- Apa itu Harmonik dalam Sistem Kelistrikan?
- Mengapa perlu menghilangkan Harmonik di Sistem Tenaga?
- Jenis Filter Harmonik
- Filter Harmonik Pasif
- Filter Harmonik Aktif
- Bagaimana memilih Filter Harmonik
Apa itu Harmonik dalam Sistem Kelistrikan?
Dalam sistem tenaga, harmonisa didefinisikan sebagai kelipatan bilangan bulat positif dari frekuensi dasar. Harmonik adalah tegangan atau arus yang terjadi pada kelipatan frekuensi dasar. Ini sering dianggap sebagai kebisingan di saluran listrik.
Harmonik pada sistem tenaga listrik dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis: harmonisa arus dan harmonisa tegangan.
The harmonisa arus yang disebabkan oleh beban non-linear seperti VSD (variable speed drive). Beban nonlinier menarik arus dari saluran listrik yang tidak dalam bentuk gelombang sinusoidal yang sempurna. Bentuk gelombang arus necklesusoidal dapat berupa rangkaian kompleks sinusoidal sederhana yang dapat berosilasi pada suatu bilangan bulat, kelipatan dari frekuensi dasar saluran listrik.
Dalam banyak kasus, harmonisa tegangan disebabkan oleh harmonisa arus. Harmonik tegangan terjadi karena tegangan terdistorsi yang dihasilkan oleh efek harmonisa arus dengan impedansi sumber.
Gambar di atas menunjukkan bentuk gelombang arus tertekan yang melintasi beban non-linier. Disini bentuk gelombang arus yang terdistorsi tidak mengikuti gelombang sinusoidal. Ini menunjukkan harmonisa arus dalam sistem tenaga.
Mengapa perlu menghilangkan Harmonik di Sistem Tenaga?
Arus dan harmonisa tegangan berbanding lurus dengan transfer daya yang berisik ke Beban. Berbagai peralatan rumah tangga dan kantor bertanggung jawab atas harmonisa dalam sistem tenaga. Harmonik sistem tenaga seringkali meningkatkan arus beban. Berbagai instrumen, seperti lampu Fluorescent di pabrik atau di rumah atau kantor, dipengaruhi oleh harmonisa dan mengalami berbagai kegagalan fungsi. Motor sangat dipengaruhi oleh harmonisa sistem tenaga.
Terkadang harmonisa dalam sistem tenaga bisa sangat berbahaya dan meningkatkan daya yang dialirkan ke instrumen yang menyebabkan kenaikan suhu pada Beban dan dapat memperpendek umur instrumen.
Untuk mengatasi harmonisa sistem tenaga ini, seseorang perlu merekonstruksi sambungan daya untuk menggerakkan beban nonlinier dan untuk memperkenalkan filter harmonisa dalam sistem tenaga.
Jenis Filter Harmonik
Filter harmonik sangat efektif untuk melindungi peralatan listrik yang mahal dari keluaran daya yang terdistorsi karena harmonisa. Ada berbagai jenis filter harmonik yang tersedia di pasar listrik dan elektronik tergantung pada daya pengenal, tegangan yang diterapkan, fase tunggal atau tiga fase, dan parameter bergantung beban lainnya.
Namun, ada dua jenis filter harmonik yang tersedia yaitu Filter Harmonik Pasif dan Filter Harmonik Aktif.
Perbedaan utama antara kedua jenis filter harmonik ini adalah komponen yang digunakan untuk desain filter. Filter harmonik pasif menggunakan komponen pasif sederhana terutama resistor, induktor, dan kapasitor. Sedangkan filter harmonik aktif menggunakan komponen aktif seperti berbagai jenis BJT, IGBT, MOSFET dan sirkuit terintegrasi.
Karena filter harmonik adalah peralatan keselamatan jalur listrik, mereka harus memastikan standar keamanan internasional seperti IEEE, EN, AS, BS dan tanda UL laboratorium penjamin emisi.
Selain itu, filter harmonik dapat dirancang dalam urutan yang berbeda. Seperti filter harmonik urutan ketiga dapat menyaring frekuensi yang merupakan kelipatan ketiga dari frekuensi dasar.
Filter Harmonik Pasif
Filter harmonik pasif adalah filter harmonik yang paling umum dan mudah tersedia. Filter ini terjangkau untuk menekan gangguan harmonik di saluran listrik.
Seperti yang telah dibahas sebelumnya, filter harmonik pasif menggunakan komponen pasif standar seperti resistor induktor dan kapasitor. Mereka komponen pasif yang digunakan untuk membentuk rangkaian tangki. Rangkaian tangki didesain dengan cara khusus sehingga dapat dioperasikan pada frekuensi resonansi yang sama sehubungan dengan harmonisa yang tidak diinginkan. Filter harmonik pasif memblokir harmonisa yang tidak diinginkan untuk lewat. Filter harmonik pasif mengubah arus harmonik menjadi panas dan melindungi perangkat akhir atau beban. Filter dapat disetel ke frekuensi tertentu yang perlu dihilangkan sebagai harmonisa.
Terutama ada empat jenis filter harmonik pasif yang digunakan:
1. Filter lolos tinggi
2. Filter bandpass
3. Filter tipe C dan
4. Filter seri.
Pass filter tinggi
Filter harmonik pasif high pass digunakan untuk menghilangkan harmonik orde tinggi dan memiliki kontrol fleksibel atas berbagai frekuensi. Desain dasar filter harmonik high pass menggunakan tiga komponen pasif, resistor, kapasitor, dan induktor.
