ELEKTRO MEKANİK KUMANDA SİSTEMLERİ OTOMATİK KUMANDA AVRUPA STANDARTINA GÖRE KUMANDA DEVRELERİ

Transkript

1 ELEKTRO MEKANİK KUMANDA SİSTEMLERİ OTOMATİK KUMANDA AVRUPA STANDARTINA GÖRE KUMANDA DEVRELERİ

2 İçindekiler ELEKTRO MEKANİK KUMANA SİSTEMLERİ...2 KUMANDA DEVRELERİNDE KULLANILAN GERİLİM...2 ELEKTRİK MOTORLARI... 3 KUMANDA ELEMANLARI... 5 RÖLE... 5 KONTAKTÖR... 7 MOTOR KORUMA ŞALTERİ... 8 TERMİSTÖR RÖLESİ (PTC)... 9 FAZ SIRASI RÖLESİ OTOMATİK SİGORTA Termik Röle Bıçaklı veya buşonlu sigorta içerisinde akım...14 ÜÇ FAZLI ASENKRON MOTORLARA YOL VERME METODLARI...16 MOTORLARDA YÜKLER MOTORLARDA YOL VERME METODLARININ KARŞILAŞTIRILMASI...18 DİREK YOL VERME MOTORA İLERİ GERİ YÖNDE YOL VERME (ENVERSÖR YOL VERME )...21 İKİ DEVİRLİ (DAHLENDER) SARGILI MOTORA YOL VERME...23 ÜÇ FAZLI ASEKRON MOTORA YILDIZ ÜÇGEN OTOMATİK YOL VERME (AUTOMATİC STAR DELTA) ÜÇ FAZLI ASEKRON MOTORA YUMUŞAK YOL VERİCİ (SOFT START) İLE YOL VERME ÜÇ FAZLI ASEKRON MOTORA HIZ KONTROL CİHAZI (Frequency inverter) İLE YOL VERME... 31

3 ELEKTRO MEKANİK KUMANA SİSTEMLERİ KUMANDA DEVRELERİNDE KULLANILAN GERİLİM 3 fazlı AC gerilim 380 V 50Hz P= 3 U I cos( Ø ) 1 Fazlı AC gerilim kaynağı 220V 50 Hz Doğru akım (DC) Zamana göre yönü ve şiddeti Değişmeyen akımdır. Bataryadan veya Alternatif akımı doğru akıma çeviren elektronik devrelerden elde edilir.

4 ELEKTRİK MOTORLARI BİR FAZLI YARDIMCI SARGILI ASENKRON MOTOR Bir fazlı AC motor bir ana sargı bir yardımcı sargı ve kısa devre rotor ismi verilen dönen kısımdan oluşur. Yardımcı sargıya bağlı bir kondansatör yardımıyla oluşan faz farkıyla döner alan olan oluşur ve bu döner alan içerisindeki rotor döner. Küçük güçte yapılır. Buzdolabı motoru, çamaşır makinesi motoru ve kombi motorları bu türden motorlardır motor AC hz şebeke gerilimiyle direk bağlantı yapılarak çalıştırılabilir. Şekil 1 1 fazlı daimi kondansatörlü motor ÜÇ fazlı AC motorlar Hz şebeke gerilimiyle çalışır. şebekeden gelen bir birinden 120 derece faz farkı bulunan şebeke gerilimi kutuplarda döner mıknatıs alanı meydana getirir ve içindeki rotoru döndürür. Rotorun dönüş hızı dönen mıknatıs alanı takip ettiğinden asenkron denilmiştir. Çok sık Bakım istemeyen bu motorlar endüstriyel alanda en fazla kullanılan motorlardır.

