Frekans Dönüştürücülerinin Otomasyon Sistemlerindeki Uygulaması

Kimya Lif ve Cam Sektörlerinde Kalıcı Manyetik Senkron Motor (PMSM) Değişken Frekanslı Hız Kontrolünün Uygulaması

19. yüzyılda, kalıcı manyetler elektrik motorlarının oluşturulmasında kullanıldı. Bugün, elektronik teknolojilerin hızlı gelişmesiyle birlikte, Kalıcı Manyetik Senkron Motorlar (PMSM'ler) ve frekans dönüştürücüler birlikte açık döngülü, yüksek hızlı, yüksek hassasiyetli değişken frekanslı hız kontrol sistemlerini oluşturuyor. Bu sistemler çeşitli endüstriyel sektörlerde yaygın olarak uygulanmış, geleneksel DC hız kontrol sistemleri ve manyetik kaymalı hız kontrol sistemlerini yerine geçirmiş ve güçlü bir canlilik göstermiştir.

Bilindiği üzere, PMSM'nin dönme hızı besleme frekansına sıkı bir şekilde orantılıdır. Besleme frekansının hassaslığının sağlanması durumunda, motordanın dönme hızının hassaslığı da garantilidir, bu doğrusal mekanik özelliklere yol açar. Örneğin, bir işletmede, birkaç ay boyunca sürekli çalışan iki bağımsız senkron sistemde toplam hız hatası neredeyse sıfırdı.

Frekans dönüştürücülerinin çıkış frekans hassaslığının 1.0‰ - 0.1‰, hatta daha yüksek seviyelerde olabileceği düşünüldüğünde, kontrol sisteminin hız hassaslığı da artmaktadır. Ayrıca, sistem daha az kontrol bileşeni içerdiği için, devreleri diğer herhangi bir tür hız kontrol sisteminden daha basittir. Ayrıca, PMSM'ler yüksek güç faktörü, yüksek verimlilik, enerji tasarrufu, kompakt boyut, fırçalı olmama ve yüksek güvenlik ve güvenilirlik gibi avantajlara sahiptir. Bu nedenle, bu sistem şu anda çeşitli endüstriyel departmanlarda geniş ve yaygın olarak kullanılmaktadır. Örnekler arasında kimya lif endüstrisinde sarım, gerilme, ölçüm ve godet rulosu uygulamaları; ve düz cam fırınları, cam fırını karıştırma, kenar rulleri (veya "çekiciler") ve şişe biçimlendirme makineleri dahil olmak üzere cam endüstrisindeki uygulamalar bulunmaktadır.

Kimya Lif Endüstrisinde PMSM Değişken Frekanslı Hız Kontrolünün Uygulaması

PMSM değişken frekanslı hız kontrol sistemleri, kimya liflerinde eritilmiş haldeki filtreleme makinelerinde başarıyla uygulanmıştır, bu sistem şemasında (Şekil 12-1) gösterildiği gibidir. Filtrasyon makinesindeki ölçüm pompası sürücü motoru, PMSM kullanılarak, kimya lif çözeltisinin niceliksel beslemesini kontrol etmek için hassas hız çıkışı gerektirir, bu da filtreleme sürecinin gerekliliklerini karşılar. Lif ürün çeşitlerini değiştirirken, sadece ölçüm pompası sürücü motorunun hızını ayarlamak yeterlidir.

Ana ölçüm pompanın genellikle 0.37 kW ile 11 kW arasında değişen gücüne sahip olan motorların 4 veya 6 polsu vardır. Frekans değişim aralığı 25 Hz ile 150 Hz arasındadır. Genellikle, birden fazla motora sürükleyici olarak bir frekans dönüştürücü seçilir, ancak özel sistemler (her motora bir dönüştürücü) de kullanılır, her yaklaşımın kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır.

Filtrelemedeki diğer önemli süreçler, sarım, gerilme ve godet rulleri, sabit dönme hızları veya çift rul arasındaki belirli hız oranlarını gerektirir. Değişken frekanslı hız kontrol sistemi, ideal bir ilk tercihtir, uzun süreli pratik uygulamalar tarafından doğrulanmıştır. Değişken frekanslı hız kontrolü benimsedikten sonra, filtreleme hattı hızları 3.000 ila 7.000 m/dk ulaşabilir. İç ısıtma elemanları içeren gerilme rullerinin sabit hızda çalışması gerekir; bu durumda kullanılan PMSM güçleri 0.2 kW ile 7.5 kW arasındadır, yüksek hızlı iki polsuz motorlar seçilir, frekans ayarlama aralığı 50 Hz ile 250 Hz arasındadır. Değişken frekanslı kontrol, yüksek başlangıç torku, hızlı ivme ve zorlu başlangıç koşulları (sert başlangıç) için gereklilikleri karşılar.

