Asenkron motor yol verme yöntemleri: DOL, yıldız-üçgen, yumuşak yol verici, VFD

Kalkış akımı neden bu kadar yüksek?

Rotor durağan iken kayma %100'dür. Dönen alan rotor iletkenlerini tam hızla keser, bu yüzden indüklenen rotor akımı en büyüktür. Bu akım statora yansır ve tek sınır sargıların kaçak empedansıdır. Tipik sonuçlar:

• Kilitli rotor akımı: standart kafesli motorlar için anma akımının 5 ile 8 katı
• Kalkış momenti: anma momentinin 1,5 ile 2,5 katı
• Süre: motor tam hıza yaklaşana kadar, tipik olarak 1 ile 10 saniye

Büyük bir kalkış akımı beslemede gerilim çukuruna yol açar, korumaları attırır ve sargıları zorlar. Düşük gerilimle yol vermek şebekeyi korur ama moment pahasınadır, çünkü moment gerilimin karesiyle değişir:

T ∝ V²

Yöntem seçimi, kalkış akımı, kalkış momenti ve maliyet arasında bir uzlaşmadır.

Direkt yol verme (DOL)

Motor tek bir kontaktörle tam gerilime bağlanır. Tam kalkış momentini ve en yüksek kalkış akımını verir. En ucuz ve en basit yöntemdir; küçük motorlarda, çoğu zaman birkaç kW'a kadar ya da besleme kalkış akımını emecek kadar güçlü olduğunda kullanılır. Şebeke işletmeleri DOL yol vermeyi çoğu zaman belirli bir motor boyutuyla sınırlar.

Yıldız-üçgen yol verme

Besleme geriliminde üçgen çalışan bir motor (örneğin 400/690 V etiketli bir motorda 400 V) önce yıldız bağlanır, birkaç saniye sonra üçgene geçirilir. Yıldızda her sargı hat geriliminin 1/√3'ünü alır, bu yüzden

• faz akımı üçgen değerinin 1/√3'üdür,
• hat akımı direkt yol vermedekinin 1/3'üdür,
• moment direkt yol vermedekinin 1/3'üdür.

Üç kontaktör ve bir zaman rölesi ile altı ucu dışarı alınmış bir motor gerekir (yıldız-üçgen rehberine bakın). Geçiş beslemeyi kısa süre keser ve akım ile moment sıçramasına yol açabilir. Yıldız-üçgen; fanlar, pompalar ve yüksüz makineler gibi hafif kalkışlara uygundur, tam kalkış momentinin üçte birinden fazlasını isteyen yüklere uygun değildir.

Oto-trafo ve yumuşak yol verici

Oto-trafolu yol verici, motoru üç fazlı bir oto-trafonun hat geriliminin %50, %65 ya da %80'i gibi bir ucundan besler, sonra devre dışı bırakır. k ucunda motor akımı ve momenti k ve k² ile ölçeklenir; trafo oranı hat akımını da düşürdüğünden, hat akımı DOL değerinin k²'si olur. %65'lik uç, DOL hat akımının ve momentinin yaklaşık %42'sini verir. Sağlamdır ve büyük motorlara uygundur, ancak hacimli ve pahalıdır.

Yumuşak yol verici, her hatta sırt sırta tristörler kullanır. Gerilim, başlangıç değerinden tam değere belirli bir sürede, tipik olarak 2 ile 30 saniyede yükselir ve ardından bir bypass kontaktörü kapanır. Düzgün hızlanma, ayarlanabilir akım sınırı ve yumuşak durdurma sağlar; ancak hat akımı motor akımına eşittir, bu yüzden k gerilim oranında moment k², akım k olur.

VFD ve rotor direnciyle yol verme

Frekans konvertörü (VFD) motoru düşük frekansta başlatır ve frekans ile gerilimi birlikte yükseltir. Motor boyunca moment–hız eğrisinin dik ve kararlı bölümüne yakın çalışır; bu yüzden kalkışta yüksek moment (kabaca anma momenti ya da daha fazlası) verebilirken yaklaşık anma akımını ya da biraz fazlasını çeker. VFD moment ve düzgünlük açısından en iyi seçenektir ve hız kontrolü de sağlar (V/f kontrol rehberine bakın), ancak en pahalısıdır.

