Inverter

3/6/2011

1

INVERTER

MUHAMAD ALI, MT

PELATIHAN OPTIMALISASI FUNGSI INVERTER

Pengantar

• Proses di industri seringkali memerlukan tenagapenggerak dari motor listrik yang perlu diaturkecepatan putarnya untuk menghasilkan torsidan tenaga yang diinginkan.

• Jika sebelumnya banyak dipergunakan sistemmekanik, kemudian beralih ke motor slip/pengereman maka saat ini banyakmenggunakan semikonduktor.

• Tidak seperti softstarter yang mengolah leveltegangan, inverter menggunakan frekuensitegangan masuk untuk mengatur speed motorseperti diketahui, pada kondisi ideal (tanpa slip)

3/6/2011

2

Pengantar• Inverter adalah suatu peralatan elektronika daya

yang berfungsi untuk mengubah listrik DCmenjadi listrik AC

• Inverter seringkali disebut sebagai VariabelSpeed Drive (VSD) atau Variable FrequencyDrive (VFD)

• Prinsip Inverter adalah mengubah input motor(Listrik AC) menjadi DC dan kemudian dijadikanAC lagi dengan frekuensi yang dikehendakisehingga motor dapat dikontrol sesuai dengankecepatan yang diinginkan

Karakteristik Motor Induksi

• Motor induksi fasa tiga, khususnya motorinduksi rotor sangkar tupai merupakan salahsatu jenis motor yang paling banyakdigunakan di industri.

• Kelebihan dari motor ini, di antaranya adalahkonstruksinya yang sederhana dan kuat sertamemerlukan sangat sedikit pemeliharaansebagaimana pada motor DC.

• Permasalahan Motor induksi adalah padapengaturan kecepatan.

3/6/2011

3

Karakteristik Motor Induksi

• Berbeda dengan motor DC yang kecepatannyadapat dikendalikan dengan mudah (yaitumelalui pengaturan tegangan armatur danpengaturan arus eksitasinya),

• Pengaturan kecepatan motor induksi fasa tigamemerlukan penanganan yang jauh lebihkompleks dan ini merupakan kelemahan motorinduksi

Pengaturan Motor Induksi

• Kecepatan motor induksi ditentukan olehfrekuensi tegangan masukan dan jumlah kutubmotor seperti yang dijelaskan dengan rumus:

• N = 120. F / P• Pengaturan jumlah kutub mudah dilakukan

tetapi pengaturannya terbatas karena jumlahkutub merupakan kelipatan 2, sehinggapengaturannya kasar

3/6/2011

4

Pengaturan Motor Induksi

• Salah satu metode pengaturan yangmemungkinkan untuk pengaturan yang lebaradalah dengan mengubah frekuensi.

• Frekuensi sumber AC yang konstan (50 Hz)harus diubah sesuai dengan kebutuhan yangdiinginkan.

• Proses perubahan frekuensi memerlukankonverter dari AC ke DC, dan dari DC dijadikanke AC lagi tetapi dengan frekuensi yangberbeda.

• Inilah alasan mengapa inverter menjadi penting

Bagian Inverter

• AC drive atau sering disebut dengan istilahInverter atau VSD.

• Inverter mempunyai 3 bagian utama:– Konverter

• Bagian yang merubah Listrik AC ke DC

– Filder DC• Penghalus ripel AC pada output DC

– Inverter• Menghasilkan listrik AC dari DC dengan pengubahan

parameter yang diinginkan

3/6/2011

5

Blok Diagram Inverter

Front-endConverter Inverter

ACinput

DC BusSingle-Phase

Motor

ab

c

mainaux

Blok Diagram Inverter

3/6/2011

6

Skema Sistem Inverter

Diagram Kontrol Motor dg Inverter

3/6/2011

7

Konverter Elektronika Daya

Alasan Menggunakan Inverter

• Tersedia untuk berbagai ukuran daya• Mampu menangani kebutuhan yang luas untuk

torsi dan kecepatan.• Adaptabel untuk segala kondisi operasi.• Electric drive dapat dioperasikan secara cepat.• Efisiensi tinggi• Mudah dikontrol• Dapat dioperasikan pada empat kuadran

3/6/2011

8

Prinsip Kerja Inverter 1 fase

Prinsip Kerja Inverter 1 fase full bridge

3/6/2011

9



3/6/2011

10

Karakteristik Inverter

Tipe Konverter

• Input– Diode bridge 2 quadrants

- 12-pulse DFE

- 24-pulse DFE

– AFE rectifier (PWM) 4 quadrants

• Output Inverter– 3-level neutral-point clamped (NPC) voltage source

IGBT PWM

Karakteristik Inverter

• Adaptabel thd tipe jaringan tegangan menengah– Variasi : standar ± 10%

• Efisiensi– ~ 0.99

• Tipe Motor– Motor Asinkron sbg standar, Motor Sinkron untuk pilihan

• Tegangan output 3 fase– Standar : 0 to 2300 V - 0 to 3300 V

– Opsi deng output transformer: 4160 V - 6600 V - 7200 V -10,000 V - 13,200 V ...

