Kurva V/Hz pada Roots Blower: Kenapa Menurunkan Kecepatan Bisa Menaikkan Arus Motor

Ditulis oleh Ketut Kumajaya — 12 September 2026

Pendahuluan

Salah satu laporan operasional yang cukup menarik perhatian datang dari sebuah plant oksigen: setiap kali frekuensi inverter diturunkan, arus motor justru naik. Secara intuisi, ini berlawanan dengan ekspektasi umum bahwa menurunkan kecepatan mesin seharusnya menurunkan kebutuhan daya dan, pada kondisi tertentu, arus motor. Namun ekspektasi ini valid untuk satu kategori beban tertentu, dan mesin yang dibahas di sini — Roots blower tipe positive displacement — berada di kategori yang berbeda.

Tulisan ini membahas mengapa fenomena tersebut terjadi, bagaimana root-cause-nya diverifikasi, dan hasil perbaikannya di lapangan.

Dua Kategori Beban pada Aplikasi VFD

Dari sudut pandang inverter, beban mekanis umumnya terbagi menjadi dua kategori dengan karakteristik torsi yang berbeda.

Variable torque — diwakili pompa dan fan sentrifugal. Torsi yang dibutuhkan naik sebanding kuadrat kecepatan (T ∝ N²), sehingga daya naik sebanding pangkat tiga kecepatan (P ∝ N³). Menurunkan kecepatan menjadi setengahnya secara teori menurunkan kebutuhan daya menjadi seperdelapan — inilah dasar mengapa VFD memberi penghematan energi signifikan pada aplikasi HVAC dan sistem pemompaan.

Constant torque — mencakup Roots blower, screw compressor, dan mesin positive displacement lainnya. Klasifikasi ini merujuk pada karakteristik yang umum digunakan sebagai basis pemilihan parameter VFD, bukan pernyataan bahwa torsi aktual selalu bernilai tetap dalam segala kondisi. Pada kondisi ideal, setiap putaran rotor memindahkan volume geometris yang relatif tetap, sehingga kapasitas volumetrik teoritis berbanding lurus dengan kecepatan rotor (Q ∝ N). Sebagai pendekatan (bukan persamaan karakteristik blower yang presisi), torsi yang dibutuhkan dapat digambarkan sebagai T ≈ (Q × ΔP) / (ω × η) — sehingga dengan Q ∝ N, persamaan ini disederhanakan menjadi T ≈ (N × ΔP) / (N × η), yang berarti pada ΔP proses dan efisiensi (η) yang relatif stabil, torsi mendekati konstan pada berbagai kecepatan operasi, dan daya mengikuti hubungan linear terhadap kecepatan (P ∝ N). Namun jika ΔP proses berubah signifikan — misalnya akibat perubahan tekanan suction/discharge atau kondisi gas — atau efisiensi berubah cukup besar terhadap operating point, torsi aktual turut bergeser. "Constant torque" pada konteks ini lebih tepat dipahami sebagai kategori aplikasi untuk pemilihan karakteristik V/Hz, bukan besaran yang konstan secara matematis pada setiap saat.

Perbedaan kategori ini menentukan parameter kontrol motor yang seharusnya digunakan — dan di titik inilah ditemukan sumber masalah pada kasus ini.

Parameter yang Tidak Sesuai: Kurva V/Hz Quadratic

Kurva V/Hz (voltage-to-frequency) menentukan besarnya tegangan yang diberikan inverter ke motor pada setiap frekuensi operasi. Untuk beban variable-torque, tegangan pada kecepatan rendah dapat diturunkan secara agresif karena torsi yang dibutuhkan pada kecepatan tersebut memang kecil — pendekatan ini dikenal sebagai kurva V/Hz Quadratic.

