15 Fakta Penting tentang Variable Frequency Drive (VFD) bagi Insinyur Listrik
1. Apa itu konverter frekuensi?
Konverter frekuensi adalah perangkat kontrol yang memanfaatkan aksi pengalihan perangkat semikonduktor daya untuk mengubah daya frekuensi daya menjadi energi listrik dengan frekuensi lain. Konverter frekuensi dapat mewujudkan fungsi-fungsi seperti soft starting motor asinkron AC, pengaturan kecepatan frekuensi variabel, peningkatan akurasi operasi, perubahan faktor daya, dan proteksi arus lebih/tegangan lebih/beban lebih.
2. Perbedaan antara PWM dan PAM
PWM adalah singkatan dari Pulse Width Modulation, suatu metode modulasi yang menyesuaikan kuantitas dan bentuk gelombang keluaran dengan mengubah lebar pulsa rangkaian pulsa sesuai aturan tertentu. PAM adalah singkatan dari Pulse Amplitude Modulation, suatu metode modulasi yang menyesuaikan nilai dan bentuk gelombang keluaran dengan mengubah amplitudo pulsa rangkaian pulsa sesuai aturan tertentu.
3. Mengapa tegangan konverter frekuensi berubah sebanding dengan frekuensi?
Torsi elektromagnetik motor apa pun merupakan hasil interaksi antara arus dan fluks magnet. Arus tidak boleh melebihi nilai nominal, jika tidak, motor akan mengalami panas berlebih. Oleh karena itu, jika fluks magnet berkurang, torsi elektromagnetik juga akan berkurang, yang mengakibatkan penurunan kapasitas beban.
Dari rumus E=4,44*K*F*N*Φ, dapat dilihat bahwa selama kontrol kecepatan frekuensi variabel, sirkuit magnetik motor berubah dalam rentang yang cukup besar terhadap frekuensi operasi fX. Hal ini dapat dengan mudah menyebabkan saturasi yang parah pada sirkuit magnetik motor, yang mengakibatkan distorsi parah pada bentuk gelombang arus eksitasi dan menghasilkan lonjakan arus puncak yang sangat tinggi.
Oleh karena itu, frekuensi dan tegangan harus diubah secara proporsional. Artinya, saat frekuensi diubah, tegangan keluaran konverter frekuensi dikontrol untuk menjaga fluks magnet motor tetap konstan dan menghindari terjadinya medan magnet lemah dan saturasi magnetik. Metode kontrol ini paling banyak digunakan pada konverter frekuensi hemat energi untuk kipas dan pompa.
4. Bagaimana torsi motor berubah ketika V dan f diubah secara proporsional?
Ketika frekuensi menurun, tegangan berkurang secara proporsional. Karena impedansi AC menurun sementara resistansi DC tetap, torsi yang dihasilkan pada kecepatan rendah cenderung menurun. Oleh karena itu, pada frekuensi rendah, dengan rasio V/f, tegangan keluaran perlu sedikit ditingkatkan untuk mendapatkan torsi awal tertentu. Kompensasi ini disebut peningkatan awal. Berbagai metode dapat digunakan, termasuk metode otomatis, pemilihan mode V/f, atau pengaturan potensiometer.
5. Manualnya menyatakan rentang kecepatan 60–6Hz (10:1). Apakah ini berarti tidak ada daya keluaran di bawah 6Hz?
Daya masih dapat dihasilkan di bawah 6Hz, tetapi berdasarkan faktor-faktor seperti kenaikan suhu motor dan torsi awal, frekuensi operasi minimum adalah sekitar 6Hz. Pada frekuensi ini, motor dapat menghasilkan torsi terukur tanpa menyebabkan masalah panas berlebih yang serius. Frekuensi keluaran aktual (frekuensi awal) inverter berkisar antara 0,5–3Hz, tergantung modelnya.
6. Apa arti "open loop"?
Sistem kontrol loop tertutup menggunakan detektor kecepatan (PG) untuk memberikan umpan balik kecepatan aktual ke unit kontrol. Sistem yang beroperasi tanpa PG disebut sistem loop terbuka. Sebagian besar konverter frekuensi untuk keperluan umum adalah loop terbuka, meskipun beberapa model menawarkan umpan balik PG sebagai opsi. Kontrol loop tertutup tanpa sensor menghitung kecepatan motor aktual berdasarkan model matematika dan fluks magnetik, pada dasarnya menggunakan sensor kecepatan virtual untuk menciptakan kontrol loop tertutup.
