AC Motor Hız Kontrol Sürücüleri

Hız kontrol cihazları nedir? Günümüzde gelişen mosfet teknolojisi ile beraber DC motor sürücüleri yerini AC motor hız kontrol cihazları almıştır. Bundan dolayı IGBT üretim maliyetlerinin düşmüş olması mikroişlemcilerdeki ekonomi hız kontrol cihazları fiyatları daha ucuzlamış ve bu cihazların kullanımı yaygınlaşmıştır.

Piyasada birçok hız kontrol cihazı üreticileri vardır. Endüstride hemen her motor ac sürücü ile kontrol edilmektedir. Bundan dolayı makina sektörü rahatlamış ve müşterilerine de enerji tasarrufu, üretim kalitesi, motorların daha iyi bir şekilde çalışması gibi avantajlar getirmiştir. Hız kontrol cihazı teknolojinin gelişmesi ile birlikte boyutları küçük, şebekeye gürültü veren cihazlar yerini iyi yapıda cihazlar almıştır.

AC motor hız kontrol sürücüleri bir çok makinede bulunması kolay, kontrolünün basit ve tamirinin yapılabilir olmasından dolayı küçük ve orta güçlerde ac motor kontrolü için ac motor sürücüleri kullanılır.

AC Motor Sürücü Yapısı

Motor sürücü ürünleri endüstrinin temeli olan standart indüksiyon motorlarının hızını ve torkunu kontrol etmek için kullanılırlar. Motor sürücü teknolojisi, sürüş işleminin üretkenliğini ve verimliliğini arttırırken tam bir motor hızı kontrolü sağlamaktadır. Düşük kapasiteye ihtiyaç duyulduğu zaman, sürücü makinenin hızını azaltarak enerji tasarrufu sağlar. AC motor sürücüleri genel olarak 1 faz giriş / 3 faz çıkış ve 3 faz giriş / 3 faz çıkış olarak imal edilirler.

AC motor prensibi, 3 fazlı stator sargılarındaki gerilim yönünün doğru sıralama ile meydana getirilmesidir. Meydana gelen bu manyetik döner alan motorun dönmesini sağlar.

AC Motor Sürücüler 3 bölümden meydana gelir:

• Doğrultucu: 3 fazlı 50 Hz’ lik şebeke doğrultucuda DC akıma dönüştürülür.
• Ara devre (DC bara): Meydana getirilen bu DC gerilim kapasite ve bobinlerden oluşan ara devre (DC bara) tarafından darbeleri filtre edilir.
• Evirici (Inverter): Motor fazların, pozitif ya da negatif DC baraya belirli bir sıralama ile bağlar.

AC sanayii motorlarının 2 ve 4 kutuplularda 3 kW, 6 kutuplularda 2,2 kW’ a kadar olanları 220V/Y380Volt gerilimlidir. Daha büyük güçlü olanlara   380 V gerilimlidir.
Hız kontrol cihazı genel olarak 200-240 VAC bir faz girişli yada 380-480 VAC üç faz girişli olarak yapılır. Cihazın giriş gerilimleri anma değerleri, çıkış gerilimleri değeridir.

AC Motorlar Sürücüye Bağlanması

Giriş gerilimi bir faz 220 V  50 Hz’ li cihazın, çıkış gerilimi anma değeri üç faz 220 V 50 Hz’dir. Bu cihazda;  etiketinde 220 V/Y 380 V  50 Hz yazılı motorlar üçgen olarak  bağlı olarak çalıştırılır. Böyle motorların klemens bağlantısı yıldız (Y) bağlıdır. Yıldız (Y) köprüsü sökülerek, üçgen ( D) köprüleri yapılmalıdır.

Giriş gerilimi, üç faz 380 V 50 Hz’li cihazın, çıkış gerilimi anma değeri üç faz 380 V 50 Hz’dir. Bu cihazda etiketinde D 220V/Y 380 V 50 Hz, yazılı motorlar yıldız bağlı olarak; etiketinde D 380 V yazılı motorlar üçgen bağlı olarak çalıştırılır.

Hız kontrol cihazlarında, düşük gerilim ve aşırı gerilim, aşırı sıcaklık, aşırı akım, aşırı yük, kısa devre vb. korumalar bulunur. Bundan dolayı bir arıza sırasında cihaz devre dışı kalacağı için, cihazın ve motorun koruması yapılmış olur.

AC Motor Sürücü Arızaları

AC motor sürücüleri uygun ortamlarda ve koşullarda kullanılmadığı zaman şu gibi arızalar oluşmaktadır.

