Uygulamanız için bir Frekans Konvertörü seçerken göz önünde bulundurmanız gereken çok çeşitli ürün özellikleri, seçenekleri ve yetenekleri vardır. Frekans Konvertörleri motor hızının ve torkunun kontrolü için yaygın olarak kullanılmaya devam ettikçe, üreticiler sürücülerinin benzersiz yetenekleriyle kendilerini geliştirmeye ve farklılaşmaya devam edeceklerdir. Bu se- beple, hareket kontrol ürünlerine yeni başlayanlar için ürün seçme süreci yeterince zor bir hale gelmiş durumdadır: Genel amaçlı basit şaft döndürücülerden, gelişmiş konum kontrol cihazlarına kadar günümüzde mevcut bir çok ürün bulunmaktadır. Ancak, iyi haber şu ki, bu cihazları başarılı bir şekilde seçmek ve boyutlandırmak için çok önemli olan bilgileri toplar ve düzenlersek, bu zorlu işi kolaylaştırabiliriz.
Bu kılavuz, her zaman başvurabileceğiniz, sürücü seçimi için önemli soruları sormanıza yar- dımcı olacak bir kılavuz olarak hazırlandı. Buradaki amacımız, seçim sürecini olabildiğince doğ- ru hale getirmektir. Bu şekilde, ister eski bir sürücüyü yenileyin, ister hatalı bir sürücüyü de- ğiştirin veya yeni bir uygulama tasarlayın - ekipmanınızı hızla çalışır duruma getirebilirsiniz.
Öncelikle, bu kılavuzda kullanılan “Frekans Konvertörü – Sürücü - FC” terimi için sektörde bir çok başka terim de kullanılmaktadır. Bu terimlerin bazıları; Değişken Frekanslı Sürücü
(Variable Frequency Driver - VFD) Ayarlanabilir Frekans Sürücüsü (Adjustable Frequency Dri- ver - AFD), Değişken Hızlı Sürücü (Variable Speed Driver - VSD), AC Sürücü’dür. Artık hangi tür cihazdan bahsettiğimiz konusunda hem fikir olduğumuza göre, uygulamanıza en uygun mode- li belirlemek için önemli soruları sormaya başlayabiliriz!
FREKANS ÇEVİRİCİ SEÇİM KILAVUZU
KRİTİK SORULAR VE DİKKAT EDİLECEK KONULAR
Uygulamanın Aşırı Yük Gereksinimleri nelerdir?
Hangi FREKANS KONVERTÖRÜ serisinin uygun olduğunu belirlemek için ilk olarak, uygulamanın ihti- yaçlarını belirlememiz gerekir. Çünkü FC’leri öncelikle bulunacakları ortam koşullarından etkilenirler.
Bu ortam koşullarını belirleyip uygun seri FC’leri seçmeden motor boyutlarına göre seçim yaparsanız çok ciddi bir yanlış yapmış olabilirsiniz. Uygulamalardaki aşırı yük gereksinimleri FC seçimlerinde seçi- lecek seriyi direk etkileyen bir parametredir. Motor tarafından hangi ekipmanın veya işlemin sürüldü- ğünü içeren uygulamanın açıklaması, aşırı yük derecelendirme gereksinimlerini ortaya çıkaracaktır.
Bazı üreticiler yalnızca bir aşırı yük derecesi sağlar, ancak artık hem Normal Hizmet hem de Ağır Hiz- met aşırı yük derecelendirmeleri sağlamak daha yaygındır. Bu ikili derecelendirme, tasarımcının fre- kans konvertörünün hangi mevcut seviyeyi ve hangi süre için sağlayabileceğini bilmesini sağlayarak uygulama için frekans konvertörü seçimine yardımcı olur. Şekil 1'de listelenen vurgulanan hücreleri karşılaştırarak bir frekans konvertörü kataloğunun seçim tablosunda tipik olarak görülen normal gö- rev ve ağır hizmet çıkış akımı (Amper) derecelendirmelerinin bir örneğini görebilirsiniz.
