Variable Speed Drive Part 1b (Special Chapter)

“Bro kenapa arus output AC variable speed drive atau inverter lebih besar dari arus inputnya?”

 

Sebuah pertanyaan mendasar dan cukup mengagetkan karena selama ini tidak pernah menjadi perhatian saya selama kerja dengan VSD. Dua tahun pengalaman lapangan ternyata belumlah cukup untuk bisa memberikan jawaban yang memuaskan terhadap pertanyaan di atas. Saya kurang bisa memberikan bukti otentik kenapa arus output VSD lebih besar dari arus inputnya kepada teman yang menanyakannya. Oleh karena itu, saya mencoba utak-atik lagi semua materi dan catatan-catatan lama. Dan tidak lupa juga selalu konsultasi dengan Mbah Google. Akhirnya saya menemukan sebuah tulisan yang menarik dan tepat sebagai jawaban pertanyaan di atas (tentunya setelah dibuktikan sendiri).

Sebelumnya telah dibahas jenis variable speed drive (VSD) dan sedikit penjelasan prinsip kerjanya di http://taufiqsabirin.wordpress.com/2010/08/04/variable-speed-drive-part-1/. Namun, ide dasar dari tujuan VSD diciptakan belum tersampaikan. Nah, penulis melalui tulisan ini akan mencoba untuk menyampaikannya dalam bahasa yang lokal dan mudah dimengerti oleh orang awam atau pemula.

“Spoiler: uraian yang akan anda baca berikut ini adalah berdasarkan tulisan di http://ecmweb.com/powerquality/electric_improving_power_factor/. Bagi yang lebih nyaman dengan membaca referensi berbahasa Inggris dan kurang yakin dengan tafsiran penulis  silahkan kunjungi alamat sumbernya tanpa harus melanjutkan membaca tulisan ini.”

Apa yang terjadi sebelum penggunaan VSD?

Kita ambil contoh sebuah motor induksi. Motor induksi dalam kerjanya membutuhkan arus aktif dan reaktif dari sumber daya agar bisa menghasilkan torsi dan kecepatan yang dibutuhkan. Torsi tercipta dari interaksi komponen arus aktif dan medan magnet. Medan magnet ini dihasilkan oleh komponen arus reaktif.

• Beban ringan: Konsumsi arus aktif akan lebih kecil saat dengan arus reaktif tetap konstan = arus lebih reaktif = faktor daya turun seiring penurunan beban.
• Beban penuh: Arus pada umumnya aktif. saat .

Apa Kelebihan VSD?

Variable speed drive atau inverter (istilah lain AC drive) memiliki kelebihan sebagai berikut:

• Kontrol proses yang lebih baik
• Hemat energi yang lebih besar
• Mengurangi penyusutan mesin
• Memperbaiki kualitas faktor daya

Kenapa bisa memberikan kelebihan-kelebihan seperti di atas akan dibahas pada bab spesial lainnya.

Faktor daya (PF) pada jalur AC drive jenis pulse width modulated (PWM) dengan input konverter dioda jembatan adalah mendekati nilai satu.

Output drive bisa saja memiliki faktor daya tertinggal lagging karena komponen reaktansi induktif dari motor. Namun, yang menjadi perbedaan antara penggunaan variable speed drive atau inverter dengan yang langsung menghubungkan motor terhadap sumber daya adalah:

• VSD: arus reaktif “terjebak” atau hanya bersirkulasi di area antara motor dan inverter tidak kembali ke jalur input (jala-jala).
• Koneksi langsung: nilai reaktif sistem pembangkit akan dipengaruhi oleh komponen reaktansi induktif motor = arus reaktif  lebih besar ketimbang saat menggunakan VSD.

Waktunya kita buktikan!

Misalkan sebuah motor memiliki data name plate sebagai berikut:

Daya input mekanikal motor = 55kW, tegangan input = 400V, efisiensi = 94.4%, PF = 0.89

Maka daya input elektrik motor = 55kW ÷ 0.944 = 58.3kW

Oleh karenanya, daya output yang harus diberikan oleh drive ke motor = 58.3kW dengan arus output drive = 94.5A.

Setelah penggunaan VSD:

Efisiensi input menjadi = 98% , faktor daya = 0.96 sehingga

Daya input = 58.3kW ÷ 0.98 = 59.5kW

Berdasarkan rumus daya aktif  (P) pada sistem 3 fasa:

P = 1.73 * voltage * ampere * PF

Arus output I2 dan input I1 drive bisa didapatkan sebagai berikut:

I2 = (58.3 * 1000) / (1.73*400*0.89) = 94.5A

I1 = (59.5 * 1000) / (1.73*400*0.89) = 89.5A

Dapat dilihat bahwa nilai arus input adalah lebih rendah sekitar 5% dari nilai arus output ke motor. Daya aktif input naik sebesar 1.2kW dari nilai 58.3kW (yang disuplai oleh drive ke  motor) menjadi 59.5kW.

Pembuktian di atas adalah jawaban yang memberikan penjelasan kenapa AC variable speed drive (VSD) bisa meningkatkan kualitas PF dan kenapa arus output drive lebih besar dari arus inputnya.

Bagaimana jika dilihat dari sisi keekonomian?

Rugi-rugi daya jalur daya, transformator, dan kabel  = kuadrat arus yang mengalir.

Misalkan beban rata-rata pada motor 55kW adalah 35kW dengan arus motor sekitar 65A. Penggunaan VSD akan mengurangi konsumsi arus dari 65A mejadi 60A. Pengurangan ini bisa dijelaskan berdasarkan rumus berikut:

Jika total rugi-rugi pada sisi sumber adalah 5% dari rata-rata beban, maka VSD bisa menguranginya hingga nilai 4%.

“Catatan: Alasan utama menggunakan VSD bukanlah untuk meningkatkan PF melainkan untuk kontrol proses yang lebih baik, lebih hemat energi, dan/atau mengurangi penyusutan pada mesin. Perbaikan faktor daya adalah efek samping positif dari penggunaan sebuah variable speed drive. “

Nah, sekarang kita semua paling tidak sudah tahu bahwa alternate current variable speed drive atau inverter bisa memperbaiki faktor daya dan tidak akan bimbang lagi saat orang lain bertanya mengapa arus keluarannya bisa lebih besar dari arus inputnya.

Semoga bermanfaat bagi penulis sendiri dan yang membacanya.  

Tagged: AC drive, arus input drive, arus output drive, faktor daya, inverter, perbaikan faktor daya, power factor, variable speed drive

Posted in: Bagi Ilmu, Control