AC Sürücü Nasıl Seçilir?

Sürücü seçimindeki ilk soru “Motor kaç kW?” değil, “Makine sürücüden ne istiyor?” olmalıdır.

Aşağıdaki bilgiler mümkün olduğunca uygulamanın gerçek çalışma çevriminden alınmalıdır:

• Minimum çalışma hızı
• Maksimum çalışma hızı
• Sürekli gereken tork
• Kalkış torku
• Yük ataleti
• Hızlanma süresi
• Yavaşlama süresi
• İleri/geri çalışma ihtiyacı
• Saatteki start-stop sayısı
• Frenleme sıklığı
• Çalışma süresi ve duty cycle
• Yükün motoru sürükleyip sürüklemediği

Özellikle yüksek ataletli makinelerde yalnızca nominal çalışma noktası üzerinden seçim yapmak yanıltıcı olabilir. Santrifüj, tambur, volan veya ağır mekanik sistemler kısa hızlanma süresi istendiğinde motordan ve sürücüden yüksek dinamik tork talep eder.

Her makine aynı tork-hız karakterine sahip değildir. AC sürücünün overload kapasitesi ve çalışma modu yük karakterine göre seçilmelidir.

Sürücü seçimine başlamadan önce motorun gerçek nameplate bilgileri alınmalıdır.

Kontrol edilmesi gereken temel bilgiler:

• Motor tipi
• Nominal güç
• Nominal gerilim
• Nominal akım
• Nominal frekans
• Nominal devir
• Güç faktörü
• Motor verimi
• İzolasyon sınıfı
• Termal sensör bilgisi
• Encoder olup olmadığı
• Mekanik fren olup olmadığı

Motor yalnızca standart asenkron motor olmak zorunda değildir. Uygulamada PM, IPM, SPM veya SynRM motor kullanılacaksa seçilecek sürücünün ilgili motor tipini ve kontrol algoritmasını desteklediği doğrulanmalıdır.

Yaskawa GA500 gibi güncel sürücüler asenkron motorların yanında IPM, SPM ve SynRM motor kontrolünü de destekleyen uygulama seçenekleri sunar.

Motorun etiketinde 15 kW yazması, katalogda 15 kW olarak belirtilen herhangi bir sürücünün otomatik olarak uygun olduğu anlamına gelmez.

Aynı kW sınıfındaki motorların nominal akımları;

• motor verimine,
• motor tasarımına,
• motor kutup sayısına,
• nominal gerilime,
• yük karakterine

göre farklı olabilir.

Ayrıca aynı fiziksel AC sürücü farklı overload sınıflarında farklı motor güçlerine karşılık gelebilir.

Bu nedenle seçim sırası:

Motor kW → sürücü kW

olmamalıdır.

Tercih edilen yaklaşım:

Uygulama → motor akımı → gerekli overload → gerçek sürücü çıkış akımı → kW kontrolü

olmalıdır.

“Normal Duty” ve “Heavy Duty” ifadeleri yalnızca pazarlama isimleri değildir; sürücünün belirli süre boyunca sağlayabildiği aşırı akım kapasitesini ifade eder.

Örneğin bir sürücü ailesinde:

• Normal Duty yaklaşık %110 / 60 saniye
• Heavy Duty yaklaşık %150 / 60 saniye

gibi farklı overload sınıfları bulunabilir.

Ancak değerler ürün ailesine göre değişebileceği için seçim yapılırken ilgili modelin teknik tablosundaki rated output current ve overload capability birlikte kontrol edilmelidir.

Tipik yaklaşım:

Bu sınıflandırmayı yalnızca uygulamanın adına göre yapma. Gerçek yük torku ve çalışma çevrimi esas alınmalıdır.

Motor yalnızca yükün statik torkunu üretmez. Sistemi hızlandırmak için ayrıca atalet torku gerekir.

Burada:

• T_motor: motorun üretmesi gereken toplam tork
• T_yük: makinenin mekanik yük torku
• J_toplam: motor miline indirgenmiş toplam atalet
• dω/dt: açısal hızlanma

anlamına gelir.

Ağır bir sistem çok kısa sürede hızlandırılmak istenirse gerekli tork ve buna bağlı motor akımı ciddi biçimde artabilir.

