Juli 2021

## Pengaruh Harmonisa Penggerak Kecepatan Variabel terhadap Kinerja Motor DC Fan Test Set
SITI SAODAH, I MADE WIWIT, AHMAD DENI, DJAFAR SODIQ,

## BAMBANG PUGUH
Jurusan Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Bandung,Indonesia Email: siti.saodah@polban.ac.id
Received 29 januari 2021 | Revised 25 Februari 2021 | Accepted 21 Maret 2021

## ABSTRAK
Fan  test  set  merupakan  salah  satu  peralatan  penting  laboratorium  di  Jurusan Teknik  Konversi  Energi  yang  digunakan  untuk  menguji  karakteristik  laju perpindahan fluida. Alat ini terdiri dari gandengan motor DC penguatan bebas dan kipas. Fan test set ini dapat menghasilkan aliran udara yang tetap atau berubah- ubah  dengan  menetapkan  atau  mengubah-ubah  kecepatan  putaran  kipasnya. Kecepatan  putaran  kipas  ini  sendiri  diatur  melalui  kecepatan  putaran  motor  dc penggeraknya.  Dalam  kegiatan  penelitian  ini  telah  dilakukan  perancangan  dan pembuatan konverter ac/dc terkendali yang dapat mengubah daya listrik arus ac menjadi daya listrik arus dc yang dapat dikendalikan. Daya listrik dc variabel yang dihasilkan selanjutnya digunakan untuk menyuplai belitan jangkar motor dc agar kecepatan putaran kipas dan aliran udara dapat dikendalikan. Perangkat ini dapat menghasilkan  tegangan  keluaran  dalam  rentang  10  –  100  V  dc  yang  mampu memutar  motor  dc  dari  203,6  –  1849  rpm  dan  menghasilkan  harmonisa  yang sebesar 6,7% saat vibrasi motor mencapai 2,8 mm/s.
Kata kunci : beban nol, fan test set, harmonisa, konverter ac/dc

## ABSTRACT
Fan test set is one of the important laboratory equipment in the Department of Energy Conversion Engineering which is used to test the characteristics of the fluid transfer rate. It consists of a coupled free-amplifying DC motor and fan. This fan test set can produce a fixed or changing airflow by setting or varying the fan speed. The rotational speed of the fan itself is regulated through the rotational speed of the dc motor driving it. In this research activity, the design and manufacture of a controlled ac/dc converter that can convert ac into controllable dc power has been carried out. The resulting variable dc power is then used to supply the DC motor anchor winding so that the fan rotation speed and air flow can be controlled. This device can produce an output voltage in the range of 10 - 100 V dc which is capable of rotating a dc motor from 203.6 - 1849 rpm and producing a harmonic of 6.7% when the motor vibration reaches 2.8 mm / s.
Keywords : no load, fan test set, harmonics, ac/dc converter

