Değişken Frekanslı Sürücü Nedir?

Değişken Frekanslı Sürücü (Variable Frequency Driver yani VFD), motor devrini ayarlamak için alternatif akım motorlarında kullanılan bir kontrol cihazıdır. Değişken frekanslı sürücüler, alternatif akım motorlarındaki voltajı ve frekansı değiştirerek motorun hızını ayarlamak için kullanılır.

VFD Sürücü kavramı aslında bize hiç de yabancı değil. Piyasada VFD kavramının karşılığı; AC Sürücü, İnverter, Frekans Konvertörü gibi bir çok isimle anılıyor.

Geleneksel motor sürücüleriyle karşılaştırıldığında, VFD daha fazla işlevselliğe ve işletim kapasitesine sahiptir. Ayarlanabilir hız kontrolüne ek olarak, değişken frekanslı sürücüler, faz, düşük ve aşırı voltaj koruması gibi korumalar sunar. VFD’lerin yazılım ve arayüz seçenekleri, kullanıcının motorları istenen seviyelerde kontrol etmesini sağlar.

Değişken Frekanslı Sürücü

Endüstriyel uygulamaların çoğu, pik (en yüksek) yük koşullarında değişken hızlar ve normal çalışma koşullarında sabit hızlar gerektirir. VFD’lerin kapalı döngü çalışması, giriş ve yük kesintileri durumunda bile motorun hızını sabit bir seviyede tutar.

VFD’ler küçük ev aletlerinden tutunda, sanayide kullanılan devasa motorlara kadar her yerde kullanılmaktadır. Üretimin değişmez parçası haline gelen VFD inverter teknolojileri, artık sadece motorları kontrol etme görevi değil bir çok değişik fonksiyonları üstlenmiş durumdadırlar.

Dünyada tüketilen enerjinin %60 civarını AC Motorların çektiği düşünülürse inverterlerin aslında ne kadar kritik görev yaptıkları daha net anlaşılacaktır. VFD kontrol cihazlarının en önemli özelliklerinden biride “enerji tasarrufu” olduğundan işletmeler için uygulama  gerekmese dahi inverter kullanılması şarttır.

Son yıllarda, güç elektroniği teknolojisi, yarı iletken anahtarlama cihazlarında müthiş gelişmeler kaydetmiştir. Detaylı motor analizleri sürücü topolojileri, on-line/off-line simülasyonlar ve motor kontrol tekniklerinde meydana gelen değişimler, hem kontrol formatlarında hemde mekanik mimaride kullanıcılara zengin seçenekler sunmuştur.

VFD’ler sadece 200V,380V,460V değil 660V, 1200V gibi orta gerilim motorlarınada hitap etmektedirler.

Değişken Frekanslı Sürücüler

Değişken Frekanslı Sürücüler Hangi Tür Motorları Kontrol Edebilir?

Değişken Frekanslı Sürücüler (VFD inverterler) alternatif akımla çalışan motor sistemleri için geliştirilmişlerdir. Fakat AC motorlarda çok fazla değişik şekilde üretildiklerinden bazı motor türlerini kontrol edemezler.VFD inverterler 1 fazlı motorlar için değildir. En sık karşılaştığımız sorulardan birisi, bir fazlı 220 volt motorların inverter ile kontrol edilip edilemeyeceğidir. Malesef üretici firmalar tek faz motorlara uyumlu ürün üretmemektedr. Bunun en önemli nedeni monofaz motorların çok değişken yapıda olmaları ve üretim aralıklarının genelde küçük güçlerde olmasıdır.

VFD drive sistemleri DC motorlarıda kontrol edemezler. Zaten çıkış yapılarıda buna uygun değildir. PWM frekansı ile dc motorlar kontrol edilmekle birlikte, piyasadan bulabileceğiniz inverter sistemleri Dc motorlar için değildir.

VFD inverterler 3 fazlı AC motorlar için uyumludur. Yani herhangi U,V,W girişi olan her motorda uygulanabilir.

