Motor Verimliliğini Artırmada 5 Önemli Faktör

Dünyadaki enerji sektöründeki en önemli sorunlardan biri hiç şüphesiz ki enerji verimliliği. Piyasaya çıkarılan yeni bir teknik cihazın bir öncekine nazaran geliştirilmesi beklenen en önemli parametresi enerji verimliliğidir. Günlük hayatta kullandığımız birçok cihazın bünyesinde barındırdığı elektrik makineleri ise verimlilik açısından gün geçtikçe daha iyi yerlere geliyor. Peki bu verimliliği hangi parametreler etkiliyor?

A- A+

29.01.2017 tarihli yazı 13018 kez okunmuştur.

Motor Verimlilik Enerji

Standart elektrik motorlarının verimleri çalışma aralıklarının çoğunda yüksüz durumda iken genellikle %80'lerin üzerine, tam yükte ise %90'ların üzerine çıkabilen cihazlardır. Buna karşın yüksek enerji tüketimi ve çok sayıda kurulu ünitelerle birlikte motor verimliliğindeki küçük rakamsal oynamalar bile maliyet üzerinde büyük etkilere neden olmaktadır. Motor verimliliğini etkileyen en önemli faktör, yüke aktarılamayan enerji olarak tanımlanan kayıplardır. Kayıplar temel olara iki gruba ayrılabilir. Bunlar yükten bağımsız yani artan veya azalan yükle değişmeyen kayıplar ve yüke bağımlı yani yük ile birlikte artan veya azalan kayıplardır.

Motor verimliliği yüke aktarılan gücün artmasıyla artar buna karşılık ise kayıpların artmasıyla azalır. Bu olgularla verimliliğin artırılması ya kayıpların azaltılmasıyla ya da aktarılan gücün artırılmasıyla gerçekleşir. Bu iki olgunun herhangi biri ile dolaylı olarak bağlantılı olan ve verimliliğin üzerinde etkisi olan çeşitli faktörler aşağıda sıralanmıştır.

1) İletken İçeriği

Sargılardaki direnç kayıpları akımın karesi ile orantılı olarak artar ve genel olarak toplam kaybın yaklaşık %35'lik kısmını oluşturur. Bu direnç kayıpları sargılarda daha kalın tel ve daha fazla bakır kullanılarak azaltılabilir.

Motorda daha fazla bakır hem sargılar hem de stator yuvası için daha fazla alan gerektirdiğinden manyetik devredeki malzeme hacmi azaltılacak ve bu durum erken doyuma ve demir kayıplarına yol açacaktır. Sonuç olarak manyetik çekirdeğin uzunluğunu ve bazen de çapını artırmak gerekmektedir. Bu durumda artan uzunluk normal olarak tahrik ünitesindeki çıkıntının artırılması ile bağdaştırılır. Çünkü bakır kayıpları yüke bağlı olduğundan bakır miktarının artırmanın yararı yüksek yüklerde en belirgin şekilde görülür. Ayrıca bakır direnci pozitif bir değer olduğundan sıcaklık arttıkça da kayıplar artar.

Sıradan Bir Elektrik Motorunda Yük/Kayıp Eğrisi

►İlginizi Çekebilir: Pompa Sistemlerinde Yüksek Verimlilik için 14 Yol

2) Manyetik Çelik

Manyetik çelik, motorların en pahalı parçasıdır. Bu nedenle kullanılan toplam miktardaki ufak bir artış bile motor üretiminde istenmeyen bir durumdur. Motorlarda demir kayıpları iki tiptir. Bunlar;

Histerezis kaybı ve foucault akımı kaybıdır.

Histerezis kaybı çeliğin bir özelliği olan ve lineer olmayan akış yoğunluğu/mıknatıslanma kuvveti bağlıdır. Bu kaybı en aza indirgeyebilmek için düşük enerji kaybı ve yüksek alan geçirgenliği sağlamak gereklidir. Yani mıknatıslanması kolay olan çelik seçilmeli ve bu çelik 1.8 teslaya kadar yüksek akış yoğunluklarında doymuş olmamalıdır.

Foucault akımı kayıpları ise stator tabakasında indüklenen akımdan kaynaklanmaktadır. Foucault akımı kayıplarının azaltılması tabaka kalınlığının azaltılması ve bitişik tabakalar arasında iyi izolasyonların sağlanması yoluyla gerçekleştirilebilir. Daha ince tabakalar üretmek doğal olarak daha maliyetlidir ve işlenmesi zor olduğundan seçilen kalınlıklarda daima ufak da olsa teoriden bir taviz verilmektedir.

Mıknatıslanma ve Histerezis Eğrileri

►İlginizi Çekebilir: Motor Etiketi Nasıl Okunur?

Manyetik kayıplar özellikle beslemenin harmoniklerle bozulduğu zamanlarda önemlidir. Çünkü foucault akımı kayıpları frekansın karesiyle artarken histerezis kayıpları frekansla doğru orantılı olarak artar. Manyetik çeliği daha maliyetli bir şekilde üreterek kullanmak çalışma aralığının tamamındaki kayıpların azalmasını sağlar. Fakat yüke bağlı bir durum olmadığından özellikle düşük yüklerde daha yüksek verim artışı sağladığı gözlemlenir.

3) Isıl Tasarım

Teknolojinin ilerlemesiyle birlikte gelişen yeni modelleme teknikleri optimize edilmiş soğutma akışına, azalan boşluklara ve daha düşük bakır kayıplarına izin verdi. Daha düşük kayıplar ve daha iyi ısıl tasarım ise daha düşük çalışma sıcaklıklarına ve dolayısıyla da daha uzun malzeme ömrüne olanak tanıdı.

4) Aerodinamik

Çoğu elektrik motoru havanın sargılardan entegre bir fan vasıtası ile çekilip gövde üzerine boşaltılmasıyla soğutulur. Bu durumda hava akışı karmaşıktır. Daha düşük gürültü seviyelerinde daha verimi bir soğutma elde etmek için fan ve motor kapağı tasarımında bilgisayar modellemesi kullanmak daha mantıklı bir çözüm olmaktadır.

5) Üretim ve Kalite Kontrol

Motor montajı esnasında manyetik çelikteki zorlanmaların uygulanması demir kaybını %50'ye kadar artırabilir. Tasarım aşamasında montaj teknikleri hesaba katılara ve taşıma yöntemlerine dikkat edilerek imalat sırasında oluşan demir kaybındaki bu artış ihmal edilebilir oranlara düşürülebilir. Stator ve rotor arasındaki dış merkezlilik harmonik akı üretir ve dolayısıyla daha yüksek kayıplara neden olabilir.

Standart (75kW) ve Yüksek Verimli Motorların Verimlerinin Karşılaştırılması

Yukarıda sıralanan iyileştirmelerin bir motor üzerinde oluşturacağı toplam etki verim bazında tam yükte yaklaşık %3'lük bir etkidir. Fakat verimde küçük gibi görünen bu değer kayıplar açısından bakıldığında yaklaşık %30'luk bir kaybın önlenmesi demektir. Düşük yüklerde ise kayıplar neredeyse yarı yarıya kadar indirgenebilmektedir. Bu ise oldukça etkileyici bir enerji verimliliği sağlamaktadır.

Kaynak:

►electrical-engineering-portal