Mitsubishi Electric frekans inverterleri ile enerji tasarrufu
Elektrik enerjisi, çevreye minimum zararla, 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. Bu yazıda frekans inverterleri ile enerji tasarrufu olanakları anlatılacaktır.
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 inverter ile büyük oranda enerji tasarrufu sağlanır. 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 devbir 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 %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 yada 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 %80 oranında azalmaktadır. 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
Grafikte damper veya devir sayısı ayarı ile debinin ayarlanmasında çekilen güçler arasındaki fark görülmektedir.
Devir sayısının talep edilen hava miktarına gore değiştirilmesi damper ile yapılan ayara göre enerji tasarrufu sağlar. Tasarruf edilen miktar çekilen güçler arasındaki farktan bulunur.
Örnek:
500KW’lık bir motorun, damperle ve inverterle kontrolünü kararlaştıralım. Motorun %60’lık kapasite ile çalışması gerektiğini varsayalım. Birim fiyat: 8.4 cent/ kWh
• Damperle control: 500 kW x 0.9 x 8.4 cent x 24 hr x 365 = 330.000 USD
• İnverterle control: 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 yada 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 %30’a kadar düşürür. Bu durumda aşağıdaki grafikte görüldüğü gibi %50’ye kadar bir enerji tasarrufu herhangi bir ek ölçüm sistemine gerek duyulmaksızın sağlanabilmektedir.
Örneğin; Mitsubishi Electric Turkey’nin 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 35Hz çalışma frekansında FR-F700 serisi ile enerji tasarrufu %57’yi bulur. Bu inverter Fan, Pompa ve aşırı yüklenmeye ihtiyaç duyulmayan uygulamalar için idealdir.
Mitsubishi
