FILTER AKTIF SERI SEBAGAI KOMPENSASI HARMONISA

BAB 1
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Perkembangan pemakaian peralatan elektronika dengan sumber DC satu fasa
saat ini sudah sangat pesat, seperti Note Book, printer, Hand Phone, radio, tape dan
lainnya. Sumber daya listrik yang tersedia dalam jaringan listrik gedung kantor dan
perumahan merupakan sumber daya listrik AC satu fasa. Oleh karena itu rangkaian
penyearah satu fasa sangat dibutuhkan untuk mengkonversi sumber daya listrik AC
menjadi sumber daya listrik DC.
Penyearah satu fasa full bridge dengan beban R dan RL Seri tanpa kapasitor
perata menghasilkan arus dengan THD sekitar 48,32% dan PF = 0,9 pada sisi AC
dimana penyearah terhubung [1][2]. Penyearah satu fasa full bridge dengan kapasitor
perata untuk menghasilkan keluaran DC yang lebih rata dan pemakaian beban R atau
RL seri dapat menghasilkan arus dengan THD sekitar 136% pada sisi AC penyearah
dan faktor daya sebesar 0,4 hingga 0,6 tergantung nilai kapasitor yang digunakan [3].
Distorsi harmonisa yang timbul pada jaringan listrik sumber AC menyebabkan factor
daya juga menurun [4][5].
Untuk mengurangi distorsi harmonisa (sesuai standar) yang diakibatkan
pemakaian penyearah satu fasa full bridge pada jaringan listrik terutama pemakaian
dalam jumlah banyak, diperlukan pemasangan filter pada setiap penyearah tersebut.
Melalui tesis ini dipelajari variasi lain dari penggunaan kombinasi resistor, induktor
1
Universita Sumatera Utara
2
dan kapasitor sebagai filter. Tabel 1.1. memperlihatkan perbandingan penelitian yang
telah dilakukan dan yang akan digunakan penulis.
Tabel 1.1. Daftar Filter Pasif LC pada sisi input penyearah yang telah dilakukan.
No.
Peneliti
Judul
1 YanchaoJi.
Fei Wang [6]
Single Phase Diode
Rectifier with Novel
Passive Filter
2 Pranavi
Chowdari
Tella [7]
The Study of Single
Phase Diode
Rectifiers with
High Power Factor
and Low Total
Harmonic Distortion
Jenis Filter yang
Dirancang
1998 Penyearah Full
Bridge dengan
Novel Passive Filter
Paralel L dan C1
dipasang seri pada
sisi input dan C2
dipasang paralel
dengan penyearah
Tahun
2008 a. novel passive wave
shaping method filter
Komponen L dan C
terpasang paralel
dan dipasang seri
pada sisi input
penyearah
b. series input
resonant filter
Komponen L dan C
terpasang seri pada
sisi input penyearah
c. Improved passive
wave shaping method
Paralel L dan C1
dipasang seri pada sisi
input dan C2 dipasang
paralel dengan
penyearah
Hasil yang Dicapai
Sebelum difilter :
THD arus input = 20%
PF = 0,97
Setelah difilter :
THD arus input = 14,9%
PF = 0.9852
Sebelum difilter :
PF = 0,407; THD = 169%
setelah novel passive wave
shaping method filter
PF = 0,63; THD = 43,6%
Setelah series input
resonant filter
PF = 0,948; THD = 10%
Setelah Improved passive
wave shaping method
PF = 0,996; THD = 2,62%
Universita Sumatera Utara
3
Tabel 1.1. (Sambungan)
3 H.Z.Azazi
E. E. EL-Kholy
S.A.Mahmoud
and S.S.Shokralla
[8]
Review of Passive
and Active Circuits
for Power Factor
Correction in Single
Phase, Low Power
AC-DC Converter
2010
Rangkaian Penyearah
satu fasa dengan filter
kapasitor dan beban R
a. Filter Induktor Seri
pada Sisi AC
b. Resonansi Seri
band pass filter
c. Resonansi Paralel
band stop Filter
d. Harmonic Trap Filter
Cf = 470 μF dan R = 500 Ω
hasil pengukuran :
PF = 0,6
Is = 130 mH
hasil pengukuran :
Kd = 0,888; PF = 0,759
Cos φ = 0,855
Ls = 1,5H; Cs = 6,75μF
hasil pengukuran :
Kd = 0,993; PF = 0,969
Cos φ = 0,976
Lp = 240 mH; Cp = 4,7μF
hasil pengukuran :
Kd = 0,919; PF = 0,918
Cos φ = 0,999
L1 seri = 400 mH
Komponen Harmonic ke-3
L3 = 200 mH; C3 = 5,6µF
R3 = 0,1 Ω
Komponen Harmonic ke-5
L5 = 100 mH; C5 = 4,04µF
R3 = 0,1 Ω
hasil pengukuran :
Kd = 0,999; PF = 0,998
Cos φ = 0,999
Tabel 1.1 memperlihatkan beberapa kombinasi rangkaian filter pasif dengan
menggunakan komponen L dan C yang telah dilakukan untuk mereduksi harmonisa
pada sisi input penyearah satu fasa full bridge. Filter tersebut tidak memanfaatkan
komponen R dan menggunakan teknik high pass filter pada frekuensi harmonik ke-3
untuk mereduksi harmonisa.
