Ağır şartlar sürücüsü veya yaygın adıyla Heavy Duty VFD, yüksek kalkış torku, ani yük değişimi veya belirli süre boyunca yüksek motor akımı gerektiren uygulamalar için uygun aşırı yük kapasitesine sahip hız kontrol cihazı çalışma sınıfıdır.

Buradaki en önemli nokta şudur: Heavy Duty ifadesi yalnızca cihazın kasasının daha sağlam olduğu anlamına gelmez. VFD dünyasında Heavy Duty (HD), Normal Duty (ND), High Overload veya Constant Torque gibi ifadeler çoğunlukla sürücünün nominal çıkış akımı, kısa süreli aşırı yük kapasitesi ve termal kullanım sınırları ile ilgilidir.

Yani bir sürücünün ağır şartlarda kullanılabilmesi için ilk bakacağımız şey ön kapağının kalınlığı veya kW etiketi değil; kaç amperi sürekli verebildiği, kaç amperi ne kadar süreyle taşıyabildiği ve uygulamanın tork ihtiyacıdır.

Heavy Duty ve Normal Duty arasındaki gerçek fark nedir?

Birçok modern VFD ailesinde aynı donanım iki farklı duty sınıfıyla kullanılabilir. Normal Duty seçildiğinde sürücünün sürekli çıkış akımı veya bağlanabilecek motor gücü daha yüksek olabilir, fakat kısa süreli overload rezervi daha düşüktür.

Heavy Duty seçildiğinde ise aynı güç elektroniğinin daha büyük bölümü akım ve termal rezerv olarak bırakılır. Bunun sonucu olarak etikette izin verilen motor kW değeri düşebilir fakat sürücü daha ağır geçici yükleri karşılayabilir.

Örneğin OtomasyonAVM'de bulunan GD200A-055G/075P-4 gibi çift sınıflı bir model, aynı fiziksel cihazda yaklaşık 55 kW ağır şart / 75 kW normal şart olarak tanımlanabilir. Bu durum “55 kW sürücü aslında 75 kW'dır” anlamına gelmez. İki farklı yük ve overload senaryosu için iki farklı rating vardır.

Overload kapasitesi ne demektir?

Sürücü üzerindeki motor sürekli olarak nominal akımın üzerinde çalıştırılamaz. Fakat bazı makineler kalkışta, sıkışma anında, hızlanırken veya yük aniden değiştiğinde kısa süre için nominal akımdan daha fazlasını isteyebilir.

Üretici örneğine göre bir Heavy Duty rating %150 akımı 60 saniye taşıyabilirken aynı sürücünün Normal Duty rating'i %110 veya %120 akımı 60 saniye taşıyabilir. Başka bir sürücü ailesinde %150/60 s yanında %180 veya %200 birkaç saniye gibi ek bir kısa süreli sınır bulunabilir.

Bu rakamlar evrensel değildir. Her sürücü için ürün kataloğu ve teknik kılavuz esas alınmalıdır. “Heavy Duty sürücü mutlaka %200 veya %250 akım verir” şeklinde genel bir kural yoktur.

Burada akım sınırlandırması da önem kazanır. Yük sürücünün izin verdiği akım sınırını aşarsa cihaz frekansı veya tork komutunu sınırlayabilir; şartlar devam ederse overload veya overcurrent korumasına geçebilir.

Neden yalnız kW değerine bakmak yanlış?

Bir motorun etiketinde 15 kW yazması, her 15 kW VFD'nin o motoru her makinede problemsiz çalıştıracağı anlamına gelmez.

15 kW bir fan motoru çoğunlukla hafif kalkar ve çalışma torku hız düştükçe belirgin biçimde azalır. Aynı güçte bir konveyör, ekstrüder veya kaldırma motoru ise düşük hızda dahi yüksek tork isteyebilir. Hatta motor gücü aynı olduğu halde hızlanma sırasında akım ihtiyacı tamamen farklı olabilir.

Bu nedenle VFD seçiminde yalnız kW değil; motor anma akımı, uygulama torku, overload yüzdesi, overload süresi, hızlanma süresi ve görev çevrimi birlikte incelenmelidir.

Sabit tork ve değişken tork yükleri

Fan ve santrifüj pompalar tipik değişken tork uygulamalarıdır. Hız düştükçe ihtiyaç duydukları tork ve güç de ciddi biçimde azalabilir. Bu nedenle birçok üretici bu tip yüklerde Normal Duty veya Light Duty rating kullanılmasına izin verir.

