1.1 Pendahuluan
Motor listrik banyak digunakan dalam berbagai aplikasi komersial, industri dan utility untuk merubah energi listrik menjadi energi mekanik. Motor listrik menjadi bagian dari pumpa atau fan, atau dapat juga dihubungkan dengan beberapa bentuk peralatan mekanikal seperti conveyor atau mixer. Dalam aplikasi tersebut kecepatan sistem ditentukan oleh rancangan mekanikal dan beban. Untuk meningkatkan jumlah aplikasi tersebut, diperlukan pengendalian kecepatan sistem dengan mengatur kecepatan motor.
Gambar 1.1 Conveyor
Kecepatan motor dapat dikendalikan dengan menggunakan beberapa jenis perangkat elektronik drive yang disebut sebagai VSD (variable speed drives). VSD yang digunakan untuk mengendalikan motor DC disebut DC Drives. VSD yang dugunakan untuk mengendalikan motor AC disebut AC drive. Terminologi inverter juga digunakan untuk menjelaskan AC VSD. Inverter hanya salah satu bagian dari AC drive, dalam prakteknya inverter sering dimaknai sebagai AC drive.
Gambar 1.2 Drive
Sebelum berdiskusi AC Drive diperlukan untuk mengerti beberapa terminologi dasar yang berhubungan dengan operasi drive. Beberapa terminologi tersebut sering didengar dalam kontek lain. Dalam diskusi kita akan melihat bagaimana terminologi tersebut diterapkan terhadap drive.
1.2 Gaya
Dalam terminologi sederhana, gaya adalah sebuah dorongan atau sebuah tarikan. Gaya dapat disebabkan oleh elektromagnetik, gravitasi atau kombinasi dari arti fisika. Gaya total adalah jumlah vektor dari semua gaya yang beraksi pada sebuah obyek, termasuk gesekan dan gravitasi. Ketika gaya diterapkan dalam arah yang sama, gaya tersebut ditambahkan. Sebagai contoh, jika dua gaya sebesar 10 lb diterapkan dalam arah yang sama, gaya total akan menjadi 20 lb.
Gambar 1.3. Gaya dalam arah yang sama
Jika gaya sebesar 10 lb diterapkan pada satu arah dan gaya 5 lb dalam arah yang berlawanan, gaya total akan menjadi 5 lb dan obyek akan bergerak ke arah gaya yang lebih besar.
Gambar 1.4. Gaya dalam arah yang berlawan
Jika gaya 10 lb diterapkan pada kedua arah yang berlawanan, gaya total akan menjadi nol dan obyek tidak akan bergerak.
Gambar 1.5. Gaya yang sama besar di kedua arah
1.3 Torsi
Torsi adalah memutar atau gaya memutar yang menyebabkan objek berputar. Gaya yang diterapkan pada ujung tangkai menyebabkan efek perputaran atau torsi pada titik pivot.
Torsi adalah hasil dari gaya dan jarak
Torsi = Gaya x jarak
Torsi diukur dalam satuan pound-feet (lb-ft) atau pound-inches (lb-in) atau Newton-meter (Nm). Jika force 10 lb diterapkan pada tangkai yang panjangnya 1 feet, maka torsi menjadi 10 lb-ft.
Gambar 1.6. Prinsip torsi
Gaya atau jarak yang dinaikan akan menghasilkan torsi yang meningkat juga. menaikan jarak menjadi 2 feet, akan menghasilkan torsi 20 lb-ft.
Gambar 1.7. Peningkatan torsi
1.4 Kecepatan
Objek yang bergerak berubah posisi nya dalam sebuah waktu. Kecepatan adalah rasio dari jarak posisi terhadap waktu yang diperlukan untuk bergerak ke posisi akhir.
Keceparan = Jarak/Waktu
Kecepatan linear dari sebuah obyek adalah ukuran seberapa lama waktu yang diperlukan obyek untuk bergerak dari titik A ke titik B. Kecepatan linear biasanya diberikan dalam bentuk seperti meter per second (m/s). Sebagai contoh, jika jarak antara titik A dan titik B adalah 10 meter dan membutuhkan 2 detik untuk mencapainya, maka kecepatan akan menjadi 5 m/s.
Gambar 1.8. Pergerakan linear
Kecepatan angular dari obyek yang berputar adalah ukuran seberapa lama waktu yang diperlukan obyek dari titik awal untuk menyelesaikan satu putaran. Kecepatan angular umumnya dalam satuan RPM (revolution per minute). Obyek yang membuat 10 putaran dalam 1 menit mempunyai kecepatan 10 rpm.
