+62 21 54376065

Mekanik pada sistem Variable Speed Drive (VSD)

Seri 3

 

 

 

1.8     Torsi Aselerasi dan Torsi Beban

 

 

Dibawah ini kita jabarkan hubungan antara torsi aselerasi dengan momen kelembaman (inersia) dari sebuah sistem penggerak (sistem drive) yang mempunyai peralatan transmisi diantara penggerak (motor) dan beban. 

Gear reducer dapat kita sederhanakan seperti yang diilustrasikan pada gambar  dibawah.

 

 

 

 

Gambar 26: Sebuah Gear Reducer

 

 

 

     Persamaan di sisi penggerak

 

  Persamaan di sisi beban

 

dengan:

 

 

 

dengan:

 

 

maka:

 

 

 

Dari persamaan gear ratio diatas:

 

 

Sehingga:

 

 

 

Momen kelembaman total atau inersia yang di refleksikan ke sisi penggerak (sumbu motor) adalah:

 

 

Total momen kelembaman yang direfleksikan ke sisi penggerak (sumbu motor) merupakan penjumlahan inersia pada sisi penggerak   dan inersia dari sisi yang digerakkan (beban)  .  Adanya gear reducer dengan gear ratio i di sistem drive serta dengan mempertimbangkan faktor guna (effisiensi ) dari gear reducer yang bersangkutan, maka persamaan diatas menjadi:

 

 

 

Substitusikan persamaan ini ke persamaan diatas maka:

Sehingga:

 

 

Dengan mempertimbangkan faktor guna (effisiensi  ) dari gear reducer maka persamaan ini menjadi:

 

 

atau:

 

 

Persamaan ini menyatakan bahwa torsi motor terdiri dari 2 bagian yang harus dipertimbangkan, yaitu pertama torsi yang dibutuhkan motor untuk meng aselerasi / deselerasi beban yang kita namakan dengan torsi aselerasi  dan yang kedua adalah torsi yang dibutuhkan  motor untuk menggerakkan beban dalam keadaan stasioner . 

 

Inersia yang ter refleksikan pada sumbu motor adalah faktor penting dalam menghitung daya motor yang dibutuhkan, baik motor dalam keadaan kerja stasioneri maupun terutama pada saat aselerasi / deselerasi.

Dengan pemakaian gear reducer maka inersia sistem drive yang direfleksikan ke sumbu motor menjadi lebih kecil sebanding dengan seperquadratis dari gear ratio. 

 

Pemakaian gear reducer pada dasarnya untuk  memperoleh torsi yang lebih besar dan pada saat yang sama juga berfungsi untuk mereduksi kecepatan.

Jika gear reducer yang semestinya ada didalam sistem penggerak, namun karena sesuatu sebab dihilangkan oleh perancang mesin nya, maka motor yang dipilih terpaksa harus mempunyai daya yang lebih besar.

Kerugian nya adalah, yang pertama biaya yang lebih besar dan yang kedua motor tersebut terpaksa dijalankan pada kecepatan rendah (bahkan dapat jauh di bawah kecepatan nominal) sehingga motor cenderung menjadi lebih panas karena pendingian motor yang kurang memadai,selain itu pemakaian arus juga tidak effisien. 

 

Gear reducer juga berguna untuk mendapatkan inertia matching.

Inertia Mismatch sangat perlu diperhatikan terutama pada applikasi sistem servo.

Rasio yang ideal terletak pada perbandingan 1:1.

Banyak sistem presisi memakai gearhead dengan presisi tinggi sebab penambahan gear reducer  selalu menurunkan proforma sistem. Gearhead presisi seperti ini mempunyai effisiensi diatas 95% dan backlash dibawah 2 arc-menit.     

Gear ratio yang tinggi dapat mengakomodir inersia beban yang tinggi terhadap inersia motor dan memberikan pengaturan dengan respons yang baik.  

Inertia mismatch yang terlalu besar dapat mempersulit dalam optimasi sistem pengaturan kecepatan pada sistem drive.

Suatu sistem yang menggerakkan beban ber inersia tinggi selalu memerlukan gain pengaturan yang besar,  yang cenderung dapat berakibat osilasi yang berlebihan saat terjadi perubahan beban yang mendadak.

Keadaan akan makin parah jika motor hasil rancangan kita mempunyai daya yang kurang dari semestinya dan / atau ada inertia mismatch yang besar pada sistem tersebut.   

Pada applikasi sistem servo biasanya inertia mismatch sebaiknya dibawah 1:10.

