Asansör Tahrikleri, Güç Kalitesi ve Enerji Tasarrufu

Değişken frekanslı sürücülerin temelleri, avantajları ve harmoniklerin nasıl oluşturulduğu

Jonathan Bullick ve Brad Wilkinson tarafından

Giriş

Son 25 yılda AC değişken frekanslı sürücülerin (VFD'ler) kullanımı arttı ve birçokları için asansör çekiş makinelerini kontrol etmenin tercih edilen yolu haline geldi. Avantajlar iyi belgelenmiştir ve artan sistem verimliliği, basitleştirilmiş devreye alma ve iyileştirilmiş sürüş kalitesini içerir. Elektrik sistemindeki güç kalitesi konusu, asansör sistemlerini seçerken ve boyutlandırırken giderek daha fazla endişe kaynağı haline geliyor.

Öğrenme hedefleri

Bu makaleyi okuduktan sonra şunları öğrenmiş olmalısınız:
♦ Bir asansör VFD'sinin ve rejeneratif ünitenin temel bileşenleri ve çalışması
♦ AC asansör sürücüleri nasıl akım harmonikleri yaratır?
♦ Akım harmonikleri voltaj bozulmasına nasıl yol açar ve elektrikli ekipmanın çalışmasını nasıl etkiler?
♦ Asansör VFD'lerinde akım harmonikleri nasıl azaltılabilir?
♦ Çeşitli harmonik azaltma ve rejeneratif çözümlerin nispi maliyeti ve performansı

Bu makale, bir VFD'nin temel yapı taşlarını ve akım harmoniklerinin nasıl oluşturulduğunu açıklayarak başlar. İlgili IEEE 519-1992'ye kısa bir genel bakış^[1] standart asansör ve bina tesisatları ile ilgili olarak daha sonra tartışılmaktadır. Son olarak, harmonik performansa ve enerji tasarrufuna odaklanan gelişmiş sürücü mimarileri özetlenir ve her teknolojinin maliyet/fayda analizi sağlanır.

Altı Darbeli VFD

Altı darbeli VFD, en yaygın olarak endüstriyel uygulamalarda uygulanır, çünkü maliyet etkin ve güvenilir olduğu kanıtlanmıştır. Altı darbeli bir VFD (Şekil 1) üç ana bölümden oluşur: giriş diyot köprüsü, ara DC bara kapasitörleri ve çıkış transistörleri.

Giriş aşaması, gelen üç fazlı AC gücünü DC gücüne doğrulayan üç fazlı tam dalga diyot köprüsünden oluşur. Diyotlar akımın yalnızca bir yönde geçmesine izin verdiğinden, altı darbeli bir VFD'nin giriş aşamasının tek yönlü bir yol gibi davrandığına dikkat edilmelidir - elektrik enerjisinin sürücüye akmasına izin verir, ancak hatta geri dönmez. 

Ara aşama veya "DC bus", öncelikle kapasitörlerden oluşur. Kondansatörler, AC/DC dönüşümü tarafından oluşturulan voltaj dalgalanmasını filtreler ve enerji depolayarak bir tampon görevi görür. 

VFD'nin çıkış aşaması, yüksek frekansta (genellikle 8 kHz veya daha yüksek) açılıp kapanan ve böylece bara kapasitörlerinden DC voltajını modüle eden altı yalıtılmış kapılı bipolar transistörden (IGBT'ler) oluşur. Teknoloji, darbe genişlik modülasyonu (PWM) olarak adlandırılır ve sürücünün asansör motoruna üç fazlı değişken AC voltaj/frekans çıkışı oluşturmasını sağlar. Sürücü, gerilim ve frekansın büyüklüğünü ve fazını kontrol ederek motorun torkunu ve hızını kontrol edebilir. Giriş diyotlarından farklı olarak, akım IGBT'ler boyunca her iki yönde de akabilir ve enerjinin DC bara kapasitörlerine geri verilmesine izin verir.

Doğrusal ve Doğrusal Olmayan Yükler

Elektrik yükü, gücün iletildiği veya tüketildiği herhangi bir cihazdır. Yükleri sınıflandırmanın bir yolu, mevcut çekimlerinin doğası gereğidir - doğrusal veya doğrusal olmayan. Kararlı durum çalışması sırasında, bir lineer yükün empedansı AC elektrik döngüsü boyunca değişmez ve ideal bir AC voltaj kaynağından tamamen sinüzoidal bir akım çeker (Şekil 2). Doğrusal yük örnekleri, AC hattından sabit durumda çalışan dirençler, kapasitörler, endüktörler ve AC motorlardır. 