Bu nedenle yüksek ataletli uygulamalarda şu üç bilgi mutlaka birlikte değerlendirilmelidir:

Atalet + hedef hız + hızlanma süresi

Bir AC motorun istenen frekansta dönebilmesi, o çalışma noktasında gerekli torku üretebileceği anlamına gelmez.

Base speed değerinin altında sürücü genellikle motor akısını koruyarak sabit tork bölgesinde çalışabilir.

Base speed üzerinde ise motor gerilimi daha fazla artırılamadığı için field weakening bölgesine geçilir.

Bu bölgede hız artarken kullanılabilir tork azalır.

Bu nedenle örneğin:

“50 Hz motoru 80 Hz çalıştıracağız.”

bilgisi tek başına yeterli değildir.

Sorulması gereken soru:

Motor 80 Hz'de prosesin istediği torku sağlayabiliyor mu?

Ayrıca motorun mekanik maksimum hızı ve rulman limitleri de doğrulanmalıdır.

Motor yükü yavaşlatırken bazı uygulamalarda jeneratör gibi davranır ve mekanik enerji DC baraya geri döner.

Bu durumda üç soru sorulmalıdır:

1. Yük rejeneratif mi?

Örnekler:

• aşağı yönlü konveyör,
• vinç,
• kaldırma uygulamaları,
• unwind mekanizmaları,
• yüksek ataletli santrifüjler.

2. Ne kadar enerji geri geliyor?

Dönen sistemlerde enerji yaklaşık olarak:

ile ilişkilidir.

Atalet ve hız arttıkça yavaşlatılması gereken enerji de hızla artar.

3. Bu frenleme ne sıklıkla gerçekleşiyor?

Frenleme direncinin yalnızca anlık güç kapasitesi değil, termal duty cycle değeri de önemlidir.

Kısa ve seyrek frenlemelerde:

Fren kıyıcı + fren direnci

uygun olabilir. Detay için frenleme direnci seçimi sayfasına bakın.

Sık veya sürekli rejeneratif çalışmada ise:

Rejeneratif sürücü veya AFE çözümü

daha uygun olabilir. Bu konuda rejeneratif sürücü çözümleri rehberine bakabilirsiniz.

Yaskawa'nın uygulama çözümlerinde fren dirençleri ve rejeneratif sürücü sistemleri bu ihtiyaçlara göre farklı çözümler olarak ele alınır.

Sürücü yalnızca motor tarafında değerlendirilmemelidir. Şebeke tarafındaki şartlar da seçimi etkiler.

Kontrol edilmesi gereken temel veriler:

• Şebeke gerilimi
• Gerilim toleransı
• Faz sayısı
• Besleme trafosu
• Kısa devre seviyesi
• Jeneratör kullanımı
• Aynı hatta çalışan diğer sürücüler
• Harmonik sınırları
• Reaktif güç kompanzasyonu
• EMC gereksinimleri

Standart altı darbeli doğrultuculu AC sürücüler birçok endüstriyel uygulamada kullanılabilir.

Ancak çok sayıda büyük sürücünün bulunduğu tesislerde, zayıf şebekelerde veya jeneratör beslemeli sistemlerde harmonikler ayrıca değerlendirilmelidir.

Gerekirse aşağıdaki çözümler incelenebilir:

• AC reactor
• DC choke
• Passive harmonic filter
• Active harmonic filter
• Çok darbeli doğrultma
• AFE / Active Front End

AFE yalnızca harmonik azaltmak için seçilmez. Rejeneratif enerji şebekeye geri gönderilecekse aynı mimari enerji geri kazanımı için de kullanılabilir.

Bir AC sürücü için verilen THDi değeri ile tesisin harmonik standardına uygunluğu aynı şey değildir.

Sürücüye ait THDi:

cihazın giriş akımının harmonik bozulmasını

ifade eder.

Tesis seviyesindeki harmonik değerlendirme ise:

• bağlantı noktası,
• kısa devre seviyesi,
• toplam yük,
• diğer nonlineer yükler,
• sistem empedansı

gibi parametrelerden etkilenir.

Bu nedenle yalnızca ürün kataloğundaki tek bir THDi değerine bakılarak tüm tesis için harmonik uygunluk kararı verilmemelidir.

