İnverter enerji geri besleme cihazı tedarikçisi, yükü çalıştıran elektrik motorunun enerji tüketiminin toplam güç tüketiminin %70'inden fazlasını oluşturduğunu hatırlatıyor. Bu nedenle, elektrik motorunun ve çalıştırdığı yükün enerji tasarrufu, özellikle önemli sosyal öneme ve ekonomik faydalara sahiptir.
Elektrik motorları ve yükleri için enerji tasarrufu sağlamanın iki temel yolu vardır: Birincisi, motor veya yükün çalışma verimliliğini artırmaktır; örneğin, bir binada birden fazla asansör genellikle aynı yönde çalışır ve bu da çok fazla elektrik tüketir. Asansörler nasıl akıllı ve enerji tasarruflu hale getirilir? Modern kontrol teknolojisinin bu sorunu çözdüğü söylenebilir. "Yapay nöronlar", asansörlerin her haftaki çalışmasını bir zaman dilimi olarak kaydeden bilgi işleme ve bellek bankaları gibidir. Kaydedilen bilgilere göre, "yapay nöron" en enerji tasarruflu çalışma modunu üretecek, binadaki birden fazla asansörü kontrol edecek, aralarında net bir iş bölümü oluşturacak, doğru zamanda doğru konuma varacak, yolcuların inip binmesini kolaylaştıracak ve asansörlerin kalkış ve iniş sayısını azaltacaktır. Grup asansörlerinde enerji tasarrufu %30'un üzerine çıkabilir. Ayrıca, elektrik motorunun çalışma verimliliğini artırmayı amaçlayan enerji tasarrufu önlemleri arasında, asansörde kimse yokken asansör aydınlatmasının otomatik olarak kapatılması, yürüyen merdivenlerin otomatik olarak durdurulması veya düşük hızda çalıştırılması vb. yer alır. İkincisi ise, motor tarafından yüke dönüştürülen mekanik enerjinin tekrar elektrik enerjisine dönüştürülerek şebekeye geri gönderilmesidir. Böylece motor ve yükün birim zamandaki güç tüketimi azaltılarak enerji tasarrufu hedefine ulaşılır. Enerji geri beslemesi, ikinci kategoride elektrik tasarrufu için tipik bir araçtır.
Bilindiği gibi, elektrik motorları yükleri döndürdüklerinde mekanik kinetik enerjiye sahiptir. Elektrik motorları yukarı ve aşağı hareket eden yükleri (asansörler, vinçler, rezervuar kapakları vb.) çekerse, potansiyel enerjiye sahip olurlar. Elektrik motoru yükü yavaşlattığında, mekanik kinetik enerjisi serbest kalır; hareket halindeki yük potansiyeli azaldığında (potansiyel enerji azaldığında), mekanik enerjisi de serbest kalır. Mekanik enerjinin bu iki kısmı etkili bir şekilde elektrik enerjisine dönüştürülüp AC güç şebekesine geri gönderilebilirse, enerji tasarrufu hedefine ulaşılabilir.
Asansörlerin enerji tasarrufu analizi
Frekans dönüşümlü hız regülasyonu kullanan asansör, maksimum çalışma hızına ulaştıktan sonra maksimum mekanik kinetik enerjiye sahiptir. Hedef kata ulaşmadan önce, asansörün hareketi durana kadar kademeli olarak yavaşlaması gerekir. Bu süreç, asansör yükünün mekanik kinetik enerjiyi serbest bıraktığı süredir. Frekans dönüştürücü, bu süre zarfında mekanik enerjiyi elektrik motoru aracılığıyla elektrik enerjisine dönüştürebilir ve frekans dönüştürücünün DC bağlantısının büyük kapasitöründe depolayabilir. Bu sırada büyük kapasitör, sınırlı depolama kapasitesine sahip küçük bir rezervuar gibidir. Küçük rezervuara enjekte edilen su zamanında boşaltılmazsa, rezervuarda taşma kazaları meydana gelebilir. Benzer şekilde, kapasitördeki güç zamanında boşaltılmazsa, aşırı gerilim de meydana gelebilir. Şu anda, frekans dönüştürücülerdeki kapasitörleri yükseltme yöntemi, büyük kapasitörlerdeki elektriği harici yüksek güçlü dirençlere aktaran frenleme üniteleri veya harici yüksek güçlü dirençler kullanmaktır. İnverterler, büyük kapasitörlerde depolanan elektriği tüketime girmeden şebekeye geri döndürebilir, böylece enerji tasarrufu hedefine ulaşılır ve elektrik tüketen ve ısı üreten yüksek güçlü dirençlere olan ihtiyaç ortadan kaldırılır, sistemin çalışma ortamı büyük ölçüde iyileştirilir.
Asansör hala potansiyel bir yüktür ve yükü eşit şekilde sürükleyebilmek için asansör yükü yolcu kabinleri ve karşı ağırlık denge bloklarından oluşur. Asansör kabininin yük kapasitesi yalnızca %50 civarında olduğunda (örneğin yaklaşık 7 yolcusu olan 1000 kg'lık bir yolcu asansörü), asansör kabininin karşı ağırlık denge bloğu iki taraf arasında temel kütle denge durumundadır. Aksi takdirde, asansör kabini ile karşı ağırlık denge bloğu arasında bir kütle farkı olacak ve bu da asansör çalışması sırasında mekanik potansiyel enerji üretecektir. Asansörün ağır bileşenleri yukarı hareket ettiğinde, elektrik motoru tarafından emilen ve elektrik şebekesinden dönüştürülen mekanik potansiyel enerji artar. Asansörün ağır bileşenleri aşağı hareket ettiğinde, mekanik potansiyel enerji azalır ve azalan mekanik potansiyel enerji serbest bırakılarak elektrik motoru aracılığıyla frekans dönüştürücünün DC bağlantısının büyük kapasitöründe depolanan elektrik enerjisine dönüştürülür. Enerji geri bildirim cihazı daha sonra elektrik enerjisinin bu kısmını elektrik şebekesine geri gönderir.
