Frekans dönüştürücülerin nasıl çalıştığını ve modern elektrik sistemlerinde neden gerekli olduklarını hiç merak ettiniz mi? Bu makale frekans konvertörleri hakkında sıkça sorulan 40 soruyu ele alarak işlevlerine, modülasyon tekniklerindeki farklılıklara ve pratik uygulamalara ışık tutmaktadır. Motor performansı, enerji verimliliği ve operasyonel güvenlik üzerindeki etkilerini öğreneceksiniz. İster deneyimli bir mühendis ister sadece meraklı olun, bu kapsamlı kılavuz bu hayati cihazları daha iyi anlamanızı sağlayacaktır.
Frekans dönüştürücü, açıp kapatmak için güç yarı iletken cihazları kullanarak bir güç kaynağının frekansını ayarlayan elektrikli bir cihazdır. Yumuşak başlatma, frekans dönüşüm hızını düzenleme, çalışma doğruluğunu artırma, güç faktörünü ayarlama ve aşırı akım, aşırı gerilim ve aşırı yüke karşı koruma sağlama gibi çeşitli işlevleri yerine getirebilir.
PWM, Darbe Genişlik Modülasyonu anlamına gelir ve bir darbe dizisindeki darbelerin genişliğini değiştirerek çıkışı ve dalga biçimini ayarlamak için kullanılan bir tekniktir.
PAM, Darbe Genlik Modülasyonu anlamına gelir ve bir darbe dizisindeki darbelerin genliğini belirli bir yasaya göre değiştirerek çıkış değerini ve dalga biçimini ayarlama yöntemidir.
Bir frekans dönüştürücünün ana devresi genel olarak iki tipte sınıflandırılabilir:
Gerilim tipi frekans dönüştürücü DC gerilim kaynağını AC'ye dönüştürür. Bu tip frekans dönüştürücüdeki DC devre filtresi bir kondansatördür.
Akım modlu frekans dönüştürücü ise DC akım kaynağını AC'ye dönüştürür. Bu tip frekans dönüştürücüdeki DC döngü filtresi bir indüktördür.
Bir motorun elektromanyetik torku, akım ve manyetik akı arasındaki etkileşim tarafından üretilir. Motorun aşırı ısınmasını önlemek için akımı nominal değer içinde tutmak çok önemlidir.
Manyetik akı azalırsa, elektromanyetik tork da azalacak ve motorun yük kapasitesinde bir azalmaya yol açacaktır.
E=4.44 formülünden görüldüğü gibiKFNΦ, değişken frekans hız regülasyonu sırasında, motorun manyetik devresi çalışma frekansı fX ile önemli ölçüde değişir, bu da manyetik devrenin kolayca doymasına neden olarak uyarma akımı dalga biçiminde ciddi bozulmaya ve yüksek tepe akımına yol açabilir.
Zayıf manyetik alan ve manyetik doygunluktan kaçınmak için frekans ve voltajı orantılı olarak değiştirmek, yani motorda belirli bir manyetik akı seviyesini korumak için frekansı değiştirirken frekans dönüştürücünün çıkış voltajını kontrol etmek önemlidir.
Bu kontrol modu, fanlar ve pompalar için enerji tasarruflu frekans dönüştürücülerde yaygın olarak kullanılır.
Frekans azaldığında (düşük hızda), aynı güç çıkışı korunursa (sabit güç), akım artacaktır. Bununla birlikte, belirli bir tork koşulu korunursa (sabit tork), akım neredeyse değişmeden kalır.
Frekans dönüştürücü, motorun frekansını ve voltajını kademeli olarak artırarak çalışma sırasında kullanılır. Başlangıç akımı, nominal akımın 150%'sinden daha azıyla sınırlıdır (farklı modellere bağlı olarak 125% ila 200% arasında değişir).
Buna karşılık, doğrudan bir güç frekansı güç kaynağı ile başlatıldığında, başlatma akımı nominal akımın 6 ila 7 katına ulaşarak mekanik ve elektriksel etkiye neden olabilir.
