Ayarlanabilir Hız Kontrol Cihazları ile Yüksek Verim, Düşük Maliyet

👤Tolga Büyükbaş, Hareket ve Hız Kontrol Ürün Yöneticisi - Schneider Electric
Altivar 212 ve devreye alma grafik paneli Santrifüjlü pompa veya fan uygulamalarında AC kontrol cihazlarının kullanılması, enerji tasarrufu sağlamanın ve bakım maliyetlerini azaltmanın en iyi yolu olmuştur ve olmaya devam edecektir. Hava akışı damperleri, giriş kılavuz kanatları ve çekme valflerini ortadan kaldırıp, hava ve sıvı akışını bir AC kontrol cihazı ile kontrol eden kullanıcılar, enerji ve bakım maliyetlerini azaltmıştır. Şimdiye kadar çoğu üreticinin AC kontrol cihazları, optimum akış sağlamak için motorun gereksinim duyduğu gücü azaltarak benzer oranlarda enerji tasarrufu sağlamıştır. Bu yazıda, kullanıcıların santrifüjlü pompa ve fan uygulamalarında tipik AC kontrol cihazları yerine Altivar 212 kontrol cihazları kullanarak geliştirebilecekleri çalışma verimliliği, elde edebilecekleri maliyet tasarrufu ve bu ek tasarrufları sağlayan Altivar 212 kontrol cihazı teknolojisi anlatılmaktadır. Altivar 212 kontrol cihazı çalışma verimliliğinde ne kadar artış sağlar? Altivar 212 kontrol cihazı, santrifüjlü pompa ve fan uygulamalarında tipik AC kontrol cihazlarına kıyasla %3 - %5 oranında daha fazla çalışma verimliliği sağlayabilir. Tipik çalışma döngüsü ve enerji maliyetleri temel alındığında %3 - %5 oranındaki bir verimlilik artışı, 11 kW motor üzerindeki tipik bir AC kontrol cihazına kıyasla, bir yıl içinde döngü başına 120 $-195 $ tasarruf sağlayabilir. Şekil 1´de farklı motor boyutlarında, Altivar 212 kontrol cihazı, tipik bir AC kontrol cihazı ve klasik kontaktör kontrolü ile tahmini enerji maliyetleri gösterilmektedir. Şekil 2´de, tipik AC kontrol cihazlarına kıyasla bir Altivar 212 kontrol cihazının enerji maliyetindeki tahmini azalma gösterilmektedir. Tasarruf motor sayısı ile çarpıldığında, Altivar 212 kontrol cihazının sağladığı yıllık tasarruf miktarı dikkate değer boyuta ulaşır. Altivar 212 kontrol cihazı teknolojisinde farklı olan nedir? Altivar 212 kontrol cihazlarının, pompa ve fanlarda kullanılan tipik AC kontrol cihazlarına göre daha fazla verimlilik sağlamasına olanak tanıyan temel tasarım ilkeleri şunlardır: • Benzersiz ve optimum güç katı tasarımı • Motor kontrol algoritması ve güçlü motor kontrol mühendisliği DC barası kapasitans değeri, aynı kW gücündeki tipik bir AC kontrol cihazı kapasitör değerinin yaklaşık beşte biri olacak şekilde boyutlandırılarak; güç katının tasarımı optimum hale getirilmiştir. Bu nedenle tasarım C-Less teknolojisi olarak da adlandırılmaktadır. C-Less teknolojisi, kapasitör şarj döngüsü sırasında gözlemlenen ani akım yükselmelerini büyük ölçüde azaltarak, giriş akımı dalga biçimi özelliklerini değiştirir. Giriş akımı harmonikleri ve giriş hattı RMS akım değerlerinin düşmesiyle birlikte, toplam giriş akımı çekimi azaltılmıştır. Bu, tipik AC kontrol cihazlarında kullanılan AC hat reaktörleri, değişken endüktanslı bobinler veya DC bara bobinleri olmadan gerçekleştirilmiş olup daha iyi performans sergilemektedir. Şekil 3´te, 75kW, 6-pulse AC kontrol cihazının tipik giriş gerilimi ve akım dalga biçimleri gösterilmektedir. Çift tepeli dalga biçimi, kapasitörler şarj olurken tepe akımının 300 A değerine yükseldiğini göstermektedir. Şekil 4´te, 75kW Altivar 212 kontrol cihazının tipik giriş gerilimi ve akım dalga biçimleri gösterilmektedir. Giriş akımı dalga biçimindeki büyük değişikliğe dikkat edildiğinde; akım tepelerinin sadece 190 A´ya kadar yükseldiği görülür. Azaltılan kapasitans nedeniyle giriş akımı, kare şeklinde bir dalga biçimidir ve büyük harmonik akımlar oluşturan geniş çift tepeli dalga biçimi görülmemektedir. Bu kare şeklindeki akım dalga biçimi, daha düşük harmonik akımlar üretir ve RMS giriş akımını azaltır. Şekil 5’te, standart hız