Variable Frequency Drive (VFD)

Dalam dunia industri tentunya banyak sekali peralatan yang menggunakan sistem pompa maupun fan yang diharapkan dapat bekerja dengan berbagai macam beban yang bervariasi. Misalnya jika dalam pompa kita mengenal cara untuk mengatur flow yang dialirkan dengan memasang control valve dan bypass line, sedangkan untuk fan biasanya menggunakan damper. Cara yang lain yang diklaim lebih efisien untuk dapat mengatur variasi beban adalah jika kita dapat mengatur kecepatan putar pompa/ fan tersebut (speed adjustment). Istilah populer untuk pengaturan kecepatan putar peralatan yaitu menggunakan teknologi VSD (Variable Speed Drive).

Pada dasarnya ada tiga cara pengaturan speed melalui VSD yaitu pengaturan secara mekanik, hidraulik dan elektrik. Khusus untuk pengaturan secara elektrik dilakukan dengan cara mengatur frekuensi supply arus yang masuk ke motor, oleh karena itu pengaturan dengan cara ini lebih dikenal dengan nama VFD (Variable Frequency Drive).

Keuntungan VFD

1. Energy Saving
Untuk sistem pompa sentrifugal, kita mengenal adanya prinsip dasar hukum afinitas, yaitu :

·         Volume flow berbanding lurus dengan kecepatan putar

·         Pressure berbanding lurus dengan kuadrat dari kecepatan putar, dan

·         Input power (daya) berbanding lurus dengan pangkat tiga dari kecepatan putar

Berdasarkan hukum afinitas tersebut, maka pengaturan kecepatan putar sesuai variasi beban akan sangat signifikan mengurangi daya yang dibutuhkan untuk melakukan kerja tersebut dengan perbandingan hingga pangkat tiganya.

Kita ambil contoh, jika suatu pompa akan digunakan untuk mengalirkan volume flow 50% dari range kerja normalnya, maka kita bisa mengatur kecepatan putar pompa tersebut dengan mengurangi setara 50% kecepatan putar normal. Dengan kecepatan yang berkurang sebesar 50% atau ½ dari kecepatan normal, maka daya yang dibutuhkan adalah hanya sebesar  1/8 dari daya normal, yang artinya penghematan yang dilakukan adalah sebesar 7/8 kali dari daya normal.

2. Mengurangi mechanical stress

VFD dapat digunakan sebagai salah satu metode soft starter^*) untuk melakukan start motor. Dengan adanya soft starter dapat mengurangi adanya tekanan pada isolasi motor akibat munculnya arus yang tinggi pada saat motor di-start, sehingga secara jangka panjang dapat meningkatkan reliability terhadap isolasi motor. Dengan adanya VFD, ketika motor di-start maka motor tidak akan langsung berputar ke frekuensi kerja normalnya, tetapi berjalan pelan mulai dari frekuensi rendah dan secara bertahap secara halus dinaikkan oleh VFD ke frekuensi yang lebih tinggi hingga mencapai frekuensi normalnya.

^*)Selain VFD ada beberapa metode yang lain yang dapat dipakai sebagai soft starter.

3. Meningkatkan Power Factor

Berdasarkan hasil riset, dengan menggunakan VFD maka dapat memperbaiki power factor sistem kelistrikan ke motor mulai 0.9 hingga mendekati unity power factor tergantung dari range kecepatan dan teknologi peralatan yang digunakan untuk penyearahnya.

Namun selain memiliki kelebihan di atas, penggunaan VFD juga akan memberikan efek negatif terhadap sistem seperti munculnya harmonisa pada tegangan supply karena metode switching/ on-off yang digunakan, serta efek lain seperti acoustic noise dan motor derating.

Prinsip Kerja VFD

 

Prinsip kerja dari VFD pada dasarnya adalah mengubah tegangan bolak balik (AC) dari input menjadi tegangan searah (DC) oleh AC/DC converter/ rectifier, kemudian di-filter untuk menghaluskan hasil penyearah tegangan tersebut dan selanjutnya DC/AC inverter akan  mengubah kembali tegangan DC menjadi tegangan AC dengan frekuensi tertentu yang sudah diatur tergantung kebutuhan. Karena menggunakan prinsip inverter (pengubahan dari DC menjadi AC), di pasaran VFD sering disebut juga sebagai peralatan inverter untuk beberapa aplikasi produk.

Beberapa metode VFD terutama dalam hal pengaturan frekuensi pada DC/AC inverter yang dapat digunakan yaitu seperti gambar di bawah.

 

Beberapa schematic topologi VFD :

 

Referensi :

1.  Muhammad H. Rashid, dll. Power Electronics Handbook. Academic Press. 2001
2. Variable Speed Pumping – A Guide to Successful Applications, Executive Summary. Hydraulic Institute, Europump, and the U.S. Department of Energy’s (DOE) Industrial Technologies Program. 2004.