DC frenleme nedir?
AC motor sürücülerinde DC frenleme nedir?
Bir AC motoru hız kontrol cihazıyla durdururken yalnızca çıkış frekansını sıfıra indirmek yeterli olmayabilir. Yükün ataleti, makinenin hareket yönü ve istenen duruş süresi nedeniyle motor dönmeye devam edebilir. Bu noktada sürücülerde kullanılan iki önemli yöntem DC enjeksiyon frenlemesi ve dinamik frenleme yöntemleridir.
Bu iki yöntem aynı amaç için kullanılabilse de çalışma şekilleri farklıdır. DC enjeksiyon frenlemesinde frenleme etkisi doğrudan motor üzerinde oluşturulur. Dinamik frenlemede ise motorun ve makinenin hareket enerjisi sürücünün DC barasına geri döner; fazla enerji çoğunlukla bir fren kıyıcı ve fren direnci üzerinden ısıya çevrilir.
Bu sayfada: DC enjeksiyon · Dinamik fren · Fren direnci seçimi · Uygulama örnekleri
DC enjeksiyon ve dinamik fren arasındaki fark
Aşağıdaki küçük demo iki yöntemin temel farkını göstermektedir. DC Enjeksiyon modunda motor üzerinde sabit manyetik alan oluşturulur. Dinamik Fren modunda ise yavaşlayan motorun enerjisinin DC baraya geri akması ve fren direnci tarafından alınması temsili olarak gösterilir.
Demo eğitim amaçlıdır. Gerçek frenleme torku, DC bara eşikleri ve izin verilen parametreler sürücü, motor ve yüke göre değişir.
DC enjeksiyon frenlemesi nasıl çalışır?
DC enjeksiyon frenlemesinde sürücü normal AC çıkışı kestikten sonra motor statoruna belirli seviyede doğru akım uygular. Bunun sonucunda dönen manyetik alan yerine sabit bir manyetik alan meydana gelir. Rotor dönmeye devam ettiği sürece bu alan rotor üzerinde harekete ters yönde bir frenleme torku oluşturur.
Yöntemin avantajı ilave bir fren direnci gerektirmeden uygulanabilmesidir. Ancak burada önemli bir sınır vardır: Frenleme sırasında oluşan enerjinin önemli bölümü motor içerisinde ısıya dönüşür. DC enjeksiyon seviyesi veya süresi gereğinden fazla artırılırsa motor gereksiz yere ısınabilir.
Bu nedenle DC enjeksiyonda “ne kadar fazla akım, o kadar iyi fren” mantığı doğru değildir. Özellikle sık dur-kalk yapan makinelerde motor sıcaklığı ve frenleme sıklığı birlikte değerlendirilmelidir.
Dinamik fren ve fren direnci nasıl çalışır?
Dinamik frenlemede durum farklıdır. Motor ve bağlı mekanizma yavaşlarken sahip olduğu kinetik enerji kaybolmaz. Motor kısa süreliğine jeneratör gibi davranır ve bu enerji sürücünün DC barasına geri akar.
DC bara gerilimi yükseldiğinde sürücünün dahili fren kıyıcısı veya harici bir fren kıyıcı / DBU, uygun değerdeki fren direncini devreye sokar. Rejeneratif enerji direnç üzerinde ısıya dönüştürülür ve DC bara geriliminin sürücünün izin verdiği sınırların üzerine çıkması önlenmeye çalışılır.
Buradaki kritik nokta şudur: fren direncinin görevi motoru doğrudan frenlemek değildir. Motorun frenleme sırasında sürücüye geri gönderdiği enerjinin kontrollü biçimde harcanabileceği bir yol oluşturmaktır.
Editörün notu: Fren direnci bizim sahada en çok yanlış seçildiğini gördüğümüz parçalardan biri. “Motor 5 kW, o zaman 5 kW direnç takalım” veya “sürücü 400 V, şu kadar ohm yeter” diye seçim yapılmaz. Önce sürücünün izin verdiği minimum direnç değeri görülür; ardından frenleme enerjisi, duruş süresi, frenleme sıklığı ve duty cycle değerlendirilir. Direnç seçiminde etiketteki watt değeri tek başına hikâyenin yarısı bile değildir.
Fren direnci nasıl seçilir?
Doğru fren direnci seçiminde önce sürücü üreticisinin izin verdiği minimum fren direnci (Ω) kontrol edilir. Bundan daha düşük direnç kullanılması fren transistörünün taşıyabileceğinden fazla akım çekilmesine neden olabilir. Bu değer sürücü modeline göre değiştiği için yalnız motor gücüne bakılarak belirlenemez.
İkinci konu tepe frenleme gücüdür. Makinenin ne kadar hızlı durdurulacağı, motorun ve mekanik yükün ataleti, hız değişimi ve aşağı yönlü yük gibi etkenler frenleme sırasında ortaya çıkan enerjiyi belirler.
Üçüncü konu ise ortalama güç ve duty cycle değeridir. Örneğin birkaç saniye fren yapan ve uzun süre çalışan bir sistem ile her birkaç saniyede bir fren yapan makinenin direnç ihtiyacı aynı değildir. Frenleme süresi toplam çevrimin büyük bölümünü oluşturuyorsa direnç üzerindeki ortalama ısıl yük ciddi biçimde yükselir.
Bu nedenle fren direncinde temel soru yalnızca “kaç watt?” değildir. Doğru soru şudur: Kaç ohm, ne kadar tepe güç, frenleme kaç saniye sürüyor ve bu frenleme kaç saniyede bir tekrarlanıyor?
