Mengenal Filter Harmonisa: Filter Pasif

Tulisan ini mungkin tidak banyak membantu para praktisi karena bersifat teoritis. Sedangkan untuk keperluan praktis aplikatif, biasanya telah disediakan penjelasan dalam data produk untuk pemilihan rating tegangan, arus, daya reaktif dll. Untuk itu, bagi yang ingin mendapatkan pengetahuan praktis, disarankan untuk membaca langsung data produk filter tersebut.  

Tulisan ini melanjutkan tulisan sebelumnya dengan judul: Harmonisa Pada Sistem Tenaga Listrik. Dalam penggunaan istilah, harmonisa kadang disebut juga dengan harmonik. Sehingga ada yang menuliskan 'arus harmonisa' dengan 'arus harmonik'. 

Seperti yang diketahui secara umum, arus harmonisa muncul akibat beban non linear. Untuk menghilangkan arus harmonisa maka biasa digunakan filter harmonisa. Filter harmonisa bisa tersusun dari rangkaian aktif maupun pasif. Sedangkan gabungan keduanya biasa disebut filter hybrid. Berdasarkan pemasangannya pada jala-jala, filter ini bisa dibedakan menjadi dua jenis: paralel dan seri. Tipe paralel bekerja dengan mengalirkan arus harmonisa. Sedangkan tipe seri bekerja dengan menghambat aliran arus harmonisa. 

Ilustrasi prinsip kerja filter harmonisa tipe paralel ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Arus Is adalah arus fundamental dan arus Ih adalah arus harmonisa. Dua arus ini disebabkan oleh beban non linier. Filter berfungsi untuk mengalirkan arus Ih agar tidak masuk ke jala-jala Vs. 

Ilustrasi prinsip kerja filter harmonisa tipe seri ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Filter berfungsi menahan arus harmonisa Ih dan melewatkan arus fundamental Is. Arus harmonisa ditandai dengan silang untuk menggambarkan arus tidak bisa mengalir karena adanya filter seri.

Filter harmonisa pasif

Filter harmonisa pasif bisa disusun dari rangkaian kombinasi induktor, kapasitor dan resistor. Harga filter pasif relatif murah, tapi performen kerjanya tidak terlalu baik. Karena terdiri dari komponen pasif, filter jenis ini performennya diengaruhi oleh impedansi jala-jala. Oleh sebab itu, pemasangan filter pasif perlu mempertimbangkan impedansi jala-jala. Filter pasif juga mennginjeksikan daya reaktif karena terdiri dari komponen induktor dan kapasitor.

Gambar dibawah ini menunjukkan bentuk rangkaian filter pasif single tuned dan double tuned. Yang dimaksud dengan single tuned adalah filter mempunyai frekuensi kerja pada satu frekuensi. Sedangkan double tuned punya dua frekuensi kerja.

(a) single tuned (b) double tuned

Filter pasif mempunyai karakteristik yang disebut quality factor (Q) seperti gambar di bawah ini [3]. Fc adalah frekuensi kerja, sedangkan f1 dan f2 adalah batas bawah dan atas frekuensi kerja. Beda frekuensi antara f1 dan f2 disebut sebagai bandwidth. Quality factor menentukan ketajaman pem-filteran. Semakin tinggi nilai Q maka bandwidth akan semakin kecil. Karakter Q tinggi bisa dimanfaatkan untuk melewatkan frekuensi yang diinginkan tanpa mengikutkan frekuensi lain.

Parameter Filter harmonisa pasif

Frekuensi kerja single tuned dengan rangkaian Y, dirumuskan dengan [2]:

sedangkan quality factor untuk filter dirumuskan [3]:

Studi kasus [4]

Filter pasif untuk rectifier 3.3kW seperti gambar dibawah. Kondisi awal tanpa filter. Arus sumber bisa dilihat pada gambar di bawah. Tampak pada spektrum arus harmonisa, komponen yg muncul adalah orde 5,7, 11 dan 13. THD arus sebesar 29.3%.

Kumudian Filter pasif dipasang untuk mereduksi arus harmonisa. Parameter filter seperti tampak pada tabel dibawah ini.

Rangkaian pemasangan filter tampak seperti dibawah ini berikut arus sumbernya. Dengan THD sebesar 15.07%.

Semoga bermanfaat dan Selamat Bekerja!

Ref:

1. H. Akagi, "Modern active filters and traditional passive filters," Bulletin of the Polish Academy of Sciences Technical Sciences, vol. 54, no. 3, pp. 255-269, 2006. http://www.ippt.gov.pl/~bulletin/(54-3)255.pdf
2. http://en.wikipedia.org/wiki/LC_circuit
3. http://en.wikipedia.org/wiki/Q_factor
4. Thanks to Taekyu Kang (Power Electronics Lab, CBNU) for his power point file about: "Harmonics"