Studi ini menyajikan desain dan analisis harmonik dari inverter satu fasa menggunakan Modulasi Lebar Pulsa Sinusoidal (SPWM) untuk mengubah tegangan DC dari sumber fotovoltaik (PV) menjadi keluaran AC. Konverter Boost digunakan untuk menaikkan tegangan masukan menjadi 197 V DC, diikuti oleh inverter SPWM jembatan penuh untuk menghasilkan bentuk gelombang tegangan bolak-balik. Namun, keluaran inverter secara inheren mengandung distorsi harmonik karena pensaklaran frekuensi tinggi. Untuk mengatasi masalah ini, filter LC diperkenalkan pada keluaran inverter untuk menekan komponen harmonik dan meningkatkan kualitas bentuk gelombang. Sistem dimodelkan dan disimulasikan dalam perangkat lunak. Analisis Transformasi Fourier Cepat (FFT) digunakan untuk mengevaluasi kandungan harmonik dan Distorsi Harmonik Total (THD) sebelum dan sesudah filter. Hasil simulasi menunjukkan bahwa frekuensi fundamental pada 50 Hz dominan, dan penggunaan filter LC secara efektif mengurangi amplitudo harmonik orde tinggi sekaligus meningkatkan bentuk sinusoidal dari keluaran tegangan. Output yang telah difilter menghasilkan THD yang jauh lebih rendah, menunjukkan kualitas daya yang lebih baik dan cocok untuk aplikasi perumahan atau yang terhubung ke jaringan listrik.
Gambar 1 Diagram Skematik Inverter SPWM.
Inverter berfungsi sebagai tahap kedua dari sistem, bertanggung jawab untuk mengubah tegangan DC tinggi dari konverter boost menjadi tegangan AC yang sesuai untuk beban perumahan atau industri pada umumnya. Dalam penelitian ini, konfigurasi Inverter Jembatan Penuh Satu Fasa diimplementasikan menggunakan Modulasi Lebar Pulsa Sinusoidal (SPWM). Rangkaian inverter terdiri dari empat sakelar MOSFET (M1 hingga M4) yang disusun dalam topologi H-bridge. Sakelar sisi tinggi (M1 dan M2) dihubungkan ke terminal positif catu daya DC, sedangkan sakelar sisi rendah (M3 dan M4) dihubungkan ke ground. Beban (diwakili sebagai filter resistif atau LC) dihubungkan di antara titik tengah setiap kaki. Diagram blok Inverter SPWM ditunjukkan pada Gambar 1. Teknik SPWM menghasilkan pulsa gerbang dengan membandingkan gelombang sinus referensi (bentuk gelombang keluaran yang diinginkan) dengan gelombang segitiga atau gelombang gigi gergaji frekuensi tinggi (sinyal pembawa). Keluaran berupa sinyal termodulasi lebar pulsa yang mendekati bentuk gelombang sinusoidal setelah penyaringan.
Hasil dan Diskusi
Simulasi inverter berbasis SPWM tanpa filter keluaran menunjukkan sifat bentuk gelombang tegangan yang dihasilkan langsung oleh switching MOSFET. Input ke inverter adalah tegangan DC konstan 100 V, yang mensimulasikan sumber fotovoltaik (PV). Bentuk gelombang tegangan keluaran yang diperoleh dari subsistem inverter diamati menggunakan Scope dan diekstrak melalui blok To Workspace untuk diproses lebih lanjut. Gambar 2 menunjukkan keluaran inverter sebelum difilter.
Gambar 2 Tegangan Keluaran Inverter Sebelum Penyaringan.
Seperti yang diilustrasikan pada Gambar 2, keluaran inverter adalah sinyal modulasi lebar pulsa frekuensi tinggi yang menyerupai gelombang persegi, dengan transisi yang jelas antara tingkat tegangan tinggi dan rendah. Tegangan puncak mengikuti input DC dengan cermat, mencapai hampir 卤197V, sementara bentuk gelombang efektif berganti dengan cepat karena skema switching SPWM. Dari perspektif domain waktu, bentuk gelombang ini tidak menyerupai gelombang sinus murni. Meskipun berpusat di sekitar frekuensi target 50 Hz, bentuk gelombang tersebut sangat terdistorsi oleh komponen frekuensi tinggi karena sifat switching inverter. Harmonik ini diharapkan dan biasanya diatasi dengan filter pasca-pemrosesan, seperti filter LC, yang akan diterapkan pada tahap simulasi selanjutnya.
Gambar 3 Perbandingan K-NN dari Dua Perangkat
Analisis FFT yang sesuai dilakukan untuk memeriksa konten spektral dari output yang telah difilter secara kuantitatif. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3, hasil FFT menunjukkan puncak yang kuat pada 49,99975 Hz dengan amplitudo 100,85 V, yang mewakili komponen frekuensi fundamental dari output AC. Dibandingkan dengan kasus tanpa filter, amplitudo frekuensi fundamental sedikit meningkat, menunjukkan bahwa filter telah secara efektif mempertahankan kandungan energi penting sambil mengurangi komponen yang tidak diinginkan. Harmonik-harmonik ini, yang menonjol sebelum penyaringan, sekarang menunjukkan magnitudo minimal, menunjukkan bahwa filter LC telah berhasil mengurangi distorsi harmonik. Misalnya, harmonik ke-3, yang sebelumnya memiliki amplitudo 27,83 V, sekarang berkurang menjadi sedikit di atas 2,1 V. Pengurangan serupa juga diamati untuk harmonik lainnya.
Penulis: Erwin Sutanto, S.T., M.Sc.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
A Sari, S Hasan, E Sutanto, P Puspitaningayu, M Aziz, F Fahmi.
13 Januari 2026
