Eğer endüstriyel alanlarda dolaştıysanız, muhtemelen tasarlandıkları yükün yalnızca yarısını itmelerine rağmen tüm gün 50Hz veya 60Hz güçte çalışan büyük motorlar görmüşsünüzdür. 3 Fazlı Değişken Frekanslı Sürücü (VFD) sistemlerinin tedarikçisi olarak bana her zaman şu soru soruluyor: "Özellikle yalnızca kısmi yükte çalışırken neden eski sabit hızlı motor kurulumumu bir VFD ile değiştireyim?" Kısa cevap şu: Bu eski sabit hızlı motorlar, tam kapasitede çalışmadıklarında tonlarca enerji harcıyorlar ve bir VFD bunu düzeltiyor. Bunun nasıl çalıştığını açıklayalım, sıkıcı mühendislik jargonu yok, sadece mağazalar, fabrikalar ve küçük üretim ekipleriyle yıllardır çalışarak öğrendiğim gerçek dünyaya dair şeyler.
Öncelikle sıkıcı temellerden bahsedelim: sabit hızlı motorlar. Çoğu endüstriyel motor, güç hattı frekansına bağlı olarak tek ve sabit bir hızda çalışacak şekilde üretilmiştir. 50Hz kullanan yerlerde (Avrupa, Asya veya Afrika'nın çoğu gibi), bu, 4 kutuplu bir motor için 1.500 RPM ve 60Hz bölgelerde (Kuzey Amerika, Güney Amerika'nın bazı kısımları) 1.800 RPM'dir. Sorun? Çoğu motor yükü sabit değildir. Yalnızca parçaları yüklerken tam hızda çalışan bir taşıma bandını veya depo dolduğunda yavaşlayan bir pompayı düşünün. Bu sistemlerde hızı geri çevirmek için genellikle bir gaz kelebeği valfi, bir amortisör ve hatta mekanik bir kavrama kullanılır. Ancak bu ekstra donanım yalnızca enerji israfına neden olur; akışı bir vanayla kısıtladığınız her seferde ekstra sürtünme, ısı ve güç israfı yaratırsınız.
Bir VFD mi? Motorun ihtiyacına tam olarak uyacak şekilde güç hattı frekansını ayarlar. Dolayısıyla, motorunuzun tam hızının yalnızca yarısına ihtiyacı varsa, VFD frekansı düşürür ve motor, tüm bu kısma israfı olmadan yavaşlar. Ancak insanları şaşırtan şey şu: Bu verimlilik kazancı, motor tam yükte değil kısmi yükte çalışırken çok daha fazla oluyor. Nedenini açıklayayım.
Motorların yük eğrisi adı verilen bir özelliği vardır; yük değiştikçe verimlilikleri de bu şekilde değişir. Çoğu standart endüstriyel motor için verimlilik, tam nominal yüklerinin yaklaşık %75-85'inde zirveye ulaşır. Bunları %50 yükte çalıştırırsanız, bu verimlilik kolaylıkla %5-10 düşüp %25 yüke iner mi? %20'nin üzerinde bir verimlilik artışına bakıyorsunuz. Neden? Çünkü motor daha az çalıştığında, kendi iç kayıplarının (yataklardaki sürtünme veya sargılardaki elektrik direnci gibi) üstesinden gelmek için gücünün daha fazlasını kullanıyor. Sabit hızlı motorlar buna uyum sağlayamaz, dolayısıyla en yüksek yüke kadar itilmediklerinde aslında güç israfına neden olurlar.
Bir VFD bu betiği çevirir. Frekansı ayarlayarak, motora gönderilen voltajı da ayarlar; bu, Hertz başına Volt (V/f) kontrolü adı verilen bir özelliktir (yüksek performanslı hatlarımızda bu konuda daha fazla bilgiye sahibiz, örneğin bizim3 Fazlı Değişken Frekans Sürücüsüsistemler). Bu, motorun manyetik alanını sabit tutar, böylece hız düştüğünde torkunu korumak için daha fazla çalışmasına gerek kalmaz. Sonuç? Motor kısmi yükte çalışırken VFD bu dahili kayıpları büyük ölçüde azaltır. Enerji Bakanlığı'nın 2022 yılında yaptığı bir araştırma, VFD kullanan fan ve pompaların kısmi yükte çalışırken enerji maliyetlerinde %20-50 oranında tasarruf sağladığını buldu. Sabit hızlı kısma ile %0-5 tasarruf. Geçen yıl konveyör motorlarını VFD'lere geçiren yerel bir gıda işleme tesisinde bunu ilk elden gördüm; bu hatlara ilişkin enerji faturaları 6 ayda %32 düştü ve bu hatlar zamanın yalnızca %15'inde tam hızda çalışıyor.
Durun ama durun; bir sorun yok mu? Bu bana da çok soruluyor. Bazı insanlar VFD'lerin kendi kayıplarını da eklediğinden endişeleniyor, değil mi? Her elektronik cihazın, VFD'nin kendisi için genellikle %2-5 oranında küçük kayıpları vardır. Ancak matematik şu: Motorunuz %50 yükte çalışıyorsa, sabit hız verimliliği belki %80'dir, toplam sistem verimliliği (motor artı kısma) %75 civarındadır. Bir VFD ekleyin, motor verimliliği ~%90'a yükselir, VFD kayıpları %3 olur, yani toplam %87 olur; bu %12'lik bir kazançtır. %25 yükte bile sabit motor verimliliği %65 civarındadır, kısma %10 kayıp ekler, toplam %55. VFD kurulumu: motor verimliliği %82, VFD kaybı %3, toplam %79 — %24 kazanç. Bu sayılar, özellikle 7/24 motor çalıştıran tesisler için hızla artıyor.
