Penerapan Konverter Frekuensi dalam Sistem Otomasi
Penerapan Kontrol Kecepatan Frekuensi Variabel Motor Sinkron Magnet Tetap (PMSM) dalam Industri Serat Kimia dan Kaca
Pada abad ke-19, magnet permanen digunakan untuk membuat motor listrik. Hari ini, dengan kemajuan teknologi elektronik yang pesat, Motor Sinkron Magnet Tetap (PMSM) dan konverter frekuensi bersama-sama membentuk sistem kontrol kecepatan frekuensi variabel terbuka, berkecepatan tinggi, dan presisi tinggi. Sistem-sistem ini telah diterapkan secara luas di berbagai sektor industri, menggantikan sistem kontrol kecepatan DC tradisional dan sistem kontrol slip elektromagnetik, menunjukkan vitalitas yang kuat.
Dikenal bahwa kecepatan rotasi PMSM secara ketat proporsional dengan frekuensi pasokan. Dengan dipastikannya presisi frekuensi pasokan, presisi kecepatan rotasi motor juga terjamin, menghasilkan karakteristik mekanis yang linier. Misalnya, di satu perusahaan, dua sistem sinkron yang beroperasi secara independen berjalan terus menerus selama beberapa bulan, dan kesalahan kecepatan kumulatif hampir nol.
Karena presisi frekuensi output konverter frekuensi dapat mencapai 1,0‰ - 0,1‰, atau bahkan lebih, presisi kecepatan sistem kontrol juga meningkat. Selain itu, sistem memiliki komponen kontrol yang lebih sedikit, membuat rangkaian sirkuitnya lebih sederhana daripada jenis sistem kontrol kecepatan lainnya. Selain itu, PMSM memiliki keunggulan seperti faktor daya tinggi, efisiensi tinggi, hemat energi, ukuran kompak, bebas sikat, dan menawarkan keamanan dan keandalan tinggi. Oleh karena itu, sistem ini sekarang digunakan secara luas dan umum di berbagai departemen industri. Contohnya termasuk aplikasi gulungan, peregangan, pengukuran, dan rol godet dalam industri serat kimia; dan aplikasi dalam tungku annealing kaca datar, pencampuran tungku kaca, rol pinggir (atau "penarik"), dan mesin pembentuk botol dalam industri kaca.
Penerapan Kontrol Kecepatan Frekuensi Variabel PMSM dalam Industri Serat Kimia
Sistem kontrol kecepatan frekuensi variabel PMSM telah berhasil diimplementasikan pada mesin pemintalan serat cair, seperti ditunjukkan dalam diagram sistem (Gambar 12-1). Motor penggerak pompa metering dalam mesin pemintalan menggunakan PMSM, memerlukan output kecepatan yang tepat untuk mengontrol pasokan solusi serat kimia secara kuantitatif, sehingga memenuhi tuntutan proses pemintalan. Ketika mengubah varietas produk serat, cukup menyesuaikan kecepatan motor penggerak pompa metering untuk memenuhi persyaratan proses.
Daya pompa metering utama biasanya berkisar dari 0,37 kW hingga 11 kW, dengan motor yang memiliki 4 atau 6 kutub. Rentang variasi frekuensi adalah 25 Hz hingga 150 Hz. Biasanya, satu konverter frekuensi dipilih untuk menggerakkan beberapa motor, meskipun sistem khusus (satu konverter per motor) juga digunakan, setiap pendekatan memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing.
Proses penting lainnya dalam pemintalan, seperti gulungan, peregangan, dan rol godet, membutuhkan kecepatan rotasi konstan atau rasio kecepatan spesifik antara rol berpasangan. Sistem kontrol kecepatan frekuensi variabel adalah pilihan utama yang ideal, fakta yang dikonfirmasi oleh operasi praktis jangka panjang. Setelah mengadopsi kontrol kecepatan frekuensi variabel, kecepatan baris pemintalan dapat mencapai 3.000 hingga 7.000 m/menit. Rol peregangan dengan elemen pemanas internal memerlukan operasi kecepatan konstan; daya PMSM yang disertakan berkisar dari 0,2 kW hingga 7,5 kW, dengan motor dua kutub berkecepatan tinggi yang dipilih, memiliki rentang penyesuaian frekuensi 50 Hz hingga 250 Hz. Menggunakan kontrol frekuensi variabel memberikan torsi awal tinggi, akselerasi cepat, dan memenuhi persyaratan kondisi start yang menantang (start keras).
