ELEKTRİKLE TAHRİK SİSTEMLERİNİN EKONOMİK BOYUTLANDIRILMASI

UDK: 6213133.017.8

Elektrikli Tahrik Sistemlerinin Ekonomik Boyutlandırılması

Yazan:

Dr. H. SCHAEFER T. H. Karisruhe

Çevirenler: Belika URAL Dr. Atıf URAL iTÜ

ÖZET

Bu yazıda, elektrikli tahrik sistemlerinin ekonomik boyutlandınlmasmm nasıl yapılması gerektiği anlatılmıştır, özellikle de aşın boyutlandırmanın sakıncaları, doğru olarak boyutlandırılması ve kayıpların azaltılması gibi ana problemler incelenerek, pratik örnekler verilmiştir.

SVMMARY in this paper is how to be done the economic dimension of electric drive systems explained. Essentially the disadvantages of överdimension and the problems, for example how the exact dimension, how the reduction of loşses should be done studied and the practical applications are given.

1. ÇOĞUNLUKLA PEK FARKEDlLMEYEN BİR RASYONELLEŞTİRME ALANI

Elektrikle ısıtmadaki enerji tüketimi gözönüne alınmazsa, endüstrideki elektrik enerjisi tüketiminin % 10 u aydınlatmaya, % 90 ı tahrike gitmektedir. Kuvvet gereksemesini karşılamak için gerekli olan enerji tüketimi, bununla ilgili ücret giderlerinin genellikle düşen eğilimde olmalarına rağmen, verimliliğin artfanlmasındaki çabaların kuvvet gereksemesini ve dolayısıyla mutlak olarak akım giderlerini arttırdığı oranda, işletmenin giderlerinin biçimini etkiler. Çoğunlukla işverenler bu gerçeği

pek bilmezler, çünkü hazırlanan malın birimi başına ücret giderleri kuruşuna kadar hesaplandığı halde, bugün için üretimle ilgili ücret giderlerinin % 50 veya daha fazlasına erişen enerji giderleri tahminlere göre ve çoğunlukla yanlış rakamlara dayanılarak bulunur. Şimdiye kadar, sıcaklığın yoğun olduğu işlemlerde (kurutma v.s.) bile, enerji giderleri artmakta ve kısmen sıcaklık gereksemesi için gerekli olan giderlerden daha fazla bulunmaktadır.

işletmede, enerji fiyatlarını uygun olarak etkilemek için, çeşitli olanaklar vardır. En önemlileri olarak şunları sayabiliriz:

Transformatörler dahil, elektrikli dağıtım tesislerinin gruplandınlması, doğru boyutlandırılması,

Gücün maksimum değerlerinden kaçınılması,

Reaktif akım kompanzasyonu,

Elektrikli tahrik sistemlerinin doğru boyutlandınlması.

Herşeyden önce, işletmede elektrikli tahrik sisteminin boyutlandınknasma, genellikle pek az önem verilir. Herbir tesisdeki mal birim parçası başına enerji tüketimine ait gerekli sayısal materyalin eksikliği, burada ortaya koyulan üretim giderlerinin azaltılması olanaklarının tanınmasının nedenidir. Bu, hem yeni yapılacaklarda hem de tesis edilmiş motor düzenleri için geçerlidir.

2. AŞIRI SOYUTLANDIRMANIN SAKINCALARI

Tüketim makinelerinin kuvvet gereksemesinin gerçek rasyonel olarak karşılanması da herşeyden evvel, elektrik motorları özelliklerine ait bazı bilgileri gerekli kılar. Endüstrideki tahrik sistemlerinin yaklaşık % 95 i alternatif akım kısa devre motorlar olduklarından, burada bunlara ait en önemli özellikler ele alınmaktadır.

2.1. Aşırı boyutlandırmanın sakıncaları

Alternatif akım kısa devre motorlarının durumu ve yüklenebilirlikleri :

Her tahrik sistemi, statorun gücünün rotora taşınmasında gerekli magnetik alanın tesisi için, bir mıknatıslanma akımını ve ayrıca mile verilen mekanik enerjiyi ve sürtünme, hava aralığı ve akım ısı kayıplarını karşılamada gerekli bir aktif akımı gerektirir, îşi aktif akım yapar, mıknatıslanma akımı reaktif akım olarak işaretlenir.

Aktif ve reaktif akımın, dolayısıyla aktif güç Nw ve reaktif güç NB nin Ns görünen gücünü oluşturdukları, Şekil l deki dikaçlı üçgenlerden görülür.

Aktif ve görünen güçler arasındaki oran, yani tp açısının kosinüsü güç faktörü olarak adlandırılır. Bu güç faktörü aktif gücün görünen güce olan katkısını gösterir.