5 Fırçalı doğru akım motoru Kutuplarında mıknatısları olan dönen kısımda ise endüvi denilen sargısı olan ve enerjinin fırçalar ve kollektör yardımıyla dönen kısma verilmesiyle hareket eden bir motordur.doğru akım motorunun hızı uygulanan gerilim büyüklüğüne göre ayarlandığından ve momenti yüksek olduğundan yüksek moment gerektiren sabit hız istenen yerlerde kullanılır.kendi içerisinde seri sargılı paralel sargılı hem seri hem paralel sargılı tipleri mevcuttur. Elektrikli trenlerde, işleme kafalarında hız ayarlı konveyör sistemlerinde kullanılır. Ayrıca küçük tipleri küçük elektronik cihazlarda oyuncaklarda çokça kullanılmaktadır. Adım motorları Rotoru güçlü mıknatıs dan yapılmış ve dişli yapıya sahiptir. Rotorun hareketini sağlamak için kutuplarında (stator) bulunan sargılara verilen akımla karşı mıknatıs kutbu oluşturulur. Üretici tarafından Her adımı 1,8 derece veya daha farklı derecelerde yapılır. Motor elektronik malzemelerle yapılmış bir motor sürücüsü karta ihtiyaç duyar. Sürücüye verilen her kare dalganın kaç derece hareket sağladığı bilindiğinden motor hareket miktarı ve hızı kontrol edilir. Motor bu özelliği sebebiyle eksen kontrolü istenen işlerde kullanılır.

6 KUMANDA ELEMANLARI RÖLE Kontak akımı A kadar olan küçük kontak aralığı dar muhtelif voltajlarda bobin gerilimine sahip ve muhtelif kontak sayısına sahip kumanda elemanlarıdır. Elektrik uyartımıyla elektrik enerjisini yönlendiren çok kullanılan Elektrik malzemesidir. Mıknatıslanmayı sağlayan bir bobini ve birbirinden izole edilmiş bakır kontaklar vardır. Bobin enerjisi kesildiğinde yay ile kontak yerine Döner. COM : Ortak uç COM - NO : bobine enerji verilmişse elektriği iletir. COM - NC : Bobinde enerji yoksa elektriği iletir. aynı bobinle konum değiştiren bağımsız kontakları olan röleler

7 ZAMAN RÖLELERİ Kumanda devrelerinde kullanılan çok çeşitli zaman röleleri Veya birçok zaman rölesini içinde barındıran multi-fonksiyon zaman röleleri vardır. Gecikmeyle açılan (On delay) zaman rölesi A1-A2 ucundan enerji verildiğinde ayarlanan süre sonunda 15 nolu terminal 18 nolu terminal ile bağlantı kurar. zamanlama diyagramı Şekil 2 GECİKMEYLE AÇILAN ZAMAN RÖLESİ Şekil 3 Gecikmeyle kapanan zaman rölesi Şekil 4 Gecikmeyle açılan ve gecikmeyle kapanan zaman rölesi zamanlama diyagramı

8 KONTAKTÖR Üç faz için Üç tane güç kontağı ek olarak Yardımcı kontağıda olan Muhtelif akımda üretilen kumanda elemanıdır. Üç fazlı şebeke enerjisi için hazırlanmış bobin kontrollü anahtardır. Röle gibidir yüksek akımları iletmek için tasarlanmıştır. Ana enerjiyi ileten kontakları normalde açık ve kumanda için kullanılan yardımcı kontakları normalde açık ve normalde kapalı olarak yapılmıştır. Şekil 5 kontaktör sembol üsten görünüm Kontaktör ömrü geçen akım ve anahtarlama sayısıyla ilgilidir aşağıdaki grafik te 4 kw gücünde 9 A bir kontaktörün 3 amperde kullanılması durumunda 10 milyon açma kapama ömrü olduğu gösterilmektedir. Normal kullanımda ise bir milyondur

9 Şekil 6 akım grafiği

10 MOTOR KORUMA ŞALTERİ Motor koruma şalterleri (MMS) ana devre için koruma cihazlarıdır. Kontrol ve koruma fonksiyonlarını tek bir ürün ile sağlarlar. Motor koruma şalterleri, esas olarak motorların ON/OFF şeklinde manuel olarak kontrolünü sağlarlarken, sigorta gereksinimi olmadan kısa devre, aşırı yük ve faz hatasına karşı koruma gerçekleştirirler. Motor koruma şalterleri zaman, yer ve maliyet tasarrufu sağlarken, kısa devre anında hızlı bir reaksiyon süresi göstererek, motorun milisaniyeler mertebesinde durdurulmasına imkan tanır. Motor koruma şalterleri tek faz ve üç faz uygulamar için uygundur. Yardımcı kontakta eklenebilir. Şekil 7 motor koruma şalteri ve sembolü Sigortasız motor koruma uygulamaları Kısa devre koruma, aşırı akım koruma, anahtarlama, ayırma Kontrol Kısa devre koruma, anahtarlama, ayırma Aşırı akım koruma Şekil 8 TERMİK AYARI VE ORTAM ISISI ETKİSİ

