VFD: parameter dan komisioning

Bayangkan sebuah laundry komersial dengan mesin cuci ekstraktor berkapasitas 25 kg. Setiap kali drum mencapai kecepatan peras penuh lalu operator menekan tombol berhenti, layar -T1 menampilkan kode gangguan tegangan lebih dan drum meluncur sampai berhenti sendiri. Teknisi mengatur ulang dan mencoba lagi, hasilnya sama. Penyebabnya bukan VFD yang rusak atau jaringan yang bermasalah, melainkan parameter pengereman dan perlambatan yang masih dalam setelan pabrik, yang tidak dirancang untuk beban berinersia tinggi seperti drum laundry.

Bab VFD: prinsip kerja dan pemilihan membahas mengapa frekuensi diubah, bagaimana inverter membentuk tegangan keluaran dengan modulasi lebar pulsa, dan cara memilih VFD; di sini VFD yang sudah dipilih disetel dan diuji sampai kinerjanya terbukti sebelum mesin diserahkan, mengikuti prinsip komisioning sebagai pembentukan bukti di Bab 52.

Batas pembahasan

Pembahasan mencakup VFD untuk motor induksi tiga fasa dengan suplai 230/400 V, 50 Hz, berdaya sekitar 0,75 kW sampai 22 kW sebagaimana umum dijumpai di laundry komersial dan industri ringan. Parameter yang dibahas bersifat netral merek: mengacu pada fungsi dan kelompok parameter, bukan kode atau nomor parameter merek tertentu. Manual pabrik tetap menjadi rujukan utama untuk urutan komisioning, rentang nilai, dan prosedur autotune. IEC 61800-2:2021 (Ed. 3.0) memberi kriteria rating, kinerja, fungsi, kondisi lingkungan, dan pengujian sistem penggerak kecepatan variabel AC. Kode komponen mengikuti IEC 81346-2:2019: -T1 VFD, -M1 motor, -R1 resistor rem, -Q1 kontaktor atau pemutus, -F1 sekering atau MCB, -W1 kabel.

Kabel motor, EMC, harmonisa, arus bocor, RCD, dan fungsi safe torque off (STO) dibahas pada bab VFD: instalasi, EMC, harmonisa, dan arus bocor. Uraian ini pembelajaran, bukan instruksi kerja bertegangan. Pengukuran pada VFD yang bertegangan hanya dilakukan personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD, dan pekerjaan pada terminal dilakukan setelah isolasi dan verifikasi bebas tegangan menurut Bab 2 · Keselamatan.

Data motor dari pelat nama dan autotune

Sebelum parameter lain disentuh, teknisi memasukkan data motor dari pelat nama ke kelompok parameter motor VFD: tegangan pengenal (V), arus pengenal (A), daya pengenal (kW), frekuensi pengenal (Hz), putaran pengenal (rpm), dan faktor daya ($\cos\varphi$) bila tersedia. Tegangan dan arus diambil untuk hubungan belitan yang benar-benar dipakai, bintang atau segitiga, seperti dijelaskan di Bab 52. Kesalahan memasukkan nilai ini, misalnya mengisi 230 V untuk motor yang dihubung bintang 400 V, membuat VFD memberi tegangan terlalu rendah pada frekuensi pengenal. Motor kekurangan fluks, sehingga untuk torsi yang sama arusnya naik; motor bekerja tidak efisien, cepat panas, atau trip beban lebih.

Setelah data pelat nama dimasukkan, langkah berikutnya adalah identifikasi otomatis (autotune). Autotune statis dilakukan tanpa memutar motor: VFD mengalirkan arus uji ke belitan untuk mengukur resistansi stator ($R_1$) dan induktansi bocor. Menurut manual yang mengizinkannya, autotune statis dapat dilakukan meskipun beban mekanis masih terhubung ke poros motor, selama tidak ada bahaya bila motor sedikit bergetar atau menghasilkan torsi kecil sesaat.

Autotune berputar memberikan hasil yang lebih akurat karena VFD juga mengukur arus tanpa beban, yang menentukan induktansi magnetisasi, dan memperbaiki perkiraan resistansi rotor ($R_2$). Prosedur ini memutar motor sampai kecepatan tertentu selama pengujian. Autotune berputar hanya dilakukan dengan motor terlepas dari beban mekanis atau dengan beban yang menurut manual masih diizinkan, pintu mesin terkunci, dan tidak ada orang di dekat bagian yang berputar. Melepas sabuk atau kopling adalah pekerjaan mekanis yang memerlukan isolasi menurut Bab 2 · Keselamatan. Hasilnya disimpan ke memori tak-volatil VFD.

