DEĞİŞKEN DEBİLİ SİSTEMLER VE POMPALARA YOLVERME METODLARI


DEĞİŞKEN DEBİLİ SİSTEMLER
Çok çeşitli nedenlerden ötürü, kullanıcılar genellikle aşırı büyük motorlar satın alırlar. Proseslerde gerçekleştirilen testlerde ve uygulamalarda, büyük seçilen motorların nominal yüklerinin sadece yüzde 50-60 oranlarında çalıştığı gözlenmiştir. Kayıplar ve enerji sarfiyatı gibi diğer dezavantajlarının yanında bir motorun nominal yükünün altında çalıştırılması verimsizlik olarak tanımlanır. Çok düşük yükte çalışan motorların daha küçük boyutlu motorlarla değiştirilmesi sistem verimliliğini arttırır.
Hydraulic Institute tarafından yapılan bir araştırmada gelişmiş ülkelerde tüketilen enerjinin % 20 si pompalar tarafından tüketilmektedir. İyi bir sistem dizaynı ve uygun pompalar kullanılarak pompaların tükettiği enerjinin % 30 azaltılabileceği aynı yayında belirtilmektedir. Bizlerin görevi pompaların enerji tüketimini en az düzeye getirmek ve enerji tüketiminin çevreye etkilerinin azaltılmasına katkıda bulunmaktır.
Pompa seçiminde ilerideki ihtiyaçları da göz önüne almak için pompa debisinin %25, basma yüksekliğinin %10 arttırılarak sipariş edilmesi yaygın bir uygulamadır. Bu uygulama ile pompalar en iyi verim noktalarından uzaklarda çalıştırılmakta, debi fazla geldiği için de vana kısılarak debiyi ayarlamak mecburiyeti doğmaktadır.
Frekans konvertörleri ile yakın zamanlarda güç elektroniğindeki gelişmelerle enerji kayıpları azaltılıp fiyatları izafi olarak ucuzladığı için pompaların değişken devirli olarak kullanılması yaygınlaşmaya başlamıştır. Bu uygulamada devir sayısını azaltmak ve arttırmakta mümkün olduğundan pompa seçiminde ilerideki ihtiyaçları göz önüne almak için büyük debili pompa seçmektense kullanma şartlarına uygun pompa seçilerek sistem karakteristiğini değiştirmeden konvertör yardımıyla dönme sayısı ayarlanan elektrik motoru ile tahrik edilen pompalarla istenen debinin sağlanması mümkün olmuştur.

DEĞİŞKEN DEBİ ELDE ETME USULLERİ
• Pompayı ihtiyaç olunca çalıştırmak. (Kesintili Çalıştırma)
• Sistemi bir depodan besleyerek pompayı depo seviyesine göre bir zaman saati vasıtasıyla veya elle kesintili çalıştırmak.
• Pompayı devamlı çalıştırarak akışkanın bir bölümünü depoya geri döndürmek. (by-pass)
• Pompa çıkışındaki debi kontrol vanası ile sistem karakteristiğini değiştirerek debiyi ayarlamak.
• Sabit devirli elektrik motoru ile pompa arasına hidrolik veya elektriki kavrama koyarak pompa devrini debi veya basınç ihtiyacına göre ayarlamak.
• Çalışan pompa sayısını değiştirmek. (paralel pompalar)
• Normal asenkron motorun frekans değiştirici yardımı ile uygulanan gerilim ve frekansı değiştirerek
pompanın sistem gereksinimini karşılayacak devirde dönmesini sağlamak.

Pompalarda debi değişimi çeşitli yöntemlerle sağlanabilir. Kontrol vanası, by-pas vanası, çalışan pompa sayısının değiştirilmesi, pompaların kesintili çalıştırılması gibi pompa dışı yöntemlerin yanında; pompa performansını değiştiren değişken devirli pompa kullanımı gelmektedir. Frekans konvertörleri devir sayısı ayarlanabilen veya değişken güçlü motorlarla tahrik edilen pompalarda, değişken debi sağlanması için olduğu gibi teknolojik mecburiyetler dolayısı ile de kullanılır. Eğer değişken debi ve basınç (pompa ve fan uygulaması) altında çalışılması gerekiyor ve bu itibarla yüksek güçlü motor tercih edilmesi gerekiyorsa frekans konvertörü (hız kontrol sürücüleri) kullanılması hem motorun korunması, hem de işletme koşullarına sağlanan kontrol kolaylığı açısından temel gereklilik olmuştur. Hız kontrol cihazları, üst sınır motor tork değerini %400’e kadar arttırabilirler ve hızlanma-yavaşlama periyotlarında tam bir kontrol sağlarlar.