NB-10.2kVAr

NB=17 3 kVAr

Normal olarak motorlar, tahrik milinde güç plakasında verilen güç ile, sürekli olarak zarar görmeksizin, yüklenebilirler. Bu daima verilen mekanik güce tekabül eder, bunu alınan aktif güç ile karıştırmamalıdır. Bir örnek ile açıklayalım. Bir motorun güç plakasında, örneğin şu büyüklükler bulunsun :

N = 18,5 kW U = 220/380 V I = 64/37,5 A coş <p = 0,86 n = 1450 d/dak

Bu büyüklükler, motorun sürekli olarak 18,5 kW lık bir mekanik güç verebileceğini gösterir. Eğer motor 220 V ile işletilirse (bu halde üçgen bağlanmıştır), milin tam yüklenmesinde yani 18,5 kW lık nominal güç (nominal işletmede) 64 A çeker. Güç faktörü 0,86 ya ulaşır. Şayet motor, 380 V luk işletme gerilimi ile işletilirse (bu halde motor yıldız bağlanmıştır) 37,5 A çeker, güç faktörü yine 0,86 dır. Söz konusu motor, 4 kutupludur ve dönü sayısı 1500 dönü/ dak. dır. Bu (senkron) dönü sayısına ancak boşta yaklaşık olarak erişilir. Motor milinin nominal güç ile yüklenmesinde dönü sayısı, verilen değer olan 1450 dönü/dak. ya düşer.

Bu verilenlerden, nominal işletmedeki alman aktif güç hesaplanabilir:

N = U.I.cos<pV3~~

N = 380.37,2.0,86.1,73 = 21,2 kW 21,2 kW hk alman hakiki güç ile 18,5 kW lık mekanik nomial güç arasındaki 2,7 kW hk fark, motorun nominal işletmedeki kayıplarını gösterir. 18,5 ile 21,2 büyüklükleri arasındaki oran ise T]n = 0,87 nominal verimi saptar.

Bir elektrik motorunun yiiklenebilirliğini iki büyüklük sınırlar, ilk olarak sargının ısınma sıcaklığı gelir. Bu, VDE 0530. S. 33'ye göre saptanan ve sargının izolasyon sınıfına göre güvenilir olan sınır sıcaklığı aşmamalıdır.

Bugünkü izolasyon maddelerinde, 60°C nin oldukça üstünde bulunan karkas (motor gövdesi) sıcaklıkları bulunur. El koymakla yerinde yapılan normal motor yüklenmesi kontrolü,

bütünüyle yanlıştır. Yukarıda söylenen VDE yönetmeliklerinde aynca .tahrik sisteminin sıcak işletme durumunda genellikle 2 dakika boyunca, hiçbir zarar' vermeksizin ve bir kalıcı şekil değişikliği oluşturmaksızın, 1,5 katı aşırı akıma dayanabilmeğe zorunlu olduğu saptanmıştır.

Yüklenebilirliği sınırlayan ikinci büyüklük, devrilme momentiyle ilgilidir. Bu moment, motorun aşın yük dolayısıyla hareketsiz kaldığı dönme momentidir ve nominal yükteki (nominal moment) dönme momentinin en aşağı 1,6 katı olmalıdır. Fakat pratikte genellikle iki katın da epey üstünde bulunur.

Kısa devre rotorlu motor bu kadar sağlam olsa bile, yine de belirli bir bakımı gerektirir. Özellikle, motorların aşın derecede kirlenmemelerj vö herşeyden önce, soğutma yarıkla-, nnın olup olmadığı kontrol edilmelidir. Birçok durumlarda sargıların yanması aşın yüklenmeden ileri gelmeyip .izolasyon maddelerinin elektriksel sağlamlığım çok düşüren, sargılar üzerindeki kirin 'etkisinden oluşur, özellikle, döküm tozu izolasyona mekanik olarak çok zarar verir. Ayrıca motorun yapımında, soğutma havasının giriş ve çıkışına engel olunmamalıdır.

Makine yapımcılarının kısmen dikkatsizlikleri yüzünden çoğunlukla böyle pek çok eksikliklere rastlanır.

2.2. Motor kayıpları ve etkileri

Mıknatıslanma akımına olan' gerekseme ve dolayısiyle bir tahrik sisteminin reaktif güç alması herşeyden önce motorun büyüklüğüne bağlıdır. Boşta çalışmada reaktif güç zaten oldukça büyüktür, ha'lbuki aktif güç'boşta çalışmada küçüktür ve yükle yaklaşık lineer olarak artar. Aktif gücün görünen güce oranı yani güç faktörü, her tahrik sisteminde, boşta çalışmada ve motordan en az yararlanıldığı durumda en fenadır. Yük nominal güce yaklaştığı oranda bu faktör iyileşir.

