## WATAK HARMONIK PADA INVERTER TIGA FASA TAK BERBEBAN
Wahri Sunanda 1 , Yuli Asmi Rahman 2 1 Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Bangka Belitung
2 Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Tadulako
1 Email: wahrisunanda@gmail.com
2 Email : asmi_yuli81@yahoo.co.id
Abstract  Harmonic  is  one  of  sinusoidal components, one wave period from which having  multiple  frequency  of  its fundamental  frequency  one,  leading  to electrical  power  quality  problems. Harmonic  distortion  in  term  of  voltage and  current  ones,  generally  is  due  to  non linier  impedance.  Inverter  is  one  of example  of  it.  There  are  some  items  that will  be  measured.  There  are  value  of harmonic  at    source  and  value  of  voltage and current harmonic when inverter does not have any load. IEEE Standard of 519- 1992  as  a  reference  in  determining maximum  limitation  voltage  and  current harmonics.  The  result  of  the  tests  were showed  that  voltage  harmonic  distortion at  inverter  did  not  exceed  the  IEEE  519- 1992  maximum  limitation  of  5%.  While current  harmonic  distortion  had  exceed the maximum limitation of the IEEE 519- 1992. The  highest  results  were  exceeding 56,55 % when inverter does not have any load.
Keywords: Voltage, Current, Harmonic Distortion, Inverter.

## I. PENDAHULUAN
Harmonik  menyebabkan  terjadinya penyimpangan gelombang tegangan dan arus yang  mempunyai  pengaruh  kurang  baik terhadap  peralatan  listrik.  Harmonik  adalah salah  satu  dari  beberapa  permasalahan  yang mempengaruhi kualitas daya listrik. Terjadinya penyimpangan gelombang tegangan dan arus akan mempengaruhi unjuk kerja  sistem,  dimana  peralatan  listrik  akan mengalami  gangguan  diluar  kondisi  normal. Harmonik  dalam  sistem  tenaga  listrik, sebenarnya  ditujukan  untuk  kandungan
distorsi  pada  gelombang  tegangan  dan  arus fundamental  yang  mana  beban  non  linear dianggap sebagai sumber harmonik. Perkembangan  ilmu  pengetahuan  dan teknologi  bidang  elektronika  daya  ( power electronic ),  mempunyai  peranan  yang  besar dalam  perkembangan  industri  modern terutama  pada  sistem  kendali. Inverter, merupakan  salah  satu  perangkat  elektronika daya yang diaplikasikan pada industri untuk mengubah  tegangan  arus  searah  menjadi tegangan  bolak  balik.  Umumnya  digunakan untuk mengatur kecepatan motor listrik atau untuk  keperluan  tertentu  lainnya.  Aplikasi teknologi  elektronika  daya  menimbulkan efek  samping,  yaitu  meningkatnya  arus harmonik  akibat  dari  proses  pengkonversian bentuk  gelombang  energi  listrik  dari  satu bentuk ke bentuk yang lain (Erhaneli, 2003). Dampak  dari  harmonik  akan  semakin berbahaya, apabila  mengganggu  peralatan yang  digunakan  untuk  kepentingan  umum seperti  saluran  telepon,  oleh  karena  itu permasalahan  harmonik  perlu  mendapatkan perhatian yang serius.
Penelitian dilakukan untuk mengetahui kandungan  harmonik  pada  inverter  tiga  fasa yang tidak dibebani dengan hipotesis bahwa kandungan harmonik arus dan tegangan pada sumber inverter sebelum diberi beban, sudah ada  namun  belum  melebihi  standar  yang ditetapkan.

