https://doi.org/ 10.23960/jitet.v10i1.2254

## ANALISA DAMPAK PENGGUNAAN FILTER L-C-L TERHADAP KINERJA PENGATUR KECEPATAN MOTOR INDUKSI
M.Fawwaz Rizaldy 1 , Khairudin 2 , Noer Soedjarwanto 3 , Nining Purwasih 4
1,2,3,4 Jurusan Teknik Elektro, Universitas Lampung; Jl. Prof. Sumantri Brojonegoro No.1, Bandar Lampung
Received: 12 November 2021 Accepted: 23 Desember 2021 Published: 10 Januari 2022
Keywords: Diode clamped multilevel inverter, Harmonisa, Filter, Pengaturan kecepatan.
Corespondent Email: fawwazrizaldy@gmail.com
How to cite this article:
Fawwas (2022). Analisa Dampak Penggunaan Filter L-C-L Terhadap Kinerja Pengatur Kecepatan Motor Induksi. Jurnal Informatika dan Teknik Elektro
Terapan, 10(1) This article is an open-access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY NC)
Abstrak. Pengaturan kecepatan motor dilakukan dengan mengubah tegangan input,  ataupun  frekuensi  yang  terdapat  pada  motor.  Maka  hal  yang  lebih mungkin  dilakukan  adalah  dengan  mengubah  kecepatan  motor  dengan mengubah  frekuensi  pada  sumber  stator.  Inverter  bisa  digunakan  sebagai pengontrol  yang  dapat  mengatur  kecepatan  pada  motor  induksi,  topologi inverter  yang  digunakan  adalah diode  clamped  multilevel  inverter tetapi inverter masih mengandung harmonisa yang cukup tinggi, sehingga inverter memerlukan  filter  untuk  mengurangi  besarnya  harmonisa.  Filter  yang digunakan  adalah  filter  pasif  L-C-L,  Kapasitas  atau  ukuran  dari  filter  yang dibutuhkan  akan  semakin  besar  berbanding  lurus  dengan  besar  daya  yang digunakan.
Abstract. Motor speed controller is done by changing the input voltage, or frequency  contained  in  the  motor.  So  what  is  more  likely  to  be  done  is  to change the motor speed by changing the frequency at the stator source. The inverter can be used as a controller that can adjust the speed of the induction motor, the inverter topology used is a diode clamped multilevel inverter but the inverter still contains high enough harmonics, so the inverter requires a filter to reduce the amount of harmonics. The filter used is a passive L-C-L filter,  the  capacity  or  size  of  the  filter  required  will  be  greater  in  direct proportion to the amount of power used.

## 1. PENDAHULUAN
Perkembangan      teknologi      dari      tahun      ke      tahun semakin pesat sehingga memberikan perubahan yang besar terhadap  kehidupan masyarakat  baik  dalam  segala bidang terutama pada bidang industri. Salah satu alat yang  sering digunakan    pada    bidang    industri    adalah  motor  induksi. Motor  induksi  merupakan  alat  yang  bermanfaat,    tetapi masih    terdapat    kekurangan    pada  motor  induksi  yaitu terutama  dalam  hal  pengaturan  kecepatannya.  Secara aplikasinya  kecepatan  motor  induksi  dapat  diatur  dengan mengubah tegangan input, ataupun frekuensi yang terdapat pada  motor.  Maka  hal  yang    lebih    mungkin    dilakukan adalah    dengan  mengubah  kecepatan  motor  dengan mengubah frekuensi pada sumber stator[2].
Inverter  merupakan  alat  yang  dapat  mengubah  arus searah  menjadi  bolak  –  balik.  Selain  itu,  inverter  juga dapat    digunakan    untuk    mengubah    frekuensi    yang terdapat   pada   tegangan   outputnya.   Maka   dari   itu inverter  bisa  digunakan  sebagai  pengontrol  yang  dapat mengatur  perubahan  pada  motor  induksi.  Akan    tetapi, inverter  masih  mengandung  harmonisa yang cukup tinggi, sehingga  inverter  memerlukan  filter  untuk  mengurangi besarnya harmonisa tegangan [6][8]. Kapasitas atau ukuran dari filter yang dibutuhkan akan semakin besar berbanding lurus dengan besar daya yang digunakan. untuk mengatasi kendala tersebut dibuat multilevel    inverter    jenis    DCMI ( diode    clamped multilevel  inverter). DCMI  adalah  tipe inverter    yang  besar    harmonisa    tegangannya    dapat dikurangi    dengan  menambah  tingkatan  pada  inverter. Sehingga bisa didapatkan inverter dengan nilai harmonisa yang kecil meski tidak menggunakan filter