## 1. PENDAHULUAN
Laboratorium  Jurusan  Teknik  Konversi  Energi  memiliki  berbagai  macam  peralatan  untuk mendukung  kegiatan  praktikum  mahasiswa  dalam  rangka  mengasah  keterampilan psikomotoriknya serta memperdalam pemahaman pengetahuannya akan materi-materi yang terkait dalam bidang konversi energi.  Salah satu diantara peralatan tersebut adalah fan test set yang merupakan mesin pengujian fluida, khususnya fluida udara. Peralatan ini digunakan untuk  melakukan  percobaan  mencari  karakteristik  laju  perpindahan  fluida  udara  serta pengukuran terhadap rugi-rugi dan karakteristik kipas angin. Percobaan ini memerlukan dua kondisi berbeda yaitu kecepatan kipas angin tetap/konstan  dan kecepatan kipas angin yang berubah-ubah untuk menghasilkan aliran fluida udara tetap/konstan dan berubah-ubah.
Kipas  angin  pada fan  test  set  ini  diputar  atau  digerakkan  oleh  sebuah  motor  dc  bertipe penguat/eksitasi terpisah dengan kapasitas daya 3 kW dan tegangan kerja 220 V. Motor DC tipe  penguatan  bebas  digunakan  karena  mudah  dalam  hal  pengendalian  kecepatan  motor. Pengendalian  dilakukan  dengan  pengaturan  tegangan  nominal,  semakin  kecil  tegangan nominal  maka  kecepatan  motor  semakin  menurun.Kecepatan  putaran  kipas  untuk menghasilkan  aliran  fluida  tetap  atau  berubah-ubah  oleh  karenanya  akan  terkait  dengan kecepatan putaran motor dc penggeraknya.  Kecepatan putaran motor dc penguat terpisah secara prinsip dapat diatur melalui pengaturan tegangan belitan jangkar dengan arus belitan eksitasi  konstan  atau  sebaliknya (Theraja,  2013)  (Robak,  2016)  (Saidur,  2011) (Claiton,  2019) (Gray, 2013) .  Metode pengaturan  kecepatan  putaran  motor  dc  dengan pengaturan  tegangan  jangkar  memiliki  keuntungan  pada  aspek  rentang/jangkauan pengaturan yang lebih lebar (Theraja, 2013) (Fitzgerald, 2013). Idealnya tegangan yang dikenakan  pada  belitan  jangkar  motor  merupakan  tegangan  dc  murni  (memiliki  bentuk gelombang  rata/datar  tanpa  riak/harmonisa)  serta  memiliki  magnituda/besar  yang  dapat diatur-atur nilainya. Karakteristik tegangan jangkar yang seperti ini dapat diperoleh melalui penggunaan sumber tegangan dc variabel yang telah tersedia dari utilitas. Namun kondisi ini sangat jarang ditemui karena umumnya utilitas daya listrik saat ini lebih banyak menyediakan sumber tegangan ac tiga-fasa atau satu-fasa (Amir, 2017).
Oleh karena itu maka metode yang dapat digunakan untuk memperoleh tegangan dc yang diperlukan adalah melalui penggunaan konverter daya ac/dc yang lazim dikenal juga sebagai penyearah. Ada dua jenis penyearah yang umum digunakan yaitu penyearah tak-terkendali dengan saklar  statis dioda  serta penyearah  terkendali dengan  saklar statis thyristor.  Untuk penyearah  tak-terkendali,  besarnya  tegangan  dc  keluaran  yang  diperoleh  tidak  dapat dikendalikan melalui proses penyaklaran. Oleh karena itu jika diinginkan tegangan dc keluaran dengan  besar  yang  dapat  diatur-atur  maka  perlu  penggunaan  autotransformator  untuk menjembatani  sisi  masukan  penyearah  dan  sumber  tegangan  ac  utilitas.  Lalu  untuk memperoleh  bentuk  gelombang  tegangan  dc  keluaran  yang  mendekati  bentuk  gelombang tegangan  dc  murni  maka  topologi  penyearah  tak-terkendali  yang  digunakan  dapat  berupa penyearah tak-terkendali multifasa (tiga-fasa atau lebih) atau penyearah tak-terkendali satu- fasa dengan kapasitor perata tegangan (Rashid, 2011) Metode lainnya adalah menggunakan penyearah  terkendali.  Besarnya  tegangan  dc  keluaran  yang  dihasilkan  oleh  penyearah  ini dapat dikendalikan melalui pengendalian sudut penyalaan ( phase angle control) saklar statis thyristor  yang digunakan  sehingga  penggunaan autotransformator dapat  dihindari.  Namun, secara  umum  bentuk  gelombang  tegangan  dc  keluaran  yang  akan  dihasilkan  tidak  dapat mendekati  bentuk  gelombang tegangan dc  murni.  Dengan kata  lain,  tegangan dc  keluaran yang  dihasilkan  merupakan  tegangan  dc  yang  mengandung  harmonisa.  Lebih  jauh, pengendalian sudut penyalaan saklar statis thyristor penyearah ini juga dapat berakibat pada
terbangkitkannya  arus  di  sisi  sumber  ac  utilitas  yang  memiliki  bentuk  non-sinusoidal  yang banyak mengandung harmonisa (Mahar, 2011).
Harmonisa tegangan dan arus dapat mengakibatkan dampak buruk terhadap sistem kelistrikan dan  peralatan-peralatan  didalamnya (Ojaghi,  2011)  (Patel.  A,  2009)  (Pinyol,  2011). Pengaruh  harmonisa  terhadap  peralatan  listrik  diantaranya  mencakup  pengaruh  terhadap kapasitor, transformator serta motor tiga fasa (Tony, 2015) (Amir, 2017) (Zulkarnaini, 2013). Harmonisa dapat mempengaruhi unjuk kerja kapasitor sebagai akibat berkurangnya nilai  reaktansi  kapasitor  pada  frekeunsi  tinggi.  Adapun  pada  motor  listrik,  harmonisa  akan berakibat  pada  meningkatnya  rugi-rugi  belitan  motor  yang  berujung  pada  menurunnya efisiensi  motor  listrik.  Sementara  itu,  harmonisa  pada  transformator  akan  berakibat  pada meningkatnya  rugi-rugi  inti  dan  rugi-rugi  belitan  transformator  yang  bermuara  pada menurunnya efisiensi transformator.Pembahasan dalam penelitian ini adalah melihat seberapa besar pengaruh harmonik terhadap unjuk kerja motor dc yang disuplai oleh sumber daya listrik tidak  ideal,  tetapi  tidak  membahas  tentang  bagaimana  cara  mengeliminasi/mereduksi harmonik tersebut.

