Jika dua motor identik beroperasi pada frekuensi daya 50Hz, yang satu menggunakan konverter frekuensi dan yang lainnya tidak, serta kecepatan dan torsi keduanya berada pada kondisi pengenal motor, dapatkah konverter frekuensi menghemat daya? Berapa banyak yang bisa dihemat?
Jawaban: Dalam kasus ini, konverter frekuensi hanya dapat meningkatkan faktor daya dan tidak dapat menghemat listrik.
1. Konversi frekuensi tidak dapat menghemat listrik di mana-mana, dan ada banyak kejadian di mana konversi frekuensi belum tentu menghemat listrik.
2. Sebagai rangkaian elektronik, konverter frekuensi itu sendiri juga mengonsumsi daya (sekitar 2-5% dari daya pengenal)
3. Memang benar bahwa konverter frekuensi beroperasi pada frekuensi daya dan memiliki fungsi hemat energi. Namun, prasyaratnya adalah:
Pertama, perangkat itu sendiri memiliki fungsi hemat energi (dukungan perangkat lunak), yang sesuai dengan persyaratan keseluruhan sistem atau proses;
Kedua, operasi berkelanjutan jangka panjang.
Lagipula, tidak masalah apakah itu menghemat listrik atau tidak, itu tidak ada artinya. Jika dikatakan bahwa konverter frekuensi beroperasi hemat energi tanpa prasyarat apa pun, itu hanyalah pernyataan berlebihan atau spekulasi komersial. Dengan mengetahui keseluruhan cerita, Anda akan dengan cerdik memanfaatkannya untuk melayani Anda. Pastikan untuk memperhatikan situasi dan kondisi penggunaan agar dapat menerapkannya dengan benar, jika tidak, Anda akan menjadi pengikut yang membabi buta, mudah percaya, dan tertipu.
Kita sering memiliki kesalahpahaman berikut saat menggunakan konverter frekuensi:
Kesalahpahaman 1: Menggunakan konverter frekuensi dapat menghemat listrik
Beberapa literatur mengklaim bahwa konverter frekuensi adalah produk kontrol hemat energi, memberikan kesan bahwa penggunaan konverter frekuensi dapat menghemat listrik.
Faktanya, alasan mengapa konverter frekuensi dapat menghemat listrik adalah karena konverter tersebut dapat mengatur kecepatan motor listrik. Jika konverter frekuensi merupakan produk kontrol hemat energi, maka semua peralatan kontrol kecepatan juga dapat dianggap sebagai produk kontrol hemat energi. Konverter frekuensi hanya sedikit lebih efisien dan memiliki faktor daya yang lebih tinggi dibandingkan perangkat kontrol kecepatan lainnya.
Keandalan konverter frekuensi dalam mencapai penghematan daya ditentukan oleh karakteristik pengaturan kecepatan bebannya. Untuk beban seperti kipas sentrifugal dan pompa sentrifugal, torsi berbanding lurus dengan kuadrat kecepatan, dan daya berbanding lurus dengan pangkat tiga kecepatan. Selama aliran kontrol katup asli digunakan dan tidak beroperasi pada beban penuh, beralih ke operasi pengaturan kecepatan dapat mencapai penghematan energi. Ketika kecepatan turun menjadi 80% dari kecepatan semula, daya hanya 51,2% dari kecepatan semula. Dapat dilihat bahwa penerapan konverter frekuensi pada beban tersebut memiliki efek penghematan energi yang paling signifikan. Untuk beban seperti blower Roots, torsi tidak bergantung pada kecepatan, yaitu beban torsi konstan. Jika metode awal penggunaan katup ventilasi untuk melepaskan kelebihan volume udara guna mengatur volume udara diubah menjadi operasi pengaturan kecepatan, penghematan energi juga dapat tercapai. Ketika kecepatan turun menjadi 80% dari nilai semula, daya mencapai 80% dari nilai semula. Efek penghematan energi ini jauh lebih kecil dibandingkan aplikasi pada kipas sentrifugal dan pompa sentrifugal. Untuk beban daya konstan, daya tidak bergantung pada kecepatan. Beban daya konstan di pabrik semen, seperti timbangan sabuk batching, memperlambat kecepatan sabuk ketika lapisan material tebal dalam kondisi aliran tertentu; ketika lapisan material tipis, kecepatan sabuk meningkat. Penggunaan konverter frekuensi pada beban tersebut tidak dapat menghemat listrik.
