Yüksek Gerilim Motorlarının Değişken Frekanslı Çalıştırılması İçin Teknik Çözümlerin Analizi

Yüksek gerilimli motorlar için değişken frekanslı başlatma teknolojisi, motorların giriş voltajını ve frekansını ayarlayarak yumuşak başlatma, yumuşak durdurma ve kademesiz hız ayarı sağlar ve modern endüstride ekipman operasyonel verimliliğini artırmak ve enerji tüketimini azaltmak için temel bir teknoloji haline gelmiştir. Aşağıdaki analiz, dört temel boyutu kapsamaktadır: teknik ilkeler, temel avantajlar, tipik uygulama senaryoları ve teknik seçim önerileri.

I. Teknik İlkeler ve Uygulama Yolları

Yüksek gerilimli değişken frekanslı başlatma, AC-DC-AC dönüşüm ilkesine dayanır ve temel süreç üç adıma ayrılır:

1. Doğrultma Aşaması: Yüksek gerilimli alternatif akım (örneğin, 6kV/10kV), sonraki evirici için kararlı bir güç kaynağı sağlayarak, yüksek güçlü diyot veya tristör doğrultucu köprüleri aracılığıyla yüksek gerilimli doğru akıma dönüştürülür.
2. Filtreleme Aşaması: Kondansatörlerden veya indüktörlerden oluşan bir filtre devresi, DC güçteki harmonikleri ortadan kaldırarak, evirici aşaması için düzgün bir dalga formu ve yüksek kaliteli DC girişi sağlar.
3. Evirici Aşaması: IGBT'ler (Yalıtımlı Kapı Bipolar Transistörler) gibi yüksek hızlı anahtarlama cihazları, DC gücü ayarlanabilir frekanslı ve voltajlı üç fazlı AC güce dönüştürür. PWM (Darbe Genişlik Modülasyonu) teknolojisi, motoru gerektiği gibi sürmek için çıkış dalga formunu hassas bir şekilde kontrol eder.

Kontrol Çekirdeği: DSP'ler (Dijital Sinyal İşlemciler) veya mikroişlemciler, motorun çalışma durumunu gerçek zamanlı olarak izler ve kapalı döngü hız kontrolünü elde etmek için çıkış frekansını ve voltajını dinamik olarak ayarlar. Örneğin, bir kondenser pompası değişken frekanslı modernizasyonunda, bir basınç tipi su seviye sensörü, ön havuz sıvı seviyesi hakkında gerçek zamanlı geri bildirim sağlar ve değişken frekans sürücüsünün yerleşik PID denetleyicisinin hassas seviye kontrolü için çıkış frekansını otomatik olarak ayarlamasını sağlar.

II. Temel Avantajlar ve Teknik Değer

1. Yumuşak Başlatma ve Yumuşak Durdurma:
   • Doğrudan başlatma sırasında oluşan ani akımı (nominal akımın 4-7 katına ulaşabilir) ortadan kaldırarak, motorların ve şebeke ekipmanlarının ömrünü uzatır.
   • Mekanik şokları azaltır, motor yataklarını, dişlileri ve diğer iletim bileşenlerini korur ve bakım maliyetlerini düşürür.
   • Örneğin, Xi'an Xima Electric'in yüksek gerilimli değişken frekanslı başlatma sistemi, motorların nominal akım ve torkta başlamasını sağlar, voltaj dalgalanmalarını ortadan kaldırır ve ekipman güvenilirliğini önemli ölçüde artırır.
2. Enerji Tasarrufu ve Tüketim Azaltma:
   • Kademesiz hız ayarı, motorlar ve yükler arasında optimum güç eşleşmesini sağlar ve "aşırı boyutlu motor" verimsizliklerinden kaçınır.
   • Ampirik veriler, değişken frekanslı hız ayarının en az %30 enerji tasarrufu sağladığını göstermektedir. Örneğin, Tianjin Datang International Panshan Enerji Üretim Şirketi, 600MW ünitelerdeki kondenser pompalarını modernize ederek, tek bir motorun güç tüketimini 2.500kW'tan gerçek çalışma seviyesine düşürdü ve önemli enerji tasarrufu sağladı.
3. Proses Optimizasyonu ve Otomasyon Entegrasyonu:
   • Yüksek hassasiyetli hız ayarı, kül bulamaç pompalarındaki ön havuz sıvı seviyelerinin kapalı döngü kontrolü ve hava kompresörlerindeki kararlı basınç düzenlemesi gibi karmaşık proses gereksinimlerini karşılar.
   • DCS (Dağıtılmış Kontrol Sistemleri) ile sorunsuz entegrasyon, ünite otomasyon seviyelerini artırır. Örneğin, Guodian Group bünyesindeki bir enerji santralinde kül bulamaç pompalarını modernize ettikten sonra, değişken frekans sürücüsündeki yerleşik dijital PID denetleyici, üretim süreçlerini optimize ederek otomatik sıvı seviye kontrolü sağladı.
4. Geliştirilmiş Şebeke Uyarlanabilirliği:
   • Şebeke kapasitesinden bağımsız olarak çalışır, kötü şebeke koşullarında bile büyük motorların kararlı bir şekilde başlamasını sağlar.
   • Reaktif güç kompanzasyonu sağlar, şebeke güç faktörlerini iyileştirir ve hat kayıplarını azaltır. Örneğin, Xi'an Xima Electric'in VSV teknolojisi, değişken frekanslı çalışma ve reaktif güç kompanzasyonu arasında çift modlu geçiş sağlayarak ekipman kullanımını artırır.

