GERİLİM VE FREKANSTAKİ DEĞİŞİMLERİN ÇEŞİTLİ AYGITLARA ETKİLERİ

GERİLİM ve FREKANSTAKİ DEĞİŞMELERİN ÇEŞİTLİ AYGITLARA ETKİLERİ

KAMIL SOĞUKPINAR ISMET ERKMEN

UDK: 621.3.015.2 ı 621.3.018.41

ÖZET

Yazıda kaynak gerilimi ve frekansmdaki değişme lerin endüksiyon motorları, aydınlatma aygıtları, koruyucu röleler ve ölçü aletleri üzerindeki et kileri incelenmiştir.

SUMMARY in this paper, the effects of the change in the supply voltage and freguency on induction mach ines, illuminating apparatus, protective relays and metering eguipment are discussed.

1. ENDÜKSİYON MOTORLARI

Çok fazlı endüksiyon motorları Amerikan standartla rına göre aşağıdaki koşullarda başarılı olarak kul lanılabilir.

a Gerilim, anma değerinin % 110'undan fazla veya % 90'ından düşük olmayacak.

b Frekans, anma değerinin % 105'inden fazla veya % 95'inden düşük olmayacak.

c Frekanstaki değişme % 5'i aşmamak koşuluyla ge rilim ve frekanstaki değişme yüzdeleri toplamı % 10'u geçmeyecek.

Gerilim ve frekans yönünden kötü sistem koşulla rında endüksiyon motorlarının davranışını şöyle özetleyebiliriz:

1.1 Gerilimdeki Değişmeler

1.1.1 Gerilimin Artması (Çıkış gücü değişmez ka bul ediliyor)

Rotor akımı ve stator akımının yüke bağlı bile şeni gerilimle ters orantılı olarak düşer.

Mıknatıslama akımı, akı yoğunluğu ve demir ka yıpları artar (Demir içindeki artan demir kayıp larına bağlı sıcaklık yükselmesi ve doymuş olan motorlarda mıknatıslama akımının çabucak yüksel mesi motora uygulanacak gerilimi sınırlamakta dır).

Yol alma akımı aynı düzeyde artar.

Yol alma ve devrilme momentleri yaklaşık olarak artar. Çıkış gücü değişmezse, mıknatıslama akımı arta cağından, güç çarpanı düşer.

Kamil Soğukpmar, TEK İsmet Erkmen, TEK (TEK İletim Şebeke İşletmeleri Dairesi Bşk.,

Sistem Araştırma ve Kontrol Md., SA 74/1)

Rotor sargısında ve aynı zamanda stator sargı sında, sıcaklık yükselmesi azalır. Motorun ge nel ısınması ise demir veya bakır bölümlerinde ki sıcaklıklardan hangisinin daha yüksek oldu ğuna bağlıdır ve normal gerilim dalgalanmala rınua pek değişmez.

Verim, bakır ve demir kayıplarındaki değişmeye bağlı olarak çok az yükselir ya da düşer.

Rotor kayıpları azalacağından hız çok az yükse lir.

1.1.2. Gerilimin Düşmesi

Stator ve rotor akımlarının her ikisi de artar.

Mıknatıslama akımı, akı yoğunluğu, demir kayıp ları ve dolayısıyla demir içindeki sıcaklık dü şer.

Yol alma akımı hemen hemen aynı oranda düşer.

Yol alma ve devrilme momentleri hemen hemen ge rilimin karesi ile orantılı olarak düşer.

Güç çarpanı düzelir.

Rotor bakır kayıpları ve çok defa stator bakır kayıpları artar.

Hız çok az düşer.

Avrupa standartlarında motorlar için gerilimin değişme sınırı ± % 5 olarak verilmiştir.

1.2. Frekanstaki Değişmeler

Frekanstaki değişme orantılı olarak devir sayısı nın değişmesine yol açar. Ayrıca frekanstaki değiş me endüksiyon motorlarının işletme koşullarına ge rilimdeki değişme ile hemen hemen aynı düzeyde an cak ters yönde etkiler. Güç, frekansla hemen hemen doğru orantılı olarak değişirse de, çok düşük fre kanslarda soğutma da kötüleşeceğinden daha fazla düşer.