Namun untuk beban constant-torque, torsi yang dibutuhkan tetap tinggi meskipun kecepatan rendah. Jika kurva Quadratic tetap digunakan, tegangan pada frekuensi rendah berpotensi tidak memadai untuk mempertahankan fluks magnet yang diperlukan bagi torsi yang dibutuhkan, sehingga dapat terjadi under-fluxing. Pada kondisi ini, motor cenderung menarik arus lebih besar untuk mempertahankan torsi yang sama. Perlu dicatat, hubungan ini tidak selalu sesederhana itu pada praktiknya: sebagian drive memiliki fitur voltage boost atau IR compensation yang turut memengaruhi tegangan aktual pada frekuensi rendah, dan arus motor yang tinggi juga dapat dipengaruhi oleh faktor lain seperti losses mekanis, kondisi belt, atau temperatur ambient. Under-fluxing akibat kurva V/Hz yang tidak sesuai tetap menjadi mekanisme yang paling konsisten untuk menjelaskan pola yang teramati pada kasus ini — sebagaimana akan ditunjukkan oleh data pada bagian berikutnya — namun bukan satu-satunya variabel yang secara teoritis dapat memengaruhi arus motor.

Semakin rendah frekuensi operasi, deviasi rasio V/Hz terhadap kebutuhan beban constant-torque menjadi semakin besar — meskipun konsekuensinya terhadap arus tetap bergantung pada keseluruhan sistem drive-motor-beban, bukan kurva V/Hz semata. Inilah kondisi konfigurasi inverter yang ditemukan di plant: parameter Motor Control Type (CTT) tercatat sebagai "U/F VC Quadratic" — profil yang sesuai untuk fan/pompa, namun digunakan untuk menggerakkan Roots blower melalui transmisi V-belt.

Verifikasi Hipotesis

Kesimpulan awal ini didasarkan pada konvergensi beberapa jenis bukti:

• Fenomena lapangan — arus naik saat frekuensi diturunkan, sebuah pola yang tidak sesuai dengan perilaku yang diharapkan dari aplikasi constant-torque dengan kondisi operasi yang relatif sama.
• Dokumen konfigurasi inverter — parameter CTT tercatat eksplisit sebagai "U/F VC Quadratic".
• Teori dasar motor listrik — hubungan antara profil V/Hz dan fenomena under-fluxing sudah dipahami baik dalam literatur kelistrikan industri.

Ketiganya mengarah pada satu penjelasan yang paling konsisten. Namun konvergensi bukan pembuktian definitif — sehingga sebelum eksekusi perubahan parameter pada motor 160 kW yang menggerakkan suplai oksigen kontinu, diperlukan validasi lapangan langsung.

Eksekusi dan Hasil

Perubahan parameter dilakukan dengan prosedur yang sesuai untuk mesin kritikal: window shutdown terjadwal (15 menit), izin dari seluruh pemangku kepentingan terkait, motor dihentikan total sebelum parameter diubah (beberapa parameter kontrol motor tidak dapat diubah saat drive dalam kondisi running), kemudian di-restart dan dipantau.

Parameter CTT diubah dari "U/F VC Quadratic" menjadi "U/F VC Standard" (kurva V/Hz linear, lebih sesuai untuk beban torsi konstan).

Data arus dan temperatur motor sebelum dan sesudah perubahan, pada beberapa titik frekuensi operasi:

Setelah CTT dikoreksi, pola hubungan antara frekuensi dan arus berubah menjadi lebih sesuai dengan ekspektasi untuk aplikasi constant-torque: arus tidak lagi menunjukkan kecenderungan meningkat ketika frekuensi diturunkan, melainkan berada pada kisaran yang relatif sama atau sedikit menurun. Yang berubah bukan sekadar nilai arus, melainkan pola hubungan antara frekuensi dan arus — dari yang semula berlawanan arah dengan model teknis yang diharapkan, menjadi konsisten dengannya. Data logsheet 24 jam berikutnya, yang mencakup transisi dari 30 Hz ke 25 Hz di tengah periode operasi, mendukung bahwa pola ini bertahan: temperatur motor tetap berada dalam kisaran 60.7–68.9 °C selama periode tersebut, tanpa indikasi kenaikan temperatur yang terus-menerus, dan tanpa indikasi hunting atau ketidakstabilan kontrol — meski periode 24 jam ini tentu belum setara dengan uji ketahanan termal jangka panjang.