11 Şekil 8 de termik ayarının nasıl yapıldığı ve ortam ısısının temik üzerine etkisi görülmektedir termik atma noktasının 20 ᵒC de kendi değerinde -10 ᵒC de ayarlanan değerin %110 üzerinde +40 ᵒC de termik değerinin %90 korumaya girdiği görülmektedir. Şekil 9 motor korumanın bağlantısında montaj etkisi Montaj anında bitişik bağlantı halinde termik set değerinin ısını etkisi -5 puan daha yükseğe ayarlanması gerektiği görülmektedir. Örnek nominal akımı In = 2.8 A olan bir motorun termik ayarı +40 ᵒ C de çalışacaksa ve termikler bir birine yapışık bağlandıysa (-5) termik ayarı Iset= (2.8/(90-5))*100 = 3,3 A olarak set edilmelidir. Bu nedenle panolarda iklimlendirme yapılması termikler arasında hava boşluğu olması gerekmektedir Motor koruma termik eğrisi termik değerinin %1,040 ile %1,560 arasında sıcak ve soğuk arasında fark olduğu görülmektedir nominal akımın 10 katında sıcaksa 2 sn yede soğuksa 3 sn yede arıza durumuna geçmektedir. (kaynak Mitsubishi Motor circuit breaker L(NA)02032ENG-B datasheet) Şekil 10 termik ayar eğrisi

12 TERMİSTÖR RÖLESİ (PTC) Motorun tozdan fan kırılmasından veya sürtünmelerden veya dış etkenlerden dolayı oluşacak aşırı ısınma durumlarını algılamak için motor gövdesine yerleştirilmiş PTC ısındıkça dirençleri artan termistör lerden faydalanılır. 90 ile 180 derece arasında üretilen ptc termistör rölelerin motor için 120 ᵒC olanları kullanılır bu sıcaklığa ulaştığında termistör direnci 3 kohm civarına kadar yükselir. Şekil 11 PTC Termistör Direnç Isı eğrileri Bu direnci algılayacak termistör röleye ihtiyaç duyulur. Termistör ısı değeri yükseldiğinde röle alarm verir kontağı konum değiştirir. Otomatik reset veya buton ile reset işlemi yapılabilir termistör rölenin normalde açık kontağı kullanılır normalde kapalı kontağı arıza göstergesidir

13 Şekil 12 Termistör Röle bağlantısı FAZ SIRASI RÖLESİ Röle faz sırasını takip eder fazlarda bir değişim veya kayıp olduğunda röle hataya düşer ve açık kontağını kapatır röle motoru 2 faza kalmaktan veya ters dönerek sisteme hata oluşmasını önler. Kumanda ana hattına normalde açık kontağı arıza lambasına normalde kapalı kontağı bağlanır. Şekil 13 faz sırası rölesi bağlantı örneği

14 OTOMATİK SİGORTA Sigorta akımının daha üstünde bir akım geçtiğinde kurulu olan sigorta manyetik olarak devreyi açar. Sonra elle kurulur. C eğrisi 63 A bir sigorta grafikte görüldüğü üzere 80 A sn de 100A 100 sn de 400 A 3 sn de açmaktadır 1200 A 0,01 sn açmaktadır kısa devre olma durumudur Sigorta hangi işte kullanılacaksa TS 5018, IEC 60898/EN standartlarına göre B, C ve D tipi olmak üzere üç ayrı tipi mevcuttur. Kısa devre esnasında B tipleri nominal akımın 3 ila 5 katında, C tipleri ise 5 ila 10 katında, D tipleri ise 10 ila 20 katında devreyi gecikmesiz olarak açarlar. 2, 3, 4 kutuplu otomatik sigortalar herhangi bir fazında oluşabilecek arıza durumunda, mekanizmaları sayesinde bağlı bulundukları cihazları devreden çıkarırlar. B tipi: Ev aydınlatması, priz ve kumanda devrelerinde C/D tipi: Transformatör, çok sayıda floresan lamba gibi endüktif yüklerde kullanılır. Herhangi bir arıza durumunda devreyi açan cihaz, kol yukarı kaldırılarak devreye sokulur. Koldan bağımsız açtırma düzeni arıza devam ettiği sürece yeniden açacaktır Şekil 14 otomatik sigorta ve sembolü

15 Şekil 15 C eğirili otomatik sigortaların ortalama açma eğrileri Termik Röle Termik röleler aşırı yük veya faz kesilmesi durumunda motoru kontaktör yoluyla devre dışı bırakır Elektrik akımının geçmesinden dolayı ısınma olur aşırı akım durumunda bu ısınma artar kontak konum değiştirir kontağın açma süresi akım büyüklüğüyle ters orantılıdır. Termik manuel açtırılabilir manuel kurulabilir veya otomatik kurdurulabilir.

16 Şekil 16 termik ve sembolü Bıçaklı veya buşonlu sigorta içerisinde akım sigortalar nominal akımın 1,6 katında çalışırlar ve 5 x In gibi bir akımda da 5 saniye içinde devreyi açarlar. Butonlarda kullanılan erime telleri, sigorta akımının büyüklüğüne göre değişen çeşitli şekil ve formlarda imal edilmektedir. Erime telleri üzerinde aynı boyutlarda hücrecikler (eriyecek ince teller) oluşturulmuştur. Aşırı yük ve kısa devre halinde, tel boyunca aynı kesitli birçok noktadan erimeler ve kısmi arklar oluşacaktır. Bu şekilde bir erimede kısa devre akımları kesilecek ve sıcaklık bütün sigorta boyunca dağılacaktır Üzerinde yazılı akım değerinin üzerinde akım geçtiğinde kopan tel vardır. Grafikte görüldüğü üzere 315 Amper yazılı bir sigorta 400A akım geçerse sn sonra 600 A akım geçerse 600 sn sonra 2000A geçerse 2 sn sonra atmaktadır

17 Şekil 17 Bıçaklı sigorta ve sembolü

18 ÜÇ FAZLI ASENKRON MOTORLARA YOL VERME METODLARI MOTORLARDA YÜKLER Sabit Tork Yükleri Bu yük karakteristiğinde, tork tüm hız aralığında sabittir. Güç hızı ile doğru orantılıdır ve bu nedenle, hız azaldığın da doğrusal olarak motorun gücü azaltır. Konveyör bant vidalı kompresörler gibi Değişken Torklu Yükler Ayrıca, kuadratik moment yükleri denilen, yükün tork hızın karesi ile doğru orantılıdır. Yük gücü hızın küpü ile orantılıdır. örneğin santrifüj pompaları, fanlar ve vantilatörler

19 Sabit Güç Yükler Bu yük karakteristik yükün güç çıkışı tüm hız aralığında sabittir. Tork gereksinimleri düşük hızlarda yüksek. Hız yükseldikçe tork düşer Örneğin Merkezi tahrik sarım ve takım tezgahı iş mili Sabit Tork / Güç Bu yük karakteristiği başka bir hız aralığında sabit tork ve sabit güç bir kombinasyonudur. örneğin kağıt makinaları

20 Yüksek Başlangıç Tork - Sabit Tork Bu yük karakteristiğinde yüksek hızlarda sabit tork. başlangıç ve düşük hızlarda yüksek tork vardır. Örneğin ekstrüderler Kırıcılar ve pozitif deplasmanlı pompalar MOTORLARDA YOL VERME METODLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Direk yol verme Yıldız üçgen yol verme Soft start ile yol verme Frekans çevirici ile yol verme Blok diyagra m Voltaj eğrisi Başlang yüksek orta Düşük orta düşük

21 ıç akımlar ı Akım Eğrisi Başlangı ç akımına göre 4 8x Ie Motora bağlı 1.3 3x Ie (~1/3 direk yol vermeye göre ) 2 6x Ie (voltaj ayarı ile) 1 ( 2x) Ie (ayarlanabilir) Relative starting torque 1.5 3x MN (motor-dependent) 0.5 1x MN (~ 1/3 compared to direct-on-line-start) 1.1 1x MN (M ~ U2, squarelaw, reduced by voltage control) ~0.1 2x MN (M ~ U/f, adjustable torque) Feature s High acceleration with high starting current High mechanical loading Start-up with reduced current and torque Current and torque peak at changeover Adjustable starting characteristic Controller run out possible High torque at low current Adjustable starting characteristic Motor tork karakte ristiği Motorun güç devir tork bağıntısı MN= 4kW 1420 d/dk motorun torku MN= =26 Nm P(kW ) n

22 DİREK YOL VERME Şebeke trafosu yeterliyse her motor direk kaldırılabilir ancak pratikte 15 KW ve üstü güçlerde çoğunlukla direk yol verilmez. In nominal akımıdır yani tam güçte çalışırken motorun şebekeden çekeceği akımdır. Motora ilk enerji verildiğinde nominal akımın 6-7 katı bir akım çeker ve akım nominal değere doğru düşer. (Wiring Manual 2011) Şekil 18 Güç devresi A-Motor Koruma B-Sigortalı Termikli C SİGORTALI TERMİKLİ(AKIM BOBİNLİ) KUMANDA DEVRESİ

23 Şekil 19 Kumanda devreleri a- motor koruma kullanılmış b-termik ve sigorta kullanılmışağir YÜKLERDE DİREK YOL VERME Bu yöntem motorun 30 sn den daha uzun sürmesi yük altında kalkması durumunda uygulanır. Başta -Q11 VE -Q14 kontaktöleri birlikte çalışır k1 zaman rölesinde ayarlı zaman tamamlandığında Q14 durur. Şekil 20 GÜÇ DEVRESİ- KUMANDA DEVRESİ Kumanda devresinde zaman rölesi düz zaman rölesi (on delay time relay) olup çalışma şekli bobinine enerji geldiğinde ayarlanan süre sonunda kapalı kontağı açılır açık kontağı kapanır.

24 MOTORA İLERİ GERİ YÖNDE YOL VERME (ENVERSÖR YOL VERME ) Şekil 21 faz yönü değişimi ile motor yönü değişir Şekil 22 Güç devresi a-motor koruma kullanılmış b- termik ve sigorta kullanılmış c- akım trafolu termik ve sigorta kullanılmış

25 Şekil 23 a- Kumanda devresi butonsal kitlemeli stop edilmeden diğer yöne çalışmaz b-butonsal kitlemeli stop etmeden diğer yöne çalışır Devrede iki yollu yani hem normalde kapalı kontağı hem de açık kontağı olan buton kullanılmıştır I Yazılı butona basıldığında bir yöne II yazılı butona basıldığında diğer yöne döner O butona basıldığında stop eder. İKİ DEVİRLİ (DAHLENDER) SARGILI MOTORA YOL VERME Asenkron motorların devir sayısı 60 f d/dk n dakikadaki devir sayısı f şebeke frekansı 50 Hz 2p 2p çift kutup sayısı yani motor 4 kutupluysa 2p yerine 2 ve 3 devirli motorlarda kutup sayısı değiştirilerek devir değişimi sağlanır n= Motor kutup sayısı P MOTOR STATOR DEVRİ MOTORUN GERÇEK DEVİR SAYISI 2 KUTUPLU 3000 d/dk 2870 d/dk 4 KUTUPLU 1500 d/dk 1420 d/dk 6 KUTUPLU 1000 d/dk 950 d/dk 8 KUTUPLU 750 d/dk 735 d/dk Not: Motorun gerçek devir sayısı motorun sarım sayısına yüküne göre azda olsa değişim gösterir

26 Şekil 24 dahlender sargılı motor bağlantısı yavaç devir hızlı devir Motor iki devirli ise 6 tane bağlantı noktası vardır bunlar şekilde 1U,1V,1W ve 2U,2V,2W ile gösterilmiştir Yavaş devirde çalıştırmak üç fazlı şebeke uçlarını 1U,1V,1W uçlarına bağlar 2U,2V,2W uçlarını boş bırakırız. Hızlı devirde çalıştırmak için 1U,1V,1W uçlarına kısa devre eder 2U,2V,2W şebeke uçlarını bağlarız. Şekil12 de güç bağlantısı yapılmıştır. Şekil 25 Çift hızlı Dahlender sargılı motora yol verme