Frekans dönüştürücü sürücü kullanıldığında, nominal akımın 1,2 ila 1,5 katı bir başlatma akımı ve nominal torkun 70% ila 120%'si kadar bir başlatma torku ile başlatma işlemi daha sorunsuz hale gelir.
Otomatik tork geliştirme işlevine sahip frekans dönüştürücüler için başlatma torku 100%'yi aşar ve tam yükle başlatmaya olanak sağlar.
Frekans azaldıkça, gerilim (V) de orantılı olarak azalır. V ve f arasındaki bu ilişki daha önce cevap 4'te açıklanmıştı.
V ve f arasındaki oransal ilişki motorun özelliklerine göre önceden belirlenir. Tipik olarak, kontrolörün bellek cihazında (ROM) birkaç karakteristik seçenek saklanır ve bir anahtar veya kadran aracılığıyla seçilebilir.
Frekans azaldıkça voltaj orantılı olarak azaldığında, AC empedansı küçüldükçe ve DC direnci değişmeden kaldıkça düşük hızda üretilen topraklama torku azalma eğilimindedir.
Düşük frekansta belirli bir başlatma torku elde etmek için çıkış gerilimi artırılmalıdır. Bu kompanzasyon geliştirilmiş yol verme olarak bilinir.
Otomatik bir yöntem, bir V/f modu seçme veya bir potansiyometreyi ayarlama dahil olmak üzere çeşitli yöntemlerle elde edilebilir.
Her ne kadar 6Hz'in altında güç çıkışı yapılabilse de, aşağıdaki gibi faktörler göz önünde bulundurulduğunda minimum kullanılabilir frekans 6Hz civarındadır motor sıcaklık artışı, başlangıç torku ve diğer koşullar. Bu frekansta motor, önemli ısınma sorunlarına neden olmadan nominal torku üretebilir.
Frekans dönüştürücünün gerçek çıkış frekansı (başlangıç frekansı) modele bağlı olarak 0,5 ila 3Hz arasında değişir.
Tipik olarak hayır. Gerilim 60Hz'in üzerinde olduğunda (50Hz'in üzerinde modlar da vardır), yüksek hızda aynı torku gerektiren sabit bir güç karakteristiği sergiler.
Kullanılan motor cihazı, gerçek hızı kontrol için kontrol cihazına geri besleyen ve "kapalı döngü" olarak adlandırılan bir hız dedektörü (PG) ile donatılmıştır. Tersine, PG işlemi olmayan bir motor cihazı "açık döngü" olarak adlandırılır.
Bazı makineler PG geri besleme seçeneği sunsa da çoğu frekans dönüştürücü açık döngü modunda çalışır.
Hız sensörsüz kapalı döngü kontrol modu, önceden belirlenmiş bir matematiksel model ve manyetik akı kullanarak motorun gerçek hızını hesaplar ve sanal bir hız sensörü ile etkili bir şekilde kapalı döngü kontrolü oluşturur.
Açık çevrimli bir sistemde, frekans dönüştürücü belirli bir frekans çıkarsa bile motorun hızı, yük ile çalışırken nominal kayma oranı (1% ila 5%) aralığında değişebilir.
Yüksek hız düzenleme doğruluğu gerektiren ve yük değişse bile motorun belirtilen hıza yakın çalışmasını gerektiren uygulamalar için PG geri besleme işlevine sahip bir frekans dönüştürücü kullanılabilir (isteğe bağlı bir özellik olarak).
PG geri besleme işlevine sahip frekans dönüştürücü doğruluğu artırır. Ancak, hız doğruluğu hem PG'nin doğruluğuna hem de frekans dönüştürücünün çıkış frekansının çözünürlüğüne bağlıdır.
Belirtilen hızlanma süresi çok kısaysa ve frekans dönüştürücünün çıkış frekansı hızdaki değişiklikten (elektrik açısal frekansı) çok daha hızlı değişirse, frekans dönüştürücü durma olarak adlandırılan aşırı akım nedeniyle hata verebilir ve çalışmayı durdurabilir.
