Frekans Konvertörü (VFD) ile Fan ve Pompada Enerji Tasarrufu
Tesisinizde bir fana ya da pompaya frekans konvertörü (VFD) takılması öneriliyor ve teklifte güç tüketiminin yarıya ineceği yazıyor. Japonca bir belge aynı cihaza "inverter" diyor ve tasarruf rakamını yen cinsinden bir birim fiyata ve 50 Hz ya da 60 Hz varsayımına dayandırıyor. Bu rakamları bir onay talebine yazmadan önce hangi koşulda geçerli olduklarını bilmeniz gerekir.
Kısa cevap: teoride bir fan %80 devirde çalıştırıldığında mil gücü anma değerinin %51,2'sine düşer, çünkü güç devrin küpüyle değişir. Bu rakam, sistem direncinin tamamen sürtünmeden oluştuğunu varsayar. Statik basma yüksekliği ve sabit momentli yükler tasarrufu azaltır; her zaman anma devrinde çalışan bir makinede ise tüketim artabilir.
Bu yazıda cihazın farklı adları, benzerlik yasaları, VFD'nin damper veya kısma vanasıyla karşılaştırması ve statik yüksekliğin küp kuralını nerede bozduğu anlatılıyor. Ardından tasarrufu hesaplamanın üç yolu, bir kontrol listesi ve Japon tarafa sorulacak sorular geliyor.
İçindekiler
- İnverter, Frekans Konvertörü, VFD: Tek Cihaz, Birkaç Ad
- Benzerlik Yasaları: Güç Neden Devrin Küpüyle Düşer
- VFD ile Damper veya Kısma Vanası
- Statik Basma Yüksekliği: Küp Kuralının Bozulduğu Yer
- VFD Nerede Kazandırır, Nerede Kazandırmaz
- VFD Enerji Tasarrufu Hesabı: Üç Yöntem
- Japon Rakamlarını ve Şartnameleri Okumak
- Montajdan Önce Kontrol Edilecekler
- Kontrol Listesi: Rakamı Sunmadan Önce
- Japon Tedarikçiye Sorular
- Bu Yazının Sınırları
- SSS
- Kaynaklar
İnverter, Frekans Konvertörü, VFD: Tek Cihaz, Birkaç Ad
Japon çizimlerinde, kataloglarında ve kamu kılavuzlarında bu cihaza genellikle inverter (inbata) denir. Türkiye'deki fabrikalarda ise frekans konvertörü, sürücü, hız kontrol cihazı, invertör ya da AC drive adları duyulur; ABD'de VFD, VSD ve AC drive yaygındır. Kesin konuşmak gerekirse VFD, değişken hızlı sürücülerin (VSD) en yaygın türüdür.
Bu yazıda bundan sonra "VFD" kullanılır. Japonca bir belgede motor bağlamında "inverter" geçiyorsa aynı cihaz kastedilir.
Sürücünün neden gerektiğini tek formül açıklar. Senkron devir (d/dk) = 120 × frekans ÷ kutup sayısı olduğundan 4 kutuplu bir motor 50 Hz'de yaklaşık 1.500, 60 Hz'de yaklaşık 1.800 d/dk ile döner. Sabit frekanslı şebekede asenkron motor esasen tek bir devirde çalışır.
VFD, motora verdiği gücü yeniden üreterek bu sınırı kaldırır; Şekil 1 bunu gösteriyor.
Sürücü şebeke gücünü DC'ye çevirir, sonra gereken frekansta AC üretir ve motora gönderir.
Sürücünün içinde AC doğrultularak DC'ye çevrilir ve bir kondansatörle düzleştirilir. Yarı iletken anahtarlar sonra yeni frekans ve gerilimde AC üretir. Japonya Elektrik Üreticileri Birliği (JEMA) belgesine dayanır.
Frekans düştükçe sürücü gerilimi de orantılı olarak düşürür. Sabit V/f kontrolü denen bu yöntem, devir değişirken motordaki manyetik akıyı sabit tutar. Bu yazı fabrikalarda en yaygın eşleşmeyi, yani üç fazlı asenkron motor ve VFD'yi ele alır.
Benzerlik Yasaları: Güç Neden Devrin Küpüyle Düşer
Benzerlik (affinity) yasaları, bir fan ya da santrifüj pompanın devir değişimine nasıl tepki verdiğini anlatır; Japonca belgelerde sojisoku denir. Debi devirle, basınç devrin karesiyle, mil gücü devrin küpüyle orantılıdır. Güç, debi ile basıncın çarpımıyla orantılı olduğundan birinci ve ikinci kuvvet çarpılıp üçüncü kuvveti verir.
N1'den N2'ye devir değişiminde sonuçlar şöyledir:
- Debi: Q2 = Q1 × (N2/N1)
- Basınç: P2 = P1 × (N2/N1)²
- Mil gücü: L2 = L1 × (N2/N1)³
Şekil 2 üç eğriyi gösterir. Japonya Çevre Bakanlığı (MOE) bilgi formunda aynı %80 örneğini kullanır; ABD Enerji Bakanlığı (DOE) ise devirde %20 düşüşün giriş gücünü yaklaşık %50 azalttığını yazar.
