Frekans Konvertörlü İndüksiyon Motorların Deneysel Harmonik Analizi

Temiz ve verimli enerji, çağımızın en büyük hedeflerinden biridir. Türkiye’nin endüstriyel yapısı incelendiğinde, özellikle sanayi bölgelerinde, yaklaşık olarak %80 oranlarında indüksiyon motorun kullanıldığı bilinen bir gerçektir. Böyle büyük bir kullanım oranına sahip olan indüksiyon motorların verimliliğini arttırmaya yönelik yapılan işlemlerin olumlu yansıması da, kullanım oranı kadar büyük olacaktır.

A- A+

26.11.2018 tarihli yazı 8101 kez okunmuştur.

İndüksiyon motorlar; fan, pompa ve kompresör gibi uygulamalarda sıklıkla kullanılmaktadırlar. Bu tip uygulamalarda harcanan güç; fan ve pompa için hızın küpü ile kompresör için ise hız ile doğru orantılı olarak değişmektedir. Dolayısıyla ihtiyaç olmadığı durumda yapılacak hız ve kapasite düşümleri, gereksiz enerji kaybının önüne geçerek verimli enerji kullanılmasının yolunu açmaktadır. Bu doğrultuda yapılan çalışmalar neticesinde, son yıllarda gelişen yarıiletken teknolojilerine de paralel olarak frekans konvertörleri, indüksiyon motorların hız ayarlayıcısı olarak bir adım öne çıkmaktadır.

►İlginizi Çekebilir: Yağsız Kompresörler | Dalgakıran Pet Master Serisi

Enerji tasarrufu ve verimli enerji konularında öne çıkan frekans konvertörleri, yapısında bulundurduğu AC-DC doğrultucu ünitesinden dolayı non-lineer bir karakteristiğe sahiptir. Buna bağlı olarak şebekeden çektikleri akımın formu non-sinüzoidaldir. Bu nedenle de şebekede harmoniklerin oluşmasına neden olmaktadırlar.

Frekans konvertörlerinin harmonik analizini yapabilmek için standart olarak yıldız üçgen yol verilen 7,5 kW güce sahip bir indüksiyon motor temel alınmıştır. Yapılan testlerde, akım ve gerilime ait dalga şekilleri ile toplam harmonik bozulma ve güç değerleri, Güç Kalite ve Motor Analizörü yardımıyla ölçülerek, ölçüme ait ekran görüntüleri kaydedilmiştir. Aynı işlemler; motor 0-50 Hz frekans aralığında frekans konvertörü ile kontrol edildiğinde tekrarlanarak her iki durumun farkı ortaya konmuştur.

1)Yıldız Üçgen Yol Verme Durumunda Harmonikler

Şekil 1.1. Yıldız-Üçgen Yol Verme Durumunda Şebeke Gerilim-Akım Dalga Şekli

►İlginizi Çekebilir: Yağsız Kompresörler | Dalgakıran Pet Master Serisi

Şekil 1.2. Yıldız Üçgen Yol Verme Durumunda Gerilim-Akım THB Değerleri

Şebeke tarafında ölçülen, gerilim ve akım için temel bileşen ve harmoniklerin mertebeleri ile genlikleri, Tablo 1’de verilmiştir. İndüksiyon motorun harcadığı elektriksel güçler ise Tablo 2’de verildiği şekildedir.

Tablo 1.1. Yıldız Üçgen Yol Verme Durumunda Akım ve Gerilim Harmoniği Genlik Değerleri

Tablo 1.2. Yıldız Üçgen Yol Verme Durumunda Güç ve THB Değerleri

Tablo 1.2. incelendiğinde harmoniklerin güç faktörü üzerinde az da olsa bozucu etkisi olduğu görülmektedir. Frekans konvertörlerinin kullanımıyla birlikte artan harmonik bozulma neticesinde, temel bileşen için güç çarpanını ifade eden cos∅ ile bozulma gücünü de içeren güç faktörü PF arasındaki fark daha da artacaktır.

2) Frekans Konvertörü Kullanıldığında Harmonikler

Şekil 2.1. Frekans Konvertörü Kullanıldığında Şebeke Gerilim-Akım Dalga Şekli

Şekil 2.1 incelendiğinde akım dalga şeklindeki bozulma, frekans konvertörünün kullanımıyla birlikte büyük oranda artmıştır. Bu artışın nedeni daha önce de bahsedildiği üzere frekans konvertörünün doğrultucu ünitesidir.

Şekil 2.2. Frekans Konvertörü Kullanıldığında Gerilim-Akım THB Değerleri

Şekil 2.2’den de görüleceği üzere frekans konvertörünün kullanımıyla birlikte THB1 değeri büyük oranda artış göstermiştir.

Tablo 2.1. Frekans Konvertörü Kullanıldığında Akım ve Gerilim Harmoniği Genlik Değerleri

Tablo 2.1. incelendiğinde 6 darbeli bir frekans konvertörü için beklenildiği üzere 5. ve 7. harmoniklere ait genliklerin en yüksek değerde olduğu gözlemlenmiştir. (Frekans konvertörünün doğrultucu ünitesindeki doğrultucu (darbe) sayısına bağlı olarak oluşan harmoniklerin mertebelerine ait korelasyon h=np±1 şeklindedir.)

Tablo 2.2. Frekans Konvertörü Kullanıldığında Güç ve THB Değerleri

Tablo 2.2. incelendiğinde yüksek akım harmoniğinden dolayı bozulma gücünün, yıldız üçgen yol verme durumuna kıyasla büyük oranda arttığı gözlemlenmektedir. Bunun dışında frekans konvertörlerinin DC bara ünitesinde bulunan kapasitörler nedeniyle, cos∅ değerindeki iyileşme göze çarpmaktadır. İndüksiyon motora, DC bara ünitesinde bulunan kapasitörler üzerinden enerji verildiğinden, bu durum bir çeşit reaktif güç kompanzasyonu gibi düşünülebilir. Dolayısıyla harcanan reaktif güç düşmüş ve cos∅ değeri bire yaklaşmıştır. Ancak yüksek akım harmonik bozulması nedeniyle bozulma güç faktörü artmış ve gerçek güç faktörünün düşmesine neden olmuştur. Frekans konvertörlü indüksiyon motorlarda elde edilen gerçek güç faktörü, indüksiyon motora yıldız-üçgen yol verildiği durumda elde edilen güç faktörüne oranla bir miktar daha yüksek çıkmıştır. Gerçek güç faktörünü arttırmanın yolu ise harmonik bozulma oranını azaltmaktır. Harmonik filtreler kullanılarak filtrenin türüne göre harmonikler büyük oranda elimine edilebilmektedir.

KAYNAKLAR
[1]. Gülşen, G., Frekans Konvertörlü İndüksiyon Motorların Harmonik Analizi ve Optimum Filtre Tasarımının Belirlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Mersin Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Mersin, 2018.