Durmayı önlemek ve motorun çalışmaya devam etmesini sağlamak için akımı izlemek ve frekansı kontrol etmek gerekir.
Hızlanma akımı çok yüksek olursa, hızlanma oranı buna göre yavaşlatılmalıdır. Aynı durum yavaşlama sırasında da geçerlidir.
Bu eylemlerin kombinasyonu durma fonksiyonu olarak bilinir.
Hızlanma ve yavaşlama ayrı ayrı belirtilebilir. Bu, kısa süreli hızlanma ve yavaş yavaşlama için veya üretim atım süresinin kesin olarak tanımlanması gereken küçük makine takımları için uygundur.
Ancak, fan şanzımanları ve uzun hızlanma ve yavaşlama süreleri olan diğer uygulamalar için hızlanma ve yavaşlama süreleri birlikte belirtilebilir.
Çalışma sırasında motorun komut frekansı azaltılırsa, motor asenkron bir jeneratör haline gelir ve rejeneratif (elektrikli) frenleme olarak bilinen bir fren görevi görür.
Rejeneratif frenleme sırasında motor tarafından üretilen enerji, frekans dönüştürücünün filtre kondansatöründe depolanır.
Bununla birlikte, genel bir frekans dönüştürücünün rejeneratif frenleme kuvveti, kapasitör kapasitesi ve dayanma gerilimi arasındaki ilişki nedeniyle nominal torkun yaklaşık 10% ila 20%'si ile sınırlıdır.
İsteğe bağlı bir fren ünitesi kullanılarak rejeneratif frenleme kuvveti 50% ila 100%'ye yükseltilebilir.
Koruma fonksiyonları iki kategoriye ayrılabilir:
(1) Aşırı akım durma önleme ve rejenerasyon aşırı gerilim durma önleme gibi anormal bir durumu tespit ettikten sonra otomatik olarak düzeltme eylemleri gerçekleştirir.
(2) Bir anormallik tespit ettikten sonra güç yarı iletken cihazının PWM kontrol sinyalini bloke ederek motorun otomatik olarak durmasına neden olur. Örnekler arasında aşırı akım kesme, rejenerasyon aşırı gerilim kesme, yarı iletken soğutma fanının aşırı ısınması ve anlık güç kesintisi koruması yer alır.
Yükü bağlamak için bir kavrama kullanıldığında, motor aniden yüksüz durumdan bağlantı anında yüksek kayma oranına sahip bir alana geçer. Ortaya çıkan büyük akım akışı, frekans dönüştürücünün aşırı akım nedeniyle hata vermesine neden olarak çalışmayı engeller.
Motor çalıştığında, kapasitesiyle orantılı bir başlangıç akımı akacak ve motorun stator tarafındaki transformatörde bir voltaj düşüşüne neden olacaktır. Motor büyük bir kapasiteye sahipse, bu voltaj düşüşü önemli bir etkiye sahip olabilir.
Aynı transformatöre bağlı bir frekans dönüştürücü, bir düşük gerilim algılayabilir veya anlık bir durdurmayı tetikleyebilir. Sonuç olarak, koruma işlevi (IPE) etkinleşerek çalışmanın durmasına neden olabilir.
Dijital olarak kontrol edilen frekans dönüştürücüler için, frekans komutu analog bir sinyal olsa bile, çıkış frekansı artışlarla ayarlanır. Bu artışın en küçük birimi, tipik olarak 0,015 ila 0,5Hz olan frekans dönüştürme çözünürlüğü olarak adlandırılır.
Örneğin, çözünürlük 0,5Hz ise, frekans 0,5Hz'lik artışlarla değiştirilebilir, örneğin 23Hz'den 23,5Hz'e ve 24,0Hz'e, motorun da artışlarla çalışmasına neden olur.