Gerilim ve frekanstaki değişmelerin endüksiyon mo torlarına etkisi Tablo l'de görülmektedir.

Karaktariıtikleı

MOMENT : Yol H u v e nakfi

Tam yük h ı t ı Y üzde k «y u

Z 1 aı Z 17 ı

Altarnatif Akın (anddkaiyon) Motorları i 1 iı

Z 5 azalır Z 5 azalır

1/2 yükt

GÜÇ CARTAMI : Tan ylikte 3/4 yokta 1/2 ylikti

AKIM :

Z 1 2 atalıı Z 3 azalır

Z 1 2 artar Z 1 artar

ı im» yUklm kapuitaai Magmtik gflrflltü .

Tablo 1. Gerilim ve frekans değişmelerinin en düksiyon motoruna etkileri

2. SENKRON MOTORLAR

Gerilimdeki değişmelerin senkron motorlar üzerine etkisi endüksiyon motorlarında olduğu gibidir. Bu nunla beraber yol alma momenti gerilimin karesi i le, devrilme momenti ise gerilimle orantılı olarak değişir.

Burada bir noktayı belirtmek yerinde olacaktır; be lirli sınırlar içinde kalmak koşuluyla gerilimin yüksek oluşu, düşük oluşu kadar zararlı değildir.

3. AYDINLATMA AYGITLARI

3.1 Akkor Telli Lambalar

AKkor telli lambaların verdiği ışık gücü ve ömrü uygulanan gerilime çok bağlıdır. Tablo 2'de akkor telli lambaların ışık gücü ve ömrünün gerilimle nasıl değiştiği anma değerlerinin yüzdesi olarak verilmiştir (Ayrıca Şekil l'e bakınız).

Genel olarak akkor telli lambalarda; lambalara uy gulanan gerilim % 1 değiştiğinde lambanın ışık gü

U0

80 c

.

t* \

«S

<f /

4 20

?< !

W 50 60 70

]

|;

iV

'/ III1 \

//

^— "S

•*•"

A s= s*

V

z• t ,

V\ 9i

\p

80 9C 100 110 120 130 U0 150

Nominal gerilimin yüzdesi

Şekil 1. Caz doldurulmuş akkor telli büyük lamba ların ortalama karakteristikleri

Tablc 2.

Gerilim

Gerilim değişmelerinin gaz dolu akkor lamba karak teristiklerin e etkisi (Anma değerlerinin yüzdesi olarak)

80 85 90 92 94 96 98 100 102 104 106 108 110 115

Işık

Gücü

47 58 70 75 81 87 93 100 105 115 120 130 140 160 185

Teorik

Ömrü

1900 850 400 300 225 170 130 100 75 60 45 35 30 15 10

cü % 3 3,5 kadar değişmektedir. Tablo 2'den, geri lim % 10 düştüğünde, ışık gücünün de'% 30 düştüğü görülmektedir. Gerilimin % 10 artması halinde ise lamba ömrü 1/3 ten aşağıya düşmektedir.

3.2. Floresan Lambalar

Genel olarak gerilimde % 1 değişme, lambanın ışık gücünde yaklaşık % 1 değişmeye yol açmaktadır. Ay rıca gerilimin belirli bir değerin altına düşmesi deşarjın başlamamasına neden olur. Gerilim norma lin üstüne çıktığı zamanda lambanın balastla bir likte verimi düşer.

Floresan lambalar, ömür yönünden akkor telli lam balara göre voltaj değişmelerinden daha az etkile nirler. Gerilim değişimi ile lamba karakteristik lerinin nasıl değiştiği Şekil 2'de gösterilmiştir (Industrial Power Systems Handbook, Beeman s.209).