Şekil 1—Frekans Konvertörü tipik ürün seçim tablosu
Normal Çalışma veya Hafif Çalışma aşırı yük derecesi, Değişken Tork yükü uygulamalarıyla ilişkilidir. Bu tür uygulamalar genellikle fanlar, üfleyiciler (blowers) ve santrifüj pompalardır. Tork - Hertz Grafiği (bkz. Şekil 2), değişken tork yükü uygulamasının, hız arttıkça tork gereksinimlerinin arttığı bir uygulama olduğunu gös- termektedir. Normal çalışma aşırı yük derecesi, tipik olarak yaklaşık 1 dakika boyunca yaklaşık% 110 ila%
120 aşırı yüke izin verir.
Ağır Hizmet aşırı yük derecesi, fan, üfleyici veya santrifüj pompa OLMAYAN hemen hemen tüm diğer uygu- lamalarla kullanılır. Bunlar genellikle Sabit Torklu yük uygulamaları olarak adlandırılır. Tork - Hertz Grafiği (bkz. Şekil 2), sabit tork uygulamalarında, motorun sıfır hızdan tam hız oranına kadar tam tork oranını sağ- ladığını gösterir. “Normal görev” – “ağır görev” adlandırma kuralı mantıksız görünebilir çünkü hepsi olmasa da bir çok endüstriyel uygulama normalde ağır hizmet aşırı yük derecesi gerektirir. Bu derecelendirme tipik olarak uygulamanın 1 dakika veya daha kısa süreyle yaklaşık% 150 ila% 175 aşırı yüklenmeye ihtiyaç duydu- ğu anlamına gelir. Dolayısı ile, uygulama ile ilgili yeterli bilgi bulunmadığında ve / veya motor özellikleri ek- sik olduğunda, varsayılan olarak, ağır göreve uygun FC seçimi yapmanız gerekir. Örneğin yalnızca motorun beygir gücünü bildiğiniz zaman, vasayılan olarak ağır görev (hizmet) sürücüleri tercih etmelisiniz. Tablodaki yüzdelerin ve tepe akım aşırı yük kapasitelerin modeller arasında değişebileceğini unutmayın. Mutlaka se- çim yaptığınız sürücünün dökümanını inceleyin.
Şekil 2—Tork - Hertz Grafiği - hız aralığında tipik CT ve VT yük uygulamasının tork (akım) seviyeleri
Uygulama hakkında bilgi toplarken, müşterinize FC sürücü tercihi ve varsa kullandıkları mevcut marka- lar hakkındaki tecrübelerini de sormalısınız. Bu uygulamaları sonuçta müşteriniz için yapıyorsunuz.
Müşterinizin uygulaması ile ilgili hali hazırda memnun olduğu bir FC serisi varsa tercihinizi bu yönde yapmanız müşteri memnuniyetini daha kolay bir şekilde sağlamanızı sağlayabilir. Yine tesisin sahadaki Teknik personeli uygulama ile ilgili sürücünün montajı, tuş takımı menüleri, parametreleri veya devre- ye alma yazılımına daha aşina olabilir ve devreye alma esnasında işinizi kolaylaştırabilir.
Gerekli Kontrol Modu Performansı Seviyesi Nedir?
Frekans konvertörü seçimi için bir sonraki husus kontrol modu veya kontrol yönteminin belirlenmesi- dir. Kontrol modu, motordan elde edilebilir ne düzeyde performans bekleyebileceğimizi belirlemede önemli bir faktördür:
• Hız Aralığı: Frekans konvertörünün tam nominal torku, hız ayar noktasını ve düzgün çalışmayı korur- ken motor hızını temel hızının altına ne kadar düşürebileceğinin oranıdır. Örneğin, 10: 1 hız aralığına sahip bir frekans konvertörü, 175.0 RPM'ye kadar 1.750 RPM motoru kontrol edecek şekilde derece- lendirilmiştir.