%80 devirde debi anma değerinin %80'i, basınç %64'ü, mil gücü %51,2'si olur.
Bu yasalar aynı çarkı, sabit akışkan yoğunluğunu, her çalışma noktasında yaklaşık aynı verimi ve yalnızca boru ya da kanal sürtünmesinden gelen direnci (sıfır debide sıfır direnç) varsayar. Sabit bir kaldırma yüksekliği ya da karşı basınç varsa basınç o kadar düşemez ve güç küpten daha yavaş düşer.
Şekil 2 ideal eğrileri gösterir. Gerçek bir güç ölçer motor ve sürücü kayıplarını da okur, düşük devirde verim de düşer; bu yüzden ölçülen güç hesaplanandan biraz yüksek çıkar. DOE, özellikle küçük sürücülerde, yük azaldıkça VFD veriminin düştüğünü belirtir.
Bu kayıplar ilk bakışta göründüğünden daha az önemlidir. Bir DOE örneğinde, motor verimi %77,8 ve sürücü verimi %86 olan 20 hp (yaklaşık 15 kW) bir egzoz fanı yarım devirde 16,4 kW yerine yalnızca 2,8 kW çeker.
Değişken Momentli ve Sabit Momentli Yükler
Fanlar, pompalar ve blowerlar değişken momentli yüklerdir: moment devrin karesiyle düşer, güç de küpüyle düşer. Japonca belgeler buna nijo teigen toruku (karesel azalan moment) der.
Sabit momentli yüklerde moment her devirde yaklaşık aynı kalır, bu yüzden güç yalnızca devirle orantılı düşer. Konveyörler, ekstrüderler, karıştırıcılar, pozitif deplasmanlı pompalar ve vidalı kompresörler bu gruptadır ve küp kuralı onlar için geçerli değildir.
VFD ile Damper veya Kısma Vanası
VFD yoksa debi genellikle fanın çıkışındaki damperi ya da pompanın basma tarafındaki vanayı kapatarak azaltılır. Motor tam devire yakın dönmeye devam ederken eklenen direnç debiyi düşürür. Vanada kaybolan enerji de ödediğiniz gücün bir parçasıdır.
VFD, pompa ya da fan eğrisinin kendisini aşağı çeker; bu yüzden direnç eklemek gerekmez. DOE kılavuzu, debi kontrolünde hız kontrolünün her zaman kontrol vanasından verimli olduğunu belirtir. Şekil 3 tek bir santrifüj fan için farkın büyüklüğünü gösterir.
Aynı %80 hava debisinde mil gücü damperle %95, devir düşürmeyle %51'dir.
Değerler, MOE bilgi formunda Japonya Enerji Tasarrufu Merkezi (ECCJ) veri sayfasındaki bir grafikten varsayılan santrifüj fan değerleridir.
Damperle kısmak biraz tasarruf sağlar, çünkü santrifüj fanın mil gücü debiyle birlikte bir miktar düşer. Aynı veri sayfasında emme damperi, giriş kanatları ve akışkan kaplini için de eğriler vardır. Mevcut kontrol yöntemi tasarrufu değiştirir; önce onu belirleyin.
Tablo farkları özetler.
| Karşılaştırma noktası | Damper veya vana kontrolü | VFD kontrolü |
|---|---|---|
| Debi nasıl azaltılır | Direnç eklenir | Devir düşürülür |
| Motor devri | Tam devire yakın | Gereken debiye göre düşer |
| Basınç | Kıstıkça yükselir | Devrin karesiyle düşer |
| %80 hava debisinde mil gücü (santrifüj fan örneği) | Yaklaşık %95 | Yaklaşık %51 |
| Ekipman maliyeti | Düşük: yalnızca damper ya da vana | Sürücü ve montaj işi gerekir |
Aynı Karşılaştırma Pompa Eğrisinde
Pompa, performans eğrisinin sistem eğrisini kestiği noktada çalışır. Vanayı kapatmak sistem eğrisini dikleştirir; çalışma noktası yukarı ve sola kayar, yani debi düşer ama basma yüksekliği artar. Devri düşürmek ise pompa eğrisini aşağı indirir, böylece aynı debi çok daha düşük bir basma yüksekliğinde sağlanır.
Şekil 4, J-Net21'deki çözümlü bir örneği kullanır; J-Net21, Japonya'da küçük ve orta ölçekli firmalara yönelik, devlet destekli bir destek sitesidir. Örnekteki pompanın kapalı vana basma yüksekliği anma yüksekliğinin 1,4 katı, statik basma yüksekliği 0,3 katıdır ve debi anma değerinin yarısına indirilir.
Yarım debide vana kontrolü 1,3, VFD kontrolü 0,475 basma yüksekliğinde çalışır (anma yüksekliği = 1,0).
