Apa itu Rangkaian Penggerak VFD? Jenis dan Aplikasinya

Ada banyak pabrik dan pabrik di dunia yang menggunakan berbagai jenis motor berdaya tinggi. Karena konsumsi daya yang tinggi, pabrik dan pabrik akhirnya membayar tagihan energi yang tinggi. 

Untuk mengatasi konsumsi daya yang tinggi dan untuk meningkatkan efisiensi, maka di ciptakanlah VFD untuk meningkatkan efisien tersebut.

VFD Variable Frequency Drive atau konverter frekuensi, dengan frekuensi menentukan RPM motor dan dengan mengontrol frekuensi AC, RPM motor dapat dikontrol. 

Berbagai jenis VFD tersedia di pasar elektronik dan listrik mulai dari aplikasi terkait motor kecil hingga motor induksi daya tinggi. Selain VFD tiga fasa, VFD satu fasa juga tersedia.

Rangkaian VFD dan Pengoperasiannya

Rangkaian VFD terdiri dari tiga bagian.

1. Bagian penyearah
2. Bagian filter
3. Bagian switching atau inverter.

Pada gambar di bawah ini tiga bagian ditampilkan di dalam diagram blok. Ini adalah diagram blok rangkaian dasar dari VFD tiga fasa.

Bagian Penyearah dari Rangkaian VFD

bagian penyearah menggunakan 6 dioda. Dioda D1, D2, dan D3 dihubungkan dengan rel positif dan dioda D4, D5 dan D6 dihubungkan dengan rel negatif. Keenam dioda tersebut bertindak sebagai jembatan dioda yang mengubah sinyal AC tiga fasa menjadi satu rel DC, untuk mengetahui lebih lengkap mengenai dioda silahkan baca Dioda adalah? Jenis, Konstruksi dan Cara Kerja

Tiga fase R, B, dan Y dihubungkan melintasi dioda. Bergantung pada polaritas gelombang sinusoidal, dioda mendapat bias maju atau bias mundur sehingga memberikan pulsa positif atau pulsa negatif di rel positif dan negatif.

Bagian Filter dari Sirkuit VFD

Seperti yang kita ketahui dioda penyearah standar hanya mengubah sinyal AC menjadi DC, tetapi sinyal keluaran DC tidak cukup halus karena ada riak AC yang bergantung pada frekuensi juga terkait dengannya.

Untuk memperbaiki riak AC dan untuk membuat output DC yang halus, ada persyaratan semacam filter penolakan riak. Komponen standar untuk filter adalah menggunakan berbagai jenis kapasitor dan induktor besar. Di bagian filter, terutama kapasitor menyaring riak AC dan memberikan output DC yang halus.

Dalam beberapa kasus, jenis filter lain juga digunakan untuk mengurangi kebisingan dan harmonik input AC.

Bagian Switching atau Inverter dari Rangkaian VFD

Bagian switching atau inverter membalikkan DC ke AC. Pada bagian ini, berbagai jenis sakelar elektronik digunakan, mulai dari transistor daya tinggi, IGBT, atau MOSFET. 

Sakelar dihidupkan atau dimatikan dengan cepat dan beban menerima tegangan berdenyut yang sangat mirip dengan AC. 

Frekuensi output sebanding dengan tingkat switching. Tingkat switching yang tinggi memberikan output frekuensi tinggi sedangkan tingkat switching yang rendah memberikan output frekuensi rendah.

Berbagai jenis VFD

Bergantung pada bagaimana VFD mengubah daya AC menjadi daya DC dan membuat penyearah, ada jenis VFD lain yang tersedia di pasaran.

Tiga jenis utama VFD adalah VSI, CSI, dan PWM.

VFD tipe VSI

VSI adalah singkatan dari Inverter Sumber Tegangan. Ini adalah jenis driver frekuensi variabel yang paling umum. Dalam jenis VFD ini, jembatan dioda sederhana digunakan untuk mengubah sinyal AC menjadi DC dan kapasitor digunakan untuk menyimpan energi. 

Rangkaian switching inverter menggunakan energi yang tersimpan dalam kapasitor dan menyediakan output, untuk mengetahui lebih lengkap megenai inverter silahkan baca artikel Pengertian Inverter

Keuntungan

1. Memiliki rentang kecepatan yang baik.
2. Beberapa fasilitas kontrol motor. Beberapa motor dapat dihubungkan dengan VFD tipe VSI tunggal.
3. Desain sederhana.
4. Hemat biaya dari sisi produksi dan pemasangan.

Kekurangan

1. Karena efek cogging, wajah motor beban menyentak selama situasi start dan stop.
2. Output menyediakan berbagai jenis harmonik dan suara.
3. Jika kecepatan motor dikendalikan atau kecepatan diturunkan, faktor daya keseluruhan sebagian besar terhambat yang menghasilkan faktor daya yang buruk.

VFD tipe CSI

CSI adalah singkatan dari inverter sumber arus. VFD tipe VSI dirancang sedemikian rupa sehingga dapat memberikan output tegangan halus tergantung pada rentang frekuensi variabel tetapi dalam VFD tipe CSI konstruksinya dapat diandalkan pada arus, bukan tegangan. 

Juga, Dalam kasus CSI, alih-alih penyearah jembatan dioda, konverter jembatan SCR digunakan. Energi keluaran disaring menggunakan induktor seri sebagai alternatif kapasitor untuk kelancaran arus keluaran. 

VFD tipe CSI bertindak sama seperti generator arus konstan. Alih-alih tegangan gelombang persegi, VFD tipe CSI mampu memberikan arus gelombang persegi.