• Hız Düzenleme: Sürücünün referans ayar noktasına göre gerçek motor hızını ne kadar doğru kontrol ettiğidir. Örneğin,% 2 hız regülasyonlu bir frekans konvertörü bir motoru 1.750 RPM'de çalıştırdığında, gerçek şaft hızlarının 1.715 ile 1.785 RPM olmasını bekleyebiliriz.
• Dinamik Tepki veya Hız Tepkisi: Frekans konvertörünün frekans (hız) referanslarındaki değişikliklere ne kadar hızlı tepki verdiğidir. Hızda bir değişiklik komutu verildiğinde, daha büyük bir dinamik yanıta sahip bir frekans konvertörü, motoru daha kısa sürede yeni hıza ulaştırabilir. Dinamik yanıt genellikle Hertz (Hz) cinsinden ölçülür.
• Bizim için önemli olan 3 temel kontrol modu vardır:
1. Sayısal Mod olarak da adlandırılan “Hertz Başına Volt (V / Hz veya V / f)”, kontrol modları arasın- da en basit ve en yaygın olanıdır. Genellikle bir açık döngü kontrol modu performansı artırmak için kullanlır. frekans konvertörünün motora otomatik ayarlanması önerilir ancak gerekli değildir.
Bu, aynı sürücüden, tek konfigürasyonla da olsa, birden fazla motorun aynı anda kontrol edilme- sine izin veren tek kontrol yöntemidir. V / Hz kontrolü için tipik hız aralıkları 2: 1 ila 20: 1 iken hız
3'tür ve dinamik yanıt genellikle 3 Hz civarındadır.
2. Açık Döngü Vektörü (OLV-Open Loop Vector) veya Sensörsüz Vektör, daha sıkı motor kontrol özelliklerine izin veren daha yüksek performanslı bir algoritma kullanır. OLV, motor hızı ve torku- nun bağımsız kontrolü için kullanılabilir, bu da tork limitlerinin kontrolünün hız kontrolüne göre öncelikli olduğu bir dizi uygulamaya erişim sağlar. OLV kontrolü için tipik hız aralıkları 60: 1 ila 200: 1 iken hız regülasyonu yaklaşık % 0,2 ila % 0,6 aralığında ve dinamik yanıt genellikle 10 Hz civarındadır.
3. Kapalı Döngü Vektörü (CLV), kontrol modları arasında en yüksek performansa sahiptir. Motor enkoderi geri beslemesinin eklenmesi ile hız aralığı, düzenleme ve yanıtta artışa izin verir. Geri besleme ve vektör kontrolünün eşleştirilmesiyle CLV, sıfır hızda tutma torku sağlayabilir. CLV kontrolü için tipik hız aralıkları 1.000: 1 ila 2.000: 1'dir, hız regülasyonu yaklaşık% 0.01 ila % 0.02 arasında ve dinamik yanıt genellikle 50 Hz'den büyüktür.
Frekans konvertörlerinin dayanıklılık ve ortam gerek- sinimleri nelerdir?
Frekans Konvertörünün çalışacağı ortam, seçim esnasında göz önünde bulundurmamız gereken diğer bir parametredir. Neyse ki frekans konvertörü, çok farklı ortamlarda çalışmak üzere tasarlanmışlardır.
Ayrıca çerçeve ve montaj boyutları da bulunacakları ortama göre çeşitlendirilmiştir.
Bu aşamada sormamız gereken bazı sorular şunlardır:
• Frekans konvertörü duvara mı yoksa makineye mi monte edilecek? Veya bir muhafazaya monte edilecekse, ne kadar yükseklik, genişlik ve derinlikte olması gerekiyor? Montaj yerindeki kullanı- labilir alan ne kadardır?
• Frekans konvertörü dış ortamda mı yoksa iç ortamda mı kullanılacak?
• Frekans konvertörü yoğun kir, toz, nem veya yıkamaya maruz kalacak mı?
Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC), Ulusal Elektrik İmalatçıları Birliği (NEMA) ve Underwriters Laboratories (UL), elektrikli ekipmanların muhafazaları için belli standart ve derecelendirmeler belirle- mişlerdir.