Frekuensi, percepatan, perlambatan, dan kurva S

Frekuensi keluaran VFD dibatasi oleh dua parameter: frekuensi minimum dan frekuensi maksimum. Frekuensi minimum membatasi referensi terendah, misalnya untuk menjaga aliran minimum pompa atau membatasi operasi lama pada putaran rendah, ketika motor berpendingin sendiri kehilangan sebagian besar pendinginannya. Pada frekuensi rendah, susut tegangan pada resistansi stator menjadi besar dibanding tegangan yang diberikan, sehingga kendali V/f tanpa penguatan tegangan kehilangan torsi; mekanismenya ada di bab VFD: prinsip kerja dan pemilihan. Di atas frekuensi pengenal (frekuensi dasar), VFD tidak dapat menaikkan tegangan lagi, sehingga fluks dan torsi yang tersedia turun (daerah pelemahan medan). Frekuensi maksimum dibatasi kecepatan mekanis motor dari pabrikan dan kecepatan rancangan mesin; pada washer-extractor, frekuensi maksimum tidak boleh membuat drum melampaui kecepatan peras rancangan pabrik mesin, karena gaya sentrifugal naik sebanding dengan kuadrat kecepatan.

Waktu percepatan ($t_\text{acc}$) adalah durasi yang dibutuhkan VFD untuk menaikkan frekuensi dari 0 Hz ke frekuensi maksimum. Waktu perlambatan ($t_\text{dec}$) adalah kebalikannya. Pada banyak VFD kedua waktu itu mengacu pada frekuensi maksimum atau frekuensi acuan lain menurut manual, sehingga mengubah frekuensi maksimum ikut mengubah laju rampa yang sebenarnya. Nilai terlalu singkat menyebabkan arus besar saat percepatan dan tegangan lebih pada tautan DC (DC link) saat perlambatan. Nilai yang terlalu panjang hanya membuat mesin lambat merespons. Titik awal yang praktis adalah setelan pabrik mesin atau nilai yang panjang, kemudian dipersingkat bertahap sambil memantau arus dan tegangan tautan DC.

Kurva S (S-curve) menghaluskan transisi di awal dan akhir percepatan atau perlambatan sehingga perubahan torsi tidak mendadak. Pada mesin cuci, kurva S mengurangi beban kejut pada bantalan dan sambungan drum. Setelannya berupa persentase waktu rampa, dengan nilai awal dari manual. Bila waktu total rampa dipertahankan, bagian lurus di tengah menjadi lebih curam, sehingga torsi dan daya pengereman puncak sedikit naik. Kurva S tidak menggantikan waktu perlambatan yang memadai; keduanya bekerja bersama.

Frekuensi pensakelaran (frekuensi pembawa PWM) juga disetel saat komisioning. Nilai tinggi mengurangi riak arus dan bunyi motor, tetapi menambah rugi VFD, yang dapat menuntut penurunan rating arus menurut manual, dan menambah arus bocor kabel motor sebanding dengan frekuensi dan panjang kabel. Nilai rendah membalik semua akibat itu. Nilai dipilih di dalam batas manual untuk panjang kabel terpasang; akibatnya bagi RCD dan EMC dibahas pada bab VFD: instalasi, EMC, harmonisa, dan arus bocor.

Batas arus dan proteksi termal motor elektronik

VFD memiliki dua lapisan proteksi arus yang berbeda fungsi. Pertama, batas arus keluaran (current limit) yang membatasi arus sesaat; bila arus melebihi ambang ini, VFD menahan rampa atau menurunkan frekuensi keluaran alih-alih langsung trip. Parameter ini biasanya dinyatakan sebagai persentase arus pengenal VFD atau motor, menurut merek.

Kedua, proteksi termal motor elektronik (electronic thermal overload, ETO). Fungsinya meniru relai beban lebih, dengan model termal yang memperhitungkan riwayat pembebanan. Setelan yang wajib dilakukan adalah memasukkan arus pengenal motor dari pelat nama sebagai arus acuan ETO. Bila arus acuan dibiarkan pada nilai bawaan pabrik (default), yang sering setara arus pengenal VFD itu sendiri, motor yang lebih kecil tidak terlindungi: VFD hanya trip ketika arus mendekati batas VFD, bukan batas motor. Karena pendinginan motor berpendingin sendiri turun bersama kecepatan, motor dapat panas walaupun arusnya tidak melebihi arus pengenal. Sebagian VFD menyediakan penurunan ambang ETO pada kecepatan rendah; bila tidak ada, atau motor lama bekerja pelan dengan torsi tetap, termistor belitan menjadi pelindung yang membaca suhu langsung.

Sebagian VFD juga menyediakan pilihan kelas trip yang meniru kelas relai beban lebih IEC 60947-4-1, antara lain 10A, 10, 20, dan 30. Kelas dipilih dengan logika yang sama seperti relai beban lebih di bab proteksi motor: proteksi tidak boleh trip selama percepatan normal dengan beban terberat, tetapi harus memutus sebelum batas tahan panas motor terlampaui. Pada VFD arus percepatan dibatasi batas arus, jauh di bawah titik uji 7,2 kali arus setelan pada bab itu, sehingga syarat pertama diperiksa pada arus percepatan sebenarnya dengan kurva ETO dari manual. Pada contoh kerja di bawah, torsi percepatan 0,89 $T_\text{N}$ membuat arus kira-kira tidak melebihi arus pengenal, sehingga kelas trip tidak menentukan saat percepatan. ETO elektronik pada VFD tidak menggantikan sekering atau MCB -F1 di sisi suplai VFD, yang menurut manual melindungi dari hubung pendek; keduanya tetap diperlukan.

