Mastering Variable – Frequency Drive Overvoltage: In – depth Correlation Analysis and Solutions

Değişken Frekanslı Sürücü Aşırı Geriliminin Kritik Korelasyon Analizi

一. Giriş

         Endüstriyel otomasyon alanında, invertör (değişken frekanslı sürücü invertörü olarak da bilinir), enerji tasarrufu ve hassas kontrol gibi birden fazla işlev elde etmek için motorun hızını ve torkunu kontrol etmek için kullanılan önemli bir cihazdır. Değişken frekanslı sürücünün çalışma prensibini anlamak çok önemlidir çünkü inverterin aşırı gerilim sorunu, çalışması sırasında en yaygın arızalardan biridir ve ekipmanın normal çalışmasını ve hizmet ömrünü etkileyecek ciddi sonuçlara yol açabilir. İnverterin aşırı gerilim probleminin kaynağını derinlemesine analiz etmek ve etkili çözümleri tartışmak büyük pratik öneme sahiptir.

二. deği̇şken frekansli sürücü vfd'ni̇n aşiri geri̇li̇m problemi̇ni̇n kaynak anali̇zi̇

(1) Güç kaynağının giriş tarafında aşırı gerilim

1. Şebeke Gerilim Dalgalanmaları

        Bazı bölgelerde, şebekeden gelen güç kaynağının kalitesi istikrarsız olabilir. Elektrik şebekesinde, büyük bir motorun çalıştırılması, yıldırım düşmesi vb. nedenlerle şebeke geriliminde meydana gelen ve inverterin nominal giriş gerilimi aralığını aşan anlık artış gibi bir gerilim yükselmesi olduğunda, bu durum inverterin aşırı gerilimine yol açacaktır. Bu voltaj dalgalanması kısa bir ani yükselme olabileceği gibi birkaç saniye veya daha uzun süren bir voltaj yükselmesi de olabilir.
        Şebekenin güç kaynağı sistemi, tepe ve dip dönemlerinde önemli voltaj değişikliklerine sahiptir. Düşük güç dönemlerinde şebeke gerilimleri yükselebilir ve uygun gerilim regülasyonu olmadan sürücüler aşırı gerilime maruz kalabilir.

2. Güç Anahtarlama Sorunları

        Bekleme güç kaynağı veya çift güç kaynağı olan bazı sistemlerde, güç kaynağı değiştirildiğinde, anahtarlama işlemi, anahtarlama anındaki faz farkı ve voltaj farkı gibi uygun şekilde kontrol edilmezse, inverterin güç girişinde aşırı voltaj şoku oluşabilir. Bu durum özellikle kesintisiz güç kaynağı (UPS) ile şebeke arasında veya iki şebeke arasında geçiş yapılırken meydana gelebilir.

(2) vfd değişken frekanslı sürücünün rejeneratif enerjisi aşırı gerilime neden olur

1. Motor Hızlı Frenleme Süreci

        Motorun hızlı bir şekilde durdurulması gerektiğinde, örneğin sık sık başlatılması ve durdurulması gereken bazı üretim ekipmanlarında, motor atalet nedeniyle dönmeye devam edecektir ve motor güç üretme durumundadır ve üretilen elektrik enerjisi sürücüye geri beslenecektir. Sürücü verimli bir enerji işleme mekanizmasına sahip değilse, bu rejeneratif enerji DC bara voltajının yükselmesine neden olabilir. Ağır nesne indirildiğinde vincin kaldırma mekanizmasının hızla fren yapması gibi bazı büyük atalet yükleri söz konusu olduğunda, motor tarafından geri beslenen enerji çok büyük olabilir ve bu da aşırı gerilime neden olabilir.
         CNC takım tezgahlarının fener mili motoru gibi bazı yüksek hassasiyetli hız kontrol uygulamalarında, motor yavaşladığında, hızındaki hızlı değişim büyük miktarda rejeneratif elektrik enerjisi üretecek ve bu elektrik enerjisi zamanında tüketilemez veya geri beslenemezse inverterin DC bara voltajının keskin bir şekilde yükselmesine neden olacaktır.

2. Ani Yük Değişimlerinden Kaynaklanan Enerji Geri Beslemesi

         Haddeleme işlemi sırasında haddehanenin karşılaştığı eşit olmayan çelik kalınlığı gibi yükün sık sık değiştiği bazı durumlarda, yük torku aniden düşecek, motor hızı aniden yükselecek ve motor rejeneratif güç üretimi durumuna girecek ve üretilen rejeneratif enerji invertöre geri beslenecek ve bu da aşırı gerilime yol açabilecektir. Bu ani yük değişimi tarafından üretilen enerji hızlı ve rastgeledir, bu da invertörün voltaj kararlılığı için bir zorluk teşkil eder.

三.inverterin aşırı gerilim sorununa çözüm

(1) Güç kaynağının giriş tarafındaki aşırı gerilime karşı önlemler

1. Voltaj Sabitleyiciyi Takın

         Sürücünün güç girişine bir voltaj regülatörü takmak etkili bir yöntemdir. Otomatik voltaj regülatörü (AVR) giriş voltajını gerçek zamanlı olarak izleyebilir ve transformatörün dönüş oranını otomatik olarak ayarlayarak giriş voltajını sürücünün nominal voltaj aralığında stabilize edebilir. Gerilim kararlılığı için yüksek gereksinimleri olan bazı durumlarda, çıkış gerilimini daha doğru bir şekilde kontrol edebilen ve şebeke gerilimindeki dalgalanmalarla etkili bir şekilde başa çıkabilen yüksek hassasiyetli servo regülatörler kullanılabilir.
         Aşırı gerilim koruma cihazları (SPD'ler) şebekedeki gerilim yükselmelerini bastırmak için kullanılır. SPD, aşırı voltaj darbelerini çok kısa sürede toprağa yönlendirerek inverteri yıldırım düşmesi vb. nedenlerden kaynaklanan anlık yüksek voltaj şoklarından koruyabilir. Doğru SPD'yi seçerken, inverteri etkili bir şekilde korumasını sağlamak için akış kapasitesini, tepki süresini ve diğer parametreleri göz önünde bulundurun.

2. Güç Anahtarlama Stratejisini Optimize Edin

         İkili veya yedek güç kaynaklarına sahip sistemlerde, senkron anahtarlama cihazları kullanılmalıdır. Bu cihaz, anahtarlama anındaki voltaj farkının ve faz farkının izin verilen aralıkta olmasını sağlamak için güç anahtarlamasından önce iki güç kaynağının voltajını, fazını ve diğer parametrelerini algılayabilir ve ayarlayabilir. Örneğin, hassas bir kontrol algoritması aracılığıyla şoksuz anahtarlama elde etmek için eşzamanlı yakalama özelliğine sahip bir anahtar kullanılabilir ve güç anahtarlama sırasında invertördeki voltaj şokunu azaltır.
         UPS ve şebeke arasındaki anahtarlama için UPS'in anahtarlama devresi makul bir şekilde tasarlanmalı ve parametreler optimize edilmelidir. Tampon devre, anahtarlama geçiş süresini artırabilir, anahtarlama anındaki gerilim mutasyonunu azaltabilir ve UPS'nin çıkış gerilimi kararlılığını sağlayabilir, böylece anahtarlama işlemi sırasında invertör üzerinde aşırı gerilim etkisi olmayacaktır.

(2) İnverterin kendi rejeneratif enerjisinin neden olduğu aşırı gerilim için önlemler

1. Frenleme Direncini Artırın

         Sürücünün DC bus ucuna bir frenleme direnci bağlamak rejeneratif enerjiyi kullanmanın yaygın bir yoludur. Motor rejeneratif güç üretimi durumundayken, üretilen elektrik enerjisi frenleme direnci aracılığıyla ısı enerjisi şeklinde dağıtılabilir. Frenleme direncinin direnç değeri inverterin gücüne, motorun ataletine ve diğer faktörlere göre makul bir şekilde seçilmelidir. Yüksek güç ve büyük atalet yüküne sahip invertör sistemi için, DC bara voltajının çok yüksek olmasını önlemek amacıyla rejeneratif enerjinin zamanında ve etkili bir şekilde tüketilebilmesini sağlamak için küçük direnç değerine ve büyük güce sahip bir frenleme direnci seçmek gerekir.
         Bazı gelişmiş invertörler, DC bara voltajındaki gerçek zamanlı değişikliklere bağlı olarak frenleme dirençlerinin girişini ve çıkarılmasını otomatik olarak kontrol edebilen akıllı bir frenleme ünitesi ile donatılmıştır. DC bara gerilimi ayarlanan eşiğe yükseldiğinde, akıllı frenleme ünitesi enerji tüketimi için frenleme direncini devreye otomatik olarak bağlar. Voltaj güvenli bir aralığa düştüğünde, rejeneratif enerjinin dinamik kontrolünü sağlamak için frenleme direnci otomatik olarak çıkarılır.

2. Enerji geri besleme cihazını benimseyin

         Sıklıkla büyük miktarlarda rejeneratif enerji üreten uygulamalar için enerji geri besleme cihazları kurulabilir. Enerji geri besleme cihazı, enerjinin yeniden kullanımını gerçekleştirmek için motor rejenerasyon güç üretimi tarafından üretilen elektrik enerjisini güç şebekesine geri besleyebilir. Örneğin, bazı vinçlerde, asansörlerde ve ağır nesnelerin düştüğü veya motorların sık sık frenlendiği diğer ekipmanlarda, DC baranın rejenere elektrik enerjisini gelişmiş güç elektroniği teknolojisi aracılığıyla güç şebekesiyle aynı frekans ve fazda alternatif akıma çeviren ve güç şebekesine geri besleyen aktif enerji geri besleme ünitesi benimsenmiştir, bu sadece aşırı gerilim sorununu çözmekle kalmaz, aynı zamanda enerji kullanımını da iyileştirir.
         Güç şebekesinin kalitesi için yüksek gereksinimlerin olduğu bazı durumlarda, enerji geri besleme cihazı, güç şebekesi üzerindeki olumsuz etkiyi azaltmak için harmonik bastırma vb. gibi güç dönüşünün kalitesini de kontrol edebilir.

四. Sonuç

        İnverter aşırı gerilimi sorunu karmaşık ve kapsamlı bir sorundur ve kaynağı güç girişi, öz enerji kullanımı ve dahili devre arızaları gibi birçok yönü içerir. İnverterin aşırı gerilim sorunu, güç kaynağının giriş tarafına bir voltaj regülatörü takmak ve anahtarlama stratejisini optimize etmek, rejeneratif enerji için bir fren direnci veya enerji geri besleme cihazı eklemek ve inverterin dahili arızalarının düzenli bakımını ve arıza teşhisini ve onarımını yapmak gibi ilgili önlemler alınarak etkili bir şekilde önlenebilir ve çözülebilir. Bu sadece invertörün istikrarlı çalışmasını sağlamak ve hizmet ömrünü uzatmakla kalmaz, aynı zamanda tüm endüstriyel otomasyon sisteminin güvenilirliğini ve üretim verimliliğini artırır ve invertörün arızalanmasından kaynaklanan üretim kaybını azaltır. Pratik uygulamalarda, en iyi aşırı gerilim koruma etkisini elde etmek için belirli invertör modelleri, yük özellikleri ve çalışma ortamı gibi faktörlere göre uygun çözümleri kapsamlı bir şekilde değerlendirmek ve seçmek gerekir.