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## A. Diode Clamped Multilevel Inverter (DCMI)
Penelitian  sebelumnya  telah  dilakukan  tahun  2019 dengan  judul  Pengaturan  Kecepatan  Motor  Induksi Menggunakan  Multilevel  Inverter  dengan  Mengatur Frekuensi  no  ISSN  2581  –  0049.  Topologi  multilevel inverter   yang   digunakan  adalah diode   clamped   multi level  inverter. DCMI  merupakan  salah  satu  dari  jenis multilevel inverter yang cara penggunaannya menggunakan prinsip pembagi tegangan pada sumber tegangan dc dengan variasi  topologi  inverter  yang  menghasilkan  gelombang keluaran  yang  menyerupai  gelombang sinusoidal.
Rangkaian  DCMI  dapat  dilihat pada gambar 1.
Gbr. 1 Rangkaian Diode Clamped Multilevel Inverter
Topologi    DCMI    ini    menggunakan    satu    sumber tegangan      DC      sebagai supply ,      kapasitor    berfungsi sebagai  pembagi  tegangan  yang  diberikan  dari  sumber tegangan  DC,  mosfet  yang  berfungsi  sebagai  media pensaklaran  untuk  DCMI  ini,  dioda  yang  berfungsi membatasi  tegangan  yang  masuk  ke  komponen  mosfet, dan resistor sebagai beban yang ada pada rangkaian DCMI [4].
Prinsip   kerja   DCMI   ini   menyerupai   prinsip   kerja inverter full  bridge, dimana  masing  –  masing  komponen mosfet berpasangan dengan komponen mosfet lainnya [9]. Prinsip  kerja  inverter  ini  dicontohkan  menggunakan topologi diode   clamped  multilevel   inverter satu   fasa yang memiliki gelombang output 5 tingkatan.

## B. Gate Driver
Gate  driver  merupakan  suatu  rangkaian  elektronika yang  berperan  sebagai  gerbang  pemisah  antara  driver daya dengan microcontroller. Gate driver berfungsi sebagai penguat    tegangan    pada    microcontroller    yang  pada umumnya  sebesar  5V  kemudian  akan  menjadi  tegangan yang  memicu  gate  pada  saklar  daya  (MOSFET)  sesuai dengan   datasheet   yang   digunakan.   Pada gate driver sendiri  menggunakan  ic  dengan  tipe  HCPL,  yaitu dengan menggunakan optocoupler . Optocouple r    akan  bekerja berdasarkan      cahaya      optic,      dimana      terdapat  bagian utama  dari optocoupler yaitu transmitter yang  akan berfungsi   sebagai   pengirim   cahaya   optic   dan receiver yang    berfungsi    sebagai    pendeteksi    sumber  cahaya. Masing-masing  bagian optocoupler ( Transmitter dan receiver )   tidak   memiliki   hubungan   konduktif rangkaian secara  langsung  tetapi  dibuat  dalam  satu  kemasan. Berikut   rangkaian   terpadu   pada   IC   HCPL, yang dapat dilihat pada gambar 2.
Gbr. 2 Rangkaian IC HCPL 3120

## C. Harmonisa
Harmonisa  dapat  didefinisikan  sebagai  berikut  yaitu cacat  gelombang  sinus  yang  terjadi  diakibatkan  oleh interaksi  antara  bentuk  gelombang  sinus  sistem  dengan gelombang  lain  yang  mempunyai  frekuensi  kelipatan bilangan  bulat  dari  frekuensi  inti  atau  fundamentalnya. Gelombang  lain  tersebut  menumpang  pada  gelombang
aslinya   sehingga   mengakibatkan   bentuk   gelombang cacat  yang  merupakan  jumlah  antara  gelombang  asli dengan  gelombang  harmoniknya  [10].  Harmonisa  ke  3 merupakan  harmonisa  yang  paling  berpengaruh  dalam bentuk    gelombang    sinusoidal    harmonisa    ke    3    yang sangat  besar  menyebabkan  bentuk  gelombang  sinusoidal menjadi  bentuk  gelombang  gergaji  sehingga  gelombang tersebut dapat disebut sebagai gelombang rusak dan sangat tidak  aman  bagi  alat  elektronika  sehingga  dapat  merusak alat  tersebut.  Berikut  adalah  gambar  gelombang fundamental  dan  harmonisa  ketiga  dapat  dilihat  pada gambar 3.
Gbr. 3 Fundamental dan Harmonisa ke-3