kontrol cihazı ile Altivar 212’nin değişken tork uygulamasında farklı hızlarda çalışırken gösterdikleri harmonik bozulma seviyeleri görülmektedir. Hat reaktörleri, değişken endüktanslı bobinler ve DC bara bobinlerinin ortadan kaldırılmasıyla azalan güç katının direnci, enerji kayıplarını azaltır ve Altivar 212 kontrol cihazı ile fazladan enerji tasarrufu sağlar. Altivar 212 kontrol cihazının ikinci temel tasarım özelliği, motor kontrol algoritması ve motorda sorunsuz bir sinüsoidal dalga biçimi üretmek için kullanılan güçlü motor kontrol işlemcisi mühendisliğidir. Daha az DC bara kapasitansı olduğundan, DC barasında daha fazla DC dalgalanması olur. Motor kontrol algoritması ve işlemci, bu dalgalanmayı yönetmek ve santrifüjlü pompalar ve fan uygulamalarındaki motorlara güç sağlamak için uygun olan motorlarda sorunsuz bir sinüsoidal dalga biçimi üretmek amacıyla tasarlanmıştır. Altivar 212 kontrol cihazı teknolojisinin (C-Less) faydaları nelerdir? Bu teknolojinin üç faydası aşağıda ayrıntılarıyla anlatılmıştır: 1. Harmonik azaltma, hat reaktörleri, değişken endüktanslı bobinler veya DC bara bobinlerine kıyasla; daha düşük maliyette en iyi sonucu vermektedir. Bu reaktörler ve bobinlerin ve bunların kurulacağı alan için gereksinimin ortadan kalkması, tipik bir tesisatta maliyeti %6 oranında azaltır. Altivar 212 kontrol cihazının harmonik azaltma faydaları hakkında daha fazla bilgi ve harmonik azaltma tekniklerinin bir karşılaştırmasına Schneider Electric’in web sitesinden ulaşılabilir. 2. Giriş hattı akımının azalması, kablo maliyeti ve aşırı akım koruma cihazı maliyetlerinden tasarruf sağlar. Altivar 212 kontrol cihazı C-Less teknolojisinin bir faydası ise; giriş hattı akımının, tipik AC kontrol cihazlarına kıyasla daha az olmasıdır. Şekil 6 ve 7´de, bir 11 kW hız kontrol cihazlarında RMS akımındaki azalma gösterilmektedir. Şekil 6, tipik bir AC kontrol cihazında kapasitörler şarj oldukça oluşan çift tepeli dalga biçimini göstermektedir. RMS akım değerinin 20,53 A olduğuna dikkat edilmelidir. Şekil 7´de ise Altivar 212 kontrol cihazı gösterilmektedir. Kapasitörler şarj oldukça oluşan dalga biçimi tepeleri çok daha düşüktür. RMS akım değerinin 14,25 A ve tipik bir AC kontrol cihazından %30 daha az olduğu görülebilir. Altivar 212 kontrol cihazlarında C-Less teknolojisi, şarj döngüsü sırasındaki yüksek tepe akımını azaltarak RMS giriş akımının daha düşük olmasını sağlar. Şekil 8´de, farklı kW gücündeki birçok tipik AC kontrol cihazının giriş akımları gösterilmektedir. Grafikte görüldüğü üzere, Altivar 212 kontrol cihazının giriş hattı akım değerleri daha düşüktür. Daha düşük giriş hattı akımı, kablo boyutları ve aşırı akım koruma cihazlarının daha küçük boyutlandırılmasına olanak tanıyarak, tipik AC kontrol cihazlarına kıyasla toplam maliyetleri %4 oranında azaltır. 3. Tipik AC kontrol cihazlarından daha iyi olan güç faktörü, çalışma verimliliğini artırır. Altivar 212 kontrol cihazı için tasarlanan teknolojinin üstün çalışma verimliliğine katkı sağlayan bir diğer faydası ise, güç faktörünün tipik AC kontrol cihazlarına kıyasla daha gelişmiş olmasıdır. Altivar 212 kontrol cihazı, birçok AC kontrol cihazında olduğu gibi tam dalgalı doğrultucular kullanarak, gelen AC gücünü DC gücüne dönüştürür. Akım dalga biçimi, tipik AC kontrol cihazı tasarımına göre gerilim dalga biçimiyle daha çok fazda veya adımda olduğundan, Altivar 212 kontrol cihazı giriş bölümünün optimum tasarımı ve azaltılmış DC bara kapasitansı, hız aralığı boyunca AC gücünü daha verimli bir şekilde DC gücüne dönüştürür. Güç elektroniği sistemlerinde, aktarılan faydalı güç miktarı aynı olduğunda, düşük güç faktörlü bir yük, yüksek güç faktörlü bir yükten daha fazla akım çeker. Yüksek akımlar, enerji kaybını artırır ve daha büyük kablolar ve aşırı akım koruma ekipmanları gerektirir. Bu