• Sürücüye yağ kaçmasından dolayı oluşan arızalar: AC sürücüler punç, delme, CNC vb. makinelerde uygun yerlere montajı yapılmazsa, ortamdaki yağlar ve soğutma sıvıları sürücü içerisine akar. Bu da elektronik devrelerin zarar görmesine yol açmaktadır.
• Fiber vb yoğun tozların yol açtığı arızalar: Endüstrideki tozlar sürücülere önemli ölçüde zararlar vermektedir.
• Oksitlenmeden dolayı meydana gelen arızalar: Sürücü içerisine girebilecek bazı kimyasallar ve nem elektronik devre üzerinde oksitlenmeye yol açarlar.
• Nemli ortamdan kaynaklanan arızalar: Nemin yüksek olduğu ortamlarda elektronik devre elemanları üzerinde neme bağlı dejenerasyon vb etkilerden kısa devreler meydana gelmektedir.
• Bağlantı hatasından kaynaklanan arızalar: Bağlantı klemenslerinin gevşek bırakılması veya yanlış bağlantı sürücülere büyük ölçüde zararlar vermektedir.
• Sürücü giriş ve çıkış arızaları: Sürücü kontrol giriş ve çıkışları yanlış bağlandığı zaman veya çalışma gerilim/akım değerleri aşıldığında ciddi arızalar oluşmaktadır.

Hız Kontrol Cihazlarının Avantajları

Seçilebilir Hızlanma – Yavaşlama; sürücü motor ve yük için birden fazla bağımsız hızlanma ve yavaşlama oranının kontrolünü yapar. Bu özellikler sürücünün hız kontrol modunda çıkışı arttırmasının veya azaltmasının ne kadar süre alacağını belirler.

Uzun Hızlanma – Yavaşlama; sürücüler motorun ve yükün hızlanma ve yavaşlama sürelerinin kontrolünü  yapabilir. Bu özelliği, hız kontrol modunda iken çıkışın artması yada azalması için geçecek sürenin kontrolünü yapar.

Analog Giriş – Çıkış; her uygulamanın kendine özel farklı giriş çıkış adetlerine gereksinimi vardır. Analog giriş çıkışlar genel olarak proses sinyallerini okumak ve sürücü durumuna orantılı sinyaller üretmek için kullanılır. Analog giriş çıkışlar; gerilim(0-10V) veya akım(04-20 mA) seviyesindedir. İhtiyaç duyulan asenkron motor tipi sürücü ile uyumlu olmalı ve ona göre seçilmelidir.

Dijital Giriş – Çıkış; her uygulamanın belirli adetlerde dijital giriş çıkışa gereksinimi vardır. Dijital giriş çıkışlar, sürücüyü kontrol etmek (Start,stop,jog vs.) ve sürücü durumu takibinde kullanılır.

Kritik Frekansları Engelleme; bazı uygulamaların, mekanizmaların (şaft,kayış vb) salınımına sebep olan mekanik rezonans noktaları mevcuttur. Bu salınımlar hızlı bir şekilde mekanik hatalara sebep olabilir.

Ortak Bara; koordineli bir sistemdeki çoğul sürücüler içeren uygulamalar ortak DC bara konfigürasyonunun avantajlarından faydalanırlar. Sürücüler AC şebeke yerine DC baraları ile birbirlerine bağlanırlar. Bu bağlantı, sürücüler arasında enerji paylaşımını ve daha az komponent kullanılmasını sağlar.

Hız Düşürme; tam yük torkunda hız referansının düşürüleceği esas hız miktarını tespit eder. Yükte bir artış olduğu zaman motor hızının düşürülmesi için kullanılır. Bu fonksiyon normalde Master Follower uygulaması ile ilişkilidir.

Dinamik Frenleme;  dinamik frenleme ani yavaşlamaya veya duruşlara ihtiyaç duyulan uygulamalar, sürücüye geri enerji akışına sebep olur. Dinamik bir fren bu enerjiyi direnç üzerinde ısıya çevirir.

Dinamik Cevap; yüksek performanslı uygulamalar her zaman hız ve tork komutlarındaki değişimlerle giriş değişimlerine anlık cevap verebilmesini gerektirir. Dinamik cevap ne kadar yüksek olursa, cihaz bu talepleri karşılamak için o kadar sahip olur.

Yüksek Maksimum Frekans; birçok uygulama motor nominal hızında veya daha düşük hızlarda ( 1500 d/dk 50 Hz) çalışmayı gerektirir. Yüksek hızlı değirmen yada sarıcı gibi bazı diğer uygulamalarda bazen özel motorlar ile çok daha yüksek hızlarda çalışmak gerekebilir.