Pada tesis ini, direncanakan filter pasif RLC dengan teknik band pass filter
dan menggunakan komponen R, L dan C pada rangkaian filter. Nilai R yang
digunakan mempengarahui faktor Q dari filter. Dengan teknik band pass filter
diharapkan dapat memfilter frekuensi rendah dan tinggi yang tidak diharapkan dan
hanya mengijinkan frekuensi fundamental. Filter pasif RLC ditempatkan pada sisi
Universita Sumatera Utara
4
input penyearah satu fasa full bridge untuk mereduksi harmonisa yang dihasilkan oleh
penyearah tersebut.
Melalui tesis ini diperlihatkan bagaimana kerja filter pasif RLC pada
penyearah satu fasa full bridge dengan menggunakan:
1.
kapasitor perata yang dipasang secara paralel dengan beban R (Resistor) dan
2.
kapasitor perata yang dipasang secara paralel dengan beban RL (ResistorInduktor) Seri.
1.2
Perumusan Masalah
Dari uraian Latar Belakang Masalah, dirumuskan masalah sebagai berikut:
1.
Penyearah satu fasa full bridge menggunakan kapasitor perata dengan beban
resistor ataupun induktor akan menghasilkan arus harmonisa pada sisi input
penyearah. Berdasarkan percobaan sebelumnya diketahui THD arus input
dapat mencapai 169% dengan PF sebesar 0,407.
2.
Distorsi harmonisa yang terjadi melebihi standar IEC-1000-3-2 atau EN61000-3-2, maka distorsi tersebut harus dikurangi agar tidak mempengaruhi
kualitas daya pada sumber AC yang menjadi input dari penyearah.
3.
Untuk mereduksi harmonisa pada sisi input penyearah satu fasa full bridge
dapat digunakan filter pasif RLC pada sisi input penyearah tersebut.
1.3
Batasan Masalah
Sehubungan dengan banyaknya perhitungan dan teknik yang dapat digunakan
untuk mereduksi harmonisa pada penyearah satu fasa full bridge, maka untuk
mempermudah pembahasan dalam tesis ini, perlu dibuat batasan sebagai berikut:
Universita Sumatera Utara
5
1.
Penyearah satu fasa full bridge tidak menggunakan trafo step down, langsung
terhubung ke sumber AC.
2.
Analisa harmonisa pada sisi input penyearah satu fasa full bridge.
3.
Tidak membahas kualitas output dari penyearah.
4.
Filter yang digunakan adalah filter pasif RLC dengan teknik band pass filter.
5.
Beban penyearah satu fasa full bridge yang digunakan adalah:
a. Penyearah satu fasa full bridge dengan beban R.
b. Penyearah satu fasa full bridge dengan beban RL Seri.
1.4
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui bagaimana merancang dan
menganalisis teknik band pass pada filter pasif RLC dalam mengurangi harmonisa
pada sisi input penyearah satu fasa full bridge.
1.5
1.
Manfaat Penelitian
Melalui penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi dalam
mengurangi harmonisa pada jaringan listrik AC satu fasa akibat pemakaian
penyearah satu fasa full bridge.
2.
Melalui simulasi pemasangan filter pasif RLC pada sisi input penyearah satu
fasa full bridge, para engineer dapat mengetahui besar nilai R, L dan C yang
efektif dari filter pasif RLC dalam mereduksi harmonisa pada sisi input
penyearah satu fasa full bridge.
Universita Sumatera Utara