Sumber perintah dan referensi kecepatan

VFD dapat menerima perintah jalan dan berhenti serta referensi kecepatan dari berbagai sumber. Pemilihan sumber yang salah sering membuat mesin tidak merespons saat tombol ditekan, atau justru berputar tanpa diperintah. Ada tiga kelompok: sumber lokal (panel VFD), terminal digital dan analog, dan jaringan komunikasi. Buku ajar korpus menyebut pilihan yang sama, termasuk referensi dari memori preset.

Sumber lokal memakai tombol RUN/STOP dan potensiometer pada panel VFD. Cara ini hanya cocok untuk pengujian dan komisioning awal; pada instalasi permanen, kendali dari panel mesin atau PLC lebih diinginkan. Berpindah dari lokal ke jarak jauh ketika perintah jalan dari terminal masih aktif dapat langsung menjalankan motor, dan tombol STOP panel dapat tidak aktif dalam mode jarak jauh; stop darurat tetap rangkaian perangkat keras tersendiri. Sumber terminal digital memakai sinyal 24 V DC dari kontak relai kendali atau keluaran PLC yang tersambung ke masukan digital VFD. Pada contoh urutan cuci di bab pemrograman PLC, PLC hanya memberi dua perintah diskret ke -T1, yaitu cuci dan peras, yang di VFD memilih dua kecepatan preset. Referensi kecepatan analog dapat berupa potensiometer eksternal atau sinyal 0–10 V, atau loop arus 4–20 mA.

Sinyal analog 4–20 mA dipilih untuk instalasi dengan kabel panjang karena arus dalam lingkar seri sama di setiap titik, sehingga susut tegangan kabel tidak mengubah nilainya selama tegangan catu cukup. Sinyal 0–10 V lebih peka terhadap derau induksi dan beda potensial pada konduktor 0 V bersama, dan kabel putus terbaca 0 V, yaitu referensi minimum yang sah. Pemetaan 4 mA dan 20 mA ke kecepatan minimum dan maksimum disetel di VFD. Bila kabel sinyal putus, arus turun ke 0 mA, dan VFD dapat dikonfigurasi untuk mendeteksi arus di bawah ambang tertentu sebagai kehilangan sinyal referensi. Untuk mesin yang terhubung ke PLC atau SCADA, sumber jaringan memberi integrasi penuh; Modbus RTU dan TCP dibahas di bab PLC lanjutan.

Reaksi saat sinyal, komunikasi, atau suplai hilang

Deteksi kehilangan sinyal 4–20 mA adalah fungsi diagnostik, bukan fungsi keselamatan. Ambangnya disetel menurut manual; untuk transmiter yang mengikuti NAMUR NE 43, arus 3,6 mA atau kurang sudah merupakan sinyal kegagalan. Reaksinya dipilih dari analisis risiko, sama seperti pengawas komunikasi pada bab PLC lanjutan: berhenti terkendali, memutus keluaran, atau berputar pada kecepatan tetap yang disetel. Pilihan "lanjut pada kecepatan terakhir" tidak dipakai, karena nilainya ditentukan kebetulan saat sinyal atau komunikasi putus. Untuk sumber jaringan, waktu pengawas komunikasi di VFD disetel di atas selang penulisan referensi oleh PLC ditambah waktu ulangan, dan referensi ditulis berulang dengan selang tetap, bukan hanya saat berubah.

VFD umumnya memiliki fungsi start ulang otomatis setelah suplai pulih dan reset gangguan otomatis. Untuk motor instalasi, PUIL 2020 5100.5.7.6 meminta start kembali otomatis yang berbahaya setelah penurunan tegangan atau pemutusan suplai dicegah, dan 5100.5.4.8 melarang gawai proteksi beban lebih yang mengulang start otomatis setelah trip, kecuali diizinkan untuk motor yang diproteksi, serta start ulang otomatis yang dapat mengakibatkan kecelakaan. Untuk perlengkapan listrik mesin, padanannya IEC 60204-1, seperti diuraikan pada bab kendali motor dengan PLC. Pada mesin yang dapat didekati orang, kedua fungsi itu dinonaktifkan kecuali penilaian risiko menyatakan aman, dan setelannya dicatat serta diperiksa ulang setiap kali parameter diganti, sesuai bab isolasi instalasi.

Pengereman: DC, resistor rem, dan chopper

Saat VFD menurunkan frekuensi keluaran lebih cepat daripada perlambatan alami beban, motor induksi bekerja sebagai generator dan mengembalikan energi ke tautan DC. Pada VFD berpenyearah dioda, energi itu tidak dapat kembali ke jaringan, sehingga tegangan tautan DC naik. Bila kenaikan ini melampaui ambang tegangan lebih, VFD melindungi dirinya dengan menghentikan pensakelaran dan mengeluarkan kode gangguan tegangan lebih; inilah yang dialami mesin ekstraktor di awal bab. Buku ajar korpus menjelaskan mekanisme yang sama dan menyebut resistor rem sebagai penyelesaiannya.