J-Net21 örneğiyle aynı koşullarda çizilmiş şematik: kapalı vana yüksekliği anma yüksekliğinin 1,4 katı, statik yükseklik 0,3 katı, debi anma değerinin yarısına indirilmiş. H: basma yüksekliği.
Bu örnekte vana kontrolü anma gücünün %65'ini, hız kontrolü ise %24'ünü gerektirir; J-Net21 bunu %63 tasarruf olarak verir. Bu %63, anma gücüne göre değil, kısılmış duruma göre ölçülmüştür. Japonca bir kaynakta tasarruf yüzdesi gördüğünüzde referans durumu mutlaka kontrol edin.
Statik Basma Yüksekliği: Küp Kuralının Bozulduğu Yer
Toplam basma yüksekliği iki parçadan oluşur. Statik basma yüksekliği (jitsu-yotei), sıvının kaldırılması gereken yükseklik ya da varış noktasındaki sabit karşı basınçtır; sürtünme kaybı ise debinin karesiyle değişir. Kapalı devre bir sirkülasyon sisteminde yalnızca sürtünme kaybı vardır ve yalnızca sürtünmeden oluşan direnç, küp kuralının varsaydığı koşuldur.
Statik basma yüksekliği, debiyi ne kadar azaltırsanız azaltın aynı kalır; yüksekliğin bu kısmı düşürülemez. Kanal ucunda sabit statik basınç tutulması gereken fan sistemlerinde de aynı sınır vardır.
DOE kılavuzu, statik basma yüksekliği olan sistemlerde tasarruf için benzerlik yasalarını kullanmayı büyük hatalara yol açabilen yaygın bir yanlış olarak niteler. Şekil 5 yarım debide farkın büyüklüğünü gösterir.
%50 debide gerekli güç, ideal küp kuralında %12,5; anma yüksekliğinin %30'u kadar statik yükseklikte yaklaşık %24; vana kontrolünde %65'tir.
J-Net21 örnek koşullarıyla (kapalı vana yüksekliği 1,4, statik yükseklik 0,3) ve sabit pompa verimiyle çizilmiş şematik. Uygulamada düşük debide verim düşer, bu yüzden güç gösterilenden yüksektir.
Hız kontrolü yine de vanayı geçer, ama eğri küp çizgisinden çok uzaktır. J-Net21'e göre hız kontrolü, statik yükseklik küçük ve debi oranı yaklaşık %30–80 aralığındayken en iyi sonucu verir. Örneklerinde en büyük tasarruf yaklaşık %60 debi civarındadır.
Alt Devir Sınırı: Pompa Yine de Statik Yüksekliği Yenmeli
Kapalı vana basma yüksekliği devrin karesiyle düşer. Statik yüksekliğin altına indiğinde pompa artık debi veremez; çek valf yoksa sıvı geri akabilir. Bu sınır için ilk tahmin, statik yüksekliğin kapalı vana yüksekliğine oranının karekökü alınarak bulunur.
Yukarıdaki 1,4 kapalı vana yüksekliğiyle sınır, statik yükseklik 0,3 iken yaklaşık %46, 0,6 iken yaklaşık %65 devirdir. Bunlar bizim hesabımızdır; gerçek alt sınır daha yüksektir. Alt sınırı pompa tedarikçisi, düşük devir eğrilerinden ve minimum sürekli debiden belirlemelidir.
Statik yükseklik varken debi de devirden hızlı düşer. Aynı modelde yarım debi, statik yükseklik 0,3 iken yaklaşık %64, 0,6 iken yaklaşık %76 devir gerektirir. Bu sistemlerde debi oranının devir oranına eşit olduğunu varsaymayın.
Büyük toplam basma yüksekliği gerektiren su besleme sistemlerinde MOE, düşük devirde basma yüksekliği yetersiz kalabileceği için devir yerine pompa sayısı kontrolü (daisu seigyo) önerir. Kaba ayarı pompa sayısıyla yapıp ince ayarı VFD'ye bırakan birleşik çözüm de değerlendirilebilir.
VFD Nerede Kazandırır, Nerede Kazandırmaz
Sonucu üç şey büyük ölçüde belirler: yük tipi, debinin ne kadar değiştiği ve direncin neyden oluştuğu. En iyi adaylar, uzun saatler kısılmış çalışan ve direnci çoğunlukla sürtünme kayıplarından oluşan değişken momentli makinelerdir. Şekil 6 yaygın ekipmanı sınıflandırır.
Fan ve pompalar arasında bile sonuç, makinenin nasıl çalıştığına ve direncin neyden oluştuğuna bağlıdır.
Daha büyük tasarruf
Daha küçük tasarruf
Anma debisine yakın çalışan makinelerde yavaşlatmaya yer yoktur ve sürücünün kendi dönüşüm kayıpları faturaya eklenir. Bu yüzden MOE, pompa anma debisinde çalışıyorsa şebeke gücüne (shoyo dengen) geçilmesini önerir. Bu düzen genellikle VFD bypass olarak adlandırılır ve yetkili bir elektrik mühendisi tarafından tasarlanmalıdır.