Bu, sürekli sarma kontrolü gerektiren uygulamalar için sorun yaratabilir. Bu gibi durumlarda, yaklaşık 0,015Hz'lik bir çözünürlük önerilir. Bu çözünürlükle, 4 kademeli bir motordaki bir kademelik fark 1R/dak'dan azdır ve yeterli doğruluk sağlar. Bazı modeller için belirtilen çözünürlüğün gerçek çıkış çözünürlüğü ile eşleşmeyebileceğini unutmayın.
Frekans dönüştürücünün soğutma etkisi, iç ve arka yapı tasarımında dikkate alınır. Uygun havalandırma, ünitenin yönüne de bağlıdır.
Bu nedenle, panel tipi ünitelerin ve duvara monte edilen ünitelerin mümkün olduğunca dikey olarak monte edilmesi önerilir.
Bir motoru çok düşük frekansta başlatmak mümkündür, ancak belirtilen frekans yüksekse, doğrudan bir güç frekansı güç kaynağıyla başlatmaya benzer. Bu, büyük bir başlatma akımına (nominal akımın 6 ila 7 katı) neden olur ve frekans dönüştürücünün aşırı akım nedeniyle açılmasına ve motorun çalışmasının engellenmesine neden olur.
60Hz'in üzerinde çalıştırırken aşağıdaki öğeler dikkate alınmalıdır:
(1) Makine ve cihazların mekanik güç, gürültü ve titreşim gibi faktörleri göz önünde bulundurarak bu hızda çalışabilecek kapasitede olduğundan emin olun.
(2) Motor sabit güç çıkış aralığına ulaştığında, çıkış torku çalışmayı sürdürmek için yeterli olmalıdır. Fan, pompa ve diğer şaftların çıkış gücünün hızın küpü ile orantılı olarak arttığını unutmayın, bu nedenle hız arttığında dikkatli olun.
(3) Rulman ömrü üzerindeki etkiyi göz önünde bulundurun.
(4) Orta veya daha yüksek kapasiteli motorlar için, özellikle 2 kutuplu motorlar için, 60Hz'in üzerinde çalıştırmadan önce üreticiye danışmak önemlidir.
Bir redüktör kullanırken, yapısına bağlı olarak birkaç husus akılda tutulmalıdır ve yağlama yöntemi.
Dişli yapılarında, maksimum 70 ila 80Hz sınırı dikkate alınmalıdır.
Yağla yağlama kullanıldığında, düşük hızda sürekli çalışma dişlinin hasar görmesine neden olabilir.
Temel olarak hayır. Governör şalterli marş tipine sahip tek fazlı motorlar için yardımcı sargı, çalışma noktasının altındaki hız düzenleme aralığında yanabilir.
Kondansatör başlatma veya kondansatör çalışma modu için, kondansatör patlamaları meydana gelebilir.
Frekans dönüştürücüler için güç kaynağı tipik olarak üç fazlıdır, ancak küçük kapasiteler için tek fazlı güç kaynağı da kullanılabilir.
Bir frekans dönüştürücünün verimliliği, model, çalışma durumu ve kullanım sıklığı dahil olmak üzere çeşitli faktörlere bağlıdır. Kesin bir yanıt vermek zordur.
Ancak, 60Hz altında çalışan frekans dönüştürücülerin verimliliğinin yaklaşık 94% ila 96% olduğu tahmin edilmektedir. Bu, kayıpları hesaplamak için bir temel olarak kullanılabilir.
Frenleme sırasındaki kayıp dikkate alındığında güç tüketiminin daha yüksek olabileceğine dikkat etmek önemlidir.
Etkili bir operasyon paneli tasarlamak da çok önemlidir ve dikkatle ele alınmalıdır.
Genel olarak motor, şaft üzerine monte edilmiş harici bir fan veya rotor uç bileziği üzerindeki kanatlar tarafından soğutulur.
Hız düşürülürse, soğutma etkisi de azalacak ve yüksek hızda çalışma sırasında olduğu gibi aynı seviyede ısıyı kaldıramayacaktır.