AC sürücü çıkışı saf sinüs gerilim değildir. Motor PWM darbeleriyle beslenir.

Uzun motor kablolarında motor terminalindeki gerilim darbeleri, common-mode akımlar ve motor izolasyonu üzerindeki elektriksel stres artabilir.

Özellikle:

• uzun motor kablosu,
• büyük motor,
• eski motor,
• yüksek switching frequency,
• yüksek DC bus gerilimi

bulunan uygulamalarda motor ve kablo sistemi ayrıca değerlendirilmelidir.

İhtiyaca göre:

• output reactor,
• du/dt filter,
• sine-wave filter

kullanılabilir.

Output reactor

Motor kablosunun ve motorun gördüğü elektriksel stresi azaltmaya yardımcı olabilir.

du/dt filter

PWM gerilim darbelerinin yükselme hızını azaltarak motor izolasyonu üzerindeki gerilim stresini düşürür.

Sine-wave filter

Motor tarafında gerilimi sinüs dalgasına yaklaştırır. Özellikle uzun kablolar ve hassas motor uygulamalarında değerlendirilebilir.

Filtre seçimi genel bir metre kuralıyla yapılmamalı; sürücü üreticisinin ilgili model için verdiği kablo ve filtre limitleri kullanılmalıdır.

Katalogdaki sürücü nominal akımı her ortam şartında kullanılabilir akım değildir.

Aşağıdaki koşullar output current derating gerektirebilir:

• Yüksek ortam sıcaklığı
• Yüksek rakım
• Yüksek carrier frequency
• Kapalı pano
• Yetersiz hava akışı
• Side-by-side montaj
• Özel enclosure kullanımı
• Output filter
• Bazı özel besleme şartları

Bu nedenle doğru kontrol:

yerine:

üzerinden yapılmalıdır.

Örneğin 31 A nominal akımlı bir sürücü kurulum şartlarından dolayı %10 derating alıyorsa:

kullanılabilir sürekli akım kalır.

29 A motor için bu değer yeterli değildir.

Standart fanlı asenkron motorlarda motor fanı motor miliyle birlikte döner.

Motor düşük hızda çalıştığında fan da yavaşlar ve motorun kendi soğutma kapasitesi azalır.

Bu nedenle:

düşük hız + yüksek sürekli tork

gerektiren uygulamalar ayrıca değerlendirilmelidir.

Gerekirse:

• motor derating,
• bağımsız cebri fan,
• daha büyük motor,
• uygun motor termal koruması

kullanılabilir.

Sürücünün düşük hızda yüksek tork üretebilmesi, motorun termal olarak bu çalışma noktasına sürekli dayanabileceği anlamına gelmez.

Her uygulama aynı motor kontrol performansını gerektirmez.

V/f kontrol

Basit hız kontrolü gereken uygulamalarda yeterli olabilir.

Sensorless Vector Control

Daha iyi düşük hız torku ve daha hassas hız kontrolü gereken uygulamalarda kullanılabilir.

Closed-loop Vector Control

Encoder geri beslemesiyle daha hassas hız veya tork kontrolü gereken uygulamalarda değerlendirilir.

Özellikle:

• çok düşük hız,
• hassas hız regülasyonu,
• tork kontrolü,
• positioning,
• bazı kaldırma uygulamaları

için feedback ihtiyacı ayrıca değerlendirilmelidir.

AC sürücünün otomasyon sistemiyle nasıl haberleşeceği seçim aşamasında belirlenmelidir.

Projeye göre ihtiyaç duyulabilecek protokoller arasında:

• EtherNet/IP
• PROFINET
• EtherCAT
• Modbus TCP
• Modbus RTU

bulunabilir.

İlgili protokolün sürücü üzerinde standart olarak bulunup bulunmadığı veya option kart gerektirip gerektirmediği ürün bazında kontrol edilmelidir.

Ayrıca yalnızca protokol adına değil, PLC ile paylaşılması gereken verilere de karar verilmelidir.

Örneğin:

• Start / Stop
• Speed reference
• Actual speed
• Output current
• Output frequency
• Torque
• Drive ready
• Drive running
• Warning
• Fault
• Fault code
• Energy data

gibi noktalar önceden belirlenebilir.