VFD Enerji Tasarrufu Hesabı: Üç Yöntem
Hesaba bugün makinenin ne tükettiğinden başlayın, etiket değerinden değil. Motorlar çoğunlukla anma yükünün altında çalışır, bu yüzden anma kW değerini gerçek tüketim saymak tasarrufu olduğundan büyük gösterir. J-Net21 bu nedenle %90 yük oranı (fukaritsu) uygular; güç ölçer okuması ise daha da iyidir.
Şekil 7 genel sırayı gösterir. 3. adımdaki doğru formül, makinenin şimdiki kontrol biçimine ve statik yüksekliğine bağlıdır.
Kaydettiğiniz saha verilerini doğru devir ya da güç oranı ve verimle kWh'ye çevirin, sonra birim fiyatı uygulayın.
Statik yükseklik ya da sabit karşı basınç varsa tasarruf, küp kuralının verdiğinden küçüktür.
Yöntem A: Vana Tam Açık, Yalnızca Sürtünme
Vana veya damper zaten tam açıksa, statik yükseklik sıfıra yakınsa ve yalnızca daha az debi istiyorsanız bu yöntemi kullanın.
Yeni kWh = mevcut kWh × (devir oranı)³ ÷ sürücü verimi
J-Net21, %92,5 verimli (burada motor verimi olarak okunmuştur) ve %90 yük oranlı, yılda 310 gün 24 saat çalışan 37 kW'lık (yaklaşık 50 hp) bir soğutma suyu pompasını hesaplar. Mevcut tüketim yaklaşık 267.800 kWh'tir. %85 devir ve %95 sürücü veriminde bu 267.800 × 0,85³ ÷ 0,95, yani yaklaşık 173.100 kWh olur.
Tasarruf yılda yaklaşık 94.700 kWh, yani yaklaşık %35'tir. 22,0 JPY/kWh ile J-Net21 bunu yaklaşık 2,08 milyon JPY olarak verir. Örnek 0 m statik yükseklik varsayar; bu yüzden en iyi durum olarak okuyun.
Yöntem B: Şu An Damper veya Vana ile Kısılmış
Bugünkü okuma zaten kısma kayıplarını içerir; bu yüzden onu devrin küpüyle çarpmayın. Aynı debide iki kontrol yönteminin oranını, fan eğrisinden ya da veri sayfasından alın.
Yeni kWh = mevcut kWh × (VFD mil gücü oranı ÷ kısılmış mil gücü oranı) ÷ sürücü verimi
MOE, %95 motor verimi ve %90 sürücü verimiyle yılda 6.480 saat çalışan, %80 hava debisindeki 22 kW'lık (yaklaşık 30 hp) bir egzoz fanını modeller. Mevcut tüketimi 142.600 kWh olarak hesaplar. Mil gücü oranları %51 ve %95 iken sonuç 142.600 × (51 ÷ 95) ÷ 0,90, yani yaklaşık 85.000 kWh'tir.
Tasarruf yılda yaklaşık 57.600 kWh, yani yaklaşık %40'tır. %95 ve %51 değerleri, santrifüj fandaki bir damper için tek bir grafikten gelir; diğer kontrol tiplerinin kendi eğrileri vardır.
Yöntem C: Statik Yüksekliği Olan Sistem
Statik yükseklik varsa gücü devirden değil, debi ve basma yüksekliğinden tahmin edin. hs anma yüksekliğinin statik payı, Q debi oranı ise sistem eğrisi üzerindeki yükseklik hs + (1 − hs) × Q² olur.
Güç oranı ≈ Q × (hs + (1 − hs) × Q²); ardından sürücü verimine bölün.
Tablo bu formülü uygular. %50 debide vana ve hs = 0,3 değerleri J-Net21 örneğiyle uyuşur (J-Net21 %23,8'i %24'e yuvarlar). Diğer değerler aynı modelle yaptığımız hesaplardır.
| Debi | Vana kontrolü | VFD, hs = 0 (küp kuralı) | VFD, hs = 0,3 | VFD, hs = 0,6 |
|---|---|---|---|---|
| %90 | %96,8 | %72,9 | %78,0 | %83,2 |
| %80 | %91,5 | %51,2 | %59,8 | %68,5 |
| %70 | %84,3 | %34,3 | %45,0 | %55,7 |
| %60 | %75,4 | %21,6 | %33,1 | %44,6 |
| %50 | %65,0 | %12,5 | %23,8 | %35,0 |
VFD sütunlarına iyimser gözle bakın. DOE kılavuzu, statik yüksekliği yüksek sistemlerde küçük bir devir düşüşünün hem debiyi hem pompa verimini büyük ölçüde azalttığı konusunda uyarır. Onay talebinde savunacağınız bir rakam için tedarikçiden düşük devirdeki pompa eğrilerini, verimle birlikte isteyin.
kWh'yi Kendi Para Biriminize Çevirin
Ana sonuç olarak kWh'yi tutun; çünkü Japon örneklerindeki yen rakamları sizin tesisinize taşınmaz. MOE fan örneği 22,76 JPY/kWh kullanır.
