VFD – VARIABLE FREQUENCY DRIVE NEDİR ?
VFD nedir ? Değişken frekanslı sürücü nerelerde kullanılır ? VFD nasıl çalışır ? VFD’nin temelleri nedir ? VFD’leri nasıl anlamalıyız ? Bu ve benzeri sorulara cevap aradığımız VFD – Variable Frequency Drive Nedir adlı yazımızla karşınızdayız.
Başlayalım.
VFD NEDİR ?
Tiratron doğrudan frekans çevirici ile beslenen WRIM’e dayanan ilk A.C. sürücünün (400 HP), 1932’de General Electric’in F.E Alexanderson tarafından, Pacific Gas ve Electric Company’nin Logan Güç İstasyonunda kurulduğunu bilmek ilginçtir.
O zamandan bu yana, endüstriyel sürücüler, tüm dünyada birçok bilim insanı ve mühendisinin özel çabalarıyla hızla gelişti ve Değişken Frekans Sürücüsü (VFD) gibi gelişmiş sürücü teknolojisinin gelişmesiyle sonuçlandı.
VFD, temel sabit frekans, sabit voltaj sinüs dalgası gücünü (hat gücü), değişken bir frekansa, indüksiyon motorlarının hızını kontrol etmek için kullanılan değişken çıkış voltajına dönüştüren bir güç elektroniği tabanlı cihazdır.Motora beslenen gücün frekansını ve voltajını kontrol ederek üç fazlı bir asenkron motorun hızını düzenler.
Formül = Ns = (120 x f) /p
Kutup sayısı sabit olduğundan, hız değişkeni sürekli değişen frekans ile değiştirilebilir.
Değişken Frekans Sürücüsünün Çalışması
Herhangi bir Değişken Frekans Sürücüsü veya VFD, üç fazlı bir asenkron motorun kontrol edilmesi için aşağıdaki üç aşamayı içerir.
Doğrultucu Aşaması
Tam dalgalı güç diyot bazlı katı hal redresörü, standart 220, 440 veya daha yüksek şebeke beslemesinden üç fazlı 50 Hz gücü, sabit veya ayarlanabilir DC gerilime dönüştürür.Sistem, yüksek voltaj sistemi için transformatörler içerebilir.
Inverter Aşaması
IGBT, GTO veya SCR gibi güç elektroniği şalterleri, gerekli yeni frekansta bir akım veya voltaj dalga formu oluşturmak için doğrultucudaki DC gücü açıp kapatır.Halihazırda, voltaj kaynağı invertörlerinin çoğu (VSI), darbe şiddeti modülasyonunu (PWM) kullanır, çünkü bu şemadaki çıkıştaki akım ve voltaj dalga formu yaklaşık olarak bir sinüs dalgasıdır.
IGBT gibi Güç Elektroniği anahtarları; GTO, DC gerilimini yüksek hızda değiştirerek, kısa genlikli sabit genlikli puls üretmektedir.Çıkış voltajı, inverterin kazancını değiştirerek değişir.Çıkış frekansı, yarım döngü başına atım sayısı değiştirilerek veya her bir zaman dilimi için periyodun değiştirilmesiyle ayarlanır.
Bir asenkron motorda ortaya çıkan akım, istenen çıkış frekansının sinüs dalgasını simüle eder.Bir PWM invertörün yüksek hızlı anahtarlama etkisi daha az dalga şekli bozulmasına yol açar ve dolayısıyla harmonik kayıpları azaltır.
Kontrol sistemi
Fonksiyonu, çıkış voltajını, yani invertörün voltaj vektörünün motora beslenmesini ve voltajın frekansa (V/Hz) sabit bir oranını kontrol etmektir.Çalışan bir motordan geri bildirim bilgisi alan ve çıkış voltajını veya frekansını istenen değerlere ayarlayan bir elektronik devreden oluşur.
