Hız kontrol cihazları (inverterler), motor akımını normal gösterse de, torkun düşük hissedilmesi genellikle yanlış V/f oranı ayarı veya aktif tork sınırlama fonksiyonlarından kaynaklanır.
Bir hız kontrol cihazı veya inverter, elektrik motorunun hızını ve torkunu hassas bir şekilde ayarlamak için tasarlanmış kritik bir endüstriyel elektronik cihazdır. Ancak, sistemde motor akımı nominal değerlerde veya normale yakın görünürken, motorun beklenen torku üretemediği ve zayıf hissettirdiği durumlar sıkça karşılaşılan bir problem olabilir. Bu durum, genellikle inverterin iç çalışma prensipleri, ayarları ve motorun yük karakteristikleri arasındaki karmaşık etkileşimlerden kaynaklanır. Temel nedenler arasında yanlış ayarlanmış V/f oranı, aktif tork sınırlama fonksiyonları, motor parametrelerinin eksik veya hatalı girilmesi ve kontrol modunun yük tipine uygun olmaması yer alır. MERMAK CNC olarak bu teknik sorunların kökenine inerek, üretim süreçlerinizde verimlilik kaybına yol açan bu durumu detaylıca açıklayacağız.
Asenkron motorlarda tork üretimi, stator sargılarında oluşan manyetik akı ile doğru orantılıdır. Bu manyetik akı ise uygulanan gerilimin frekansa oranına (V/f oranı) bağlıdır. İnverterin temel çalışma prensibi, motorun hızını kontrol ederken bu V/f oranını sabit tutarak nominal torku elde etmektir. Eğer inverter ayarlarında V/f oranı, motorun nominal değerlerine göre yanlış ayarlanırsa (örneğin, düşük frekanslarda gerilimin yeterince artırılmaması veya yüksek frekanslarda gerilimin gereğinden fazla yükseltilmesi), motorun manyetik akısı düşer veya doyuma ulaşır. Düşük manyetik akı, motorun aynı akımı çekse bile yeterli torku üretememesine neden olur. Akım normal görünse bile, bu akımın tork üreten bileşeni (manyetizasyon akımı) yetersiz kalabilir, bu da motorun zayıf hissettirmesine yol açar. Özellikle düşük hızlarda yeterli kalkış ve çalışma torku için V/f oranının doğru ayarlanması kritik öneme sahiptir.
Modern hız kontrol cihazları (inverterler), bağlı motoru ve mekanik sistemi aşırı yüklenmelerden korumak için çeşitli tork sınırlama ve koruma fonksiyonlarına sahiptir. Bu fonksiyonlar, motorun veya bağlı ekipmanın nominal tork kapasitesini aşmasını engellemek amacıyla programlanabilir. Eğer inverter üzerinde bir tork sınırlama değeri aktif edilmişse ve bu değer motorun mevcut yükü için yetersiz kalıyorsa, motor daha fazla tork üretmek istese bile inverter çıkışını sınırlayacaktır. Bu durumda, motor akımı nominal değerlerde görünse dahi, inverterin tork çıkışını kısıtlaması nedeniyle motor zayıf hissedebilir. Bu sınırlamalar genellikle motorun aşırı ısınmasını önlemek, mekanik şokları azaltmak veya proses gereksinimlerine uymak için kullanılır. İnverterin parametre menüsünde "Tork Sınırı", "Aşırı Yük Koruması" veya "Hızlı Akım Sınırlama" gibi ayarların kontrol edilmesi ve gerekirse yükseltilmesi bu sorunu çözebilir.
