Auto-Tuning, bir hız kontrol cihazının (VFD) bağlı olduğu motorun elektriksel özelliklerini tanımak veya kontrol modelinde kullanılacak motor parametrelerini belirlemek için yaptığı otomatik motor tanıma işlemidir.

Auto-tuning'i “sürücü sürekli kendi kendini öğrenir ve her yük değişiminde sistemi yeniden optimize eder” şeklinde düşünmek doğru değildir. Çoğu endüstriyel VFD'de auto-tuning, motor devreye alınırken veya motor değiştirildiğinde belirli bir prosedür olarak çalıştırılır. Sürücü motora kontrollü test gerilimi veya akımı uygular, motorun elektriksel tepkisini ölçer ve desteklediği kontrol yöntemine göre bazı motor parametrelerini hesaplayarak kendi hafızasına kaydeder.

Kısaca: Auto-tuning motorun çalışma hedefini belirlemez; sürücünün “Bu motorun elektriksel karakteristiği nedir?” sorusuna cevap bulmasına yardımcı olur.

Auto-Tuning neden gereklidir?

Bir VFD'nin motoru iyi kontrol edebilmesi için yalnız motorun kW değerini bilmesi yeterli değildir. Özellikle Sensorless Vector Control ve daha gelişmiş vektör kontrol yöntemleri motorun elektriksel modelini kullanır.

Sürücü motor akımı, gerilim, manyetik akı ve tork davranışı hakkında hesap yaparken motorun gerçek parametreleri ile çalışırsa düşük hız performansı, hız regülasyonu ve tork kontrolü daha doğru olabilir.

Üreticiye ve motor tipine bağlı olarak auto-tuning sırasında aşağıdaki değerlerin bir bölümü belirlenebilir:

• Stator direnci (Rs)
• Faz-faz direnci
• Stator veya kaçak endüktans değerleri
• Mıknatıslanma / boşta akımı
• Motor kayma parametreleri
• Motor demir kayıpları
• PM motorlarda d-axis ve q-axis endüktansları (Ld / Lq)
• PM motor back-EMF sabiti
• Bazı sistemlerde encoder veya motor yönüyle ilişkili ek tanımlamalar

Her VFD bütün bu değerleri ölçmez. Auto-tuning'in neyi belirlediği markaya, sürücü serisine, motor tipine ve seçilmiş tuning moduna bağlıdır.

Motor etiket bilgileri yine de girilmeli mi?

Evet. Auto-tuning, motor etiketini okumaya alternatif değildir.

Çoğu sürücü tuning işleminden önce motor etiketinden en az şu bilgilerin doğru girilmesini ister:

Motor anma gücü: kW veya HP
Motor anma gerilimi: V
Motor anma akımı: A
Motor anma frekansı: Hz
Motor anma devri: rpm
Motor kutup sayısı: bazı sistemlerde
Motor tipi: asenkron, PMSM vb.

Yanlış motor etiketi girilip ardından auto-tuning çalıştırılırsa sürücü yanlış başlangıç verileri üzerinden ölçüm yapabilir veya tuning işlemini tamamlayamayabilir.

Bu nedenle benim temel sıralamam şöyledir: motor etiketini oku → doğru kontrol modunu seç → motor verilerini gir → uygun auto-tuning yöntemini seç → tuning sonucunu kontrol et.

Rotational Auto-Tuning nedir?

Rotational Auto-Tuning sırasında motor gerçekten döner. Sürücü motoru kontrollü biçimde hareket ettirerek statik ölçümle elde edilemeyen bazı parametreleri daha doğru belirleyebilir.

Özellikle vector control ve bazı PM motor uygulamalarında rotational tuning daha kapsamlı motor modeli oluşturabilir.

Fakat bunun önemli bir şartı vardır: motorun güvenli biçimde dönebilmesi gerekir.

Üretici kılavuzu motorun yükten ayrılmasını istiyorsa kaplin veya makine bağlantısı ayrılmalıdır. Bir vinç, asansör, konveyör veya tehlikeli mekanizma bağlıyken “nasıl olsa auto-tuning” diyerek motoru döndürmek doğru değildir.

Yaskawa gibi üreticiler rotational auto-tuning sırasında motorun serbestçe dönebilmesini özellikle ister. Bağlı yük tuning sonucunu bozabilir veya beklenmeyen mekanik hareket oluşturabilir.

Stationary Auto-Tuning nedir?