Mode stop menentukan apa yang dilakukan VFD ketika perintah jalan hilang: memperlambat menurut $t_\text{dec}$ atau melepas torsi dan membiarkan motor meluncur. Pada drum peras di bab stop darurat, perlambatan terkendali memberi kategori stop 1 dengan waktu henti 7,4 s, sedangkan meluncur memerlukan 62,8 s. Waktu perlambatan yang disetel adalah permintaan, bukan jaminan. Banyak VFD memiliki pengendali tegangan lebih yang menahan rampa ketika tegangan tautan DC naik; fungsi ini mencegah trip, tetapi waktu henti menjadi lebih panjang daripada $t_\text{dec}$, dan pada sebagian VFD manual meminta fungsi itu dinonaktifkan bila resistor rem dipasang. Setelah trip tegangan lebih drum meluncur, dan frekuensi keluaran nol tidak membuktikan drum diam, sehingga PLC membaca sensor putaran. Pada motor dengan rem mekanis, koil rem dikendalikan keluaran relai VFD atau kontaktor tersendiri menurut data penggerak, supaya rem terlepas setelah torsi terbentuk dan menutup sebelum keluaran padam.

Pengereman DC (DC injection braking) mengalirkan arus DC ke belitan stator saat motor mendekati frekuensi nol. Arus ini menghasilkan medan tetap yang mengerem rotor secara elektromagnetis. Pengereman DC efektif untuk menuntaskan penghentian dan menahan poros agar tidak meluncur pelan setelah frekuensi nol tercapai. Energi kinetiknya berubah menjadi panas di rotor dan stator motor itu sendiri, sehingga untuk penghentian berulang beban berinersia tinggi seperti drum ekstraktor besar batas panas motor cepat tercapai.

Untuk beban berinersia tinggi, penyelesaiannya adalah resistor rem (braking resistor) yang dihubungkan ke terminal resistor rem VFD dan dikendalikan oleh pemotong rem (chopper), yaitu transistor pensakelar di VFD. Ketika tegangan tautan DC naik melebihi ambang chopper, chopper menghubungkan resistor rem -R1 ke tautan DC, dan energi berlebih diubah menjadi panas. Ambang itu ditetapkan pabrik di atas puncak tegangan suplai tertinggi yang diizinkan, misalnya di atas $1{,}1 \times 400\sqrt{2} = 622$ V untuk suplai 400 V +10 %, supaya chopper tidak bekerja karena tegangan jaringan saja. Energi kinetik drum dinyatakan oleh rumus:

$$E_\text{k} = \tfrac{1}{2}\,J\,\omega^2, \qquad \omega = \frac{2\pi n}{60}$$

dengan $E_\text{k}$ energi kinetik (J), $J$ momen inersia (kg·m²) dilihat dari poros yang sama dengan $\omega$, $\omega$ kecepatan sudut (rad/s), dan $n$ putaran (rpm). Dengan rampa linear dan torsi hambat $T_\text{r}$ (N·m), torsi perlambatan total dan bagian yang diserap penggerak adalah

$$T_\text{total} = \frac{J\,\omega}{t_\text{dec}}, \qquad T_\text{b} = T_\text{total} - T_\text{r}, \qquad E_\text{b} = E_\text{k}\,\frac{T_\text{b}}{T_\text{total}}, \qquad P_\text{puncak} = T_\text{b}\,\omega$$

Daya pengereman turun linear dari $P_\text{puncak}$ di awal ke nol, sehingga daya rata-rata selama perlambatan $E_\text{b}/t_\text{dec}$ sama dengan setengah daya puncak. Resistor harus mampu menerima daya puncak pada tegangan ambang $U_\text{DC}$ (V), sehingga resistansinya dibatasi dari atas:

$$R_\text{maks} = \frac{U_\text{DC}^2}{P_\text{puncak}}$$

Asumsinya rugi motor dan inverter diabaikan, sehingga hasilnya berada di sisi aman. Nilai resistansi yang terlalu tinggi membuat chopper tidak mampu membuang daya cukup cepat; nilai yang lebih rendah dari resistansi minimum di manual menyebabkan arus berlebih melalui chopper. Terminal dan kabel resistor rem tersambung ke tautan DC, sehingga ikut bertegangan tinggi, dan resistor dapat mencapai suhu sangat tinggi; resistor dipasang di lokasi berventilasi baik dengan pelindung sentuh, jauh dari kabel lain dan bahan mudah terbakar.

Pembacaan kode gangguan dan langkah awal diagnosis

VFD mencatat kode gangguan (fault code) setiap kali kondisi abnormal menyebabkan penghentian. Kode spesifik merek tidak dibahas; pemahaman kategori gangguan sudah mengarahkan diagnosis. Lima kategori utama adalah arus lebih, tegangan lebih, tegangan kurang, panas lebih, dan beban lebih motor.