## D. Arduino Mega 2560
Mikrokontroler yang dipakai pada penelitian ini adalah arduino   mega   2560.   Arduino   mega   2560 memiliki dimensi  ukuran  10  x  5  (cm)  dan  biasa digunakan untuk menjalankan system yang lebih kompleks dan membutuhkan  pin  digital  yang  banyak  berikut  adalah spesifikasi teknis arduino 2560 [3].
•   IC ATmega2560
•   Pin Digital 54 buah dengan 15 pin PWM
•   Pin analog 16
•   Pin UART 4
•   Oscilator Crystal 16Mhz
•   Tombol reset
•   Port USB
•   Power jack
•   ICSP header
•   Flash memory 256KB
•   SRAM 8KB
•   EEPROM 4 KB
Gambar arduino mega 2560 dapat dilihat pada gambar 4.

## 3. METODE PENELITIAN

## A. Alat dan Bahan
Alat  dan  bahan  yang  digunakan  pada  penelitian  ini dibagi  menjadi  perangkat  keras  (hardware)  dan perangkat  lunak  (software)  dengan  rincian  sebagai berikut.
Perangkat keras yang digunakan :
1. Rangkaian catu daya (power supply)
2. Motor Kapasitor Tipe 73134 Class 0.1 3. Rangkaian   diode   clamped   multilevel   inverter 4. (DCMI) 3 Tingkat satu fasa 5. Rangkaian gate driver mosfet 6. Arduino Mega 2560 7. Laptop ACER E5-475G-58WK 8. Osiloskop digital
9. Komponen  indukor  dan  kapasitor  untuk  filter  L- C-L 10. Perangkat lunak yang digunakan, yaitu: 1.       Matlab 2.       Diptrace 2.3
3.       Microsoft Office 2013
4.       Arduino IDE

## B. Diagram Alir Penelitian
Penyelesaian  tugas  akhir  dilakukan  dalam  beberapa tahap, secara umum tahap tahap tersebut dijelaskan pada gambar 5.

## C. Diagram Blok
Bagian  bagian  pengatur  motor  induksi  terdiri  dari sumber DC, multi level inverter, gate driver, arduino, Filter L-C-L,  dan  motor  induksi  1  fasa.  Ketika  arduino memberikan trigger ke  rangkaian gate  driver yang kemudian  ke  rangkaian  inverter,  maka  inverter  akan melakukan  pengaturan  dengan  mengubah  nilai  frekuensi. Tegangan satu fasa yang dihasilkan inverter akan masuk ke filter yang kemudian akan ke beban motor. Lalu pengaturan kecepatan  motor  akan  dilakukan  berdasarkan  frekuensi yang  dapat  diubah-ubah  yang  diberikan  oleh  inverter. Diagram  blok perancangan  alat dapat dilihat pada gambar 6.
Gbr. 6 Diagram Blok Penelitian

## D. Filter L-C-L
Filter  L-C-L  dibuat  untuk  menekan  harmonisa  yang dihasilkan  oleh  multilevel  inverter  agar  sesuai  dengan standar internasional [5]. Dalam rangkain filter LCL terdiri dari  inductor  2  buah  dan  juga  kapasitor  berikut  adalah rinciannya.
•   Inductor 7mH 2 buah
•   Kapasitor  130uF 1 buah
Penentuan  komponen  tersebut  berdasarkan  perhitungan yang akan dijabarkan di Bawah ini :
1.    Menentukan  PF  (faktor  daya)  awal  dan  faktor daya yang diinginkan :
PF awal = 0.85 PF yang diinginkan = 0.98 Faktor pengali berdasarkan table cos phi = 0.361
2.  Menentukan daya reaktif
Q          = 90 x 0.361                                (1)
Q          = 32.49 VAR
3.    Menentukan   frekuensi   tunning,   untuk   faktor safety filter di tunning 5% dibawah orde asli :
(2)
3 – (5% X 3) = 2.85
4.    Menentukan nilai kapasitor
(3)
Dikarenakan  komponen  kapasitor  dipasaran tidak  memungkinkan  untuk  mencari  dengan kapasitas  114uF  maka  digunakan  kapasitor dengan kapasitas 130uF.