27 Şekilde 0 buton stop I Buton yavaş ileri (Q17) II Buton Hızlı ileri (Q21-Q23) III Buton Hızlı Geri (Q22-Q23) ÜÇ FAZLI ASEKRON MOTORA YILDIZ ÜÇGEN OTOMATİK YOL VERME (AUTOMATİC STAR DELTA) Motorların şebekeden çektiği kalkış akımını düşürmek için kullanılan yöntemdir. Bir motora yıldız üçgen yol verebilmesi için motor etiket bilgisinde de 380 V yazması gerekir Şekil 26 Motor etiketi üçgen de 380 V ile çalışmaktadır

28 Şekil 27 Motorun yıldız(start) ve üçgen(delta) terminal bağlantısı Görüldüğü üzere motor yıldız ve üçgen bağlantıda etiken değerlerinin uygun olması gerekir Yıldız bağlantıda U ln =Şebeke gerilimi 380V U ln = 3 U W U W =sargı üzerine düşen g erilim 220 V Üçgen (delta) bağlantı da ise sargı gerilimi şebeke gerilimine eşittir ikisi de 380 V kaynak akımı ile sargı akımı arasında IW sargı akımı I ln hat akımı I ln = 3 I W

29 Şekil 28 yıldız üçgen bağlantı Şekil 29 yıldız üçgen yol verme güç devresi -Q13 yıldız -Q15 üçgen -Q11 Ana kontaktör olarak kullanılmıştır Şekil 30 yıldız üçgen güç şeması

30 Şekil 31 kumanda şeması Şekilde yıldız üçgen zaman rölesi kullanılmıştır. Yıldız üçgen zaman rölesi Star düğmesine basıldığında enerjilenmekte yıldız çektikten sonra ana kontaktör enerjilenmekte ve Q11 jontağı ile mühürlenmektedir. Yıldız kontaktörünün önce devreye alınması yıldız kontaktörünü nominalakımın 1/3 kadar küçük olmasınıda sağlamaktadır. Şekil 32 İleri geri yıldız üçgen güç şeması

31 Şekil 33 ileri geri yıldız üçgen kumanda devresi ileri dönerken stop etmeden geri dönmez. Şekil 34 ileri geri yıldız üçgen kumanda devresi ileri dönerken stop etmeden geri döner

32 ÜÇ FAZLI ASEKRON MOTORA YUMUŞAK YOL VERİCİ (SOFT START) İLE YOL VERME Yol vericilerde güç kontrol elemanı olarak tristör kullanılır. Faz açısı kontrolü ile motora uygulanan etkin gerilim değeri değiştirilir. Şekil 35 FAZ AÇISI KONTROLÜ VE BAY-PASS KONTAKTÖR Şekil 36 İki hat kontrolü ve üç hat kontrolü şeklinde soft start güç devresi

33 Şekil 37 yumuşak yol verme güç devresi çizimi Şekil 38 SOFT-START gerilim zaman zaman grafiği Motora yol vermede soft-starter kullanımında kalkış akımını yükseltme ve akım sınırlama kalkış rampasını ayarlama arıza durumunu bildirme aşırı akım koruma motora PTC ile ısı koruma faz koruma gibi bir çok koruma ve kontrol özellikleride bulunur.

34 ÜÇ FAZLI ASEKRON MOTORA HIZ KONTROL CİHAZI (Frequency inverter) İLE YOL VERME 0.5 Hz ile 60 Hz ve arasında frekansı v/f eğrisi şeklinde uygular Kullanıcı inverter aldığında bir çok ayarla karşılaşır Motor hareket ayarları *kalkış duruş rampası ayarı *motorun hız ayarı kaynağı *motor çalıştırma yeri Motor koruma ayarları Akım sınırlama gerilim sınırlama tork sınırlama ayrıca bir çok bilgilendirmeyide sürücüler yapar. hata kayıtları, harcadığı güç, anlık akım göstergesi, giriş gerilimi, dc bara gerilimi, motor torku motor devri v.s

35 Şekil 39 frekans çevirici elektrik devresi Ac besleme gerilimi Dc bara Pwm

36