3.3. Cıva Buharlı Lambalar

Gerilim değişmelerinin cıva buharlı lambalar üze rine etkisi Şekil 3'de gösterilmiştir.

Düşük gtrilimttnle ifik gücü düfar deşarjın başlaması ve çalınma kararsızdır

Vüksck gerilimde k a l i t e s i z ı j l e t m e ve asın ısınıma

• —*

»

EN İY İ ÇALIŞMA BÖLGESİ

S

**

İT İP

2S "İ ' •

•fi >>

— ;•* —H t â

— —•

•• it

115 118 120 230 236 240 203 208 212

GERİLİMLER

1X

Şekil 2. Balasta uygulanan gerilimin işlevi ola rak floresan lambaların karakteristikleri

KO

JJME 1*/ J ' LA^ BAA KİMİ

' // LAh BAV» ATT

Bazı ölçü devrelerini içeren elektronik aygıtlar, 50 Hz'i duyan dar bantlı süzgeçler kullanmaktadır.

Frekans, bu aygıtların ayarlandıkları bandın dı

şına çıkacak olursa, aygıtların doğrulukları bozu

labilir.

y/ /

y // /

İlli

O 10 , &) 70 K 9 0 100 110 120 130 VS)

Şekil 3. H tipi 400 W cıva buharlı lamba karak teristikleri

3.4. Dirençle Isıtmalı Aygıtlar

Bu tip aygıtların enerji girişi ve ısı çıkışı ge nel olarak uygulanan gerilimin karesi ile orantı lı olarak değişir. Böylece gerilim % 10 düştüğün de aygıtın verdiği ısı gücü % 19 düşecektir.

Birçok ısıtıcı aygıtlar, termostatla denetlendi ğinde gerilim % 10 ve hatta daha fazla değiştiğin de bile, yeterli olarak çalışabilmektedirler.

Bununla beraber birçok yapımcı ısıtıcı biriminin en az yer kaplamasını ister ve dolayısıyle aygı tının maksimum gücüne yakın bir yerde çalışmasını ister. Gerilimin düşmesi ısının düşmesi, o da ü retimin düşmesi demektir.

4. KORUYUCU RÖLELER, ÖLÇÜ ALETLERİ VE SAYAÇLAR

Endüksiyon tipi rölelerin çalışma zamanları, fre kansla doğru orantılı olarak değişmektedir. Birbi rini izleyen rölelerin hepsi ters zamanlı endüksi yon tipi röleler olursa zaman ayarı ve seçicilik yönünden bir sorun çıkmamaktadır. Ancak araya de ğişmez zamanlı röle girmesi sakıncalıdır.

5. DÜŞÜK FREKANS VE DÜŞÜK GERİLİMİN ELEKTRONİK AYGITLARA ETKİSİ

Elektronik aygıtların herbirinin frekans ve geri lim düşümünden ne derece ve nasıl etkilendiğini, toleranslarının ne kadar olduğunu bilmek, ancak^ bu aygıtların tasarım ve devre karakteristikleri ni incelemekle mümkün olabilir. Yalnız, genel an lamda elektronik aygıtlarda bulunan devrelerden bazılarının frekans ve gerilime bağlılıkları aşa ğıda belirtildiği şekilde özetlenebilir.

5.1. Frekans Düşmesi

Elektronik aygıtların en önemli bölümü DA ile beslenir. Bu nedenle de şebekeden alınan AA'ı doğrultan ve aygıtın beslenmesini sağlayan bir doğrultaca gerek vardır. Bu tür aygıtlarda şebe ke frekansının düşüklüğü, ancak doğrultaç üzeri ne etkisi varsa önemlidir. Frekansın düşmesi, doğ rultacın besleme trafosunda, gerilim yükselmesi nin yaptığı gibi maksimum magnetik akının artması na neden olur. Dolayısıyla doğrultacın besleme trafosunun frekans düşüklüğü ençok 2,5 Hz olabilir. Gerçekte frekans ile beraber gerilimde düşecek o lursa bu tolerans daha da artar. Aynı şekilde, sta tik rezonans devreli AA regülatörleri de, frekans değişmelerine karşı duyarlıdır. Frekans kaymaları, regülatörün çalışma geriliminin değişmesine yol açar.