Setelah kategori gangguan dikenali, langkah awal selalu sama: kode gangguan dan riwayat operasi dari log VFD dicatat sebelum reset. Log sering menunjukkan pola, misalnya tegangan lebih yang selalu muncul beberapa detik setelah perlambatan dimulai. Reset berulang tanpa menganalisis log tidak dilakukan, karena setiap percobaan membebani komponen yang mungkin sudah rusak.

Daftar periksa komisioning dan pencatatan parameter

Daftar periksa berikut mengikuti urutan praktik komisioning VFD di silabus korpus: identifikasi terminal, kembali ke nilai bawaan, komisioning cepat, lalu uji jalan, arah, jog, pengereman, dan pengaturan kecepatan. Buku ajar korpus juga menguji VFD dengan analisator daya dan takometer pada beberapa frekuensi; pengukuran bertegangan itu hanya oleh personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD, dan hubungan belitan mengikuti pelat nama, bukan selalu bintang. Catatan komisioning menjadi acuan pembanding untuk diagnosis kelak.

Contoh kerja: menyetel percepatan dan resistor rem untuk drum yang trip tegangan lebih

Data (ilustrasi). Drum peras dari bab stop darurat: $J = 6{,}0$ kg·m² dilihat dari poros drum, sudah termasuk rotor motor yang dipantulkan, $n = 800$ rpm, torsi hambat $T_\text{r} = 8$ N·m. Motor -M1 dari bab pengereman motor: 5,5 kW, 400 V, 11 A, 50 Hz, 1.440 rpm, perbandingan sabuk 1,8; kecepatan peras dicapai pada 50 Hz, yang juga menjadi frekuensi maksimum. VFD -T1 disuplai 400 V tiga fasa, kapasitor tautan DC 470 µF, ambang chopper $U_\text{DC} = 700$ V (ilustrasi). Mesin trip tegangan lebih setiap kali berhenti dari peras karena resistor rem belum terpasang dan fungsi chopper belum diaktifkan.

Langkah 1: kecepatan sudut dan energi kinetik.

$$\omega = \frac{2\pi \times 800}{60} = 83{,}8\ \text{rad/s}, \qquad E_\text{k} = \tfrac{1}{2} \times 6{,}0 \times 83{,}8^2 = 21{,}1\ \text{kJ}$$

Langkah 2: waktu percepatan. Torsi pengenal motor $T_\text{N} = 5\,500/150{,}8 = 36{,}5$ N·m, atau $36{,}5 \times 1{,}8 = 65{,}7$ N·m di poros drum dengan rugi sabuk diabaikan. Bila percepatan dibatasi pada torsi pengenal, supaya arus kira-kira tidak melebihi arus pengenal,

$$t_\text{acc,min} = \frac{J\,\omega}{T_\text{N,drum} - T_\text{r}} = \frac{6{,}0 \times 83{,}8}{65{,}7 - 8} = 8{,}7\ \text{s}$$

Setelan dibulatkan ke arah aman menjadi 10 s. Torsi motor yang diperlukan menjadi $(6{,}0 \times 83{,}8/10 + 8)/1{,}8 = 32{,}4$ N·m, sekitar 0,89 $T_\text{N}$. Mesin nyata menaikkan kecepatan bertahap melalui distribusi muatan; hitungan ini memeriksa rampa terakhir.

Langkah 3: mengapa trip tanpa resistor. Tegangan tautan DC normal sekitar $400\sqrt{2} = 566$ V. Kapasitor 470 µF hanya menampung $\tfrac{1}{2} \times 470 \times 10^{-6} \times (700^2 - 566^2) = 40$ J sebelum mencapai 700 V, yaitu 0,2 % energi drum. Pada daya pengereman beberapa kilowatt, kapasitor penuh dalam beberapa milidetik, sehingga, bila pengendali tegangan lebih tidak aktif, trip terjadi hampir segera setelah perlambatan dimulai.

Langkah 4: waktu perlambatan. Tunda pelepasan daya 10 s di bab stop darurat dihitung dari waktu henti kategori 1 sebesar 7,4 s dengan torsi pengereman 60 N·m di poros drum. Setelan $t_\text{dec}$ yang sesuai:

$$t_\text{dec} = \frac{J\,\omega}{T_\text{b} + T_\text{r}} = \frac{6{,}0 \times 83{,}8}{60 + 8} = 7{,}4\ \text{s}$$

Torsi pengereman di poros motor $60/1{,}8 = 33{,}3$ N·m, sekitar 0,91 $T_\text{N}$, masih dalam kemampuan motor dan batas arus.

Langkah 5: energi dan daya ke resistor.

$$E_\text{b} = 21{,}1 \times \frac{60}{68} = 18{,}6\ \text{kJ}, \qquad P_\text{puncak} = 60 \times 83{,}8 = 5{,}0\ \text{kW}, \qquad P_\text{rata-rata} = \frac{18{,}6}{7{,}4} = 2{,}5\ \text{kW}$$

Angka ini sama dengan bab stop darurat dan bab pengereman motor.