STATİK BASMA YÜKSEKLİĞİ DEĞİŞİMİNİN HIZ KONTROLUNA ETKİLERİ
Statik basma yüksekliğinin hız kontroluna etkisini değerlendirebilmek için aynı pompanın üç değişik sistemde statik basma yüksekliğinin 0-60-100 m. olarak değiştirerek aynı debi ve basma yüksekliğinde (Q=250 m3/h, Hm=100 m.) çalışmakta olduğunu varsayalım. Diğer bir deyişle statik basma yüksekliği, toplam basma yüksekliğinin % 0 ile %100 arasında değişsin.
Bir pompanın çalışma noktası pompa karakteristiği ile sistem karakteristiğinin kesişme noktasıdır. Değişik statik basma yüksekleri için (Hs=0 Hs=60 Hs=100) sistemlerin ve pompanın karakteristiğini birlikte düşünelim. Bu eğriler Q=250 m3/h ve Hm=100 m. noktasında kesişmektedir. Pompanın devir sayısını % 20 azalttığımızda:
Statik basma yüksekliğinin bulunmadığı Hs=0 durumunda pompanın maksimum verim eğrisi sistem karakteristiği ile üst üste geldiği için pompa daima en iyi verim noktasında (%84) verimle çalışacak ve pompa debisi Q=200 m3/h ve basma yüksekliği Hm=65 m olacaktır.
Devir sayısı %80 ve Hs=60 durumunda pompa debisi 150 m3/h ve basma yüksekliği Hm=75 m olmakta fakat pompa verimi %75 e düşmektedir.
Sürtünme kayıplarının bulunmadığı Hs=100 durumunda ise pompa çalıştığı halde hiç su basamamakta ve adeta bir su ısıtıcısı gibi çalışmaktadır. Statik basma yüksekliğinin fazla olduğu sistemlerde devir sayısının azaltılması sırasında böyle duruma düşmemek için dikkatli olunmalıdır. Böyle çalışma pompanın ciddi bir hasar görmesine sebep olabilir.

