Bilgiseller / Gemi makineleri ve enerji

Değişken frekanslı sürücüler: motor soğutması, harmonikler ve düşük hız sınırları

Düşük mil gücünü düşük ısıl zorlanma saymadan motor hızı, tork ve ısıyı inverter dalga şekli, besleme harmonikleri ve sistem verimiyle ilişkilendirin.

Bu sayfada

Değişken frekanslı sürücü, motorun elektrik almasını ve proses talebini izlemesini değiştirir. Bu esneklik her motoru her hıza veya göreve uygun yapmaz. Düşük hız soğutması, sürekli tork, geçici akım, yalıtım zorlanması ve şebeke etkileşimi ayrı kısıtlardır. Yararlı değerlendirme birimi; destekleyici soğutma ve koruma işlevleriyle birlikte besleme–sürücü–kablo–motor–yük sistemidir.

Elektrik frekansını mil hızından ayırın

ABB sürücü boyutlandırma rehberi, asenkron motor kaymasını açıklar; motor, dönüştürücü ve yük gereklerini ayırır. p kutuplu asenkron motorda f hertz cinsindeyken senkron hız ns = 120f/p, devir/dakika olur. Dört kutuplu motorun 50 Hz’de senkron hızı 1 500 dev/dak’tır. Belirli yükte gerçek mil hızı 1 470 dev/dak ise kayma (1 500 − 1 470)/1 500 = %2,00 olur.

10 Hz’de karşılık gelen senkron hız 300 dev/dak’tır; ancak gerçek hız yalnız bu sayıyla belirlenmez. Kayma ve kontrol yöntemi yüke, motor özelliklerine bağlıdır. Bu bağıntı her motor teknolojisinin genel hız yasası da değildir. Performans değerlendirmesinde gösterilen çıkış frekansını, kestirilen hızı ve ölçülen mil hızını ayrı tutun.

Kilovattan önce tork talebini karşılaştırın

Varsayımsal sabit tork görevinde 1 500 dev/dak’ta 20,0 kW, T = P/ω = 20 000/[2π(1 500/60)], yaklaşık 127 N·m eder. Aynı tork 300 dev/dak’ta yalnız 4,00 kW mekanik çıkış gerektirir. Güç beşte bire iner; çünkü hız düşmüştür, gereken tork değil.

Bu nedenle motor ısınması yalnız mil gücü azalmasından çıkarılamaz. Tork üreten akım, mıknatıslanma akımı, elektrik kayıpları ve soğutma önemlidir. Sabit tork yükü, uygun benzerlik koşullarında torku yaklaşık hızın karesiyle azalan ideal santrifüj yükten farklıdır. Düşük hızın motoru rahatlatacağını beklemeden önce gerçek yük bağıntısını belirleyin.

Sürekli düşük hız soğutmasını ayrı denetleyin

ABB’nin motor yüklenebilirliği açıklaması, mile bağlı fanla soğuyan asenkron motorun hız düştükçe soğutma kapasitesi kaybedebileceğini, bunun sürekli düşük hız torkunu sınırladığını belirtir. Bağımsız soğutma sınırı değiştirir; ancak kendi kullanılabilirliği ve görevi vardır. Kısa başarılı çalışma, uzun düşük hız yükünde ısıl dengenin kabul edilebilir olduğunu kanıtlamaz.

İlgili kanıt motorun izin verilen yüklenebilirlik eğrisini, ortamı, muhafazayı, görev çevrimini ve çalışan soğutma yolunu içerir. Sürücünün elektriksel akım kapasitesi, seçilen hızda motorun sürekli ısıl kapasitesini aşabilir. Tersine yeterince soğutulan motor, küçük seçilmiş dönüştürücüyü uygun yapmaz. Bütün hız aralığının yanıtı olarak tek etiket kilovatını kullanmak yerine her kısıtı denetleyin.

Yazıdaki varsayımsal sabit tork örneği, 1500 dev/dak ve 20 kW ile 300 dev/dak ve 4 kW değerlerini karşılaştırır. İkisi de yaklaşık 127 N m tork gerektirir. Güç çubukları ortak sıfırdan başlar ve beşe bir oranındadır. Ayrı not, düşük devirde mile bağlı fan soğutmasının zayıflayabileceğini, ısınmanın yalnız mil kilovatından çıkarılamayacağını belirtir.
Yazıdaki varsayımsal sabit tork görevini kullanan, ortak ölçekli özgün güç karşılaştırması. Tork sabitken devir beşte bire inince mekanik çıkış da beşte bire iner. Akımın, kaybın veya sıcaklık artışının beşte bire indiğini kanıtlamaz. Mile bağlı fanla soğuyan motorda düşük hız soğutması azalabilir; gerçek sürekli kapasite motor, soğutma ve sürücü dokümantasyonuna bağlıdır.

Benzerlik yasası tasarrufunu varsayımları içinde kullanın

DOE kısmi yük verimi bilgi notu, sürücü verimini hıza bağlı yük değişimleriyle birlikte ele alır. Ayrı ideal pompa veya fan örneğinde geometrik benzerlik, değişmeyen akışkan özellikleri, ihmal edilebilir statik yükseklik etkisi ve mil gücünün hızın küpüyle değiştiği görev varsayılsın. Tam hızdaki 50,0 kW mil talebi, %80 hızda 50,0 × 0,80³ = 25,6 kW olur.