Cam Endüstrisinde PMSM Değişken Frekanslı Hız Kontrolünün Uygulaması

Çin'deki onlarca üretim hattında, ana sürücüler için değişken frekanslı hız kontrol sistemleri uygulanmış, orijinal DC sürücüleri yerine geçirilmiş ve memnuniyet verici ekonomik kazanımlar elde edilmiştir.

Bir cam üretim hattı, eritme fırından yüksek sıcaklıkta akışkan camın, hattın boyunca yavaşça soğuması, katılaşması, ardından annealing fırında ısısal işlem görmesi ve soğuk ucuna kesim, inceleme, paketleme ve diğer aşağı akış süreçlerine gitmesi şeklinde ilerler. Annealing fırın süreci, yaklaşık 200 metre uzunluğunda, her rulun sürekli ve eşit bir şekilde çalışmasını gerektirir. Duruşlar kesinlikle kabul edilemez, çünkü bu durum ciddi ekonomik kayıplara yol açacaktır.

Bu uygulama için, TYB100-8 üç fazlı nadir toprak PMSM ve Fuji G5 frekans dönüştürücüsü seçilmiştir. Bu sistem, on binlerce saat boyunca sürekli ve güvenli bir şekilde çalışmış ve tüm taraflardan övgü almıştır. Ana avantajları şunlardır:

1. Yüksek Hız Hassaslığı (yüzde 0.4'a kadar): Ürün kalınlık toleranslarını sağlar, ham mal tasarrufu sağlar ve açık ekonomik faydalar sağlar.
2. Yüksek Güvenilirlik: Bakım yükünü azaltır.
3. Enerji Tasarrufu: Daha az sistem bileşeni ve motordanın doğal yüksek verimliliği nedeniyledir.
4. Kompakt ve Hafif Tasarım: Ekipman daha küçük ve hafiftir.

Cam eritme fırınlarındaki karıştırıcılar, daha önce DC sürücüleri kullanıyordu. Ancak, yüksek sıcaklık ortamı ve bakım zorluğu göz önünde bulundurularak, 1995 yılından beri değişken frekanslı hız kontrol sistemleri benimsenmiştir. Özellikle, bu amaçla iki TYB400-8 motoru kullanılmıştır. İşletim gereklilikleri şunlardır:

İki motor, kendi karıştırıcılarını sürükleyerek, yüksek sıcaklık fırının içindeki cam çözeltisini karıştırır. Karışım homojenliğini sağlamak için, fırın banyosundaki "öl bölgeler" izin verilmez. Bu nedenle, iki karıştırıcının çalışma alanları biraz çakışmalıdır, ancak dönen paletlerin çarpışmaması için düzenlenecektir. Çalışma alanı şeması Şekil 12-2'de gösterilmiştir.

Eğer dönme hızları n1 ve n2 farklıysa, bunların toplam etkisi sonunda paletlerin çarpışmasına yol açabilir. Bu sistemin uzun süreli pratik uygulaması, paletlerin çarpışmadığını ve hız hassaslığının gereklilikleri karşılandığını göstermiştir.

Kenar rulleri (veya "çekiciler") üzerinde değişken frekanslı hız kontrolünün uygulanması da mükemmel sonuçlar vermiştir. Cam üretim hattında, erimiş cam, sıvı halinden plastik yarı katı haline geçerken, düz bir düzlem haline çekilip yayılmalıdır. Kenar rulleri bu kritik işlevi yerine getirir. Sürücü motorlarının sürekli, adımlı olmayan hız kontrolü sağlaması gerekir. Her çekici motorun hızı, çalışma noktası sıcaklığı ve cam türü gibi faktörlere dayanarak önceden belirlenmelidir. Bu, geniş hız aralığı, yüksek hız hassaslığı ve iyi dinamik tepki gibi excellent kontrol sistemi performansını gerektirir. Bu nedenle, mevcut Z₂-12, 0.6 kW, 1500 d/dk DC motor hız kontrol sistemi, TYB500-6, 125 V, 50 Hz üç fazlı PMSM'lerle değiştirilmiştir. Frekans dönüştürücüsü 10 Hz ile 150 Hz aralığında çalışır, bu da motora 200 d/dk ile 3000 d/dk arasında hız aralığı sağlar. DC motorların senkron motorlarla değiştirilmesi, daha yüksek üretim otomasyonu, daha iyi kalite, daha hafif ağırlık ve daha kolay merkezi kontrol gibi avantajlar sunar.