Keuntungan

1. Reliable maka VSI jenis VFD.
2. Mendukung motor induksi tenaga kuda yang lebih tinggi di mana VSI bukan pilihan yang cocok.
3. Desain sederhana.
4. Kemampuan regenerasi yang baik.

Kekurangan

1. Faktor daya keseluruhan buruk, terutama pada RPM rendah.
2. Efek cogging ada dan bisa menggetarkan poros motor saat berjalan.
3. Tidak cocok untuk operasi multi-motor sehubungan dengan VSI.

VFD tipe PWM

Ini adalah versi VSI yang ditingkatkan dan dimodifikasi dari VFD tipe VSI. PWM adalah singkatan dari modulasi lebar pulsa. 

Menggunakan teknik PWM, VFD mampu memberikan output tegangan stabil yang dipertahankan dengan rasio frekuensi. Konstruksi menggunakan jembatan dioda untuk memperbaiki sinyal AC menjadi sinyal DC. 

Rangkaian switching mengontrol siklus kerja dalam rentang frekuensi variabel. Regulator tambahan digunakan untuk mengatur output PWM untuk memberikan tegangan dan arus yang stabil dan tepat ke Beban.

Keuntungan

1. Tidak ada efek penyumbatan atau menyentak.
2. Kecepatan lebar dan rentang kendali.
3. Terdiri dari berbagai jenis rangkaian perlindungan.
4. Faktor daya konstan.
5. Induce efisiensi yang sangat tinggi.
6. Hemat energi.

Kekurangan

1. Kompleks untuk disain.
2. kompleks dalam hal implementasi.
3. Memerlukan perangkat keras tambahan.
4. Audible generasi kebisingan di rangkaian driver.
5. Harganya mahal.

Bagaimana cara memilih VFD untuk Aplikasi saya?

Untuk memilih VFD yang tepat untuk aplikasi tertentu, diperlukan pemahaman yang baik tentang beban. Berbagai jenis motor menghasilkan berbagai jenis torsi. 

Dalam beberapa aplikasi torsi konstan diperlukan sedangkan dalam aplikasi lain torsi perlu dikontrol. Juga beban di seluruh motor adalah faktor penentu spesifikasi motor, terutama peringkat Daya.

Untuk memilih VFD yang sesuai untuk aplikasi yang tepat kita perlu mengevaluasi atau mempertimbangkan hal-hal berikut.

1. HP motor
2. Biaya
3. Lingkungan pengoperasian VFD dan motor
4. Fase tunggal atau tiga fase
5. VFD tunggal dengan motor tunggal atau VFD tunggal dengan banyak motor
6. Persyaratan fitur kontrol tambahan

Keuntungan dari VFD

Ada banyak alasan mengapa VFD merupakan pilihan populer bagi konsumen di mana pengontrol lain sudah tersedia. Alasan paling penting untuk popularitas VFD adalah kemampuan konsumsi energi yang rendah dan biaya pengaturan awal. 

VFD menawarkan efisiensi tinggi dalam hal konsumsi energi selain perangkat pengontrol di segmen yang sama. 

Karena itu, dalam kasus pabrik dan pabrik besar di mana motor tenaga kuda yang lebih besar diperlukan, VFD menawarkan konsumsi daya yang rendah sehingga menurunkan jumlah tagihan energi dan memberikan peluang penghematan biaya.

VFD membatasi arus masuk selama kondisi start dan stop motor, yang juga mengurangi beban arus masuk di jalur suplai, serta memberikan margin keamanan untuk motor yang mahal.

Selain keuntungan di atas VFD dapat menurunkan biaya pemeliharaan sistem. Tidak diperlukan sambungan listrik dan operasi kontrol tambahan yang mahal.

Ada pilihan untuk menghubungkan beberapa motor yang dapat dikontrol menggunakan VFD tunggal yang selanjutnya mengurangi biaya pengaturan sistem tambahan.

Kekurangan VFD

Namun, terlepas dari kelebihan di atas, ada beberapa kelemahan yang juga terkait dengan sistem VFD. Kelemahan utama dari sistem VFD adalah investasi setup awal. 

Untuk pabrik atau pabrik di mana beberapa motor tenaga kuda tinggi perlu dikendalikan menggunakan VFD, membutuhkan investasi tinggi.

Selain itu, VFD menyebabkan motor memanas dan membutuhkan konstruksi motor khusus. Konstruksi membutuhkan jenis isolasi Motor khusus, serta motor harus ditentukan untuk aplikasi pengenal inverter.

Kerugian utama lainnya dari VFD adalah bahwa saluran listrik sumber utama sangat terganggu dengan distorsi, harmonisa garis takik. Karena itu, perangkat lain yang terhubung di saluran listrik yang sama juga terhambat selama kondisi operasi.

Namun, kemajuan industri semikonduktor modern telah sangat meningkatkan pembangunan sistem VFD modern. 

Sebelum era perangkat solid state, mesin rotari merupakan komponen utama yang digunakan untuk membuat VFD. Di era mikroprosesor modern, VFD dilengkapi dengan segala macam proteksi seperti undervoltage, overvoltage, proteksi thermal overload, dll. dengan fasilitas kontrol yang tepat. Aplikasi Motor di industri bertanggung jawab atas 25% konsumsi energi listrik, yang dapat dikontrol secara efisien menggunakan VFD.

Aji Fitriyan Hidayat

Skill Comes From Within Yourself, Not Other Or Family, So Be Enthusiastic For Yourself.

Bagikan Artikel ini