Hız kontrol cihazı seçmek için nelere dikkat etmeli?

Hız kontrol cihazı seçerken nelere dikkat edilmeli?

Hız Kontrol Cihazı Seçerken Nelere Dikkat Edilmeli?

Bir hız kontrol cihazı (VFD) seçerken yalnızca motor etiketindeki kW değerine bakmak yeterli değildir. Doğru seçim için motorun gerilimi, anma akımı, yükün tork karakteristiği, çalışma şekli, hız aralığı, frenleme ihtiyacı, ortam koşulları ve istenen kontrol hassasiyeti birlikte değerlendirilmelidir.

Örneğin iki motorun üzerinde de 7.5 kW yazabilir. Birisi fan döndürüyor, diğeri sürekli ağır yük kaldırıyor olabilir. Motor güçleri aynı olsa bile bu iki uygulamanın sürücüden istediği aşırı yük kapasitesi, düşük hız torku, frenleme ve kontrol performansı aynı değildir.

Bu nedenle VFD seçiminde temel soru yalnızca “Motor kaç kW?” değildir. Daha doğru soru şudur:

“Bu motor hangi şebekeden beslenecek, ne kadar akım çekiyor ve nasıl bir makineyi hangi şartlarda çalıştıracak?”

Gerilim ve akım · Yük tipi · Kontrol modu · Duruş ve frenleme · EMC ve harmonikler · SSS

VFD seçiminde önce hangi 6 bilgiye bakılır?

1. Şebeke: Giriş gerilimi ve faz sayısı nedir?
2. Motor: Etiket gerilimi, anma akımı, kW/HP ve anma frekansı nedir?
3. Makine: Fan mı, pompa mı, konveyör mü, vinç mi, pres mi, spindle mı?
4. Yük: Değişken tork mu, sabit tork mu, ağır kalkış mı, rejeneratif yük mü?
5. Kontrol: Basit hız kontrolü mü, hassas hız/tork kontrolü mü, encoder geri beslemesi mi?
6. Ortam ve sistem: Sıcaklık, nem, pano, EMC, haberleşme, güvenlik ve frenleme ihtiyacı nedir?

Bu altı soruya cevap verilmeden yalnızca katalogdaki kW satırından VFD seçmek çoğu zaman eksik bir seçimdir.

1. Giriş gerilimi ve faz sayısı

İlk olarak kullanılacak elektrik şebekesi belirlenmelidir. OtomasyonAVM'de 1 faz girişli 3 faz çıkışlı hız kontrol cihazları ile 3 faz girişli 3 faz çıkışlı hız kontrol cihazları ayrı gruplarda incelenebilir.

Burada önemli bir ayrıntı vardır: tek faz girişli bir VFD'nin çıkışı üç faz olabilir fakat çıkış gerilim sınıfı ayrıca kontrol edilmelidir. Örneğin 230 V sınıfı bir VFD'nin besleyeceği standart 230/400 V motor genellikle uygun bağlantı şekliyle değerlendirilir. “Tek faz giriş var, her üç fazlı motoru çalıştırır” düşüncesi doğru değildir.

Sürücünün giriş gerilimi şebekeyle, çıkış gerilimi ise motorun etiket ve bağlantı özellikleriyle uyumlu olmalıdır.

2. Motor kW değerinden önce anma akımına bakın

Motorun kW değeri veya HP değeri seçim için iyi bir başlangıçtır; fakat son kontrol mutlaka motorun anma akımı üzerinden yapılmalıdır.

Aynı kW değerindeki iki motor farklı gerilim, verim, güç faktörü veya motor yapısı nedeniyle farklı akım çekebilir. VFD'nin uygun duty sınıfındaki sürekli çıkış akımı motorun ihtiyaç duyduğu akımı karşılamalıdır.

Bu nedenle anma gücü (rated power) ile anma akımı birbirine karıştırılmamalıdır.

Pratik kural: kW ile modeli bulun; akımla seçimi doğrulayın; yük karakteristiğiyle duty sınıfını kontrol edin.

3. Sürücüyü motora değil, motor + makineye göre seçin

VFD'nin çalıştıracağı makine seçimde en az motor kadar önemlidir.

Bir pompa veya fan uygulamasında yük karakteristiği çoğu zaman bir vinç, ekstrüder, kırıcı, değirmen veya ağır konveyörden çok farklıdır.

Pompa veya fan için tasarlanmış hafif/normal duty bir sürücüyü ağır kalkış torku isteyen bir makineye yalnız kW değeri tuttuğu için bağlamak doğru değildir.

