Frekans konvertörlü enerji geri besleme cihazları tedarikçileri, modern endüstriyel otomasyon üretiminde pompaların, fanların ve diğer ekipmanların uygulama kapsamının giderek genişlediğini hatırlatmaktadır. Elektrik enerjisi tüketimleri, deflektörlerin, vanaların ve diğer ekipmanların kısma kayıpları ve günlük bakım ve onarım maliyetleri, maliyetin neredeyse %20'sini oluşturmaktadır. Bu, önemli bir üretim gideridir. Ekonominin gelişmesi, reformların derinleşmesi ve piyasa rekabetinin yoğunlaşmasıyla birlikte, enerji tasarrufu ve tüketim azaltımı, ürün kalitesini iyileştirmek ve üretim maliyetlerini düşürmek için giderek önemli bir araç haline gelmiştir.
1. Değişken Frekanslı Enerji Tasarrufu Teknolojisinin Temel Teorisi
Frekans dönüşüm teknolojisinin temel prensibi, elektrikli ekipmanlar tarafından kullanılan alternatif akımın frekansının uzun süre sabit kalmasıdır. Frekans dönüşüm teknolojisinin uygulama alanı, frekansı ayarlanabilir ve serbestçe kullanılabilir bir kaynak haline getirmektir. Günümüzde en aktif ve hızla gelişen değişken frekans teknolojisi, değişken frekans hız düzenleme teknolojisidir.
Frekans dönüşüm teknolojisi, bilgisayar teknolojisi, güç elektroniği teknolojisi ve klik iletim teknolojisini içerir. Mekanik ekipman ile güçlü ve zayıf elektriği birleştiren kapsamlı bir teknolojidir. Güç frekans akımının sinyalinin, çoğunlukla yarı iletken bileşenler aracılığıyla elde edilen diğer frekanslara dönüştürülmesini ifade eder. Ardından, alternatif akım doğru akıma dönüştürülür ve invertör, elektromekanik ekipmanın kademesiz hız regülasyonunu sağlarken akımı ve voltajı düzenler. Özetle, frekans dönüşüm teknolojisi, akımın frekansını değiştirerek bir motorun hızını kontrol etmek ve böylece motor ekipmanını etkili bir şekilde kontrol etmektir. Tüm bunlar, akım frekansı ve motor hızındaki yıllık artış temelinde elde edilir. Frekans dönüşüm teknolojisinin özelliği, motorun sorunsuz çalışmasını sağlaması, hızlanma ve yavaşlamayı otomatik olarak kontrol etmesi ve iş verimliliğini artırırken enerji tüketimini azaltmasıdır.
Frekans dönüştürücülerin günlük kullanımında ağırlıklı olarak doğrudan tork kontrolü ve vektör kontrolü kullanılmaktadır. Frekans dönüştürücülerin gelecekteki gelişiminde yapay sinir ağları ve bulanık öz optimizasyon kontrol yöntemleri kullanılacaktır. Ayrıca, frekans dönüştürücüler gelişmeye devam ettikçe, kapsamlılıkları da giderek artacaktır. Temel hız düzenleme işlevlerini yerine getirmenin yanı sıra, dahili olarak ayarlanan haberleşme, programlama ve parametre tanımlama işlevlerine de sahiptirler.
2. Frekans dönüştürücünün enerji tasarrufu prensibi
2.1 Değişken frekanslı enerji tasarrufu yöntemleri
Akışkanlar mekaniğine göre güç = basınç * akış hızıdır. Akış hızı ve hızın birinci kuvveti orantılıdır, basınç hızın karesiyle orantılıdır ve güç hızın küpüyle orantılıdır. Su pompasının verimi sabitse, akış hızı azaldığında hız orantılı olarak azalacaktır ve çıkış gücü de kübik olarak azalacaktır. Dolayısıyla, su pompasının hızı motorun güç tüketimiyle yaklaşık olarak orantılıdır. Örneğin, 55 kW'lık bir su pompası motoru orijinal hızının %80'ine ayarlandığında güç tüketimi 28 kW/saat olur ve %48 güç tasarrufu sağlar. Ancak hız orijinal hızının %50'sine ayarlanırsa güç tüketimi saatte 6 kilovat olur ve güç tasarrufu oranı %87'ye ulaşır.
2.2 Enerji tasarrufu için güç faktörü kompanzasyonunun benimsenmesi
Reaktif güç, ekipmanın ısınmasına ve kablo aşınmasının artmasına neden olmakla kalmaz, daha da önemlisi, güç faktöründeki düşüş, elektrik şebekesinin aktif gücünde de düşüşe yol açar. Sonuç olarak, elektrik hatlarında büyük miktarda reaktif enerji tüketilir ve bu da ekipman verimliliğinin düşmesine ve ciddi israfa neden olur. Değişken frekanslı hız düzenleme cihazı kullanıldıktan sonra, frekans dönüştürücünün içindeki filtreleme kapasitörü sayesinde reaktif güç kaybı daha da azaltılır ve bu da elektrik şebekesinin aktif gücünü artırır.
