Aplikasi Vfd

Kontrol Kecepatan Motor 

Motor Induksi AC (Alternating Current) yaitu mesin dengan kecepatan konstan, dengan variasi kecepatan dari tanpa beban ke beban penuh berkisar 2 – 5%, merepresentasikan ―slip‖ dari motor tersebut. 

Kecepatan dari mesin tersebut ditentukan oleh frekuensi (f) suplai daya dan jumlah kutub (P) magnet pada statornya. Ditentukan melalui persamaan : 

Ns = (120.f)/P 

Slip (s) = [(Ns - Nr)/Ns] x 100% 

Dimana : 

Ns = kecepatan sinkron (RPM)       

Nr = kecepatan rotor (RPM)           

f  = frequensi jala-jala (Hz)           

P  = Jumlah Kutub (poles) 

Sebagian besar aplikasinya motor dengan kecepatan tetap (fixed) lebih banyak digunakan. Pada aplikasi atau sistem menyerupai ini, elemen kontrol menyerupai damper dan valve dipakai untuk meregulasi pemikiran (flow) dan tekanan (pressure). Peralatan ini biasanya menyebabkan operasi yang tidak efisien serta pemborosan energi alasannya agresi pembukaan dan penutupan tersebut. 

Bagaimanapun, sering sangat diharapkan sebuah motor yang sanggup beroperasi pada dua atau lebih kecepatan, atau malahan pada operasi full variable speed. Elemen kontrol konvensional sanggup diganti dengan menerapkan operasi variable speed memakai suatu VFD. Banyak sekali penghematan energi yang sanggup dicapai pada banyak sekali aplikasi dengan memvariasikan kecepatan motor dan beban yang dikendalikan dengan menerapkan VFD yang tersedia secara komersial.

Penghematan termasuk dari segi capital cost dan biaya perawatan berkaitan dengan elemen kontrol ini. Tabel berikut ini memperlihatkan contoh-contoh beban dan kemungkinan penghematan energinya. 

Karakteristik Beban yang Dikendalikan dan Kebutuhan Daya 

Perilaku dari torsi dan daya (horsepower) beserta kecepatan (RPM) menentukan kebutuhan dari sistem motor-drive.   

Horsepower = RPM * Torsi (ft-lb) / 5250   

1 horsepower (HP) = 746 Watts = 0.746 kWatts    

maka:   

Daya (kW) = RPM * Torsi (Nm) / 9550 

Persamaan torsi diatas menyiratkan bahwa torsi berbanding lurus dengan nilai daya dan berbanding terbalik dengan kecepatan (RPM). Kita sanggup mengkategorikan aplikasi-aplikasi drive menurut kebutuhan torsi operasionalnya: 

•  Torsi beban tetap 
• Daya beban tetap 
• Torsi beban bervariasi (variable torque loads) dimana torsi yaitu jumlah gaya yang diharapkan beban untuk berotasi pada porosnya. 
• Efisiensi motor listrik dan drives 

Torsi Beban Tetap 

Torsi beban tetap meskipun terjadi perubahan kecepatan. Dengan demikian daya yang diharapkan yaitu berbanding lurus dengan perubahan kecepatan putaran motor. Contoh-contoh tipikal aplikasi untuk torsi tetap adalah: 

• Conveyor 
• Extruder 
• Mixer 
• Positive displacement pump and compressor. 

Beberapa laba aplikasi VFD dengan torsi tetap yaitu pengendalian kecepatan dan starting serta stopping dengan percepatan / perlambatan secara presisi. 

Jenis kisaran kecepatan untuk beban torsi tetap yaitu 10:1. Aplikasi ini umumnya menyebabkan penghematan energi sedang pada kecepatan rendah. 

Daya (Horsepower) Beban Tetap 

Jenis kedua dari karakteristik beban yaitu daya tetap. Pada aplikasi ini kebutuhan torsi bervariasi secara berlawanan dengan kecepatan (torsi tinggi maka kecepatan rendah, begitupun sebaliknya). Ketika torsi bertambah maka kecepatan harus menurun untuk mendapat beban daya tetap. Hubungannya sanggup dituliskan sebagai berikut:   

Daya = kecepatan * torsi * tetapan 

Contoh-contoh untuk tipe beban ini yaitu pada mesin bubut atau pengeboron dan mesin penggilingan dimana diharapkan pemotongan berat pada kecepatan rendah dan pemotongan cepat ringan pada kecepatan tinggi. Aplikasi ini tidak memperlihatkan penghematan energi pada penurunan kecepatan. 