Stationary Auto-Tuning veya statik motor tanıma sırasında motor mili normalde sürekli dönmez. Sürücü motor sargılarına kontrollü test sinyalleri uygulayarak stator direnci, bazı endüktans değerleri veya motor modelinin başka parçalarını belirlemeye çalışır.

Bu yöntem motorun yükten ayrılamadığı uygulamalarda çok değerlidir.

Ancak stationary tuning = motor tamamen enerjisiz anlamına gelmez. Motor dönmese bile sürücü motor terminallerine test gerilimi ve akımı uygulayabilir.

Dolayısıyla statik tuning sırasında da motor ve sürücü çıkış terminallerine dokunulmamalı, makine emniyetli durumda tutulmalıdır.

Line-to-Line Resistance Tuning nedir?

Bazı sürücüler tam motor auto-tuning yerine yalnız faz-faz motor direncini ölçen daha basit bir tuning modu sunar.

Bu ölçüm özellikle motor kablosu uzun olduğunda önem kazanabilir. Sürücü yalnız motor sargı direncini değil, kendi çıkışından motora kadar olan elektriksel yolun etkisini de kontrol modelinde dikkate almak isteyebilir.

Basit V/f uygulamalarında bile düşük hızdaki voltage compensation veya torque boost davranışını iyileştirmek için stator direnci bilgisi faydalı olabilir.

PM motorlarda Auto-Tuning neden daha hassastır?

Kalıcı mıknatıslı senkron motorlarda sürücü yalnız standart asenkron motor parametrelerini kullanmaz.

Motorun Ld, Lq, stator direnci, back-EMF sabiti, kutup sayısı ve rotor konum bilgisi gibi parametreleri kontrol algoritması için önemli olabilir.

Yeni nesil VFD'lerde PM motor için ayrı stationary ve rotational tuning seçenekleri bulunabilir. Bu nedenle “bir auto-tuning parametresi vardır, bütün motorlarda aynı çalışır” düşüncesi doğru değildir.

Motor tipi değiştirilmeden önce sürücünün gerçekten o motor teknolojisini desteklediği kontrol edilmelidir.

Mevcut Auto-Tuning animasyonu

Aşağıdaki OtomasyonAVM animasyonunun mevcut yapısını koruduk. Yalnız teknik mesajı düzelttik: animasyon artık “kendi kendine optimum noktayı arayan sistem” değil, motor tanıma testinin adımlarını ve motor parametrelerinin kaydedilmesini temsil eder.

Auto-Tuning motoru sürekli öğrenir mi?

Genel olarak hayır.

Auto-tuning'in en yaygın kullanımı devreye alma sırasında motor tanıma işlemidir. Tuning tamamlandığında elde edilen değerler parametre olarak saklanır ve sürücü daha sonra bu motor modeliyle çalışır.

Bazı gelişmiş sürücüler normal çalışma sırasında belirli motor parametrelerini adaptif olarak güncelleyebilir. Örneğin sıcaklıkla değişen stator direnci veya bazı motor-model parametreleri çalışma sırasında adapte edilebilir.

Fakat böyle bir online adaptation fonksiyonu varsa bile bu, klasik commissioning auto-tuning ile aynı şey değildir.

Bu yüzden Auto-Tuning'i “VFD'nin yapay zekâ gibi sürekli kendisini eğitmesi” şeklinde anlatmak teknik olarak doğru değildir.

Auto-Tuning yükü de tanır mı?

Çoğu standart VFD auto-tuning prosedürünün ana hedefi motor parametrelerini tanımaktır; bağlı makinenin bütün mekanik davranışını öğrenmek değildir.

Motor ataleti, mekanik rezonans, redüktör boşluğu, konveyör yükü veya makine sürtünmesi gibi konular ayrı tuning fonksiyonları gerektirebilir.

Bazı gelişmiş servo ve VFD sistemlerinde inertia tuning, ASR tuning, mechanical identification veya controller auto-tuning gibi ek fonksiyonlar bulunabilir.

Bunlar motor elektriksel auto-tuning ile aynı işlem değildir.

Auto-Tuning ve ASR aynı şey değildir

ASR – Automatic Speed Regulator, motor çalışırken hız referansı ile gerçek hızı karşılaştırıp hız hatasını düzeltmeye çalışan kontrol döngüsüdür.

Auto-Tuning ise çoğunlukla sürücü devreye alınırken motor modelini tanımaya yarar.

