4.2.3.2.3 Penyearah fasa-tiga terkendali
4.2.5 Kontrol Kecepatan dan Daya Motor Induksi
Fasa Tiga
Motor induksi fasa tiga, khususnya motor induksi rotor sangkar tupai merupakan salah satu jenis motor yang paling banyak digunakan di industri.
Kelebihan dari motor ini, di antaranya adalah konstruksinya yang sederhana dan kuat serta memerlukan sangat sedikit pemeliharaan sebagaimana pada motor DC.
Berbeda dengan motor DC yang kecepatannya dapat dikendalikan dengan mudah (yaitu melalui pengaturan tegangan armatur dan pengaturan arus eksitasinya), pengaturan kecepatan motor induksi fasa tiga memerlukan penanganan yang jauh lebih kompleks dan ini merupakan salah satu kelemahan dari motor induksi. Motor DC mempunyai dua sumber, yaitu tegangan armatur dan arus eksitasi, sedangkan motor induksi a)
b)
hanya mempunyai satu sumber, yaitu sumber tegangan stator. Kecepatan motor induksi ditentukan oleh frekuensi tegangan masukan dan jumlah kutub motor seperti yang dijelas kan dengan rumus:
N = 120 f/P di mana:
N = kecepatan putaran rotor, f = frekuensi tegangan sumber, P = jumlah kutub motor (ditentukan
oleh belitan stator).
Jadi, berdasarkan formula di atas dapat dikatakan bahwa kecepatan putaran motor induksi dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu pengubahan jumlah ku- tub dan pengubahan frekuensi tegangan masukan ke stator motor. Karena jumlah kutub ditentukan oleh belitan statornya, maka pengubahan kutub ini hanya bisa dilakukan melalui desain belitan stator motor, sedangkan untuk pengaturan fre- kuensi dan tegangan masukan memer- lukan pengubah frekuensi tengangan
masukkan stator. Unit pengatur ini umum juga disebut sebagai inverter.
Pengaturan kutub banyak digunakan pa- da beban-beban yang dalam operasinya memerlukan beberapa kecepatan yang berbeda, misalnya kecepatan rendah dan kecepatan tinggi. Sedangkan peng- aturan frekuensi pada motor induksi ba- nyak diterapkan untuk beban-beban yang memerlukan pengaturan kecepat- an dari nol sampai dengan maksimal seperti yang diterapkan di bidang trans- portasi seperti kereta listrik.
4.2.5.1 Macam-Macam Skema Kontrol Kecepatan Motor Induksi
Kecepatan motor induksi dapat diken- dalikan dari sumber AC maupun DC.
Berikut ini adalah beberapa macam skema pengendalian kecepatan motor induksi yang memberikan masukan frekuensi dan tegangan variabel ke stator motor.
Gambar 4.54 merupakan skema kontrol kecepatan motor induksi dengan catu daya dc tegangan tetap. Proses pengubahan ini dilakukan sebagai berikut. Catu daya DC tegangan tetap diubah menjadi tegangan dc tegangan variabel melalui DC-Chopper. Tegangan DC variabel ini setelah melalui filter dialirkan ke inverter sehingga menghasilkan keluaran ac dengan frekuensi dan tegangan variabel.
Keluaran frekuensi dan tegangan variabel menjadi masukan motor induksi sehingga kecepatan motor dapat diatur dengan leluasa.
Gambar 4.55 menunjukkan skema kontrol kecepatan motor induksi dengan menggunakan catu daya DC dan inverter pulse-width modulation (PWM).
Catu daya DC tegangan tetap diubah langsung menjadi tegangan ac frekuensi
dan tegangan variabel. Hasil pengubah- an ini kemudian digunakan sebagai catu daya motor induksi.
Untuk kendali kecepatan dengan catu daya AC tegangan dan frekuensi tetap ditunjukkan pada gambar 4.56 dan 4.57.
Gambar 4.56 menunjukkan skema kontrol dengan menggunakan inverter frekuensi variabel sedangkan Gambar 4.57 menggunakan inverter PWM. Pada skema kontrol dengan inverter frekuensi variabel kita memerlukan unit penyearah terkontrol sedangkan yang mengguna- kan PWM cukup dengan penyearah biasa. Keluaran dari kedua skema yang terakhir sama dengan keluaran pada dua skema kontrol terdahulu.