Bunu önlemek için, düşük hızda yük torkunu azaltmak, motorla birlikte yüksek kapasiteli bir frekans dönüştürücü kullanmak veya düşük hızlı çalışma için tasarlanmış özel bir motor seçmek gerekir.
Fren uyarma devresi için güç kaynağı, frekans dönüştürücünün giriş tarafından alınmalıdır.
Frekans dönüştürücü hala güç çıkışı yaparken fren devreye girerse, aşırı akım kesilmesine neden olabilir.
Bunu önlemek için, frenin yalnızca frekans dönüştürücü güç çıkışını durdurduktan sonra devreye girmesini sağlamak önemlidir.
Frekans dönüştürücünün kondansatörünün, frekans dönüştürücü çıkarıldıktan sonra etkin güç faktörü üzerindeki etkisiyle ilgili olarak, frekans dönüştürücünün kondansatörüne akan akımın neden olduğu güç faktörünü iyileştirmek için adımlar atılmalıdır.
Frekans dönüştürücü statik bir cihaz olmasına rağmen, filtre kapasitörleri ve soğutma fanları gibi sarf malzemesi bileşenleri de içerir.
Uygun bakımla bu bileşenlerin 10 yıldan fazla hizmet ömrüne sahip olması beklenebilir.
Soğutma fanı olan veya olmayan küçük kapasiteli modeller için:
Fanlı modellerde hava aşağıdan yukarıya doğru akar, bu nedenle frekans dönüştürücünün kurulu olduğu yerin üst ve alt kısımlarına emme ve egzozu engelleyebilecek herhangi bir mekanik ekipman yerleştirilmemesi önemlidir.
Ayrıca, ısıya duyarlı bileşenleri frekans dönüştürücünün üzerine yerleştirmekten kaçınmak da önemlidir.
Bir fan arızası durumunda frekans dönüştürücü, elektrikli fanın durma algılaması veya soğutma fanının aşırı ısınma algılaması ile korunur.
Filtre kondansatörü olarak kullanılan kondansatör için, elektrostatik kapasitesi zamanla kademeli olarak azalır.
Elektrostatik kapasitenin düzenli olarak ölçülmesi ve ürünün nominal kapasitesinin 85%'sine ulaşıp ulaşmadığına bağlı olarak hizmet ömrünün değerlendirilmesi önerilir.
Tipik olarak kondansatör disk şeklinde bir kapta saklanmalıdır.
Bununla birlikte, tamamen kapalı disk şeklindeki konteynerler oldukça büyük olabilir, önemli miktarda yer kaplayabilir ve nispeten pahalıdır.
Bu sorunları ele almak için aşağıdaki önlemler alınabilir:
(1) Diskin tasarımı, cihazın ısı yayma gereksinimlerini dikkate almalıdır;
(2) Soğutma alanını artırmak için alüminyum kanatlar ve kanatlı bir soğutma sıvısı kullanılabilir.
Giriş akımındaki yüksek dereceli harmonik paraziti azaltmak ve giriş güç kaynağının güç faktörünü iyileştirmek için.
Sinüzoidal filtre, frekans dönüştürücünün uzun bir motor kablosuyla çalışmasını sağlar ve frekans dönüştürücü ile motor arasında bir ara transformatör içeren devreler için de uygundur.
Frekans dönüştürücü ile sağlanan potansiyometrenin direnç değeri tipik olarak 1K Ω ila 10K Ω aralığındadır.
(1) Radyasyon paraziti;
(2) İletilen parazit.
Radyasyon yoluyla iletilen parazit sinyalleri, radyasyon kaynağının ve bozulan hattın uygun şekilde yönlendirilmesi ve ekranlanmasıyla etkili bir şekilde azaltılabilir.
Hat üzerinden iletilen parazit sinyalleri, frekans dönüştürücünün giriş ve çıkış tarafına filtreler, reaktörler veya manyetik halkalar eklenerek giderilebilir.