Yük sürekli yüksek tork istiyor veya sık sık aşırı yükleniyorsa ağır şartlar sürücüsü kavramı önem kazanır. Kesintisiz üretim, gelişmiş kontrol, geniş I/O veya daha yüksek uygulama performansı gereken makinelerde profesyonel hız kontrol cihazları da değerlendirilmelidir.

Burada “profesyonel” kelimesi tek başına güvenilirlik garantisi değildir. Esas bakılması gereken üreticinin continuous current, overload current, normal/light duty ve heavy duty tablolarıdır.

4. Yükün başlangıç torku ne kadar?

Fan rahat kalkabilirken dolu bir konveyör, kırıcı, mikser veya değirmen ilk hareket anında önemli tork isteyebilir.

Bu gibi uygulamalarda sürücünün düşük hız tork performansı ve aşırı yük kapasitesi incelenmelidir. V/F kontrol kullanılan bazı sistemlerde torque boost / tork artırma fonksiyonu kalkış performansına yardımcı olabilir.

Fakat tork artırmayı gereğinden fazla yükseltmek motor akımını ve ısınmasını artırabilir. Yetersiz sürücüyü parametreyle “zorla büyütmek” doğru çözüm değildir.

5. Aşırı yük kapasitesi neden önemlidir?

İki VFD aynı kW etiketiyle satılsa bile geçici aşırı yük yetenekleri farklı olabilir. Örneğin üretici bir modeli normal duty için farklı, heavy duty için farklı akım ve kW değeriyle tanımlayabilir.

Bu nedenle “11 kW VFD” ifadesi tek başına yeterli teknik bilgi değildir. 11 kW hangi duty sınıfında ve kaç amper sürekli çıkış verebiliyor? sorusu sorulmalıdır.

Özellikle vinç, pres, konveyör, mikser, kırıcı ve yüksek kalkış torku isteyen makinelerde katalogdaki overload süresi ve oranı mutlaka incelenmelidir.

6. V/F, vector, FOC veya tork kontrolü?

VFD'nin kontrol algoritması uygulamanın performansını doğrudan etkiler.

V/F kontrol, birçok basit fan, pompa ve genel amaçlı uygulamada yeterli olabilir.

Düşük hızlarda daha güçlü tork ve yük değişimlerinde daha iyi hız kararlılığı gerektiğinde vektör kontrol daha uygun olabilir.

FOC – Field Oriented Control, motor akımını akı ve tork bileşenleri açısından yöneten vektör kontrol yaklaşımının önemli yöntemlerinden biridir. Üreticilerin kullandığı isimler ve uygulama detayları farklılık gösterebilir.

Kuvvet veya çekme momentinin doğrudan önemli olduğu sarıcı, çözücü, test standı ve bazı proseslerde tork kontrolü gerekebilir.

Yani soru yalnız “bu sürücü motoru döndürür mü?” değil, “yük değiştiğinde motoru ne kadar doğru kontrol eder?” olmalıdır.

7. Açık çevrim mi, kapalı çevrim mi?

Bazı makinelerde birkaç devirlik hız değişimi önemli değildir. Bazı makinelerde ise gerçek motor hızının sürekli bilinmesi gerekir.

Açık çevrim ve kapalı çevrim kontrol arasındaki temel fark burada ortaya çıkar.

Kapalı çevrim sistemlerde encoder gibi bir geri besleme cihazı gerçek hızı sürücüye iletebilir. Bu yapı özellikle hassas hız, tork, asansör, kaldırma, sarma veya senkronizasyon uygulamalarında önemli olabilir.

Encoder gerektirmeyen uygulamalarda ise kayma kompanzasyonu yük arttığında asenkron motor hızındaki kaymayı bir ölçüde telafi ederek hız kararlılığını geliştirebilir.

8. V/F eğrisi hız aralığı demek değildir

V/F eğrisi, sürücünün farklı frekanslarda motora uyguladığı gerilim/frekans ilişkisini tanımlar. Bu kavram doğrudan “geniş hız aralığı” anlamına gelmez.

Gerçek kullanılabilir hız aralığı; motor soğutması, kontrol modu, gerekli tork, mekanik maksimum devir ve sürücünün çıkış frekansı gibi birçok parametreye bağlıdır.

Özellikle standart bir motor çok düşük hızda kendi fanıyla yeterli soğutma sağlayamayabilir. Motor uzun süre yüksek torkla düşük devirde çalışacaksa termal durum ayrıca değerlendirilmelidir.

9. Maksimum frekans neden önemlidir?

Standart 50/60 Hz motorlarla yüksek hızlı spindle motorları aynı şey değildir.