Gambar 4.54 Skema kontrol kecepatan motor induksi dengan catu daya DC tegangan tetap
Gambar 4.55 Skema k ontrol kecepatan motor induksi dengan catu daya DC dan inverter PWM
Gambar 4.56 Skema kontrol kecepatan motor induksi dengan catu daya AC dan inverter frekuensi variabel
Gambar 4.57 Skema kontrol kecepatan motor induksi dengan catu daya AC dan inverter PWM
4.2.5.2 Diagram Kotak Kontrol Kecepatan Motor Induksi Fasa Tiga
Diagram kotak kontrol kecepatan motor induksi fasa tiga yang menggunakan sum- ber daya masukan fasa tiga ditunjukkan pada Gambar 4.58.Gambar 4.58 Diagram kotak sistem kontrol kecepatan motor induksi fasa tiga
Transformer Filter
Penyearah Terkendali AC 1 Fasa
atau 3 Fasa
Tegangan DC Variabel
ke Motor Induksi Inverter
frekuensi variabel
Transformer Penyearah Filter AC 1 Fasa
atau 3 Fasa
ke Motor Induksi Pulse Width
Modulated (PWM) Inverter
Penyearah
Terkendali Filter
Inverter
Fasa Tiga Motor
Induksi Beban
Elemen Kontrol dan Rangk.
Trigger
Transduser Kecepatan Input Ac
Fasa Tiga
Tegangan DC Variabel
Frekuensi Variabel Tegangan Variabel Voltage DC
Chopper Filter
Inverter Fasa
Tiga Catu
Daya DC
Tegangan DC Variabel
ke Motor Induksi
Inverter Pulse Width Modulated (PWM)
DC Variable Voltage ke
Motor Induksi Variable Frequency
Coba perhatikan baik-baik Gambar 4.58.
Dalam skema kontrol ini kecepatan motor merupakan subyek dari pengontrolan. Proses pengontrolan dilakukan sebagai berikut:
1. Sumber daya masukan AC fasa tiga tegangan dan frekuensi tetap diubah menjadi tegangan DC dengan tegangan yang bisa diatur-atur melalui penyearah terkendali.
Pengaturan pada penyearah ini dilakukan melalui pengaturan sudut penyulutan, sebagaimana telah dibahas pada bagian penyearah B6U, diatur melalui rangkaian trigger.
2. Untuk mengurangi faktor denyut keluaran penyearah diberi filter sehingga keluaran dc mempunyai kualitas yang lebih baik.
3. Keluaran dc ini kemudian diubah menjadi tegangan ac fasa tiga melalui sebuah inverter fasa tiga.
Pengubahan keluaran dc menjadi ac ini dilakukan melalui proses penyulutan yang dikendalikan oleh rangkaian trigger. Keluaran ac yang paling handal untuk pengendalian kecepatan motor induksi fasa tiga adalah frekuensi dan tegangan variabel, di mana ketika frekuensi dinaikkan atau diturunkan, tegangan akan mengikuti perubahan ini.
Keluaran ini dikatakan paling handal karena motor dapat diatur pada daerah kecepatan yang sangat lebar dan dengan efisiensi tetap tinggi.
4. Ketika motor induksi mendapat masukan tegangan dari inverter, maka sesuai dengan sifat-sifatnya, motor beroperasi pada kecepatan dan daya tertentu sesuai dengan jenis beban motor. Pout = T ?, di mana T = torsi poros (Nm), ? adalah kecepatan putar sudut (rad/detik) (?= 2 p N/60; N dalam putaran permenit). Jadi, pengaturan kecepatan yang dilakukan disini
sama artinya dengan pengaturan daya keluaran motor induksi.
5. Kecepatan putaran motor dideteksi dan diukur dengan menggunakan transduser kecepatan. Transduser ini mengubah variabel putaran menjadi sinyal analog atau digital yang proporsional terhadap kecepatan putaran motor.
6. Hasil pengukuran oleh transduser ini diinformasikan kepada elemen ken- dali.
7. Elemen kendali membandingkan antara sinyal hasil pengukuran (analog atau digital) dengan nilai putaran yang dikehendaki (setpoint).
Bila antara keduanya ada perbedaan maka elemen kontrol akan mengirimkan sinyal kontrol ke rangkaian trigger.
8. Rangkaian trigger ini akan memberi- kan sudut penyulutan sesuai dengan perintah elemen kontrol kepada penyearah dan inverter sehingga keluaran inverter berubah.
Proses ini terus berlanjut sampai terca- pai putaran motor sama dengan yang di- kehendaki (setpoint).