Beban Torsi Bervariasi

Tipe ketiga dari karakteristik beban yaitu beban torsi bervariasi. Contohnya Centrifugal fans, blowers dan pompa. Penggunaan VFD dengan beban torsi bervariasi mengatakan penghematan energi yang signifikan. 

Pada aplikasi ini: 

• Torsi bervariasi secara lansung dengan kuadrat kecepatan. 
• Daya bervariasi secara eksklusif dengan pangkat tiga kecepatan. Ini berarti pada kecepatan setengah (½), daya yang diharapkan yaitu sekitar seperdelapan (1/8) dari nilai maksimum. Sebuah VFD mereduksi total energi yang masuk ke sistem kalau tidak dibutuhkan. 

Efisiensi Motor Listrik dan Pengendali 

Efisiensi dari motor listrik AC pada beban penuh berkisar pada nilai 80% untuk motor-motor kecil ke nilai lebih dari 95% untuk motor berdaya lebih dari 100 HP. Efisiensi sebuah motor listrik menurun signifikan seiring dengan penurunan beban dibawah 40%. Maka disarankan bahwa motor yang dipakai sanggup beroperasi pada beban penuh dengan nilai daya 75% dari nilai daya motor. Gambar 15-4. mununjukkan tipikal kurva efisiensi motor vs. pembebanan.

Efisiensi motor listrik dan sistem drive yaitu rasio dari daya output mekanik dengan input daya dan umumnya direpresentasikan dalam persentase. 

Efisiensi sistem motor = (Output(mekanik)/Input(electrical)) * 100% 

Sebuah VFD sangat efisien. Tipikal efisiensinya 97% atau lebih untuk beban penuh. Efisiensinya turun ketika beban juga menurun. Secara khusus, VFD diatas 10 HP mempunyai efisiensi lebih dari 90% untuk beban lebih besar dari 25% beban penuh. 

Tabel berikut memperlihatkan efisiensi VFD pada beban yang bervariasi. Efisiensi sistem lebih rendah daripada efisiensi produk motor dan VFD alasannya efisiensi motor bervariasi dengan beban dan alasannya adanya dampak harmonik pada motor. 

Sayangya, hampir mustahil untuk mengetahui akan berapakah nilai efisiensi motor/drive, tetapi alasannya daya input ke sebuah sistem torsi bervariasi (variable torque) menurun sesuai dengan kecepatan, sehingga asumsi dari efisiensi sistem yaitu hal yang sanggup dilakukan. Ketika menghitung konsumsi energi dari sebuah sistem motor drive, memutuskan efisiensi sistem pada range 80 – 90 % untuk motor 10 HP atau lebih dan beban 25% atau lebih. 

Pada umumnya, area efisiensi yang rendah berkorespondensi untuk motor ukuran kecil  serta beban kecil dan area efisiensi tinggi berkorespondesi untuk motor ukuran besar serta beban besar. 

Pemilihan VFD 

Berikut yaitu langkah-langkah pemilihan VFD:

• Menetapkan spesifikasi awal untuk aplikasi drive Untuk menentukan kombinasi motor dan VFD yang tepat, isu berikut sebaiknya tersedia: 

1. Tegangan (Volt) dan frekuensi (Hz) sumber listrik. 
2. Torsi start (Newton meters). 
3. Torsi beban (Newton meters) dan hubungannya dengan kecepatan. 
4. Rentang kecepatan (rev/min). 
5. Nilai percepatan yang dibutuhkan. 
6. Momen inersia motor dan beban (kgm^2). 

• Pemilihan jumlah pole (kutub) motor Pemilihan jumlah pole ini berkaitan dengan pemilihan kecepatan putaran motor yang akan digunakan. 
• Menentukan nilai daya (power) motor Nilai daya motor dihitung menurut persamaan berikut Power = (Torsi (Nm) * kecepatan(rev/min)) / 9550  kW *torsi disini yaitu torsi mekanik, dan kecepatan yaitu kecepatan putaran. 
• Langkah berikutnya yaitu menentukan VFD yang sesuai dengan spesifikasi kebutuhan. Dalam pemilihannya faktor-faktor berikut patut dipertimbangkan: 

1. Tegangan dan frekuensi suplai listrik. 
2. Nilai arus listrik motor. 
3. Duty type (Variable torque atau constant torque). 

VFD yang dipilih mempunyai nilai arus listrik yang lebih tinggi dengan nilai arus listrik motor.

Berbagi :