SİSTEM DEBİSİNİN KARAKTERİ
Sistem gereksinimleri çok çeşitli olabilmektedir. Örneğin, bir sistem sabit ve devamlı bir debi isterken, bir diğeri iki sınır değer arasında devamlı değişen bir debi veya başka bir sistem sabit veya değişken debili ve kesintili bir işletme isteyebilir. Bu sistemlerin kombinasyonları da söz konusu olabilir. Her bir sistem kendi içinde değerlendirilmeli ve ona göre çözüm aranmalıdır. Bir sistem için uygun olan çözüm bir başkası için uygun olmayabilir.
Debi kontrolünün en çok kullanılan yöntemi vana ile kısma yapıp sürtünme kayıplarını arttırarak sistem karakteristiğini değiştirmek suretiyle istenen debiyi sağlamaktır.
Diğer bir yol ise pompanın devrini azaltarak benzeşim kuralları gereğince pompa karakteristiğini değiştirerek sistem karakteristiği ile kesim noktasını ayarlamaktır. Örneğin pompa %80 hızda çalıştırıldığında karakteristiğin kesim noktası sistem eğrisini 200 m3/h ve Hm=65 m noktasında keser.
Sabit devirli pompanın 250 ve 200 m3/h te çektikleri güçler 82,87 ve 76,3 kW tır. Elektrik motorunun verimini %92 olarak kabul edersek şebekeden çekilen güç 90,07 ve 82,93 kW olacaktır.
Halbuki devir düşürülerek yapılan ayar sonucu 200 m3/h debide mil gücü belirgin bir biçimde azalacaktır.
(43,35 kW) . % 80 hızda motor ve sürücü veriminin %88 olduğunu göz önüne alarak tüketilen enerji 82,93 kW’tan 48,22 kW düşecektir ki bu vana ile kısmaya gore % 41,85 azalmaya tekabül etmektedir.
İşler maalesef her zaman bu kadar kârlı ve basit değildir. Frekans değişimi ile debi kontrolü, basma yüksekliğinin tamamen sürtünmelerden oluştuğu sistemlerde başarı ile kullanıldığı halde statik basma yüksekliği payının artmasıyla olay daha karmaşık hale gelmektedir.
Değişken devirli pompalarda konvertörlerin tam yükteki kayıpları % 2-6 arasındadır. Devir sayısı azaltılınca yüklerde büyük ölçüde azalacağından hem elektrik motorunun hem de frekans değiştiricinin verimleri azalmaktadır.
Değişken devirli pompaya karar vermeden önce aşağıdaki hususların hatırlanması yerinde olur.
Sabit devirli pompalar en iyi verim noktalarından uzakta çalıştırıldığında verimi düşük olur. Eğer çalışma noktası en iyi verim noktasından uzakta değilse sistem veriminiz iyi olacak ve pompaj probleminiz ekonomik olarak sabit devirli pompalarla çözülmüş olacaktır. Sürtünme kayıplarının az olduğu sistemlerde, debisi Q olan bir pompa yerine Q/2 debili iki pompa size hem Q/2 de hem de Q debisinde maksimum verimde çalışma olanağı verecektir. Seçimde pompa sayısının çoğaltılması, kesintili çalışma, depolama yöntemleri de göz önüne alınmalıdır. Burada paralel pompalar kullanılmalı ve birine takılacak frekans konvertörü ile debi değişimi sağlanarak, diğer pompalar softstarter yardımıyla sürülerek istenen debi sağlanmalıdır.
Değişken devirli pompalar, debinin az olması istendiği sürece, basma yüksekliğinde azalma meydana geldiği için sistem veriminde iyileşme sağlar.
Seçim yapılırken daima “sabit devirli pompalarla bu problem çözülebilir mi? “sorusu göz önünde tutulmalıdır.
Toplam basma yüksekliğinde statik basma yüksekliği payının çok olduğu durumlarda verimli bir debi kontrolü paralel pompalar kullanarak sağlanır. Debi değişken değil ise teknolojik mecburiyet olmadıkça en iyi çözüm en iyi verim bölgesinde çalışan sabit devirli pompadır ve bu pompalarda softstarter kullanımı en uygunudur.
Bugünlerde pompaların seçiminde ömür boyu maliyet göz önüne alınmaktadır. Satınalma kararı verilirken aşağıdaki hususların göz önüne alınması tavsiye edilmektedir.
• Yatırım maliyeti (pompa-sistem-borular-yardımcı servisler)
• Montaj ve işletmeye alma maliyeti.
• Enerji maliyeti.
• İşletme maliyeti.
• Bakım-onarım maliyeti.
• Arıza süresinde üretim kaybı maliyeti.
• Çevresel maliyet. (pompalanan akışkanın yaratacağı çevresel zararı onarım maliyeti)
• Ömrü biten pompanın söküm ve atım maliyeti.

