Kompresörlerde AC Sürücü Kullanımı

Serkan Öztürk, Faruk Okan ABB Elektrik

Uygulama Prensibi
Günümüzde işletmeler için hava kompresörleri vazgeçilmez ekipmanlardır. Hava kompresörleri çalışma periyodunun büyük kısmını enerjinin verimli kullanılmadığı kısmi yüklerde geçirebilir. Geleneksel hava kompresörleri yükte (load)/boşta (unload) çalışma periyodunu izlemektedir. Bu şekilde çalışmanın kompresör ve sistem için şu dezavantajları bulunmaktadır:
• Kompresör sürekli farklı hava aralığında çalıştığı için dengesi değişmekte ve ömrü kısalmaktadır. (Rulman, motor...vb)
• Kompresör yüksek basınç aralığında çalıştığı için basılan hava ısınmaktadır.
• Kompresör yüksek basınç aralığında çalıştığı için yağın viskozitesi değişmekte, yağ basılan hava ile işletmeye gitmektedir. Bunun sonucu çalışan makinalar zor görebilmekte, üretim kalitesi düşebilmektedir.
• Kompresör sürekli yükte (load) / boşta (unload) çalıştığı için enerji sarfiyatı artmaktadır .
• Kompresör sürekli yükte (load)/ boşta (unload) çalıştığı için sürekli basınç dalgalanması olmaktadır
Bununla birlikte yeni jenerasyon hava kompresörlerinde problemleri ortadan kaldıran değişken hız sürücüleri kullanılmaktadır. Hava kompresörlerine takılan değişken hız sürücüleri kullanımıyla çıkış hava miktarı, hava kompresörünü süren motorun hızı değiştirilerek kontrol edilir.
Hava kompresöründe hız kontrol cihazı kullanımının şu avantajları bulunmaktadır:
• Motor hızının değişken olması, mekanik kayıplara neden olan redüktör ya da kayış-kasnak sitemlerine olan ihtiyacı ortadan kaldırmaktadır.
• Hava kompresörü istenilen değerde sürekli sabit basınç verebilmektedir.
• Değişken hız kontrollü kompresörler sahip olduğu yumuşak kalkış özelliği sayesinde kalkış ve duruşlarda mekanik gerilmeleri azaltmaktadır. Geleneksel kompresörler motorun zarar görmesini engellemek için saatte yaklaşık 4-5 kalkış yapabilme ile sınırlandırılmıştır.
Değişken hız sürücülerinin yumuşak kalkış özelliği, kompresörün daha sık olarak tam kapalı çalışmasına izin verir ve boşta çalışma zamanını azaltarak enerji tasarrufu sağlar.
• Hava kompresörünün motoru değişken devirlerde çalıştığı için enerji tasarrrufu sağlanmaktadır.
• Hava kompresörünün ve yağının aşırı yüksek ısılarda çalışmaması sağlanır. Hava kompresörlerinde bu sistemin kazandırdığı enerji tasarrufunun yanısıra, dağıtılan hava basıncının 0.2 bar gibi dar bir bant aralığında tutulmasına imkan tanımakta ve bu sayede çok iyi bir basınç kontrolü elde edilmektedir.
Çalışma basınç aralığının 0.5 bar olduğu bir kompresörde, tipik yükte (load) /boşta (unload) çalışma ile kıyaslandığında değişken hız kontrolü daha düşük enerji tüketimini sağlar. Sağlanan enerji tasarrufu oranı % 50’lere kadar çıkabilmektedir.
Bununla birlikte, eğer değişken hız sürücülerinin sürdüğü kompresörler limitlerde çalışıyorsa böyle bir çalışma biçimine gerek yoktur.
Enerji tasarrufu optimizasyonu
• Tekli kompresör kontrolü
