## MINIMALISASI HARMONISA BEBAN NON LINIER DENGAN FILTER AKTIF MULTILEVEL INVERTER MENGGUNAKAN SIMULASI SIMULINK
Mutiar 1 / Surya Darma 2
1 Dosen Teknik Elektro Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Sriwijaya Palembang,
2 Dosen Tetap Yayasan Pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Palembang

## ABSTRAK
Minimalisasi  harmonisa  pada  beban  non  linier  dengan  filter  aktif  multilevel  inverter  ini merupakan  filter  aktif  otomatis  dengan  menggunakan  simulasi  Simulink.    Filter  aktif  ini menggunakan  pensaklaran  modulasi  lebar  pulsa  yang  sama  dan  dua  rangkaian  inverter  jembatan penuh  yang  dihubungkan  seri.  Topologi  filter  otomatis  di  hubungkan  parallel  ke  masukan  beban non  linier.  Beban  non  linier  menggunakan  jembatan  diode  satu  fasa  yang  diparalel  dengan kapasitor  dan  resistor.  Hasil  dari  simulasi  menunjukan  resistor  10  Ω  dan  20  Ω  sebelum  difilter adalah 23.40% and 48.02%, dan sesudah difiter dengan jembatan penuh multilevel inverter adalah 2.45% and 3.21%
Kata Kunci :Multilevel Inverter, THD, Simulink.

## 1. PENDAHULUAN
1.1    Latar Belakang
Filter  harmonisa  mempunyai  beberapa  mode  untuk  mengoptimalkan  peredaman  terhadap harmonisa yaitu filter pasif dan filter aktif. Filter aktif dapat berfungsi sebagai arus  atau tegangan terkendali  yang  terkomposisi  komponen  harmonisa  untuk  diinjeksikan  ke  jaringan  yang terkomposisi  harmonisa  dengan  amplitudo  yang  sama  dan  polaritas  yang  belawanan.  Secara otomatis jika terdapat orde harmonisa arus atau tegangan yang diakibatkan oleh perubahan beban maka tidak perlu untuk mengubah filter yang telah ada, tetapi dapat menyesuaikan orde harmonisa yang ditimbulkan oleh beban tersebut.
Dari kelebihan filter ini, maka penulis mencoba untuk  melakukan  simulasi filter otomatis dengan  bantuan  Simulink.    Filter  otomatis  ini  menggunakan  multilevel  inverter  jembatan  penuh, oleh  karena  itu  judul  penelitian  ini  adalah  Minimalisasi  harmonisa  beban  non  linier  dengan  filter aktif multilevel inverter menggunakan simulasi Simulink.

## 1.2   Tujuan
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1.  Untuk  mengetahui  besarnya  total  harmonik  distorsi  yang  dapat  diminimalisasi  dari  beban  non linier sebelum di filter dengan filter multilevel inverter.
2.  Untuk  mengetahui  besarnya  total  harmonik  distorsi  yang  dapat  diminimalisasi  dari  beban  non linier sesudah di filter dengan filter multilevel inverter.

## 1.3   Manfaat
Adapun manfaat dari penelitian in adalah sebagai berikut:
1.    Dapat  mengetahui  besarnya  total  harmonik  distorsi  yang  dapat  diminimalisasi  dari  beban  non linier sebelum di filter dengan filter multilevel inverter.
2.    Dapat  mengetahui  besarnya  total  harmonic  distorsi  yang  dapat  diminimalisasi  dari  beban  non linier sesudah di filter dengan fikter multilevel inverter.

## 1.4   Ruang Lingkup
Ruang lingkup penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bagai mana besarnya total harmonic distorsi yang dapat diminimalisasikan dari beban non linier sebelum di filter dengan filter multilevel inverter.
2. Bagai mana besarnya total harmonic distorsi yang dapat diminimalisasikan dari beban non linier sesudah di filter dengan filter multilevel inverter.

## 2.       TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1   Inverter Jembatan Penuh
Inverter  Jembatan  penuh  terdiri  dari  dua  inverter  setengah  jembatan  seperti  terlihat  pada Gambar  1.  Inverter  jembatan  penuh  satu  phasa  terbuat  dari  empat  buah  transistor  dan pensaklarannya  dilakukan  secara  berlawanan  arah  yang  menghantar  hanya  satu  arah.    Operasi Inverter  jembatan  dilakukan  dengan  pensaklaran,  dimana  transistor  pertama  disaklar  oleh  S1, transistor  kedua  disaklar  oleh  S2  dan  seterusnya.  Setengah  siklus  positif  dari  gelombang  disaklar oleh S1 dan S4 dan sikus negatifnya disaklar oleh S2 dan S3.
Gambar 1.  Inverter jembatan penuh satu phasa.

## 2.2    Multilevel Inverter
Multilevel inverter sebagai solusi untuk menghasilkan keluaran yang mendekati sinusoidal dan  penggunaan  filter  yang  minim  serta  beroperasi pada frekuensi pensaklaran fundamental  yang cocok digunakan pada aplikasi daya yang besar
Gambar 2.  Rangkaian multilevel inverter 5 level.
Gambar 3.  Gelombamg keluaran multilevel inverter 5level.

## 2.3    Modulasi Lebar Pulsa Uniform
Modulasi  lebar  pulsa uniform (UPWM)  adalah  salah  satu  teknik  untuk  mengatur penyakelaran  transistor  dalam  inverter.  Teknik  ini  pada  dasarnya  adalah  membandingkan  dua sinyal  untuk  mendapatkan  pola  penyakelaran  transistor,  lihat  Gambar  4.  Sinyal  pertama  adalah sinyal repetitif dengan frekuensi fc sebagai sinyal carrier dan biasanya adalah sinyal segitiga V tri . sinyal  kedua  adalah  sinyal  yang  akan  dimodulasi  untuk  mendapatkan  bentuk  keluaran  yang diinginkan dan biasa disebut sinyal modulasi atau sinyal referensi V con .
Gambar 4.  Gelombang kontrol dan segi tiga untuk pensaklaran uniform. [ ∫ ] √ ……………………………………………… (1) Bentuk umum fourier series untuk tegangan keluaran adalah:
∑ ……………………………………………………… (2)
2.4   Penguatan ( Amplifiers )
Penguatan  merupakan  rangkaian  elektronik  yang  dapat  meningkatkan  magnitude  dari sinyal masukan. Gain dari penguatan adalah rasio dari keluaran ke masukan.
Voltage Gain =

## 2.5   Rangkaian Op-Amp Membalik
Pada  Gambar  5, terlihat  rangkaian  op-amp  membalik  yang  terdiri  dari  tegangan  masukan dan  keluaran  serta  tahanan  Rind  an  Rf,  adapun  persamaan  gain  tegangan  dan  tegangan  keluaran adalah:
= ……………………………………………………………………………………. (3)
…….…….…………………………………………………………….. (4) …………………………………………………………………………..… (5)
Gambar 5.  Rangkaian inverting op-amp.

## 2.6   Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh
Sebuah penyearah adalah rangkaian yang dapat mengkonversikan sinyal AC menjadi sinyal DC .  Penyearah  tak  terkendali  Gambar  6,  adalah  suatu  sistem  penyearahan  sinyal  yang  memiliki karakteristik gelombang keluaran hanya bergantung pada komponen itu sendiri.
Gambar 6.  Penyearah gelombang penuh dengan beban C dan R.
………………………………………………………………………………… (6)
Sehingga didapatkan tegangan DC dari penyearah adalah:
…………………………………………………………….. ( 7)
………………………………………………………………………………  (8)
Arus masukan yang diberikan dari persamaan fourier series adalah: [14]
:

## ∑

## Maka, nilai fundamental arus masukkan adalah
√ …… ……………………………………………………………… (9)
Nilai arus masuk-masukkan.
√ [    ( ) ( ) ( ) ] ⁄
……………………………………………… (10)
[( ) ] ⁄
……………………………………………………………………… (11)

## 3. METODOLOGI PENELITIAN
3.1   Rangkaian filter analog
Perancangan  rangkaian  filter  analog  digunakan  untuk  menghasilkan  arus  yang  terdistorsi untuk mengkompensasi arus distorsi yang dihasilkan beban terlihat pada Gambar 7.
AC Non linier Load Is IL IF LF RF S1 S3 S4 S2 Cdc Vp + - Gambar 7.  Rangkaian filter analog.

