Jeneratörler ve elektrik motorları için uyumlu seçim

Son zamanlarda bir müşteri bize geldi. Müşterimiz yurt dışında bir işlenmiş ürün fabrikası projesi yürütüyor. Yerel şebeke kapasitesi yetersiz ve güç kaynağı kararsız durumda. Dolayısıyla ana güç kaynağını kendi jeneratör setleriyle sağlamaları gerekiyor. Müşterinin en büyük endişesi, fabrikada çeşitli elektrik motorlarının bulunması — bunlar arasında kırıcılar, fanlar ve konveyör bantlar yer alıyor. Jeneratörün küçük seçilmesi halinde güç sağlanamayacağından, büyük seçilmesi halindeyse mali kayıp yaşanacağından endişe duyuyorlar. Jeneratör ile elektrik motorlarının nasıl uyumlu seçileceğini bana sordular.

Bu sorun, sanayi projelerinde oldukça yaygındır: jeneratörler ile elektrik motorlarının uyumlandırılması. Eğer jeneratör yalnızca elektrik motorunun anma gücüne göre seçilirse sorun ortaya çıkar. Temel neden, motorun çalıştırılma anındaki akım darbesinin normal çalışma akımından çok daha yüksek olmasıdır.

Motor çalıştırıldığında, rotorun dönme eylemsizliğini ve yükün direncini yenerek durumdan başlayarak anma devrine kadar hızlanmak gerekir. Bu süreçte motorun stator akımı keskin bir şekilde yükselir. Üç fazlı asenkron motor doğrudan çalıştırıldığında, çalışma akımı genellikle anma akımının 5 ila 7 katı kadardır. Başka bir deyişle, 30 kW’lık bir motorun doğrudan çalıştırılması anında güç kaynağının sağladığı akım gereksinimi 150 ila 210 amper arasında olabilir ve buna karşılık gelen güç gereksinimi, motorun anma gücüne kıyasla çok daha yüksek olur.

Klavye jeneratör Bu darbe etkisine maruz kalan sistemde ana göstergeler, geçici gerilim ayarlama oranı ve toparlanma süresidir. Yüksek akım etkisi altında jeneratör ucundaki gerilim anında düşer. Eğer bu düşüş çok fazla olur veya toparlanma süresi çok uzun olursa, kontaktör kararsız hâle gelir, koruma cihazları yanlış çalışır ve jeneratör doğrudan kapatılır. Bu nedenle jeneratörler ile elektrik motorlarının uyumlandırılması, temelde jeneratörün geçici güç çıkışı kapasitesi ile motorun darbe talebi arasındaki bir dengeleme işlemidir.

Elektrik motorunun başlatma yöntemi, jeneratör seçimi üzerinde en büyük etkiye sahiptir.

Doğrudan başlatma darbesi en büyüktür ve başlangıç akımı kat sayısı yüksektir; bu nedenle küçük güçlü motorlar veya başlangıç torku açısından yüksek gereksinimleri olan ekipmanlar için uygundur. Doğrudan başlatma kullanıldığında, jeneratör Güç, genellikle motor gücünün 2,5 ila 3,5 katıdır. Belirli kat sayısı, jeneratörün uyarma sisteminin performansına bağlıdır. Kalıcı mıknatıslı uyarma veya dijital uyarma ayarı ile donatılmış ünitelerin geçici tepkisi daha iyidir ve bu nedenle kat sayısı uygun şekilde azaltılabilir.

Gerilim düşürerek başlatma, darbeyi azaltmak için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir; bunun örnekleri yıldız-üçgen başlatma ve ototransformatörle gerilim düşürerek başlatma gibi yöntemlerdir. Yıldız-üçgen başlatma yöntemiyle başlangıç akımı, doğrudan başlatmaya kıyasla yaklaşık üçte birine indirilebilir; ancak başlangıç torku da buna paralel olarak azalır ve bu yöntem, yük olmadan veya hafif yükle çalıştırılan cihazlar için uygundur. Bu yöntemle jeneratör gücü genellikle motor gücünün 1,5 ila 2 katı olarak konfigüre edilir.