III. Tipik Uygulama Senaryoları ve Vaka Çalışmaları

1. Enerji Endüstrisi:
   • Kondenser Pompası Değişken Frekans Modernizasyonu: "Tek sürücü-iki pompa" şeması (iki pompayı süren tek bir değişken frekans ünitesi) enerji tasarrufu ve yedeklilik sağlar. Örneğin, Panshan Enerji Üretim Şirketi'nde yapılan modernizasyondan sonra, kondenser pompalarının çalışma akımı, değişken frekanslı çalışma sırasında 250.5A'dan dinamik olarak ayarlanmış değerlere düşmüş ve %30'u aşan bir enerji tasarruf oranı elde edilmiştir.
   • Kül Bulamaç Pompası Hız Ayarı Optimizasyonu: Motor hızı, ön havuz sıvı seviyelerine göre dinamik olarak ayarlanır, sık başlatma/durdurma ve ilgili motor stresini azaltır. Guodian Group enerji santralinde yapılan modernizasyondan sonra, kül bulamaç pompalarının operasyonel kararlılığı önemli ölçüde iyileşmiş ve bakım maliyetleri düşmüştür.
2. Petrokimya ve Metalurji Endüstrileri:
   • Hava Kompresörü Enerji Tasarrufu Yükseltmeleri: "Tek sürücü-iki kompresör" değişken frekanslı yumuşak başlatıcı, iki kompresör arasında düzensiz başlatma ve sorunsuz geçiş sağlar. Örneğin, New Wind Light Electronic'in JD-BP38 serisi değişken frekanslı yumuşak başlatıcısı, ünite arızaları sırasında dengeli çıkış voltajı sağlamak ve sistem kararlılığını garanti etmek için nötr nokta kaydırma teknolojisini kullanır.
   • Fanlar ve Pompa Yükleri için Hız Ayarı: Değişken frekans sürücüleri, fanlar ve pompalarda akış ve basıncın kapalı döngü kontrolünü sağlayarak, boğulma kayıplarını ortadan kaldırır ve sistem verimliliğini artırır.
3. Havacılık ve Askeri Endüstriler:
   • Yüksek Güvenilirlik Başlangıç Gereksinimleri: Xi'an Xima Electric'in yüksek gerilimli değişken frekanslı başlatma sistemi, askeri havacılık araştırma enstitüleri tarafından sertifikalandırılmış olup, zorlu ortamlarda katı motor başlatma taleplerini karşılamakta ve teknik olgunluğunu ve güvenilirliğini göstermektedir.

IV. Teknik Seçim ve Uygulama Önerileri

1. Değişken Frekans Sürücüsü Topolojilerinin Seçimi:
   • Üç Seviyeli Nötr Nokta Kelepçeli Yapı: Yüksek güçlü senaryolar için uygundur (örneğin, 570kW'ın üzerindeki motorlar), daha az anahtarlama cihazına, güçlü aşırı akım kapasitesine ve basit, güvenilir bir yapıya sahiptir. Örneğin, Guodian Group'un kül bulamaç pompası modernizasyonu, volan başlatma ve aşırı yük koruma gereksinimlerini karşılamak için IGCT tabanlı üç seviyeli bir topoloji seçti.
   • Hücre Serisi Çok Katmanlı Yapı: Katı şebeke harmonik gereksinimleri olan senaryolar için idealdir, çıkış filtrelerine olan ihtiyacı ortadan kaldırır ve standart asenkron motorların doğrudan sürülmesini sağlar. Örneğin, New Wind Light Electronic'in değişken frekanslı yumuşak başlatıcısı, düşük harmonik çıkışı için bu yapıyı benimser.
2. Kontrol Fonksiyonu Yapılandırması:
   • Kapalı Döngü Kontrol Yeteneği: Proses optimizasyon ihtiyaçlarını karşılamak için basınç/sıvı seviyelerinin PID düzenlemesini ve kapalı döngü kontrolünü destekleyen değişken frekans sürücülerine öncelik verin.
   • İletişim Arayüzleri ve Protokolleri: DCS/PLC sistemleri ile sorunsuz entegrasyon için Modbus ve Profibus gibi ana akım protokollerle uyumluluğu sağlayın.
   • Koruma Fonksiyonları: Sistem güvenliğini artırmak için aşırı akım, aşırı yük, düşük voltaj, aşırı voltaj, faz kaybı ve kısa devre koruması ile donatın.
3. Termal Yönetim ve Çevresel Koruma Tasarımı:
   • Soğutma Sistemleri: Yüksek gerilimli değişken frekans sürücüleri önemli miktarda ısı üretir ve ortam sıcaklıklarını 40°C'nin altında tutmak için zorlamalı hava soğutma veya su soğutma sistemleri gerektirir. Örneğin, Panshan Enerji Üretim Şirketi, değişken frekans sürücü odasını, ısıyı dağıtmak için ısı emiciler ve sirkülasyonlu soğutma suyu kullanan bir soğutma sistemi ile donattı.
   • Koruma Derecelendirmeleri: Zorlu endüstriyel ortamlara dayanmak için IP54 veya daha yüksek koruma derecesine sahip değişken frekans sürücüleri seçin.