Langkah 6: resistansi.

$$R_\text{maks} = \frac{U_\text{DC}^2}{P_\text{puncak}} = \frac{700^2}{5\,027} = 97{,}5\ \Omega$$

Resistor dipilih dengan $R \le 97$ Ω dan tidak kurang dari resistansi minimum di manual VFD. Bila manual menyebut minimum 56 Ω (ilustrasi), resistor 82 Ω memenuhi: daya pada ambang $700^2/82 = 5{,}98$ kW melebihi 5,0 kW, dan arus chopper $700/82 = 8{,}5$ A.

Langkah 7: rating daya resistor. Resistor tidak dipilih dari daya puncak. Ada dua pemeriksaan terhadap data pabrikan resistor: energi pulsa 18,6 kJ dalam 7,4 s terhadap kurva beban pulsa, dan daya rata-rata sepanjang siklus terhadap rating kontinu. Pada siklus cuci sederhana di bab pemrograman PLC, yang lamanya 279 s dengan satu kali henti peras, daya rata-rata $18{,}6\ \text{kJ}/279\ \text{s} = 67$ W. Siklus nyata dihitung dengan jumlah henti per jam yang sebenarnya.

Langkah 8: verifikasi. Setelah -R1 dipasang dan chopper diaktifkan, waktu henti diukur dengan muatan ringan dan penuh, lalu dibandingkan dengan 7,4 s dan tunda pelepasan daya 10 s; yang dibandingkan adalah waktu terukur, karena kurva S pada sebagian VFD dan pengendali tegangan lebih memperpanjangnya. Bila $t_\text{dec}$ kelak diperpanjang, tunda pelepasan daya dan logika kunci pintu ikut ditinjau, karena pelepasan daya sebelum perlambatan selesai membuat drum meluncur.

Contoh kerja lapangan

Contoh di bawah memakai rumus dan aturan bab ini; angka yang bukan dari sumber ditandai angka latihan, dan hitungannya dicatat di peta sumber pengembangan. Setelan diubah hanya oleh teknisi yang ditugaskan, dan pengukuran pada VFD bertegangan hanya oleh personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD.

Contoh 1: laju rampa setelah frekuensi maksimum diubah. VFD pompa booster air bersih sebuah hotel memakai $t_\text{acc} = 10$ s yang menurut manualnya mengacu pada frekuensi maksimum 50 Hz (angka latihan). Teknisi menaikkan frekuensi maksimum ke 55 Hz tanpa menyentuh $t_\text{acc}$:

$$\frac{50}{10} = 5{,}0\ \text{Hz/s} \;\rightarrow\; \frac{55}{10} = 5{,}5\ \text{Hz/s}, \qquad t_{0 \rightarrow 50} = \frac{50}{5{,}5} = 9{,}1\ \text{s}$$

Laju rampa naik 10 % walaupun angka $t_\text{acc}$ sama, sehingga arus percepatan ikut naik, dan di atas frekuensi pengenal 50 Hz motor bekerja di daerah pelemahan medan. Frekuensi maksimum baru karena itu diperiksa terhadap kecepatan rancangan pompa, lalu rampa diverifikasi ulang sambil memantau arus (butir 4 dan 5 daftar periksa).

Contoh 2: permintaan menaikkan kecepatan peras. Operator laundry hotel meminta frekuensi maksimum drum pada contoh kerja di atas (800 rpm pada 50 Hz, dianggap kecepatan peras rancangan pabrik mesin) dinaikkan ke 55 Hz agar linen lebih kering. Dengan kecepatan dianggap sebanding frekuensi:

$$n = 800 \times \frac{55}{50} = 880\ \text{rpm}, \qquad \left(\frac{880}{800}\right)^2 = 1{,}21, \qquad E_\text{k} = \tfrac{1}{2} \times 6{,}0 \times 92{,}2^2 = 25{,}5\ \text{kJ}$$

Drum melampaui kecepatan rancangan 10 % dan gaya sentrifugal naik 21 %, sehingga permintaan ditolak (kondisi berhenti butir 4). Energi kinetik juga naik 21 %, dari 21,1 kJ menjadi 25,5 kJ, sehingga hitungan resistor rem dan waktu henti 7,4 s tidak berlaku lagi.

Contoh 3: referensi arus 4 sampai 20 mA pompa booster. PLC pengendali tekanan air hotel mengirim referensi kecepatan ke VFD pompa booster, dengan 4 mA dipetakan ke 25 Hz dan 20 mA ke 50 Hz (angka latihan). Pada pemetaan linear di antara kedua titik itu, sinyal 12 mA berarti

$$f = 25 + \frac{12 - 4}{20 - 4} \times (50 - 25) = 37{,}5\ \text{Hz}$$

Bila kabel sinyal putus, arus turun ke 0 mA, di bawah ambang deteksi kehilangan sinyal yang disetel menurut manual, dan VFD bereaksi menurut pilihan dari analisis risiko, bukan "lanjut pada kecepatan terakhir". Seandainya referensi memakai 0 sampai 10 V dengan pemetaan yang sama, kabel putus terbaca 0 V, yaitu 25 Hz yang sah, tanpa alarm.