Uzun Motor Kablosu; motorların gerilim izolasyonları üreticiler tarafından tespit edilir. Bu izolasyon gerilimi çok düşük ise, motor tarafındaki gerilim yansımaları motorun zarar görmesine sebep olabilir. Bu durum motorun sürücüden uzak bir mesafede olduğu zaman yada eski bir motor kullanıldığında önemli bir durum alır.

Aşırı Yük Torku; uygulamalar, başlangıç, hızlanma ve normal çalışma durumlarında değişken miktarlarda aşırı yüklenmelere gereksinim duyabilir. Bu aşırı yük kapasitesi sürücü tarafından akım ve motor tarafından tork olarak sağlanmalıdır.

Pozisyon Regülasyonu; motor veya makine üzerindeki bir geri besleme cihazı, tipik olarak bir encoder veya resolver, sürücüye pozisyon bilgisi verir. Sürücü bu bilgiyi istenilen set değeri ile karşılaştırır ve yükün istenen pozisyona getirilmesi için çıkışını ayarlar.

Anlık Enerji Kaybı Çalışması; devamlı bir prosesi kontrol eden uygulamaların, kısa enerji kesintileri olmamalıdır. Proses iki üç çevrim uzunluğundaki kesintilerde çalışmayı sürdürebilmelidir.

Sabit Hızlar; sürücülerin hız kontrolü potansiyometre veya analog giriş kullanılarak yapılır. Eğer belirli tekrar eden hızlar gerekiyorsa, dijital girişlerin yardımı ile sürücünün önceden tespit edilen bu hızlarda çalışması sağlanır.

Dönen Motoru Yakalama; yüksek ataletli ve düşük sürtünmeli uygulamalar, durma komutu verildiği zaman, anlık enerji kesintilerinde yada arızalarda serbest duruşa geçer. Bu uygulamaların birçoğunda, bu durum ortadan kalktığında, yük serbest duruş hızına-yönüne eşitlenerek normal çalışmaya geri dönmelidir.

PID Çevrimi; dahili bir fonksiyon, oransal, integral ve türevsel kontrol sağlayan kapalı çevrim proses kontrolü  sağlar. PID fonksiyonu, bir analog girişi okuyarak bu değeri set değeri ile karşılaştırır. PID çevrimi sürücü çıkış frekansını ayarlar (prosesi) giriş değerinin set değerine eşit olmasını sağlar.

Fan – Pompa Kontrolü; birçok fan ve pompa kurulumunda geniş bir akış değişimi spektrumu vardır. Su ve atık su sistemleri, prosesler, ve diğer endüstriyel uygulamalar bu grup içindedir. Kusursuz bir akış kontrolü, fan veya pompa üzerinde değişken hızlı bir sürücü kullanarak ve diğer birimleri sabit hızda çalıştırarak sağlanır.

Kayma Kompanzasyonu; sincap kafesli motorlar yük altında kayma ile karşı karşıya kalır. Bu durumun kompanzasyon yapılması için motor torkunu arttıracak şekilde, frekans yükseltilebilir.

Hız Aralığı; bütün uygulamalar, maksimum sürekli hızın minimum sürekli hıza oranı olarak tanımlanan belirli bir hız aralığında çalışır.

Fonksiyon Blokları; bazı prosesler, PLC uygulamaları veya lojik kontrolörler için basit kalan bazı temel lojik fonksiyonlara (zamanlayıcı, mantıksal vs) gereksinim duyar.

Kapalı Çevrim Kontrol; uygulamalar sıklıkla yük hızının hassas ölçümünü gerektirir. Motor şaftına bağlanan bir encoder ile gelen
sinyaller şaft hızını gösterir. Bu halde sürücü istenen duruma göre çıkışını ayarlayabilir.

Mekanik Fren Kontrolü; mekanik fren, sürücü enerjilendirilmediği zaman yada dururken, motoru ve sürülen mekanizmayı sıfır hızda tutar.

Tork Hafızası; celaskar, vinç ve asansör gibi bazı uygulamalar, sürücünün çıkış vermediği durumda motoru ve yükü sabit tutmak için mekanik fren kullanırlar. Bu frenin açılmasından önce, sürülen motor ve yükün geri kaçmasını engellemek için motorun yeteri miktarda akım çektiğini algılar.