## 3.2    Rangkaian Simulasi Beban Non Linier.
Rangkaian  simulasi  beban  non  linier  seperti  telihat  pada  Gambar  8,  pada  subsystem terdapat rangkaian beban non linier.
Gambar 8.  Rangkaian simulasi beban non linier.

## 3.3    Rangkaian Simulasi Pensaklaran Multilevel inverter Jembatan penuh
Rangkaian  simulasi  pensaklaran  multilevel  inverter  digunakan  sebagai  pembangkit  pulsa modulasi untuk mentriger multilevel inverter sebagai filter, terlihat pada gambar 9.
Gambar 9.  Rangkaian Pensaklaran Multilevel Inverter Jembatan Penuh.

## 3.4   Rangkaian Simulasi Beban Non Linier dengan Filter Multilevel Inverter Jembatan Penuh
Rangkaian  simulasi  filter  multilevel  inverter  jembatan  penuh  seperti  telihat  pada  Gambar 10.    Pada  subsystem  terdapat  rangkaian  beban  non  linier,  subsystem  1  dan  2  terdapat  rangkaian inverter jembatan penuh sebagai multilevel, subsystem 3 terdapat rangkaian pensaklaran multilevel inverter jembatan penuh dan subsystem 3 terdapat rangkaian filter analog.
Gambar 10.  Rangkaian filter multilevel inverter jembatan penuh.

## 4.         HASIL DAN PEMBAHASAN

## 4.1      Hasil
4.1.1   Simulasi Tanpa Filter
Pada  Gambar  11  menunjukkan  bentuk  gelombang  arus  masukan  beban  non  linier  tanpa filter dengan jumlah cycles yang tampil sebanyak 5 dengan waktu 0,1 dan Gambar 12 komponen orde harmonisa untuk beban R =10Ω dan C =150µF.
Gambar 11.  Gelombang arus masukan beban non linier tanpa filter.
Gambar 12.  Komponen orde harmonisa tanpa filter.
Pada  Gambar  13  menunjukkan  bentuk  gelombang  arus  masukan  beban  non  linier  tanpa filter dengan jumlah cycles yang tampil sebanyak 5 dengan waktu 0,1 dan Gambar  14 komponen orde harmonisa untuk beban R =20Ω dan C =150µF.
Gambar 13.  Gelombang arus masukan beban non linier tanpa filter.
Gambar 14.  Komponen orde harmonisa tanpa filter.

## 4.1.2 Hasil Simulasi Dengan Filter Multilevel Inverter Jembatan Penuh
Pada  Gambar  15,  menunjukkan  bentuk  gelombang  arus  masukan  beban  non  linier  tanpa filter  dengan  jumlah  cycles  yang  tampil  sebanyak  5  dengan  waktu  0,1  detik  dan  Gambar  16, komponen orde harmonisa untuk beban R =10Ω dan C =150µF.
Gambar 15.  Gelombang arus masukan beban nonlinier  masukan dengan fiter multilevel inverter jembatan penuh.
Gambar 16.  Komponen order harmonisa dengan  filter multilevel inverter jembatan penuh.
Pada  Gambar  17,  menunjukkan  bentuk  gelombang  arus  masukan  beban  non  linier  tanpa filter  dengan  jumlah  cycles  yang  tampil  sebanyak  5  dengan  waktu  0,1  detik  dan  Gambar  18, komponen orde harmonisa untuk beban R =20Ω dan C =150µF.
Gambar 17.  Gelombang arus masukan beban non linier  masukan dengan fliter multilevel inverter jembatan penuh.
Gambar 18.  Komponen order harmonisa dengan  filter multilevel inverter jembatan penuh.

