ENDÜSTRİYEL AKTARIM ELEMANLARI | CNC, Otomasyon ve Mekanik Sistemler
İnverter, alternatif akım (AC) ile çalışan motorların hızını ve torkunu kontrol etmek için kullanılan bir güç elektroniği cihazıdır. Şebekeden aldığı sabit frekanslı ve sabit gerilimli AC elektriği, mikroişlemci tabanlı kontrol algoritmaları sayesinde değişken frekanslı ve değişken gerilimli AC elektriğe dönüştürür. Bu sayede, motorun devir hızı üzerinde tam kontrol sağlanır. Özellikle spindle motor gibi yüksek hassasiyet gerektiren CNC uygulamalarında inverterler vazgeçilmez bir bileşendir.
Bir AC asenkron motorun hızı (senkron hız), şebeke frekansı ve motorun kutup sayısı ile doğrudan ilişkilidir. Bu ilişki şu formülle ifade edilir: N = (120 * f) / P. Burada N devir/dakika cinsinden hız, f frekans (Hertz) ve P kutup sayısıdır. Görüldüğü gibi, motorun hızını kontrol etmenin en etkili yolu, motora uygulanan AC gerilimin frekansını değiştirmektir. İnverterler tam da bu noktada devreye girerek, şebeke frekansını dinamik olarak ayarlayabilir ve böylece motorun devir hızını geniş bir aralıkta değiştirebilir.
Motorun hızını sadece frekansla kontrol etmek yeterli değildir; aynı zamanda motorun torkunu ve verimliliğini korumak için uygulanan gerilimin de ayarlanması gerekir. İşte burada PWM (Darbe Genişlik Modülasyonu) teknolojisi kritik bir rol oynar. İnverter, DC bara gerilimini hızla açıp kapatarak (anahtarlama yaparak) kare dalgalar üretir. Bu kare dalgaların "açık" kaldığı sürenin (darbe genişliği) ayarlanmasıyla, motora uygulanan ortalama gerilim seviyesi kontrol edilir. Bu sayede, motorun her frekans seviyesinde optimum tork üretebilmesi için gerekli V/f (Gerilim/Frekans) oranı korunur. Bu hassas kontrol, özellikle servo motor ve sürücüler gibi kapalı döngü sistemlerde yüksek performans sağlar.
Bir inverterin temel çalışma prensibi üç ana adımdan oluşur:
Bu sayede, operatör veya CNC kontrol kartları tarafından belirlenen hız komutlarına göre motorun devri hassas bir şekilde ayarlanabilir.
AC motorlarda tork, uygulanan gerilim ile manyetik akı arasındaki ilişkiyle belirlenir. İnverter, frekansı düşürürken motorun manyetik doyuma ulaşmasını engellemek ve sabit tork özelliklerini korumak için gerilimi de orantılı olarak düşürür. Bu, "sabit V/f oranı" kontrolü olarak bilinir. Bu kontrol mekanizması sayesinde, motor düşük hızlarda bile kararlı ve yeterli tork sağlayabilir, bu da özellikle ağır yük altında çalışan vidali mil sistemleri veya kesme operasyonları için hayati öneme sahiptir.
MERMAK CNC olarak, inverterlerin sunduğu avantajları projelerimizde etkin bir şekilde kullanıyoruz:
Doğru inverter seçimi ve montajı, sistemin verimli ve uzun ömürlü çalışması için hayati öneme sahiptir:
İnverterler genellikle dayanıklı cihazlardır ancak düzenli bakım ve doğru kullanım ömrünü uzatır. Fan temizliği, bağlantı terminallerinin kontrolü ve ortam koşullarının izlenmesi temel bakım adımlarıdır. Olası arızalar genellikle aşırı akım, aşırı gerilim, düşük gerilim, aşırı sıcaklık veya motor faz kaybı gibi durumlarla ilgilidir. Bu durumlar genellikle inverterin hata kodları ile belirtilir ve hızlıca müdahale edilerek sistemin korunması sağlanır.
MERMAK CNC olarak, sistemleriniz için en uygun hız kontrol cihazları (inverter) seçiminde ve entegrasyonunda uzman desteği sunmaktayız. İster yeni bir CNC makinesi kuruyor olun ister mevcut sisteminizi optimize etmek isteyin, doğru inverter çözümleriyle projelerinizin verimliliğini ve hassasiyetini artırabilirsiniz.
İnverter, motorun besleme frekansını (Hz) ve gerilimini (V) değiştirerek motor hızını kontrol eder. AC asenkron motorun hızı, besleme frekansıyla doğru orantılıdır (N = 120 * f / P formülü, N: hız, f: frekans, P: kutup sayısı). İnverter, şebeke AC gerilimini önce DC'ye dönüştürür, ardından IGBT'ler (Insulated Gate Bipolar Transistor) gibi güç elektroniği anahtarları kullanarak ayarlanabilir frekans ve gerilime sahip sinüs dalgasına yakın bir AC çıkışı üretir.