3 Fazlı Asenkron Motor

Değişken Frekanslı Sürücülerin Yapısı ve Çalışma Prensibi

Değişken frekanslı sürücünün iki ana özelliği, ayarlanabilir hızlar ve yumuşak başlatma / durdurma yetenekleridir. Bu iki özellik, VFD’yi AC motorları kontrol etmek için güçlü bir denetleyici yapar. VFD, doğrultucu, ara DC bağlantısı, invertör ve kontrol devresi olmak üzere başlıca dört bölümden oluşur.

Değişken Frekanslı Sürücülerin Yapısı

1. Doğrultucu:

Değişken frekanslı sürücünün ilk aşamasıdır. Şebekeden beslenen AC gücünü DC gücüne dönüştürür. Bu bölüm, motorun dört çeyrek çalışması gibi kullanılan uygulamaya bağlı olarak tek yönlü veya çift yönlü olabilir. Diyotları, SCR’leri, transistörleri ve diğer elektronik anahtarlama cihazlarını kullanır.

Gücün her fazı için iki doğrultucuya ihtiyaç vardır. Bir doğrultucu yalnızca gerilim pozitifken, ikinci doğrultucu ise yalnızca gerilim negatifken üzerinden güç geçmesine izin verir. Büyük güç kaynaklarının çoğu üç fazlı olduğu için minimum altı doğrultucu kullanılırAltı doğrultucu olan bir sürücüyü tanımlamak için “6 darbeli (pulse)” tanımı kullanılır. Bir VFD her biri 6 doğrultucudan oluşan birden fazla doğrultucu bölümlerine sahip olabilir. Böylelikle VFD “12 darbeli”, “18 darbeli”, ya da “24 darbeli” olabilir.

Doğrultucular, gücü doğrultmak için diyot, silikon kontrollü doğrultucu (SCR) ya da transistör kullanırlar. Diyotlar, voltajın uygun polaritede olduğu herhangi bir zamanda gücün akmasına olanak veren en basit cihazlardır. Silikon kontrollü doğrultucularda güç akmaya başladığında bir mikro işlemcinin kontrolünü mümkün kılan bir kapı devresi bulunur ve bu da bu doğrultucuların elektronik yol vericilerde de kullanılabilmesini sağlar. Bir mikroişlemcinin herhangi bir zamanda açıp kapamasını olanaklı kılan bir kapı devresi içeren transistorler bu özellikleri ile üç cihaz arasında en kullanışlı olanıdır.

6 Darbeli Doğrultucu Devre Şeması

• Ara DC Bağlantısı:

DC Veri Yolu olarak da bilinmektedir.Doğrultucu bölümünden gelen DC gücü, DC bağlantısına aktarır. Bu bölüm, dalgalanmalara karşı yumuşatmak ve DC gücünü depolamak için kapasitörler ve indüktörlerden oluşur. DC bağlantısının ana işlevi DC gücü almak, saklamak ve dağıtmaktır.

L ve C elemanlarından Oluşmuş DC Veri Yolu

• İnvertör(Çevirici):

Bu bölüm transistörler, tristörler, IGBT gibi elektronik anahtarlardan oluşur. DC bağlantıdan gücü alır ve AC güce dönüştürür. Bu işlemde darbe genişliği modülasyon tekniği (PWM) kullanılır ve çıkış frekansı değiştirilerek asenkron motorun hızı kontrol edilir.

IGBT’ler ile Oluşturulmuş İnverter Devresi

• Kontrol Devresi:

Bir mikroişlemci biriminden oluşur. Denetleme, sürücü ayarlarını yapılandırma, arıza koşulları ve arayüz iletişimi görevlerni yürütür.  Mevcut hız referansı olarak motordan bir geri besleme sinyali alır ve buna göre motor hızını kontrol etmek için voltajın frekansa oranını düzenler.

Değişken Frekanslı Sürücü Kullanmanın Faydaları Nelerdir?