Şimdi farklı VFD türlerinden bahsedelim çünkü hepsi aynı şekilde üretilmiyor. Bizim7,5 Kw İnvertör Sürücüsüküçük pompalar veya konveyörler gibi küçük ve orta ölçekli uygulamalar için güçlü bir üründür;Frekans Dönüştürücü 50Hz - 60Hz 3 FazlıBölgeler arasında geçiş yapması gereken tesisler veya yanlış frekansta çalışan eski ekipmanlar için mükemmeldir. Yalnızca tek fazlı gücünüz olsa bile, siziTek Fazlı Frekans DönüştürücüMotorunuzu 3 faza çeviren hattımız veVFD 220v 3 Fazlıküçük ticari kurulumlar için popüler bir seçimdir. Tüm bunların anahtarı, kısmi yükler için eski V/f kontrolünden daha iyi olan vektör kontrolüdür; VFD'nin voltajı daha hassas bir şekilde ayarlamasını sağlar, böylece motor verimliliği çok düşük hızlarda bile yüksek kalır. Bu, özensiz kontrole sahip olabilecek ve düşük yüklerde verimliliğe zarar verebilecek ucuz, isimsiz VFD'lerden büyük bir farktır.
Çoğu insanın bahsetmediği başka bir şey de kısmi yük verimliliğinin motorun ömrüyle nasıl bağlantılı olduğudur, bu da paradan da tasarruf etmenizi sağlar. Kısmi yükte çalışan sabit hızlı motorlar verimsiz olduklarından ve sürekli kısılma kayışlar, valfler ve pompalar üzerinde mekanik strese neden olabileceğinden genellikle ekstra ısıyla uğraşmak zorunda kalır. VFD'ler motorun daha yumuşak, daha tutarlı bir hızda çalışmasını sağlayarak aşınma ve yıpranmayı azaltır. VFD'lere geçişten sonra motor bakım maliyetlerinin, enerji tasarrufunun yanı sıra %25 oranında düştüğünü söyleyen müşterilerimiz oldu. Bu çifte kazanç.
Bunu somutlaştırmak için gerçek bir örnek kullanalım. Diyelim ki bir soğutma pompasını yılda 50 hafta, 7/24 çalıştıran 10HP'lik bir motorunuz var. Bu yılda 8.760 saat demektir. Eski sabit hızlı kurulumda %50 yükte ortalama verimlilik %78'dir. Elektriğin kWh başına maliyeti 0,12 dolardır. Yıllık enerji maliyeti: 10HP x 0,746 kW/HP = 7,46 kW. 7,46 kW x 8.760 saat / 0,78 verimlilik = ~85.000 kWh/yıl. Maliyet: ~10.200$. VFD'ye geçin, %50 yükte ortalama motor verimliliği %90, VFD kaybı %3'tür. Yıllık enerji: 7,46 kW x 8.760 saat / (0,90 * 1,03) = ~70.000 kWh. Maliyet: ~8.400$. Bu, motor başına yılda 1.800 dolar tasarruf demektir. Bu motorlardan 10 tanesinin bulunduğu bir fabrika için mi? Bu yılda 18.000 dolar eder. 5 yılla çarpmak mı? Bu 90.000 $ demektir; tamamen yeni bir VFD kurulumu satın almanıza ve hala paranızın kalmasına yetecektir.
Peki, bir VFD'nin buna değmeyeceği bir zaman var mı? Elbette. Motorunuz, asla yavaşlamayan kritik bir prosesin ana sürücüsü gibi, zamanın %100'ünde %100 yükte çalışıyorsa, çok fazla kazanç göremezsiniz. Ama bu çok nadirdir. Endüstriyel motorların çoğu, çevrimlerinin en azından bir kısmında, bazen de çok fazla, kısmi yükte çalışır. Ana motor yüklerinin ortalama yalnızca %30-40 olduğu, dolayısıyla tasarrufların daha da büyük olduğu mağazalar gördüm.
Buradaki büyük paket mi? Kısmi yüklerde motor verimliliği söz konusu olduğunda, 3 Fazlı Değişken Frekanslı Sürücü sadece hoş bir yükseltme değil, aynı zamanda yapabileceğiniz en uygun maliyetli enerji yatırımlarından biridir. Sabit hızlı kısma nedeniyle oluşan israfı giderir, tam ihtiyaç duyduğunuz anda motor verimliliğini artırır ve hatta bakım maliyetlerini azaltır. Gücünün yalnızca yarısı kadar çalışan motorlar için enerji faturalarına para harcamaktan bıktıysanız veya hangi VFD'nin kurulumunuza uygun olduğunu merak ediyorsanız (küçük bir cihaz mı?)7,5 Kw İnvertör Sürücüsüveya daha büyük3 Fazlı Değişken Frekans SürücüsüTüm tesisiniz için yardım etmek için buradayım. İhtiyaçlarınız hakkında sohbet etmek için ekibimize ulaşın, baskı olmadan, sadece VFD'lerin size nasıl para kazandırabileceği hakkında doğrudan konuşun.
Referanslar
- ABD Enerji Bakanlığı, “Pompa ve Fan Sistemleri için Değişken Frekanslı Sürücüler” 2022.
- Elektrik İnşaatı ve Bakımı, "VFD'ler Kısmi Yükte Motor Verimliliğini Nasıl Artırır?" 2021.
- Uluslararası Elektroteknik Komisyonu, “Dönen Elektrik Makineleri için Verimlilik Sınıfları”, 2020.