V/f kontrolü, motorun manyetik akısını yaklaşık olarak sabit tutmak için motorun besleme gerilimi (V) ile frekansının (f) oranını belirli bir değerde tutma prensibidir. Bu oran sabit tutulduğunda, motorun düşük hızlarda bile nominal torkunu koruması ve doyuma girmemesi sağlanır. Genellikle pompa, fan, konveyör gibi genel amaçlı ve dinamik tepkinin çok kritik olmadığı uygulamalarda kullanılır.
İnverterler, DC bara gerilimini yüksek frekansta anahtarlayarak motor sargılarına darbe dizileri gönderir. PWM tekniğinde, darbelerin genişliği değiştirilerek ortalama gerilim seviyesi (genlik) kontrol edilirken, darbelerin tekrarlanma sıklığı (anahtarlama frekansı) çıkış frekansını belirler. Bu sayede, DC gerilimden sinüs dalgasına yakın bir AC gerilim ve istenilen frekans elde edilir.
Skaler kontrol, motorun akı ve tork bileşenlerini dolaylı olarak kontrol eder ve daha basittir, genellikle açık çevrim çalışır. Vektör kontrol ise motorun akı ve tork bileşenlerini ayrı ayrı ve doğrudan kontrol ederek daha hassas hız ve tork kontrolü sağlar. Bu, özellikle düşük hızlarda yüksek tork gerektiren, dinamik tepkinin önemli olduğu (örn. asansörler, takım tezgahları) ve kapalı çevrim (encoder geri beslemeli veya sensörsüz) uygulamalar için tercih edilir.
İnvertere hız komutu çeşitli yöntemlerle verilebilir: Analog girişler (0-10V, 4-20mA sinyaller), dijital girişler (önceden ayarlanmış hız kademeleri), potansiyometre, HMI (Human Machine Interface) üzerindeki tuş takımı veya ekran, ve seri haberleşme protokolleri (Modbus RTU, Profibus, EtherCAT, PROFINET vb.) aracılığıyla bir PLC veya otomasyon sistemi üzerinden.
Hızlanma ve yavaşlama rampaları, motorun ve bağlı olduğu mekanik sistemin aşırı strese maruz kalmasını önlemek için ayarlanır. Yumuşak hızlanma, başlangıç akımını sınırlar ve mekanik şokları azaltır. Yumuşak yavaşlama ise atalet nedeniyle oluşabilecek mekanik gerilmeleri ve inverterin DC barasında oluşabilecek aşırı gerilimi (rejeneratif enerji) kontrol altında tutar. Uygulamanın gereksinimlerine göre bu süreler optimize edilmelidir.
İnverterler, motor hızını yük ihtiyacına göre ayarlayarak önemli enerji tasarrufu sağlar. Özellikle fan ve pompa gibi değişken torklu yüklerde, motor hızı düştükçe güç tüketimi hızın küpüyle orantılı olarak azalır (P ∝ N³). Ayrıca, yumuşak yol verme sayesinde başlangıçta çekilen yüksek akımı önleyerek şebeke üzerindeki yükü azaltır ve reaktif güç kompanzasyonuna katkıda bulunabilir.
İnverter, motoru frenlemek için çıkış frekansını motorun gerçek hızından daha hızlı düşürerek motoru jeneratör moduna geçirir. Bu durumda motor, kinetik enerjisini elektrik enerjisine dönüştürerek inverterin DC barasına geri besler ve DC bara geriliminin yükselmesine neden olur. Frenleme direnci (braking resistor), bu fazla enerjiyi ısıya dönüştürerek DC bara geriliminin tehlikeli seviyelere çıkmasını engeller ve daha hızlı, kontrollü yavaşlama sağlar. Bazı inverterlerde DC enjeksiyon frenleme de mevcuttur.
İnverterin motoru doğru ve güvenli bir şekilde kontrol etmesi için motorun nominal güç (kW/HP), nominal gerilim (V), nominal akım (A), nominal frekans (Hz), nominal hız (RPM) ve güç faktörü (Cosφ) gibi etiket değerlerinin doğru bir şekilde girilmesi kritik öneme sahiptir. Bu parametreler, inverterin motorun elektriksel modelini oluşturmasına ve koruma fonksiyonlarını doğru şekilde ayarlamasına yardımcı olur.
İnverterler, dahili elektronik termik koruma (I²t modeli) algoritmaları kullanarak motor sargı sıcaklığını tahmin eder ve ayarlı akım sınırlarını aşan durumlarda motoru koruma altına alır. Aşırı akım, aşırı gerilim, düşük gerilim, faz kaybı, topraklama hatası gibi çeşitli koruma fonksiyonları mevcuttur. Bu sayede, motorun ömrü uzatılır ve sistemin güvenli çalışması sağlanır. Ayrıca, harici termistör veya PT100 sensör girişleri ile doğrudan sıcaklık izlemesi de yapılabilir.
TR − TL