• Frekuensi Output– Standar : 5 to 70 Hz, Extended: 5 to 140 Hz

3/6/2011

11

Karakteristik Inverter• Input trafo

– External, minyak atau kering (Tidak ada batasan jarak)

– Integrated dengan konverter, khusus tipe kering

• Kelas Proteksi– Pendinginan Udara : IP41

– Pendinginan Air : IP41 and IP54 sbg pilihan

• Pendinginan– Udara dengan tambahan fan untuk daya ≤ 5200 kVA

– Air dengan tambahan pump untuk daya ≤ 14,400 kVA

• Sistem Safety– Earthing of DC bus

– Key-operated locking system

Karakteristik Kontrol

• Mode Kontrol Motor– V/f control, sensorless vector control, vector control with

speed sensor

– Catch on the fly, master/slave functions, auto-tuning, critical speed suppression

• Akurasi Kecepatan pada kondisi steady state– ± 0.05% dengan sensor speed

– ± 0.5 % tanpa sensor speed

• Waktu Respon Torsi : < 5 ms

• Komunikasi Standar– Ethernet, Profibus, Modbus

– Options: CANopen, DeviceNet, etc.

3/6/2011

12

Option Featur Inverter

• Pengereman dengan Chopper dan resistance braking

• Input isolation switch with earthing

• Output isolation switch with earthing

• IP54 (water-cooled)

• Output sinus filter (for retrofit)

• External air/water exchanger

• Inverter + battery charger

• Driving multipel motor untuk koneksi ke jaringan(bypass)

Inverter Altivar

3/6/2011

13

Contoh Aplikasi Sistem Pompa

Kebutuhan• Variable –flow variable-pressure• Constant-flow variable-pressure• Variable-flow constant-pressure

Sistem Pompa dengan Kontrol Valve

3/6/2011

14

Sistem Pompa denganVSD

Variable Flow Variable Pressure

3/6/2011

15

Konsumsi Energi

Constant-flow variable-pressure

3/6/2011

16

variable-flow – Constant-pressure


3/6/2011

17


Bandingkan 2 Sistem Berikut

3/6/2011

18

Sistem Pompa 2 Stage

Keuntungan Menggunakan Inverter

• High availability• Fast and precise control• Minimized energy consumption• Reduced emission• Minimized actuator equipment• Soft starting

3/6/2011

19

Konsumsi Energi

Aplikasi Lift

3/6/2011

20

Perbandingan Konsumsi Energi Lift

Pengaturan Motor Konensional

3/6/2011

21

Metode Pengaturan Motor Konensional

• Pole changing• Stator voltage control• Rotor resistance control• Slip-recovery drive system

Pengaturan Motor dg VSD

3/6/2011

22

Klasifikasi VSD

• Berdasar Tipe Motor : VSD untuk motor induksi dan motor sinkron

• Berdasar Power suppli : inverter, cycloconverter, matrix converter.

• Tipe Inverter : voltage source, current source, square type, PWM.

Variable Voltage Inverter

• Berdasar Tipe Motor : VSD untuk motor induksi dan motor sinkron

3/6/2011

23

Sistem Inverter dengan PWM


• Tegangan DC konstan. • Tidak diperlukan kontroler oleh

penyearah.• Inverter dikontrol oleh Teknik PWM

(pulse width modulation).• Arus output gelombangnya sinusoidal.• Tegangan dan frekuensi outputnya

dikontrol oleh inverter.• Hanya DC Kapacitor yang digunakan

sebagai filter DC link.

3/6/2011

24


• Feedback section• Preamplifier section• Null detector section• Pulse shaper section• Sawtooth generator section

Sistem Inverter dengan Sumber Arus

3/6/2011

25

Sistem Inverter dengan Sumber Arus

• Arus DC link dikontrol oleh rectifier.• Arus output inverter bersifat quasi

square-wave.• Arus output current dikontrol oleh

inverter.• Magnitude arus output dikontrol oleh

rectifier.• Hanya inductor yang digunakan untuk

filter DC link.

Documents

Inverter