## II. TINJAUAN PUSTAKA

## A. Studi Harmonik
Harmonik adalah salah satu dari sekian banyak  permasalahan  yang  menyangkut kualitas  daya  listrik.  Keberadaan  harmonik ini  sangat  mengganggu  bahkan  merugikan sistem  apabila  melebihi  batas  standar  yang
ditetapkan,  dalam  hal  ini  standar  yang digunakan  adalah  standar IEEE 519-1992. Pada  gambar  1.  akan  diperlihatkan  sebuah gelombang yang terdistorsi dan direpresentasikan dalam deret seri Fourier.
Gambar 1. Gelombang terdistorsi direpresentasikan  dalam deret Fourier

## B. Indeks Harmonik
Dalam  analisis  harmonik,  beberapa indeks  penting  berikut digunakan  untuk melukiskan  pengaruh  harmonik  pada komponen  sistem  tenaga  listrik  dan  sistem komunikasi.
1. Total Harmonic Disortion (THD) ∶
= ∑ 100 %
(1)
∶
= ∑ 100 % (2) Didefinisikan  sebagai  perbandingan nilai  rms  komponen  harmonik  terhadap komponen dasar dalam persen (%).
Indeks ini digunakan untuk mengukur penyimpangan  ( deviation )  dari  bentuk gelombang  satu  periode  yang  mengandung harmonik  pada  satu  gelombang  sinus sempurna.  Untuk  satu  gelombang  sinus sempurna pada frekuensi dasar, THD adalah nol.  Demikian  pula  pengukuran  distorsi harmonik individual untuk tegangan dan arus pada  orde  ke  h  didefinisikan  sebagai ⁄
dan ⁄ .
Pada  tabel  1.  dan  tabel  2. ditampilkan standar IEEE  Std 519-1992  untuk  batasan
I THD dan V THD yang digunakan sebagai acuan dalam penelitian ini.

## 2. Inverter
Inverter adalah  suatu  rangkaian penyaklaran  elektronik  yang  dapat  merubah tegangan  searah  menjadi  tegangan  bolak balik.  Pada  dasarnya, inverter tiga  fasa merupakan  gabungan  dari inverter satu  fasa dengan  perbedaan  120 0 listrik  antara  fasa yang  satu  dengan  fasa  yang lainnya. Mengatur  tegangan  keluaran  dari inverter menggunakan  teknik  PWM  ( pulsa  wave modulation ).  Bentuk  gelombang  tegangan keluaran inverter biasanya  juga  tidak sinusoida  murni  karena  masih  mengandung komponen  frekuensi  yang  tidak  diinginkan.
Jika  tegangan  seperti  ini  digunakan  untuk mencatu  daya  pada  beban,  seperti  motor induksi,  akan  menambah  kerugian,  getaran dan riak dalam motor.
Gambaran secara umum inverter dapat dilihat pada gambar 2. berikut ini.
Gambar 2. Inverter tiga fasa
Inverter yang  digunakan  pada penelitian  ini  sudah  dilengkapi  dengan rangkaian  penyearah  tiga  fasa.  Tegangan sumber maksimum yang masuk ke penyearah adalah  240  volt  antar  fasa,  dan  keluaran maksimum  dari inverter adalah  220  volt antar  fasa.  Kemampuan  arus  masukan maksimum   8 A, dan arus keluaran inverter 4 A, dengan kemampuan daya 0,75 kW.
III. METODOLOGI Dalam  melakukan  penelitian  ini dilakukan melalui tahapan antara lain : a. Mengumpulkan alat dan bahan penelitian.
b. Mengukur  kandungan  harmonik  sumber tegangan.
c. Mengukur kandungan harmonik tegangan dan  arus  pada  saat inverter tidak berbeban  dengan  berbagai  tegangan keluaran.
d. Menghitung THD arus dan tegangan
Tabel 1. Current distortion limits for general distribution systems  (120 V Through 69. 000V)
Note: even harmonics are limited to 25% of the harmonic limits above Current  distortion  that  result  in  a  dc  offset are not allowed
I SC = maximum  short  circuit  currentat PCC ( point of common coupling) I L = maximum  demand  load  current (fundamental frequency) at PCC
Tabel 2. Voltage distortion limits
Note : high voltage systems can have up to 2% THD where the cause is an HVDC terminal that will attenuate by the time it is tapped for a user
Alur penelitian dapat dilihat secara lengkap pada gambar 3.
Gambar 3. Alur Penelitian Proses  pengambilan  data  dilakukan dengan  rangkaian  alat  dan  bahan  sesuai gambar 4.
Gambar 4. Rangkaian percobaan
Alat dan      bahan  yang  digunakan  dalam penelitian ini adalah:
a. Trafo tiga fasa
Memiliki  kemampuan  3  kVA,  tegangan keluaran  maksimum  240  volt  antar  fasa dengan frekuensi 50 Hz.
b. Satu unit inverter tiga fasa
Inverter yang digunakan dalam penelitian ini  memiliki  kemampuan  0,75  kW. Inverter ini  sudah  dilengkapi  dengan rangkaian  penyearah  tiga  fasa.  Tegangan maksimum  yang  dipakai  sebagai  sumber inverter adalah 220 volt antar fasa dengan kemampuan  arus  maksimum  8  ampere, sedangkan  tegangan  keluaran inverter T rafo 3 fasa
In verter PM 3000 A K omputer
adalah 220 volt dengan kemampuan arus 4 ampere.
c. Universal  Power  Analyzer PM  3000  A (UPA  PM  3000A),  alat  ukur  yang digunakan  untuk  mengetahui  kandungan harmonik pada sistem. d.  RS  232  sebagai  penghubung  UPA  PM 3000A dengan komputer untuk pengoperasian jarak jauh atau remote .