OtomasyonAVM'de fren dirençlerini yalnız tek bir ürün grubu olarak değil; uygulamanın ihtiyacına göre farklı güç sınıflarında ayırıyoruz. İlgili bölümlerde 500 W fren dirençleri, 1 kW fren dirençleri, 2 kW fren dirençleri ve yüksek güçlü fren dirençleri ayrı ayrı incelenebilir.
Fren direncinin montajı da hesabın bir parçasıdır. Direnç elektrik enerjisini bilerek ısıya dönüştürdüğü için kapalı ve havasız bir pano köşesine sıkıştırılmamalıdır. Direncin yüzey sıcaklığı ciddi seviyelere çıkabilir; kablo, plastik kanal ve diğer hassas ekipmanlardan uygun mesafede tutulmalıdır.
Fren kıyıcı ile fren direnci aynı şey midir?
Hayır. Fren kıyıcı, DC bara gerilimini izleyerek fren direncini gerektiğinde DC baraya bağlayan elektronik anahtarlama bölümüdür. Fren direnci ise devreye girdiğinde enerjiyi ısıya çeviren güç elemanıdır.
Küçük ve orta güçlü birçok sürücüde fren kıyıcı cihazın içinde bulunabilir ve dışarıya yalnızca direnç terminalleri çıkarılır. Bazı yüksek güçlü sürücülerde ise harici DBU fren ünitesi gerekir. Bu nedenle sürücü üzerinde fren direnci terminali bulunması ile cihazda dahili fren kıyıcı bulunması birbirine karıştırılmamalıdır.
DC enjeksiyon mu, fren direnci mi?
DC enjeksiyon, özellikle son hızlarda motoru tutmak veya kısa süreli ve sınırlı frenleme gereken uygulamalarda pratik olabilir. Fakat frenleme enerjisi motor içerisinde ısıya dönüştüğü için sık ve ağır frenlemelerde sınırları vardır.
Fren dirençli dinamik frenleme ise yüksek ataletli yüklerde, sık dur-kalk yapan makinelerde veya kısa yavaşlama sürelerinin gerektiği sistemlerde daha uygun olabilir. Çok sık rejeneratif çalışan sistemlerde ise enerjiyi sürekli dirençte yakmak yerine rejeneratif sürücü veya ortak DC bara gibi çözümler değerlendirilebilir.
Bu konu özellikle servo sistemlerde da önemlidir. Hızlı pozisyonlama yapan eksenler sürekli hızlanıp yavaşladığından rejeneratif enerji ve fren direnci hesabı sistem tasarımının doğal bir parçası hâline gelir.
Sahada en sık yapılan frenleme hataları
Birinci hata, fren direncini yalnız ohm değerine bakarak seçmektir. Direnç değeri doğru olsa bile termal güç veya duty cycle yetersizse direnç aşırı ısınabilir.
İkinci hata, sürücünün izin verdiğinden daha düşük ohmlu direnç bağlamaktır. Amaç daha güçlü fren elde etmek olsa da sonuç fren kıyıcısının aşırı akıma zorlanması olabilir.
Üçüncü hata, DC enjeksiyon akımını ve süresini gereğinden fazla artırmaktır. Motor mekanik olarak güzel durabilir fakat sargılar gereksiz yere ısıtılır.
Dördüncü hata, fren direncini pano içinde hava almayan bir noktaya monte etmektir. Direnç zaten çalışırken ısınmak üzere tasarlanmıştır; ısısını dışarı atamazsa pano içindeki başka ekipmanları da etkileyebilir.
Beşinci hata, sürücünün sürekli overvoltage trip vermesini yalnız parametre problemi sanmaktır. Özellikle yüksek ataletli yüklerde mesele çoğu kez makinenin frenleme sırasında DC baraya ne kadar enerji geri gönderdiğidir.
Sahadan kısa not: “Direnç bağlı, neden hâlâ overvoltage veriyor?” sorusunun cevabı çoğu zaman direnç var mı yok mu değildir. Direncin ohm değeri, gücü, duty cycle'ı, fren kıyıcının devreye girip girmediği ve yavaşlama rampası birlikte kontrol edilmelidir. Frenleme sistemi bir zincirdir; zincirin tek halkasını değiştirmek her zaman sorunu çözmez.
PLC ve HMI üzerinden frenleme takibi
Modern sürücülerde DC bara gerilimi, overvoltage hataları, sürücü akımı ve çalışma durumu haberleşme üzerinden alınabiliyorsa bu bilgiler PLC ve HMI sistemlerinde izlenebilir. Özellikle sık fren yapan makinelerde hata geçmişi ile DC bara davranışının birlikte takip edilmesi, mekanik problem ile elektriksel problemi birbirinden ayırmayı kolaylaştırır.
İlgili OtomasyonAVM konuları
Bu konunun devamında fren dirençleri, harici fren kıyıcılar, DC bara, hız kontrol cihazı teknik rehberi ve servo sistemler bölümleri birbirini tamamlar.
Güvenlik: Fren direnci ve DC bara devrelerinde tehlikeli seviyede gerilim ve yüksek sıcaklık bulunabilir. Sürücünün enerjisi kesildikten sonra bile DC link kondansatörleri bir süre gerilim tutabilir. Müdahale öncesinde üreticinin belirttiği deşarj süresine uyulmalı ve DC bara gerilimi uygun ölçüm cihazıyla doğrulanmalıdır.