Bunu daha iyi açıklayabilmek için. Şekil l, 21 kW ve 38 kW güçlerindeki motorlarda aynı bir 10 kW lık aktif güç alınışındaki görünen ve reaktif güç almışlannı göstermektedir. 21 kW lık motor % 50 lik bir yararlanma durumunda, 10,2 kVAr lık reaktif gücü, 143 kVA lık bir gözüken gücü gerektirir. Güç faktörü 0,7 ye ulaşır.

Yaklaşık dörtte bir oranında yararlanılan 38 kW lık bir motor 17,3 kVAr lık bir reaktif güç değerindedir, gözüken gücü 20 kVA e ulaşır. Güç faktörü bu durumda 0,5 değerindedir. 38 kW lık bir motorda dağıtım iletkenleri ve trans-

formatörlerdeki ısı kayıptan 21 kVf hktakine

göre üç kat tdaha büyüktür. Orantılı olarak, motor kayıplan da tam yükte en azdır. Dolayısıyle verilen 'mekanik gücün alınan aktif gü

ce oranı ojan verim,-tahrik sisteminden yarar

lanmanın artmasıyla artar. Şekil l deki örnek

de .bunu .açıklar, 21 kW lık motor 10 kW hk bir"

aktif güç alınışında, miline mekanik enerji şek

linde 8,5 kW verir. Bu yükte kayıplar 1,5 kW a

ulaşır. 38 'kW- lık motor ise yalnız 8,1 kW ve

rir. • Kayıpları ise "1,9 k\V-olup 1,25 kat-daha bü

yüktür.

••*

' ' U.

M'

Kötü- yüklenmiş bir motor, iki nedenden dola

yı, aynı amaç için kurulmuş iyi yüklenmiş mo

tora ' göre, -daha yüksek işletme enerjisi gider

lerini gerektirir. Yüksek bir yol alma gereği

nedeniyle de gereksiz kayıplar oluşabilir,"' çün

kü yolalma akımının büyüklüğü motorlarda

yalnız kendi büyüklüklerine bağlıdır. Bu nomi

nal akımın yaklaşık 6 ile 7 katına ulaşır ve

motorun boşta veya yükte yol almak gere

ğinde ölüp olmamasından ' etkilenmez. Dolayısıyle görülür ki, büyük boyutlandınlmış tahrik

sistemleri-yol almada bile çok uygunsuzdur ve

gereksiz yüksek gerilim düşümlerine neden

olur. ., ,

ZAU

Yıldız bağlama Üçgen bağlama

8 10

Verilen güç Nob kW olarak

Şekil 3.

Aynca dikkat edilmesi gereken bir nokta da, verilen aynı güçler için güç faktörü ve verim, motorun nominal dönü sayısı nekadar yüksek ise o kadar artar. Dolayısıyle, iyi bir dönüştürücü sistem (küçültme kutusu) ile, dönü sayısı yüksek bir tahrik sistemi kullanmak, devir sayısı alçak bir sistemi kurmaktan çoğu kez daha uygundur.

Tahrik sistemi araştırmaları göstermiştir ki, doldurma aralıklarında ve hatta işletme aralıklarında bile, işletme tekniği bakımından gerekli olmamakla birlikte, makinelere ait tahrik sistemlerinin çalıştığı sık sık görülür.

Diğer taraftan boştaki güç, çalışma sırasındaki gücün çoğu kez % 40 ile % 70 ni bulduğundan ve boşta çalışma zamanlarının sık sık çalışma zamanlarıyla aynı büyüklükte veya daha büyük olmasından dolayı, boşta çalışma zamanlan akım tüketiminin yükselmesinde oldukça önemli rol oynarlar. Bunun için, boşta çalışmaya engel olan her olanaktan muhakkak tam anlamıyla yararlanılmalıdır.

Bunlar için, herşeyden önce olabildiği kadar teknik bakımdan çalışanların yetiştirilmesi ve tahrik sisteminin otomatik olarak devreden çıkmasını sağlıyan son nokta anahtarlarının yerleştirilmesi gerekir. Teknolojik koşullar makinelerin çalışmasını gerekli kılmadıkça, boşta çalışmadan kesinlikle sakınmak gerekir. Böylece % 50 ve hatta daha fazla ekonomik yarar sağlanır.