Yani:

Auto-Tuning: “Motorumun elektriksel özellikleri nedir?”

ASR: “Motorum şu anda istediğim hızda mı?”

Bu iki fonksiyon birbirine yardımcı olabilir fakat aynı görevi yapmaz.

Auto-Tuning ve proses PID aynı şey değildir

Auto-tuning terimi farklı otomasyon ürünlerinde farklı anlamlarda da kullanılabilir.

Örneğin bir sıcaklık kontrol cihazındaki PID Auto-Tune, prosesin dinamik davranışını ölçerek P, I ve D kazançlarını ayarlamaya çalışabilir.

VFD'deki Motor Auto-Tuning ise çoğunlukla motorun elektriksel modelini tanımlar.

Bu yüzden “auto-tuning” kelimesi geçtiğinde önce neyin tune edildiğini sormak gerekir: motor parametresi mi, hız döngüsü mü, PID döngüsü mü, mekanik atalet mi?

Auto-Tuning ne zaman tekrar yapılmalı?

Genellikle aşağıdaki durumlarda yeniden tuning değerlendirilir:

Motor değiştirildiğinde: Aynı kW olsa bile elektriksel parametreler farklı olabilir.

Motor yeniden sarıldığında: Sargı karakteristiği önceki motor modelinden farklı olabilir.

VFD fabrika ayarlarına döndürüldüğünde: Tuning sonucu kaybolmuş olabilir.

Kontrol modu değiştirildiğinde: V/f'den SVC veya başka vector control moduna geçişte yeni tuning gerekebilir.

Motor kablosu ciddi biçimde değiştirildiğinde: Özellikle uzun kablolarda ölçülen direnç ve elektriksel model etkilenebilir.

Motor davranışı belirgin biçimde değiştiğinde: Ancak önce mekanik ve elektriksel arıza ihtimali araştırılmalıdır; her sorun tuning yapılarak çözülmez.

Auto-Tuning neden başarısız olur?

Auto-tuning başarısız oluyorsa ilk bakılacak yer motor parametreleridir.

Yanlış motor anma akımı veya gerilimi, yanlış frekans, yanlış rpm veya yanlış motor tipi tuning'i bozabilir.

Diğer yaygın nedenler şunlardır:

• Motor sürücüye bağlı değildir.
• VFD ile motor arasındaki çıkış kontaktörü açıktır.
• Motor tuning başlamadan önce hâlâ dönüyordur.
• Rotational tuning seçilmiş fakat motor mekanik olarak dönemiyordur.
• Motor freni kapalıdır.
• Bağlı yük izin verilen tuning şartlarının dışındadır.
• Motor sürücüye göre çok küçük veya uyumsuzdur.
• Motor kablosu veya motor bağlantısında problem vardır.
• Yanlış motor kontrol modu seçilmiştir.

OtomasyonAVM'deki Toshiba VF-S15 hata içeriklerinde de auto-tuning hatalarında motor anma frekansı, gerilimi, gücü, akımı ve devrinin kontrol edilmesi; motorun bağlı ve durmuş olduğunun doğrulanması özellikle önerilir.

Auto-Tuning sırasında güvenlik

Rotational auto-tuning seçildiğinde motor beklenmedik şekilde dönmeye başlayabilir. Motorun bağlı olduğu makine buna göre emniyetli hale getirilmelidir.

Stationary tuning sırasında motor dönmese bile motor sargılarına elektrik uygulanabilir. Motor terminali veya sürücü çıkışına dokunulmamalıdır.

Özellikle vinç, asansör, dikey yük, pres, sarıcı, konveyör veya başka tehlikeli mekanik sistemlerde tuning prosedürü cihazın gerçek kullanım kılavuzuna göre uygulanmalıdır.

Bir motoru yükten ayırmak güvenli değilse sırf daha iyi tuning sonucu almak için mekanik güvenlik riske atılmamalıdır. Bu durumda üreticinin izin verdiği stationary tuning veya manuel motor parametresi giriş yöntemi kullanılabilir.

Auto-Tuning enerji tasarrufu sağlar mı?

Temel amacı enerji tasarrufu değildir.

Doğru motor modeli sürücünün tork ve akı kontrolünü iyileştirebilir ve bazı çalışma noktalarında gereksiz akım veya kötü motor kontrolünü azaltabilir. Ancak “auto-tuning yaptım, enerji tüketimi otomatik düşer” diye genel bir sonuç çıkarılamaz.

