VFD beslemeli AC İndüksiyon Makinesi

VFD'ler olarak da bilinen değişken frekanslı sürücüler, optimum performans için endüksiyon motorlarının hızını ayarlama yeteneğine sahip uygun fiyatlı, güvenilir kontrolörlerdir. VFD'ler fanlarda, pompalarda, kompresörlerde, matkaplarda ve diğer birçok uygulamada küçük ve büyük motorlara güç sağlamak için standart ekipman haline geliyor. Bir motoru anında tam hıza çıkaran sabit hız kontrol cihazlarının aksine, VFD'ler, hızı kademeli olarak istenen seviyeye yükselterek bir motoru yumuşak bir şekilde başlatabilir. Yumuşak başlatmalar, yüksek başlatma torklarını ve aşırı akımları ortadan kaldırır, mekanik gerilimleri azaltır ve ekipman ömrünü ve güvenilirliğini artırır. Ayrıca, yük torku ve gücü sırasıyla kare ve küp hıza göre değiştiğinden, motor hızını küçük bir miktar bile olsa ayarlamak önemli ölçüde enerji tasarrufu sağlayabilir. Bu video, değişken frekanslı bir sürücünün konfigürasyonunu ve üç fazlı bir AC endüksiyon motorunun kontrolünde kullanımını gösterecektir.

Bir AC endüksiyon motorunun stator ve rotor olmak üzere yalnızca iki ana parçası vardır ve en yaygın olarak üç fazlı AC gücü kullanır. Stator bobinlerinden geçen üç fazlı akım, AC frekansı ile orantılı bir açısal hızla dönen bir stator manyetik alanı oluşturur. Bu stator manyetik alanı rotoru döndürür. Sonuç olarak, motor hızı giriş gücü frekansı ile orantılıdır. Asenkron motorun çalışması hakkında daha fazla bilgi için lütfen JoVE Science Education videosunu izleyin: AC Asenkron Motorları. Motor doğrudan üç fazlı şebeke gücüne bağlıysa, sabit 60 hertz hat frekansı ile belirlenen sabit bir hızda çalışır. Ayarlanabilir hız için, değişken frekanslı bir sürücü veya VFD gücü sağlamalıdır. VFD'ler, çıkış frekansını ve voltajını ayarlayarak motor hızını ayarlar. İlk olarak, bir doğrultucu 60 hertz AC girişini DC gücüne dönüştürür. Ardından, bir DC'den AC'ye invertör, bu DC gücünü belirli bir düzende açıp kapatmak için darbe genişlik modülasyonunu kullanır. Son olarak, bir alçak geçiren filtre, darbe akışını kabaca sinüzoidal bir dalga formuna dönüştürür ve motor hızını yöneten seçilen frekansta AC çıkış gücü üretir. Sinüzoidal bir dalga formu gereklidir çünkü çoğu endüksiyon motoru AC şebekeden gelen gücü kullanmak üzere tasarlanmıştır. Tek fazlı motorlar, tek fazlı doğrultucular ve invertörler ile VFD'ler kullanır ve üç fazlı motorlar, üç fazlı doğrultucular ve invertörler içeren VFD'ler kullanır. Doğrultucular ve invertörler hakkında daha fazla bilgi için lütfen JoVE Bilim Eğitimi videolarını izleyin: Tek Fazlı Doğrultucular ve Tek Fazlı İnvertörler. Gelişmiş VFD'ler, hız veya torkun iyi bir şekilde düzenlenmesi için kapalı döngü veya vektör kontrolü kullandı. Bir mikroişlemci, motorun manyetik alanı ve torku hakkında geri bildirim alır ve VFD gücünü bir kontrol algoritmasına göre sürekli olarak ayarlar. Bir motoru nominal voltajında veya altında çalıştırırken, çoğu VFD, geri besleme veya ayarlama olmadan sabit sürücü gücü elde etmek için açık döngü kontrolü kullanır. Açık döngü kontrolü ile VFD'ler, stator manyetik alanıyla yaklaşık olarak orantılı olan ve dolayısıyla motor hızıyla da orantılı olan seçilen bir voltaj-frekans oranını korur. Örneğin, bir motor 208 volt ve 60 hertz olarak derecelendirilmişse, frekans oranına olan voltaj hertz başına yaklaşık 3,5 volttur. Motor hızını azaltmak için VFD frekansı düşürür, ancak aynı zamanda sabit bir voltaj/frekans oranını korumak için voltajı da azaltmalıdır. Bu nedenle, VFD motoru 60 hertz yerine 30 hertz'de çalıştırırsa, voltajı orantılı olarak 208 volttan 104 volta düşürür ve voltaj/frekans oranı hertz başına 3,5 volt olarak kalır. Bir motoru nominal frekansının üzerinde çalıştırırken, VFD'ler genellikle çıkışı nominal voltajla sınırlar. Bu önlem, yalıtımın ve bobinlerin voltaj veya akım sınırlarının aşılmasını önler. Örneğin, 208 volt ve 60 hertz olarak derecelendirilen motor, hertz başına 3,5 voltluk bir voltaj-frekans oranına sahiptir. Frekansı 120 hertz'e yükselterek bu motorun hızını artıran bir VFD, sabit bir voltaj-frekans oranı için gerektiği gibi çıkışı 460 volta çıkarmaz. Bunun yerine, VFD, motorun hasar görmesini önlemek için çıkışını nominal 208 volt ile sınırlayacaktır. Artık VFD'lerin temelleri açıklandığına göre, üç fazlı bir AC endüksiyon motoruna bağlı bir VFD'yi inceleyelim. Bu deneyde, VFD, motor hızının açık döngü kontrolü ve sabit bir voltaj / frekans oranı ile çalışır.