Dibandingkan dengan sistem kendali kecepatan DC, motor DC memiliki efisiensi dan faktor daya yang lebih tinggi daripada motor AC. Efisiensi pengendali kecepatan DC digital sebanding dengan konverter frekuensi, bahkan sedikit lebih tinggi daripada konverter frekuensi. Jadi, klaim bahwa penggunaan motor asinkron AC dan konverter frekuensi lebih hemat listrik daripada motor DC dan pengendali DC, baik secara teoritis maupun praktis, tidaklah tepat.
Kesalahpahaman 2: Pemilihan kapasitas konverter frekuensi didasarkan pada daya pengenal motor
Dibandingkan dengan motor listrik, harga konverter frekuensi relatif mahal, sehingga sangat penting untuk mengurangi kapasitas konverter frekuensi secara wajar sambil memastikan operasi yang aman dan andal.
Daya konverter frekuensi mengacu pada daya motor asinkron AC 4 kutub yang sesuai.
Karena jumlah kutub motor yang berbeda dengan kapasitas yang sama, arus pengenal motor bervariasi. Seiring bertambahnya jumlah kutub pada motor, arus pengenal motor juga meningkat. Pemilihan kapasitas konverter frekuensi tidak dapat didasarkan pada daya pengenal motor. Pada saat yang sama, untuk proyek renovasi yang awalnya tidak menggunakan konverter frekuensi, pemilihan kapasitas konverter frekuensi tidak dapat didasarkan pada arus pengenal motor. Ini karena pemilihan kapasitas motor listrik harus mempertimbangkan faktor-faktor seperti beban maksimum, koefisien surplus, dan spesifikasi motor. Seringkali, surplusnya besar, dan motor industri sering beroperasi pada 50% hingga 60% dari beban pengenal. Jika kapasitas konverter frekuensi dipilih berdasarkan arus pengenal motor, terlalu banyak margin yang tersisa, yang mengakibatkan pemborosan ekonomi, dan keandalan tidak ditingkatkan sebagai hasilnya.
Untuk motor sangkar tupai, pemilihan kapasitas konverter frekuensi harus didasarkan pada prinsip bahwa arus pengenal konverter frekuensi lebih besar atau sama dengan 1,1 kali arus operasi normal maksimum motor, yang dapat memaksimalkan penghematan biaya. Untuk kondisi seperti penyalaan beban berat, lingkungan suhu tinggi, motor lilitan, motor sinkron, dll., kapasitas konverter frekuensi harus ditingkatkan secara tepat.
Untuk desain yang menggunakan konverter frekuensi sejak awal, wajar jika kapasitas konverter frekuensi dipilih berdasarkan arus pengenal motor. Hal ini karena kapasitas konverter frekuensi tidak dapat dipilih berdasarkan kondisi operasi aktual saat itu. Tentu saja, untuk mengurangi investasi, dalam beberapa kasus, kapasitas konverter frekuensi dapat dipastikan terlebih dahulu, dan setelah peralatan beroperasi selama beberapa waktu, baru dapat dipilih berdasarkan arus aktual.
Bahasa Indonesia: Dalam sistem penggilingan sekunder dari pabrik semen dengan diameter 2,4m × 13m di sebuah perusahaan semen tertentu di Mongolia Dalam, ada satu pemilih bubuk efisiensi tinggi N-1500 O-Sepa yang diproduksi di dalam negeri, dilengkapi dengan motor listrik model Y2-315M-4 dengan daya 132kW. Namun, konverter frekuensi FRN160-P9S-4E dipilih, yang cocok untuk motor 4-kutub dengan daya 160kW. Setelah dioperasikan, frekuensi kerja maksimum adalah 48Hz, dan arus hanya 180A, yang kurang dari 70% dari arus pengenal motor. Motor itu sendiri memiliki kapasitas surplus yang cukup besar. Dan spesifikasi konverter frekuensi satu tingkat lebih besar dari motor penggerak, yang menyebabkan pemborosan yang tidak perlu dan tidak meningkatkan keandalan.