Contoh 4: rating kontinu resistor rem di laundry rumah sakit. Laundry sebuah rumah sakit memakai drum yang sama dengan contoh kerja di atas, tetapi dengan 12 siklus per jam dan dua kali henti dari 800 rpm per siklus (angka latihan). Setiap henti membuang 18,6 kJ ke -R1:

$$P_\text{rata-rata} = \frac{12 \times 2 \times 18{,}6\ \text{kJ}}{3\,600\ \text{s}} = 124\ \text{W}$$

Angka itu hampir dua kali 67 W pada siklus sederhana 279 s, sehingga resistor yang cukup untuk siklus itu belum tentu cukup di sini. Rating kontinu -R1 dibandingkan dengan 124 W, dan energi pulsa 18,6 kJ dalam 7,4 s tetap diperiksa pada kurva beban pulsa dari pabrikan resistor.

Contoh 5: waktu pengawas komunikasi. PLC menulis referensi pompa booster ke VFD lewat jaringan setiap 100 ms dan mengulang paling banyak tiga kali dengan selang 50 ms (angka latihan). Waktu pengawas di VFD disetel di atas $100 + 3 \times 50 = 250$ ms. Nilai 200 ms memicu reaksi kehilangan komunikasi padahal jaringan sehat, sedangkan nilai yang jauh lebih panjang membuat pompa lebih lama bekerja pada referensi usang sebelum reaksi yang dipilih berjalan.

Kondisi berhenti

Pekerjaan dihentikan, atau mesin tidak dioperasikan, bila:

1. Terminal daya, tautan DC, atau terminal resistor rem akan dibuka atau disentuh sebelum suplai diisolasi menurut Bab 2 · Keselamatan, waktu peluahan pada label dan manual VFD terlewati, dan tegangan tautan DC terbukti 60 V atau kurang pada terminal ukur yang disediakan pabrikan, diukur oleh personel kompeten dengan alat berkategori ukur dan rating DC yang sesuai serta APD. Pada suplai 400 V kapasitor tautan DC bermuatan sekitar 566 V, lebih tinggi sesaat setelah pengereman, dan lampu yang padam bukan bukti kapasitor kosong.
2. Pintu akan dibuka atau pekerjaan mekanis dimulai sebelum drum terbukti diam oleh pemantau diam pada fungsi kunci pintu; frekuensi keluaran nol bukan bukti, karena setelah trip drum dapat meluncur sampai 62,8 s.
3. Trip tegangan lebih berulang saat berhenti, atau resistor rem berubah warna, retak, putus, atau panas tidak wajar.
4. Frekuensi maksimum atau skala referensi memungkinkan drum melampaui kecepatan peras rancangan pabrik mesin.
5. Start ulang otomatis atau reset gangguan otomatis aktif tanpa penilaian risiko yang tercatat.
6. Autotune berputar akan dijalankan dengan beban yang tidak diizinkan manual, pintu tidak terkunci, atau orang berada di dekat bagian yang berputar.
7. Arus acuan ETO tidak sama dengan arus pelat nama motor yang terpasang, termasuk setelah penggantian motor.
8. VFD, fungsi STO, atau tombol STOP panel dipakai sebagai pemisah untuk pekerjaan pada motor atau kabel keluaran.

Salah tafsir yang sering terjadi

"Motor panas, pasti VFD yang salah." Motor panas lebih sering disebabkan oleh data motor yang salah sehingga fluks tidak tepat, operasi lama pada putaran rendah dengan torsi tetap, atau beban berlebih. Arus acuan ETO yang dibiarkan pada nilai bawaan tidak memanaskan motor, tetapi membuat panas itu tidak terdeteksi.

"Lampu VFD mati berarti aman dibuka." Lampu indikator padam lebih dulu daripada tegangan tautan DC. Waktu peluahan selalu ditunggu dan tegangan diukur sebelum terminal dibuka.

"Autotune cukup dilakukan sekali seumur VFD." Autotune diulang setiap kali motor diganti, kabel motor diganti dengan panjang yang berbeda nyata, atau setelah rekondisi besar motor.

"Resistor rem makin besar makin baik." Resistansi yang terlalu besar membuat chopper tidak mampu membuang daya cukup cepat, sehingga trip tegangan lebih tetap terjadi. Ada batas maksimum yang dihitung dari daya puncak dan batas minimum dari manual.

Hubungan dengan bab lain

Blok penyearah, tautan DC, inverter, kendali V/f dan vektor, serta pemilihan VFD ada di bab VFD: prinsip kerja dan pemilihan. Data drum berasal dari bab stop darurat dan bab pengereman motor, kelas trip dari bab proteksi motor, 4–20 mA dari bab sensor proses, dan pengawas komunikasi dari bab PLC lanjutan. Energi tersimpan ada di Bab 1 · Keselamatan, isolasi di Bab 2 · Keselamatan, dan komisioning di Bab 52. Pemasangan, pengaruh frekuensi pensakelaran pada arus bocor, dan STO dibahas pada bab VFD: instalasi, EMC, harmonisa, dan arus bocor, dan kunci pintu pada bab keselamatan fungsional mesin.