Yeni noktada motor verimi %92,0, sürücü verimi %97,0 varsayılırsa elektrik girişi 25,6/(0,920 × 0,970), yaklaşık 28,7 kW’dır. Verimler örnek girdileridir; evrensel değer değildir. Statik yükseklik, değişen çalışma noktası, asgari debi ve yardımcı yükler sistem tasarrufunu değiştirebilir. Küp yasası her pompa, sabit tork makinesi veya gemi hizmetinin tamamı için garanti değildir.

Temel frekansı anahtarlama darbelerinden ayırın

DOE motor–sürücü etkileşimi notu, darbe genişlik modülasyonlu çıkışı, hızlı gerilim değişimlerini ve kablo yansımalarının zorlanmasını açıklar. Hızı kontrol eden düşük çıkış temel frekansı, çok daha hızlı anahtarlama deseninden farklıdır. Motor yavaş dönerken yalıtımı tekrar tekrar dik gerilim kenarlarına maruz kalabilir.

Motor uçlarındaki dalga şekli dönüştürücü, kablo ve motora birlikte bağlıdır. Sıradan ölçerdeki RMS gerilim, bütün tepe değerlerini veya yükselme süresini tanımlamaz. Uyumluluk değerlendirmesi gerçek motor yalıtım kapasitesini, sürücü çıkışını ve kurulum kanıtını kullanır. Tarihsel genel gerilim veya kablo uzunluğu örnekleri, modern deniz tesisatı için evrensel sınır sayılmamalıdır.

Besleme harmoniklerini motor tarafı zorlanmasından ayrı tutun

Eaton harmonik açıklaması, harmonik gerilim bozulmasını harmonik akım ve kaynak empedansıyla ilişkilendirir. Doğrusal olmayan giriş davranışı, tek sürücünün yanında ortak elektrik barasını da etkileyebilir. Besleme yapılandırması değiştiğinde aynı akım spektrumu farklı gerilim bozulması yaratabilir. Jeneratör ve kıyı beslemesi kendi doğrulanmış şebeke koşullarıyla değerlendirilmelidir.

Besleme tarafı harmonik bozulması, yüksek frekanslı motor ucu darbelerinden ve ortak mod akımından farklı sorudur. Birini gideren önlem diğerlerini gidermeyebilir. Dalga şeklinin nerede ölçüldüğünü, yükü, kaynak düzenini ve raporlanan büyüklüğün akım mı gerilim mi olduğunu kaydedin. Düşük harmonikli sürücü etiketi, motor yalıtımı veya yatak korumasını tek başına kanıtlamaz.

Harmonik akım örneğini doğru paydayla okuyun

Varsayımsal periyodik giriş akımı 100 A RMS temel, 20 A RMS beşinci ve 10 A RMS yedinci harmonik içersin; diğer bileşenler ve DC ihmal edilsin. Temel bileşen esaslı akım THD’si √(20² + 10²)/100 = 0,2236, yani %22,36’dır. Toplam RMS akım √(100² + 20² + 10²), yaklaşık 102,47 A olur. Bu varsayımlarda farklı frekans bileşenleri RMS kareleri üzerinden birleşir.

Bu gerilim THD’si veya uygunluk değerlendirmesi değildir. Üç frekansta da aynı olan ideal dirençte I²R kaybı, 10 500/10 000 = 1,05 nedeniyle yalnız temel bileşenli duruma göre %5,00 fazladır. Gerçek motorlar, kablolar ve manyetik ekipman frekansa bağlı kayıplar taşır; basit oran tüm ısınmayı tahmin edemez. Harmonik spektrumu ve ekipman modeli gerekir.

Yatak akımı yollarını sistem olarak değerlendirin

ABB Teknik Rehber No.5, yüksek frekanslı yatak akımlarını bütün ortak mod yolu üzerinden ele alır ve farklı azaltma yaklaşımları açıklar. Uygun seçim gerçek akım mekanizmasına ve kuruluma bağlıdır. Titreşim artışı elektriksel aşınmayı tek başına kanıtlamaz; tek yalıtılmış bileşen de bağlı makinedeki her yolu kaldırmaz.

Kanıtın hasar deseni, işletme geçmişi ve uygun elektrik ölçümlerini bağlaması gerekebilir. Topraklama, kablo, filtre ve yatak düzenleri ekipman tedarikçileriyle ve uygulanabilir kurulum gerekleriyle uyumlu olmalıdır. Doğaçlama değişiklik akım yolunu başka yere taşıyabilir veya başka korumayı zayıflatabilir. Bu açıklama doğrulanacak mekanizmaları tanımlar; enerjili elektrik testi talimatı veya topraklama değişikliği izni vermez.

Çalışma sınırlarını bakım boyunca koruyun

Sağlam sürücü sistemi kaydı; motoru ve dönüştürücüyü, hıza göre yük torkunu, sürekli ve geçici görevleri, soğutma bağımlılıklarını, kablo düzenini ve onaylı belgedeki ilgili koruma ayarlarını adlandırır. Uzun düşük hız, hızlanma, frenleme ve soğutma kaybı gibi modları da tanımlar. Tek kararlı hızdaki devreye alma sonucu, bu modların tamamını kanıtlamaz.

Yaygın hatalar; düşük kilovatı düşük motor ısınması saymak, komut frekansını ölçülen mil hızıyla eşitlemek, pompa küp yasasını sabit tork yüküne uygulamak ve tek harmonik veya yatak çözümünü evrensel görmektir. Sonuç hangi sınırların kanıtlandığını, hangilerinin hâlâ değerlendirme gerektirdiğini belirtmelidir. Onarım veya değiştirme yalnız nominal motor gücünü eşleştirmemeli; belgelenmiş sistem uyumluluğunu korumalıdır.

Kaynaklar