## 2. METODE PENELITIAN
Konverter  ac/dc,  dikenal  juga  sebagai  penyearah,  merupakan  perangkat  daya  listrik  yang digunakan  untuk  mengubah  daya  listrik  ac  menjadi  daya  listrik  dc.  Penyearah  ini  umum digunakan sebagai sumber daya dc untuk memenuhi kebutuhan daya berbagai peralatan yang bekerja pada besaran listrik dc seperti battery charger, motor listrik dc, lampu led dan lain sebagainya.  Secara  umum  terdapat  dua  jenis  penyearah  yaitu  penyearah  tak-terkendali dengan saklar  statis dioda  serta penyearah  terkendali dengan  saklar statis thyristor.  Untuk aplikasi-aplikasi  yang  memerlukan  daya  listrik  dc  dengan  tegangan  berubah-ubah/variabel, misalnya  untuk  penggerak  motor  dc,  jenis  penyearah  yang  lebih  umum  digunakan  adalah penyearah  terkendali.  Pada  penyearah  terkendali  ini,  tegangan  dc  keluaran  variabel  dapat diperoleh melalui pengaturan sudut penyalaan ( phase angle control) saklar statis thyristornya (Rashid, 2011) (Mohan, 2019) (Vladimir, 2017).
Jika utilitas yang tersedia adalah sumber ac satu-fasa maka jenis penyearah terkendali yang banyak digunakan adalah single phase semiconverter yang memiliki struktur jembatan penuh ( bridge) dengan dua buah saklar statis diode (D1 dan D2) serta dua buah saklar statis thyristor (T1 dan T2) seperti ditunjukkan oleh Gambar 1 di bawah ini.
Gambar 1. Penyearah Terkendali Jenis Single Phase Semiconverter (Rashid, 2011)
Kedua  buah  saklar  statis  thyristor  penyearah  ini  dapat  diatur  sudut  penyalaannya  secara terpisah  (masing-masing)  atau  secara  bersamaan.  Jika  sudut  penyalaannya  diatur  secara bersamaan  (jenis  yang  lazim  ditemui)  maka  tegangan  dc  keluaran  yang  dihasilkan  akan memiliki nilai rata-rata (V dc ) dan efektif (V rms ) yang dirumuskan oleh persamaan berikut ini:
𝑉 = ∫ 𝑉𝑚. 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡. 𝑑𝜔𝑡 = [−𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡] = (1 + 𝑐𝑜𝑠𝛼) (1) 𝑉 = ∫ 𝑉 𝑠𝑖𝑛 𝜔𝑡. 𝑑𝜔𝑡 = ∫ (1 − 𝑐𝑜𝑠2𝜔𝑡)𝑑𝜔𝑡 = √ (𝜋 − 𝛼 + ) (2)
Lebih lanjut, Gambar 2 di bawah ini menunjukkan gelombang tegangan ac sinusoidal sumber dan gelombang tegangan dc keluaran yang dihasilkan oleh penyearah terkendali single phase semiconverter pada Gambar 1.

