1.AC Sürücülere Giriş (Değişken Frekanslı Sürücüler) Modern endüstriyel kontrol alanında ve......
DEVAMINI OKUDüşük voltajlı yumuşak yol verici, geleneksel bir doğrudan hat (DOL) yolvericinin yaptığı gibi anında tam hat voltajı uygulamak yerine, başlatma sırasında bir AC endüksiyon motoruna sağlanan voltajı kademeli olarak artıran bir elektronik motor kontrol cihazıdır. Kontrollü başlatıcı, voltajın sıfırdan tam besleme voltajına yükselme hızını kontrol ederek, motorun başlatılması sırasında meydana gelen ani akımı ve mekanik şoku sınırlandırarak hem motoru hem de bağlı mekanik yükü ani tam voltaj enerjilendirmesiyle ilişkili gerilimlerden korur.
Standart bir endüksiyon motoru, herhangi bir akım sınırlama cihazı olmadan hat boyunca çalıştırıldığında, çalışma hızına ulaşana kadar birkaç saniye boyunca tipik olarak tam yük nominal akımının 6 ila 8 katı kadar bir ani akım çeker. Büyük motorlarda bu artış tam yük akımının 10 katı veya daha fazla olabilir. Bu dalgalanma, dirençli ısınma yoluyla motor sargılarını zorlar, şaft kaplinlerinde, dişli kutularında, kayışlarda ve tahrik edilen ekipmanlarda yoğun tork şoku yaratır ve besleme ağında, aynı elektrik altyapısını paylaşan diğer bağlı yükleri ve hassas ekipmanları etkileyebilecek voltaj düşüşlerine neden olur.
A alçak gerilim yumuşak yol verici tüm bu sorunları tek bir kompakt cihazda çözer. Her faza bağlanan bir dizi arka arkaya tristör (silikon kontrollü redresörler veya SCR'ler) kullanılarak, başlatma sırasında tristörlerin ateşleme açısını kademeli olarak artırır, bu da kontrollü bir rampada motora iletilen RMS voltajını yükseltir. Sonuç, ani akımı tam yük akımının seçilebilir bir katıyla sınırlayan, mekanik şoku sıfıra yakın bir seviyeye indiren ve besleme ağındaki voltaj bozulmasını ortadan kaldıran yumuşak, ayarlanabilir bir hızlanmadır; aynı anda motor ömrünü uzatır, çalıştırılan ekipmanı korur ve elektrik talebi ücretlerini azaltır.
AC yumuşak yolvericinin temel çalışma prensibi, motora iletilen voltaj dalga biçimini düzenlemek için tristörlerin faz açısı kontrolüne dayanır. Standart bir üç fazlı yumuşak yol vericide, üç çift arka arkaya tristör, üç besleme fazının her birine seri olarak bağlanır. Her tristör çifti, ilgili fazdaki AC dalga formunun bir yarım döngüsünü kontrol eder; bir tristör pozitif yarı döngüyü, diğeri ise negatif yarı döngüyü yürütür.
Başlatma rampası sırasında, kontrollü başlatıcının kontrol elektroniği tristörleri her yarım döngüde kademeli olarak daha erken ateşler; bu parametreye ateşleme açısı veya iletim açısı adı verilir. Rampanın başlangıcında ateşleme açısı büyüktür (tristörler döngünün sonlarında ateşlenir), yani her yarım döngünün yalnızca küçük bir kısmı gerçekleştirilir ve motora ulaşan etkin RMS voltajı düşüktür. Rampa ilerledikçe ateşleme açısı azalır (tristörler kademeli olarak daha erken ateşlenir), her yarım döngüden daha fazlasını iletir ve motora iletilen etkin voltajı artırır. Başlatma rampasının sonunda, tristörler her yarım döngüde mümkün olan en erken noktada ateşlenerek motora neredeyse tam besleme voltajı sağlanır.