3. DOĞRU OLARAK NASIL SOYUTLANDIRILIR?

Baştaki açıklamalar, motor büyüklüklerinin tahrik edilecek makinelerin güç gereksemesine mümkün olabildiği kadar iyi uyabilmesi-nin ne kadar önemli olduğunu gösterirler. Fakat genellikle bu durum hiç bilinmez. Karls-ruhe Yüksek Teknik Okulundaki enerji ekonomisi araştırma kısmında yapılan araştırmalar birçok endüstri işletmelerinde, tahrik sisteminin oldukça aşın boyutlandınldığını göstermiştir. 2000 üretim makinesinin üzerinde yapılan araştırma sonucu göstermiştir ki, tesis edilen motor gücünden ortalama ancak % 30 yararlanılmıştır. Kurulu gücün büyüklüğü satışı etkiler. Çoğunlukla bir makinenin seçiminde, satın alan kimse gerçek güç gereksemesini hesaplamadığından, tahrik sisteminin büyüklüğü son neden olmaktadır.

Kağıt, deri ve tekstil endüstri işletmelerinde de bir çok durumlarda benzer aşın boyutlandırmalar saptanmıştır. En fazla gerekseme bile birçok durumlarda, kurulan tahrik sisteminin nominal gücünden daha küçüktür.

Bu oranların belli bir amaç için kurulan, örneğin otomatikleşmiş üretim kollan gibi kuruluşlarda bile hiç bir şekilde daha iyi olmadığı dikkati çekicidir. Burada kullanma faktörleri, üniversal makinelerdekinden kısmen daha kötüdür.

Dolayısıyle işletmenin, gerçek güç gereksemesini ve bunun için gerekli makinelerden yararlanma şeklini ve miktarını, bilmesi gereklidir. Bu, halen var olan kuruluşlar için olduğu kadar, yenileri için de geçerlidir.

3.1. Tahrik sistemleri nasıl ölçülebilir?

Güç gereksemesinin saptanması birçok makinelerde herşeyden önce biçim değiştirmeleri konulan ele alındığında mümkün değildir veya pek az bir doğrulukla mümkündür. Esas olarak, incelemeler yaparak toplananlan değerlendirmek gerekir.

«Durchführung und Auswertung von Antriebsuntersuchungen» '(Tahrik sistemlerinde araştırmaların yapılış ve değerlendirilişi) adlı çalışma raporunda (Berichte der Forschungsstelle für Energiewirtschaft an der Technischen Hochshule Karlsruhe, Sonderdruck aus Heft 4, 1957, Verlag A. Kramer GmbH, Karlsruhe) bu tip ölçülerin ne biçimde yapılacağı ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Az bir gider ile de gerekseme duyulan değerlere ulaşılır. Tek fazlı ölçülerle yetinilir. Tahrik sisteminin simetrisizliği nedeniyle oluşabilecek sapmalar dikkate alındığında, işletme isteklerini yerine getiren bir ölçü sistemi için 500 ile 800 DM yeterlidir.

Bunun için, l adet tek fazlı kWh sayacı, l adet duruma göre aktif ve reaktif güç ölçme için devreye girebilen vatmetre, l adet ampermetre, l adet kiloamperkare saat sayacı.

gereklidir. Bütün aletler sekonderi 5 A olan akım transformatörleri için planlanmış olmalıdırlar. Bir devreye girip çıkabilen akım trafosuyla ölçü sistemi çok amaçlı kullanılabilir.

Bu söylenen aletlerle güç gereksemesi ve tahrik sisteminin kullanılma derecesi saptanabilir. Aynca tahrik sisteminin aşın termik tam yüklenmesi de kontrol edilebilir, herbir çalışma bölümü başına güç kullanılması da bu arada bulunabilir. Bu ise insanı zaman boyunca bütün önemli üretim kuruluşlan için gerekli ölçmeleri yapmaya yöneltir ve yapılan gidere değer.

3.2. Yeni yapılacaklarda ve işletmelerin yeniden kontratlarında yapılacak iş

Kuvvet gereksemesi saptandıktan sonra motorların yeniden kurulmasında, satış faktörleri nedeniyle büyük boyutlandınlmış tahrik sistemlerine gidilmemelidir.

Burada diğer bir rasyonalizasyon görüş noktası daha vardır. Bu da motorların tiplerinin düzene sokulması ve güç normlaştırılmasıdır. Sık sık rastlanan, bir tahrik sisteminin gerçek güç gereksemesine kötü bir şekilde uyması hiçbir şekilde bir tipleştirmenin sonucu değildir. Birçok 'işletmelerde, tip sayısının önemli oranda azaltılması, tahrik boyutlandırılmasının düzeltilmesiyle aynı zamanda yapılabilir. Bu aşağıdaki örnekte açıkça ortaya konulabilir.