 

 

1.9      Daya (Power) Motor

 

 

Dengan memperoleh besaran torsi motor maka daya atau power motor dapat dihitung berdasarkan persamaan dibawah ini:

 

 

 

atau rumus praktek nya menjadi:

 

 

  atau daya motor dalam satuan kilowatt (kW)

 atau torsi motor dalam satuan  Nm

n atau kecepatan motor dalam satuan  rpm

 

 

 

2.        Beban Motor

 

 

Beban sebuah motor (Load) selalu melawan arah putaran motor, sehingga disebut juga Counter Torque.

Contoh beban motor seperti  Fan (Blower), Pompa, Crusher, Excavator, Elevator,Conveyor,  Mixer, Extruder dan lain lain.

 

Ada bermacam jenis beban, namun dalam prakteknya kita mengenal beberapa jenis beban yang khas dan diilustrasikan pada gambar gambar 27 – 30 dibawah ini.

 

 

 

 

Gambar 27: Torsi Konstant

 

 

 

 

 

Gambar 28: Torsi Linear

 

 

 

 

 

 

Gambar 29: Torsi Kuadratis

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 30: Torsi Hyperbel

 

 

 

 

2.1                  Beban dengan Torsi Konstan

Kebanyakan beban termasuk dalam kategori ini.

Dari pelajaran mekanika dasar kita mengetahui bahwa daya (power = P) berbanding lurus dengan kecepatan sehingga grafik daya adalah linear terhadap kecepatan.    

Contoh: Alat pengangkat (Hoist), Conveyor, Penggiling.

Untuk Conveyor perlu diperhatikan torsi awal yang besar disebabkan oleh gesekan statik sesaat sebelum beban dapat digerakkan. 

 

 

2.2                  Beban dengan Torsi Linear

Applikasi yang masuk dalam kategori ini ada pada Mixer, Extruder

Daya motor berbanding lurus dengan kuadratis dari torsi.

Untuk Mixer perlu juga diperhatikan  jenis media nya terutama berhubungan dengan viskositas atau kekentalan media.

 

 

2.3                  Beban dengan Torsi Kuadratis

Beban beban yang termasuk dalam kategori ini mempunyai fungsi kuadratis terhadap kecepatan, sehingga daya (power) nya berbanding dengan fungsi pangkat tiga dari kecepatan atau biasanya kita sebut mengikuti hukum cubic (pangkat tiga).

Beban kuadratis ini sangat spesifik, kita jumpai terutama pada aplikasi Fan (Blower), Pompa, mesin mesin Sentrifugal.

 

 

2.4      Beban dengan Torsi Hyperbel (Daya Konstan)

Torsi pada beban mempunyai fungsi hyperbel terhadap kecepatan.

Sehingga daya atau power yang dikonsumsi adalah konstan.

Pada beban seperti ini, kita kenal istilah applikasi dengan daya konstan.

 

Beban daya konstan terutama dijumpai pada mesin mesin penggulung (winder) kertas dan plastik,  spooler pada mesin kabel, spindle pada mesin mesin bubut.

Mesin winder di operasikan bervariasi dari kecepatan yang kecil hingga kecepatan nominal dengan tension (tegangan) material yang konstan dan diameter gulungan yang bertumbuh dengan waktu penggulungan. Dapat dibayangkan bahwa torsi beban yang juga pasti akan bertambah besar seiring dengan bertambahnya diameter gulungan, namun tension (tegangan) pada permukaan material harus dijaga selalu tetap konstan.

 

Spindle kadang kala di operasikan jauh diatas kecepatan nominal, tentunya dengan pengurangan torsi untuk phase finishing, umpamanya untuk memperoleh permukaan yang halus.

 

Para perancang mesin harap memperhatikan bahwa aplikasi dengan daya konstan memerlukan frame motor yang lebih  besar.

 

 

 

 

 

 

 

Jakarta, 30 April 2010

Oleh: Amir Kasan Dipl. Ing.

 

Penulis telah berkecimpung dalam dunia Drive & Automation lebih dari dua dasa warsa pada beberapa MNC. Saat ini menjabat sebagi General Manager pada PT. YESS.

 

PT. Yuda Esa Sempurna Sejahtera (PT.YESS) adalah sebuah perusahaan yang bergerak di bidang Motion Controller dan Automation.

Kami melakukan pengadaan peralatan seperti Frequensi Inverter, DC-Converter, Servodriver, Motor Induksi, Motor DC, Motor Servo, Motor Stepper serta peralatan Automasi seperti PLC dan HMI dan mesin mesin pengerjaan logam seperti mesin Lathe dan mesin Milling..

Kami juga melakukan rancang bangun (engineering) dan uji coba (testing and commissioning) di lapangan serta jasa pelayanan purna jual.

YESS - Solution for your Drives and Automation Challenges