## Gambar 2. Gelombang Tegangan AC Sinusoidal Sumber dan Gelombang Tegangan Dc Keluaran Penyearah Terkendali Single Phase Semiconverter (Rashid, 2011)
Dapat  dilihat  dari  Gambar  2  di  atas  bahwa  bentuk  gelombang tegangan  dc  keluaran  yang dihasilkan  tidak  memiliki  bentuk  gelombang  tegangan  dc  murni.  Gelombang  tegangan  dc keluaran seperti ini memiliki kandungan harmonisa yang cukup tinggi, yang tergantung pada sudut  penyalaan  thyristornya.  Motor  dc  yang  disuplai  dengan  tegangan  dc  yang  memiliki kandungan harmonisa seperti ini tentu akan memiliki unjuk kerja berbeda dengan motor dc yang disuplai dengan tegangan dc murni tanpa harmonisa. Lebih jauh, proses penyaklaran thyristor pada penyearah terkendali single phase semiconverter ini juga dapat berakibat pada terdistorsinya  gelombang  arus  sumber  menjadi  gelombang  arus  non  sinusoidal  yang mengandung  banyak  harmonisa.  Dari  uraian  latar  belakang  sebelumnya,  telah  disebutkan bahwa  secara  umum  harmonisa  tegangan  dan  arus  dapat  mengakibatkan  dampak  buruk terhadap sistem kelistrikan dan peralatan-peralatan didalamnya.
Secara umum kegiatan penelitian ini akan dilaksanakan dalam dua tahapan besar. Pertama adalah  tahap  perancangan  dan  pembuatan  unit  penyearah  terkendali single  phase semiconverter  yang  secara  garis  besar  dapat  dibagi  menjadi  dua  komponen  utama  yaitu
rangkaian  daya  penyearah  terkendali single  phase  semiconverter  dengan  dua  buah  saklar statis dioda dan dua buah saklar statis thyristor serta rangkaian kendali sudut penyalaan untuk kedua saklar statis thyristornya. Tahapan kedua adalah uji coba laboratorium dari penyearah terkendali single phase semiconverter yang telah dibuat. Uji coba laboratorium ini dilakukan dengan menggunakan penyearah terkendali penyearah terkendali single phase semiconverter untuk  mensuplai  tegangan  dc  belitan  jangkar  dari  sebuah  motor  dc  penguatan  bebas sebagaimana ditunjukkan oleh blok diagram Gambar 3. Pada uji coba laboratorium ini akan dilakukan  pengukuran  besaran  tegangan  dan  arus  sisi  sumber  ac,  tegangan  dan  arus  sisi keluaran  dc  dan  sudut  penyalaan  thyristor  dari  penyearah  terkendali single  phase semiconverter serta putaran motor dc dalam kondisi tanpa beban dan berbeban. Pengukuran tegangan dan arus baik di sisi sumber ac maupun sisi keluaran dc ini akan meliputi nilai rata- rata  dan  efektif  serta  bentuk  gelombang  dan  harmonisanya.  Hasil  pengukuran  diverifikasi dengan menggunakan Persamaan 1. Analisis pengaruh harmonisa terhadap terhadap unjuk kerja  motor  dc  yang  digerakkan  oleh  penyearah  terkendali single  phase  semiconverter dilakukan  berdasarkan  data-data  pengukuran  tersebut  diatas.  Analisis  pertama  melihat hubungan  antara  putaran  dengan  tegangan  jangkar  yang  merupakan  output  dari semiconverter.
𝑁 = . .∅ (3)
Dari  Persamaan  3  dapat  dilihat  jika  fluks  konstan  maka  putaran  dengan  tegangan  jangkar berbanding lurus . Analisis selanjutnya adalah perhitungan efisiensi motor dengan dua  kondisi yaitu motor yang disuplai oleh dc murni dan yang disuplai konverter .
𝜂 = (4) 𝑃 =  Τ. 𝜔 =  Τ 2. Π. (5) 𝑃 = 𝑉 . 𝐼𝑑𝑐 (6)
Tahapan lebih rinci dari kegiatan penelitian ini ditunjukkan oleh diagram alir pada Gambar 3.
Single phase semiconverter Motor dc penguat terpisah Beban motor dc
Sumber ac satu-fasa PQ Analyzer PQ Analyzer
Tachometer
Gambar 3. Blok Diagram Pengujian Laboratorium
Gambar  3  menjelaskan  tentang  tahapan  kegiatan  penelitian  yang  dilakukan.  Pengujian dilakukan disisi input dan disisi output. Pengukuran disisi input mengahasilkan parameter arus, tegangan dan harmonisa. Begitu juga pengukuran disisi input akan menghasikan parameter
arus, tegangan dan harmonisa. Selain itu dilakukan pengukuran putaran motor menggunakan alat ukur tachometer.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Perancangan dan pembuatan alat
Unit  penyearah  terkendali single  phase  semiconverter  yang  dibuat  memiliki  topologi  yang ditunjukkan oleh Gambar 1. Komponen utamanya adalah dua buah saklar statis dioda (D1 dan D2) serta dua buah saklar statis thyristor (T 1 dan T 2 ). Penyearah terkendali ini bekerja pada tegangan  input  ac  satu-fasa  220  V,  50  Hz.  Karena  beban  motor  dc  yang  disuplai  memiliki kapasitas  3  kW  maka  saklar  statis  dioda  dan  thyristor  yang dipilih  dan  digunakan  memiliki spesifikasi  400  V,  20  A.  Kendali  sudut  penyalaan  ( α )  saklar  statis  thyristor  direalisasikan melalui  rangkaian  analog  dengan  IC TCA  785 yang  mampu  menghasilkan  pulsa  penyalaan simetris yaitu α pada interval 0 – α dan ( α + α ) pada interval α – 2 α .
Gambar 4. Rangkaian Unit Penyearah Terkendali
Gambar 5. Rangkaian Pengendali Sudut Penyalaan Thyristor Unit Penyearah Terkendali