Bir transfer yolunda (yürüyen band) 44 motor yerleştirilmiştir, bu motorlar 16 güç çeşidindedirler. Dönü sayısı farkları da göz önüne alınırsa, toplam olarak 21 çeşit motor tipi ortaya çıkmaktadır.

Burada amaçlı makineler gözönüne alındığından, arada bir yapılan ve yüksek güç gereksemesi gösteren çalışmaları söz konusu etmek anlamsızdır. En fazla 7 güç çeşidi olması gereken bir sınırlamada, kurulmuş toplam tahrik gücü % 38 azaltılabilir, bu ise oldukça düzeltilmiş motor güçleri uyması ve dolayısıyle enerji giderlerinin azaltılması anlamına gelir. Bu örnekte motorların seçimi 4 güç çeşidinde olmak üzere kısıtlansaydı yine de, kurulu toplam güçte °/o 15 bir azalma olurdu.

Burada transfer yolu için söylenen, bütün bir işletme için de geçerlidir .işletmede kullanılan motorların sınırlandınlmasıyle, motorların yatak bakımları ve onarımları için gereken giderlerin azalacağı açıktır. Bütün ayrıntıların açıklanmasına gerek olmamakla beraber, makinelere ait kartların tutulmasının, yukarıda söz konusu edilen karakteristik değerlerin, elde edilen deneylerin, yapılan onarım ve giderlerin bulunduğu motor kartlarının da tutulmasının ne kadar önemli olduğunu hatırlatmak yerinde olur. Bu yöntem, işletmenin ve enerji tüketiminin rasyonelleştirilmesinde büyük yardım sağlıyacaktır.

Az yüklenmiş tahrik sisteminin şebekeye bağlantısının değiştirilebilmesi için, işletmedeki gerilime normal olarak üçgen bağlantıyla giren motorlar satın alınmalıdır. Makine alınmasında bu- istem ana koşullardan biri olmalıdır. Bir fazlı motor tiplerinden belli bir yatırım göze alınırsa, örneğin 0,5 den 22 kW a kadar olan güç alanında 5 tip güç vardır. Aşağıdaki tipler satın alınmış olsun:

1,5 kW, 3 kW, 53 kW, 11 kW, 22 kW.

Bu tahrik sisteminin yıldız bağlanmasiyle aşağıdaki güçler elde edilir:

0,5 kW, 1,0 kW, 1,8 kW, 3,7 kW, 7,3 kW.

Böylece 5 motor tipiyle 10 farklı güç elde edilir ve bütün durumlarda, verilen güç alanında % 50 nin üstündeki kullanmalara bu güç basamakları olanak verirler, dolayısıyla tahrik sisteminin enerji ekonomisi bakımından uygun olmıyan işletme alanından kaçınılmış olur.

Ölçmeler sonunda .tahrik sistemi oldukça büyük boyutlandınlmış bulunursa teknik önlemler ile, hazırlanan materyali giderler bakımından, uygun kılan yardımlar sağlanabilir. Birçok durumlarda tahrik sisteminin aşın derecede büyük boyutlandınlmasının nedeni, yüklenme ve ısınma ile ilgili gerçek bilgilerin bulunmayıp yalnız, kanılara bağlı bulunulmasıdır. Motorların daha iyi bir biçimde kullanılmasıyle veya elektriki olarak küçültülmesiyle burada da, gelecek bölümde gösterilebileceği gibi, bir avantaj yaratmak olanağı vardır.

4. YANLIŞ BOYUTLANDIRILMADA KAYIPLA RIN AZALTILMASI

4.1. Çalışma hızının yükseltilmesi

Makinelerde kayıplar çoğunlukla çalışma hızıyla orantılı değildir. Bu bakımdan, bu makineler için yükseltilmiş hızda özgül enerji ve güç gereksemesinin (parça ve kilo başına) azaldığı sonucu çıkar.

Şekil 4.

12345 Verilen güç Nob kW olarak

%70 6050 to-

20-"10J! L '-10J: -•,: r n .

"ı"' l '•

Şekil 5.

