• Home
  • About Me
  • Katalog Buku
  • Video
  • Daftar Isi Buku

Jumat, 02 Februari 2018

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

Minggu, 14 Januari 2018

Membuat Trafo Step-Down Untuk Power Supply Perangkat Elektronik

          Perangkat elektronik seperti audio amplifier, charger aki, UPS dan sebagainya membutuhkan tegangan rendah sebelum disearahkan dengan rectifier agar menjadi tegangan rendah arus searah (DC). Untuk mendapatkan tegangan rendah tersebut biasanya digunakan trafo penurun tegangan atau biasa disebut trafo step-down. Di pasaran banyak macam bentuk dari trafo step-down tersebut antara lain :
-   Trafo bentuk kotak, biasanya menggunakan inti (kern) EI, M dan UI
-   Trafo bentuk donat, biasanya menggunakan inti (kern) toroid.

          Untuk pembuatan trafo step-down bentuk kotak yang menggunakan inti (kern) EI, M dan UI tidak akan penulis bahas pada pembahasan kali ini, karena telah penulis bahas pada buku “Merancang dan Membuat Trafo Daya Kecil”. Dengan demikian pada pembahasan kali ini penulis akan menjelaskan cara merancang dan membuat trafo step-down bentuk donat yang menggunakan inti (kern) toroid. Oke langsung saja kita mulai penjelasannya dan jangan lupa menyimak ya, agar sobat bloger bisa dengan mudah dan cepat memahaminya !!!
          Langkah-langkah untuk merancang dan membuat trafo step-down bentuk donat antara lain dapat dijelaskan sebagai berikut :

1.   Menentukan Ukuran Inti (Kern) Trafo
          Sesuai namanya trafo toroid, bentuk inti (kern)-nya berupa susunan plat besi tipis yang disusun secara melingkar menyerupai donat (memiliki lubang di tengahnya). Perlu dipahami bahwa syarat inti (kern) haruslah besi murni tanpa kandungan baja, agar tidak menimbulkan induksi magnet permanen pada saat terinduksi oleh medan listrik. Dengan demikian induksi fluktuatif dari medan listrik arus bolak-balik (AC) dapat ditransformasikan dengan baik. Untuk itu dalam membuat inti (kern) pilihlah lembaran plat tipis yang harus dibakar terlebih dahulu sampai memerah beberapa lama, lalu dibiarkan mendingin secara alami tanpa disiram air atau bahan pendingin lainnya. Pembakaran ini dimaksudkan untuk menghilangkan kadar baja yang terkandung dalam plat tipis tersebut.
          Dalam menentukan ukuran inti (kern) toroid ini kita harus menentukan terlebih dahulu kapasitas atau daya trafo toroid yang akan kita buat. Sebagai contoh kita akan membuat trafo toroid dengan daya 900 watt, tegangan primer 220 volt dan tegangan sekunder 2 x 45 volt (CT), maka luas penampang inti adalah : Afe = √900 = 30 cm².
          Dengan demikian dapat kita tentukan tinggi inti toroid adalah √30 = 5,48 cm maka jari-jari penampang lingkaran toroid adalah 30 / 5,48 = 5,47 cm atau tebal plat tipis yang kita gulung melingkar adalah setebal 5,47 cm dengan jari-jari lubang toroid (R dalam) sepanjang 5,48 + 5,47 = 10,95 cm, sehingga panjang jari-jari luar (R luar) adalah jari-jari lubang (R dalam) + tebal gulungan plat tipis = 10,95 + 5,47 = 16,42 cm. Jika ditimbang berat inti (kern) untuk trafo daya 900 watt sekitar 8 – 15 Kg. 

Gambar 1. Inti (kern) trafo bentuk toroid

2.   Mempersiapkan Inti (Kern) Trafo
          Lapisi inti (kern) trafo dengan prespan yang terbuat dari kertas warna hijau/coklat atau mika warna putih susu, agar kawat email yang akan kita gulung tidak mudah tergores oleh inti trafo yang dapat mengakibatkan kumparan terhubung singkat.

3.   Menentukan Ukuran Kawat Kumparan
          Seperti yang telah dijelaskan pada rancangan trafo dengan inti (kern) berbentuk EI, M atau UI  di buku “Merancang dan Membuat Trafo Daya Kecil” berlaku juga pada rancangan trafo dengan inti berbentuk toroid bahwa untuk menentukan diameter kawat kumparan primer dan sekunder, arus pada tiap kumparan harus ditentukan dari besarnya daya trafo dibagi dengan tegangan kumparan tersebut :
I1 = N1 / E1  dan I2 = N2 / E2
dimana : I1 = arus primer
               N1 = lilitan primer
               E1 = tegangan primer
               I2 = arus sekunder
               N2 = lilitan sekunder
               E2 = tegangan sekunder

Selanjutnya nilai penampang kawat dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
Penampang kawat kumparan primer : q1 = I1 / s
Deameter kawat kumparan primer : d1 = √ (4.q1) / π
Penampang kawat kumparan sekunder : q2 = I2 / s
Deameter kawat kumparan sekunder : d2 = √ (4.q2) / π

dimana : q1 = penampang kawat lilitan primer
                d1 = diameter kawat lilitan primer
                q2 = penampang kawat lilitan sekunder
                d2 = diameter kawat lilitan sekunder
                 s = kerapatan atau kepadatan arus (3 - 5 A/mm² 

          Dalam hal ini dapat dihitung bahwa arus primer adalah : I1 = 900 / 220 = 4 A. Dengan demikian dengan menetapkan kepadatan arus (s) sebesar 3 A/mm² maka besarnya penampang kawat kumparan primer q1 = 4 / 3 = 1,33 mm², sehingga diameter kawat kumparan primer :
d1 = √ (4 x 1,33) / 3,14
     = √ 1,69
     = 1,3 mm.