## 3.2 Pengujian laboratorium
Pengujian  laboratorium  dimaksudkan  untuk  mengetahui  karakteristik  penyearah  terkendali yang  telah  dibuat.  Rangkaian  pengujian  laboratorium  ditunjukkan  oleh  Gambar  5,  namun dengan tidak menggunakan beban motor. Dengan kata lain pengujian yang telah dilaksanakan adalah pengujian beban nol. Dalam pengujian ini dilakukan pengukuran besaran dan bentuk gelombang tegangan dan arus sisi sumber ac, tegangan dan arus sisi keluaran dc dan sudut penyalaan  thyristor  dari  penyearah  terkendali  serta  putaran  motor  dc  dalam  kondisi  tanpa beban. Gambar 6 di bawah ini menunjukkan proses pengujian beban nol yang telah dijalankan.

## Gambar 6. Uji Beban Penyearah Terkendali sebagai Penggerak Motor DC
Beberapa  data  yang  diperoleh  dari  pengujian  beban  nol  ini  ditampilkan  dalam  Tabel  1  di bawah.  Data  dalam  Tabel  1  menunjukkan  bahwa  tegangan  dc  keluaran  variabel  yang dihasilkan  penyearah  terkendali  juga  dapat  digunakan  untuk  mengatur  putaran  motor  dc dalam rentang yang cukup lebar yaitu 203,6 rpm sampai dengan 1849 rpm.
Tabel 1. Nilai α Berdasarkan Nilai Vrms Output
No  Kecepatan V rms out (V) α(°) V dc out (V) 1 203.6 16,6 160,7 5,6 2 408.5 28,6 154,4 9,7 3 633.7 42,7 147,2 15,8 4 815.2 56,4 150,3 13,0 5 1060 70 133,4 30,9 6 1248 83,1 126,8 39,7 7 1414 98,8 118,9 51,2 8 1616 109,5 113,4 59,7
Seperti  ditunjukkan  oleh  Gambar  7,  semakin  besar  nilai  tegangan  dc  keluaran  penyearah terkendali  akan  menghasilkan  putaran  motor  dc  yang  semakin  tinggi.  Perubahan  nilai tegangan dc keluaran penyearah berelasi secara proporsional  terhadap  perubahan  putaran motor dc.
Kontrol Penyearah Alat Ukur Dc fan test set