NB*-NBA NolA- NoU

Noi [kW]

Buradan açıkça görülür ki, hemen hemen heryerde.-verimin yükseltilmesi enerjinin rasyonel o.larak .kullanılmasıyla sıkı sıkıya bağlıdır, özellikle üretim makinelerinde ve bütün taşımalarda saptandığı gibi, makinelerden ve tahrik sisteminden iyi olarak yararlanılmada ve çalışma hızının yükseltilmesinde, özgül güç ve enerji tüketiminin azalması kendini açıkça ortaya koyar. Bunun, özgül ücret ve toplam giderler üzerine olan etkileri de belirli bir biçimde görülür.

motorun nominal gücünün üçte bir küçülmesi demektir, örneğin, 380/220 V gerilim için yerleştirilmiş ve 380 V luk bir işletme geriliminde çalışan 9 kW lık bir motor yıldız işletmede 3 kW a kadar mekanik güç verebilir. Bu özellikten tam yüklenmemiş tahrik sistemlerinde, verimin ve güç faktörünün düzeltilmesinde yararlanılır. Tahrik sistemlerinde çalışan birçok insanın düşündüğünün tersine, bir tahrik sisteminin yüklenmesi sürekli bir şekilde nominal yükünün üçte birinin altında bulunuyorsa, tahrik sistemi sürekli olarak yıldız bağlantıda çalıştırılabilir. Böylece, üçgen- bağlantılı işletmeye göre oldukça iyi verimlere ve oldukça iyi güç faktörüne erişilir. Aktif güç % 10-30, reaktif .güç ise % 60-70 azalır. 940 d/dak. lık nominal dönülü ve 7,5 kW lık bir motor için, Şekil 3'de, üçgen bağlantıda aktif ve reaktif güç alınımımn, güç faktörünün ve verimin verilen güce göre. değişimi, Şekil 4. de ise; aynı büyüklüklerin yıldız. bağlantıdaki değişimleri gösterilmektedir. Şekil 5, yıldız 'bağlantıdaki aktif ve reaktif güç alınımlannın", üçgen bağlantıdaki aynı büyüklüklere göre ne kadar azaldığını belirtmektedir.

42, Reaktif akım kompanzasyonu (dengelen

mesi)

Reaktif akım kompanzasyonu, motorlardan daha iyi yararlanılmak ve 'böylece reaktif akım bileşenini azaltmak- olanağının bulunmadığı - zanian, ;ele alınıp uygulanmalıdır. Burada şu ilke geçerlidir; doğru boyutlandırma, kompanzasyondan daha iyidir. Motorun elektriki olarak küçültülmesiyle güç faktörü önemli oranda düzeltilemiyorsa, o zaman ayrıca kompanze edilmelidir. Reaktif akım bileşeninin ne kadar yüksek olabileceği çeşitli kullanma biçimlerine göre, Şekil l in yardımıyla kestirilebilir.

4.3. Yıldız-üçgen bağlama

f

,

Yıldız-üçgen bağlama yol alma akımının azaltılması olanağını verir, ilkesi ve bağlantı şekli,

Şekil 2 de gösterilmiştir! Bu bağlama yalnız,

tahrik sistemi bulunduğu işletmedeki şebeke

gerilimine uyacak şekilde üçgen bağlanabil!-

yorsa olur. Motor, yıldız bağlantıda tam dönü

ile yol alır ve tam normal dönüşüne ulaştıktan sonra üçgene çevrilir. -Böylece oldukça tatlı

bir yol alış ve yol alma akımında da üçte iki

bir azalma sağlanır. Yıldız bağlama -basit bir

şekilde söylenecek olursa- elektriki olarak",

5. ÖZET

Aşırı bbyutlandırılmış tahrik sistemlerinde şu noktalara dikkat edilmesi gerekir:

1. .,-Çalışma hızının yükseltilmesi, makinenin

akım tüketim miktarının azaltılmasına bağlı

dır.

:'

2. Birçok durumlarda oldukça aşın bir şekil de boyutlandırılmış motorlar için, tam yüklen memiş tahrik sisteminde yıldız bağlantı öneri lir, bu- ise genel olarak yaklaşık °/o 15 aktif akım ve °/o 60-70 reaktif akım ekonomisi sağ lar. Tam yüklenmemiş sistemlerde, üçgen bağ lantıdan yıldız bağlantıya geçmek için; tahrik sisteminin bulunduğu, işletmedeki şebeke geri liminin üçgen işletmeye olanak verecek biçim de olması halinde, makinelerin satın alınmasın da,- bu koşullan yerine getiren motorlar seçil melidir. Üzülerek söylemek gerekirse, sık sık kendini, gösteren, bu tahrik gücünden kötü bir şekilde yararlanılması, ortaya gereksiz aşın enerji giderleri çıkarmaktadır.

Hazırlama tekniği bakımından gerekli önlemler nedeniyle güç gereksemesi büyürse, yeniden kolaylıkla üçgen bağlantıya geçilir.

3. Yolalma akımı yalnız motor büyüklükleri ne.'bağlıdır, dolayısıyle'oldukça büyük motor larda, bu büyüklüklerin elektriki olarak kü çültülmesiyle, azaltılabilir • (Yıldız-üçgen bağ lantı).