2.3 Enerji tasarrufu için yumuşak başlatma yönteminin kullanılması
Motorun Y/D veya doğrudan marşla çalıştırılması nedeniyle, marş akımı nominal akımın dört ila yedi katıdır ve bu da elektrik şebekesi ve elektromekanik ekipmanlar üzerinde ciddi etkilere neden olabilir. Dahası, bu durum elektrik şebekesinin çok yüksek bir kapasiteye sahip olmasını gerektirir, bu da marş sırasında nispeten büyük bir akım üretir ve titreşim sırasında valf ve deflektörlerde önemli hasara neden olur; bu da boru hatları ve ekipmanların kullanım ömrü için oldukça zararlıdır. Frekans konvertörlerinin kullanımı, akımı sıfırdan başlatmak için frekans konvertörünün yumuşak başlatma işlevinden yararlanır ve maksimum değer nominal akımı aşmaz. Bu nedenle, elektrik şebekesi üzerindeki etki ve güç kaynağı kapasitesi gereksinimleri büyük ölçüde azalır ve valf ve ekipmanların kullanım ömrü önemli ölçüde uzar.
3. Değişken frekanslı enerji tasarrufu teknolojisinin uygulama örnekleri
Değişken frekanslı enerji tasarrufu sağlayan ekipmanın yenilenmesi için örnek olarak, 160 kW'lık bir sirkülasyon suyu pompasına değişken frekanslı hız kontrol cihazı kurulumunu kullandık. Yenileme öncesi ve sonrası elektrik tüketimini test ettik ve oldukça tatmin edici sonuçlar elde ettik.
3.1 Frekans dönüşümünden önceki kontrol modu
Bir sirkülasyon suyu pompasının çalışmasında, proses gereksinimleri nedeniyle debi değiştiğinde, pompanın gerçek debisini değiştirmek için pompanın çıkış ve giriş açıklığının ayarlanması gerekir. Bu ayarlama yöntemine kısma ayarı denir. Bu örnekte, çıkış ve giriş vanalarının açıklığı yaklaşık %60'tır. Enerji kullanımı açısından bu, oldukça ekonomik olmayan bir ayarlama yöntemidir.
3.2 Frekans dönüşüm dönüşümünden sonra kontrol modu
Bir sirkülasyon suyu pompasının çalışmasında, proses gereksinimleri nedeniyle debi değiştiğinde, hem giriş hem de çıkış vanaları tamamen açılır. Motor hızı ayarlanarak, uygun debiyi elde etmek için uygun ve yeni bir çalışma noktası bulunabilir. Mevcut duruma ve saha ihtiyaçlarına göre manuel veya otomatik kontrol uygulanabilir. Bu örnekte, debiyi sık sık ayarlamaya gerek olmadığından, motorun gerçek çalışma frekansı, mevcut duruma ve saha ihtiyaçlarına göre 40 Hz olarak belirlenmiş ve esas olarak enerji tasarrufu sağlamak amacıyla manuel kontrol tercih edilmiştir.
4. Değişken frekanslı hız düzenleme sistemi kullanıldıktan sonra çalışmadaki değişiklikler
Tamamen yumuşak bir başlangıç sağlandı. Motor çalıştığında, rotor hızı giriş güç kaynağının frekansıyla kademeli olarak artar ve bu da hızda yumuşak bir artış sağlar. Tüm sistemin başlangıç süresi yaklaşık 20 saniye olarak ayarlanmıştır; bu süre, sistem üzerinde herhangi bir etki yaratmaz ve orijinal başlangıç yönteminden daha yumuşaktır.
Elektrik şebekesinde kullanılan akım da önemli ölçüde azaltılarak elektrikli ekipmanların kullanımı daha güvenli hale getirildi. Aynı zamanda, frekans azaldıkça motor devri de düşerek mekanik aşınma ve arıza olasılığı ile bakım maliyetleri önemli ölçüde azaldı. Su pompasına elektrik enerjisi sağlayan trafo, güç kaynağı kapasitesinin büyük bir kısmından tasarruf sağladı. Sadece aktif yük azaltılarak bile yaklaşık 50 kilovatlık bir kapasite tasarrufu sağlandı ve bu da ekipmanın kullanım verimliliğini artırdı. Motorun güç faktörü de buna bağlı olarak iyileşerek motorun daha ekonomik çalışmasını sağladı.
Frekans dönüşüm teknolojisinin kullanımı, ürün kalitesini artırmış, enerji tüketimini azaltmış, enerji tasarrufu sağlamış ve işletmelerin ekonomik faydalarını daha da artırmıştır. Frekans dönüşüm hız düzenleme teknolojisinin uygulanması, enerji tasarrufu sağlamak için bu ekipmanların dönüştürülmesini gerektirir.