Aşağıdaki tablo aynı 57.600 kWh'ye başka birim fiyatlar uygular. Bu fiyatlar yer tutucudur, piyasa fiyatı değildir; kendi faturanızdaki fiyatla değiştirin.
| kWh birim fiyatı | 57.600 kWh için yıllık tasarruf |
|---|---|
| 22,76 JPY (MOE örneği) | Yaklaşık 1,31 milyon JPY |
| 0,10 USD (yer tutucu) | 5.760 USD |
| 5,00 TL (yer tutucu) | 288.000 TL |
| Sizin fiyatınız: ____ | 57.600 × fiyatınız |
Onayda hangi birim fiyatın kullanılacağını finans ekibinize sorun. J-Net21 sabit bedeli içeren birleşik bir fiyat kullanır; faturanızdaki hangi kalemlerin kWh ile birlikte gerçekten düştüğünü finans ekibinizle netleştirin.
Basit geri ödeme için kurulu maliyeti yıllık tasarrufa bölün. Maliyete sürücüyü, montajı, varsa reaktör ya da filtreleri ve motor değişimini dahil edin; bu kalemleri teklifle alın.
Montajdan sonra aynı koşullarda ölçülen kWh'yi karşılaştırın. Tahmin ile ölçüm arasındaki fark bir sonraki tahmininizi iyileştirir.
Japon Rakamlarını ve Şartnameleri Okumak
Japonya iki frekansla çalışır: Tokyo dahil doğuda 50 Hz, Osaka dahil batıda 60 Hz. Türkiye'de şebeke 50 Hz'dir; bu nedenle Japonya'nın batısı için yapılmış bir makine ya da motorun etiketinde 60 Hz yazabilir ve sizde 50 Hz'de dönecektir.
Küp kuralı bunu gerçek bir konu yapar. 60 Hz için yapılmış bir santrifüj makine 50 Hz'de yaklaşık %17 yavaş döner; mil gücü yaklaşık %58'e, basınç yaklaşık %69'a, debi yaklaşık %83'e iner. Ters durumda, 50 Hz için yapılmış bir makine 60 Hz'de %20 hızlı döner ve yaklaşık %73 daha fazla mil gücü ister (1,2³ = 1,73).
Rakamları karşılaştırmadan önce anma frekansını doğrulayın. Bu oranlar benzerlik yasalarından çıkan bizim hesabımızdır. Makinenin ve motorun sizin frekansınızda çalışıp çalışamayacağını tedarikçiye sorun; Japonya'da 200 V sınıfı da yaygın olduğundan anma gerilimini de (400 V şebekeye uygunluk) etiketten teyit edin.
Bu tabloyu ülke farklarının başlangıç noktası olarak kullanın.
| Konum | Şebeke frekansı | Harmonik için başlangıç referansı |
|---|---|---|
| Japonya | 50 Hz (doğu), 60 Hz (batı) | Yüksek gerilimden çeken tüketiciler için 1994 kılavuzu ve teknik kılavuz JEAG 9702 |
| Türkiye | 50 Hz | Dağıtım şirketinin ve Şebeke Yönetmeliği'nin şartları; ilgili TS EN standartlarını teyit edin |
| ABD | 60 Hz | IEEE 519-2022; şirketin şartını teyit edin |
Bu terimler Japonca enerji tasarrufu belgelerinde ve şartnamelerde sık geçer.
| Romaji | Türkçe |
|---|---|
| sho-ene | Enerji tasarrufu |
| jiku-doryoku | Mil gücü |
| kaitensu seigyo | Devir (hız) kontrolü |
| jitsu-yotei / zen-yotei | Statik basma yüksekliği / toplam basma yüksekliği |
| furyo | Hava debisi |
| shoyo dengen | Şebeke gücü |
| kochoha | Harmonikler |
| inbata | Frekans konvertörü (VFD) |
Top Runner Motorlar ve Frekans Ayarları
Japonya, Nisan 2015'ten beri çoğu endüstriyel üç fazlı asenkron motorun Top Runner standardını karşılamasını şart koşar; Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) bunu IE3 seviyesi olarak tanımlar. Türkiye'de IE1–IE4 verimlilik sınıfları TS EN 60034-30-1 ile tanımlanır; Top Runner ile IE3'ü "yakın" sayabilirsiniz, ama aynı saymayın ve veri sayfasındaki verime bakın.
Elektrik Mühendisleri Odası'nın (EMO) bir sunumuna göre Türkiye'de AB eko-tasarım düzenlemesine paralel bir tebliğ (SGM-2012/2) kapsamında IE2 ve IE3 seviyeleri aşamalı olarak zorunlu kılınmıştır. Güncel zorunlu seviyeyi tedarikçinizden teyit edin.
