VFD beslemeli AC İndüksiyon Makinesi
Kaynak: Ali Bazzi, Elektrik Mühendisliği Bölümü, Connecticut Üniversitesi, Storrs, CT.
Değişken frekanslı sürücüler (VFD'ler), çoğu AC endüksiyon moto…
1. Üç fazlı bağlantı kesme anahtarının kapalı olduğundan emin olun.
2. VARIAC'ın %0 olduğunu kontrol edin.
3. Makine ve VARIAC terminallerinde aşağıdaki bağlantıları gerçekleştirin:
- Asenkron makinesi stator terminallerini sürücü çıkışına bağlayın (sürücünün önüne bakarken sağ taraftaki konektörler).
- Sürücü girişini (sürücünün ön tarafına bakarken soldaki konektör seti) VARIAC çıkışına bağlayın.
- VARIAC girişini tezgah üzerindeki üç fazlı prize bağlayın.
- Güç verilmeden önce VARIAC üzerindeki kadranı u'e kadar çevirin. Bu, deneyin ilerleyen bölümlerinde sürücüyü hattan hatta yaklaşık 210 V'ta başlatır.
- Üç fazlı bağlantı kesme anahtarını açın. VFD'deki ana ekran açılmalı ve "F000" göstermelidir.
4. Sürücüyü yerel moda geçirmek için "Lo/Re" düğmesine bir kez basın - bu düğmenin üzerindeki kırmızı ışık yanmalıdır.
- "Lo/Re" düğmesi, kullanıcının yerel (Lo) frekans ayarı ile uzak (Re) frekans ayarı arasında bir seçim yapmasını sağlar.
- Kullanıcı frekansı (f) değiştirebilir ve sürücü, sabit bir V/f oranını korumak için ilgili voltajı (V) otomatik olarak ayarlar.
5. Sürücü parametrelerinin Tablo 1'de gösterilenlerle aynı olup olmadığını kontrol edin.
6. Temel gerilim, akım ve frekans ölçümlerini gerçekleştirmek için:
- Menüde geçiş yapın ve ardından "0.0u" olan ekranı bulun - bu, motora beslenen voltajın ölçümünü görüntüler.
- Oradan, "0.00A" yazan bir ekrana bir kez yukarı kaydırın - bu, sürücü çalışırken mevcut ölçümü görüntüler.
- Bundan sonraki ekranda "0.00" yazıyor - bu frekans ölçümüdür.
7. Farklı bir çıkış frekansı ayarlamak ve böylece hız ve elektrik frekansı orantılı olduğundan farklı bir motor hızı ayarlamak için:
- Ana ekrana geri dönün ve F harfini arayın.
- Enter tuşuna basarak ve ardından yukarı ve aşağı okları kullanarak değeri değiştirerek frekansı değiştirin.
- Değer sütunları arasında geçiş yapmak için > (sağ ok/sıfırlama) düğmesini kullanın.
- Enter tuşuna basarak herhangi bir değişiklik yapın.
- Değişiklikleri iptal edin ve "Esc" tuşuna basarak mevcut frekansta çalışmaya devam edin.
8. Frekansı 10 Hz olarak ayarlayın.
- Yeşil "Çalıştır" düğmesine basın.
- Voltaj, akım ve frekans okumalarına ilerleyin ve değerlerini kaydedin.
- Aşağıdaki frekanslar için tekrarlayın: 25, 45, 60 ve 70 Hz.
- Kullanıcının 60 Hz'i aşmasını önlemek için bir maksimum frekans sınırının ayarlanmış olabileceğini unutmayın, bu nedenle "E2" menüsünden maksimum frekans sınırını ayarlayın.
9. Sürücü aşırı yüklenirse veya arızalanırsa: Kırmızı "Durdur" düğmesine basın ve ardından > (sağ ok/sıfırlama) düğmesine basın.
Tablo 1: Ana VFD Ayarları
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!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: How does a variable frequency drive control AC induction motor speed?
A VFD controls motor speed by adjusting the output frequency and voltage supplied to the motor. The drive converts 60 hertz AC input to DC power using a rectifier, then uses a DC to AC inverter with pulse width modulation to generate AC output at the desired frequency. Since motor speed is proportional to input power frequency, changing the frequency directly controls motor speed.
Q2: What is the voltage to frequency ratio and why is it important in VFD operation?
The voltage to frequency ratio, or V/f ratio, is the relationship between output voltage and frequency maintained by a VFD. This ratio is approximately proportional to the stator magnetic field and motor speed. By maintaining a constant V/f ratio, VFDs preserve motor performance and efficiency. For example, a motor rated at 208 volts and 60 hertz has a V/f ratio of 3.5 volts per hertz that must be maintained during speed adjustments.
Q3: What are the advantages of soft starting a motor with a VFD?
Soft starting gradually increases motor speed to the desired level instead of instantly turning it on to full speed. This eliminates high starting torques and surge currents, reducing mechanical stresses on equipment. Soft starts increase equipment life and reliability while decreasing maintenance costs. Additionally, adjusting motor speed even slightly can save considerable energy since load torque and power vary with the square and cube of speed respectively.
Q4: How does open loop control differ from closed loop vector control in VFDs?
Open loop control outputs constant drive power without feedback or adjustments, maintaining a preset V/f ratio for speed regulation. Closed loop, or vector control, uses a microprocessor that receives feedback about the motor's magnetic field and torque, then continually adjusts VFD power according to a control algorithm. Most VFDs use open loop control when operating motors at or below rated voltage for simplicity and cost-effectiveness.
Q5: What happens when a VFD operates a motor above its rated frequency?
When operating above rated frequency, VFDs restrict output to the motor's rated voltage to prevent damage. This precaution avoids exceeding voltage or current limits of the motor's insulation and coils. For example, a motor rated at 208 volts and 60 hertz would not receive 460 volts when frequency increases to 120 hertz; instead, the VFD limits output to the rated 208 volts while maintaining safe operating conditions.
Q6: What are common industrial applications of variable frequency drives?
VFDs are used in fans, pumps, compressors, drills, and machining equipment like drill presses, lathes, and milling machines. In ventilation systems, VFDs allow fans to respond to temperature controls by increasing speed when temperatures are high or decreasing speed when temperatures are low. For machining, VFDs enable equipment versatility by allowing low-speed operations for plastics to prevent charring and high-speed operations for hard metals like steel.
Q7: How does pulse width modulation in a VFD generate AC output power?
A DC to AC inverter uses pulse width modulation to switch DC power on and off in a specific pattern. A low pass filter then transforms this pulse stream into a roughly sinusoidal waveform, generating AC output power at the chosen frequency. The sinusoidal waveform is necessary because most induction motors are designed to operate with power from AC mains, requiring smooth AC output rather than pulsed DC.