Bir hız kontrol cihazının (inverterin) motoru doğru bir şekilde kontrol edebilmesi ve optimum tork performansı sağlayabilmesi için, motorun isim plakasındaki tüm parametrelerin (nominal gerilim, nominal akım, nominal frekans, nominal devir, motor gücü) invertere doğru bir şekilde girilmesi hayati öneme sahiptir. Yanlış veya eksik girilen motor parametreleri, inverterin motor modelini yanlış hesaplamasına ve dolayısıyla motorun manyetik akısını, kaymasını ve torkunu hatalı tahmin etmesine neden olur. Örneğin, motorun nominal akımı olduğundan düşük girilirse, inverter motoru yetersiz akımla besleyerek tork düşüşüne yol açabilir. Benzer şekilde, yanlış nominal devir veya frekans bilgisi, inverterin V/f oranını veya vektör kontrol algoritmalarını hatalı çalıştırmasına neden olarak akım normal görünse bile torkun zayıf hissedilmesine yol açar. Bu nedenle, ilk kurulumda veya motor değişiminde parametre girişlerinin titizlikle yapılması gerekmektedir.
Hız kontrol cihazları, motorları farklı kontrol modlarında çalıştırabilir; en yaygın olanları V/f (Voltaj/Frekans) kontrol ve vektör kontrol (alan yönelimli kontrol) modlarıdır. V/f kontrol, basit ve genel amaçlı uygulamalar için yeterli olsa da, özellikle düşük hızlarda ve dinamik yük değişimlerinde tork tepkisi sınırlıdır. Bu modda inverter, motorun anlık yükünü tam olarak bilemez ve sadece V/f oranını sabit tutmaya çalışır. Bu durum, düşük hızlarda veya ani yük artışlarında motorun yeterli tork üretememesine ve akım normal görünse de zayıf hissettirmesine neden olabilir. Öte yandan, vektör kontrol (sensörlü veya sensörsüz), motorun akısını ve torkunu ayrı ayrı kontrol ederek çok daha hassas ve dinamik bir tork kontrolü sağlar. Özellikle düşük hızlarda yüksek kalkış torku ve hızlı yük tepkisi gerektiren uygulamalarda vektör kontrol modu tercih edilmelidir. Uygulamanızın gerektirdiği tork performansına göre doğru kontrol modunun seçilmesi, akım normal görünse bile tork yetersizliği sorununu ortadan kaldırabilir.
Motorun bağlandığı yükün karakteristikleri, hız kontrol cihazının tork performansını algılama şeklini doğrudan etkileyebilir. Bazı yükler (örneğin konveyörler, ekstrüderler) sabit tork gerektirirken, bazıları (örneğin fanlar, pompalar) değişken tork gerektirir. Eğer bir uygulama, ani ve yüksek tork talepleriyle karşılaşıyorsa (örneğin kalkış anında veya sıkışma durumlarında), inverterin bu dinamik tork ihtiyacını karşılayabilmesi için doğru ayarlanmış olması gerekir. Akım normal görünse de, bu akımın tork üreten bileşeni anlık yük artışını karşılayacak kadar hızlı bir şekilde artırılamıyorsa veya inverterin tork sınırlama ayarları bu artışı engelliyorsa, motor zayıf hissedebilir. Ayrıca, mekanik sistemdeki sürtünme, kayış gerginliği veya dişli kutusu problemleri gibi faktörler de motorun daha fazla tork üretmesini gerektirebilir ve bu da inverterin nominal akımla yetersiz tork üretmesi algısına yol açabilir. Yükün ataleti ve dinamik gereksinimleri, inverterin hızlanma/yavaşlama rampaları ve tork boost ayarları ile uyumlu olmalıdır.
Bu durum genellikle motorun nominal akımını çekmesine rağmen, bu akımın tork üretmek için gerekli olan manyetik akıyı veya faz açısını doğru şekilde oluşturamadığı durumlarda ortaya çıkar. Başlıca nedenler arasında yanlış motor parametreleri, uygunsuz kontrol modu seçimi, motorun fiziksel arızaları, yetersiz manyetik akı oluşumu veya aşırı yüklenme sayılabilir. İnverter, motorun çektiği akımı doğru okusa da, bu akımın verimli bir şekilde mekanik güce dönüşmediği anlamına gelir.