yazıda daha önce bahsedildiği gibi Altivar 212 kontrol cihazının giriş akımları daha düşüktür. Şekil 9´de, farklı hızlardaki/yük profillerindeki birçok farklı tipik 11 kW AC kontrol cihazının güç faktörleri gösterilmektedir. Grafikte gösterildiği gibi Altivar 212 kontrol cihazı, santrifüjlü pompa ve fan uygulamalarında karşılaşılan hız/yük aralığında yüksek güç faktörünü korur. Yüksek güç faktörü, Altivar 212 kontrol cihazının daha verimli çalıştığı, kayıpları minimuma indirdiği, elektrik yükü güç kalitesini geliştirdiği ve santrifüjlü pompalar ve fan uygulamalarındaki AC kontrol cihazlarına kıyasla çalışma verimliliğine %5 oranında katkı sağladığı anlamına gelir. Gözlemlenen çıkış akımı neden bazen giriş akımından yüksek olur? Birçok AC kontrol cihazında, genellikle gelen akımdan daha yüksek çıkış akımı gözlemlenir. Bu gözlem Altivar 212 kontrol cihazına özel değildir. Bu durum, ürün tasarımında kullanılan teknoloji nedeniyle Altivar 212 kontrol cihazlarında daha sık gözlemlenir. Bu durum, iki nedenle meydana gelebilir: 1. Tipik AC kontrol cihazının girişindeki güç faktörü, tipik AC endüksiyon motorunun güç faktöründen çok daha yüksektir. Tipik bir AC kontrol cihazı kapasitör bankının güç faktörü düzeltme etkisi vardır ve tam yükte genellikle %93 - %96 aralığında yüksek bir güç faktörü sergiler. Endüksiyon motorlarındaki akım akışı gerilimi artırır ve tipik olarak %85 - %87 aralığında daha düşük faktörler sergiler. Motor güç faktörü, motor tasarımı ve yapısına göre farklılık gösterir. Düşük bir güç faktörüyle motor, yüke güç sağlarken daha fazla akım çeker. Daha yüksek güç faktörü, Altivar 212 kontrol cihazının santrifüjlü pompalar ve fan uygulamalarındaki AC kontrol cihazlarına kıyasla daha verimli çalışması, yüksek güç kalitesine katkı sağlaması ve çalışma verimliliğini geliştirmesi anlamına gelir. 2. AC kontrol cihazlarında giriş gerilimi sabitken, çıkış gerilimi hız aralığı boyunca farklılık gösterir. Giriş ve çıkışlardaki bu farklı güç kombinasyonları, gelen akımdan daha yüksek çıkış akımı sergileyebilir. Çıkış akımı giriş akımını aşabilir ancak aynısı, güç için geçerli değildir. Bir AC kontrol cihazında dahili kayıplar nedeniyle toplam güç girişi güç çıkışından daha fazladır. Bu kayıplar, ekranlara, LED´lere ve soğutma fanlarına güç sağlamadan ve güç bileşenlerindeki kayıplardan kaynaklanabilir. Değişken tork yüklerine uygulanan AC kontrol cihazları, kısmi yük koşullarını karşılamak için gerekli hızın ve beygir gücünün azaltılması ile zaman içinde büyük enerji tasarrufu sağlar. Altivar 212 kontrol cihazının tasarımı bu dahili kayıpları en aza indirerek tipik AC kontrol cihazlarına kıyasla daha verimli çalışır. Altivar 212 kontrol cihazının faydaları Altivar 212 kontrol cihazları, santrifüjlü pompa veya fan uygulamalarındaki tipik AC kontrol cihazlarına kıyasla daha yüksek verimlilikle çalışır ve maliyetlerin düşmesini sağlar. Giriş akım harmoniğini azaltan ve daha uzun gerilim düşüşünde devrede kalabilme yeteneği sağlayan AC kontrol cihazı çözümleri bulunmaktadır. Ancak, bu kontrol cihazları daha verimsiz çalışır ve maliyetleri daha fazladır. Altivar 212 kontrol cihazı, maliyet-fayda analizinde benzersiz bir konuma sahip sağlam bir çözüm sağlar. Özet olarak Altivar 212 kontrol cihazı; • Hat reaktörleri, değişken endüktanslı bobinler ve DC bara bobinlerine kıyasla daha düşük harmoniği sağlarken; gerekli panel alanının azaltılması ve bileşenlerin ortadan kaldırılmasıyla %6’ya varan maliyet tasarrufuna imkan sunar, • Giriş hattı akımlarının azaltılması, kablo boyutu ve aşırı akım koruma cihazı maliyetlerini azaltarak %4 oranında toplam maliyetleri düşürür, • Gelişmiş bir güç faktörü ile kontrol cihazı ve giriş kablolarında kaybın minimuma indirilmesiyle çalışma verimliliği, tipik AC kontrol cihazlarına göre %5 oranında gelişmiştir.