AC sürücünün giriş koruması yalnızca motor nominal akımına göre seçilmemelidir.

Aşağıdaki konular ürün ve sistem seviyesinde doğrulanmalıdır:

• Fuse veya MCCB seçimi
• Prospective short-circuit current
• SCCR
• Motor overload protection
• Grounding
• Leakage current
• EMC
• STO
• Functional safety ihtiyacı
• PTC/PT100 bağlantısı
• Mekanik fren kontrolü
• Emergency stop mimarisi

Üreticinin ilgili model için verdiği fuse, breaker, cable ve protection tabloları esas alınmalıdır.

Tek bir AC sürücü birden fazla motoru paralel olarak çalıştırabilir; ancak bu uygulama tek motor uygulamasından farklı değerlendirilmelidir.

Toplam sürücü akımı:

tüm motorların gerekli çalışma akımlarını

karşılayabilmelidir.

Bunun yanında her motor için bağımsız termal koruma gerekebilir.

Bir motorun durması veya aşırı yüklenmesi durumunda sürücünün yalnızca toplam akımı izlemesi, ilgili motoru tek başına korumaya yetmeyebilir.

Bu nedenle çok motorlu sistemlerde motor bazında koruma mimarisi ayrıca oluşturulmalıdır.

AC sürücü ile motor arasına klasik güç faktörü düzeltme kondansatörü bağlanmamalıdır.

Sürücü çıkışı PWM olduğundan kondansatör üzerinde yüksek akımlar oluşabilir ve hem sürücü hem kondansatör zarar görebilir.

Kompanzasyon ihtiyacı varsa sürücünün motor çıkışında değil, tesisin elektrik sistemi seviyesinde doğru yöntemle çözülmelidir.

Motor ile sürücü arasında kontaktör bulunması gereken bazı uygulamalar olabilir.

Ancak kontaktör sürücü aktif olarak PWM üretirken rastgele açılıp kapanmamalıdır.

Sürücü RUN komutu, output state ve kontaktör sequencing mantığı birlikte tasarlanmalıdır.

Özellikle bypass, çok motorlu sistem ve safety uygulamalarında bu konu kontrol devresinin bir parçası olarak ele alınmalıdır.

AC sürücünün enclosure seviyesi makinenin bulunduğu ortama göre belirlenmelidir.

Pano içerisine monte edilen sürücülerde IP20 veya uygun tasarım şartlarında daha açık konstrüksiyonlar kullanılabilir.

Ancak sürücü doğrudan:

• tozlu,
• nemli,
• su sıçrama riski bulunan,
• proses ortamına açık

bir alana kurulacaksa daha yüksek enclosure koruması gerekebilir.

Burada yalnızca sürücünün IP sınıfı değil, sürücünün yerleştirildiği panonun toplam koruma seviyesi de dikkate alınmalıdır.

Bir AC sürücü seçimini tek bir kW tablosuna indirgemek yerine aşağıdaki sırayı kullanın.

Motor gücü sürücü seçiminin önemli bir parametresidir ancak tek başına yeterli değildir.

Aynı güçte iki motor farklı nominal akımlara sahip olabilir. Aynı sürücü farklı overload sınıflarında farklı motor güçlerine karşılık gelebilir. Hızlanma süresi, atalet, frenleme, ortam sıcaklığı veya uzun motor kablosu da ilk bakışta uygun görünen bir sürücünün uygulama için yetersiz kalmasına neden olabilir.

Bu nedenle nihai seçim en az şu dört soruya cevap vermelidir:

1. Sürücü motorun sürekli akımını taşıyabiliyor mu?
2. Uygulamanın ihtiyaç duyduğu tepe tork ve akımı gerekli süre boyunca sağlayabiliyor mu?
3. Kurulum şartlarından kaynaklanan derating sonrasında hâlâ yeterli kapasitesi var mı?
4. Frenleme, şebeke, motor ve kontrol tarafındaki sistem gereksinimlerini karşılıyor mu?

Bu dört soru doğru cevaplanıyorsa kW değeri artık seçimin başlangıcı değil, doğrulama parametrelerinden biri haline gelir.