Motor tam hıza ulaştığında, modern düşük voltajlı yumuşak yolvericilerin çoğu, tristörleri tamamen atlayarak motoru doğrudan besleme hattına bağlayan dahili veya harici bir bypass kontaktörünü kapatır. Bu önemli bir özelliktir çünkü tristörler iletim sırasında ısı üretirler; motoru tristörleri baypas etmek yerine sürekli olarak bunların üzerinden çalıştırmak önemli miktarda ısı kaybı gerektirecek ve kontrollü başlatıcının ömrünü kısaltacaktır. Baypas kontaktörü bu sorunu ortadan kaldırır ve motor kararlı durum çalışması sırasında doğrudan hat beslemesinde tam verimlilikle çalışırken kontrollü başlatıcının yalnızca başlatma ve durdurma sıralarını yönetmesine olanak tanır.
Motor kontrol mühendisliğinde en sık sorulan sorulardan biri yumuşak yolvericinin ne zaman kullanılacağı, doğrudan hat üzerinde yolvericinin mi yoksa değişken frekanslı sürücünün ne zaman kullanılacağıdır. Her cihazın kendine özgü yetenekleri ve sınırlamaları vardır ve bir uygulama için yanlış olanı seçmek ya aşırı mühendislik ve gereksiz maliyete ya da yetersiz spesifikasyon ve operasyonel sorunlara yol açar.
DOL yolverici, enerji verildiğinde motoru hiçbir akım sınırlaması olmadan doğrudan besleme voltajına bağlar. Bu en basit, en ucuz ve en güvenilir motor çalıştırma yöntemidir ama aynı zamanda en yıkıcı yöntemdir. DOL başlatma, küçük motorlar (tedarik kapasitesine bağlı olarak genellikle 5-7,5 kW'ın altında), bağlı yükün başlatma sırasında tam tork şokunu tolere edebildiği uygulamalar ve elektrik kaynağının önemli bir voltaj düşüşü olmadan ani akımı absorbe edecek kadar sağlam olduğu sistemler için uygundur. Daha büyük motorlar veya hassas uygulamalar için, DOL başlatma genellikle besleme ağı veya mekanik dayanıklılık açısından kabul edilemez.
Düşük voltajlı yumuşak yol verici, birincil gereksinimin motorun başlatılması ve durdurulması sırasında ani akımı ve mekanik şoku sınırlamak olduğu ancak normal çalışma sırasında değişken hız kontrolüne gerek olmadığı durumlarda doğru seçimdir. Eşdeğer değere sahip bir VFD'den önemli ölçüde daha ucuzdur, daha az ısı üretir, kararlı durum çalışması sırasında besleme ağı üzerinde daha düşük harmonik bozulma etkisine sahiptir (çünkü bypass kontaktörü kapalıdır) ve yapılandırılması ve devreye alınması daha kolaydır. Yumuşak yolvericiler pompalar, kompresörler, fanlar, konveyörler ve motorun sabit bir hızda çalıştığı ancak kontrollü başlatma ve durdurmalar gerektirdiği tüm uygulamalar için idealdir.
Değişken frekanslı bir sürücü, gelen AC beslemesini DC'ye dönüştürerek ve ardından değişken frekanslı, değişken voltajlı bir AC çıkışı sentezleyerek, motorun çalışma aralığı boyunca (sıfırdan temel hızın üstüne kadar) tam hız kontrolü sağlar. VFD'ler doğası gereği yumuşak başlatma sağlar (çoğunlukla yumuşak başlatıcıdan daha iyidir) ve ayrıca çalışma sırasında sürekli hız ayarına olanak tanır; bu da benzeşim yasaları aracılığıyla pompalar ve fanlar gibi değişken torklu yüklerde büyük enerji tasarrufu sağlar. Bununla birlikte, VFD'ler daha pahalıdır, tedarik ağında önemli harmonik distorsiyona neden olur, daha fazla ısı üretir ve boyutu, kurulumu ve bakımı daha karmaşıktır. Yumuşak yolverici ile VFD arasındaki seçim, çalışma sırasında değişken hız kontrolünün gerekli olup olmadığına bağlıdır; eğer öyleyse, bir VFD gereklidir; değilse, kontrollü başlatıcı daha uygun maliyetli ve daha basit bir çözümdür.
| Özellik | DOL Starter | Alçak Gerilim Yumuşak Yolverici | VFD |
| Ani Akım Sınırlaması | Yok | Evet (ayarlanabilir) | Evet (mükemmel) |
| Çalışma Sırasında Değişken Hız | Hayır | Hayır | Evet (tam aralık) |
| Başlangıçta Mekanik Şok | Yüksek | Düşük | Çok Düşük |
| Harmonik Bozulma (Çalışıyor) | Yok | Yok (bypass closed) | Önemli |
| Göreli Maliyet | Düşük | Orta | Yüksek |
| Çalışma Sırasında Enerji Tasarrufu | Yok | Asgari | Önemli (variable loads) |
| Kurulum Karmaşıklığı | Basit | Orta | Karmaşık |
Düşük voltajlı yumuşak yol vericinin doğru şekilde seçilmesi, bir dizi teknik parametrenin özel motor ve uygulama gereksinimlerinize göre değerlendirilmesini gerektirir. Küçük boyutlandırma, başlatma sekansları sırasında tristörlerin termal olarak aşırı yüklenmesine yol açar; aşırı boyutlandırma sermaye ve dolap alanını boşa harcar. Aşağıdaki kriterleri sistematik olarak çalışmak, hizmet ömrü boyunca güvenilir performans gösteren bir cihazı belirlemenizi sağlar.
Herhangi bir kontrollü başlatıcının temel boyutlandırma parametresi, kontrol edeceği motorun amper cinsinden ifade edilen tam yük akımıdır (FLC). Yumuşak yolvericiler, maksimum sürekli akım taşıma kapasitelerine göre derecelendirilir ve seçilen cihazın, motorun FLC'sine eşit veya bundan daha büyük bir akım değerine sahip olması gerekir. Kontrollü başlatıcının voltaj değeri aynı zamanda motorun besleme voltajıyla da eşleşmelidir; düşük voltajlı kontrollü başlatıcıların çoğu, küresel olarak kullanılan standart düşük voltaj dağıtım seviyelerini kapsayan 200–690 V AC, 50/60 Hz aralığındaki besleme voltajları için derecelendirilmiştir.
Tüm başlatma uygulamaları, kontrollü başlatıcının tristörlerine aynı termal yükü uygulamaz. Saatte bir kez çalışan bir pompa, birkaç dakikada bir çalışıp duran bir konveyörden veya ağır yük altında saatte birden çok kez çalışan bir testereden çok farklı bir termal görev yükler. Kontrollü başlatıcılar, başlatma görevlerine göre sınıflandırılır; genellikle saat başına maksimum başlatma sayısı, maksimum başlatma akımı çarpanı ve saniye cinsinden maksimum başlatma süresi olarak ifade edilir. Sık başlatma, yüksek başlatma akımı gereksinimleri veya uzun hızlanma süreleri olan uygulamalar, daha yüksek görev sınıfı derecesine sahip bir yumuşak yol verici gerektirir. Başlatma görevini dikkate almadan yalnızca motor FLC'sine dayalı bir cihazın seçilmesi, yüksek çevrimli uygulamalarda erken tristör arızasının yaygın bir nedenidir.
Bağlı yükün tork karakteristiği, kontrollü başlatıcının nasıl yapılandırılması gerektiğini ve standart bir yumuşak yol vericinin uygun olup olmadığını önemli ölçüde etkiler. Santrifüj pompalar ve fanlar, yumuşak yolvericiler için ideal olan düşük ataletli, düşük başlatma torklu yüklerdir; düşük voltaj altında kolayca hızlanırlar ve hız arttıkça yük torku kademeli olarak artar. Büyük volanlar, bilyalı değirmenler veya ağır yüklü konveyörler gibi yüksek ataletli yükler, standart bir yumuşak yolvericinin sağlayamayacağı kadar yüksek başlatma torku gerektirir; çünkü voltajın düşürülmesi torku ikinci derecede azalttığından, yük torku yeterince yüksekse, azaltılmış voltaj altında başlatılan bir motor durabilir. Yüksek başlatma torklu uygulamalar için, akım yükseltme veya tork kontrol özelliğine sahip bir yumuşak yol verici veya alternatif olarak bir VFD gereklidir.