Kontrol sistemi SPWM (Sinüs Dalga PWM), SVPWM (Uzay Vektörü modülasyonlu PWM) veya bazı bilgisayar tabanlı bir algoritmaya dayanabilir.
Değişken Frekans Sürücüsü Altında Asenkron Motor Karakteristiği
Statorda indüklenen bir asenkron motorunda, E kayma frekansı ve hava boşluğu akısının sonucu ile orantılıdır.Stator düşmesi ihmal edilirse, terminal voltajı kayma frekansı ve akı ürünüyle orantılı olarak düşünülebilir.
Besleme frekansında, terminal voltajında bir değişiklik olmaksızın herhangi bir azalma, motorun manyetik doygunluğuna neden olacak şekilde hava boşluğu akışında bir artışa neden olur.Ayrıca motorun tork kapasitesi azalır.Bu nedenle, VFD veya Değişken Frekans Sürücüsü yardımıyla bir motoru kontrol ederken, V/f oranını daima sabit tutuyoruz.
Şimdi ‘K’ değişkenini tanımlayın,
Formül = K = f / frated
K <1 i.e. altındaki frekansın altında çalışma için sabit akı çalışmasına sahibiz.Bunun için tüm çalışma noktaları için sabit mıknatıslama akımı Im’i koruyoruz.
K> 1 i için, yukarıda belirtilen frekansta, terminal voltajı Vnominal sabitini koruruz.Bu alanda, birim frekansı ‘K’ başına ters oranında zayıflar.
K = 1 değerleri için sabit tork işletimine sahibiz ve bunun üzerinde sabit güç uygulamasına sahibiz.
Değişken Frekanslı Sürücüleri Kullanmanın Yararları
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.
Artan Güvenilirlik
Ayarlanabilir hız motor tahrik sistemleri, 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 Frekans Sürücüleri 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
Rotasyon, ısı, ses, vs.’ye 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 Frekans Sürücüsünün hat tarafında yüksek gç faktörünü koruyan kondansatörler içermesidir.Bu, ek olarak pahalı kondansatörlerin ihtiyacını ortadan kaldırır.
Kayma Gücü Kurtarma
Stator tarafından rotora verilen temel güç, hava boşluğu gücü Pg olarak adlandırılır. Geliştirilen mekanik güç,
Formül = Pm = Pg – sxPg
‘SP’ terimi kayma gücü olarak adlandırılır.
Kayma çok büyükse, yani hız düşükse o zaman bol miktarda güç kaybı olur, yaygın bir örnek ise çimento endüstrisinin fırın tahrikidir.Bu güç, kayma kurtarma şeması ile kurtarılabilir.Resimdeki şemada, kayma gücü ilk olarak WRIM fırçalarıyla toplanır.
Geri kazanılan bu kayma gücü daha sonra düzeltilmekte ve hat frekansına geri çevrilmekte ve bağlantı transformatöründen beslemeye enjekte edilmektedir.
Değişken Frekans Sürücüsü Uygulamaları
Birkaç örnek vermek gerekirse ;
Bunlar çoğunlukla güç indüksiyonu birkaç kW’dan az ve birkaç MW’ye kadar değişen büyük asenkron motorları (değişken yük ile uğraşmak) için kullanılmaktadır.
Çekiş sisteminde Değişken Frekans Sürücüsü kullanılır.Hindistan’da Delhi Metro Rail Corporation tarafından kullanılmaktadır.
Modern asansörlerde, yürüyen merdivenlerde ve pompalama sistemlerinde de kullanılırlar.
Günümüzde enerji verimli buzdolaplarında, AC ve Dış hava ekonomizerlerinde kullanılmaktadırlar.
VFD – VARIABLE FREQUENCY DRIVE NEDİR SONUÇ :
Bugün VFD – Variable Frequency Drive Nedir adlı yazımızı sizlerle paylaştık.Umuyorum faydalı olmuştur.
İyi Çalışmalar