Bu standartları ve derecelendirmeleri anlamak, ekipmanın ve personelin korunması için uygun bir mu- hafazaya sahip bir frekans konvertörünün seçilmesine yardımcı olacaktır. Şekil 3(a-b)’de en yaygın fre- kans konvertörü muhafaza derecelendirmelerini ve kullanım amaçlarını listelemektedir.
Şekil 3a— Koruma Sınıfları—1’inci Basamak
Şekil 3b— Koruma Sınıfları—2’nci Basamak
Bu standartları ve derecelendirmeleri anlamak, ekipmanın ve personelin korunması için uygun bir mu- hafazaya sahip bir frekans konvertörünün seçilmesine yardımcı olacaktır. Şekil 3(a-b)’de en yaygın fre- kans konvertörü muhafaza derecelendirmelerini ve kullanım amaçlarını listelemektedir.
Arayüz gereksinimleri nelerdir?
Pek çok basit frekans konvertörü, dahili hız potansiyometresine sahip entegre bir tuş takımından doğ- rudan programlanabilir ve kontrol edilebilir. Daha karmaşık sürücüler, motor kontrol pano kapısına monte edilen ve gerektiğinde çıkarılabilin bir tuş takımı içerir. Bu uzaktan montaj kiti veya tuş takımı çoğu markada, ayrı olarak sipariş edilmesi gerekir. Tuş takımı, sürücüyü çalıştırmanın yalnızca bir yolu- dur; Çoğu frekans konvertörü, Başlat / Durdur / İleri / Geri / Sıfırla / E-Durdur gibi ortak komutları içe- rebilen bir uygulamayala harici cihazdan da çalıştırılabilir. Bu komutların, sürücünün Dijital Giriş termi- nallerine bağlanan butonlar, anahtarlar veya sensörler gibi uzak cihazlardan gelmesi de mümkündür.
Bir Röle veya Dijital Çıkış, sıfır hız veya tam hız gibi belirli sürücü durumlarını bir gösterge ışığına ikincil bir işlemi işaret etmek için bağlanabilir. Analog Girişler ve Çıkışlar, diğer cihazlardan gelen dijital veya analog dataları işlemek için kullanılır. frekans konvertörü kullanırken dijital / analog giriş çıkışlar ile ilgi- li sorulması gereken bazı sorular şunlardır:
• Kaç adet dijital giriş ve çıkış gerekiyor?
• Kaç adet analog giriş ve çıkış gerekiyor?
• Analog sinyal tipleri neler? 0-10 Vdc, 0-20 mA, or 4-20 mA?
• Kaç röle çıkışı gereklidir?
• Tuş takımı frekans konvertörü üzerinde mi yoksa pano üzerinde mi olacak?
Frekans konvertörü ile harici bir cihaz (PLC, HMI, PC veya başka bir frekans konvertörü gibi) arasında veri veya komut alıp gönderirken, bu bilgiler bazı iletişim protokolleri üzerinden aktarılır. Belirli bir pro- tokol frekans konvertörü ile standart olarak sunulabilir. Örneğin bir çok frekans konvertöründe mod- bus protokolü standart olarak gelir. Bu tip VF’ye örneğin profinet protokolü ekletilmek istenirse ilave bir haberleşme kartı almak gerekir. En yaygın standart ve isteğe bağlı iletişim protokollerinden bazıları sonraki sayfada listelenmiştir:
Mevcut Besleme Voltajı Nedir?
Besleme Voltajı veya Servis Voltajı, frekans konvertörünün giriş gücü terminallerine bağlanacak güçtür.