Modern düşük voltajlı yumuşak yol vericiler, basit motor çalıştırmanın ötesine geçen bir dizi yerleşik koruyucu fonksiyon içerir. Bu işlevlerin kullanılabilirliği ve karmaşıklığı, temel ekonomi modelleri ve tam özellikli birimler arasında önemli ölçüde farklılık gösterir. Kritik bir uygulama için yumuşak yol vericiyi seçerken, yerleşik koruma işlevlerini motor ve uygulama koruma gereksinimlerine göre dikkatle değerlendirin.
Güvenilir yumuşak yolverici çalışması için doğru kurulum kadar doğru seçim de önemlidir. Hizmetin ilk yılındaki kontrollü başlatıcı saha arızalarının çoğunluğu, cihaz kusurlarından ziyade kurulum hatalarına atfedilebilir; yanlış kablolama, yetersiz havalandırma, yanlış parametre ayarları ve eksik koruyucu cihazlar, erken yaşam sorunlarının büyük çoğunluğunu oluşturur.
En yaygın kontrollü başlatıcı kablolama konfigürasyonu, cihazı besleme kontaktörü ile motor terminalleri arasında hat içi olarak bağlar; üç besleme fazı kontrollü başlatıcının güç terminallerinden (tipik olarak giriş tarafında 1/L1, 3/L2, 5/L3 ve çıkış tarafında 2/T1, 4/T2, 6/T3 olarak etiketlenir) ve ardından doğrudan motora geçer. Kontrollü başlatıcının yukarısındaki izolasyon kontaktörü, bakım sırasında cihazın besleme bağlantısını keser ve kısa devre koruması koordinasyonu sağlar. Bir bypass kontaktörü ya kontrollü başlatıcının içine yerleştirilmiştir ya da harici olarak güç terminallerine paralel olarak monte edilmiştir; motor tam hıza ulaştığında, bypass kapanır ve kontrollü başlatıcının tristörleri devre dışı bırakılırken motor doğrudan hat üzerinde çalışır.
Halihazırda üçgen konfigürasyonda bağlı olan büyük motorlar için, bir iç üçgen (veya üçgen-dahili) kablolama düzenlemesi, kontrollü başlatıcıyı ana besleme hatları yerine üçgen döngü içine bağlar. Bu konfigürasyon, kontrollü başlatıcının işlemesi gereken akımı, hat içi kablolamaya kıyasla 1/√3 (yaklaşık %58) oranında azaltır; böylece daha küçük, daha ucuz bir kontrollü başlatıcının belirli bir motoru kontrol etmesine olanak tanır. Bununla birlikte, üçgen içi kablolama fazlama konusunda dikkatli olunmasını gerektirir ve doğru şekilde kablolanması ve devreye alınması daha karmaşıktır. Genellikle 200 kW'ın üzerindeki büyük motorlar için kullanılır; daha küçük bir yumuşak yol vericinin kullanılmasından kaynaklanan maliyet tasarrufu, ilave kablolama karmaşıklığını haklı çıkarır.
Düşük voltajlı yumuşak yolvericiler, her başlatma sırasında tristörlerinde ısı üretir ve bu ısının, cihazı çalışma sıcaklığı aralığında tutmak için dağıtılması gerekir. Yeterli doğal konveksiyon veya zorlamalı hava soğutması için kontrollü başlatıcının üstünde, altında ve yanlarında daima üreticinin minimum boşluk gereksinimlerine uyun. Kapalı kontrol panellerinde, kurulu tüm cihazlardan toplam ısı dağılımını hesaplayın ve panelin havalandırma veya iklimlendirme kapasitesinin, iç sıcaklığı kontrollü başlatıcının ortam sıcaklığı derecesi (tipik olarak maksimum 40°C ila 50°C) dahilinde tutmak için yeterli olduğunu doğrulayın. Başlatma dizileri sırasında termal derecenin aşılması, tristör bozulmasının ve erken arızanın birincil nedenidir.