Ayrıca, şebeke frekansını zaman tabanı olarak kul lanan televizyon gibi sistemlerde bazı temel tara ma frekansları 50 Hz'den türetilmektedir. Televiz yon verici istasyonlarında bulunan resim kayıt ve kamera gibi 50 Hz'e çok duyarlı aygıtların şebeke frekansındaki düşmelerde çalışmaları, türetilen temel frekanslardaki değişmelerden dolayı olanak sızdır. Bu nedenle verici istasyonlarda kristalli lokal 50 Hz osilatörleri kullanılmaktadır. Bu de fa aynı temel frekansların türetilmesinde şebeke frekansını kullanan alıcı aygıtla aradaki frekans farkı kadar senkronizasyon bozukluğu meydana gel mektedir. Bunun etkisi televizyon ekranından ka yan siyah bir bant olarak görülmektedir.

Son yıllarda hemen hemen her alana uygulanmaya başlanan bilgisayarlarda şebeke frekansındaki düşmelerden etkilenme şu biçimde açıklanabilir:

Bilgisayarlarda şebeke frekansından etkilenen bö lüm özellikle diskler olarak görülmektedir. Fre kansın düşmesi sonucu diskin konumunu ayarlayan motorun hızı değişmekte bu nedenie de bilgisaya rın yaz oku (read/write) sisteminde aksamalar, at lamalar doğmaktadır. Aynı sorun magnetik band kul lanan bilgisayarlar için de geçerlidir.

Görülüyor ki, şebeke frekansının düşmesinin bazı özel aygıtlar hariç (özel ölçü devreleri, televiz yon sistemi), genel olarak elektronik aygıtlar ü zerinde önemli bir zorlama yapması söz konusu de ğildir.

5.2. Gerilim Düşmesi

Normal olarak bütün elektronik aygıtlarda gerilim değişmelerine karşı belirli ölçülerde tedbir alın mıştır. Yapımcılar bu toleransı iç tesisata tanı nan toleranstan az olmamak üzere hazırlarlar (* Z 5 ila 10 arası). Bununla beraber elektronik aygıtla rın birçok devreleri gerilime karşı duyarlıdır, bu nedenle de regülatörlerle beslenir. Regülatörler ise en düşük gerilime göre ayarlanıp, fazla gerili mi düşürdüklerinden aradaki gerilim farkına kar şılık olan güç, ısı olarak harcanır. Bu ise hem verim düşüklüğüne hem de regülatör öğesinin ısın masına neden olur. Bu bakımdan yapımcılar regülas yon sınırını özellikle güç devreleri için küçük tutarlar. Şebeke gerilimi, tanınan toleranstan a şağı düştüğünde regülatörler çalışmaz hale gelir ler. Regülatörlerin doyması sonucunda şebeke ge rilimindeki salınımlar ile doğrultaçtaki dalgalan malar elektronik devreleri etkiler, besleme geri liminde düşmeler olur. Dolayısıyla devrelerin gö revlerinde aksamalar doğar.

Güç yükselticilerini içeren devreler gerilim düşme si sonucu, maksimum güçlerine erişmeden doymaya gi derler, çalışma noktalarında değişiklikler dolayı sıyla devre işlerinde bozulmalar olur.

Tüplü aygıtlarda, katot ısıtıcıları belli bir sıcak lıkta en uygun verimi sağlarlar. Isıtıcıların geri liminin, şebeke gerilimine bağlı olarak düşmeleri katot sıcaklığını düşürerek emisyonun azalmasına do layısıyla da tüplerin görevlerinin aksamasıtva yol açar. Bu aksamalar tüpün kullanıldığı devreye bağlı olarak kazanç düşüklüğü ve çıkışta bazı bozulmalar şeklinde görülebilir.

Elektrik Mühendisliği 216 652