i

SIMULASI DAN ANALISIS CYCLOCONVERTER 3 FASASEBAGAI PENGENDALI KECEPATAN PADA MOTOR

INDUKSI 3 FASA

(Skripsi)

Oleh

PANJI PRASETYO PUTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG2017

ii

ABSTRACT

SIMULATION AND ANALYSIS OF 3 PHASE CYCLOCONVERTERAS A SPEED CONTROL ON 3 PHASE INDUCTION MOTOR

Oleh

PANJI PRASETYO PUTRO

The development of science and technology in the world has grown rapidly. Sciencein every field has its own portion in human life. From the field of engineeringtechnology that develops, the field of electricity included some aspects of sendingthe signals in low power, moreover some applied technologies have also beendeveloped in industries and fabrication, such as the use of motors in fabricationprocesses that require the control of induction motors.

Cycloconverter is a convertible equipments to change the frequency of alternatingelectric voltage directly. An induction motor is a device that converts electricalenergy into mechanical energy. The induction motor has the characteristics thatenable it to be controlled at speed with its input frequency. Therefore, the speed ofa 3-phase induction motor can be controlled. The response of the controlledinduction motor is observed by using simulink in Matlab software.

Based on the test results, the voltage response, current and speed of induction motoris best obtained at cycloconverter output frequency of 25 Hz and 50 Hz. Theharmonic current and voltage generated by the resistive loaded cycloconverteroutput were decreased, from the 5 Hz frequency of 72.33% to 0.41% at the 50 Hzfrequency. 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 withthe resistive load at the output terminal.

Keyword: 3-Phase, Induction Motor, cycloconverter, Simulink MATLAB, motorresponse

iii

ABSTRAK

SIMULASI DAN ANALISIS CYCLOCONVERTER 3 FASASEBAGAI PENGENDALI KECEPATAN PADA MOTOR INDUKSI 3

FASA

Oleh

PANJI PRASETYO PUTRO

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi di dunia sudah semakin pesat. Ilmudari segala bidang telah mempunyai porsinya masing-masing dalam kehidupanmanusia. Dari bidang teknologi keteknikan yang berkembang pada bidangkelistrikan meliputi segi pembangkitan listrik hingga ke ranah pengiriman sinyalyang berdaya rendah. Berkembang pula teknologi aplikatif yang digunakan padaindustri-industri dan fabrikasi, seperti digunakannya motor dalam proses fabrikasiyang menuntut adanya pengendalian motor induksi.

Cycloconverter adalah peralatan konsversi untuk mengubah frekuensi teganganlistrik bolak-balik secara langsung. Motor induksi adalah peralatan yang mengubahenergi listrik menjadi energi mekanik. Motor induksi memiliki karakteristik yangmembuatnya dapat dikendalikan kecepatannya dengan frekuensi masukannya. Olehkarena itu, motor induksi 3 fasa dapat dikendalikan kecepatannya dan dapat dilihatbagaimakana responnya jika dikendalikan dengan cycloconverter 3 fasa,menggunakan simulasi Simulink pada perangkat lunak MATLAB .

Dari hasil pengujian yang dilakukan, respon tegangan, arus dan kecepatan motorinduksi paling baik didapatkan pada frekuensi keluaran cycloconverter sebesar 25Hz dan 50 Hz. Harmonisa arus dan tegangan yang dihasilkan oleh keluarancycloconverter berbeban resistif semakin menurun, dari frekuensi 5 Hz yaitusebesar 72,33% menjadi 0,41% pada frekuensi 50 Hz. Tegangan jatuh padasepanjang rangkaian cycloconverter hanya sebesar 2.078 V, dimana tegangan padaterminal masukannya adalah 219,425 V dan pada keluarannya adalah 217,345 Vdengan dibebani oleh beban resistif pada terminal keluarannya.

Kata kunci: 3 fasa, motor induksi, cycloconverter, Simulink MATLAB, responmotor

iv

SIMULASI DAN ANALISIS CYCLOCONVERTER 3 FASASEBAGAI PENGENDALI KECEPATAN PADA MOTOR

INDUKSI 3 FASA

Oleh

PANJI PRASETYO PUTRO

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai GelarSARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik ElektroFakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG2017

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 memberikanpetunjuk terbaiknya,

Karya tulis ini kupersembahkan untuk:

Ayah dan Ibuku TercintaSumaryo Gito Saputro dan DIah Retnowati

Serta Adikku TersayangHafidz Riza SetiawanArjuni Ilham Kusuma

Anggita Prasastya Widyasari

Saudara Sepupu TersayangGigih Wibisono (Alm.), Puri Wibiyanti, Rezky Yudistira, Nadhia MustikaPutri, Merza Trisnaudy, Ryan Padma Trisnaudy, dan Wulan Ramadhani

Trisnaudy

Teman-teman kebanggaankuRekan-rekan Jurusan Teknik Elektro

AlmamaterkuUniversitas Lampung

AgamakuIslam

Bangsa dan NegarakuRepublik 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 danorang-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 mengujikekuatan 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 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

4.3 Pengujian rangkaian...................................................................................41

4.3.1 Pengujian rangkaian sumber 3 fasa................................................41

4.3.2 Pengujian rangkaian cycloconverter..............................................42

4.4 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 menggunakan devais semikonduktor dengan

peengendalian berbasis pulsa, seperti PWM untuk 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 pabrik-

pabrik 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.

% = × 100 (2.3)

Dimana,

Ns adalah kecepatan sinkron dan,

Ns – N adalah kecepatan slip.

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 berkali-

lipat 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].

= ∑ × 100% (2.4)

Dengan keterengan,

THD = Distorsi Harmonisa Arus Total (%)

= Arus frekuensi dasar (A)

= Arus harmonisa ke-h (A)

h = Bilangan integer 2, 3, 4, 5,.....

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= 268,66= 0.636 380= 230,28(2.6)

2.7 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.∑ (2.10)

Dimana a adalah amplitudo sinyal harmonisa dan h adalah orde harmonisa.

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 rumus-

rumus 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.

Gambar 3.1 Blok diagram rancangan penelitian

Sumber 3Fasa

Cycloconverter 3fasa - 3 fasa

RangkaianPensaklaran

MotorInduksi 3

fasa

Analisaunjuk kerja

motorinduksi 3

fasa

31

3.6 Diagram Alir Penelitian

Diagram alir pelaksanaa penelitian adalah seperti berikut dibawah ini.

PengambilanData

Studi Literatur

PerancanganSistem

Pengujian Alat

Apakah simulasiSesuai ?

Mulai

Selesai

Analisa Hasil

TIDAK

Ya

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-to-

neutral 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