Sistem pengumpan penghancur batu kapur No. 3 di Pabrik Semen Anhui Chaohu menggunakan pengumpan pelat 1500 × 12000, dan motor penggeraknya menggunakan motor AC Y225M-4 dengan daya pengenal 45 kW dan arus pengenal 84,6 A. Sebelum transformasi pengaturan kecepatan konversi frekuensi, melalui pengujian ditemukan bahwa ketika pengumpan pelat menggerakkan motor secara normal, arus tiga fasa rata-rata hanya 30 A, yang hanya 35,5% dari arus pengenal motor. Untuk menghemat investasi, dipilih konverter frekuensi ACS601-0060-3, yang memiliki arus keluaran pengenal 76 A dan cocok untuk motor 4 kutub dengan daya 37 kW, sehingga menghasilkan kinerja yang baik.
Kedua contoh ini menggambarkan bahwa untuk proyek renovasi yang awalnya tidak menggunakan konverter frekuensi, pemilihan kapasitas konverter frekuensi berdasarkan kondisi operasi aktual dapat mengurangi investasi secara signifikan.
Kesalahpahaman 3: Motor umum hanya dapat beroperasi pada kecepatan rendah dengan menggunakan konverter frekuensi di bawah kecepatan transmisi terukurnya
Teori klasik menyatakan bahwa batas atas frekuensi motor universal adalah 55 Hz. Hal ini disebabkan ketika kecepatan motor perlu diatur di atas kecepatan pengenal untuk operasi, frekuensi stator akan meningkat di atas frekuensi pengenal (50 Hz). Pada titik ini, jika prinsip torsi konstan masih diikuti untuk pengendalian, tegangan stator akan meningkat melebihi tegangan pengenal. Jadi, ketika rentang kecepatan lebih tinggi dari kecepatan pengenal, tegangan stator harus dijaga konstan pada tegangan pengenal. Pada titik ini, seiring dengan peningkatan kecepatan/frekuensi, fluks magnet akan berkurang, yang mengakibatkan penurunan torsi pada arus stator yang sama, pelunakan karakteristik mekanis, dan penurunan signifikan pada kapasitas beban lebih motor.
Dari sini, dapat dilihat bahwa batas atas frekuensi motor universal adalah 55Hz, yang merupakan prasyarat:
1. Tegangan stator tidak boleh melebihi tegangan pengenal;
2. Motor beroperasi pada daya terukur;
3. Beban torsi konstan.
Dalam situasi di atas, teori dan percobaan telah membuktikan bahwa jika frekuensi melebihi 55 Hz, torsi motor akan berkurang, karakteristik mekanis akan menjadi lebih lunak, kapasitas kelebihan beban akan berkurang, konsumsi besi akan meningkat dengan cepat, dan pemanasan akan parah.
Penulis berpendapat bahwa kondisi operasi aktual motor listrik menunjukkan bahwa motor serbaguna dapat dipercepat melalui konverter frekuensi. Dapatkah kecepatan frekuensi variabel ditingkatkan? Seberapa besar peningkatannya? Hal ini terutama ditentukan oleh beban yang ditarik oleh motor listrik. Pertama, perlu ditentukan berapa laju bebannya? Kedua, perlu dipahami karakteristik beban dan melakukan perhitungan berdasarkan situasi spesifik beban tersebut. Berikut analisis singkatnya:
1. Faktanya, untuk motor universal 380V, dimungkinkan untuk beroperasi dalam jangka waktu lama ketika tegangan stator melebihi 10% dari tegangan pengenal, tanpa memengaruhi isolasi dan masa pakai motor. Tegangan stator meningkat, torsi meningkat secara signifikan, arus stator menurun, dan suhu belitan menurun.
2. Tingkat beban motor listrik biasanya 50% hingga 60%
Umumnya, motor industri beroperasi pada 50% hingga 60% dari daya pengenalnya. Berdasarkan perhitungan, ketika daya keluaran motor mencapai 70% dari daya pengenalnya dan tegangan stator meningkat 7%, arus stator berkurang 26,4%. Pada saat ini, meskipun torsi dikontrol secara konstan dan kecepatan motor ditingkatkan 20% dengan konverter frekuensi, arus stator tidak hanya tidak meningkat, tetapi juga menurun. Meskipun rugi-rugi besi motor meningkat tajam setelah frekuensi dinaikkan, panas yang dihasilkan dapat diabaikan dibandingkan dengan panas yang berkurang akibat penurunan arus stator. Oleh karena itu, suhu belitan motor juga akan menurun secara signifikan.