Japonya Yarı İletken Ekipman Birliği (SEAJ), bu motorların kaymasının daha az olduğunu ve biraz daha hızlı döndüğünü belirtir; bu motorlarla kullanılan VFD'lerin ayarlarının kontrol edilmesini ya da değiştirilmesini önerir. Güç devirle küp oranında arttığından, motor değişimi ve VFD takılması birlikte yapılıyorsa frekans ayarının tedarikçi ya da yetkili bir mühendis tarafından gözden geçirilmesini isteyin.
Montajdan Önce Kontrol Edilecekler
VFD kendiliğinden kazandırmaz. Yanlış makinede yetersiz debiye, motorun aşırı ısınmasına ya da titreşime yol açabilir. Kontrolleri sırayla yapın: çalışma verileri, proses sınırları, motor ve mekanik sınırlar, sonra elektrik sistemi.
Çalışma Verileri ve Proses Sınırları
Damper ya da vana konumunu, debi ve basınç değişimini ve çalışma saatlerini bir hafta ile bir ay arasında kaydedin. Tam açığa yakın duran bir makinede tasarruf azdır. DOE kılavuzu, yılda her debide geçen saatleri gösteren bir süre diyagramı önerir; böylece her çalışma koşulu ayrı hesaplanıp toplanabilir.
Sonra prosesin gerektirdiği minimum debi ve basıncı doğrulayın. Basınç devrin karesiyle düşer: MOE, %90 debinin basma basıncını %19 azalttığına dikkat çeker. Hat sonunda gereken basınç, devrin ne kadar düşebileceğinin sınırını belirler.
Minimum Devir, Soğutma ve Titreşim
Çoğu asenkron motor, milinin üzerindeki fanla kendini soğutur; bu yüzden uzun süre düşük devirde çalışma soğutma havasını azaltır. Üreticiden izin verilen sürekli devir aralığını ve ayrı tahrikli bir soğutma fanı gerekip gerekmediğini sorun.
Değişken hız, çalışma aralığında yapısal bir rezonansa denk gelme olasılığını da artırır. Birçok sürücü bir frekans bandını atlayabilir; devreye almada titreşimi ve sesi kontrol edin.
Fanlarda ayrıca bazı devir aralıklarında surging gibi kararsız çalışma riski vardır.
Motor Yalıtımı ve Sürücü Konumu
DOE kılavuzuna göre VFD'ler 400 V şebekelerdeki mevcut motorların çoğuna uyar. 440 V üzerindeki ABD ve benzeri bölgelerde ise genellikle güçlendirilmiş yalıtımlı "inverter duty" motorlar gerekir. Türkiye'deki 400 V şebeke bu ayrımın "genellikle uygun" tarafındadır, ancak her motor için üreticiye sorulmalıdır.
Uzun kablolar motor terminallerindeki gerilimi yükseltebilir; büyük motorlarda mil gerilimi yatak hasarına yol açabilir. Sorarken iki standardı adıyla anmak işe yarar: inverter dereceli motorlar için NEMA MG 1 Bölüm 31 ve konvertörle beslenen makinelere rehberlik eden IEC TS 60034-25:2022.
Sürücünün yerini de kontrol edin. Elektronik, aşındırıcı ve nemli ortamları kötü taşır; DOE kılavuzu, VFD'nin patlayıcı olabilecek bir ortamda çalıştırılmasının genellikle mümkün olmadığını söyler.
Harmonikler ve Güç Sistemi
Sürücünün düzleştirme kondansatörünün şarjı giriş akımını bozar ve şebeke frekansının tam katlarında harmonikler üretir. ABD'de IEEE 519-2022 yaygın bir referanstır; limitlerini her sürücüde değil, şebeke ile müşteri arasındaki arayüz olan ortak bağlantı noktasında (PCC) uygular.
2022 sürümünün yayımlanmış bir özeti, 1 kV ve altında %8, 1 kV üstünden 69 kV'ye kadar %5 gerilim toplam harmonik bozunumu (THD) sınırı verir. Akım sınırları kısa devre akımının yük akımına oranına bağlıdır. Bu değerleri standardın kendisinden doğrulayın.
Japonya'da yüksek ya da çok yüksek gerilimden çeken tüketiciler için 1994 kılavuzu ve JEAG 9702 geçerlidir; Japon sürücü katalogları hesap için bir dönüşüm katsayısı verir. Önlemler arasında AC ya da DC reaktörler ve PWM konvertörler yer alır. Türkiye'de geçerli şartları dağıtım şirketiniz ve yetkili elektrik mühendisinizle netleştirin.
Harmonikler güç faktörü düzeltme kondansatörlerini de etkiler; bu noktaları elektrik mühendisinize gözden geçirtin. Konvertör montajı ya da bypass değişikliği yapılırken 6331 sayılı İş Sağlığı ve Güvenliği Kanunu kapsamındaki risk değerlendirmesi ile kilitleme-etiketleme (LOTO) uygulamaları devrede olmalıdır; bu yazı bir iş talimatı değildir.
Kontrol Listesi: Rakamı Sunmadan Önce
Bir VFD teklifini, ister sizin ister tedarikçinin olsun, gözden geçirmek için bu listeyi kullanın.
