Pompalarda ve fanlarda değişen hızlı tahrik ile akış kontrolu ve enerji tasarrufu

Abstract

Pompa, fan veya kompresör gibi santrifüj yükler veya akışkan tahrik sistemleri dünyada üretilen elektrik enerjisinin büyük bir bölümünü tüketmektedir. Bu sistemlerde eskiden beri tahrik motoru olarak sabit hızlı asenkron motorlar kullanılmaktadır. Bu durumda akışkan kontrolü vana damper gibi ek düzeneklerle sağlanmaktadır. Bu düzenekler sistemde ek kayıplara neden olarak büyük bir enerji harcanmasına neden olmaktadır. Son yıllarda bu konuda yapılan çalışmalar sonucun da tahrik motoru olarak değişken hızlı asenkron motor kullanılmasının daha faydalı olacağı anlaşılmıştır. Bu tür bir uygulamada hem akışkan kontrolü için ek bir düzeneğe ihtiyaç kalmaz hem de büyük miktarlarda enerji tasarrufu sağlanır. Bu çalışmada şimdiye kadar bu konuda yapılan çalışmalar açıklandıktan sonra, sistemin elemanlar ve kontrol açısından işlevleri önce açıklanmış, sonra da Ereğli Demir ve Çelik Fabrikalarında konu ile ilgili olarak yaptığım çalışmalar verilmiştir. Tezin birinci bölümünde konunun tanıtılması ve değişken hızlı tahrik sistemlerinin üstünlükleri açıklanmış tır. îkinci bölümde Asenkron makina kontrolünün prensipleri, asenkron makina kontrol yöntemlerinden olan skalar ve vektörel kontrolü açıklanmış ve ayrıca bu bölümde konuya yönelik düzenlenmiş bir sistem olan G.T.O-IMD sistemi hakkında bilgi verilmiştir. Üçüncü bölümde pompalar ve fanlar hakkında bilgi verildikten sonra, dördüncü bölümde devir hızı ayarı ile akışkan kontrolü ve diğer yöntemlerin karşılaştırılması yapılmıştır. Beşinci bölümde kullanılan enerjinin hesaplanması ve ekonomik değerlendirmesi yapılmış, ayrıca bu değerlendirme için bir hesap yöntemi verilmiştir. Bu hesap yönteminin uygulaması Erdemir'deki bazı sistemler için verilmiştir. Altıncı bölümde ise sonuçlar verilmiştir.

A procedure is offered for the evaluation of the energy savings obtained by the use of ac adjustable speed drives on pumps-fans and other types of driven equipment such as compressors or extruders and mixers. A method for the economic evaluation of the energy savings is also offered. The Advantages of Using AC Adjustable-Speed Drives The advantages gained by using ac adjustable-speed drives (here after referred to as ASD's or ac drives) on pumps, fans, compressors and other equipment have been widely publicized in recent years and their use in indus try has been on increase. Some of the primary advantages they offer may be summarized as follows. 1. Energy is saved in the proses as compared with constant speed drives which utilize throttling valve on pumps or in let guide vanes and damper on fans. 2. Where the proses requires adjustable speed ac drives are more efficient than adjustable-speed coupling and have maintenance advantages. 3. The soft starting characteristic softens the starting shock on motor, couplings, gears, and driven equipment. 4. Any number of restive restarts is allowed for checkout and balancing at start up time. 5. Rated speed in excess of 3 000 rpm are a possibi lity without using a gear since it is possible for ac in verters to operate a frequencies considerable in excess of 5 0 Hz. 6. The permissible range of flow control is gene rally higher with adjustable speed. Although the preceding list demostrates there are many reasons to apply ac drives other than just energy savings, normaly this is the primary justification for the use of ac adjustable speed drives. It is probably safe to say that in the majority of existing costant-speed drive applications in industry, some energy can be saved with the use of ac adjustable- - vx - speed drives. Since aç drives are a sophisticated and costly piece of eguipment, the degree of energy savings in a gi- ven application must be sufficiently large to justify a relatively large initial expenditure. Control of Induction Machines The control of aç machines is considerably more complex than that of de machines and this complexity in- creases if stringent performance specifications are deman- ded. The complexity arises because of variable freguency power supply, aç signals processing, and complex dynamic of the aç machines. The induction machines can have vari- ous methods of control, and the particular method to be adapted depens of the nature of the application. The decision on control strategy should be based on the fol- lowing general guestions: 1. What types of power converters should be used? 2. Should the control be öpen loop ör closed loop? 3. Is it a position-speed-or torgue-controlled system? 4. Should it be a one-quadrant, two-quadrant, on four-guadrant drive system? 5. What are the accuracy and response-time regui- rements? 6. Is it a single-machine ör a multimachine drive? 7. What is the range of speed? 8. Do pulsating torgue, harmonics and power factor need control? The induction motor drive system is basicly a mul- tivariable control system, and there för in principle the state variable control theory should be applicable. Here the voltage and freguency are the control inputs and the outputs may be speed, position, torgue air gap flux, sta¬ tor current, ör any combination of them. The machine model given by eguations (1), (2), (3) is nonlinear beca¬ use of the presence of the wr term in the impedance matrix of eguation (1) and produced terms in eguation (3). in ad- dition, the parameters of the machine may vary with satura- tion, temperature and skin effect, adding further nonline- arity to the system. The system is also discrete time beca¬ use of sampling nature of the converters. The discrete time effect of the converters and controller can, of cour- se, be neglected if the machine is sluggish, which is nor¬ mal ly the case. Vq Rs*PLs WeLs PLm weLm ig Vdls5|-urLs Rs*PLs -ueLm PLm $ (1) ^; PLm (we-