Spindle motorlarda anma frekansı 200 Hz, 300 Hz, 400 Hz veya başka yüksek değerlerde olabilir. Böyle bir motor için VFD'nin yalnız kW değeri değil, gerekli maksimum çıkış frekansını ve motor kontrol yöntemini destekleyip desteklemediği de kontrol edilmelidir.

Ayrıca VFD'nin 400 Hz üretebilmesi, bağlanan standart motorun güvenle 400 Hz'de çalışabileceği anlamına gelmez. Motorun mekanik maksimum devri, rulmanları ve sürülen makinenin güvenli hız sınırı ayrıca dikkate alınmalıdır.

10. Kalkış, hızlanma ve duruş nasıl olacak?

Motorun normal kalkış ve yavaşlama davranışı için hızlanma ve yavaşlama süreleri önemlidir.

Çok kısa hızlanma süresi yüksek akıma, çok kısa yavaşlama süresi ise rejeneratif yüklerde DC bara geriliminin yükselmesine neden olabilir.

Makine hızlı durmak zorundaysa sürücünün dahili fren kıyıcısı, fren direnci veya harici fren kıyıcı ihtiyacı da seçim aşamasında düşünülmelidir.

Bunlar cihaz satın alındıktan sonra fark edilmesi gereken ayrıntılar değildir.

11. Speed Search / Flying Start ne zaman gerekir?

Başlangıçta hız arama – Speed Search, normal bir yumuşak kalkış fonksiyonu değildir.

Bu fonksiyon, motor zaten dönüyorsa sürücünün mevcut hızı yakalayıp motoru sıfırdan zorla başlatmadan devralmasına yardımcı olur.

Özellikle fanlar, yüksek ataletli sistemler, kısa süreli enerji kesintisi sonrası yeniden çalışma veya mekanik olarak başka bir kaynaktan dönebilen motorlarda yararlı olabilir.

12. Coast Stop ile STO aynı şey değildir

Serbest duruş / Coast Stop, sürücünün motora aktif yavaşlatma torku uygulamayı bırakması ve motorun kendi ataletiyle durmasıdır.

STO – Safe Torque Off ise güvenlikle ilgili bir fonksiyondur ve sürücünün motorda tork oluşturmasını güvenli biçimde engellemeyi amaçlar.

STO motoru mutlaka hızlı durdurmaz. Bu nedenle makinenin güvenli duruş ihtiyacı seçim sırasında doğru tanımlanmalıdır.

13. EMC filtresi ve harmonik filtresi aynı şey değildir

VFD seçerken elektromanyetik çevre de düşünülmelidir.

EMC/RFI filtreleri, sürücünün oluşturduğu yüksek frekanslı iletilen ve yayılan elektromanyetik gürültünün kontrol edilmesine yardımcı olur.

Harmonik filtre ise VFD doğrultucu girişinin şebekeden çektiği doğrusal olmayan akımın oluşturduğu harmoniklerle ilgili farklı bir problemdir.

Dolayısıyla “EMC filtresi var, harmonik problemi de çözülmüştür” denemez.

Motor kablo uzunluğu, ekranlama, topraklama, pano yerleşimi ve kablo güzergâhı da EMC performansının bir parçasıdır. Hassas elektroniklerin bulunduğu tesislerde yalnız sürücünün katalog satırına değil, tüm kurulumun EMC yapısına bakılmalıdır.

14. Motor koruması ve hata teşhisi

Modern sürücüler aşırı akım, aşırı yük, düşük/yüksek DC bara gerilimi, aşırı sıcaklık ve benzeri birçok durumu izleyebilir. OtomasyonAVM'deki inverter hata kodları bölümü bu konulara açılan ana sayfalardan biridir.

Örneğin sık görülen OC – Over Current / aşırı akım hatası; çok kısa hızlanma süresi, ağır veya sıkışmış yük, motor/kablo problemi ya da yanlış parametreler gibi farklı nedenlerden kaynaklanabilir.

Bu yüzden yalnız “korumalı sürücü” yazması yeterli değildir. Hata geçmişi, akım izleme, sıcaklık izleme ve tanılama özellikleri bakım açısından ciddi avantaj sağlar.

15. PTC veya NTC motor sıcaklığı neden önemlidir?

VFD'nin çıkış akımından hesapladığı elektronik motor termik modeli yararlıdır fakat motorun gerçek sıcaklığını her durumda doğrudan ölçmez.

Motor sargılarında bulunan PTC veya NTC sensörler gerçek motor sıcaklığı hakkında ek koruma sağlayabilir.

Özellikle düşük hızda uzun süre yüksek tork üreten, harici fanlı veya ağır duty çalışan motorlarda sürücünün uygun termistör girişini destekleyip desteklemediği kontrol edilebilir.