Üç fazlı güç kapalıyken ve Variac %0'a ayarlıyken, endüksiyon motorlarının stator terminallerini VFD sürücü çıkışına bağlayın. VFD'nin önünden bakıldığında, sürücü çıkış konektörleri sağ taraftadır. Variac girişini tezgah üzerindeki üç fazlı prize bağlayın. Variac'ın kontrol düğmesini %75'e ayarlayın ve üç fazlı gücü açın. Bu Variac ayarı ile hattan hatta voltaj yaklaşık 210 volttur. Şimdi VFD'lerin ana ekranı aydınlanmalı ve F 000'i göstermelidir. Yerel uzaktan kumanda düğmesi, kullanıcının frekans seçim yöntemini seçmesine izin verir. Yerel kontrol, VFD'yi çalıştırmak için tuş takımının kullanılmasına izin verir. Uzaktan kumanda analog veya dijital iletişim gerektirdiğinde, sürücüyü yerel moda geçirmek için yerel uzaktan kumanda düğmesine bir kez basın. VFD çevrelerini tabloda gösterilenlere ayarlayın. Bunu yapmak için, ana ekranda F harfi olan frekans menüsüne ulaşmak için ok tuşlarını kullanarak motor hızını ayarlayın. Ardından frekansı 10 hertz'e ayarlayın. Motora giden voltaj girişini ölçmek için 0.0v ekranlı menüyü seçin. Motoru çalıştıran akımı ölçmek için 0.00A yazan ekrana yukarı kaydırın. VFD frekansını ölçmek için frekans ölçüm ekranına ilerleyin. Motoru çalıştırmak için yeşil çalıştırma düğmesine basın. Sürücü, 3,47'ye önceden ayarlanmış sabit bir voltaj / frekans oranını korumak için gerekli voltajı otomatik olarak verir. Voltaj, akım ve frekans ekranlarına ilerleyin ve değerlerini kaydedin. Sürücü aşırı yüklenirse veya arızalanırsa, kırmızı durdurma düğmesine basın ve ardından sıfırlama düğmesine basın. Motorun dönüş hızını ölçmek için bir flaş ışığı kullanın. Şaft neredeyse sabit görünene kadar rota frekans düğmesini ayarlayın, ardından şaft hareketsiz görünene kadar ince frekans düğmesini ayarlayın. 25, 45, 60 ve 70 hertz frekansları için bu prosedürü tekrarlayın. Değişken frekanslı sürücünün kontrolü altında motor davranışının bir grafiğini elde etmek için motor hızına karşı frekansı çizin.

Değişken frekanslı sürücüler, AC endüksiyon motorlarının hızını kontrol eder ve mekanik stresleri azaltabilir, güvenilirliği artırabilir ve bakım maliyetlerini azaltabilir. Ek olarak, VFD'ler, enerji verimliliğini artırmak için motorların optimum hızda çalışmasına izin verir. Bu avantajlar nedeniyle VFD'ler, bir fanın hızını ayarlamak gibi birçok uygulamada kullanışlıdır. Bir havalandırma sistemine dahil edildiğinde, bunun gibi fanlar, sıcaklıklar yüksek olduğunda fan hızını ve hava sirkülasyonunu artıran veya sıcaklıklar düşük olduğunda fan hızını azaltan manuel veya otomatik kontrollere yanıt verebilir. Matkap presleri, döşemeler, freze makineleri ve benzeri ekipmanlar, motorlarını kontrol etmek için VFD'leri kullanır. Plastikler, kömürleşmeyi veya erimeyi önlemek için düşük hızda işleme gerektirirken, çelik gibi sert metaller daha hızlı çalışma için yüksek hızlı işlemeyi tolere eder. VFD'ler ile işleme ekipmanı daha çok yönlüdür ve çok çeşitli durumların üstesinden daha iyi gelebilir.

JoVE'nin AC Asenkron Motorlar için Değişken Frekanslı Sürücülere Giriş kitabını az önce izlediniz. Artık VFD'lerin nasıl çalıştığını ve giriş gücü frekansının motor hızını nasıl belirlediğini anlamalısınız. İzlediğiniz için teşekkürler!