Sargılı rotorlu (bilezikli) motor farklı bir yol izler. Bileziklerle bağlanan rotor devresindeki bir direnç, akımı azaltırken kalkış momentini artırır. Devrilme momenti aynı kalır, ancak devrilme kayması toplam rotor direnciyle orantılı olarak artar. Rotor direnci (statora indirgenmiş) duruştaki kaçak reaktansa yaklaşık eşit olduğunda devrilme momenti duruşta oluşur ve kalkış momenti en büyüktür. Direnç, motor hızlandıkça kademe kademe devre dışı bırakılır. Bu, vinç, değirmen ve kompresör gibi ağır yüklere yol vermenin bir zamanlar standart yoluydu ve şimdi büyük ölçüde VFD'lerle yer değiştirmiştir.

Çözümlü örnek ve karşılaştırma

Anma akımı 8,2 A ve anma momenti 26,5 N·m olan 4 kW, 400 V bir motoru, DOL'de anma akımının 6 katı ve anma momentinin 2 katı tipik kalkış değerleriyle ele alalım.

• DOL: 6 × 8,2 = 49 A, 53 N·m
• Yıldız-üçgen: 49 / 3 ≈ 16 A, 53 / 3 ≈ 18 N·m
• %65 oto-trafo: 0,65² × 49 ≈ 21 A, 0,65² × 53 ≈ 22 N·m
• %50 başlangıç gerilimli yumuşak yol verici: 0,5 × 49 ≈ 25 A, 0,5² × 53 ≈ 13 N·m
• VFD: düşük frekansta, yaklaşık anma akımı (yaklaşık 8 ile 12 A) ve yaklaşık anma momenti ya da daha fazlası

Özetle: şebeke izin veriyorsa DOL; hafif kalkışlarda ucuz kalkış akımı azaltma için yıldız-üçgen; daha yüksek moment gerektiğinde oto-trafo; düzgün ve ayarlanabilir kalkış için yumuşak yol verici; hız kontrolü ya da kalkışta tam moment gerektiğinde VFD; ağır kalkışlı sargılı rotorlu sürücüler için de rotor direnci kullanın.

Asenkron motor simülatörlerinde deneyin

Üç fazlı asenkron motor simülatöründe Yol verme yöntemi kontrolü Direkt (DOL), Yıldız-üçgen, Oto-trafo, Yumuşak yol verici ve Frekans konvertörü (VFD) seçeneklerini sunar. İlgili ayarlar Tam gerilime geçiş süresi (varsayılan 3 s), Oto-trafo ucu (varsayılan %65), Yumuşak yol başlangıç gerilimi (varsayılan %40) ve Rampa süresi (varsayılan 5 s)'dir. Tepe kalkış akımı, Tepe kalkış akımı (× In) ve Yol alma süresi göstergelerini okuyun ve zaman eğrilerini görmek için Hız ve akım eğrisi deneyinde Enerjiyi aç düğmesine basın.

• DOL ile çalıştırıp tepe akım oranını not edin.
• Yıldız-üçgen'i seçin. Simülatör ilk aşamada gerilimin 1/√3'ünü uygular; Tam gerilime geçiş süresi sonunda tam gerilime geçilen noktada grafikte bir Y→Δ işareti görünür.
• Oto-trafo ve Yumuşak yol verici'yi seçin. Tepe akımları yukarıdaki k ve k² kurallarıyla karşılaştırın (tepe, tam gerilime geçişte oluşabilir) ve daha uzun Yol alma süresi'ne dikkat edin.
• Frekans konvertörü (VFD) seçin. Frekans ve gerilim, düşük bir değerden (yaklaşık 1 Hz) ayarlanan değerlere Rampa süresi boyunca birlikte yükselir.
• Mekanik yük'ü artırın ya da farklı bir Yük tipi deneyin ve hangi yöntemlerin yavaş hızlandığını ya da kalkamadığını görün.

Sargılı rotorlu asenkron motor simülatöründe aynı kontroller ve ayrıca Harici rotor direnci, Rotor direnci modu (Sabit ya da Kademeli yol verici), Kalkışta yol verici direnci, Kademe sayısı ve Kademe süresi bulunur. Direnci artırırken Kalkış torku ve Kalkış torku (bilezikler kısa devre) göstergelerini karşılaştırın ve Devrilme torkundaki kayma değerinin nasıl kaydığını izleyin.

Simülatörde deneyin