AC Motor Sürücüsü (VFD) Nedir?
VFD, yani Variable Frequency Drive (Değişken Frekans Sürücüsü), elektrik motorlarının hızını kontrol etmek için kullanılan cihazlardır. Bu cihazlar, motora üzerine uygulanan frekansı ve voltajı ayarlayarak, motorun hız ve torkunun hassas bir şekilde kontrolünü sağlar. VFD’ler anlık gereksinimlere göre motor hızının ayarlanması gereken uygulamalarda vazgeçilmezdir.
VFD Nasıl Çalışır?
VFD’nin ana bileşenleri nelerdir?
Tipik bir VFD, elektrik motoruna sağlanan ve U/f oranını kontrol etmek için birlikte çalışan temel birkaç bileşenden oluşmaktadır. Bu bileşenler, Giriş tarafındaki AC Voltajı DC ye çeviren rectifier(doğrultucu) ünitesi ve üretilen DC voltajı istenilen genlik ve frekansta tekrar AC voltaj’a çeviren bir inverter bulunur.
VFD’ler uygulamadaki güç ihtiyacına ve kontrol yöntemine göre single drive (tek parça) ve multidrive(çoklu sürücüler) olarak kullanılabilir.
Single Drivelar
Single Drive’lar, bağımsız sürücü sistemleridir. Her sürücünün üç faz besleme girişi ayrı ve her sürücünün içerisinde kendi doğrultucusu (rectifier), DC barası ve kendi inverter kısmı mevcuttur. Kısaca özetlemek gerekirse single drivelar, sürücü sistemleri içerisinde olması gereken her şey tek bir kompakt yapı ve kullanıma hazır bir pakette sunulması sayesinde işlerimizi kolaylaştırır.
Multidrive Sistemler
Günümüz endüstrisinde motor kontrolü denildiği zaman karşımıza çıkan en güçlü çözümlerden biri ise Multidrive Sistemlerdir. Özellikle yüksek güçlü ve birden fazla motorun kontrol edildiği tesislerde tek tek bağımsız sürücüler kullanmak yerine tüm motorları ortak bir altyapı üzerinde toplayan sistemler olan multidrive sistemleri kullanmak mantıklı çözüm olarak karşımıza çıkmaktadır.
Multidrive Nedir?
Multidrive AC motor sürücüsü sistemleri, birden fazla motorun tek bir sürücü sistemi içerisinde kontrol edildiği yapılardır. Her motor kendi inverterine sahiptir. Bu inverterleri besleyen DC bara ise ortaktır. DC barayı oluşturan multidrive giriş tarafında bulunan rectifier ünitesidir.
Multidrive sistemlerin genel yapısını bir şema ile özetlemek gerekirse şu şekilde olacaktır.
Multidrive sistemlerde genel yapı şekildeki gibi olacaktır şimdi ise multidrive yapısı içerisindeki komponentleri inceleyelim,
Doğrultucu (Rectifier)
Doğrultucu ünitesi, sürücü sistemindeki inverterlerin çalışması için gerekli DC barayı oluşturmak için kullanılır. Multidrive sistemlerinde kullanılan üç tip doğrultucu ünitesi vardır.
1. Diyot Besleme Modülü (Diode Suplly Unit)
Diyot supply unit, giriş tarafındaki üç fazlı AC gerilimi inverterlerin kullanacağı şekilde bir DC gerilime çevirmek için altı darbeli bir diyot köprüsü kullanır ve bir DC bara oluşturur. Oluşan DC Bara’ya bağlı inverterlere çalışması için gerekli enerjiyi sağlar.
Sadece diyot besleme modülü içerisine bakacak olursak, basitçe girişinde şok bobini, diyotlar ve çıkışında ise DC sigorta bulunan bir yapıdır.
2.IGBT Besleme Ünitesi
IGBT besleme ünitesinin temel amacı, şebekeden aldığı üç fazlı AC gerilimi DC gerilime çevirerek, sistemde bulunan inverterlerin çalışmasını sağlamaktır. Bu yönüyle diyot besleme ünitesiyle benzerlik gösterse de en önemli farkı rejeneratif çalışabilmesidir. Yani, sistemdeki motorların frenlenmesi sırasında veya rejeneratif moda geçildiğinde, motorlardan DC bara üzerine enerji geri beslenir. Bu durumda DC barada oluşan gerilim belirli bir eşik değerin üzerine çıkarsa, bu hem sistem hem de bağlı ekipmanlar için ciddi bir risk oluşturur.