Latihan dan pembahasan

1. [Hitung] Sebuah drum ekstraktor memiliki momen inersia total $J = 3{,}5$ kg·m² dilihat dari poros drum dan berputar 900 rpm saat peras (ilustrasi). Hitung energi kinetik yang harus dibuang saat drum dihentikan dari kecepatan penuh sampai diam.
2. [Hitung] Dengan energi dari soal 1, waktu perlambatan 10 s, torsi hambat diabaikan, dan ambang chopper $U_\text{DC} = 700$ V (ilustrasi), hitung daya rata-rata pengereman, daya puncak, dan resistansi maksimum resistor rem -R1.
3. [Tafsir] Seorang teknisi memasang VFD 11 kW ($I_\text{N}$ VFD 25 A) pada motor 5,5 kW ($I_\text{N}$ motor 11 A) dan membiarkan arus acuan ETO pada nilai bawaan VFD. Jelaskan risikonya dan langkah perbaikannya.
4. [Tafsir] Mengapa referensi kecepatan 4–20 mA lebih andal daripada 0–10 V untuk kabel panjang? Apa yang terjadi bila kabel 4–20 mA putus dan fitur deteksi kehilangan sinyal diaktifkan?
5. [Hitung] Motor berputar 1.200 rpm dan momen inersia beban dilihat dari poros motor $J = 1{,}2$ kg·m² (ilustrasi). Konversikan ke kecepatan sudut dan hitung energi kinetiknya.
6. [Tafsir] Teknisi mematikan suplai utama VFD, melihat lampu panel VFD sudah padam, lalu langsung membuka terminal untuk memeriksa kabel. Identifikasi kesalahan prosedur ini dan jelaskan langkah yang benar.

Kunci jawaban beralasan

1. $\omega = 2\pi \times 900/60 = 94{,}25$ rad/s. $E_\text{k} = \tfrac{1}{2} \times 3{,}5 \times 94{,}25^2 = \tfrac{1}{2} \times 3{,}5 \times 8\,882{,}6 \approx 15\,545$ J. Seluruh energi rotasi ini harus dihabiskan selama perlambatan; energi naik sebanding dengan $J$ dan kuadrat kecepatan.
2. Dengan torsi hambat diabaikan, seluruh energi masuk ke penggerak: $P_\text{rata-rata} = 15\,545/10 = 1\,554{,}5$ W. Untuk rampa linear dengan torsi perlambatan tetap, $P_\text{puncak} = 2 \times 1\,554{,}5 = 3\,109$ W. $R_\text{maks} = 700^2/3\,109 = 490\,000/3\,109 = 157{,}6$ Ω, sehingga dipilih $R \le 157$ Ω dan tidak kurang dari minimum manual. Rating daya resistor tidak diambil dari 3.109 W, tetapi dari kurva beban pulsa (15,5 kJ dalam 10 s) dan daya rata-rata sepanjang siklus.
3. Arus acuan bawaan setara 25 A, sehingga ETO baru bekerja mendekati 25 A. Motor dengan $I_\text{N}$ 11 A dapat dialiri $25/11 = 2{,}3$ kali arus pengenalnya tanpa pernah diputus ETO, dan belitannya rusak termal sebelum proteksi bekerja. Perbaikannya: masukkan 11 A sebagai arus acuan ETO, pilih kelas trip dari waktu percepatan dan data tahan motor, lalu catat setelan di lembar komisioning.
4. Arus dalam lingkar seri sama di setiap titik, sehingga susut tegangan kabel tidak mengubah nilai selama tegangan catu cukup. Sinyal 0–10 V langsung terganggu oleh derau induksi dan beda potensial pada konduktor 0 V bersama, dan kabel putus terbaca 0 V yang sah. Bila kabel 4–20 mA putus, arus menjadi 0 mA, di bawah ambang deteksi, dan VFD memberi alarm serta bereaksi sesuai pilihan yang ditetapkan dari analisis risiko, misalnya berhenti terkendali. Deteksi ini bukan fungsi keselamatan.
5. $\omega = 2\pi \times 1\,200/60 = 125{,}66$ rad/s. $E_\text{k} = \tfrac{1}{2} \times 1{,}2 \times 125{,}66^2 = \tfrac{1}{2} \times 1{,}2 \times 15\,791{,}4 \approx 9\,475$ J. Konversi rpm ke rad/s wajib dilakukan lebih dulu karena rumus memakai satuan SI, dan $J$ harus dilihat dari poros yang sama dengan kecepatan itu.
6. Lampu padam tidak berarti aman: lampu padam lebih cepat daripada kapasitor tautan DC, yang pada suplai 400 V bermuatan sekitar 566 V. Langkah yang benar: suplai diisolasi dan dikunci menurut Bab 2 · Keselamatan; waktu peluahan pada label dan manual VFD ditunggu; tegangan tautan DC diukur pada terminal ukur pabrikan oleh personel kompeten dengan alat berkategori ukur dan rating DC sesuai serta APD, dan alat diuji pada sumber diketahui sebelum dan sesudahnya; terminal dibuka setelah tegangan terbukti 60 V atau kurang.

Referensi