Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Dengan Inverter VFD atau VSD

          Motor induksi merupakan salah satu peralatan mesin listrik yang banyak digunakan di Industri untuk keperluan penggerak berbagai mesin pemroses yang ada di industri diantaranya adalah : Pompa, Kompresor, Fun, Blower, Konveyor, dan penggerak mesin proses produksi lainnya. Hal ini disebabkan karena motor induksi memiliki banyak keunggulan dibanding motor sinkron atau motor DC yaitu konstruksinya sederhana, awet dan tahan lama, perawatan mudah dan efisiensinya tinggi.

          Dibalik keunggulan motor induksi tersebut terdapat juga kelemahannya yaitu dalam hal pengaturan kecepatan dan torsi awal yang rendah. Untuk mengatasi kelemahan motor induksi tersebut dapat digunakan sistem kontrol dengan mengatur tegangan input dan frekuensinya guna mendapatkan pengaturan kecepatan dan torsi yang sesuai dengan kebutuhan proses produksi di Industri.

          Pada kesempatan kali ini akan dibahas sekelumit tentang pengaturan kecepatan motor induksi dengan Inverter VFD (Variable Frequensi Drive) atau VSD (Variable Speed Drive), yakni sebagai berikut Parameter yang dibutuhkan dari motor induksi adalah pengaturan kecepatan dan torsi motor. Untuk itu dibutuhkan pengaturan yang fleksibel dengan cara mengubah frekuensi inputnya dari 50 Hz (Standard PLN) menjadi frekuensi yang diinginkan agar motor dapat berputar pada kecepatan yang diinginkan, sesuai dengan persamaan :

n = 120.f / p

dimana : n = putaran per menit

               f = frekuensi listrik (Hz)

               p = jumlah kutub

          Inverter VFD atau VSD merupakan sebuah alat pengatur kecepatan motor dengan mengubah nilai frekuensi dan tegangan yang masuk ke motor. Pengaturan nilai frekuensi dan tegangan ini dimaksudkan untuk mendapatkan kecepatan putaran dan torsi motor yang di inginkan atau sesuai dengan kebutuhan. Secara sederhana prinsip dasar inverter untuk dapat mengubah frekuensi menjadi lebih kecil atau lebih besar yaitu dengan mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC kemudian dijadikan tegangan AC kembali dengan frekuensi yang berbeda atau dapat diatur.

          Untuk mengubah tegangan AC menjadi DC dibutuhkan rectifier (penyearah tak terkendali) atau converter (penyearah terkendali) dan biasanya menggunakan penyearah tak terkendali (rectifier dioda) namun juga ada yang menggunakan penyearah terkendali (thyristor rectifier). Setelah tegangan sudah diubah menjadi DC maka diperlukan perbaikan kualitas tegangan DC dengan menggunakan tapis kapasitor sebagai perata tegangan. Kemudian tegangan DC diubah menjadi tegangan AC kembali oleh inverter dengan teknik PWM (Pulse Width Modulation). Dengan teknik PWM ini bisa didapatkan amplitudo dan frekuensi keluaran yang diinginkan. Selain itu teknik PWM juga menghasilkan harmonisa yang jauh lebih kecil dari pada teknik yang lain serta menghasilkan gelombang sinusoida, dimana kita tahu kalau harmonisa ini akan menimbulkan rugi-rugi pada motor yaitu  cepat panas. Maka dari itu teknik PWM inilah yang biasanya dipakai dalam inverter untuk mengubah tegangan DC menjadi AC.

          Inverter sebenarnya berisi rangkaian fip-flop yang melakukan pensaklaran secara bergantian terhadap listrik DC sehingga menghasilkan listrik AC. Bentuk gelombang yang dihasilkan dengan rangkaian inverter tersebut bisa gelombang kotak atau gelombang sinus. Ada beberapa topologi inverter yang ada sekarang ini, dari yang hanya menghasilkan tegangan keluaran kotak bolak-balik (push-pull inverter) sampai yang sudah bisa menghasilkan tegangan sinus murni (tanpa harmonisa). Inverter satu fasa, tiga fasa sampai dengan multifasa dan ada juga yang namanya inverter multilevel (kapasitor split, diode clamped dan susunan kaskade). Ada beberapa cara teknik kendali yang digunakan agar inverter mampu menghasilkan sinyal sinusoidal, yang paling sederhana adalah dengan cara mengatur keterlambatan sudut penyalaan inverter di tiap lengannya. Cara yang paling umum digunakan adalah dengan modulasi lebar pulsa atau pulse widt modulator (PWM). Sinyal kontrol pensaklaran di dapat dengan cara membandingkan sinyal referensi (sinusoida) dengan sinyal carrier (digunakan sinyal segitiga). Dengan cara ini  frekuensi dan tegangan fundamental mempunyai frekuensi yang sama dengan sinyal referensi sinusoidal. Rangkaian PWM ini yang akan mencacah listrik DC menjadi listrik AC dengan bentuk gelombang mendekati sinus.