Gambar 1.9. Pergerakan berputar
1.5 Akselerasi dan Deselerasi
Obyek dapat berubah kecepatannya. Kecepatan yang meningkat di sebut akselerasi. Akselerasi terjadi hanya ketika ada perubahan dalam aksi gaya terhadap obyek. Obyek juga dapat berubah dari kecepatan tinggi ke kecepatan rendah, yang diketahui sebagai deselerasi. Sebuah obyek yang berputar dapat berakselerasi dari 10 RPM menjadi 20 RPM atau deselerasi dari 20 RPM menjadi 10 RPM.
Gambar 1.10. Akselerasi dan deselerasi
1.6 Inersia
Sistem mekanikal mengikuti hukum inersia. Hukum inersia menyatakan bahwa obyek akan cenderung tetap pada kondisi saat itu (diam atau bergerak) kecuali jika ada aksi oleh gaya eksternal. Sifat perlawanan terhadap akselerasi/decelerasi ini disebut sebagai moment inersia. Dalam satuan pound-feet squared (lb-ft²) atau kilogram-meter squared (kg-m²).
Jika kita melihat pada roll kertas, sebagai unwind, ketika roll berhenti akan mengambil sejumlah gaya untuk mengatasi inersia roll pada roll agar dapat berputar. Gaya yang dibutuhkan untuk mengatasi inersia ini dapat berasal dari sumber energi seperti motor. Ketika berputar, kertas akan melanjutkan mengulur sampai gaya lain beraksi padanya agar berhenti.
Gambar 1.11. Prinsip inersia pada roll kertas
1.7 Gesekan
Jumlah gaya yang besar diterapkan untuk mengatasi inersia pada sistem untuk memulai pergerakan. Karena gesekan menghilangkan energi dari sistem mekanikal, gaya yang kontinu harus diaplikasikan agar obyek tetap bergerak. Hukum inersia tetap berlaku, selama gaya diterapkan hanya dibutuhkan untuk kompensasi terhadap hilangnya energi.
Ketika sistem dalam kondisi bergerak, hanya energi yang dibutuhkan untuk kompensasi berbagai kerugian-kerugian yang perlu diterapkan agar tetap bergerak. Dalam ilustrasi sebelumnya, kerugian-kerugian tersebut meliputi :
- Gesekan terhadap motor dan peralatan bearing.
- Kerugian gulungan pada motor dan peralatannya.
- Gesekan antara material dan roller.
1.8 Usaha
Ketika gaya apa pun mengakibatkan pergerakan, usaha telah dibuat. Sebagai contoh, usaha dibuat ketika sebuah obyek pada conveyor bergerak dari satu titik ke titik lain. Usaha didefinisikan oleh hasil dari gaya total (F) yang diterapkan dan jarak (d).
W = F x d
1.9 Daya
Daya (P) adalah usaha dibagi dengan waktu :
P = W/t
Dengan kata lain, daya adalah jumlah usaha yang dibutuhkan untuh memindahkan paket dari satu titik ke titik lain, dibagi dengan waktu.
Daya dapat diekspresikan dalam foot-pounds per second, tapi sering diekspresikan dalam HP (horse power) atau KW (Kilowatt). Satuan ini telah didefinisikan dalam abad ke 18 oleh James Watt. Watt menjual mesin steam dan ditanya berapa banyak kuda yang digantikan dalam satu mesin steam. Dia mempunyai kuda berjalan mengelilingi roda yang akan mengangkat beban. Dia menemukan bahwa satu kuda melakukan rata-rata 550 foot-pounds of work per second. Satu horsepower sama dengan 400 foot-pound per second atau 33.000 foot-pound per minute.
Gambar 1.12. Ilustrasi horsepower
Formula dibawah ini dapat digunakan untuk menghitung horsepower ketika torsi (lb-ft) dan kecepatan (RPM) diketahui. Dapat dilihat dari formula bahwa meningkatkan torsi, kecepatan atau kedua nya akan menyebabkan kenaikan horsepower.
HP = (T x Rpm) / 5250
Referensi :
- Siemens Basic AC Drive
- Electrical Drive : Principal-Planning-Application-Solution, Jens Weidauer & Richard Messer
Leave a Comment