FREKANS KONVERTÖRLERİ
Sürücüler motorları tasarruflu çalıştırmak için değil, iyi kontrol edebilmek için tasarlanmışlardır. Normal bir AC motoru, sabit yükle, sabit bir kondansatör gurubuyla kompanze edebilmeniz mümkünken, sürücülü durumda sürücünün kendi handikapları yüzünden kompanze etmek zorlaşır. Bir defa sürücü anahtarlama yapan bir cihazdır bu nedenle bol bol harmonik üretir. Bunun için seçilecek sürücüde mutlaka (genelde opsiyon olarak sunulur) harmonik ve EMC filtrelerin olmasına dikkat edilmelidir.
Hemen her sürücüde büyük alüminyum soğutucular ve fanlar görürsünüz, bunlar ısıya dönüşen kayıp enerjiyi devreden uzaklaştırmak içindir. Ayrıca her sürücü güç faktörü kolaylıkla düzeltilebilecek motoru, daha karmaşık sistemlerle çözülebilecek duruma sokar. 0.9 cos φ değeri bile bir sürücü için iyi bir değerdir. Güç faktörü 1’e yakın bir değerde istenirse girişte kompanzasyon yapmak uygun olacaktır. Elektronikçiler Power factor correction denen konuyla uzun süredir uğraşılmaktadır. Bu sistem sürücü ve benzeri cihazlarda güç katsayısının kötüleşmesini önlemektedir. Dolayısıyla güç faktörünün düşük olduğu durumlarda ilave olarak kompanzasyon yapmak kaçınılmazdır.
Özetle sürücüde temel üç tür kayıp vardır.
1. Açma kaybı
2. Kapama kaybı
3. İletim kaybı
Sürücüler bir motoru kalkış ve duruş anında yapılan yumuşak kalkış haricinde daha tasarruflu hale getirmezler, kontrolünü kolaylaştırırlar. Kontrol kolaylığı haricinde işletme yöntemi nedeniyle basınç, debi, hız, kontrolü özelliğinden dolayı bir tasarruf sağlıyorsa sağlanacak ilave tasarruf budur. Direkt tork kontrolü, yükteki değişimlere çok hızlı bir şekilde tepki verir ve prosesi her hız seviyesinde korurlar. Yük yükseklidiğinde ya da düştüğünde, hız kontrol cihazı çok hızlı bir şekilde, hızla ilişkili olarak torku karşılaştırır ve otomatik olarak olması gereken seviyeye getirir.
Eğer basınç kontrolü ve devir kontrolü yapmayacaksanız konvertöre gerek yok softstarter işinizi görecektir. Pompalar daimi hızda çalışarak işi bitince duracaksa frekans konvertörü pahalı bir çözümdür. Eğer pompanız çok ise kontrol kartı ile ya da gelişmiş bir frekans konvertörü yardımı ile tek pompayı, sıralı olarak diğer pompaları soft starterlerle çalıştırarak eşit yaşlanma yapılabilir. Softstarter gerilim kırpma mantığı ile çalıştığı için kalkış esnasında motor gücünü düşürür, sürücüler ise frekans ayarı yaptığı için gücü pek fazla etkilemez. Her ikisi de kalkış ve duruş esnasında düşük akım çekildiğinden tasarruf aynıdır.

Yol Verme Yöntemleri ve Kalkış Akımları
Yol Verme Tipi --------------------------------------Kalkış akımı (Tam Yük Akımının (FLA) %’si)
Frekans Konvertörü ile Yol Verme -------------------%100
Softstarter ile Yol Verme---------------------------------%100-250
Yıldız-Üçgen Yol Verme----------------------------------%150-450
Oto-trafo ile Yol Verme-----------------------------------%400-500
Kısmi sargı ile Yol Verme-------------------------------%400-500
Doğrudan Yol Verme-------------------------------------%600-800

Sürücüler motorların gerilim veya akımı ile oynamazlar, frekans ile kontrol ederler bu yüzden motorlar zarar görmez tam tersine faydası görülür. Çünkü diğer yol verme yöntemlerinde birden hızlanamaz ve şebekeden 1,5 – 8 katı arasında fazla akım çeker ve bu motor sargılarına zarar verir, zamanla sargılar aşınır ve yanar.


HIZ DEĞİŞİM FORMÜLÜ
Hız (d/d) = Frekans (Hertz) x 120/Kutup sayısı

Frekans ----------2 kutuplu motorlar ------------4 kutuplu motorlar
50 Hz ----------------------3000 d/dk-------------------------1500 d/dk
45 Hz ----------------------2700 d/dk-------------------------1350 d/dk
40 Hz ----------------------2400 d/dk-------------------------1200 d/dk
35 Hz ----------------------2100 d/dk-------------------------1050 d/dk
30 Hz ----------------------1800 d/dk--------------------------900 d/dk
25 Hz ----------------------1500 d/dk--------------------------750 d/dk

Fan Hızındaki Değişimin Etkileri aşağıdaki gibi gerçekleşmektedir.
Akış; hızla doğru orantılı olarak değişir Debi2=Debi1x(RPM2/RPM1)
Basınç; hızın karesine göre değişir Basınç2=Basınç1x(RPM2/RPM1)²
Güç; hızın 3.kuvvetine göre değişir Güç2=Güç1x(RPM2/RPM1)³

