Kelistrikan Vfd
Motor AC mendominasi dalam aplikasi VFD disebabkan oleh reliabilitas mereka. Mereka juga membantu untuk membuat konverter dan sirkuit kontrol yang lebih murah.
Sebagaimana telah kita lihat sebelumnya, motor induksi AC terutama yakni motor berkecepatan konstan. Sejak 1980an, popularitas AC VFD telah berkembang cepat, terutama disebabkan oleh banyak sekali kemajuan dalam teknologi elektronik power dan teknologi kontrol digital, yang menghipnotis biaya dan performa tipe VFD ini. Daya tarik utama dari AC VFD yakni reliabilitas berpengaruh dan biaya rendah motor induksi AC squirrelcage (sarang tupai) dibanding motor DC.
Sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 4-1, banyak sekali perubahan dalam drives yang dipakai berkenaan dengan waktu telah ditunjukkan. Seksiseksi gambar 4-1 (a), (b), (c) dan (d) yakni menyerupai berikut:
(a) Sistem Ward-Leonard
(b) Pengendali DC terkontrol thyristor
(c) Pengendali AC inverter sumber tegangan (PAM)
(d) Pengendali AC sumber tegangan PWM (PWM)
Alur perkembangan dari sistem Ward-Leonard ke pengendali DC terkontrol thyristor dan kemudian ke konverter ber-tegangan variabel dan berfrekuensi variabel AC tipe PWM diillustrasikan dalam Gambar 4-1. Dalam langkah pertama, dari (a) ke (b), generator – motor set berbiaya tinggi telah digantikan dengan rectifier thyristor terkontrol fase. Dalam langkah kedua, dari (b) ke (d), motor DC berbiaya tinggi telah digantikan dengan inverter PWM elektro daya dan sebuah motor induksi AC berpengaruh sederhana. Dalam VFD AC, sistem komutasi mekanik motor DC telah digantikan dengan sirkuit elektronik power yang dinamakan inverter. Tetapi kesulitan utama dengan VFD AC selalu kompleksitas, biaya, dan reliabilitas sirkuit inverter frekuensi AC.
Pengontrolan Kecepatan Motor AC
Berbagai perkembangan dalam elektronik power selama 10-15 tahun terakhir telah membuat mungkin untuk mengontrol bukan saja kecepatan motor induksi AC tetapi juga torque (kopel). AC-VFD modern, dengan kontrol flux-vector, kini bisa memenuhi semua persyaratan performa dari aplikasi-aplikasi yang paling rumit sekalipun.
Metode-metode kontrol kecepatan mencakup:
- Kontrol tegangan stator
- Kontrol frekuensi suplai
- Kontrol resistansi rotor
- Perubahan kutub (pole)
Biasanya, kontrol kecepatan motor AC dicapai dengan mengubah-ubah frekuensi suplainya. Untuk mempertahankan membuat kerugian sangat sedikit, frekuensi tegangan terminal diubah untuk membuat rasio v/f konstan. Metode kontrol frekuensi pengubahan kecepatan motor AC yakni teknik populer selama puluhan tahun. tetapi gres belakangan ini ia telah menjadi metode kontrol VFD yang layak secara teknis dan ekonomis.
Pengendali AC telah menjadi metode kontrol kecepatan yang lebih hemat biaya, dibanding pengendali DC, untuk sebagian besar aplikasi VFD sampai 1000 kW. Ini juga merupakan solusi yang lebih disukai secara teknis, untuk banyak lingkungan industri, di mana reliabilitas dan pemeliharaan mudah, yang terkait dengan motor induksi squirrel-cage AC menjadi penting.
Tegangan suplai AC utama dikonversi ke arus dan tegangan DC melalui sebuah rectifier (penyearah). Arus dan tegangan DC disaring untuk memperhalus puncak-puncak sebelum dimasukkan ke inverter, selanjutnya dikonversi ke frekuensi dan tegangan AC variabel. Tegangan output dikontrol, sehingga rasio antara tegangan dan frekuensi tetap konstan untuk menghindari kelebihan fluksi pada motor. Motor AC bisa memberi batasan torsi (kopel nominal) diatas batasan kecepatan sampai 50 Hz, tanpa kenaikan yang signifikan dalam kerugian-kerugian.
Motor bisa dijalankan pada kecepatan-kecepatan di atas frekuensi nominal (rated frequency), tetapi dengan torque output yang berkurang. Torque direduksi lantaran reduksi dalam air-gap flux, yang bergantung pada rasio V/f. Pada frekuensi-frekuensi di atas frekuensi dasar 50 Hz, torsi direduksi sebanding dengan pengurangan kecepatan.
Salah satu kelebihan utama dari sistem kontrol kecepatan VVVF (variable voltage variable frequency) yakni bahwa, walaupun pengontrolannya kompleks, motornya sendiri merupakan sebuah konstruksi squirrel-cage, yang barang kali merupakan bentuk motor elektrik paling kokoh dan beban maintenance yang tersedia. Ini terutama berkhasiat bilamana motormotor dipasang di lokasi berbahaya, atau dalam posisi-posisi yang tidak sanggup diakses, yang membuat pencucian dan pemeliharaan rutin sulit. Di lokasi-lokasi yang memerlukan mesin aktivis yang dilengkapi dengan panyangga (enclosure) tahan api atau bahkan kedap air, sebuah motor induksi AC squirrel-cage akan lebih murah dibanding motor DC.
Di sisi lain, satu persoalan pelengkap dengan motor squirrel-cage AC standar bila dipakai untuk aplikasi berkecepatan variable, yakni pendinginnya dengan memakai kipas yang dipasang pada poros. Pada kecepatan-kecepatan rendah, pendinginan dikurangi, yang menghipnotis kemampuan beban dari pengendali. Torsi output kontinu dari pengendali harus dibatasi untuk kecepatan-kecepatan lebih rendah, bila sebuah kipas pembantu ber-daya terpisah tidak dipakai untuk mendinginkan motor. Ini serupa dengan persyaratan pendinginan motormotor DC, yang memerlukan kipas pendinginan.
Kontrol kecepatan motor Arus Searah (DC)
Pengendali arus-searah banyak dipakai dalam industri lantaran kecepatan variabel, regulasi kecepatan yang baik, pengereman, dan kemampuan pembalikannya.
Di masa lalu, motor arus searah dipakai di sebagian besar aplikasi VFD terlepas dari kompleksitas, biaya tinggi, dan keperluan pemeliharan tinggi menyerupai motor arus searah.
Bahkan sekarangpun pengendali arus searah masih sering dipakai untuk aplikasi-aplikasi VFD yang lebih rumit. Contoh-contoh dari ini yakni pengendali seksional untuk mesin kertas yang memerlukan respon dinamik cepat dan kontrol kecepatan dan torsi terpisah. Metode-metode kontrol kecepatan yakni sebagai berikut : 1. Kontrol Tegangan armature 2. Kontrol field flux.
Sebagian besar pengendali arus searah memakai metode kontrol tegangan jangkar dan kontrol fluksi medan, untuk mencapai regulasi kecepatan, masing-masing di bawah kecepatan nominal (rated speed) dan di atas kecepatan nominal. Dalam kedua kasus, konverter atau penyearah yang setengah terkontrol atau terkontrol sepenuhnya dipakai untuk mencapai tegangan searah variabel, dari tegangan bolak-balik, untuk mensuplai ke tegangan jangkar Pengendali AC dan pengendali DC biasanya memakai konverter atau penyearah dan inverter. Bagian berikut merinci alat-alat menyerupai itu.