- Yük tipi: değişken momentli fan veya santrifüj pompa; sabit momentli bir makine değil
- Mevcut kontrol: çıkış damperi, emme damperi, kanatlar, vana veya tam açık
- Referans durum: etiket kW değeri değil, ölçülmüş kW veya kWh
- Debi profili: kaydedilmiş verilerden, her debideki yıllık saatler
- Statik yükseklik: anma yüksekliğindeki payı ve ona uyan hesap yöntemi (A, B veya C)
- Proses sınırları: minimum debi, minimum basınç ve hat sonunda gereken basma yüksekliği
- Verim: yalnızca tam yükteki değil, gerçek kısmi yükteki sürücü ve motor verimi
- Anma frekansı: makine, motor ve tesisiniz için 50 Hz veya 60 Hz
- Motor: VFD kullanımına uygunluk, düşük devirde soğutma ve büyük motorlarda yatak koruması
- Elektrik: harmonik incelemesi, kondansatörler, kablo uzunluğu ve sürücü konumu
- Maliyet: kendi kWh birim fiyatınız, tam kurulu maliyet ve basit geri ödeme
- Doğrulama: montaj öncesi ve sonrası ölçülen kWh'yi karşılaştırma planı
Japon Tedarikçiye Sorular
Ekipman ya da tasarruf rakamı Japonya'dan geliyorsa bu soruları erken gönderin. E-postaya yapıştırabileceğiniz biçimde yazıldılar.
- Makinenin ve motorun anma frekansı nedir? Lütfen 50 Hz ve 60 Hz için performans eğrilerini gönderin.
- Makine ve motor 400 V, 50 Hz şebekede kullanıma uygun mu?
- Lütfen düşürülmüş devirdeki performans eğrilerini, verim ve minimum sürekli debi gösterilerek gönderin.
- İzin verilen sürekli devir aralığı nedir? Düşük devirde motor için ayrı soğutma gerekir mi?
- Motor VFD kullanımına uygun mu? Hangi standarda göre (örneğin NEMA MG 1 Bölüm 31 veya IEC TS 60034-25)?
- Sürücünün kısmi yükteki verimi nedir? Sürücüde yerleşik AC veya DC reaktör var mı? Hangi harmonik verilerini sağlayabilirsiniz?
- Rezonans veya kararsız çalışma nedeniyle hangi devir aralıklarından kaçınmalıyız?
- Enerji tasarrufu rakamınızın referans kontrol yöntemi, statik yüksekliği, sürücü verimi, çalışma saatleri ve elektrik birim fiyatı nedir?
- VFD retrofit'i bu makinenin garantisini etkiler mi?
Bu Yazının Sınırları
- Çözümlü örnekler Japonya'daki kamu kılavuzlarından gelir ve varsayım değerleri kullanır. Ölçülmüş sonuç ya da garanti değildir.
- Yöntem C sabit pompa verimi varsayar. Düşük debide verim düşüyorsa gerçek tasarruf daha azdır.
- Minimum devir hesapları ilk tahminlerdir. Tedarikçinin eğrileri önceliklidir.
- Pozitif deplasmanlı pompalar, kompresörler ve diğer sabit momentli makineler için farklı bir analiz gerekir.
- Harmonik limitleri ve motor standartları ikincil kaynaklardan özetlenmiştir; Türkiye'ye özgü harmonik ve eko-tasarım şartları burada doğrulanmadı. Güncel standartlara ve dağıtım şirketinizin kurallarına göre teyit edin.
- Elektrik birim fiyatları, tarifeler ve teşvikler ülkeye ve tesise göre değişir; bu yazı onları kapsamaz.
SSS
VFD Fan veya Pompada Ne Kadar Enerji Tasarrufu Sağlar?
Tek bir yüzde yoktur. Japonya'daki kamu örnekleri, aynı %80 hava debisinde damper kontrolünden VFD'ye geçen 22 kW'lık bir fanda yaklaşık %40, %85 devirdeki 37 kW'lık bir pompada yaklaşık %35 gösterir. Sonucunuz mevcut kontrol yöntemine, debi profiline ve statik yüksekliğe bağlıdır.
Pompada Statik Yükseklik Varsa Benzerlik Yasaları Geçerli mi?
Sistem tasarrufu için değil. Pompa eğrisinin devirle nasıl kaydığını yine anlatırlar; ama sistem eğrisi artık sıfırdan başlamaz, bu yüzden debi devirle aynı oranda düşmez. J-Net21 örneğinde %50 debide güç anma değerinin yaklaşık %24'üdür; küp kuralının öngördüğü %12,5 değil.
Hep Tam Devirde Çalışan Fanda VFD Enerji Tasarrufu Sağlar mı?
Hayır. Devri düşürecek yer yoksa sürücünün kendi dönüşüm kayıpları güç tüketimini artırır. MOE, anma debisinde çalışan bir pompanın şebeke gücünde çalıştırılmasını önerir; bu, elektrik mühendisinizin tasarlayacağı bir değişikliktir.