Tek başına çalışan kompresör kullanımında değişken hızlı kompresörler en basit uygulamalardır.Uzun çalışma peryotlarında ihtiyaç duyulan hava miktarı maksimum çıkışın altında ise büyük enerji tasarrufları sağlanabilir.
• Çoklu kompresör kontrolü
Çoklu kompresörlerde, doğru kontrol sıralaması en iyi enerji verimliliğinin sağlanmasında kritik olan noktadır. En verimli ayarlama, değişken hızlı kompresör üst limitte sürekli çalışıyorken, geleneksel metodlar ile (load –unload) çalıştırılan kompresörleri kapalı ve açık konumlarda çalıştırarak ihtiyaç olan hava miktarını doğru bir şekilde belirlemektir. Eğer bu ayarlama yapılamıyorsa, değişken hızlı sürücü kısmi yükte en çok çalışan kompresöre uygulanmalıdır.
Değişken hızlı hava kompresörlerinden elde edilen enerji tasarrufuyla yatırım maliyetinin geri dönüş zamanının 0.5-2 yıl olmasına rağmen gerçek tasarruf miktarı aşağıdaki faktörlere de bağlıdır:
• Çalışma saatleri
• Enerji maaliyetleri
• Yeni kompresörlerin yatırım maaliyetleri
• Bakım maaliyetleri
• Boşta / Yükte çalışma oranı
• Eski kompresörlere değişken hız sürücüleri uygulanması maaliyetleri
Değişken hız sürücülerinin, load – unload çalışan standart kompresörlere uygulanması ile yeni jenerasyon değişken hızlı kompresörlerdekine benzer enerji tasarruf miktarlarının sağlanması mümkündür. Her iki alternatif uygulama da 0.1 bar gibi bir basınç doğruluğu elde edilebilmektedir.
Bununla birlikte kompresörlerin güvenilirliği artacak; kontrollü kalkışlar ve boşta ya da nominal hızda çalışma zamanlarının düşürülmesi sayesinde mekanik ve elektriksel yıpranmalar minimum düzeye çekilecektir.
Mekanik zorlanmaların düşürülmesiyle kompresör yağının ve elektrik motorunun ısınması engellenerek kompresörün bastığı havanın ısınmasının da önüne geçilecektir.
DTC (Direct Torque Control)’nin Uygulamadaki Faydaları
ABB’nin ACS800 serisi AC sürücüleri DTC-Doğrudan Moment Kontrolü- motor sürüş teknolojisine sahiptirler ve bu teknoloji kompresörlerde aşağıdaki faydaları sağlar:
Çok düşük frekanslarda kesin moment kontrolü:
Özellikle motor düşük devirde dönerken tankta olan belirli basınç üzerine hava basabilmek için motorun gerekli momenti verebilmesi gerekir. Tam yük momentinde olduğu gibi sıfır hız da dahil çok düşük frekanslarda kesin moment kontrolünü sağlayan DTC, 0.5 Hz’in altındaki frekanslarda bile %100 nominal momenti garanti etmektedir.
Dinamik hız doğruluğu:
Ani yük değişimlerinde motorun stabil duruma geçiş süresinin çok kısa olması sürücünün dinamik performansına bağlıdır. DTC’nin dinamik hız doğruluğu % 0.3-0.4 sn. arasındadır. Dinamik hız doğruluğunun ortalama % 3 sn. olduğu diğer açık çevrim sürücülerle karşılaştırıldığında, DTC’nin dinamik performansı 8 kat daha iyidir.
Hızlı moment tepkisi:
Kısa süreli yüklenmelerde hızın düşme süresini azaltır. Bu da daha dengeli hava üretimi anlamına gelmektedir. 40 Hz’in altında 1-2 msn. moment tepkisi sağlayan DTC, açık çevrim akı vektör kontrollü (moment tepki süresi ortalama 100 msn.’nin üzerindedir) sürücülerle karşılaştırıldığında bu konuda da oldukça başarılıdır.
3 E Dergisi Sayı 138, Kasım 2005

 

[ Geri ]