Konveyör, mikser, ekstrüder, kırıcı, pozitif deplasmanlı pompa ve bazı kaldırma sistemleri ise daha yüksek veya daha sabit tork isteyebilir. Bu tip makinelerde Heavy Duty veya High Overload seçimi çok daha önemli hale gelir.

Fakat “konveyör gördüm = kesin Heavy Duty”, “pompa gördüm = kesin Normal Duty” şeklinde ezber yapılmamalıdır. Örneğin sıkışma riski yüksek bir konveyör, yüksek ataletli bir santrifüj veya pozitif deplasmanlı bir pompa farklı değerlendirilmelidir.

Heavy Duty ile yüksek kalkış torku aynı şey midir?

Tam olarak değil. Heavy Duty rating sürücünün daha yüksek akımı belirli süre taşıyabilmesine yardımcı olur. Fakat motorun düşük hızdaki gerçek tork performansı aynı zamanda kullanılan kontrol algoritmasına bağlıdır.

Basit V/f kontrol ile gelişmiş Sensorless Vector Control aynı düşük hız performansını vermez. Çok düşük hızlarda yüksek kalkış torku isteniyorsa motor modeli, auto-tuning, sürücünün akım rezervi ve gerekiyorsa encoder geri beslemesi beraber değerlendirilmelidir.

Heavy Duty = daha sağlam çevresel yapı mı?

Hayır. Bu iki konu sık karıştırılır.

Heavy Duty rating çoğunlukla akım, tork ve overload sınıfını tanımlar.

Çevresel dayanıklılık ise ayrı bir konudur. Pano içi sıcaklık, IP koruma sınıfı, nem, toz, titreşim, koruyucu kart kaplaması, rakım ve soğutma sistemi ayrıca değerlendirilmelidir.

Bir VFD yüksek overload kabiliyetine sahip olabilir fakat standart IP20 açık tip gövdesi nedeniyle yoğun tozlu veya ıslak bir ortama doğrudan monte edilemez. Tersine yüksek IP sınıflı bir sürücünün overload kapasitesi uygulamanız için yetersiz olabilir.

Yani “ağır şart makinesi” ile “ağır çevre şartı” aynı seçim kriteri değildir.

Sıcaklık ve rakım neden rating'i değiştirir?

Sürücünün IGBT veya diğer güç yarı iletkenleri ve DC bara elemanları çalışırken ısı üretir. Ortam sıcaklığı arttıkça cihazın bu ısıyı dışarı atabilme kabiliyeti azalır.

Benzer şekilde yüksek rakımda hava yoğunluğu düştüğünden doğal veya fanlı soğutmanın etkinliği azalabilir. Bazı sürücülerde yüksek carrier frequency kullanımı da güç katındaki anahtarlama kayıplarını artırır.

Bu nedenle üreticiler belirli sıcaklık, rakım veya switching frequency seviyelerinin üzerinde derating ister. Etiketinde 100 A yazan bir cihaz belirli ortam koşullarında sürekli 100 A kullanılamayabilir.

Heavy Duty ve frenleme aynı konu değildir

Ağır bir yükü hızlandırmak için yüksek akım rezervi gerekebilir; fakat aynı yükü hızlı biçimde durdurmak tamamen başka bir enerji problemidir.

Örneğin vinç, santrifüj, büyük fan veya yüksek ataletli makine yavaşlarken motor jeneratör gibi çalışabilir ve enerji DC baraya geri dönebilir. Bu durumda sürücünün Heavy Duty olması tek başına yeterli değildir.

Uygulamaya göre fren direnci, dahili brake chopper, harici fren kıyıcı veya rejeneratif sürücü gerekebilir.

Yani:

Overload kapasitesi: motorun daha fazla tork istemesi sırasında önemlidir.

Frenleme kapasitesi: mekanik enerjinin sürücüye geri dönmesi sırasında önemlidir.

İkisini birbirine karıştırmamak gerekir.

Heavy Duty sürücü nerelerde gerekir?

Aşağıdaki uygulamalarda Heavy Duty veya yüksek overload rating özellikle araştırılmalıdır:

Vinç ve kaldırma: Kalkışta ve düşük hızda yüksek tork, fren kontrolü ve sık hızlanma-yavaşlama gerekebilir. OtomasyonAVM'deki vinç sürücüleri bu nedenle standart fan-pompa uygulamalarından farklı değerlendirilir.

Konveyör: Yüklü kalkış, malzeme sıkışması ve yüksek statik sürtünme geçici olarak yüksek motor akımı isteyebilir.

Kırıcı ve değirmen: Darbeli veya düzensiz mekanik yükler sürücünün current limit sınırını sık sık zorlayabilir.