Günümüzde yumuşak başlatıcılar yaygın olarak kullanılmaktadır. Kontrollü silisyum gerilim regülasyonu sayesinde gerilim düzgün bir şekilde artırılabilir. Başlangıç akımı, anma akımının 2 ila 3 katı arasında tutulabilir. Çalıştırma süreci kararlıdır ve jeneratör üzerindeki etki küçüktür. Yumuşak başlatıcı ile donatıldığında jeneratör gücü, motor gücünün 1,2 ila 1,5 katı olmalıdır.

Frekans çevirici tahriki, en az etki yaratan çalıştırma yöntemidir. Başlangıç akımı temelde motorun anma akımını aşmaz ve jeneratör üzerinde neredeyse hiç etki bırakmaz. Ancak frekans çevirici, doğrusal olmayan bir yük olarak harmonikler üretir. Seçim yapılırken jeneratörün AVR (Otomatik Gerilim Regülatörü) performansına dikkat edilmeli ve gerekirse harmonik filtresi kurulmalıdır.

Başlatma yönteminin yanı sıra yükün doğası da kritik öneme sahiptir. Hava kompresörleri, kırıcılar ve su pompaları gibi ağır yük altında başlatılan ekipmanlar, başlatma süreci sırasında bir yük taşır ve bu durum boş yükte başlatmaya kıyasla daha büyük bir etkiye sahiptir. Aynı anda çalışan birden fazla motor durumunda her bir motorun gücü basitçe toplanamaz. Aynı anda çalışan motorların eşzamanlı çalışma katsayısı dikkate alınmalı ve en olumsuz çalışma koşulları kontrol edilmelidir — örneğin birden fazla motorun aynı anda başlatılması durumu.

Çevresel faktörler de dikkate alınmalıdır. Her 1.000 metrelik rakım artışında jeneratörün çıkış gücü yaklaşık %10 oranında azalır; çünkü havanın seyrelmesi ısı dağıtımını ve yanmayı olumsuz etkiler. Ortam sıcaklığı 40 ℃’yi aştığında güç de azaltılmalıdır. Deniz kenarı ve çöl gibi özel ortamlarda koruma sınıfı ve korozyon direnci düzeyi de buna göre artırılmalıdır.

Müşterinin işleyen fabrikasına geri döndükten sonra, ona şunları sıralamamıza yardımcı olduk: 45 kW'lık bir kırıcı (frekans çeviricisi ile donatılmış, ağır yük altında başlatma), 22 kW'lık bir fan (boş yükte başlatma, yumuşak başlatıcı kullanılarak) ve birkaç küçük güçlü taşıyıcı motoru (doğrudan başlatma). Aynı zamanda işletme katsayısı 0,8 olarak alınmış; en olumsuz çalışma koşulları altında başlatma sırası göz önünde bulundurulmuş ve sonunda kalıcı mıknatıslı uyarma ve dijital gerilim regülasyonu özellikli 120 kW’lık bir jeneratör seti sağlanmıştır. Cihazların ayarlamalarının ardından müşteri tarafından verilen geri bildirimde; ekipmanların sorunsuz başladığını, gerilim dalgalanmalarının kabul edilebilir sınırlar içinde olduğunu ve işletmenin kararlı şekilde sürdüğünü belirtmiştir.

Genel olarak, eşleştirme anahtarı jeneratör ve motor, motorun başlangıç darbesinin doğru değerlendirilmesi ile jeneratörün geçici tepki yeteneğinin uygun şekilde eşleştirilmesidir. Çalıştırma modu, yük özelliği, çevresel koşullar ve çoklu makine koordinasyonu kaçınılmazdır. Seçim sağlam olursa sahada daha az sorun yaşanacaktır.