Pada gambar di atas, kita dapat melihat konstruksi dasar dari filter harmonik high pass pasif. Konstruksi menunjukkan resistor dan induktor dalam hubungan paralel kapasitor secara seri. Filter menghasilkan karakteristik impedansi datar dalam rentang frekuensi tinggi. Frekuensi tinggi mengurangi kehilangan daya.
Jenis filter terutama digunakan untuk menyaring 5 th / 6 atau perintah lebih tinggi saat ini. Seringkali filter yang berbeda digabungkan dengan filter harmonik high pass untuk menghilangkan kehilangan daya saat digunakan dalam aplikasi urutan rendah atau frekuensi rendah.
Kurva impedansi dengan frekuensi dapat ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Filter bandpass
Filter harmonik bandpass adalah filter disetel ganda. The bandpass harmonik Filter terdiri dari dua kapasitor, dua induktor, dan resistor tunggal. Ini juga digunakan untuk tujuan filtrasi harmonik tingkat tinggi. Filter ini bekerja dengan menggabungkan resonansi paralel dari filter bandpass standar bersama dengan resonansi seri induktor dan kapasitor yang digabungkan.
Pada gambar di atas, skema filter bandpass dasar ditampilkan. Rangkaian filter memiliki dua bagian, bagian pertama dihubungkan dengan kapasitor C2 dan induktor L2 secara seri sedangkan pada bagian kedua dihubungkan resistor, induktor, dan kapasitor secara paralel. Bagian pertama dan bagian kedua juga dihubungkan secara seri.
Karakteristik impedansi dengan frekuensi dapat ditunjukkan pada grafik di bawah ini.
Filter tipe C.
Filter tipe C digunakan untuk tingkat rendah seperti tujuan filtrasi harmonik urutan kedua atau ketiga. Filter tipe C memiliki kerugian yang lebih rendah daripada bandpass setara atau filter seri.
Filter tipe C terdiri 4 komponen pasif - dua kapasitor, induktor, dan resistor tunggal.
Pada gambar di atas, konstruksi dasar filter tipe c ditunjukkan. Kapasitor dihubungkan secara seri pada induktor yang dihubungkan kembali secara paralel dengan resistor. Sambungan paralel tiga komponen dihubungkan lagi secara seri dengan kapasitor kedua.
Resistor menekan arus fundamental yang dibuat oleh induktor dan kapasitor berosilasi.
Kurva Impedansi ditunjukkan pada gambar di bawah ini-
Filter seri
Filter seri disebut sebagai filter pasif penekan harmonik tunggal yang disetel. Filter ini memiliki sifat konstruksi yang paling sederhana. Hanya tiga komponen pasif - satu kapasitor, induktor, dan resistor yang digunakan secara seri. Filter ini menghilangkan frekuensi tunggal.
Konstruksi filter ini dapat ditunjukkan pada gambar di bawah ini dimana 3 komponen pasif dihubungkan secara seri untuk membentuk filter harmonik seri tuned tunggal.
Karakteristik Impedansi ditunjukkan pada gambar di bawah ini -
Filter Harmonik Aktif
Seperti yang telah dibahas sebelumnya, filter harmonik pasif bagus untuk menghilangkan harmonik yang terkait dengan saluran listrik. Namun, desain filter harmonik pasif benar-benar kompleks dan perancang harus merancang filter harmonik pasif sesuai dengan kebutuhan daya reaktif dari beban. Dalam kasus seperti itu, desain filter pasif sangat sulit dan ini menyebabkan operasi faktor daya yang buruk untuk kondisi beban tertentu.
Dalam hal ini, filter aktif lebih baik menangani harmonisa saluran listrik tanpa ketergantungan daya reaktif pada frekuensi dasar.
Filter harmonik aktif menggunakan metode yang sangat baik di mana filter menggunakan komponen harmonik yang diproduksi sendiri dan menyuntikkannya ke saluran listrik yang membatalkan harmonik yang tidak diinginkan.
Ada berbagai jenis filter aktif yang tersedia yang menggunakan topologi berbeda untuk menghilangkan harmonisa di saluran listrik.
Desain filter harmonik aktif yang paling umum menggunakan hal-hal dasar berikut seperti
1. inverter sumber tegangan menggunakan berbagai saklar daya
2. Pengambilan sampel dan referensi kontrol dari saluran listrik
3. Sistem PWM yang menginjeksikan pulsa tembak PWM ke dalam sistem sebagai harmonisa.
Filter Active Harmonic menggunakan berbagai jenis sakelar semikonduktor yang membutuhkan daya untuk beroperasi.
Bagaimana memilih Filter Harmonik
Menentukan filter harmonik yang sempurna cukup rumit. Seseorang perlu mengidentifikasi frekuensi harmonik di mana filter perlu disetel. Dalam beberapa kasus, operasi filter gagal memenuhi tujuan hanya karena kesalahan penyetelan pada frekuensi dasar tertentu di mana tidak ada harmonisa.
Langkah penting pertama adalah mengidentifikasi urutan harmonisa dan bergantung pada urutan harmonik, filter perlu dipilih. Untuk menghilangkan frekuensi tunggal, filter harmonik seri distorsi harmonik efisien tetapi dalam beberapa kasus filter harmonik yang disetel ganda perlu digunakan.
The kerugian di filter juga perlu diberi kompensasi yang sangat tergantung pada pilihan filter. Terkadang untuk tingkat beban nonlinier yang tinggi, kedua jenis filter harmonik aktif dan pasif diperlukan.