VFD'nin Kendisi Ne Kadar Güç Kaybeder?
Japonya'daki kamu örnekleri %90–95 sürücü verimi varsayar. DOE, özellikle küçük sürücülerde, yük azaldıkça verimin düştüğünü belirtir; bu yüzden tedarikçiden kısmi yük değerlerini isteyin.
VFD mi, Pompa Sayısı Kontrolü mü?
VFD, direncin çoğunun sürtünmeden oluştuğu, statik yüksekliği düşük sistemlere uygundur. Üst katlara su verme gibi büyük toplam basma yüksekliği gereken durumlarda MOE pompa sayısı kontrolünü önerir. Kaba ayarı pompa sayısıyla, ince ayarı VFD ile yapmak da bir seçenektir.
Kaynaklar
- Fan benzerlik yasaları, damper karşılaştırması ve 22 kW fan örneği: Japonya Çevre Bakanlığı, "Değişken Debili Egzoz Fanlarının Kullanımı" (Japonca), ECCJ veri sayfasına dayanır
- Pompa debisi, basıncı ve gücü; statik yükseklik; pompa sayısı kontrolü; anma debisinde şebeke gücü: Japonya Çevre Bakanlığı, "Su Besleme ve Drenaj Pompalarında Debi ve Basıncın Uygun Hale Getirilmesi" (Japonca)
- Vana kontrolü ve 37 kW soğutma suyu pompası örneği: J-Net21, pompa ve blowerlarda devir ayarı, bölüm 2 (Japonca)
- Statik yükseklikli pompa, sayısal örnek ve etkili aralık: J-Net21, statik yüksekliği büyük pompalarda inverterin neden az tasarruf sağladığı (Japonca)
- Statik ve sürtünme yüksekliği, benzerlik yasası hataları, rezonans, motor yalıtımı ve süre diyagramları: ABD DOE, Hydraulic Institute ve Europump, "Variable Speed Pumping: A Guide to Successful Applications, Executive Summary"
- Değişken ve sabit momentli yükler, kısmi yük sürücü verimi ve 20 hp örneği: ABD DOE, Motor Systems Tip Sheet #11, "Adjustable Speed Drive Part-Load Efficiency"
- Değişken momentli yükler: Mitsubishi Electric, FREQROL-F800 serisi (Japonca)
- Top Runner motorlar ve sürücü ayarları: Japonya Yarı İletken Ekipman Birliği, motor verimi (Japonca)
- Japonya'nın IE3 şartı: Uluslararası Enerji Ajansı, "Minimum Energy Efficiency of Motors"
- Türkiye'de IE sınıfları (TS EN 60034-30-1) ve eko-tasarım tebliği: EMO, "Türkiye ve Dünyada Elektrik Motorları Enerji Tüketimi ve İlgili Teknik Mevzuat"
- Japonya'nın harmonik kılavuzu, JEAG 9702 ve reaktörler: Japonya Elektrik Üreticileri Birliği, genel amaçlı inverter ve servo sürücülerde harmonik bastırma, Nisan 2022 (Japonca)
- IEEE 519-2022 limitleri ve PCC: Comsys, "Power Quality: IEEE 519-2022"; IEEE Xplore, IEEE 519-2022
- NEMA MG 1 Bölüm 30 ve 31: dV/dt Filter, "NEMA MG 1-2016 Standard for Voltage Stress in Motors and Drives"
- IEC TS 60034-25:2022: IEC Webstore
- Ülkelere göre şebeke frekansı: Miki Pulley, "Power Supply Situations Around the World"
- Minimum devir ve statik yükseklik: Pump Industry Magazine, "Pump Curves 16: How Low Can You Go?"
- Japonya'nın 50/60 Hz sınırı: KEK, "Japanese Electricity"
Japonca orijinal makaleBu rehber, Japonya’daki okurlar için yazılmış bir MONOSCOPE makalesinden uyarlanmıştır: インバータで省エネになる仕組み｜ファン・ポンプの回転数と電力の3乗則
Editör hakkında
MONOSCOPE editörüFOUNDER & EDITORBir tesis ekipmanı üreticisinde ve bir tesis mühendisliği firmasında yaklaşık on yıl boyunca ekipman teklifi, tasarımı ve devreye alma işlerinde çalıştıktan sonra dijital pazarlamaya geçti. Bugün B2B üreticilerine web danışmanlığı yapıyor ve ürünlerini ve teknolojilerini anlaşılır biçimde anlatmalarına yardımcı oluyor. Japonya’nın Enerji Yöneticisi (Energy Manager) ve Üçüncü Sınıf Baş Elektrik Mühendisi ulusal lisanslarına sahip.
2017’den beri bir mühendislik blogu (500’den fazla yazı) ve yaklaşık 20.000 abonesi olan Japonca bir YouTube kanalı yürütüyor. Her rehber Japon atölyesinin bakış açısıyla yazılır ve atıf yapılan standartlarla karşılaştırılır.