Elektrik'Mühendisliği 201

KOMArfOT

Yıldız bağlama Şekil 6.

6 ve 7 de gösterilen sonuçlan şaşırtıcıdır. Kurulu güç, üçgen işletmede % 51 kullanılmış,

-3

yıldız ı bağlantıda ise % 107 olmuştur. Termik

olarak kullanma, üçgen bağlantıda % 98 lik

oldukça büyük değerden, yıldız bağlantıda %

37 ye düşer. Motor nominal işletmede 4,8 A çe-

2*

ker, dolayısiyle yıldız bağlantıda güvenilir olmayan ısınmadan kaçınmak için yalnız en fazla

2,77 A lik bir efektif akıma erişilebilir. Efektif

akım, üçgen işletmede 4,75 A e eriştiği halde,

yıldız bağlantıda 1,68 A değerinde kalır ve hatta

çekilen akımın maksimum değeri 2,6 A

olduğundan, ısınma bakımından sürekli ve güvenilir akım değerine bile erişemez. Böylece,

yaklaşık nominal yükün üçte biri veya daha

azıyla yüklenmiş bir tahrik sisteminin, yıldız

bağlantıda daha evvel bozulacağı korkusu, bütünüyle dayanıksız kalmaktadır. Enerji giderlerinin ücret giderlerine oranı % 25,1 den %

17,3 e düşmektedir. Bu oran araştırılan bütün

otomatlarda °/o 21 de bulunmakta ve yıldız işletmeye bağlanan makinelerde, bağlantıdan önce

ortalama % 19,5, bağlantıdan sonra ise % 16,3

a gider. Burada yalnız herbir makinede elde

olunan ekonomiler gözönüne alınmıştır. Ayrıca,

dağıtım tesislerinde oluşan kayıplarda bir

azalma, azalan gerilim düşümünün sağladığı

yararlar ve oldukça azalan reaktif akım kompanzasyonu giderleri de görülmektedir.

4. Kural olarak boşta çalışma gereksemesi toplam gereksemenin % 30 - % 80 i olduğuna göre, makinelerin boşta çalışması muhakkak dinlenme zamanlarına getirilmelidir, îş makinelerinde genellikle verimli zaman, toplam çalışma süresinin yaklaşık % 40 ma erişir. Dolayısiyle yalnız dinlenme sürelerindeki devreden çıkartmalarla akım gereksemesi % 20 den % 50 ye kadar indirilebilir.

6. PRATİK ÖRNEKLER

Pratikten alman birkaç örnek, açıklanan önlemlerle güç gereksemesini karşılamada hangi rasyonelleştirme olanaklarının bulunduğunu gösterir.

îlk önce tam yüklenmemiş tahrik sistemlerinin yıldız bağlantısının kullanıldığı örneklerden söz edelim.

Örnek l:

2,2 kW lik bir motorla tahrik edilen ve (delik çapı 7 mm, mil çapı 9,45 mm, baş çapı 14 mm olan) delikli perçin üreten 18 mm geçici bantlı bir otomatta yapılan deneylerin Şekil

UÇMA boDlamalı tahrik

Yıldız bağ la malı tahrik

Şekil 7.

Örnek 2:

Bir tekstil finissaj fabrikasının bir bölümünde, toplam gücü 557 kw olan tesis edilmiş 159 tahrik sisteminden, 71 tanesi yıldız bağlantıya dönüştürülmüştür. Bu durumda, aktif akım tüketimi % 89'a, reaktif akım tüketimi % 67'ye düşmüş, gücün maksimum değerleri ise % 8,5 azalmıştır. Giderlerde sağlanan ekonomi yaklaşık 9000 DM/yıl dır. Bundan başka, tesis giderleri yaklaşık 13500 DM olan kondansatörler, 270 kVar lik bir güçle diğer kullanmalar için serbest kalmış olur.