İnverterin motoru doğru bir şekilde sürebilmesi için motorun nominal gerilimi, akımı, frekansı, devri, gücü ve özellikle stator direnci gibi parametrelerinin doğru girilmesi kritik öneme sahiptir. Bu değerler yanlış girildiğinde, inverter motorun karakteristiklerini yanlış algılar ve olması gerekenden farklı bir manyetik akı veya gerilim/frekans oranı uygular. Bu da motorun nominal akımı çekmesine rağmen, manyetik doygunluğa ulaşamamasına veya faz açısının kaymasına neden olarak tork üretimini ciddi şekilde düşürür. Doğru parametre girişi, verimli tork üretimi için temeldir.
Otomatik ayarlama (auto-tuning), hız kontrol cihazının bağlı olduğu motorun elektriksel ve manyetik özelliklerini (stator direnci, rotor direnci, endüktans vb.) hassas bir şekilde ölçerek kendi kontrol algoritmasını optimize etmesidir. Bu işlem yapılmazsa veya başarısız olursa, inverter motoru standart veya varsayılan parametrelerle sürmeye çalışır. Bu durum, özellikle vektör kontrol gibi yüksek performanslı modlarda, motorun gerçek karakteristikleriyle inverterin kullandığı model arasında uyumsuzluk yaratır. Sonuç olarak, motor nominal akım çekse bile, tork üretiminde yetersizlik, düşük hızlarda kararsızlık ve genel verimlilik kaybı yaşanır. Auto-tuning, optimum tork ve dinamik performans için vazgeçilmezdir.
V/f (Voltaj/Frekans) kontrol basit uygulamalar için uygundur ve motorun manyetik akısını sabit tutarak hızını kontrol eder. Ancak düşük hızlarda tork üretimi sınırlıdır ve yük değişikliklerine tepkisi yavaştır. Vektör kontrol (Sensorless Vector Control - SVC veya Field Oriented Control - FOC) ise motorun akı ve tork bileşenlerini ayrı ayrı kontrol ederek çok daha hassas ve dinamik bir tork kontrolü sağlar. Özellikle düşük hızlarda yüksek başlangıç torku ve yük dalgalanmalarına karşı hızlı tepki gerektiren uygulamalarda vektör kontrol tercih edilmelidir. Tork zayıflığı yaşanıyorsa, genellikle vektör kontrol moduna geçmek ve doğru ayarlamaları yapmak performansı önemli ölçüde artırır.
Uzun motor kabloları, kablo direnci ve endüktansı nedeniyle gerilim düşümüne yol açar. Bu gerilim düşümü, motor terminallerine ulaşan gerilimin inverterin çıkış geriliminden daha düşük olmasına neden olur. İnverter nominal akımı gösterse bile, motora ulaşan efektif gerilim yetersiz kaldığı için motorun manyetik akısı zayıflar ve dolayısıyla ürettiği tork azalır. Ayrıca, uzun kablolar parazit ve kapasitif etkileri artırarak inverterin anahtarlama elemanlarına ek yük bindirebilir ve motor akımını bozabilir. Bu tür durumlarda kablo kompanzasyonu veya çıkış şok bobinleri kullanmak gerekebilir.
Kesinlikle evet. Motorun kendisinde meydana gelen stator sargı kısa devreleri (fazlar arası veya gövdeye), rotor çubuk kırılmaları, rulman sıkışmaları veya mekanik sürtünme gibi arızalar, motorun nominal akım çekmesine rağmen verimli tork üretememesine yol açar. Örneğin, sargı kısa devreleri akımın bir kısmının kısa devre döngüsünde harcanmasına neden olurken, rotor arızaları manyetik alanın düzgün oluşmasını engeller. Rulman veya mekanik sıkışmalar ise motorun normalden daha fazla akım çekerek bu sıkışmayı yenmeye çalışmasına rağmen, mekanik çıkış gücünün ve torkun düşük kalmasına neden olabilir. Bu tür durumlar, motorun detaylı fiziksel muayenesini ve elektriksel testlerini gerektirir.