Endüstriyel yerlerde birkaç besleme voltajı bulunabilir. Üç fazlı besleme voltajı frekans konvertörlerin- de daha yaygın olsa da, bazı daha küçük modeller motora üç fazlı voltaj verecek şekilde tek fazlı bir kaynaktan beslenebilir. Frekans Konvertörü Seçim Tablosunda ilk beş sürücü modelinden olası faz girişi varyasyonlarının örneklerini görebilirsiniz. Gelen besleme voltajı genellikle aşağıdaki kategoriler ve aralıklar içindedir:
• Tek faz – 115-120 VAC
• Tek faz – 200-240 VAC
• Üç faz – 200-240 VAC
• Üç faz – 380-480 VAC
• Üç faz – 500-700 VAC
Motorun özellikleri nedir?
Uygun bir sürücü serisi seçildikten sonra, motorumuzun özelliklerine göre bir frekans konvertörü mo- delini seçmeye başlayabiliriz. Motor özelliklerini motor etiket plakasından edinebilirsiniz. Bu motor kimlik etiketi eksik veya hasarlıysa, motorun markasını ve modelini biliyorsanız, motor üreticisinden veri dosyasını isteyebilirsiniz.
Motorla ilgili ihtiyaç duyacağınız en önemli özellikler, Şekil 4’de örnek bir motor plakasının görselinde işaretlenen Gerilim ve Tam Yük Amp. (FLA) değerleridir (Şekil 4). frekans konvertörü çıkış voltajının, motorun giriş voltajıyla eşleşmesinin yanı sıra, motorun FLA akım değerine eşit veya bundan daha yük- sek bir çıkış akımı değeri taşıması gerekir.
Bir frekans konvertörü için hız aralığı spesifikasyonunun, frekans konvertörünün tam nominal torku ve hızı korurken bir motoru çalıştırabileceği en düşük hızı nasıl gösterdiğini artık öğrendik. Bununla birlik- te, bir motor için hız aralığı özelliği, farklı bir performans sınırlaması türüdür. Motor hız aralığı, bir mo- torun kendisini doğru şekilde soğuturken ve tam nominal torku korurken çalışabileceği en düşük hızı gösterir. Peki, bir frekans konvertörü ile kontrol edilen motordan ne tür bir performans bekleyebiliriz?
Cevap, genel olarak dört kategoriden oluşan motor tasarımına bağlıdır:
• Standart (veya Eski) Tip Motorlar, frekans konvertörleri dikkate alınmadan, sabit hat voltajı ve frekansında çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Motor hız aralığı modele bağlıdır, ancak genel bir ku- ral 2: 1'dir. Motor ve frekans konvertörü arasındaki izin verilen kablo mesafeleri genellikle sınırlı- dır. Üreticiden motor performansı ve işlem değerleri ile ilgili bilgi almanızın genellikle bir garantisi yoktur.
• İnvertör Hazır Tip Motorlar standart motorlar olarak üretilir, ancak üretici tarafından bir frekans konvertörü veya hat boyunca motor yol vericisinde (soft-starter) kullanım için test edilmişlerdir.
Motor hız aralığı hala modele bağlıdır, ancak genellikle 3: 1 ila 10: 1 sabit tork hız aralığındadırlar.
• Inverter Duty Tip Motorlar, bir frekans konvertörü düşünülerek kullanılmak üzere tasarlanmıştır.
Bu tip motorlar genellikle sabit hız için hat boyunca bir motor yol vericisi ile kullanılabilir, ancak temel olarak değişken hız kontrolü için, bir frekans konvertörü ile kullanım için tasarlanmıştır. Bir baypas devresinin kullanılması durumunda, motor modelinin her iki başlatma yöntemini de yapıp yapamayacağını bilmek önemlidir. Motor hız aralığı modele bağlıdır, ancak 1.000: 1 civarında ara- lıklar görmeyi bekleyebiliriz. Bu tip motorlarda, Motor ve frekans konvertörü arasındaki izin veri- len kablo mesafeleri artık çok uzun veya bazı durumlarda sınırsızdır.
• Vektör Duty Tipi Motorlar, tasarım olarak Inverter Duty motorlara benzer tasarlanmıştır. Ancak Şekil 4 — 3 fazlı bir asenkron motor plakası
bu motorlarda sisteme geri bildirim sağlayan encoder ve çözücü (resolver) gibi cihazlar bulunur.