          Sedangkan untuk arus sekunder adalah : I2 = 900 / 45 = 20 A. Dengan demikian dengan menetapkan kepadatan arus (s) sebesar 3 A/mm² maka besarnya penampang kawat kumparan sekunder q2 = 20 / 3 = 6,66 mm², sehingga diameter kawat kumparan sekunder :
d2 = √ (4 x 6,66) / 3,14
     = √ 8,48
     = 2,9 mm.

4.   Menghitung Jumlah Lilitan Trafo
          Untuk menenetukan jumlah liltan primen dan lilitan sekunder trafo bisa menghitung terlebih dahulu gulungan per volt (GPV)-nya, bisa juga langsung menghitung jumlah lilitan/gulungan primer (N1) dan gulungan sekunder (N2) sesuai dengan besarnya tegangan primer (E1) dan tegangan sekunder (E2) yang diinginkan.
          Rumus untuk menentukan jumlah lilitan primer : N1 = E1 / (4,44 x Afe x  Bm x f) dan jumlah lilitan sekunder N2 = E2 / (4,44 x Afe x Bm x f)
Dimana : Afe = luas penampang inti (kern) besi
                 Bm = flux density
                 f = frekwensi jaringan listrik

dengan mengambil f = 50 Hz dan Bm = 10-4 wb/cm², maka rumus tersebut menjadi : N1 = 4,5 x (E1 / Afe). Kalau diambil faktor 110% atau 1,1 untuk memperhitungkan kerugian tegangan trafo dalam kondisi berbeban maka rumus teserbut di atas menjadi : N1 = 1,1 x 4,5 x (E1 / Afe) atau 49,5 x (E1 / Afe) dan N2 = 49,5 x (E2 / Afe). Sehingga dalam raancangan trafo toroid ini dapat dihitung :
N1 = 49,5 x (220 / 30)
      = 49,5 x 7,3
      = 361 lilit

N2 = 49,5 x (Vs / Afe)
      = 49,5 x ( 45 / 30)
      = 49,5 x 1,5
      = 74 lilit (untuk CT = 2 x 74 lilit)

5.   Menggulung/Melilit Kawat Pada Inti (Kern)
          Pada tahap ini yang pertama dikerjakan adalah menggulung kawat email pada sebilah bambu sepanjang 25 - 50 cm dengan tujuan agar mempermudah memasukkan dan mengeluarkan kawat email melewati lubang lingkaran inti kern saat proses melilit. Berikutnya tinggal melilitkan kawat email pada lingkaran inti kern yang telah terbalut kertas isolator (prespan). Tentunya dengan memakai azas jari tangan kanan, yaitu sebagaimana tangan kanan memegang inti kern, arah ujung keempat jari adalah arah melingkarnya kawat dan ibu jari menunjukkan letak lilitan selanjutnya. Usahakan penggulungan kawat pada inti kern trafo harus rapat dan rapi.


Gambar 2. Proses menggulung kawat pada inti toroid dengan sebilah bambu

6.   Mengetes Trafo Dengan Multitester
          Lakukan pengukuran dengan multitester pada posisi Ohm x1 atau x10 untuk mengetahui hubungan antar kawat pada kumparan primer, antar kawat pada kumparan sekunder atau antara kawat pada kumparan primer dan sekunder. Jika semua pengetesan dengan multimeter tersebut diatas bagus lanjutkan pengukuran tegangan output pada kumparan sekunder dengan memberi tegangan input sebesar 220 V pada kumparan primer dengan menggunakan multitester pada posisi Volt AC x250.

7.   Memasang Terminal Kabel
          Lakukan pemasangan kabel dan terminal pada ujung-ujung trafo baik pada ujung-ujung kumparan primer maupun sekunder. Setelah itu lanjutkan dengan mencelup kumparana pada minyak trafo atau sirlak dan melapisi trafo dengan kain pita atau kertas prespan atau mika untuk perlindungan kawat agar padat dan tidak mudah tergores

8.   Mencelup Kumparan Dengan Minyak Trafo (Sirlak)
          Mencelupkan kumparan hasil gulungan dengan minyak trafo atau sirlak bertujuan agar lilitan kawat lebih padat dan statis, tidak mudah bergerak atau berubah letaknya dan tidak mudah tergores atau lecet. Kemudian lanjutkan dengan membalut semua lilitan dengan kain pita atau kertas prespan atau mika. Dengan demikian jadilah sudah trafo toroid kapasitas 900 Watt atau 20 Amper yang telah kita buat.

9.   Menguji Coba Trafo
          Pada proses uji coba bahwa trafo yang berkwalitas tidak akan bergetar dan panas pada saat diberi beban. Pada proses ini harus dilakukan uji coba trafo dengan memberi tegangan input sebesar 220 V pada kumparan primer dan ukur tegangan output pada kumparan sekunder apakah dihasilkan tegangan output sebesar 45 V dengan stabil pada kanan dan kiri (CT). Jika stabil lanjutkan dengan memasang beban sesuai kapasitasnya (maksimal 900 W) untuk bebarapa saat (sekitar 1 jam), apakah tegangan output pada kumparan sekunder tetap stabil pada angka 45 V pada kanan dan kiri (CT). Jika tegangan output stabil dan fisik trafo tidak bergetar dan tidak panas meskipun diberi beban maksimal untuk beberapa lama, maka berarti trafo tersebut dinyatakan cukup berkwalitas dan layak untuk digunakan.


Gambar 3. Trafo step-down bentuk toroid yang sudah jadi