Asenkron motorlar, yük altında belirli bir kayma (slip) ile çalışır. Yük arttıkça kayma da artar ve bu durum motor devrinin düşmesine neden olur. Kayma telafisi, hız kontrol cihazının motorun gerçek yük durumunu tahmin ederek, artan kaymayı dengelemek için çıkış frekansını ve/veya gerilimini otomatik olarak ayarlamasıdır. Bu sayede motorun devri daha stabil kalır ve özellikle değişken yük altında motorun tork üretimi optimize edilir. Tork zayıflığı hissedildiğinde, doğru ayarlanmış bir kayma telafisi, motorun daha verimli tork üretmesine ve yük altında daha kararlı çalışmasına yardımcı olabilir.
Motorun nominal tork kapasitesinin üzerinde bir yükle çalıştırılması, motorun bu yükü kaldırmakta zorlanmasına ve dolayısıyla zayıf tork hissi vermesine neden olur. İnverter, bu durumda motorun nominal akımını veya daha fazlasını çekmesini sağlayabilir ancak motor yine de istenen hızı veya torku üretemez. Ayrıca, tahrik edilen mekanik sistemdeki (redüktör, kayış, pompa, fan vb.) rulman sıkışmaları, şaft eğriliği, yanlış hizalama veya aşırı sürtünme gibi sorunlar da motorun normalden çok daha fazla tork üretmeye çalışmasına yol açar. Bu durumda inverter akımı normal gösterse de, motorun çıkış şaftındaki net tork yetersiz kalır. Mekanik sistemin kontrol edilmesi ve yükün motor kapasitesine uygun olduğundan emin olunması önemlidir.
Asenkron motorlarda tork üretimi, stator ve rotor arasındaki manyetik alanın etkileşimiyle gerçekleşir. İnverter, motorun manyetik akısını kontrol eden gerilim/frekans oranını (V/f) doğru ayarlayamazsa veya motora ulaşan gerilim yetersiz kalırsa, motorun manyetik akısı zayıflar. Yetersiz manyetik akı, motorun "aç" kalmasına benzer ve nominal akım çekse bile, bu akım tork üretmek yerine daha çok reaktif güç olarak harcanır. Bu durum, özellikle düşük hızlarda veya yanlış V/f eğrisi ayarlarında görülür ve motorun nominal akımı çekmesine rağmen güçlü bir manyetik alan oluşturamadığı için torku düşer.
Düşük hızlarda, özellikle motorun harekete geçme anında, stator direnci üzerindeki gerilim düşümü (IR drop) belirgin hale gelir ve motor terminallerine ulaşan efektif gerilimi azaltır. Bu da manyetik akıyı zayıflatarak başlangıç torkunu düşürür. "Boost" veya "IR drop compensation" ayarları, inverterin düşük frekanslarda motora uyguladığı gerilimi otomatik olarak artırarak bu düşümü telafi etmesini sağlar. Bu sayede motorun manyetik akısı korunur ve düşük hızlarda veya kalkış anında daha yüksek ve stabil bir tork elde edilir. Ancak aşırı boost ayarı, motorun aşırı ısınmasına neden olabileceği için dikkatli yapılmalı ve motorun nominal akımını aşmamasına özen gösterilmelidir.
İnverterin DC bara gerilimi (DC Bus Voltage), motoru sürmek için gerekli olan çıkış gerilimini doğrudan etkiler. Eğer şebeke gerilimi düşerse veya inverterin doğrultucu katında bir sorun olursa, DC bara gerilimi de düşer. Düşük DC bara gerilimi, inverterin motora nominal gerilimi uygulamasını engeller. Bu durumda, inverter motorun nominal akımını çekmesine izin verse bile, yetersiz gerilim nedeniyle motorun manyetik akısı zayıflar ve tork üretimi düşer. Hız kontrol cihazı genellikle düşük DC bara gerilimi durumunda bir hata (fault) verebilir, ancak bazı durumlarda bu hata oluşmadan önce tork zayıflığı hissedilebilir. Şebeke geriliminin stabilitesi ve inverterin giriş katının sağlığı kontrol edilmelidir.
TR − TL
