25 Temmuz 2014 | ÜRÜN 72. Sayı (Temmuz 2014)

Elektrik enerjisi, çevreye minimum zarar veren yüksek verimle üretilebilen ve dönüştürülebilen bir enerji formudur. Elektrik enerjisinin akılcı kullanımıyla hem tasarruf sağlanır, hem de çevreye daha az zarar verilir. Elektrikle tahrik tekniği, enerji tasarrufunda yüksek potansiyele sahip bir alandır. Modern bir frekans inverteri, herhangi bir standart alternatif akım motorunu, değişken devirli tahrik sistemine dönüştürür. Alternatif akım motorlarının sağlamlığı ve kullanım alanlarının genişliği, inverterler ile oluşturulan elektronik tahrik sistemlerinin başarısında büyük rol oynamıştır. Örneğin tekstil makinelerinde, paketleme makinelerinde, çamaşır makinelerinde kullanılmaktadır. İnverterlerin geliştirilmesindeki temel amaç, elektik enerjisi tasarrufu sağlamaktır. Pompa ve fan uygulamalarında frekans inverteri ile büyük oranda enerji tasarrufuna gidilir. Söz konusu olan tasarruf gaz ve sıvılar için debi veya hava akımının kontrol edilmesidir. Bu kontrolün birden çok yolu vardır:


• Devir sayısını sabit tutarak damperler, bypass ve benzeri yöntemlerle debiyi ayarlamak. Bu yöntem enerji kaybına neden olur.
• Debiyi ayarlamak için devir sayısını değiştirmek.
Alternatif akım asenkron motor ve frekans inverterinden oluşan tahrik sistemi, değişken devir sayılı çalışmayı sağlar. Pazar araştırmaları günümüzde Avrupa’da değişken devir sayılı uygulamaların yüzde 25’inde inverterlerin kullanıldığını göstermektedir. Günümüzde kullanıcıya yeni, geliştirilmiş enerji tasarrufu olanakları sağlayan inverterler sunulmaktadır. Bu noktada inverter kullanımı ile nasıl enerji tasarrufu sağlandığını incelemek gerekir.
Devir sayısını değiştirerek debinin ayarlanması enerji tasarrufu sağlar. Bir pompa ya da fanda devir sayısı ile çekilen güç arasında bağlantı: P~n3. Devir sayısındaki düşüşün çekilen güce nasıl yansıdığı görülmektedir. Devir sayısı yarı yarıya azaldığında, çekilen güç yüzde 80 oranında azalmaktadır. Aşağıdaki grafikte devir sayısı ile çekilen güç arasındaki ilişki görülmektedir.
Bir karşılaştırma ile olası enerji tasarrufu konusunu daha iyi açıklayalım. Hava akımı bir damper vasıtası ile ayarlandığında çekilen güç: P~n
Hava akımı değişken devir sayılı bir tahrik mekanizması ile ayarlandığında çekilen güç: P~n3


Tasarruf edilen güç: Ptasarruf = Pdamper - Pfan
Tasarruf edilen enerji: Wtasarruf = (Pdamper - Pfan). t



Yandaki grafikte damper veya devir sayısı ayarı ile debinin ayarlanmasında çekilen güçler arasındaki fark görülmektedir.
Devir sayısının talep edilen hava miktarına göre değiştirilmesi damper ile yapılan ayara göre enerji tasarrufu sağlar. Tasarruf edilen miktarı çekilen güçler arasındaki farktan bulunur.


Örnek
500 KW’lık bir motorun, damperle ve inverterle kontrolünü kararlaştıralım. Motorun yüzde 60’lık kapasite ile çalışması gerektiğini varsayalım. Birim fiyat: 8.4 cent/ kWh


• Damperle kontrol: 
500 kW x 0.9 x 8.4 cent x 24 hr x 365 = 330.000 USD
• İnverterle kontrol: 
500 kW x 0.3 x 8.4 cent x 24 hr x 365 = 110.000 USD


Bir yılda tasarruf edilen miktar (1) – (2) = 220.000 USD.



Modern frekans inverter ile sürülen bir alternatif akım asenkron motor, değişken gerilim ve frekans ile beslenir. Frekans ve gerilim arasındaki bağlantı U/f eğrisi ile tanımlanır. Gerilim ile frekans arasındaki oran değişken yükler için:


U~f


Gerilimin yük momenti eğrisi ile uyumu bu orana göre sağlanır. Motordaki manyetik akım, motorun yüklenmesiyle orantılı artar. Bu şekilde motorun optimal çalışması sağlanır.





Günümüze kadar uygulanan yöntem, motor eriliminin frekans ile ayarlanmasıydı. Ancak motor maksimum devir sayısı ile çalışırken bile maksimum güç çekilmiyorsa ne yapılabilir? Bu durum, örneğin karşı basınç ile çalışan pompalarda söz konusu olabilir. Geleneksel bir frekans inverter, motor geriliminin ayarlanmasında motorun yüklenme durumunu göz önüne almaz. Motor çok az yüklenmiş ya da boşta çalışıyor olsa bile gerilim sabit kalır ve bu nedenle enerji tasarrufu sağlanamaz.


Modern frekans inverterler, motordan çekilen akıma göre yükü kontrol ederek gerilim ayarı yapar. Motordan çekilen akım, anma akımının altına düşünce “Otomatik Enerji Tasarrufu Fonksiyonu”, gerilimi, çekilen akım sabit kaldığı sürece yüzde 30’a kadar düşürür. Bu durumda aşağıdaki grafikte görüldüğü gibi yüzde 50’ye kadar bir enerji tasarrufu, herhangi bir ek ölçüm sistemine gerek duyulmaksızın sağlanabilmektedir.





Örneğin, Mitsubishi Electric Tur-key’in geniş ürün yelpazesinden FR-F700 serisi frekans inverterleri serisi, olağanüstü enerji tasarruf kapasitesine sahip yeni jenerasyon frekans inverteridir. Enerji tasarrufunun büyük bölümü kalkış, duruş ve özellikle düşük çalışma frekanslarında sağlanır. Konvansiyonel konseptlerle karşılaştırıldığında, örneğin 35 Hz çalışma frekansında FR-F700 serisi ile enerji tasarrufu yüzde 57’yi bulur. Bu inverter fan, pompa ve aşırı yüklenmeye ihtiyaç duyulmayan uygulamalar için idealdir.