Formülü ise;

P1 / P2 = (n1 / n2)³

Örnek 1; Yuvarlak rakamlar kullanacağım!
100kW, 1000 d/dk olan bir motor, yıldız üçgende 1000 devirde döner ve 100 kW enerji harcar diyelim.
Siz bunu frekans konvertörü ile 900 devirde çalıştırdığınızda 73kW enerji harcayacaktır.
Formülde yerine koyarsak bu değerleri:

100 / P2 = (1000 / 900)³
100 / P2 = (1.11)³
P2 = 100 / 1,37
P2 = 73 kW
Sonuç olarak 100 kW bir motor, 900 devirde 73 kW enerji harcayacacak, bu sayede %27’lik tasarruf sağlanmış olacaktır.

Örnek 2; Başka bir örnek verecek olursak;
Frekans: 50 Hz -- Basınç: 5,0 bar -- Debi: 400 lt/sn -- Tüketilen güç: 300 kW/h
Frekans: 40 Hz -- Basınç: 3,2 bar -- Debi: 320 lt/sn -- Tüketilen güç: 150 kW/h
Şebekenin 5000 m³ suya ihtiyaç olduğunu düşünürsek;
50 Hz’de 400 lt/sn ile 3,5 saatte 1050 kWh enerji harcayarak ihtiyacı karşılarken,
40 Hz’de 320 lt/sn ile 4,3 saatte 651 kWh enerji harcayarak ihtiyaç karşılanmış olacaktır.
Kaba bir ifadeyle akışı yüzde 20 azaltmak, gücü yüzde 50 düşürmektedir.

Örnek 3; 132 kw'lık bir pompa motoru sabit Hm değerlerinde ve sabit debide çalışmaktadır. Konvertör bağlanırsa ne kadarlık bir verim elde edilir, bunu nasıl hesaplayabiliriz.
Çok kaba tabirle devirde %10'luk bir azalma, enerji tüketiminde %27 kadar bir tasarruf sağlıyor.
Bu hesaplar yükün karakteristiğine de bağlı. Fan uygulaması mı yoksa pompa uygulaması mı? Mekanik kısmın devir-yük eğrisini inceleyerek hangi devirlerde ne kadar güç ihtiyacı olduğunu çıkarabilirsiniz.
Biz küçük güçler için konsinye bir cihazla sürücüsüz ve sürücü ile %90 devirde çalıştırıp iki ölçümü kıyaslıyoruz. Sonra çıkan sonuca göre sürücüyü ya da soft starteri kalıcı olarak monte ediyoruz.
Büyük güçler için tabi bunu yapmak nispeten zor.
Bir de günde kaç defa durup-kalkış yapmasına da bağlı tabii ki.
Verim hesabına baktığımızda, neticede şebekeden yinede 132 kw. enerji çekilecektir, ama; yol verme esnasındaki darbeleri önleyecektir. Sadece bu özellik kullanılacaksa softstarter işinizi görebilir. Fan, pompa gibi yüklerde devirde %30’luk artışın, 100% güç artışına denk geldiği de bir gerçektir. Bu hem motora, pompaya hem de sürücüye zarar verebilmektedir.
Bu itibarla, 300 dakikada dolabilecek bir depo pompa devri azaltılınca anlık güçte düşüşe neden olacak ancak daha çok süre çalışarak dolacak yani akımı az çekecek ama daha çok çalışacağından dolayı toplam çekilen güç yine aynı olacaktır. Bu tür uygulamalarda softstarter kullanımı daha uygun bir seçim olacaktır. Ancak fan ve pompa uygulamalarında hız, momentin küpü ile orantılıdır. Yani hız düşünce kazanç çok daha fazladır. Çeşitli pompa ve fan uygulamalarında akışı düzenlemek için hala ilkel metotlarla kısık vana ayarı yapılmaktadır. Sadece düşük hız gerektiren durumlarda motorların tam hızda çalıştırılması, tamamıyla savurganlıktır. Hız kontrol sürücüleri optimal hız ve kontrol hassasiyeti ile önemli boyutlarda enerji tasarrufu yapılmasına olanak sağlar.