Analiz, hesaplama ve prototip testleri, asansörün hızı ne kadar yüksek, kat yüksekliği ne kadar yüksek ve mekanik dönüş tüketimi ne kadar düşük olursa, elektrik şebekesine o kadar fazla enerji geri dönebileceğini göstermektedir. Geri dönen elektrik miktarı, asansörün toplam tüketiminin yaklaşık %50'sine kadar ulaşabilmektedir; bu da enerji tasarrufu verimliliğinin yaklaşık %50 olduğu anlamına gelmektedir.
Yukarıdaki analiz, enerji geri besleme cihazlarının kullanımının asansörler ve vinçler gibi hızlı hareket eden ekipmanlarda önemli bir enerji tasarrufu etkisine sahip olduğunu göstermektedir. Ayrıca, elektrikli lokomotifler ve gantry planya makineleri gibi sık sık çalışan ve fren yapan ekipmanlarda da önemli bir enerji tasarrufu etkisi vardır.
Enerji tasarrufu cihazlarının yapısı ve temel kontrol prensipleri
Enerji geri besleme cihazının ana devre yapısı Şekil 1'de gösterilmiş olup, esas olarak üç fazlı IGBT (Yalıtılmış Kapılı Bipolar Transistör) tam köprü, seri endüktans, filtreleme kapasitörü ve bazı çevresel devrelerden oluşmaktadır.
Asansör Enerji Tasarrufunda Enerji Geri Bildirim Cihazlarının Uygulanması
Şekil 1: PFE Enerji Geri Bildirim Cihazı Ana Devre Yapısı ve Bağlantı Yöntemi Diyagramı
Çıkış terminali, asansör frekans dönüştürücüsünün R, S ve T giriş terminallerine bağlanır; giriş ucunda seri olarak bağlanmış iki adet VD1 ve VD2 izolasyon diyotu bulunur ve bunlar daha sonra frekans dönüştürücünün PN hattına bağlanır. Asansör rejenerasyon yoluyla elektrik ürettiğinde, asansör frekans dönüştürücüsünün bara voltajı artar ve VD1 ve VD2'den geçtikten sonra geri besleme cihazının bara voltajı da artar. Bara voltajı ayarlanan açılış değerinden yüksek olduğunda, geri besleme cihazı çalışmaya başlar ve şebeke tarafına elektrik enerjisi geri besler.
Enerji geri besleme cihazının işlevi Şekil 2 kullanılarak açıklanabilir. Kontrol devresi (kesikli kutu içinde), tek çipli bir mikrobilgisayar programlanabilir mantık çipi ve bir çevresel sinyal örnekleyiciden oluşur. Bunlar, kontrol devresinin üç fazlı AC güç şebekesinin faz sırasını, fazını, voltajını ve akım anlık değerlerini otomatik olarak belirlemesini ve IPM'nin (Akıllı Güç Modülü) PWM durumunda çalışmasını düzenli bir şekilde kontrol etmesini sağlayarak DC gücünün AC güç şebekesine derhal geri döndürülmesini sağlayan yüksek yedekli bir yazılım tasarımına sahiptir.
Asansör Enerji Tasarrufunda Enerji Geri Bildirim Cihazlarının Uygulanması
Şekil 2 Enerji geri bildirim cihazının fonksiyonel blok diyagramı
Şu anda aşağıdaki özelliklere sahip enerji geri besleme cihazı ürünleri mevcuttur:
① Frenleme dirençleri gibi ısıtma elemanlarının değiştirilmesi, ısı kaynaklarının ortadan kaldırılması, makine dairesi ortamının iyileştirilmesi, motorlar ve kontrol sistemleri gibi bileşenler üzerindeki yüksek sıcaklıkların olumsuz etkilerinin azaltılması ve asansörlerin hizmet ömrünün uzatılması;
② Pompa voltajını anında ortadan kaldırabilir, asansör frenleme performansını etkili bir şekilde iyileştirebilir ve asansör konfor performansını artırabilir;
③ Faz kontrol stratejisi kullanılarak, asansörü güç şebekesinde çalıştıran frekans dönüştürücünün harmonik girişimi etkili bir şekilde bastırılabilir ve güç şebekesi arındırılabilir;
④ Çıkış voltaj dalga formu iyidir, güç faktörü yüksektir, titreşimli sirkülasyon yoktur ve voltajı şebeke voltajıyla uyumludur;
⑤ Diğer elektrikli ekipmanlarla etkileşime girmeyecek veya dış etkenlerden etkilenmeyecek etkili elektriksel izolasyon önlemlerine sahip olmak;
⑥ Ürün yüksek derecede zekaya, istikrarlı çalışmaya, güvenliğe ve güvenilirliğe sahiptir ve çeşitli arıza koruma ve alarm fonksiyonları eksiksizdir;
⑦ Seçim doğru olduğu, kablolama doğru olduğu ve hata ayıklamaya gerek olmadığı sürece kullanıma alınabilir;
⑧ Ürün basit bir yapıya, kompakt boyutlara ve kolay kurulum ve bakıma sahiptir.