Paraziti azaltmak için özel yöntemler ve önlemler aşağıdaki gibidir:
(1) Sinyal ve güç hatları dikey olarak çaprazlanmalı veya paketlenmelidir.
(2) Aşağıdakilerden yapılmış kabloları bağlamaktan kaçının farklı metaller Birbirimize.
(3) Ekranlama katmanı uygun şekilde topraklanmalı ve topraklama tüm uzunluğu boyunca sürekli ve güvenilir olmalıdır.
(4) Sinyal devrelerinde çift bükümlü blendajlı kablo kullanılmalıdır.
(5) Ekranlama katmanı için topraklama noktası, frekans dönüştürücüden mümkün olduğunca uzakta ve frekans dönüştürücünün topraklama noktasından ayrı olmalıdır.
(6) Frekans dönüştürücünün giriş güç hattında ve çıkış hattında manyetik bir halka kullanılabilir.
Manyetik halka kullanımı için özel yöntem aşağıdaki gibidir: Giriş hattı aynı yönde dört kez sarılabilirken, çıkış hattı aynı yönde üç kez sarılabilir.
Sarım sırasında manyetik halkayı frekans dönüştürücüye mümkün olduğunca yakın tutmak önemlidir.
(7) Ayrıca, paraziti önlemek için, rahatsız edici ekipman ve aletler için ekranlama ve diğer anti-parazit önlemleri uygulanabilir.
Konveyör bant tarafından tüketilen güç, hızıyla doğru orantılıdır.
Bu nedenle, 80Hz'de çalışmak istiyorsanız, frekans dönüştürücünün ve motorun gücü orantılı olarak artırılmalıdır, bu da 50Hz kapasitesinden 60%'lik bir artış anlamına gelir. Bu, frekans dönüştürücünün ve motorun kapasitesinin 60% artırılması gerektiği anlamına gelir.
VVC (Değişken Gerilim ve Değişken Frekans) kontrolünde, kontrol devresi motor yükündeki değişikliklere yanıt olarak optimum motor uyarımını hesaplamak için matematiksel bir model kullanır ve yükü buna göre telafi eder.
Ayrıca kontrol devresi, invertör yarı iletken cihazları (IGBT'ler) için optimum anahtarlama süresini belirleyen bir ASIC (Uygulamaya Özel Entegre Devre) üzerinde uygulanan bir senkron 60° PWM yöntemi içerir.
Değişken frekanslı bir güç kaynağının genel devresi, AC sabit akım ve AC filtreleri gibi bileşenlerden oluşur ve ideal AC güç kaynağına çok benzeyen saf sinüs dalgası çıkış voltajı ve akım dalga formları ile sonuçlanır.
Dünyadaki herhangi bir ülke için şebeke voltajı ve frekansı üretebilir.
Öte yandan, frekans dönüştürücü AC sabit akım AC (modülasyon dalgası) ve diğer devreler gibi bileşenlerden oluşur. Bu cihaz için standart isim değişken frekans regülatörüdür.
Ancak, frekans dönüştürücünün çıkış voltajı dalga biçimi, çok sayıda harmonik bileşene sahip bir darbe kare dalgasıdır. Voltaj ve frekans aynı anda orantılı olarak değişir ve bağımsız olarak ayarlanamaz, bu da onu güç kaynağı olarak kullanım için uygun hale getirmez.
Tipik olarak sadece üç fazlı bir asenkron motorun hızını düzenlemek için kullanılır.
MachineMFG'nin kurucusu olarak, kariyerimin on yıldan fazlasını metal işleme sektörüne adadım. Kapsamlı deneyimim, sac metal imalatı, talaşlı imalat, makine mühendisliği ve metaller için takım tezgahları alanlarında uzman olmamı sağladı. Bu konular hakkında sürekli düşünüyor, okuyor ve yazıyorum, sürekli olarak alanımın ön saflarında kalmaya çalışıyorum. Bilgi ve uzmanlığımın işiniz için bir değer olmasına izin verin.
TR 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
ID 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO