Endüstriyel otomasyon tesislerinde, değişken frekanslı sürücülerin (VFD / frekans dönüştürücü) en sık karşılaştığı iki koruyucu arıza, aşırı gerilim (OV) ve aşırı yük (OL) arızalarıdır. İlki, DC bara geriliminin güvenli eşiği aşması anlamına gelir; ikincisi ise çıkış akımının uzun bir süre boyunca nominal kapasiteyi aşması anlamına gelir. Bunların farklı nedenleri ve farklı koruma mantıkları vardır, ancak sıklıkla karıştırılırlar ve bu da saha personelinin arıza giderme işlemlerine devam etmesine ve arızaların tekrar etmesine neden olur. Uluslararası standartlara ve büyük VFD üreticilerinin kamuya açık mühendislik belgelerine dayanarak, bu makale OV ve OL'nin nedenlerini, sürücünün dahili optimize edilmiş koruma mantığını ve saha teşhis ve parametre optimizasyon önerilerini açıklayarak mühendislerin gereksiz arıza sürelerini azaltmalarına ve ekipman güvenliğini sağlamalarına yardımcı olur.

1 OV Aşırı Gerilim: Nedenleri ve Teşhisi

1.1 DC Bara Aşırı Gerilimi Nedir?

Bir VFD (Değişken Frekans Sürücüsü) önce AC'yi DC'ye dönüştürür, DC bara kapasitörlerinde depolar ve ardından invertör aracılığıyla değişken frekanslı güç üretir. Üç fazlı doğrultmadan sonra, DC bara gerilimi yaklaşık olarak şebeke geriliminin 1,35 katıdır; örneğin, 400 V'luk bir besleme, yük altında yaklaşık 540 V'luk bir bara gerilimi üretir. Bara kapasitörlerine ve güç cihazlarına zarar gelmesini önlemek için, bara gerilimi aşırı gerilim eşiğini aştığında sürücünün koruma sistemi devreye girer ve bir OV (aşırı gerilim) sinyali gönderir. 3AC 400 V sınıfı sürücüler için DC aşırı gerilim eşiği tipik olarak yaklaşık 820 V DC'dir. Eşik, üreticiye ve gerilim sınıfına göre değişir ve genellikle donanımda sabittir: değiştirilemez ve maskelenemez.

1.2 Aşırı Gerilimin Üç Ana Nedeni

İlk olarak, besleme tarafındaki voltaj çok yüksek. Şebeke dalgalanmaları, güç faktörü düzeltme kapasitör bankalarının devreye girmesi ve besleme tarafındaki anahtarlama aşırı voltajları, DC bara voltajını doğrudan yükseltebilir. İkinci olarak, en yaygın neden olan yük enerjisi rejenerasyonu. Yüksek ataletli bir yük hızla yavaşladığında, potansiyel enerjili (kaldırma/indirme) bir yük hareket ettiğinde veya yük aniden düştüğünde, motor yük tarafından çekilir ve üretim moduna girer; enerji motor boyunca DC baraya geri akar ve bara voltajı hızla yükselir. Üçüncü olarak, arızalı bir DC voltaj algılama devresi, çıkış kablosu veya motor topraklama arızaları veya gevşek terminaller gibi donanım ve kablolama sorunları, yanlış veya gerçek aşırı voltaja neden olabilir.

2. OL Aşırı Yüklenmesi: Tanımı ve Nedenleri

2.1 Aşırı Yük Koruması Nedir?

Aşırı yüklenme, sürücünün çıkış akımının nominal değeri aşması ve bir süre boyunca devam etmesi anlamına gelir. Sürücüler genellikle, motorun ve güç cihazlarının termal birikimini modellemek için akımın karesi ile zamanın çarpımını entegre eden elektronik termal aşırı yük koruması (I²t) kullanır; çalışma süresi akımla ters orantılıdır (ters zaman karakteristiği): akım ne kadar yüksekse, izin verilen çalışma süresi o kadar kısadır. Bu, kısa devre korumasından ve anlık aşırı akım korumasından farklıdır; esas olarak uzun süreli termal birikimden kaynaklanan aşırı ısınma hasarına karşı koruma sağlar.

2.2 Hafif Hizmet ve Ağır Hizmet ile Aşırı Yük Kapasitesi

Sürücüler genellikle aşırı yük kapasitesine göre normal görev (ND) ve ağır görev (HD) olarak sınıflandırılır. Tipik bir tanım şöyledir: hafif görev, 60 saniye boyunca (300 saniyelik bir döngüde) nominal akımın yaklaşık %110'una izin verir; ağır görev daha yüksek bir aşırı yüke (örneğin, %150) izin verir. Parametreler üreticiler arasında farklılık gösterir; lütfen belirli modelin isim plakasına ve kılavuzuna bakın. Aşırı yük kapasitesi boyutlandırmayı doğrudan etkiler: sık sık aşırı yüklenme yaşanan ağır görev uygulamalarında, uzun süreli aşırı yüklenmenin OL devrelerini tetiklemesini önlemek için daha düşük nominal güce sahip veya daha büyük kapasiteli bir ağır görev modeli kullanılmalıdır.

2.3 Aşırı Yüklenmenin Yaygın Nedenleri

Mekanik yükün çok yüksek olması, durma veya sıkışma; hızlanma/yavaşlama süresinin çok kısa olması, aşırı başlangıç ​​ve hızlanma akımına neden olması; VFD ve motor boyutlandırması arasındaki uyumsuzluk; uzun süreli düşük frekanslı çalışma sırasında yetersiz motor soğutması veya yetersiz soğutma; ve yanlış parametre ayarları (örneğin, yanlış nominal akım veya elektronik termal aşırı yük eşiği) aşırı yük korumasını tetikleyebilir.

3 Sürücünün Optimize Edilmiş Koruma Mantığı

3.1 Aşırı Gerilim Tarafında Optimize Edilmiş Koruma Mantığı

Yazılım düzeyinde “aşırı gerilim durmasını önleme” ve “maksimum gerilim kontrolü” bulunur. Sürücü, DC bara gerilimini sürekli olarak izler; aşırı gerilim eşiğine yaklaştığında, sürücü otomatik olarak yavaşlama rampasını uzatır, geçici olarak yavaşlar veya çıkış frekansını düşürür, böylece rejeneratif enerji motor ve sistem içinde emilir ve bara gerilimi yükselmeyi durdurur; bara normale döndükten sonra orijinal ayar geri yüklenir. Bu fonksiyon hem V/F hem de vektör kontrolünde mevcuttur.

Donanım seviyesinde "frenleme kıyıcı artı frenleme direnci" bulunur: bara gerilimi ayarlanan değeri aştığında, frenleme kıyıcının güç cihazı rejeneratif enerjiyi frenleme direnci üzerinden ısı olarak iletir ve dağıtır, böylece bara gerilimini düşürür. Frenleme direncinin rolünün, yük ataletinden DC tarafına geri beslenen rejeneratif enerjiyi dağıtmak olduğu, doğrudan frenleme kuvveti üretmek olmadığı vurgulanmalıdır.

Sık frenleme gerektiren ve yüksek enerji geri kazanım değerine sahip uygulamalar için, rejeneratif bir ünite / aktif ön uç (AFE), daha yüksek verimlilik için rejeneratif enerjiyi şebekeye geri besleyebilir. Birden fazla sürücü, ortak bir DC bara bağlanabilir, böylece bir frenleme sürücüsünden gelen rejeneratif enerji, motor çalıştıran diğer üniteler tarafından emilir ve frenleme direnci gereksinimleri azalır.

3.2 Aşırı Yük Tarafında Optimize Edilmiş Koruma Mantığı

Elektronik termal aşırı yük (I²t) ters zaman koruması: Akımı sürekli olarak izler ve termal birikimi modeller; ayarlanan eşik aşıldığında, ters zaman eğrisi boyunca hareket eder. Bu, aşırı yük korumasının özüdür.

Durma önleme ve akım sınırlama: Çıkış akımı durma önleme seviyesini aştığında, sürücü otomatik olarak çıkış frekansını düşürür veya akımı sınırlar, böylece akım izin verilen aralığa geri döner ve aşırı akım arızası önlenir; akım normale döndükten sonra, ayarlanan frekans geri yüklenir.

Düşük yük tespiti: Yük uzun süre ayarlanan değerin altında kaldığında alarm verir veya durdurur; bu durum kayış kayması veya rölanti gibi mekanik veya proses anormalliklerini gösterir. Aşırı yük ön alarmı: Devre kesme eşiğine ulaşılmadan önce erken uyarı verir, proses tarafının zamanında tepki vermesini sağlar ve ani duruşları azaltır.

4 Yerinde Teşhis ve Optimizasyon Önerileri

OV ve OL'nin nedenleri farklıdır; Tablo 1'de gösterildiği gibi öncelikle arızanın niteliğini ayırt etmek önerilir.

Tablo 1 OV ve OL Sorun Giderme Karşılaştırması

Parametre optimizasyonu için: OV için, yavaşlama rampasını uygun şekilde uzatın ve maksimum voltaj kontrol cihazını/aşırı voltaj durma önleme özelliğini etkinleştirin; sık yavaşlama veya potansiyel enerji yükleri için, frenleme direnci olan bir frenleme ünitesi yapılandırın ve üreticiye göre direncin minimum direncini ve frenleme gücünü doğrulayın. OL için, VFD nominal akımını ve motor nominal akım ayarlarını kontrol edin, hızlanma/yavaşlama süresinin çok kısa olup olmadığını kontrol edin, elektronik termal aşırı yük eşiğinin motor isim plakasıyla eşleştiğini doğrulayın (kendinden soğutmalı motorlar daha düşük frekanslarda daha düşük izin verilen akıma ihtiyaç duyar) ve kurulum ortamını ve soğutmayı kontrol edin.

5 Sonuç

Aşırı gerilim (OV) ve aşırı yük (OL) olmak üzere iki temelde farklı ancak yaygın arıza türü, optimize edilmiş koruma mantığıyla önemli ölçüde azaltılabilir. DC bara geriliminin kaynağını ve elektronik termal aşırı yükün entegrasyon prensibini anlamak, doğru boyutlandırma, devreye alma ve sorun giderme için temel oluşturur. Sahada, besleme, yük, donanım ve parametrelerin dört boyutunu sistematik olarak inceleyin ve gereksiz arıza sürelerini azaltırken ekipman güvenliğini sağlamak ve hat kullanılabilirliğini artırmak için üretici kılavuzları ve IEC 61800 serisi standartlarıyla çalışın.

6 Kaynakça

[1] IEC 61800-5-1:2007+A1:2016, Ayarlanabilir hızlı elektrikli güç tahrik sistemleri – Bölüm 5-1: Güvenlik gereksinimleri – Elektrik, termal ve enerji. IEC Webstore.

[2] Siemens Endüstri Çevrimiçi Desteği. MM4 serisi frekans dönüştürücülerin F0002 (DC bağlantı aşırı gerilimi) arızasıyla nasıl başa çıkılır. 2015-11.

[3] ABB. Elektrikli Frenleme, Teknik Kılavuz No. 8. 2010.

[4] Mitsubishi Electric. FREQROL-F800 Serisi, Koruyucu Fonksiyonlar.

[5] GB/T 12668.1-2002, Ayarlanabilir hızlı elektrikli güç tahrik sistemleri – Bölüm 1: Genel gereksinimler – Düşük voltajlı ayarlanabilir hızlı doğru akım güç tahrik sistemleri için derecelendirme özellikleri. Çin Standardizasyon İdaresi.

[6] Schneider Electric. ATV630 ağır hizmet (HD) ve normal hizmet (ND) aşırı yük kapasitesi. 2020.