## 4.1.3   Hasil Pengukuran Orde Ganjil Harmonisa Arus Masukan        Beban
Pada Tabel  1,  merupakan data  pengukuran  untuk  mengetahui  kandungan  harmonisa  pada arus masukan beban pada stiap orde harmonisa yaitu dari 1 sampai dengan 19.
Tabel 1.  Hasil pengukuran orde ganjil harmonisa pada beban R = 10 Ω dan C = 150 µF.
Pada Tabel  2,  merupakan data  pengukuran  untuk  mengetahui  kandungan  harmonisa  pada arus masukan beban pada stiap orde harmonisa yaitu dari 1 sampai dengan 19.
Tabel 2.  Hasil pengukuran orde ganjil harmonisa beban R = 20 Ω dan C = 150 µF.

## 4.2    PEMBAHASAN
Pada  Table  1  terlihat  bahwa  tanpa  kompensasi  hanya  harmonisa  ganjil  yang  tampil, sedangkan  harmonisa  genap  tidak  tampil  dan  kandungan  harmonisa  yang  tinggi  terjadi  pada  orde yang rendah atau pada frekuensi yang rendah. kandungan harmonisa sebelum difilter sangat tinggi dengan bentuk gelombang arus yang terdistorsi dan total distorsi harmonisa untuk beban 10  Ohm dan 20 Ohm adalah 23,40% dan 48,02%.
Sedangkan  dengan  menggunakan  filter  multilevel  inverter  jembatan  penuh  yang  distorsi harmonisanya  mengecil  dari  filter  inverter  jembatan  penuh  yang  gelombang  arus  masukan  beban hampir  mendekati  bentuk  sinusoidal.  Pada  Table  2  terlihat  bahwa  dengan  kompensasi  hanya
harmonisa  ganji  yang  muncul,  sedangkan  harmonisa  genap  nol  dan  kandungan  harmonisa  yang tinggi terjadi pada orde rendah atau frekuensi yang rendah.  Total distorsi harmonisa untuk beban 10 Ω dan 20 Ω adalah 2,45% dan 3,21%, maka terjadi pengurangan sebesar 20,95% dan 44,81%. Ketika  terjadi  perubahan  beban,  maka  filter  ini  secara  otomatis  dapat  memfilter  kandungan harmonisa  yang  dihasilkan  oleh  beban  non  linier.    Seperti  dari  hasil  pengukuran  THD  yang didapatkan  dengan  perubahan  beban  dari  R  =  10  Ω  menjadi  20  Ω  dihasilkan  THD  2,45%  dan 3,21% untuk filter multilevel inverter jembatan penuh.

## 5.       PENUTUP
Minimalisasi  harmonisa  beban  non  linier  dengan  filter  aktif  multilevel  inverter menggunaakan simulasi Simulink dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Minimalisasi harmonisa arus beban non linier dengan filter aktif multilevel inverter jembatan penuh untuk beban 10Ω adalah sebasar 2,45% dan beban 20Ω sebesar 3,21 %
2. Simulasi filter aktif untuk multilevel inverter jembatan penuh dapat meminimisasi THD arus beban non linier 1.95% dan 2,60% lebih besar dari  filter otomatis inverter jembatan penuh.

## DAFTAR  PUSTAKA
[1] Ali Emadi, Abdoel Hosein Nasiri, Stoyan B. Bekiarov , Uninter Up  Tible Power
Supplies And Active Filters , London, 2005.
[2] C.C Marouchos, The Switching Function of Power Electronic , Intitution of  Engineering and Technology, London, 2008.
[3] Elih  Mulyana  dkk, Analisis  Harmonisa  Arus  dan  Tegangan  di Gedung  TLK  UPI , Peneliti Kompetiti UPI, 2008.
[4] Fang  Lin  Luo,  Hong  Ye  ,  Muhammad  Rashid, Digital  Power  Electronics and Applications , Boston, 2005.