Tristörler, kısa devre akımları tarafından milisaniyeler içinde yok edilebilen son derece hızlı cihazlardır; standart bir devre kesicinin kesebileceğinden çok daha hızlıdır. Kontrollü başlatıcılar, kontrollü başlatıcı üreticisinin koordinasyon tablosuna göre derecelendirilen ve seçilen doğru şekilde koordine edilmiş kısa devre koruma cihazlarıyla (motor koruma devre kesicileri (MPCB'ler) veya sigortalar) korunmalıdır. Yanlış seçilmiş bir koruyucu cihazın kullanılması, en yaygın kurulum hatalarından biridir ve doğru şekilde belirlenmiş bir cihazın onu koruyacağı bir aşağı akış arızası durumunda kontrollü başlatıcının tahrip olmasına neden olabilir. Yukarı yönde korumayı seçerken genel kesici boyutlandırma kurallarına değil, daima üreticinin koordinasyon verilerine bakın.
Fiziksel kurulumdan sonra kontrollü başlatıcının, ilk enerjilendirmeden önce belirli motor ve yük için doğru parametre ayarlarıyla yapılandırılması gerekir. Düşük voltajlı kontrollü başlatıcıların çoğu, ön paneldeki tuş takımı ve ekran veya iletişim arayüzü yazılımı aracılığıyla bir dizi ayarlanabilir parametre sağlar. Devreye alma sırasında doğru şekilde yapılandırılması gereken en kritik parametreler başlatma rampası ayarları ve motor aşırı yük koruma eşiğidir.
Başlangıç voltajı (aynı zamanda başlatma voltajı veya kaide voltajı olarak da adlandırılır), başlatma rampasının başlayacağı voltaj seviyesini ayarlar. Bunu çok düşük bir değere ayarlamak, motorun yükü hızlandırmaya başlamak için başlangıçta yetersiz tork üretmesi ve motorun rampanın başlangıcında durmasına neden olması anlamına gelir. Çok yükseğe ayarlamak, rampayı tam voltaja yakın başlatarak yumuşak başlatmanın faydasını azaltır. Çoğu santrifüj pompa uygulaması için, besleme voltajının %30-40'ı kadar bir başlangıç voltajı, devreye alma sırasında gözlemlenen gerçek hızlanma davranışına göre ayarlanan pratik bir başlangıç noktasıdır.
Rampa süresi (aynı zamanda hızlanma süresi olarak da adlandırılır), başlangıçtan tam gerilime kadar gerilim rampasının ne kadar süreceğini tanımlar. Daha uzun rampa süreleri, daha yumuşak hızlanma ve daha düşük tepe ani akım üretir, ancak aynı zamanda motorun düşük voltajda daha fazla zaman harcadığı anlamına gelir; bu da motor sargılarındaki ısınmanın artmasına neden olur. Tipik rampa süreleri, yük ataletine ve kabul edilebilir ani akım seviyesine bağlı olarak 3 ila 30 saniye arasında değişir. Aşırı yük akımı ayarı, normal çalışma değişimleri sırasında istenmeyen açma olmadan doğru aşırı yük koruması sağlamak için motorun isim plakasındaki tam yük akımının %100-105'ine ayarlanmalıdır.
Kontrollü başlatıcı seçimi ve devreye almada en çok dikkat başlatma sırasına odaklanır, ancak kontrollü durdurma işlevi (kapatma sırasında kontrollü yavaşlama) birçok uygulamada aynı derecede değerlidir ve sıklıkla gözden kaçırılır veya devre dışı bırakılır. Bir pompa veya fan motoru aniden kapatıldığında, ani akış kaybı, pompalama sistemlerinde su darbesine (sıvı momentumu aniden durdurulduğunda oluşan hidrolik şok dalgası), boru hattı sistemlerinde basınç dalgalanmalarına ve atalet hızla dağıldığından kaplinler ve tahrik edilen ekipman üzerinde mekanik strese neden olabilir.