## Gambar 7. Grafik Perubahan Nilai Tegangan DC Keluaran Penyearah Terkendali terhadap Putaran Motor DC

## 3.3 Karakteristik Keluaran Penyearah Satu Fasa Terkendali
Tegangan  sumber  untuk  Motor  DC  yang  bersumber  dari  penyearah  satu  fasa  ini  diatur berdasarkan  sudut  penyalaan  dari  komponen  thyristor.  Rangkaian  control  penyalaan  sudut thyristor ini menggunakan rangkaian control dengan IC 785. IC ini adalah IC phase control yang  dimaksudkan  untuk  mengendalikan  thyristor,  triac  fan  transistror.  Pulsa  pemicu menggunakan IC ini dapat diatur dalam sudut fase antara 0° sampai 180°. Sumber tegangan untuk rangkaian penyearah satu fasa ini adalah sebesar 220 volt atau 311,127 untuk besar tegangan root mean square dengan frekuensi 50Hz. Bentuk gelombang input ini ditampilkan menggunakan PQ analyzer. Bentuk gelombang input dan output dapat dilihat pada Gambar 8
Gambar 8. Gelombang Input dan Output
Motor DC menghasilkan tegangan E a yang membuat bentuk gelombang juga naik pada saat gelombang tegangan muncul setelah terdapat celah dengan amplitude sebesar 0 V. Gambar 9 menunjukan bentuk gelombang untuk data ke-8 yaitu Ketika tegangan sebesar 109,5 Volt dan  arus  sebesar  6  Ampere.  Tegangan  keluaran  dari  rangkaian  penyearah  satu  fasa semikonverter bergantung dengan nilai  sudut penyalaan thyristor. Thyristor mampu bekerja dalam  keadaan forward  bias  apabila  kaki  gate  pada  thyristor  diberi  tegangan  pemicu. Tegangan  pemicu  ini  pada  rangakain  penyearah  satu  fasa    semikonverter  dikeluarkan berdasarkan sudut yang ditentukan atau biasa disebut α.
Motor DC yang digunakan pada mesin fan test ini memiliki spesifikasi kecepatan maksimum hingga  4000  rpm,  namun  pada  pengujian  pada  kecepatan  1618  rpm  arus  beban  sudah mencapi 6,1 ampere yang sudah mendekati nilai rated current motor DC sebesar 8,1 ampere. Pada pengujian ini dihentikan sampai arus tersebut karena kondisi motor yang sudah bergetar juga dan sudah mencapai 2 mm/s yang tertera pada vibrasi meter.

## 3.4 Pengaruh Harmonisa Arus terhadap Torka dan DayaKeluaran
Dari hasil uji coba di lapangan, besarnya torka yang didapatkan sebanding dengan besarnya arus yang melewati jangkar. Vibrasi muncul karena disebabkan oleh perubahan arus beban yang memasok belitan jangkar. Adanya harmonisa dalam arus DC berakibat kepada beberapa permasalahan dalam kinerja motor DC.
Gambar 9. Spektum Harmonisa Arus dari Penyearah Satu Phasa
Dari Gambar 9 dapat dilihat bahwa hormonisa arus muncul dari harmonisa orde 1 sampai orde 11. Harmonisa orde 1 merupakan nilai fundamentalnya. Pada putaran motor 600 sampai 1800 rpm, terlihat nilai harmonisa yang cukup besar pada orde kedua, ketiga dan keempat. Pada orde kelima sampai kesebelas nilai harmonisa mulai turun.
Gambar 10. Spektum Harmonisa Tegangan dari Semiconverter
0 0.5 1 1.5 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 M ag ni tu do (V ) Orde Harmonik Spektrum Harmonisa Rata-rata Arus Keluaran 0 5 10 15 20 25 1 2 3 4
5 6 7 8 9 10 11 M ag ni tu d o (V rm s ) Orde Harmonik Spektrum Harmonisa Rata-Rata Tegangan Keluaran Semiconverter
Dari  Gambar  10  dapat  dilihat  bahwa  hormonisa  tegangan  muncul  dari  harmonisa  orde  1 sampai  orde  11.  Harmonisa  orde  1  merupakan  nilai  fundamentalnya.  Pada  putaran  motor rendah, harmonisa akan selalu muncul pada setiap ordenya. Sedangkan pada putaran tinggi, mendekati putaran nominalnya, nilai harmonisa menurun pada setiap ordenya.