Dua catatan metodologis perlu disampaikan agar temuan ini tidak dibaca sebagai pembuktian mutlak. Pertama, perbandingan pada tabel di atas bukan perbandingan pada titik operasi yang identik — kondisi sebelum perbaikan (40 Hz) dan sesudah (33/30/25 Hz) tidak diukur pada frekuensi yang sama, sehingga bukan perbandingan apple-to-apple dalam arti ketat. Yang memberi keyakinan tambahan adalah tekanan discharge proses relatif stabil pada kisaran yang sama (sekitar 160–171 kPa) di seluruh periode pengamatan, sehingga ΔP sistem tidak berubah drastis antara kondisi sebelum dan sesudah — namun idealnya, verifikasi lebih kuat akan diperoleh dari pengukuran pada frekuensi yang identik sebelum dan sesudah perubahan parameter.

Kedua, artikel ini menggunakan arus sebagai indikator utama karena itulah yang tersedia dari logsheet operasional. Arus adalah indikator yang berguna namun tidak identik dengan daya listrik maupun beban mekanis motor — hubungan keduanya dipengaruhi juga oleh power factor dan bentuk gelombang keluaran VFD, yang dapat berbeda antar titik operasi. Pembacaan daya (kW) langsung, jika tersedia, akan memberi gambaran yang lebih representatif terhadap beban motor dibanding arus semata.

Pola arus pada tabel di atas dapat digambarkan sebagai berikut (titik 40 Hz merepresentasikan kondisi sebelum perbaikan, titik lainnya sesudah perbaikan):

Titik 40 Hz merepresentasikan kondisi sebelum perbaikan dan menunjukkan arus yang lebih tinggi dibanding titik-titik operasi setelah CTT dikoreksi. Data ini konsisten dengan observasi lapangan bahwa penurunan frekuensi sebelum perbaikan tidak memberikan penurunan arus seperti yang diharapkan.

Implikasi terhadap Strategi Turndown

Sistem ini menggunakan skema kontrol split-range — kombinasi VFD dan bypass valve, dengan VFD sebagai aksi kontrol utama (lebih efisien energi untuk beban positive displacement) dan bypass valve sebagai trim sekunder setelah kecepatan mencapai batas minimum. Prinsipnya adalah menggunakan perubahan kecepatan sebagai mekanisme turndown utama, dan membuka bypass hanya ketika kecepatan telah mencapai batas operasi yang ditetapkan — pada arah sebaliknya (menaikkan demand), sekuensingnya juga konsisten: bypass menutup terlebih dahulu sebelum kecepatan dinaikkan lebih lanjut. Ini merupakan filosofi sequencing kontrol, bukan sekadar pembagian rentang sinyal secara sembarang.

Sebelum perbaikan, kekhawatiran terhadap arus tinggi pada kecepatan rendah menjadikan batas bawah (low speed limit) inverter dijaga relatif konservatif. Setelah pola arus teramati menjadi lebih sesuai dengan ekspektasi pada frekuensi rendah, batas ini diturunkan secara bertahap dari 30 Hz ke 25 Hz — memperluas peran VFD dalam turndown dan mengurangi ketergantungan pada bypass valve.

Hal ini relevan dari sisi efisiensi energi: setiap gas yang telah dikompresi blower namun kemudian dialirkan kembali ke sisi suction melalui bypass merepresentasikan energi kompresi yang telah dikeluarkan tanpa pernah mencapai proses. Selama blower, motor, VFD, dan proses masih berada dalam batas operasi yang valid, semakin besar porsi turndown yang dapat ditangani langsung melalui pengurangan kecepatan, semakin kecil kebutuhan mengalirkan gas melalui jalur bypass tersebut — bukan berarti menurunkan frekuensi sejauh mungkin selalu lebih efisien, karena ada batas lain (pendinginan motor, batas operasi mekanis blower, pelumasan, potensi pulsasi) yang turut membatasi seberapa jauh penurunan itu dapat dilakukan secara aman.

Pertanyaan yang Masih Terbuka

Dua aspek masih memerlukan klarifikasi lebih lanjut.

Pertama, kapasitas pendinginan motor. Motor menggunakan konfigurasi pendinginan standar (kipas terpasang pada poros, sehingga laju alirannya menurun seiring penurunan kecepatan motor). Semakin rendah frekuensi operasi, semakin berkurang kapasitas pendinginannya, terlepas dari kesesuaian parameter V/Hz — dengan kata lain, kesesuaian dari sisi kelistrikan (electrical suitability) pada kecepatan rendah tidak otomatis berarti kesesuaian dari sisi termal (thermal suitability). Penelusuran lebih lanjut menemukan bahwa motor ini tersedia dalam varian dengan "forced cooling" independen sebagai opsi pabrikan — informasi yang relevan untuk rencana turndown lebih dalam, meskipun kelayakan retrofit pada unit yang sudah terpasang masih perlu dikonfirmasi.