Kontrollü başlatıcının kontrollü durdurma işlevi, ayarlanabilir bir yavaşlama rampası süresi boyunca (tipik olarak 1 ila 20 saniye) motora giden voltajı kademeli olarak azaltır ve motorun ve yükün serbestçe durmak yerine kademeli olarak yavaşlamasına olanak tanır. Uzun tahliye hatlarına sahip pompa uygulamalarında, 5-10 saniyelik yavaşlama süresiyle yumuşak durdurmanın etkinleştirilmesi su darbesini neredeyse tamamen ortadan kaldırır ve boru tesisatını, vanaları ve bağlantı parçalarını hidrolik şok hasarından korur. Konveyör uygulamalarında yumuşak durdurma, ani durmanın ani sarsıntısı nedeniyle ürünün dökülmesini önler. Yumuşak durdurmanın etkinleştirilmesi ve doğru şekilde yapılandırılması, önceden kurulmuş bir kontrollü başlatıcıdan ek değer elde etmenin en kolay yollarından biridir ve ani durdurmanın mekanik veya hidrolik sorunlara yol açtığı tüm uygulamalar için şiddetle tavsiye edilir.
Kontrollü başlatıcılar, doğru şekilde belirlendiğinde, kurulduğunda ve bakımı yapıldığında nadiren arıza yapan sağlam elektronik cihazlardır; ancak sorunlar ortaya çıktığında, açık temel nedenlere sahip tanımlanabilir kalıplara girme eğilimindedirler. Kontrollü başlatıcı panelinde görüntülenen hata kodlarını kullanan yapılandırılmış bir sorun giderme yaklaşımı, en yaygın arıza modlarına ilişkin bilgilerle bir araya gelerek saha sorunlarının çoğunu bileşen değişimi gerektirmeden çözer.
Düşük voltajlı yumuşak yolvericiler, mekanik motor başlatma ekipmanına kıyasla nispeten daha az bakım gerektirir; değiştirilecek kontak yoktur, güç devresinde hareketli parça yoktur ve yağlama gereksinimi yoktur. Bununla birlikte, mütevazı bir periyodik bakım rutini servis ömrünü önemli ölçüde uzatır ve önlenebilir arızaların çoğunu önler.
En önemli rutin bakım görevi temizliktir. Kontrol paneli ortamları zamanla toz ve iletken kirlenme biriktirir ve kontrollü başlatıcının soğutucu kanatçıkları üzerindeki toz tabakası, konvektif ısı dağılımını önemli ölçüde azaltır; bu, ağır başlatma görevi sırasında tristörün bozulmasına neden olan aynı termal koruma sorunudur. Her 6-12 ayda bir (veya tozlu endüstriyel ortamlarda daha sık), kontrollü başlatıcının gücünü kapatın ve soğutma bloğu, havalandırma yuvaları ve devre kartlarındaki tozu temizlemek için basınçlı kuru hava kullanın. Tekrarlanan başlatmalardan kaynaklanan termal döngü, bağlantıların zamanla gevşemesine neden olduğundan, tüm güç terminali bağlantılarını inceleyin ve belirtilen değerlere göre yeniden torklayın.
Cihazın günlük kaydı özelliği varsa kontrollü başlatıcının olay günlüğünü veya arıza geçmişini her bakım ziyaretinde inceleyin. Tam bir açmadan önce artan sayıda termal uyarıyı, faz dengesizliği olayını veya aşırı yük yaklaşımlarını gösteren bir kayıt, motorda, besleme ağında veya mekanik sistemde gelişen sorunlar hakkında, üretimin plansız bir şekilde durmasına neden olmadan önce önceden uyarı sağlar. Modern yumuşak yolvericilerden elde edilen teşhis verilerini proaktif bir şekilde kullanmak, motorlu ekipmanlarla çalışan operasyon ve bakım ekipleri için mevcut en etkili bakım stratejilerinden biridir.