Ekstrüder, mikser ve yoğun proses makineleri: Yük hızla değişebilir ve uzun süre yüksek tork istenebilir.

Pozitif deplasmanlı pompalar: Santrifüj pompalardan farklı olarak tork davranışları ağır duty seçim gerektirebilir. Genel fan ve pompa uygulamaları için pompa kontrol sistemleri ayrıca incelenebilir.

Heavy Duty sürücü daha verimli midir?

Otomatik olarak hayır. Heavy Duty rating'in temel amacı daha yüksek geçici akım ve tork rezervidir. Aynı sürücünün Heavy Duty modunda çalışması onun elektriksel verimini sihirli biçimde yükseltmez.

Enerji tasarrufu esas olarak makinenin hız-tork karakteristiği ve proses ihtiyacına göre doğru hızda çalıştırılmasından gelir. Fan ve pompalarda bunun etkisi büyük olabilir; vinç veya konveyörde ise Heavy Duty seçiminin asıl nedeni çoğu zaman enerji tasarrufu değil güvenilir tork üretimidir.

Motoru bir boy büyük VFD'ye bağlamak çözüm müdür?

Bazen daha büyük akımlı sürücü seçmek gerekli olabilir fakat bunu otomatik çözüm olarak görmek doğru değildir. Sürücü büyütüldüğünde minimum motor boyutu, motor koruma ayarları, auto-tuning doğruluğu, fren chopper kapasitesi, pano boyutu ve maliyet de değişebilir.

Doğru yaklaşım sürücünün HD nominal çıkış akımını motorun anma akımı ve gerçek overload ihtiyacıyla karşılaştırmaktır.

Editörün Notu – sahada Heavy Duty işini nasıl ayırıyorum?

Ben sürücüye bakarken önce “kaç kW?” diye değil, motor kaç amper ve makine bu akımı ne zaman istiyor? diye bakıyorum. Çünkü sahada 30 kW yazan iki makinenin karakteri bazen birbirine hiç benzemez.

Fan boş sayılabilecek bir yükle kalkar. Vinç ise yük kancadayken hareket etmek zorunda kalabilir. Konveyör gece durmuş, sabah bant malzemeyle dolu kalkabilir. Kırıcıya taş sıkışabilir. İşte Heavy Duty meselesi bu anlarda kendini belli ediyor.

Bir başka klasik hata şu: katalogda cihazın yanında iki kW değeri görünce herkes büyük olanı esas alıyor. Mesela sürücü 55/75 kW yazıyor diye vinç motoruna 75 kW diye bakılmaz. Önce hangi değerin HD, hangisinin ND olduğuna bakacaksın.

Bir de overload ile kısa devreyi karıştırmamak lazım. Makine kısa süre için %150 tork istedi diye bu normal bir overload olabilir. Motor kablosu kısa devre olmuş ve sürücü 5–6 kat akım görüyor ise bu “Heavy Duty çalışsın” denilecek durum değildir; korumanın mümkün olduğunca hızlı çalışması gerekir.

Son olarak, ağır makinede ben frenlemeyi daha seçim aşamasında sorarım. Bu yük nasıl duracak? Cevap belli değilse sürücünün yalnız overload değerine bakıp seçimi bitirmem. Özellikle vinç, santrifüj, büyük fan ve yüksek ataletli makinelerde fren direnci veya rejeneratif taraf işin yarısıdır.

Bu konudan sonra ne okumalı?

Sürücünün motor akımını nasıl koruduğunu anlamak için Akım Sınırlandırması; doğru cihaz boyutlandırması için VFD Seçim Parametreleri; aşırı yük ve aşırı akım hatalarının farkını görmek için İnverter Hataları sayfaları doğal devamdır.

Ağır yükü durdurma tarafı için Fren Direnci ve Harici Fren Kıyıcı; düşük hız torku için ise Sensorless Vector Control konuları birlikte okunmalıdır.

OtomasyonAVM'de ilgili bölümler

Gerçek sürücü modellerini karşılaştırmak için Hız Kontrol Cihazları; üç fazlı güç grupları için 380 V Üç Faz Sürücüler; ağır kaldırma uygulamaları için Vinç Sürücüleri; frenleme, filtre ve çevre ekipmanları için Hız Kontrol Aksesuarları bölümlerine geçebilirsiniz.

Dış teknik referanslar

Heavy Duty ve Normal Duty overload farkının üretici örneği için Yaskawa GA800 teknik verileri; sabit tork ve değişken tork uygulamalarında VFD boyutlandırması için Danfoss'un How do you size a VFD? teknik rehberi kullanılabilir. Rakamların marka ve modele göre değişebildiği unutulmamalıdır.