7. Bagaimana jika kecepatan aktual menyimpang dari kecepatan yang diberikan?
Dalam operasi loop terbuka, meskipun inverter mengeluarkan frekuensi tertentu, kecepatan motor akan bervariasi dalam rentang slip terukur (1%–5%) saat motor berada di bawah beban. Untuk aplikasi yang membutuhkan akurasi kontrol kecepatan tinggi, di mana operasi harus mendekati kecepatan yang ditentukan meskipun terjadi variasi beban, inverter dengan fungsi umpan balik PG (opsional) dapat digunakan.
8. Jika motor dengan PG digunakan, apakah akurasi kecepatan akan meningkat setelah umpan balik?
Inverter dengan fungsi umpan balik PG memang meningkatkan akurasi. Namun, nilai akurasi kecepatan bergantung pada akurasi PG itu sendiri dan resolusi frekuensi keluaran inverter.
9. Apa yang dimaksud dengan fungsi pencegahan stall?
Jika waktu akselerasi yang diberikan terlalu singkat, perubahan frekuensi keluaran inverter akan jauh melebihi perubahan kecepatan (frekuensi sudut listrik), yang menyebabkan inverter trip akibat arus berlebih dan menghentikan operasi. Kondisi ini disebut stall. Untuk mencegah stall dan memungkinkan motor terus berjalan, besarnya arus harus dideteksi untuk kontrol frekuensi. Ketika arus akselerasi terlalu besar, laju akselerasi harus diperlambat dengan tepat. Hal yang sama berlaku selama deselerasi. Kombinasi keduanya membentuk fungsi stall.
10. Apa pentingnya model di mana waktu percepatan dan perlambatan dapat diatur secara terpisah, dan model di mana waktu percepatan dan perlambatan dapat diatur bersama?
Model yang memungkinkan pengaturan akselerasi dan deselerasi secara terpisah cocok untuk aplikasi yang membutuhkan akselerasi dan deselerasi berdurasi pendek, atau untuk peralatan mesin kecil yang membutuhkan waktu siklus produksi yang ketat. Namun, untuk aplikasi seperti penggerak kipas, yang waktu akselerasi dan deselerasinya lebih lama, waktu akselerasi dan deselerasi dapat diatur bersamaan.
11. Fungsi perlindungan apa yang dimiliki konverter frekuensi?
Fungsi perlindungan dapat dibagi menjadi dua kategori berikut:
(1) Secara otomatis mengoreksi kondisi abnormal, seperti pencegahan kemacetan arus lebih dan pencegahan kemacetan tegangan lebih regeneratif.
(2) Memblokir sinyal kontrol PWM perangkat semikonduktor daya setelah mendeteksi ketidaknormalan, yang menyebabkan motor berhenti secara otomatis. Contohnya termasuk pemutusan arus lebih, pemutusan tegangan lebih regeneratif, kipas pendingin semikonduktor yang terlalu panas, dan proteksi pemadaman listrik sesaat.
12. Mengapa fungsi proteksi konverter frekuensi aktif saat beban dihubungkan menggunakan kopling?
Ketika kopling digunakan untuk menghubungkan beban, pada saat penyambungan, motor berubah drastis dari keadaan tanpa beban ke kondisi dengan slip tinggi. Arus besar yang mengalir melaluinya menyebabkan inverter trip akibat arus berlebih dan tidak dapat beroperasi.
13. Mengapa inverter berhenti bekerja ketika motor besar di pabrik yang sama mulai bekerja bersamaan?
Saat motor menyala, arus awal yang sesuai dengan kapasitasnya mengalir. Hal ini menyebabkan penurunan tegangan pada transformator di sisi stator motor. Penurunan tegangan ini berdampak lebih besar ketika kapasitas motor besar. Inverter yang terhubung ke transformator yang sama akan menilai tegangan rendah atau penghentian sesaat, sehingga terkadang memicu fungsi proteksi (IPE) dan menyebabkan motor berhenti.
14. Apakah mungkin untuk langsung menghubungkan motor ke inverter frekuensi tetap tanpa menggunakan soft start?
Hal ini dimungkinkan pada frekuensi yang sangat rendah. Namun, jika frekuensi yang diberikan tinggi, kondisinya serupa dengan menyalakan langsung dari catu daya frekuensi utama. Arus start yang besar (6-7 kali arus terukur) akan mengalir, dan karena inverter memutus arus berlebih, motor tidak dapat menyala.
15. Dapatkah konverter frekuensi digunakan untuk menggerakkan motor satu fasa? Dapatkah menggunakan catu daya satu fasa?
Umumnya, tidak. Untuk motor fase tunggal dengan pengontrol kecepatan dengan sakelar start, belitan bantu akan terbakar ketika beroperasi di bawah titik operasi; untuk motor dengan kapasitor start atau kapasitor run, hal ini akan menyebabkan ledakan kapasitor. Konverter frekuensi biasanya tiga fase, tetapi beberapa model berkapasitas kecil dapat beroperasi dengan catu daya fase tunggal.