## 5.    Menentukan nilai inductor
Dikarenakan   komponen   inductor   dipasaran tidak memungkinkan  untuk  mencari  kapasitas  6.35mH maka  digunakan  inductor  dengan  kapasitas  7mH. Hasil perancangan filter dapat dilihat pada gambar 7
Gbr. 7 Hasil Perancangan Filter L-C-L

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

## A.  Pengujian THD (total harmonic distortion)
pada  pengujian  THD  menunjukan  bentuk  gelombang dan  THD (Total  Harmonic  Distortion) yang  dihasilkan ketika menggunakan atau tidak menggunakan filter L-C- L.   THD  dan   bentuk  gelombang   dapat   dilihat   pada gambar 8 dan gambar 9.
Gbr. 8 Bentuk Gelombang Keluaran dan Nilai THD Tanpa Menggunakan Filter
Gbr. 9 Bentuk Gelombang Keluaran dan Nilai THD Saat Menggunakan Filter
Hasil pengujian THD menunjukan bahwa gelombang  yang  dihasilkan  setelah  menggunakan  filter LCL  lebih  sinusoidal  dibandingkan  tanpa  menggunakan filter  LCL,  nilai    THD    mengalami    reduksi    setelah menggunakan  filter  sebesar  89.59%.  sehingga  besar harmonisa telah sesuai standar IEEE 519-1992 mengenai application of harmonic limit.

## B. Pengujian Multilevel Inverter
Pengujian  dilakukan  untuk  melihat  gelombang  dan tegangan  output  yang  dihasilkan.  Pengambilan  data menggunakan osiloskop dan multimeter.

## 1.    Pengujian tanpa filter LCL
Input frekuensi yang digunakan adalah 50Hz dan input   tegangan   DC   yang   digunakan   adalah sebesar  30VDC.  Hasil  gelombang  dan  tegangan dapat dilihat pada gambar 11 dan gambar 12.
Gbr. 10 Gelombang Keluaran Tanpa Filter LCL
Gbr. 11 Tegangan Keluaran Tanpa Filter LCL 2.    Pengujian menggunakan filter LCL Pengujian menggunakan input yang sama dengan tanpa  filter  yaitu  frekuensi  50Hz  dan  tegangan 30VDC.  Hasil  gelombang  dan  tegangan  dapat dilihat pada gambar 12 dan gambar 13.
Gbr. 12 Gelombang Keluaran Menggunakan Filter LCL

## Gbr. 13 Tegangan Keluaran Menggunakan Filter LCL

## C. Perbandingan Gelombang Output
Perbandingan gelombang keluaran antara menggunakan filter dan tanpa menggunakan filter selisih antara  dua  gelombang  tersebut  merupakan noise yang dihasilkan.  Proses  pengambilan  data  menggunakan osiloskop  yang  kemudian  disave  dengan   format    CSV yang  kemudian  kedua gelombang tersebut digabungkan menggunakan  excel  untuk  melihat  perbandingannya. Berikut adalah perbandingan gelombang yang ditunjukan oleh gambar 14.
Gbr. 14 Perbandingan Gelombang Dengan Filter dan

## Tanpa Filter

## D. Pengujian Kecepatan Motor
Kecepatan motor didapatkan melalui proses pengujian    dengan    menggunakan    sensor    kecepatan FC-03  IR,  kemudian  hasil  pembacaan  sensor  akan ditampilkan pada serial monitor untuk melihat kecepatan yang      dihasilkan      dari      beberapa      input  frekuensi. Input   frekuensi   yang   digunakan   adalah 40Hz sampai dengan  60Hz  dengan  selisih  setiap  pengujian  sebesar 2Hz. Berikut adalah gambar proses pengujian  kecepatan dan  tabel  dari  kecepatan  yang  dihasilkan  yang ditunjukan pada gambar 15 dan table 1.
Gbr. 15 Proses Pengujian Kecepatan

## Tabel. 1 Data Hasil Kecepatan Motor

## E. Analisis Kecepatan Motor
Setelah melihat data hasil kecepatan motor AC 1 fasa dengan   menggunakan   filter   dan   tanpa   menggunakan filter terdapat perbedaan dimana saat menggunakan filter kecepatan    motor    lebih    cepat    sedikit    walau    tidak signifikan  saat  dibawah  frekuensi  50Hz  dibandingkan tanpa  menggunakan  filter.  Dan  ketika  diatas  frekuensi fundamental,   putaran   kecepatan   motor   menggunakan dan  tanpa  filter  sama  hal  ini  dikarenakan  noise  yang
Vol. 10 No. 1, Januari 2022   ISSN: 2303-0577
https://doi.org/ 10.23960/jitet.v10i1.2254
besar terjadi dibawah frekuensi 50Hz diakibatkan  proses  switching    mosfet,    dan ketika    diatas    frekuensi  fundamental  noise terhalangi.  Putaran  motor  lebih  optimal      saat frekuensi      input      pada      arduino      diatas frekuensi 50Hz. Pengaruh filter pada kecepatan motor tidak   signifikan   tetapi   filter   menekan harmonisa  sehingga  motor  induksi  memiliki rugi rugi yang minim dan dapat memperpanjang  umur  motor  tersebut.  Berikut adalah  table  perbandingan  kecepatan  motor saat menggunakan filter dan tanpa menggunakan filter.