Kedua, rating operasi pada dokumen pabrikan. Dokumen motor mencantumkan rentang operasi 6–50 Hz dengan kategori "reduced torque" — istilah yang umumnya ditujukan untuk aplikasi dengan torsi yang menurun terhadap kecepatan, seperti fan/pompa. Karena blower pada aplikasi ini dikategorikan sebagai constant-torque load, relevansi rating tersebut terhadap batas operasi aktual perlu dikonfirmasi ke pabrikan — mengingat terminologi "reduced torque" pada katalog motor dapat pula berkaitan dengan kapasitas termal, metode pendinginan, atau kelas aplikasi tertentu yang spesifik terhadap model motor tersebut, bukan semata soal jenis beban. Hingga klarifikasi tersebut diperoleh, batas operasi yang digunakan tetap mengacu pada rentang yang telah tervalidasi melalui data lapangan.

Apakah Ini Hanya Masalah Schneider?

Tidak. Kasus di atas menggunakan Schneider Altivar ATV630 sebagai contoh, namun konsep kurva V/Hz kuadratik versus linear bukan spesifik satu merek. Nama parameternya berbeda antar vendor, tetapi prinsip pemilihannya sama.

Delta C2000 menyediakan opsi square curve di samping linear dan kurva kustom multi-titik pada grup parameter V/F, serta mode kontrol berbasis vektor (SVC/FOC) sebagai alternatif V/F murni. ABB, pada seri seperti ACS480/ACS580, menyebut parameter setara ini sebagai V/f ratio dengan pilihan Squared dan Linear — dokumentasi ABB sendiri menyebutkan Squared sebagai pengaturan default pada sejumlah model, ditujukan untuk aplikasi pompa/fan sentrifugal.

Terlepas dari merek drive dan konfigurasi default-nya, parameter karakteristik V/Hz perlu diverifikasi terhadap jenis beban yang digerakkan. Inverter yang dapat menjalankan motor tanpa fault belum tentu memiliki konfigurasi yang optimal untuk aplikasi tersebut. Penamaan serta lokasi parameter berbeda antar seri dan versi firmware, sehingga manual programming resmi tetap menjadi rujukan sebelum melakukan perubahan pada sistem yang sedang beroperasi.

Penutup

Root-cause pada kasus troubleshooting jarang ditentukan hanya karena satu parameter terlihat tidak sesuai di atas kertas. Keyakinan terhadap suatu penjelasan menjadi lebih kuat ketika perubahan pada parameter tersebut menghasilkan perubahan perilaku sistem yang konsisten dengan model teknis yang diharapkan — seperti yang ditunjukkan pada kasus ini, di mana pola hubungan frekuensi-arus berubah menjadi lebih sesuai dengan model teknis yang diharapkan setelah parameter CTT dikoreksi.

Temuan ini menggarisbawahi satu hal: parameter default pabrikan tidak selalu sesuai untuk setiap aplikasi. Kurva V/Hz Quadratic bukan parameter yang keliru secara umum — karakteristik ini memang ditujukan untuk aplikasi dengan torsi yang menurun terhadap kecepatan, seperti fan dan pompa sentrifugal. Namun untuk beban constant-torque seperti Roots blower, parameter yang sama dapat menjadi sumber inefisiensi dan potensi masalah termal jangka panjang.

Kondisi semacam ini berpotensi bertahan tanpa terdeteksi, karena gejalanya — arus sedikit lebih tinggi, temperatur motor sedikit lebih panas — mudah dianggap sebagai karakteristik normal alih-alih kesalahan konfigurasi yang dapat diperbaiki. Verifikasi ulang parameter dasar kontrol motor, khususnya pada instalasi yang menggerakkan beban positive displacement, layak dijadikan bagian dari praktik pemeriksaan berkala — bukan hanya saat commissioning awal.

Catatan: rincian data pada tulisan ini disederhanakan untuk kepentingan penyajian. Identitas plant dan pihak-pihak yang terlibat tidak disebutkan.