Haberleşme; birden fazla sürücü içeren uygulamalarda yada PLC veya bir başka süpervizör cihaz tarafından kontrol edilen sürücülerde, belirli bir ağ üzerinde haberleşme gerekebilir.

Rejeneratif Çalışma (frenleme); bazı uygulamalarda, yer çekimi kuvveti, yükün statordaki döner alandan daha hızlı hareket ederek sürücüye geri enerji akışına sebep olabilir. Rejeneratif frenleme fonksiyonu bu fazla enerjinin şebekeye geri basılmasını sağlar.

 İnverter Sürücü ile AC Motorlara Yol Verme

Günümüzde çeşitli markalarda, değişik güçlerde elektrik motoru sürücüleri imalatı yapılmaktadır. Bu sürücüler ile uygulama yapılırken, bu sürücülerin kullanma kılavuzlarında yazılan parametre ayarlarını ve ana güç bağlantılarına göre montaj yapılmalıdır. Bu kullanım kılavuzlarında ac sürücü kumanda kabloları ile ilgili bağlantı şemaları da vardır. AC sürücünün fonksiyon ve yapısal özellikleri, montaj ve bağlantı şemaları, cihazla ilgili ayarlar ve giriş paremetrelerinin listesi,  kurulumu ve çalıştırılması ile ilgili bilgiler mevcuttur.

AC motor sürücüleri ile asenkron motorun devir ayarı yapılırken, motor etiketine uygun  invertör  seçilir. Seçilen invertör fiyatları değişkendir. Normal çalışma şekli ile çalışacaksa invertörün faz giriş uçlarından şebeke gerilimi tatbik edilir. Sonrada cihazla motor arasındaki iletkenler bağlanır. Çalışma prensibine uygun olarak motorla ilgili paremetreler, cihaza sırayla girilir.

• Bir müddet bekleyiniz ve şarj lambasının söndüğünden emin olunuz.
• DC gerilimi ölçebilen (800 VDC veya üzeri) bir test cihazı kullanarak, DC ana devrelerine (PA-PC arası nda) verilen gerilimin 45V yada daha az olduğundan emin olunuz. Bu işlemler yanlış yapılırsa, kablo bağlantısı elektrik çarpmasına neden olur.
• Terminal tablosu üzerinde bulunan vidaları belirtilen tork değerinde sıkınız. Eğer vidalar belirtilen tork değerinde sıkılmazsa yangına neden olabilir.
• Giriş gücü geriliminin, anma değerleri etiketi üzerinde yazan nominal güç geriliminin +%10, -%15 aralığında olduğundan emin olunuz (sürekli işletimde yük %100 olduğunda ±%10). Eğer giriş gücü gerilimi, nominal giriş geriliminin +%10, -%15 (sürekli işletimde yük %100 iken ±%10 aralığında değilse, yangın meydana gelebilir.
• Topraklama yaparken güvenli şekilde bağlanmasına dikkat ediniz. Topraklama güvenli şekilde yapılmazsa, bir akım kaçağı veya arıza meydana geldiğinde elektrik çarpmasına veya yangına neden olabilir.
• Çıkış (motor tarafı) terminallerine, yerleşik kondansatörlere sahip olan (gürültü filtreleri veya dalga emiciler gibi) cihazlar bağlamayınız. Bu, yangına yol açabilir.
• Motor çalışmasa dahi, sürücü’ye elektrik gücü giderken sürücü terminallerine dokunmayınız. Güç bağlantısı varken sürücü terminallerine dokunulması durumunda elektrik çarpmasına neden olabilir.
• Elleriniz ıslakken düğmelere dokunmayın ve sürücü’ yü ıslak bir bezle temizlemeye çalışmayınız. Bu tür uygulamalar da elektrik çarpmasına neden olur.
• Yeniden deneme fonksiyonu seçildiğinde alarm-durma halindeki motora yaklaşmayınız. Motor birdenbire yeniden çalışabilir ve yaralanmaya sebep olabilir.
• Giriş gücünü ön kapağı taktıktan sonra açınız. Cihazın bir dolap içine montajı yapıldığında ve ön kapak çıkarılmış olarak kullanıldığı zaman,ilk olarak dolap kapaklarını kapatınız ve sonra gücü açınız. Ön kapak veya dolap kapakları açıkken güç açılırsa,elektrik çarpması oluşabilir
• Arızadan sonra sürücü’ yü yeniden ayarlamadan önce işletim sinyallerinin kapalı olduğunun kontrolünü yapınız. İşletim sinyali kapatılmadan önce sürücü yeniden ayarlanırsa, motor birdenbire çalışarak yaralanmaya yol açabilir.