## Gambar 11. Spektum Harmonisa Tegangan dari DC Murni
Untuk sumber dc murni, harmonisa tegangan muncul pada orde ke enam. Sedangkan pada orde yang lainnya, nilai harmonisa relatif kecil. Semakin besar putaran maka nilai harmonisa tegangan semakin besar pula. Gambar 11 memperlihatkan perbandingan antara harmonisa tegangan keluaran yang ditimbulkan oleh sumber daya listrik yang berasal dari semiconverter dan dc murni. Sumber dc murni menghasilkan nilai harmonisa yang kecil dibandingkan dengan semiconverter. Selain itu, terlihat bahwa harmonisa dengan sumber dc murni muncul pada orde  ke  enam,  sedangkan  pada  orde  lainnya  relatif  kecil.  Sementara  untuk  semiconverter harmonisa muncul pada setiap ordenya.
Tabel 2. Nilai Kecepatan, Torka, Efisiensi dan Harmonisa dari Motor
Tabel 2 menunjukkan bahwa dengan kenaikan nilai putaran akan menyebabkan kenaikan nilai torka.  Tetapi  sebaliknya  dengan  nilai  harmonisa,  torka  semakin  besar  maka  harmonisa semakin kecil.
0 5 10 15 20 25 30 35 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 M ag ni tu do [V ] Orde Harmonik Spektrum Harmonisa Rata-rata Tegangan Keluaran Semikonverter DC Murni
Semikonverter DC Murni Semikonverter DC Murni Semikonverter DC Murni Semikonverter DC Murni Semikonverter DC Murni Semikonverter DC Murni
vTHD [%] iTHD [%] vTHD [%] iTHD [%]
1 187,5 244,3 0,48 0,199 19,63 25,58 16,6 13,8 0,9 1,4 62,78% 26,40% 468,7 149,2 0 0 2 380,2 420,7 0,67 0,359 39,81 44,06 28,6 25,5 1,2 1,6 77,59% 38,75% 466,4 154,8 0 0 3 598,5 624,4 0,72 0,598 62,67 65,39 42,7 34,8 1,7 1,7 61,87% 66,11% 425,5 144,8 0 0 4 801,7 811,1 0,8 0,691 83,95 84,94 56,4 45,4 2,3 2 51,94% 64,65% 369,2 134,1 0 0 5 994,7 1017 1,02 0,718 104,16 106,5 70 57,8 3,2 2,4 47,54% 55,10% 324,4 123,3 0 0 6 1206 1465 1,19 1,117 126,29 153,41 83,1 83,7 4 2,9 45,38% 70,57% 288,2 114,9 0 0 7 1436 1832 1,6 1,595 150,38 191,85 98,8 105,5 5,1 4,3 47,62% 67,45% 249,9 104,8 0 0 8 1618 2119 2,04 2,153 169,44 221,9 109,5 122,2 6,1 5,6 51,62% 69,82% 221,3 97,4 0 0 9 1832 2432 2,31 2,752 191,85 254,68 122,2 141,1 7,3 7,4 49,72% 67,11% 190,8 89,3 0 0 10 2014 2,61 210,91 132,1 8,4 49,58% 164,8 80,8 Efisiensi Harmonisa di sisi keluaran Semiconverter Pure DC [rpm] [N.m] [rad/s] [V] [A] [%] Data Putaran Torka Kecepatan Sudut Tegangan Motor DC Arus Motor DC
Jika kita membandingkan torka yang dihasilkan oleh penyearah satu fasa dengan penyearah gelombang penuh tiga fasa (dc murni), maka kita dapat melihat torka yang dihasilkan oleh penyearah gelombang penuh tiga fasa lebih tinggi. Kurva hubungan torka terhadap arus beban ditunjukkan pada Gambar 12.
Gambar 12. Kurva Hubungan Torka Terhadap Arus Beban
Selain torka, kecepatan putaran poros yang dihasilkan oleh penyearah gelombang penuh tiga fasa (dc murni) lebih besar dari penyearah satu fasa, seperti yang ditunjukkan Gambar 13. Hal ini terjadi akibat dari fluksi balik pada penyearah gelombang penuh tiga fasa yang sangat kecil dibandingkan dengan penyearah satu phasa.

