1.
Kontrol
Kecepatan Motor
Motor
Induksi AC (Alternating Current) adalah 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 seperti ini, elemen kontrol seperti damper
dan valve digunakan untuk meregulasi aliran (flow) dan tekanan (pressure).
Peralatan ini biasanya menyebabkan operasi yang tidak efisien serta pemborosan
energi karena aksi pembukaan dan penutupan tersebut.
Bagaimanapun,
sering sangat dibutuhkan sebuah motor yang dapat beroperasi pada dua atau lebih
kecepatan, atau malahan pada operasi full variable speed. Elemen kontrol
konvensional dapat diganti dengan menerapkan operasi variable speed menggunakan
suatu VFD.
Banyak
sekali penghematan energi yang dapat dicapai pada berbagai 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 menunjukkan contoh-contoh beban dan kemungkinan penghematan
energinya.
Tabel 15-1. Tipe beban, aplikasi dan penghematan
energi
|
Tipe Beban |
Aplikasi |
Pertimbangan tentang Energi |
|
Beban torsi bervariasi: ·
Daya bervariasi
pada nilai pangkat tiga dari kecepatan. ·
Torsi
bervariasi pada nilai pangkat dua dari kecepatan. |
·
Fan sentrifugal ·
Pompa
sentrifugal ·
Blower ·
Sistem HVAC (Heating,
Ventilation and Air Conditioning) |
Pada kecepatan rendah terjadi
penghematan energi yang signifikan sebagai akibat penurunan daya motor yang
sebanding dengan pangkat tiga penurunan kecepatan. |
|
Beban torsi tetap: ·
Torsi tetap
pada kecepatan motor yang bervariasi. ·
Daya bervariasi
secara langsung dengan kecepatan. |
·
Mixer ·
Conveyor ·
Kompresor ·
Printing
Presses |
Pada kecepatan rendah terjadi
penghematan energi yang berbanding lurus dengan penurunan kecepatan. |
|
Beban daya tetap: ·
Membangkitkan
daya yang sama pada setiap kecepatan. ·
Perubahan torsi
berbanding terbalik dengan perubahan kecepatan. |
·
Peralatan-peralatan
mesin ·
Mesin bubut ·
Mesin-mesin
penggilingan ·
Punch
presses |
Tidak ada penghematan energi
pada penurunan kecepatan; akan tetapi, penghematan energi dapat dicapai
dengan mengoptimasi kecepatan pemotongan dan permesinan untuk produk yang
sedang diproduksi |
2.
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
dapat mengkategorikan aplikasi-aplikasi drive berdasarkan kebutuhan
torsi operasionalnya:
·
Torsi beban tetap
·
Daya beban tetap
·
Torsi beban
bervariasi (variable torque loads) dimana torsi adalah jumlah gaya yang
dibutuhkan beban untuk berotasi pada porosnya.
·
Efisiensi motor
listrik dan drives
Torsi
beban tetap
Torsi
beban tetap meskipun terjadi perubahan kecepatan. Dengan demikian daya yang
dibutuhkan adalah berbanding lurus dengan perubahan kecepatan putaran motor.
Contoh-contoh tipikal aplikasi untuk torsi tetap adalah:
·
Conveyor
·
Extruder
·
Mixer
·
Positive
displacement pump and compressor.
Gambar 1. Torsi beban tetap
Beberapa
keuntungan aplikasi VFD dengan torsi tetap adalah pengendalian kecepatan dan starting
serta stopping dengan percepatan / perlambatan secara presisi. Jenis
kisaran kecepatan untuk beban torsi tetap adalah 10:1. Aplikasi ini umumnya
menyebabkan penghematan energi sedang pada kecepatan rendah.
Daya
(horsepower) beban tetap
Gambar 2. Daya beban tetap
Jenis
kedua dari karakteristik beban adalah 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 mendapatkan beban daya tetap. Hubungannya dapat dituliskan
sebagai berikut:
Daya = kecepatan * torsi * tetapan
Contoh-contoh
untuk tipe beban ini adalah pada mesin bubut atau pengeboron dan mesin
penggilingan dimana dibutuhkan pemotongan berat pada kecepatan rendah dan
pemotongan cepat ringan pada kecepatan tinggi. Aplikasi ini tidak menawarkan
penghematan energi pada penurunan kecepatan.
Beban
torsi bervariasi
Gambar 3. Beban torsi bervariasi
Tipe
ketiga dari karakteristik beban adalah beban torsi bervariasi. Contohnya Centrifugal
fans, blowers dan pompa. Penggunaan VFD dengan beban torsi bervariasi
memberikan penghematan energi yang signifikan.
Pada
aplikasi ini:
·
Torsi bervariasi
secara lansung dengan kuadrat kecepatan.
·
Daya bervariasi
secara langsung dengan pangkat tiga kecepatan.
Ini
berarti pada kecepatan setengah (½), daya yang dibutuhkan adalah sekitar
seperdelapan (1/8) dari nilai maksimum. Sebuah VFD mereduksi total energi yang
masuk ke sistem jika 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 digunakan dapat beroperasi
pada beban penuh dengan nilai daya 75% dari nilai daya motor. Gambar 4.
mununjukkan tipikal kurva efisiensi motor vs. pembebanan.
Gambar 4. Tipikal efisiensi dari motor induksi standar 10 HP
efisiensi vs. Beban
Efisiensi
motor listrik dan sistem drive adalah 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 saat beban juga menurun. Secara khusus, VFD diatas 10 HP
memiliki efisiensi lebih dari 90% untuk beban lebih besar dari 25% beban penuh.
Tabel 15-2. Efisiensi VFD
Tabel
berikut menunjukkan efisiensi VFD pada beban yang bervariasi. Efisiensi sistem
lebih rendah daripada efisiensi produk motor dan VFD karena efisiensi motor
bervariasi dengan beban dan karena adanya efek harmonik pada motor.
Sayangya,
hampir tidak mungkin untuk mengetahui akan berapakah nilai efisiensi
motor/drive, tetapi karena daya input ke sebuah sistem torsi bervariasi
(variable torque) menurun sesuai dengan kecepatan, sehingga perkiraan dari
efisiensi sistem adalah hal yang dapat dilakukan. Ketika menghitung konsumsi
energi dari sebuah sistem motor drive, tetapkan 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.
3.
Pemilihan
VFD
Berikut
adalah langkah-langkah pemilihan VFD:
·
Menetapkan
spesifikasi awal untuk aplikasi drive
Untuk
memilih kombinasi motor dan VFD yang tepat, informasi berikut sebaiknya
tersedia:
a. Tegangan (Volt) dan frekuensi (Hz) sumber listrik.
b. Torsi start (Newton meters).
c. Torsi beban (Newton meters) dan hubungannya dengan
kecepatan.
d. Rentang kecepatan (rev/min).
e. Nilai percepatan yang dibutuhkan.
f. 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 berdasarkan persamaan berikut
Power = (Torsi
(Nm) * kecepatan(rev/min)) / 9550 kW
*torsi
disini adalah torsi mekanik, dan kecepatan adalah kecepatan putaran.
·
Langkah
berikutnya adalah memilih VFD yang sesuai dengan spesifikasi kebutuhan.
Dalam
pemilihannya faktor-faktor berikut patut dipertimbangkan:
a. Tegangan dan frekuensi suplai listrik.
b. Nilai arus listrik motor.
c. Duty type (Variable
torque atau constant torque).
VFD yang dipilih memiliki nilai
arus listrik yang lebih tinggi dengan nilai arus listrik motor.
0 komentar:
Posting Komentar