16. Ortam sıcaklığı, nem ve rakım

VFD katalog akımı her ortam koşulunda aynı olmayabilir. Yüksek pano sıcaklığı, yüksek rakım veya bazı çalışma ayarları sürücünün kullanılabilir çıkış akımının düşürülmesini yani derating uygulanmasını gerektirebilir.

Ayrıca yoğun nem, yoğuşma, iletken toz, metal talaşı veya kimyasal ortamlar elektronik kartların ömrünü etkileyebilir.

Sitenin nem kontrol bölümü nem ölçümü ve kontrolüyle ilgili diğer içeriklere geçiş sağlar.

Sürücü pano içinde kullanılacaksa yalnız sürücünün kendi IP derecesine değil, panonun havalandırmasına ve gerçek iç sıcaklığına bakılmalıdır.

17. Haberleşme protokollerini sonradan düşünmeyin

VFD PLC, HMI veya SCADA sistemine bağlanacaksa hangi haberleşme protokolünün gerekli olduğu satın almadan önce belirlenmelidir.

RS-485/Modbus RTU yeterli olabilir veya uygulama PROFIBUS, PROFINET, EtherNet/IP, CANopen, EtherCAT gibi farklı bir yapıya ihtiyaç duyabilir.

OtomasyonAVM'deki endüstriyel haberleşme ağacından bu protokollerin ayrıntılarına ulaşabilirsiniz.

Sürücünün üzerinde RS-485 konnektörü bulunması, ihtiyacınız olan bütün protokolleri desteklediği anlamına gelmez.

18. Dijital ve analog I/O sayısı yeterli mi?

Başlat/durdur, ileri/geri, çoklu hız, arıza reset, harici hata, limit anahtarı, analog hız referansı, PID geri beslemesi ve röle çıkışları gibi ihtiyaçlar önceden sayılmalıdır.

Yeterli I/O bulunmayan bir sürücünün sonradan opsiyon kartlarıyla genişletilmesi mümkün olabilir; fakat bu da sistem maliyetini ve karmaşıklığını artırır.

19. Kullanıcı arayüzü ve tanılama

Bir VFD'nin ekranının güzel görünmesi tek başına önemli değildir. Sahada önemli olan operatörün ve teknisyenin:

motor akımını, DC bara gerilimini, çıkış frekansını, hata geçmişini, dijital girişlerin durumunu, analog sinyalleri ve çalışma saatlerini kolayca görebilmesidir.

Bakım ekibinin kullanamadığı çok gelişmiş bir cihaz, pratikte daha basit fakat iyi belgelenmiş bir cihazdan daha zor yönetilebilir.

20. Yaşam döngüsü maliyetine bakın

En ucuz sürücü her zaman en düşük maliyetli çözüm değildir.

İnverter seçiminde ilk satın alma bedelinin yanında devreye alma süresi, opsiyon kartları, filtreler, frenleme donanımı, yedek parça, fan değişimi, servis, duruş süresi ve gelecekte bulunabilirlik de düşünülmelidir.

Özellikle üretim kaybının cihaz fiyatından çok daha pahalı olduğu makinelerde teknik destek ve yedek parça erişimi satın alma fiyatından daha değerli olabilir.

21. Enerji tasarrufu özelliği nasıl değerlendirilir?

Bazı VFD'lerde enerji tasarrufu, sleep/wake veya akı optimizasyonu gibi fonksiyonlar bulunabilir.

Fakat bir sürücü üzerinde “energy saving” yazması otomatik olarak enerji tasarrufu sağlayacağı anlamına gelmez.

En büyük kazanım genellikle pompa ve fan gibi değişken talep gösteren yüklerde motorun gerçekten ihtiyaç kadar hızlandırılmasıyla oluşur. Sabit torklu makinede aynı mantıkla aynı tasarruf beklenmemelidir.

22. Garanti ve teknik destek

Sürücü doğru seçilse bile parametreleme, motor autotuning, EMC, frenleme veya mekanik yük kaynaklı problemler yaşanabilir.

Bu nedenle garanti süresi kadar doğru teknik dokümana, hata kodlarına, yedek parçaya ve gerçek teknik desteğe ulaşabilmek de önemlidir.

Sahada tekrarlayan arızalarda yalnız sürücüyü değiştirmek yerine motor, mekanik yük, kablo ve çalışma koşulları birlikte incelenmelidir.

Örnek 1: 2.2 kW su pompası

Elimizde 400 V, 2.2 kW, 5 A civarında bir üç fazlı motor olduğunu düşünelim. İlk olarak üç faz 400 V sınıfı sürücü seçilir. Sonra sürücünün sürekli çıkış akımının motor anma akımını karşılayıp karşılamadığı kontrol edilir.