3. Terdapat berbagai karakteristik beban
Sistem penggerak motor listrik melayani beban, dan beban yang berbeda memiliki karakteristik mekanis yang berbeda pula. Motor listrik harus memenuhi persyaratan karakteristik mekanis beban setelah akselerasi. Berdasarkan perhitungan, frekuensi operasi maksimum yang diizinkan (fmaks) untuk beban torsi konstan pada laju beban yang berbeda (k) berbanding terbalik dengan laju beban, yaitu fmaks = fe/k, dengan fe adalah frekuensi daya pengenal. Untuk beban daya konstan, frekuensi operasi maksimum yang diizinkan untuk motor umum terutama dibatasi oleh kekuatan mekanis rotor dan poros motor. Penulis berpendapat bahwa umumnya disarankan untuk membatasinya hingga 100 Hz.
Contoh aplikasi:
Konveyor bucket rantai di pabrik tertentu memiliki beban torsi konstan, dan karena peningkatan produksi, kecepatan motornya perlu ditingkatkan sebesar 20%. Model motornya adalah Y180L-6, dengan daya pengenal 15 kW, tegangan pengenal 380 V, arus pengenal 31,6 A, kecepatan pengenal 980r/menit, efisiensi 89,5%, faktor daya 0,81, arus operasi 18-20 A, daya operasi maksimum 7,5 kW dalam kondisi normal, dan tingkat beban 50%. Setelah memasang konverter frekuensi CIMR-G5A4015, frekuensi operasinya adalah 60 Hz, kecepatannya ditingkatkan sebesar 20%, tegangan output maksimum konverter frekuensi diatur ke 410 V, arus operasi motor adalah 12-15 A, yang menurun sekitar 30%, dan suhu lilitan motor menurun secara signifikan.
Kesalahpahaman 4: Mengabaikan karakteristik bawaan konverter frekuensi
Pekerjaan debugging konverter frekuensi biasanya diselesaikan oleh distributor, dan tidak akan ada masalah. Pemasangan konverter frekuensi relatif sederhana dan biasanya diselesaikan oleh pengguna. Beberapa pengguna tidak membaca manual pengguna konverter frekuensi dengan saksama, tidak mengikuti persyaratan teknis konstruksi secara ketat, mengabaikan karakteristik konverter frekuensi itu sendiri, menyamakannya dengan komponen kelistrikan umum, dan bertindak berdasarkan asumsi dan pengalaman, sehingga menimbulkan risiko tersembunyi berupa kesalahan dan kecelakaan.
Sesuai panduan pengguna konverter frekuensi, kabel yang terhubung ke motor harus berupa kabel berpelindung atau kabel berlapis baja, sebaiknya diletakkan dalam tabung logam. Ujung-ujung kabel yang dipotong harus serapi mungkin, segmen yang tidak berpelindung harus sependek mungkin, dan panjang kabel tidak boleh melebihi jarak tertentu (biasanya 50 m). Jika jarak kabel antara konverter frekuensi dan motor panjang, arus bocor harmonik yang tinggi dari kabel akan berdampak buruk pada konverter frekuensi dan peralatan di sekitarnya. Kabel grounding yang dikembalikan dari motor yang dikendalikan oleh konverter frekuensi harus dihubungkan langsung ke terminal grounding yang sesuai pada konverter frekuensi. Kabel grounding konverter frekuensi tidak boleh digunakan bersama dengan mesin las dan peralatan listrik, dan harus sependek mungkin. Akibat arus bocor yang dihasilkan oleh konverter frekuensi, jika terlalu jauh dari titik grounding, potensial terminal grounding akan tidak stabil. Luas penampang minimum kabel grounding konverter frekuensi harus lebih besar atau sama dengan luas penampang kabel catu daya. Untuk mencegah gangguan pengoperasian, kabel kontrol sebaiknya menggunakan kabel berpelindung pilin atau kabel berpelindung untai ganda. Selain itu, berhati-hatilah agar kabel jaringan berpelindung tidak menyentuh kabel sinyal dan casing peralatan lain, serta balut dengan pita isolasi. Untuk menghindari gangguan, panjang kabel kontrol tidak boleh melebihi 50 m. Kabel kontrol dan kabel motor harus diletakkan terpisah, menggunakan baki kabel terpisah, dan dijaga sejauh mungkin. Saat keduanya harus bersilangan, keduanya harus disilangkan secara vertikal. Jangan pernah meletakkannya di jalur pipa atau baki kabel yang sama. Namun, beberapa pengguna tidak sepenuhnya mengikuti persyaratan di atas saat meletakkan kabel, yang mengakibatkan peralatan berjalan normal selama proses debugging individual, tetapi menyebabkan gangguan serius selama produksi normal, sehingga tidak dapat beroperasi.