## Gambar 13. Kurva Hubungan Torka Terhadap Kecepatan
Berdasarkan pada grafik Gambar 13 atas kita dapat mengetahui bahwa penyearah gelombang penuh  tiga  fasa  (dc  murni)  menghasilkan  daya  keluaran  mekanik  yang  lebih  tinggi dibandingkan penyearah satu fasa.
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 0 2 4 6 8 10 To rq ue (N .m ) I out (A) Motor Torque vs Load Current Single Phase Semiconverter Three Phase Full Wave Rec.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 Sp ee d (r pm ) Torque (N.m) Motor Speed vs Motor Torque Single Phase Semiconverter Three Phase Full Wave Rec.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian pengaruh harmonis terhadap vibrasi dan torka pada mesin dc fan test, dapat disimpulkan bahwa penyearah semikonverter satu fasa yang diaplikasikan pada motor dc bebas memiliki efisiensi penyearahan sebesar 40%, harmonisa mempengaruhi torka motor dengan adanya vibrasi yang ditimbulkan, torka yang dihasilkan adalah fungsi arus beban sehingga bentuk gelombang dari torka yang dihasilkan akan mengikuti bentuk gelombang arus beban. Selain itu, adanya harmonisa mengakibatkan efisiensi menjadi turun karena harmonisa berpengaruh  terhadap  faktor  daya  yang  dihasilkan  oleh  semikonverter.  Semakin  besar  PF maka semakin daya aktif yang terserap oleh motor dc. Kinerja motor dc seri tidak mampu mencapai rated power-nya hal ini dapat dilihat pada pengujian dengan kecepatan 1618 rpm arus ouput sudah mencapai 6,1 ampere. Name plate dari motor ini menunjukan rated current 8,1  ampere,  kinerja  dari  motor  juga  sudah  dipengaruhi  oleh  kondisi  motor  yang  sudah berbeban dengan fan. Harmonisa yang timbul pada mesin ini adalah karena komponen non linier pada penyearah satu fasa yaitu dioda dan thyristor. Harmonisa yang dihasilkan sebesar 6,7 %, diatas 5% untuk bus voltage diantara 1 KV dan 69 KV. Nilai harmonisa ini didapat pada pengujian motor ketika kecepatan 1618 rpm dan vibrasi motor mencapai 2,8 mm/s.

## DAFTAR RUJUKAN
Amir, M. (2017). Studi Analisis Pengaruh Harmonisa Akibat Penggunaan Variabel Speed Drive pada Motor Induksi Tiga Fasa. Jurnal Sinusoida, XIX(20), 20 - 29.
Claiton, M. (2019). Electrical Machine Drive : Fundamental Basic and Practice. New York: CRC Press.
Fitzgerald, C. K. (2013). Electric Machinery. New York: McGraw-Hill.
Gray, A. (2013). Electrical Machine Design. New York: Mc Graw Hill Book Company Inc.
Mahar. (2011). Harmonic Analysis of AC-DC Topologies and Their Impacts on Power System.
Mehan University Research Journal of Engineering & Tevhnology, 1(30).
Mohan, T. M. (2019). Power Electronics Converters Applications And Design 3Rd Edition. Wiley. Ojaghi, D. T. (2011). Analysis of Harmonics and Harmonics Mitigation Methods in Distributions
System. Australian Journal of Basic and Applied Science, 1(5), 996 - 1005.
Patel, A. R. P. (2009). Use of PWM Techniques for Power Quality Improvement. International Journal of Recent Trends in Engineering, 1(4).
Pinyol, R. (2011). Harmonics : Cause, Effects and Minimization. Barcelona: Salicru.
Rashid, M. (2011). Power Electronic : Circuits,Devices, and Applications (3nd ed). New Jersey: Printice Hall.
Robak, a. e.  (2016). Variable Speed Drive (VSD) - Toward  Modern  Industry and  Electricity Power System. Przeglad Elektrotechniczny.
Saidur, a. e. (2011). Aplications of Variable Speed Drive in Electrical Motor Energy Savings.
Elsevier : Renewable and Sustainable Energy Reviews.
Theraja.  (2013). A  Textbook  of  Electrical  Technology  in  SI  Units  Volume  II  AC  and  DC
Machines. S. Chand.
Tony, K. (2015). Harmonisa Akibat Variable Speed Drive Lift. Jurnal Energi & Kelistrikan, 7(1), 160 - 166.
Vladimir,  G.  (2017). Electronic  Devices  on  Discrete  Componentsfor  Industrial  and  Power Engineering. New York: CRC Press.
Zulkarnaini. (2013). Pengaruh Harmonik Akibat Penggunaan Variabel Speed Drive Terhadap Piranti Bridge Crane PLTU Teluk Sirih (2X112MW). Jurnal Teknik Elektro ITP, 2(1), 53
- 62.