Uygulama değişken talep gösteren bir pompa ise dahili PID, sleep/wake ve basınç sensörü girişi seçimde kW'dan daha değerli özellikler haline gelebilir.

Örnek 2: 5.5 kW ağır konveyör

Motor 5.5 kW olsa bile konveyör dolu kalkıyor ve zaman zaman sıkışıyorsa standart pompa/fan duty seçimi yeterli olmayabilir.

Heavy-duty akım değeri, kısa süreli overload kapasitesi, vector control ve motor termik koruması birlikte incelenmelidir.

Örnek 3: 2.2 kW, 400 Hz spindle

Burada “2.2 kW sürücü” demek hemen hemen hiçbir şey söylemez.

Motorun anma gerilimi, akımı, 400 Hz çalışma frekansı, maksimum devri ve spindle karakteristiği kontrol edilmelidir. Standart 50 Hz için tasarlanmış basit bir VFD uygun olmayabilir.

Örnek 4: Vinç veya kaldırma uygulaması

Vinçte yalnız motoru kaldırmak değil, yükü kontrollü indirmek de gerekir. Aşağı inen yük motoru jeneratör bölgesine sürükleyebilir.

Bu nedenle ağır duty kapasitesi, tork kontrol performansı, fren direnci veya fren kıyıcı, mekanik fren kontrolü ve gereken güvenlik fonksiyonları daha seçim aşamasında birlikte ele alınmalıdır.

VFD seçimi hakkında sık sorulan sorular

7.5 kW motora 7.5 kW VFD takmak her zaman doğru mudur?
Hayır. Motor anma akımı, yük tipi, duty sınıfı, ortam koşulları ve overload ihtiyacı da kontrol edilmelidir.

Motor akımı VFD akımından büyük olabilir mi?
Normal boyutlandırmada sürücünün uygulamaya uygun sürekli çıkış akımı motorun gerekli anma akımını karşılamalıdır.

Daha büyük VFD takmak her zaman daha iyi midir?
Hayır. Büyük sürücünün küçük motorla kontrol, motor koruma ve autotuning aralığı üretici sınırları içinde olmalıdır. Gereksiz büyük seçim maliyeti de artırır.

Tek fazlı elektrikle üç fazlı motor çalıştırılabilir mi?
Uygun tek faz girişli, üç faz çıkışlı VFD ile birçok uygulamada mümkündür. Ancak motor gerilim bağlantısı, VFD çıkış gerilimi ve giriş akımı doğru değerlendirilmelidir.

Aynı kW'daki eski VFD yerine herhangi bir yeni VFD takılır mı?
Hayır. Akım, giriş gerilimi, frenleme, I/O, analog referans, haberleşme, kontrol modu ve mekanik yük özellikleri karşılaştırılmalıdır.

Fan/pompa sürücüsü vinçte kullanılabilir mi?
Modelin gerçek heavy-duty akımı, overload kapasitesi, frenleme ve kontrol özellikleri vinç ihtiyacını karşılamıyorsa kullanılmamalıdır. Katalogdaki aynı kW etiketi yeterli değildir.

Encoder olmadan hassas hız kontrolü yapılabilir mi?
Modern sensorless vector sistemleri oldukça iyi hız performansı sağlayabilir. Ancak çok hassas hız, sıfıra yakın hızda tork veya belirli güvenlik/motion gereksinimlerinde encoder geri beslemesi gerekebilir.

STO bulunan VFD acil durdurma problemini tek başına çözer mi?
Hayır. STO tork üretimini güvenli biçimde engelleyen bir fonksiyondur. Makinenin bütün acil durdurma sistemi risk değerlendirmesine göre ayrıca tasarlanmalıdır.

VFD motoru bütün arızalara karşı korur mu?
Hayır. VFD birçok elektriksel koruma sağlar fakat mekanik arıza, izolasyon bozulması, yetersiz soğutma veya yanlış tesisat gibi bütün riskleri ortadan kaldırmaz.

EMC filtresi varsa harmonik filtresine gerek kalmaz mı?
Hayır. EMC/RFI emisyonları ile şebeke akım harmonikleri farklı problemlerdir ve kullanılan çözüm de farklı olabilir.

VFD enerji tasarrufu sağlar mı?
Uygulamaya bağlıdır. Özellikle değişken torklu fan ve pompa yüklerinde hızın gerçek talebe göre azaltılması büyük avantaj sağlayabilir; her makinede aynı tasarruf beklenmez.