Penerapan Kontrol Kecepatan Frekuensi Variabel PMSM dalam Industri Kaca
Sistem kontrol kecepatan frekuensi variabel untuk penggerak utama tungku annealing kaca apung telah diterapkan pada puluhan jalur produksi di Cina, menggantikan penggerak DC asli dan mencapai manfaat ekonomi yang memuaskan.
Jalur produksi kaca apung melibatkan aliran cairan kaca suhu tinggi dari tungku peleburan, mendingin secara bertahap sepanjang jalur. Setelah mengeras, kaca menjalani perlakuan panas di tungku annealing sebelum melanjutkan ke ujung dingin untuk pemotongan, inspeksi, pengemasan, dan proses hilir lainnya. Proses tungku annealing menuntut persyaratan yang ketat; sepanjang sekitar 200 meter, setiap rol harus beroperasi secara kontinu dan merata. Henti total sama sekali tidak diterima, karena akan menyebabkan kerugian ekonomi yang signifikan.
Untuk aplikasi ini, dipilih TYB100-8 motor PMSM langka bumi tiga fase dengan konverter frekuensi Fuji G5. Sistem ini telah beroperasi secara kontinu dan aman selama puluhan ribu jam dan mendapat pujian dari berbagai pihak. Keunggulan utamanya adalah:
- Presisi Kecepatan Tinggi (hingga 0,4%): Menjamin toleransi ketebalan produk, menghemat bahan baku, dan menghasilkan manfaat ekonomi yang jelas.
- Keandalan Tinggi: Mengurangi beban pemeliharaan.
- Hemat Energi: Karena komponen sistem yang lebih sedikit dan efisiensi motor yang inheren.
- Desain Kompak dan Ringan: Peralatan lebih kecil dan ringan.
Pemutar dalam tungku peleburan kaca sebelumnya menggunakan penggerak DC. Namun, mengingat lingkungan suhu tinggi dan tantangan pemeliharaan, sejak 1995 sistem kontrol kecepatan frekuensi variabel telah diadopsi. Secara khusus, dua motor TYB400-8 digunakan untuk tujuan ini. Persyaratan operasionalnya adalah sebagai berikut:
Dua motor tersebut menggerakkan masing-masing pemutar, mengaduk larutan kaca dalam tungku suhu tinggi. Untuk memastikan homogenitas pencampuran, "zona mati" di dalam bak tungku tidak diperbolehkan. Oleh karena itu, area kerja kedua pemutar harus tumpang tindih sedikit, tetapi disusun sedemikian rupa sehingga bilah putaran tidak saling bertabrakan. Skema area kerja ditunjukkan dalam Gambar 12-2.
Jika kecepatan rotasi n1 dan n2 berbeda, efek kumulatifnya akhirnya dapat menyebabkan tabrakan antara bilah pemutar. Aplikasi praktis jangka panjang sistem ini telah menunjukkan tidak ada tabrakan bilah, mengkonfirmasi bahwa presisi kecepatan memenuhi persyaratan.
Penerapan kontrol kecepatan frekuensi variabel pada rol pinggir (atau "penarik") juga menghasilkan hasil yang luar biasa. Di jalur produksi kaca, saat kaca cair secara bertahap berubah menjadi semi padat plastis, perlu ditarik dan diratakan menjadi bidang. Rol pinggir melakukan fungsi krusial ini. Motor penggerak mereka harus menawarkan kontrol kecepatan berkelanjutan, tanpa tahap. Kecepatan setiap motor penarik harus ditetapkan berdasarkan faktor-faktor seperti suhu titik kerja dan jenis kaca. Ini menuntut kinerja sistem kontrol yang baik: rentang kecepatan lebar, presisi kecepatan tinggi, dan respons dinamis yang baik. Oleh karena itu, sistem kontrol kecepatan motor DC Z₂-12, 0,6 kW, 1500 rpm yang ada digantikan dengan motor PMSM tiga fase TYB500-6, 125 V, 50 Hz. Konverter frekuensi beroperasi dalam rentang 10 Hz hingga 150 Hz, memberikan rentang kecepatan motor 200 rpm hingga 3000 rpm. Menggantikan motor DC dengan motor sinkron menawarkan keunggulan termasuk otomatisasi produksi yang lebih tinggi, kualitas yang lebih baik, berat yang lebih ringan, dan kontrol terpusat yang lebih mudah.