Örnek 3:'

Çalışma hızının yükseltilmesiyle, verimin nasıl yükseleceği ve enerjiden nasıl ekonomi sağlanacağını dikey milli bir torna tezgahı örneğinde gösterelim. Döküm kalıplarının içi ve dışı torna edilmiş olsun. Kesme derinliği 1,25 mm, kesme uzunluğu 150 mm, çalışma çapı 165 mm, masa dönü sayısı 83 d/dak ve kaydırma yolu 0,88 mm/dönü ye erişmektedir. Bu çalışma karakteristiklerindeki 14 kW hk motordan yalnızca % 21,4 yarar sağlanmıştır. Yol almadaki çok kısa güç maksimumu da % 50 nin azıcık üstündedir. Kaydırma yolunun 1,3 mm/dönü ye yükseltilmesi gerçek gücün alınımmı yalnızca % 11 arttırdı, çalışma hızı da % 32,5 azaldı. Parça basma akım tüketimi % 25, reaktif güç gereksemesi ise yükselmediğinden (Şekil 8) reâktif akım tüketimi % 32,5 azaldı. Yararlanma (kullanma) faktörü % 2,4 artış ile % 23,8e yükseldi. Bu bize aynı zamanda, çalışma hızının ârttırılmasıyle öngörülen üretim yükselmelerinde, güç gereksemesindeki artmanın gözlerde fazla büyütülmemesi gerektiğini de gösterir: •'

örnek 4:

Bir uzun planye makinesi üzerine makkap makinelerinin masalan yerleştirilmiştir. Tahrik sisteminin motorunun gücü 19 kW dır, fakat 5,5 kW lık bir ortalama aktif güç ve 9,85 kVar lık bir ortalama reaktif güç çekmektedir. Kesme sırasındaki yük, boştaki çalışma yükünün birazcık üstünde bulunmaktadır. Aynı çalışma şekli motorun yıldız bağlantısında uygulanmış olsaydı, ortalama aktif güç ve dolayısıyla aktif akım tüketimi % 15,5 azalır, ortalama reaktif güç ve iş ise % 68,5 inerdi. Güç faktörü 0,49 dan 0,83 e çıkarılınca, ortalama reaktif güç 113 kVar dan 5,6 kVar a düştüğünden, iletkenlerdeki kayıplar üçgen bağlantılı işletmedeki kayıpların % 25 ine düşmektedir.

ONmm

Kötü yüklenmiş motorları kapsayan bir işletmenin yıldız bağlantıdaki , yararlan bu örnekten açıkça görülmektedir. Fakat bu ayırıcı devrenin kullanılmasında, yükün tahrik sisteminin nominal yükünün 1/3 ünü aşmaması garantiye alınmalıdır.

örnek 5:

r

', ,

Motor bloklarının silindirik kafa kısımlarının

yapılması dışında her işi gören ve bir hazırla

ma bandına yerleştirilmiş dik milli bir torna

tezgahında, çeşitli ölçmeler yapılmıştır. Yerleş

tirilen 22 kW lık motor hiçbir zaman nominal

yükünün 1/3 nün üstünde yüklenmemektedir.

Yıldız bağlamadaki motorların işletmesinde

üçgen bağlantıdaki işletmedekine göre aktif

güç ve iş' % 15, reaktif güç ve iş % 68, görünen

güç ve iş % 59, hatlardaki kayıplar ise % 85

düşmektedirler. Güç faktörü 0,45 den 0,8 e çık

mıştır. Makine, pazar günlerinin dışında sürek;

H işletmededir. Tahrik motorunun yıldız bağlantısıyle, motorda bir ayda hiçbir değişiklik

gerekmeksizin yaklaşık 380 kWh ekonomi sağ

lanmıştır. .

.,

Burada verilen açıklama ve örneklerle, işletmelerde özellikle elektrikli tahrik sistemlerinde, rasyonel bir enerji kullanılmasıyla gider azalma olanaklarının sağlandığı gösterilmiştir. Elektrik enerjisi, bugün onsuz hiçbir ticaret hayatının düşünülemeyeceği en çok yayılmış, en ideal ve dolayısiyle en çok kullanılan enerjidir. Bu çok çeşitli kullanma alanı muhakkakki, genellikle bir maddenin , üretimindeki genel gider katkılarında, bir faktör olarak yemden kendini gösterir. •

Elektrikli tahrik aracının doğru seçimi ve daha iyi kullanılması, yapılan deneylere göre, bizi parça basma daha az özgül akım giderleri sonucuna. götürür. .

Elektrik kullanılmasındaki kayıplar, enerjiyi dönüştüren makine ve aletlerde sürekli ölçüler yapmakla bulunabilir. Bunun için uygun sayıda 'ölçü aletleri gereklidir; bu ise, bazı çevrelerce işin anlaşılamaması ve bunu akım giderlerini azaltacağı görülemediğinden, gerçekleşememektedir, insan, akım giderlerinin büyüklüğüne alışmak eğilimindedir. Kayıpların nereden geldiğini bilmekle herşey yapılmış demek değildir, öncelikle bilinen eksiği' tamamlamak için yardımı sağlamak gerekir. Bazı firmalar enerji ekonomisini başarıyla çözebilmek için bu konuda pirimler koymuşlardır.

Elektrik 'Mühendisliği 201