Vektör görev motorları, kapalı döngü vektör modunda bir frekans konvertörü ile kullanıldığında sıfırdan tam hıza kadar tüm hız aralığında% 100 tork üretebilir.
Buradan çıkarılacak ders, uygulamanın genel hız aralığının, motor ve frekans konvertörünün hız aralık- larının düşük sınırı ile limitli olacağıdır. Örneğin, bir Standart Motorun hız aralığı, çok daha yüksek hız aralıkları sağlayabilen yüksek performanslı bir vektör sürücü ile kontrol edildiğinde bile, içsel tasarımı nedeniyle yaklaşık 2: 1 ile sınırlı kalacaktır. Tersine, yüksek performanslı bir vektör görev motoru yal- nızca V / Hz kontrol modu seviye hız aralıklarıyla sınırlı bir frekans konvertöründen kontrol edilecekse, genel uygulamanın hız aralığı vektör görev performans seviyelerinde olmayacaktır. Hem frekans kon- vertörü modelinden hem de motordan gelen performans yetenekleri hakkında bilgi sahibi olmak, ger- çekçi performans beklentileri belirlemenizde ve sistem sınırlılıklarını tanımlamanızda size yol gösterici olacaktır.
Başka seçenek veya aksesuar gerekli midir?
Günümüzün birçok frekans konvertörü seçenekleri ve aksesuarları mevcuttur. Bazı frekans konvertörü üreticileri kullanıcılara bir çok seçenek sunarak esnekliklerini artırırken bazı üreticiler daha standart ürünler üretmektedir. Dikkat edilmesi gereken en yaygın frekans konvertörü seçeneklerinden bazıları aşağıda listelenmiştir:
• Motor Geri Bildirimi – Kullanılan geri bildirim türüyle sürücünün uyumluluğunu kontrol etmek isteyeceksiniz.
• Dynamik Frenleme – Bazı modellerde standart olarak bir Frenleme Transistörü veya Fren Kıyıcı bulunurken bazılarında bu seçenek yoktur.
• Parametre Hafızası /Back-up (Yedekleme yeteneği) – Sürücü arızası veya tekrarlama durumun- da parametreleri kaydetmek için çeşitli yöntemler mevcuttur.
• Programlama mantığı – Bazı sürücüler, algoritma yazmak için indirilebilir yazılımla birlikte PLC’lere benzer bir işlevsellik sağlar.
• Filtreler/Reaktörler – Hat veya yük tarafı ekipmanının harmonik bozulmadan kaynaklanan voltaj yükselmelerine karşı korunmasıdır.
• Güvenlik - Safe Torque Off (STO) – Tek veya Çift STO devresi, frekans konvertörüne giden gücü kesmeden motora giden gücü keser.
Artık çoğu endüstriyel uygulamada frekans konvertörü seçimi için gerekli bilgilere ilişkin temel bir anla- yışa sahibiz. Bir sonraki adım, bu bilgileri toplamak ve organize etmektir. Tüm bu bilgileri organize ettikten sonra uygulamanıza uygun frekans konvertörünü kolayca seçebileceksiniz.
Bonus not
Bazı üreticiler frekans konvertörü seçimini daha kolay hale getirmek için online seçim araçları sunmak- tadır. Bu araçları kullanmak da işinizi kolaylaştırabilir. Siemens’in online frekans konvertörü seçim ara- cını aşağıdaki linkten inceleyebilirsiniz:
https://mall.industry.siemens.com/spice/jom/jom/
Kaynaklar
https://www.controldesign.com/articles/2020/variable-frequency-drive-control-with-the-right-speed-and-torque/
https://www.karel.com.tr/bilgi/ip-koruma-sinifi-nedir-seviyeleri-nelerdir-ip67-ve-ip68-ne-anlama-gelir http://www.huseyinkosoglu.com/wp-content/uploads/2015/10/Kumanda-1.pdf
