu Fasa 20 kV…………………………………………………... 3.4. Hasil Simulasi Penyearah multiplier 20KV Sebelum Pemasangan Filter Single Tuned………………………. BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN…………………………….. 4.1. Hasil Simulasi Perancangan Penyearah Multiplier Satu Fasa 20 kV. .................................................................. 4.2. Perhitungan Perancangan Filter Single Tuned ................... 4.3. Pembahasan Hasil Simulasi Rangkain Satu Phasa Multiplier 20 kV Tanpa Filter dan dengan Filter Single Tuned…………………………………………………………. BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN…………………………….. 5.1. Kesimpulan………………………………………........... 5.2. Saran…………………………………………………… DAFTAR PUSTAKA
31 33 36 36 38 41 45 51
51 51
60 65 65 65 67
10
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
2.1.
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas A……..……
18
2.2.
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas B
19
2.3.
.................
20
2.4.
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas C
21
2.5.
.................
22
3.1.
Batas arus harmonisa untuk peralatan kelas D ……………. Batas arus harmonisa untuk kelas A dan kelas D ...............
3.2.
Klasifikasi arus harmonisa pengukuran berdasarkan Standar IEC61000-3-2 kelas D ……………………………
3.3.
49
Hasil simulasi THDi rangkaian penyearah satu phasa tegangan multiplier 20 kV …………………………...……
4.1.
47
Hasil simulasi THDi rangkaian penyearah satu phasa tegangan multiplier 20 kV………………………….……...
3.4
40
50
Data hasil simulasi rangkaian penyearah satu phasa tegangan multiplier………………………………………… Hasil simulasi THDi rangkaian penyearah satu phasa
4.2
56
tegangan multiplier 20 kVsetelah pemasangan filter single tuned……………………………………………………..… Hasil simulasi THDv rangkaian penyearah satu phasa
4.3.
tegangan multiplier 20 kVsetelah pemasangan filter single tuned…………………………………………………………
4.4.
59
Klasifikasi arus harmonisa pengukuran berdasarkan Standar IEC61000-3-2 kelas
4.5
58
60
D…………………..………………….. Data hasil simulasi rangkaian penyearah satu phasa
64
11
tegangan multiplier setelah difilter…………………...…….. Perbandingan hasil simulasi dan perhitungan sebelum dan sesudah di filter……………………………
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
12
2.1.
Diagram koneksi setengah gelombang tegangan
9
2.2.
doubler…..
9
2.3.
Tegangan doubler pada siklus positif…………......……..…
10
2.4.
Tegangan doubler pada siklus negatif…………….….……..
11
2.5.
Diagram koneksi setengah gelombang tegangan
11
2.6.
triplier…...
12
2.7.
Tegangan tripler pada siklus positif……………………...…
14
2.8.
Tegangan tripler pada siklus negatif……………………..…
24
2.9.
Bentuk gelombang arus dan tegangan ………………….…..
25
2.10
Filter pasif single tuned …………………………………….. Law pass filter harmonic……………………………………
2.11
Vektor segitiga daya dapat menentukan kebutuhan daya reaktif Q ……………………………………...…………….
2.12
28
30
Sudut phasa gelombang tegangan, arus dan vektor segitiga daya …………………………………………………………
31
2.13
Sudut phasa gelombang tegangan dan arus pada kondisi
33
3.1.
harmonik …………………………………………...……….
36
3.2.
Single tuned filter…………………………………...……….
37
3.3.
Rangkaian tegangan doubler………………………………..
37
3.4
Rangkaian penyearah satu phasa tegangan
38
3.5
triplier……….… Rangkaian penyearah satu phasa tegangan multiplier
3.6
20kV.. Diagram alir perancangan filter single
3.7
42
tuned…………..…… Rangkaian doubler dengan menggunakan matlab
3.8
41
43
simulink……………………………………………………. Hasil simulasi rangkaian doubler menggunakan matlab-
43
13
3.9
simulink…………..………………………………………….
44
3.10
Rangkaian penyearah multiplier dengan menggunakan
45
3.11
matlab-simulink……………………………………..……… Hasil simulasi rangkaian tripler dengan menggunakan
3.12
matlab-simulink…………………………………………….. Rangkaian penyearah quadopler…………………………….
4.1.
54
Hasil simulasi THDi pada rangkaian tegangan multiplier 20kV…………………………………………………………
4.3
48
Hasil simulasi rangkaian penyearah quadupler………….….
4.2
46
55
Hasil simulasi THDv rangkaian penyearah satu phasa tegangan multiplier 20 kV…………………………..……… Rangkaian penyearah multiplier 20 kV dengan filter single tuned……………………………………………………..…. Hasil simulasi THDi rangkaian penyearah multiplier 20 kV setelah di filter single tuned………………………………… Hasil simulasi THDv rangkaian penyearah satu phasa tegangan multiplier 20 kV setelah pemasangan filter single tuned…………………………………………………………
57