Gambar 1. Skema dasar rangkaian inverter VFD atau VSD

          Listrik AC dengan gelombang non sinus sebenarnya bisa digunakan sebagai catu daya untuk peralatan listrik seperti lampu, pemanas dan peralatan lainnya. Tetapi sebagai catu daya untuk motor listrik, gelombang AC non sinus akan mempengaruhi kualitas dayanya yang berdampak pada timbulnya panas yang berlebuhan sehingga akan menyebabkan motor listrik cepat panas dan rusak.

          Jadi dengan menggunakan inverter akan banyak diperoleh keuntungan secara teknis bila dibandingkan dengan cara lain. Beberapa keuntungan tersebut antara lain adalah :

·  Jangkauan pengaturan kecepatan dan torsi motor yang lebih luas,

·  Pola hubungan tegangan dan frekuensi yang sinkron,

· Mempunyai fasilitas penunjukan meter, sehingga mempermudah proses monitoring atau pengecekan.

· Mempunyai lereng akselerasi dan deselerasi yang dapat diatur secara independen dan kompak,

·  Sistem proteksi motor yang lebih baik dan aman,

·  Mengurangi arus starting motor dan menghemat pemakaian energi listrik,

·  Memperhalus start awal motor.

·  Presisi kecepatan dan torsi motor yang tinggi.

·  Kontrol beban menjadi dinamis untuk berbagai aplikasi motor.

·  Dapat dikombinasi dengan PLC untuk fungsi otomasi dan regulasi.

·  Hubungan manusia dengan mesin (interface ) yang lebih baik.

·  Dan lain-lain.

          Di pasaran terdapat banyak produk Inverter (VFD atau VSD) diantaranya adalah Toshiba, Altivar, Hitachi, LG, Omron, Yaskawa, Siemen, Mitsubishi, Fuji, ABB, Dan lain-lain. Pemilihan inverter yang benar tentunya dengan memperhatikan spesifikasi dari motor serta keperluan dalam pemakaian inverter itu sendiri, seperti dengan memperhatikan daya motor, tegangan motor, frekuensi motor. Sebagai contoh sobat memiliki motor 3 phase 3 KW, maka sobat perlu menggunakan inverter dengan spesifikasi daya diatas 3 kw seperti 3,2 KW atau 3,3 KW dan tentunya tegangan keluaran dari inverter harus sama dengan tegangan motor. Sebenarnya sobat juga bisa menggunakan inverter dengan daya 3 KW untuk motor 3 KW tapi dengan syarat sobat menggunakan motor tersebut dengan beban yang kecil atau dengan kata lain motor tidak digunakan dengan daya maksimal. Jadi penting untuk mengetahui arus pada motor saat dijalankan dengan beban, untuk settingan ampere pada inverter sebagai proteksi motor, serta untuk menghitung daya beban yang berguna dalam pemilihan inverter. Pemilihan inverter dengan mendekati daya motor akan lebih efisien daripada memilih inverter jauh diatas dari daya motor.

Gambar 2. Bentuk fisik inverter VFD atau VSD berbagai merk

          Sebagai contoh, berikut ini disajikan rangkaian kontrol motor induksi putar kanan dankiri (forward reverse) dengan inverter secara sederhana dengan menggunakan inverter mitsubishi. Pada gambar dapat dilihat bahwa pengaturan frekuensi inverter dilakukan dengan mode eksternal menggunakan potensiometer. pengaturan frekuensi juga bisa dilakukan tanpa potensio dengan mengganti settingan inverter dengan mode internal. Pada gambar juga bisa dilihat jika sinyal kontrol output SD dihubungkan dengan STF maka motor akan berjalan maju/forward sedangkan jika dihubungkan ke STR maka motor akan berjalan mundur/reverse. Pengaturan kontrol forward reverse ini diatur oleh relay CR1 dan CR2. Untuk pembahasan lebih detil dan contoh-contoh rangkaian lainnya dapat dibaca di buku “Pengendalian Motor Listrik Secara Elektronik”.

Gambar 3. Rangkaian pemasangan inverter VFD atau VSD pada instalasi motor listrik