## IV. HASIL PENELITIANDAN PEMBAHASAN

## A. Watak Harmonik Sumber Tegangan
Sumber  tegangan  yang  dipakai  adalah trafo 3 fasa yang disuplay dari jaringan PLN. Tegangan  sumber  untuk inverter digunakan 220 volt antar fasa. Hasil pengukuran sampai dengan harmonik     ke-10 diperlihatkan pada tabel 3., sedangkan untuk spektrum harmonik sampai dengan harmonik ke- 30 dapat dilihat pada gambar 4.
Tabel 3.
Hasil pengukuran harmonik sumber tegangan
Gambar 4. Spektrum harmonik sumber tegangan
Pada gambar 4. dapat dilihat harmonik tertinggi terjadi pada fase S, yaitu harmonik ke-5.  Nilai  distorsi  harmonik  tegangan  pada fasa  R,  S,  dan  T  masing-masing  adalah 2,494%,  2,794%,  dan  2,546%.  Sedangkan nilai total distorsi harmonik (THD) tegangan yang terukur masing-masing untuk fasa R, S, dan T adalah 2,614%, 2,861%, dan 2,595%. Menggunakan persamaan (1) diperoleh THD
tegangan  sumber  pada  fasa  R  sebesar 2,616%,  pada  fasa  S  sebesar  2,862%,  dan pada fasa T sebesar 2,603%. Nilai ini masih berada  di  bawah  standar IEEE 519-1992, yaitu  5%    untuk  tegangan  sampai      69  kV. Jadi sumber tegangan ini masih bisa dipakai karena  kandungan  harmoniknya  belum melebihi  standar.  Berikut  adalah  bentuk gelombang  tegangan  sumber  untuk  masing- masing fasa.
Gambar 5. Gelombang tegangan sumber pada fasa R
Gambar 6. Gelombang tegangan sumber pada fasa S
Gambar 7. Gelombang tegangan sumber pada fasa T
B. Watak Harmonik pada Kondisi      Tidak Berbeban
Tahapan selanjutnya adalah mengukur kandungan harmonik tegangan dan arus pada saat  kondisi inverter tidak  berbeban  dengan berbagai  tegangan  keluaran,  dimana tegangan keluaran maksimum mencapai 230 volt.
Tabel 4. Hasil pengukuran tegangan harmonik pada keluaran inverter maksimum kondisi tidak berbeban (230 volt )
Nilai  harmonik  tertinggi  terjadi  pada harmonik  ke-5,  yaitu  fasa  S,  kemudian diikuti  oleh  fasa  T  dan  R.  Nilai  kandungan harmonik  fasa  R,  S,  dan  T  masing-masing adalah  2,624%,  2,933%,  dan  2,805%.  Nilai THD tegangan masing-masing fasa R, S, dan T adalah 2,738%, 3,082%, dan 2,921%.
Gambar 8. Spektrum tegangan harmonik keluaran 230 volt tidak  berbeban
Menggunakan  persamaan  (1)  THD tegangan  keluaran  maksimum  juga  dapat dicari,  dan  hasilnya  pada  fasa  R  sebesar 2,743%,  pada  fasa  S  sebesar  3,986%,  dan pada fasa T sebesar 2,923%.
Harmonik  arus  tertinggi  terjadi  pada fasa  R  dengan  nilai  56,55%,  kemudian diikuti oleh fasa S sebesar 45,22%, dan fasa T sebesar 15,73%.
Tabel 5. Hasil pengukuran arus harmonik pada keluaran inverter maksimum kondisi tidak berbeban (230 volt)
Nilai  total  distorsi  harmonik  (THD) arus  pada  fasa  R,  S,  dan  T  masing-masing adalah sebesar 158,4%, 117,8%, dan 32,96%.
Gambar 9. Spektrum arus harmonik pada tegangan keluaran maksimum
Gambar 10. Gelombang arus harmonik fasa R
Menggunakan persamaan (2) THD arus yang diperoleh pada fasa R sebesar 158,4%, pada fasa  S  sebesar  117,887%,  dan  pada  fasa  T sebesar 33,036%.
Gambar 11. Gelombang arus harmonik fasa S
Gambar 10. sampai 12. di atas adalah bentuk gelombang  arus  harmonik  masing-masing fasa pada keluaran inverter maksimum tidak berbeban.
Gambar 12. Gelombang arus harmonik fasa T
Pada saat inverter tidak berbeban, nilai komponen arus harmonik secara keseluruhan melebihi  nilai  yang  diijinkan  dalam  standar
IEEE -159-1992.