1. Enerji Tasarrufu: Sektörde VFD’nin birincil işlevi, enerji tasarrufu ile birlikte düzgün kontrol sağlamaktır.Değişken hızlı motor tahriki sistemi, valfler, türbinler, hidrolik transmisyonlar, damperler, vb. dahil olmak üzere diğer tüm akış kontrol yöntemlerinden daha verimlidir.Yükün, tork ve gücün olduğu değişken torklu fan ve pompa uygulamalarında vb. enerji maliyeti tasarrufu daha belirgin hale gelir.

• Güvenilirlik: Değişken Frekanslı Sürücüler, hız ve akış kontrol etmek için vanalar, dişliler, panjurlar veya türbinler kullanmak gibi geleneksel mekanik yaklaşımlardan daha güvenilirdir.Mekanik kontrol sisteminden farklı olarak, herhangi bir hareketli parçaya sahip olmadıkları için yüksek oranda güvenilirdirler.

• Hız Değişimleri: Enerji tasarrufunun ötesinde, kırıcılar, konveyörler ve öğütücüler gibi uygulamalar, motor ve VFD paketlerini kullanarak en uygun hız değişimlerini sağlayabilir.Bazı önemli uygulamalarda, çalışma hızı aralığı, sabit bir frekans, güç kaynağıyla beslenen bir motorun sağlayamadığı ölçüde geniş olabilir. Konveyörler ve değirmenler söz konusu olduğunda, bir VFD ve motor sistemi, ek sürücülere olan ihtiyacı ortadan kaldıran bir  hızlandırma sağlayabilir.

• Yumuşak Başlangıç: Değişken Frekanslı Sürücüler büyük motorları çalıştırdığında, büyük ani akım ile ilişkili dezavantajlar, yani başlangıç akımı (sarım gerilimi, sargı aşırı ısınma ve bağlı bara üzerindeki voltaj düşüşü) ile ilgili dezavantajlar ortadan kaldırılır.Bu, yalıtım veya sargı hasar riskini azaltır ve daha uzun motor ömrü sağlar.

• Uzatılmış Makine Ömrü ve Daha Az Bakım: VFD, motorun aşınmasını büyük ölçüde azaltır, ekipman ömrünü uzatır ve bakım maliyetlerini azaltır. Biz VFD yardımıyla (yük) bir motor başlattığınızda optimum voltaj ve frekans kontrolünde ,aşırı gerilim ,elektro termal aşırı yük, faz arızaları gibi sorunlar karşısında motora daha iyi koruma sağlar ve “ani şok”a motor maruz kalmaz ki dolayısıyla kayış, dişli ve makara sisteminin daha az aşınma ve yıpranmasını sağlayabiliriz.

• Yüksek Güç Faktörü: Isıya veya  sese dönüştürülen güç aktif güç olarak adlandırılır ve kilowatt’larda (kW) ölçülür. Yüklenen güç, manyetik alanlar veya kapasitörleri şarj eder, reaktif güç olarak adlandırılır ve kVAR olarak ölçülür.KW ve kVAR’ın vektörel toplamı görünür güçtür ve KVA’da ölçülür. Güç faktörü kW/ KVA’nın oranıdır.

Tipik AC motorlar, 0,7 ila 0,8 arasında değişen tam yük güç faktörüne sahip olabilir. Motor yükü azaldıkça, güç faktörü azalır.VFD’leri kullanmanın avantajı, DC Bara’da, Değişken Frekanslı Sürücünün hat tarafında yüksek güç faktörünü koruyan kondansatörler içermesidir.Bu, ek olarak  pahalı kondansatörlerin ihtiyacını ortadan kaldırır.

Değişken Frekanslı Sürücülerin Kullanım Alanları

-Güç indüksiyonu birkaç kW’dan az ve birkaç MW’ye kadar değişen büyük asenkron motorlar.

-Çekiş sistemleri.

-Modern asansörler, yürüyen merdivenler ve pompalama sistemleri.

-Enerji verimli buzdolapları.

-AC ve Dış hava ekonomizerleri.

-Konveyör bant sistemleri.

-Soğutma sistemleri.

-Madencilikteki su pompaları.

-Fan ve pompa hızları ayarlama sistemleri.

-Takım tezgahı sistemleri.