## F. Manfaat Menggunakan Filter
Filter  pasif  yang  dirancang  untuk  menekan harmonisa. Sehingga total  harmonic  istortion menjadi    rendah.  Berdasarkan  artikel  [7] isebutkan beberapa pengaruh harmonisa tinggi. A.  Harmonisa Tinggi pada motor listrik :
• Rugi rugi pada stator sangat tinggi
• Rugi rugi rangkaian rotor sangat tinggi
• Laminasi   stator   dan   rotor   sehingga efisiensi menurun
• Panas pada rotor
• Mengurangi umur mesin
• Dapat menyebabkan terjadinya voltage zero crossing

## Click or tap here to enter text.

## 5. KESIMPULAN
Pada  percobaan  yang  dilakukan  dapat dilihat  bahwa  THD  yang  dihasilkan  dapat direduksi.  Kecepatan  motor  yang  dihasilkan ketika menggunakan filter dan tanpa menggunakan  filter  tidak  ada  perbedaan  yang signifikan.  Putaran    kecepatan    menggunakan filter    dibawah  frekuensi    50Hz    lebih    besar dibanding    tanpa    filter.  Putaran  kecepatan diatas  frekuensi  50Hz  antara  menggunakan filter dan tanpa filter sama, terdapat perbedaan putaran kecepatan dikarenakan noise tetap yang dihasilkan dari proses switching mosfet berada dibawah  frekuensi  50Hz  sehingga  saat  motor berputar  diatas  frekuensi  50Hz  dihasilkan putaran kecepatan yang sama

## DAFTAR PUSTAKA (REFERENCE)
[1]    D.   D.   Khaimar   dan   V.   M.   Deshmukh, “Performance  Analysis  of  Diode  Clamped  3 Level MOSFET Based Inverter,” International Electrical  Engineering  Journal  (IEEJ),  vol.  5, No.7, pp. 1484-1489, 2014.
[2]  D.  W.  Hart,  Power  Electronics,  Valparaiso, Indiana: Mc Graw Hill, 2010
[3]  Anonim,    “Arduino    Mega    2560    rev3”, Arduino      Store,      [Online].      Available: https://store.arduino.cc/usa/mega-2560-r3. [Diakses 30 September 2020]
[4]  N.  Soedjarwanto,  O.  Zebua, M.  H.  Lazuardy, “Pengaturan  Kecepatan  Motor  Induksi Menggunakan  Multilevel  Inverter  Dengan Mengatur  Frekuensi,”  Prosiding  Seminar Nasional    Teknologi    Elektro    Terapan,    Vol. 03, ISSN: 2581-0049, 2019
[5]  Y. Tang, P. C. Loh, P. Wang and F. H. Choo, “Generalized  Design  of  High  Performance Shunt  Active  Power  Filter  with  Output  LCL Filter,”  IEEE  Transactions  on  Industrial Electronics,  vol.  59,  no.  3,  pp.  1443–  1452, 2012.
[6]  A.  Reznik,  M.  Simoes,  A.  Aldurra  and  S. Muyeen, “LCL  Filter Design and Performance Analysis  for  Small  Wind  Turbine    Systems,” in  IEEE  Power Electronics and Machines in Wind Applications (PEMWA), pp.1– 7, 2012
[7]  Santoso,    Surya,    “Electrical    power    system quality” , 2002.
[8]  M.  Liserre,  F.  Blaabjerg,  S.  Hansen,  “Design and  Control  of an  LCLFilter-Based  Three- Phase  Active  Rectifier”  in  IEEE  Trans.  on Industry Applications, vol. 41, no. 5, 2005.
[9]  Rohit      G.      Ramteke,      Dr.      U.      V.      Patil, “Comparative  study  of  various  PWM Techniques  for  Diode  Clamped  Multi-level Inverter  (DCMLI)”,  International  conference on  Computer,  Electrical  &  Electronics  Engg. (IETE-2013),  Dr.  Babasaheb  Ambedkar Technological  University,  Lonere  on  26th- 27th, Dec-2013.
[10]  Kamran  Jalili  and  Steffen  Bernet,  “Design  of LCL  Filters  of  ActiveFront-End  Two-Level Voltage-Source Converters,”
IEEE
Transactions  on  Industrial  Electronics,  vol. 56, no. 5, May 2009