Bu enerjinin bertaraf edilmesi için iki yöntem vardır: ya dirençler üzerinden ısıya dönüştürülerek sistemden uzaklaştırılır, ya da geri besleme yöntemi ile şebekeye geri beslenir. Sabit sonsuz bir şebekeye bağlıysak (generatör v.b. cihazlar kullanarak AC gerilim oluşturmuyorsak) IGBT besleme ünitesi kullanarak fazla enerjiyi şebekeye geri beslemeyi tercih ederiz.
IGBT besleme ünitelerinin girişinde LCL filtre bulunur ve bu filtre olmadan sistem çalışmaz. Filtrenin görevi, inverterin yüksek frekanslı anahtarlama işlemleri sırasında oluşan akım harmoniklerini ve AC gerilimdeki bozulmaları bastırmak, böylece şebekeye mümkün olduğunca temiz ve düzgün sinüs formunda bir gerilim geri iletmektir.
Yüksek anahtarlama frekansına sahip IGBT’ler sayesinde rejeneratif enerji, kontrollü ve kararlı bir şekilde şebekeye aktarılabilir. Bu sayede hem sistem verimliliği artırılır, hem de enerji geri kazanımı sağlanarak tasarruf elde edilir.
IGBT Besleme Ünitesinin iç yapısına bakacak olursak,
şekildeki gibi bir yapı bizi karşılayacaktır.
3.Rejeneratif Besleme Ünitesi (RRU)
Bir veya daha fazla doğrultucu modülü ve bir L filtreden oluşan yapıdır. Her bir modül, 6 adet IGBT bileşeni ve ters paralel bağlı altı diyottan oluşur. Motor modunda çalışma sırasında AC şebeke üzerinden bir DC baraya akar. Rejeneratif çalışma moduda ise, Akım DC baradan IGBT’ler üzerinden şebekeye akar. RRU’nun IGBT Besleme Ünitesinden farkı ise LCL filtre bulunmuyor bu sebeple harmonik filtrelemesi yapılmıyor.
RRU’nun iç yapısına bakacak olursak,
Inverterlerin Çalışması
inverter ünitesi bir motoru sürmek için gerekli bileşenleri içerir. Bunlar, paralel olarak bağlanmış veya daha fazla invertör modülü ile güç elektroniği ekipmanları, sigorta, kablolar ve şalt ekipmanı gibi gerekli yardımcı ekipmanları içerir. Örnek olarak ABB ACS880 sürücülerde yaklaşık 500kW güce kadar inverterler tek bir modülden oluşur. Daha fazla güç ihtiyacı olan uygulamalarda modüller paralel bağlanarak güç ihtiyacına yönelik arttırım yapılabilir. İnverterler, PWM (Pulse Width Modulation) ile çalışırlar.
PWM Nedir ?
PWM, Doğrultucular üzerinden oluşturulan DC bara gerilimini yüksek frekansta anahtarlama yaparak DC gerilimi kıyar ve mümkün olduğunda sinüs dalgasına formuna sokarak istenilen genlik ve frekansta motora uygulayarak AC motorlarda hız kontrolü sağlar. Yani bizim AC motor sürücüsü sistemlerinde motoru kontrol edebilmemizin temeli PWM dalga modülasyonudur diyebiliriz.
VFD Kullanım Alanları
AC Motor sürücüsü VFD kullanım alanları endüstrinin olduğu her yerde yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Bunlardan birkaçı,
- Fan ve pompa sistemleri
- Konveyör hatları
- Vinç ve asansörler
- Proses kontrol sistemleri
- HVAC (ısıtma-soğutma) otomasyonu
- Karıştırıcı ve dozaj makineleri
ACS880 Motor Sürücüsü adlı makalemizi hazırlarken kaynak olarak kullandığımız ABB ACS880 motor sürücü dokümanlarına buraya tıklayarak ulaşabilirsiniz.
Sürücü Otomasyon Kategorimizi inceleyerek bu alanda daha fazla bilgiye ulaşabilirsiniz