Jika pengukur suhu udara sekunder di pabrik semen tiba-tiba menunjukkan pembacaan abnormal, artinya nilai yang ditunjukkan sangat rendah dan berfluktuasi secara signifikan. Sebelumnya, alat ini berfungsi dengan sangat baik. Setelah memeriksa termokopel, pemancar suhu, dan instrumen sekunder, tidak ditemukan masalah. Apa saja masalahnya? Ketika instrumen dipindahkan ke titik pengukuran lain, alat ini beroperasi sepenuhnya normal. Namun, ketika instrumen serupa dari titik pengukuran lain diganti di titik ini, fenomena yang sama juga terjadi. Kemudian, ditemukan bahwa konverter frekuensi baru telah dipasang pada motor kipas pendingin No. 3 di pendingin kisi, dan baru setelah konverter frekuensi digunakan, pengukur suhu udara sekunder menunjukkan pembacaan abnormal. Hentikan konverter frekuensi dan segera kembalikan pengukur suhu udara sekunder ke normal. Setelah konverter frekuensi dihidupkan ulang, pengukur suhu udara sekunder kembali menunjukkan pembacaan abnormal. Setelah pengujian berulang kali, dipastikan bahwa gangguan dari konverter frekuensi merupakan penyebab langsung dari tampilan abnormal pada pengukur suhu udara sekunder. Kipas ini merupakan ventilator sentrifugal yang awalnya menggunakan katup untuk mengatur volume udara, tetapi kemudian diubah menjadi pengaturan kecepatan frekuensi variabel. Karena banyaknya debu dan lingkungan yang keras di lokasi, konverter frekuensi dipasang di ruang kendali MCC (Pusat Kontrol Motor). Demi kemudahan konstruksi, konverter frekuensi dihubungkan ke sisi bawah kontaktor utama kipas, dan kabel keluaran konverter frekuensi menggunakan kabel daya motor kipas. Kabel daya motor kipas adalah kabel berselubung baja non-lapis baja berinsulasi PVC, dan diletakkan sejajar dengan kabel sinyal pengukur suhu udara sekunder di beberapa lapisan jembatan pada parit kabel yang sama. Terlihat bahwa justru karena kabel keluaran konverter frekuensi tidak menggunakan kabel berlapis baja atau diletakkan melalui pipa besi, fenomena interferensi terjadi. Pelajaran ini perlu mendapat perhatian khusus pada proyek renovasi yang awalnya tidak menggunakan konverter frekuensi.
Perawatan harian konverter frekuensi juga perlu mendapat perhatian khusus. Beberapa teknisi listrik segera menyalakan konverter frekuensi untuk perawatan segera setelah mendeteksi kerusakan dan memicunya. Hal ini sangat berbahaya dan dapat mengakibatkan kecelakaan sengatan listrik. Hal ini karena meskipun konverter frekuensi tidak beroperasi atau catu daya terputus, tegangan pada saluran input daya, terminal DC, dan terminal motor konverter frekuensi mungkin masih ada karena adanya kapasitor. Setelah sakelar dilepas, perlu menunggu beberapa menit agar konverter frekuensi benar-benar habis sebelum mulai bekerja. Beberapa teknisi listrik terbiasa segera melakukan uji isolasi pada motor yang digerakkan oleh sistem penggerak frekuensi variabel menggunakan meja goyang ketika mereka melihat sistem trip, untuk menentukan apakah motor telah terbakar. Hal ini juga sangat berbahaya, karena dapat dengan mudah menyebabkan konverter frekuensi terbakar. Oleh karena itu, sebelum melepaskan kabel antara motor dan konverter frekuensi, pengujian isolasi tidak boleh dilakukan pada motor, maupun pada kabel yang sudah terhubung ke konverter frekuensi.