Fan ve pompalardaki büyük enerji tasarrufu çoğunlukla motor hızının proses ihtiyacına göre düşürülmesinden gelir.

Bazı üreticiler V/f Energy Saving için özel rotational auto-tuning seçeneği sunabilir. Bu, bütün auto-tuning prosedürlerinin ana görevinin enerji tasarrufu olduğu anlamına gelmez.

Auto-Tuning sonrasında ne kontrol edilmeli?

Tuning işleminin “Completed” vermesi işin tamamen bittiği anlamına gelmez.

Motor önce düşük hızda ve güvenli şartlarda çalıştırılarak:

• Motor dönüş yönü
• Motor akımı
• Düşük hız torku
• Hızlanma ve yavaşlama davranışı
• Motor sesi ve titreşimi
• Gerçek hız ile hız referansı arasındaki fark
• Encoder varsa yönü ve ölçeklemesi

kontrol edilmelidir.

Motor akımı beklenenden yüksekse veya düşük hız davranışı kötü ise yalnız auto-tuning'i tekrar tekrar çalıştırmak yerine motor bağlantısı, motor etiketi, mekanik yük ve kontrol modu da incelenmelidir.

Editörün Notu – sahada Auto-Tuning'i nasıl kullanıyorum?

Ben auto-tuning'i “bas düğmeye, gerisini sürücü halletsin” fonksiyonu olarak görmüyorum. Öncesinde motor etiketini doğru girmezsen cihazın neyi ölçeceğinin de anlamı kalmıyor.

İlk yaptığım şey motorun gerçekten ne olduğuna bakmak: 400 V mu, kaç amper, kaç Hz, kaç rpm, asenkron mu PM motor mu? Sonra sürücüde doğru kontrol modunu seçiyorum.

Rotational tuning yapacaksam makinenin dönmesine gerçekten izin var mı diye bakarım. Motor konveyöre, pompaya veya başka makineye bağlıysa sırf “tuning daha iyi olsun” diye tehlikeli hareket yaratmam.

Statik tuning'de de motor dönmüyor diye rahat davranmam. Motora elektrik uygulanıyor; terminal hâlâ enerjili olabilir.

Bir diğer klasik hata, motor değiştiği halde eski auto-tuning değerleriyle çalışmaya devam etmek. İki motorun etiketi 11 kW diye elektriksel parametreleri birebir aynı olacak diye bir şey yok.

Bir de tuning bittikten sonra ben mutlaka motor akımına bakarım. Boşta aşırı akım çekiyorsa, ses kötü ise veya düşük hızda davranış bozuksa “Auto-Tuning OK yazdı” diye konuyu kapatmam.

En önemlisi de şu: Auto-Tuning motoru tanır; makinenin tamamını tanımaz. Redüktör boşluğunu, rulman problemini, konveyör sıkışmasını veya frenin geç açmasını motor tuning çözmez.

Bu konudan sonra ne okumalı?

Auto-tuning'in en çok fayda sağladığı motor kontrol yöntemlerinden biri için Sensorless Vector Control sayfasına geçebilirsiniz.

Basit motor kontrolü ile farkını görmek için V/f Kontrol; hız geri beslemesi için Enkoder; tuning sonrasındaki hız regülasyonu için ASR – Otomatik Hız Regülatörü konuları bu sayfanın doğal devamıdır.

Gerçek bir sürücüde auto-tuning parametrelerinin nasıl göründüğünü görmek için TECO A510 sayfasındaki motor ve Auto-Tuning parametre grupları da incelenebilir.

OtomasyonAVM'de ilgili bölümler

Gerçek sürücü modellerini karşılaştırmak için Hız Kontrol Cihazları; motor geri beslemesi için Enkoderler; yüksek performanslı hareket kontrolü için Servo Sistemler; sürücü ve PLC'nin birlikte kullanıldığı makine otomasyonu için PLC ve Modüller bölümleriyle konu genişletilebilir.

Dış teknik referanslar

Auto-tuning türlerinin gerçek üretici uygulamaları için Yaskawa GA800 Technical Reference ve Yaskawa GA500 Technical Reference; motor-data identification örneği için Siemens SINAMICS G120C; ID Run ile motor direnci ve endüktanslarının belirlenmesine örnek olarak ABB ACH580 dokümanları incelenebilir.