Örnek 4; Uygulamalı bir örnekte,
Sistem pompa istasyonu öncesindeki depodan gelen suyun, pompalar vasıtasıyla şebekeye verilmesi esasına dayanmaktadır. Toplama kuyularından isale hattı ile depoya getirilen su, her biri 315 KW gücünde 380 V. Enerjiyle çalışan 7 adet asenkron motora akuple (Q=420 lt/sn. Hm= 50 mSS. +/- %10 ) pompalar ve elektrikli kelebek vanalardan geçerek şebekeye verilmektedir.
Pompa istasyonunun enerjisi kendisine ait 2*1250 KVA TR postasına ait TR binasından karşılanmakta olup, transformatör AG çıkışındaki ana panoda, iç ihtiyaç şubeleri çıkışlarından başka bir sistemi çalıştırmak üzere pompa binasında bulunan 2 adet (yedekli) frekans konvertörü panosu ile 7 adet soft starter panosuna aynı güçte 9 adet müstakil çıkış sağlanmıştır. Çalışma prensibi olarak hız kontrolünü sağlayacak ekipman frekans konvertörü olup, softstarterlar yumuşak duruş ve kalkış için motorlara bağlanmıştır. Frekans konvertörlerinden biri yedek olup, devredeki konvertörün herhangi bir nedenle arızalanıp devre dışı olduğu takdirde devreye girecektir. Frekans konvertörü 7 adet motordan herhangi birine alınabilmekte, 0-50 Hz arasında frekansı değiştirerek motor devrini 0-1500 d/dk arasında tutarak büyük oranda enerji tasarrufu sağlamaktadır. Ayrıca sistem 400 V AC enerji ile beslendiğinden yüksek gerilimden doğacak çeşitli manevra güçlükleri, frekans konvertörü ile softstarterin PLC üzerinden PC ile haberleşme kolaylığı ayrıca yüksek gerilimdeki malzeme temin ve montajı gibi zorluklar aşılmıştır.
Pompa istasyonu PLC ile bilgisayara bağlanmış sonucunda tam otomasyon sağlanarak sistem prosesi bilgisayar monitöründen izlenmekte hem PC üzerinden hem de konvertör ve softstarter panolar üzerinden kumanda ve kontrol ile parametrelerin girilebilmesi set edilerek değiştirilebilmesi sağlanmıştır.
Sistemin çalışmasında ana parametre basınç olup, bilgisayara set edilen basınç değerini sağlamak üzere ilk önce frekans konvertörü kendisine bağlı motoru devreye almakta, devir 1500 d/dk ulaştığında basıncı istenilen değere getiremediği takdirde, soft starter üzerinden sabit devirli ikinci motoru devreye almaktadır. Örneğin konvertöre bağlı motor 25 Hz de 750 d/dk ile sabit devirli motor 50 Hz de 1500 d/dk hızla gerekli basıncı sağlayamadığı takdirde konvertöre bağlı motor devrini arttırmaya devam ederek 1500 d/dk ya ulaşır. Eğer şebeke basıncı set basıncına ulaşmamışsa, ikinci soft starter üzerinden sabit devirle üçüncü motoru çalıştırarak kendi devrini aşağıya çekmektedir. Şebeke basıncının düşmesi halinde (suya ihtiyacın azalması) kendiliğinden sabit devirli motorları devreden çıkarmaktadır. Eğer depo seviyesi, gece gündüz farklılığı gibi sebeplerle basıncın değişmesi isteniyorsa bilgisayar otomatik olarak girilen sınırları içerisinde set değerini değiştirmektedir.
Frekans konvertörleri seçilirken, en son teknolojiyi sağlayan IGBT (yalıtılmış kapılı bipolar transistör) tüm güç yarı iletkenleri ile harmonik bozulma (distorsiyon) yüzdeleri ile elektro manyetik kirliliği en alt düzeye indiren filtrelere haiz olanlar tercih edilmiştir. Sistemde pompa ve motorların eşit yaşlanmasını temin için bilgisayara girilecek çalışma saatleri ile motorların dönüşümlü olarak konvertörle çalışması sağlanmalıdır.
Frekans konvertörüyle sürülen 315kW bir motorda fan ve pompa için verilen devirdeki değişim, debide lineer, basınçta karesi ile orantılı, güçte küpü ile orantılı teoremi bire bir doğru.
315kW motor 1470rpm de 1600m3/h basmakta ve 305 kW çekmekte idi. 1300rpm'e çekince 1400m3/h bastı ve 225kW güç çekti. Buradan hesap yapınca yılda 75.000 TL enerji tasarrufu hesapladık ve 315kW sürücü kendini yaklaşık 5-6 ayda amorti eder duruma geldi. Diğer motorlar softstarterler vasıtasıyla çalıştığından kalkış-duruş anındaki tasarruflar ve mekanik faydaları ortalama %7 tasarruf sağlamış oldu.

YUMUŞAK YOLVERİCİLER (SOFT STARTERLER)
Motor kalkışı sırasındaki ani deşarjı azaltmak için yıldız-üçgen, kısmi sargı, oto-trafo ve elektronik kontrollü yol vericiler yaygın olarak kullanılır. Bu yol vericilerin hepsi gücü motora sabit frekansta iletir ve bu nedenle motora uygulanan gerilim kontrol edilerek akım belli bir sınır içinde tutulmalıdır. Yıldız-üçgen, kısmi sargı ve oto-trafo yol vericiler gerilimi düşürmek için özel elektrik bağlantıları kullanırlar. Elektronik yol vericileri ise gerilimi düşürmek için SCR’ler kullanırlar. Motorun hızlanmak için belli bir torka ulaşması ge¬rekir ve bunun için yeterli gerilime ihtiyaç vardır. Bu nedenle gerilim düşür¬me ancak belli bir sınıra kadar mümkündür. Mümkün olan en fazla gerilim düşürme ile bile motor kalkış sırasında iki ya da dört kez tam yük amperi (FLA) çeker. Buna ek olarak yıldız-üçgen yol verme ile ilişkili hızlı ivmelenme kayış ve diğer güç aktarma elemanlarında aşınmaya neden olur.
Direk yolvermede motorlar doğrudan başlatıldıkları zaman, motorun nominal akımının 8 katı değerinde çok yüksek bir sargı akımı oluşabilir. Bu akım, önlenemez bir şekilde kaynak iletkenlerini, kaynak sistemini ve seri bağlı şalt tesisini yükleyebilir. Ayrıca, direk yolvermede zaman aşırı derecede bir dönme momenti oluşur. Bu sarsıntı sürülen motora baskı yapmakla kalmaz aynı zamanda makine mekaniklerini yükler. Örneğin öncelikli güç ileten kısımları (V kayışı, dişliler, vb)
Bu başlama akımını azaltmak için önceden yıldız-üçgen kombinasyonları kullanılıyordu. Yıldız-üçgen devresinde, motor akımı üçgen bağlantıya göre üçte bir akım değerindedir. Motorun nominal dönme momenti değerine nominal akım değerinde ulaşmasını sağlamak için, belirli bir kurma zamanı sonrasında, yıldızdan üçgene anahtarlama gerekir. Bu kaynak sistemini etkileyen akım piklerine sebebiyet verir. Ayrıca, sürücüyü aşırı derecede yükleyen dönme momenti pikleri de vardır. Bu etkileri önlemek için soft starterleri kullanmak daha duyarlı bir davranıştır. Terminal gerilimi sürekli artırılarak, motor dönüşü sarsıntısız olarak ivmelendirilir. Motorda olduğu gibi kaynak sistemi en uygun yolla çalıştırılır. Yani soft starterler paradan kazandırır, motoru korur (ömrünü uzatır), kurulum masraflarından kazandırır ve azalan başlama akımına bağlı olarak daha az yer kaplayan kaynak iletkenlerini önerir.

SOFT STARTERLERİN ÇALIŞMASI
Tristörler kullanılarak bir faz açısındaki kesme gerilim kontrolü gerçeklenir. Bu faz kontrolü, motor terminal geriliminin kurulabilir başlangıç değerinden sistem kaynak gerilimine yükseltilmesine olanak sağlar. Sonuçta ilgili başlama akımı ve dönme momenti sürme şartlarına en uygun olarak ayarlanabilir. Yıldız-üçgen kombinasyonlarına göre, bu çözüm sadece daha küçük yük besleyici büyüklüğü avantajını önermez, ayrıca, sadece üç motor çıkışının kurulmasına öncülük eder. Daha önce vurgulandığı gibi, üçgenden daha yüksek bir anahtarlama oluşmadığında dönme momenti ve akımda aşırılılık oluşmaz. Sonuçta kaynak sistemi ve motor korunmuş olur.
Soft starter, motor ile şebeke arasına direkt bağlanır. Motor akımı ve gerilimi soft starter tarafından kontrol edilir. Soft starter motorun devreye girmesi sırasında şebeke voltajını, %30 değerinden başlayarak %100 değerine kadar, kontrol ederek motora tatbik eder. Soft starter voltajı küçüldükçe motor voltajı şebeke voltajına yaklaşır. Motorun devreden çıkarılması durumunda şebeke voltajını %100 değerinden %30 değerine kadar kontrol ederek şebekeden ayrılmasını sağlar.
Motora soft starter ile yol vermede ilk önce şebeke geriliminin %30’u uygulanır, bu sırada motor şebekeden fazla akım çekecektir. Motorun nominal akım bilgisi mikro işlemciye daha önceden girilmiş olacağından, mikro işlemci motor voltajını yükseltecektir.
Motorun momenti (Tork) ; Md = k x U olduğundan voltajın zamana bağlı olarak yükselmesi ile motorun torku da yavaş yavaş yükselecek ve motor dönmeye başlayacaktır. Motor voltajı şebeke voltajına eşit olduğundan motor nominal hıza ulaşacaktır. Böylece motor şebekeye ve işlemcilere darbe yapmadan devreye girecektir. Bu olayın tersinde motor yumuşak duruş yapacaktır.
Ani duruş ve kalkışlar olmadığından koç darbesi, aşırı akım, mekanik kilitleme ve pompa su yük etkilerinden kurtularak motorun ve pompanın ömrü uzamış olacaktır.

SOFT STARTERLERİN AYARLANMASI
Soft starterler temelde en az üç olası kurulum önerir.
Bunlar; sistem gerilimini yüzdesi olarak başlangıç başlama gerilimi veya – saniye cinsinden başlama tırmanma zamanı veya – durma iniş zamanı. Başlatma gerilimi, kurulu başlama tırmanma zamanı içinde nominal motor gerilimine yükseldiği değerdir. Bağlı motor pürüzsüz ve hızlı bir şekilde tam hıza ulaşır. Durma iniş zamanı, nominal motor geriliminin kapama gerilim değerine (kurulu başlatma gerilimi ile genelde aynıdır) kapanma komutu verildiğinde düşürüldüğü zamandır.
Softstarter seçimi ve nerelerde kullanılacağına ilişkin örnekler frekans konvertörü örnekleri içinde detaylı olarak geçmektedir. Şimdi burada softstarter bağlanmış bulunan, direkt depoyu besleyen 55 kW gücünde bir dalgıç pompalı kuyudaki değişikliklere göz atalım.
Bilindiği üzere şamandra ile depolara çalışan kuyularımızda pompalar sıklıkla durma ve kalkma gerçekleştirmektedir. Kuyumuza takılan soft starter cihazının yumuşak kalkış ve durdurma özelliğinden dolayı önceki çalışma düzeninde dalgıç pompa üzerinde meydana gelen koç darbeleri dolayısıyla pompa deformasyonu ile yatak parçalanmaları önlenmiş olmaktadır.
Sistemdeki gerilim dalgalanmaları daha iyi gözlenebilmekte gerektiği takdirde aşırı gerilim yükselmesi ya da düşmelerinde cihaz pompayı devre dışı yapmaktadır.
Cihaz üzerinde aşırı akım açtırma değerleri ile arıza parametrelerinin set edilebilme imkânı dolayısıyla sistemin daha iyi gözlenerek kontrol altında tutulması sağlanmaktadır.
Yapılan endeks takibi neticesinde soft starter sistemi, kalkış-duruş anındaki kontrolü ve aşırı akım korumaları nedeniyle eski çalışma düzenine nazaran %7 oranında enerji tasarrufu sağlamaktadır.
Pazartesi, Kasım 16, 2009 tarihinde Şener İşleyen tarafından kaydedilmiştir | 3 Yorum »

3 yorum: