27
Harmonisa dapat dinyatakan sebagai suatu penyebaran komponen dari gelombang periodik yang mempunyai suatu frekuensi yang merupakan kelipatan dari frekuensi dasarnya.
Sedangkan interharmonisa adalah penyebaran komponen pada frekuensi yang bukan kelipatan bilangan bulat dari frekuensi dasar sistem. Gambar 2.2 adalah ilustrasi dari bentuk
gelombang fundamental, gelombang harmonik dan gelombang yang terdistorsi. Misalnya
bila frekuensi fundamentalnya h1 50 Hz maka harmonisa ke-3 h3 adalah gelombang sinusoidal dengan frekuensi 150 Hz, harmonisa ke-5 h5 gelombang
sinusoidal dengan frekuensi 250 Hz, harmonisa ke-7 h7 gelombang sinusoidal dengan frekuensi 350 Hz dan seterusnya.
2.2. Sumber-sumber Harmonisa
IEEE 519-1992 standar Internasional yang menentukan keberadaan harmonisa pada kualitas daya mengidentifikasi sumber utama dari harmonisa pada
sistem tenaga. Sumber harmonisa yang diuraikan pada standar IEEE ini meliputi konverter alat pengubah tegangan ac ke dc, statik VAR kompensator, inverter alat
pengubah tegangan dc ke ac, cycloconverters, power suplai DC dan PWM. Dokumen IEEE tersebut menggambarkan bentuk gelombang yang terdistorsi, dimana
jumlah harmonisa dan besar harmonisa setiap komponennya yang terjadi disebabkan oleh peralatan elektronika daya beban tidak linier [8].
Umumnya sumber yang menyebabkan terdistorsinya bentuk gelombang arus dan tegangan dapat dibagi menjadi tiga kelompok [9]:
a. Beban.
Universitas Sumatera Utara
28
b. Sistem tenaga itu sendiri seperti HVDC, SVC, FACTS, dan lain lain. c. Pembangkit generator sinkron.
Dari ketiga kelompok sumber harmonisa di atas, kelompok beban merupakan kelompok yang paling dominan sebagai penghasil harmonisa, khususnya beban tidak
linier. Beban-beban semikonduktor elektronika daya yang dipakai untuk penyearah tegangan menghasilkan harmonisa arus yang disebabkan oleh proses switching
peralatan tersebut. Diantara komponen elektronika daya yang dipergunakan pada rangkaian penyearah PWM adalah IGBTs Insulation Gate Bipolar Transistors atau
lebih sering disebut IGBT. Sebuah IGBT menggabungkan kelebihan-kelebihan dari BJT Bipolar
Junction Transistors dan MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors. Sebuah IGBT mempunyai impedansi input yang tinggi, seperti
MOSFET dan rugi-rugi konduksi on-state yang rendah sebagaimana BJT dan tidak ada permasalahan breakdown seperti halnya BJT. Dengan rancangan chip dan
struktur, tahanan equivalen drain ke sumber R
DS
dikontrol seperti halnya BJT. Struktur dasar yang membangun sebuah IGBT diperlihatkan oleh Gambar 2.3:
p
+
substrate n
+
- buffer layer Collector
n
-
epi n
+
n
+
Gate Gate
Emitter p
+
p
-
p p
Gambar 2.3 Struktur IGBT [10]
Universitas Sumatera Utara
29
Gambar 2.3 memperlihatkan penampang struktur bangunan sebuah IGBT yang mana identik dengan sebuah MOSFET kecuali adanya substrate p
+
yang merupakan kelebihan dari sebuah IGBT dibandingkan dengan BJT dan MOSFET. Hal ini terjadi
karena adanya substrate p
+
yang bertanggungjawab menginjeksikan pembawa minoritas ke daerah n
_
. Untuk rangkaian ekuivalen IGBT dapat dilihat pada Gambar 2.4:
G G
C C
R
MOD
NPN PNP
PNP
R
BE
E E
R
MOD
R
BE
MOSFET MOSFET
Gambar 2.4. Rangkaian ekuivalen IGBT [10]
Dari Gambar 2.4 struktur dasar dari sebuah IGBT yang terdiri dari transistor MOSFET, R
MOD
, NPN dan NPN. Kolektor PNP dihubungkan dengan basis dari NPN dan kolektor dari NPN dihubungkan dengan basis dari PNP melalui R
MOD
atau sering dinyatakan dengan JFET. Transistor NPN dan PNP mewakili thiristor parasitic yang
merupakan sebuah loop umpan balik turunan. Resistor R
BE
menyatakan tahanan basis ke emitter dari transistor NPN untuk menjamin tiristor tidak terhalang konduksinya.
Adapun keuntungan IGBT antara lain:
Universitas Sumatera Utara
30
1. Mempunyai kendali gate yang mudah, yaitu tegangan gate untuk menghidupkan dan mematikan arus mempunyai impedansi gate yang tinggi.
2. Mempunyai rugi konduksi yang rendah, yaitu injeksi pembawa minoritas ke dalam layer N-epitaxial akan memperkecil resistansi dan sekaligus
mengurangi rugi konduksi. Pengaruhnya juga terhadap kemampuan menghendle arus yang diperlihatkan dengan kenaikan kerapatan arus. Sebagai
contoh IGBT mempunyai kerapatan arus sebesar 20 kali dari MOSFET dan 5 kali dari BJT.
3. Mempunyai koofesien temperature positif, struktur IGBT memungkinkan untuk memiliki koofesien temperatur positif yaitu resistansi akan naik dengan
kenaikan temperature [11]. Secara umum simbol untuk sebuah IGBT diperlihatkan oleh Gambar 2.5 berikut ini:
G C
E
Gambar 2.5. Simbol rangkaian IGBT [11]
Universitas Sumatera Utara
31
Bentuk gelombang ini tidak menentu dan dapat berubah menurut pengaturan pada parameter komponen semikonduktor dalam peralatan elektronik. Perubahan
bentuk gelombang ini tidak terkait dengan sumber tegangannya.
2.3. Penyearah SPWM