## V. PENUTUP

## A. Kesimpulan
Berdasarkan  penelitian  yang  telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Nilai  harmonik  tegangan  dan  arus  pada berbagai nilai  tegangan  keluaran inverter pada  kondisi  tidak  berbeban  didominasi oleh harmonik orde ganjil.
2. Nilai tegangan harmonik tertinggi sebesar 2,933%  dan  arus  harmonik  tertinggi 56,55%.  Nilai  THD  tegangan  tertinggi sebesar  3,986%  dan  untuk  THD  arus tertinggi sebesar 158,4%. B. Saran 1. Berdasarkan hasil penelitian ini diperlukan  penelitian  lebih  lanjut mengenai  watak  harmonik  pada  inverter yang  dibebani  agar  didapat  hasil penelitian  yang  komperehensif  mengenai watak harmonik pada inverter. 2. Harmonik yang muncul pada inverter juga harus  direduksi  agar  pengaruh  harmonik dapat diminimalisir. DAFTAR PUSTAKA Arrillaga, J., Smith, B.C., Watson, N.R. and Wood,  A.R.  ,1997, Power  System Harmonic  Analysis ,  John  Wiley  & Sons, Chichester. Cividino,  Lorenzo.,  1992, Power  Factor, Harmonic Distortion; Causes, Effects  and  Considerations ,  IEEE, 0-7803-0779-08/92. Dugan,  Roger  C.,  McGranaghan,  Mark  F.,
Beaty,  H.  Wayne,  2004, Electrical Power  System  Quality ,  McGraw-
Hill.
Erhaneli.,  2003, Pengurangan  Harmonik pada  Drive  Inverter  dengan Menggunakan  Filter  Pasif ,  Tesis  S2
Program  Studi  Teknik  Elektro
Pascasarjana UGM, Yogyakarta.
IEEE  Std  519-1992,  1993, Recommended Practices  and  Requirements  for Harmonis  Control  in  Electrical Power Systems. New York.
Liem,  Ek  Bien,  Sudarno,  2004, Pengujian Harmonisa dan Upaya Pengurangan Harmonisa  pada  Lampu  Hemat Energi . JETri. Jakarta.