Buna karşılık, doğrusal olmayan bir yükün empedansı, AC elektrik döngüsü boyunca değişir ve yük düzensiz bir şekilde akım çeker (Şekil 3). 

Düzensiz akım çekimi sinüzoidal olmadığı için temel frekansın harmoniklerini içerir. Mevcut harmonikler, bir binanın elektrik güç sistemi içindeki sistem empedansları üzerinde etkilidir. Harmoniklerin sayısı ve büyüklüğü arttıkça, sistem içindeki diğer yükler için mevcut olan voltaj bozulur. Sonunda, bozulma yeterince yüksekse, diğer ekipmanın çalışması olumsuz etkilenebilir (Tablo 1).

Kısacası, daha yüksek akım harmonikleri, elektrik sisteminden daha büyük bir rms akımı çekilmesine neden olur. Artan akım, sistemin kaynak ekipmanının (sigortalar, teller ve transformatörler) aşırı büyük olması gerektiği anlamına gelir. Ek olarak, harmonik akımlar dirençli empedanslardan akarken, ek ısı kaybedilir.

Doğrusal Olmayan Yük Olarak VFD

Güç dönüşümü sırasında anahtar olarak doğrultucu veya yarı iletken kullanan elektroniklerin tümü doğrusal olmayan yüklerdir. Tipik bir bina, floresan ışıklar da dahil olmak üzere birçok doğrusal olmayan yüke sahiptir; eski telafi edilmemiş elektrikli ekipman; ve asansörleri veya ısıtma, havalandırma ve klima (HVAC) sistemlerini çalıştıran VFD'ler. Üç fazlı bir güç kaynağına bağlandığında, altı darbeli bir doğrultucu, AC voltajının her yarım dalgası sırasında iki doğrusal olmayan akım darbesi oluşturur (Şekil 4). 

Bir VFD tarafından üretilen akım harmonikleri, VFD'nin giriş aşamasında kullanılan doğrultucu sayısının bir fonksiyonudur ve aşağıdaki denklemle açıklanabilir:

h = kq ± 1

nerede:

h = harmonik sıra

k = herhangi bir tam sayı

q = doğrultucu darbe sayısı (yani, 6, 12, 18, vb.)

Denklemi kullanarak, altı darbeli bir sürücü, beşinci, yedinci, 11., 13., vb. siparişlerde bulunan akım harmoniklerini çekecektir. Akım harmoniklerinin büyüklüğü daha yüksek mertebelerde azalır, altı darbeli bir sürücüdeki en önemli harmonikler beşinci ve yedinci mertebelerde bulunur.

Harmonikler

Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü'ne (IEEE) göre, harmonikler "temel frekansın tam katı olan bir frekansa sahip periyodik bir dalganın veya miktarın sinüzoidal bir bileşeni" olarak tanımlanır. Kuzey Amerika kurulumları için, 60 Hz'lik bir şebeke güç kaynağının harmonikleri, Tablo 2'de listelenen frekansları içerecektir.

Birincil akım bileşeni, hat frekansında olan temel olarak adlandırılır. Her harmonik akım, hat frekansının n katı belirli bir frekanstadır ve yüke bağlı bir büyüklüğe sahiptir. Bunların toplamı, yüke akan tam akımı oluşturur. Yalnızca temel akım bileşeni, ekipmanın çıktısı üzerinde kullanılabilir iş yaratır. Diğer harmonik bileşenler reaktif güç olarak sınıflandırılır ve kullanılabilir iş yaratmaz.

Akım bileşenlerinin her biri, elektrik sisteminin empedansları aracılığıyla voltaj kaynağı ile etkileşime girer. Bazı empedanslar tesisteki çoklu yükler için ortak olduğundan, etki daha sonra yükler arasında paylaşılır. Bu şekilde diğer yüklerin besleme gerilimi söz konusu ekipman tarafından bozulur.

Şekil 6, beşinci ve yedincide iki harmonik bileşenin eklenmesinin elektrik sistemindeki voltajı potansiyel olarak nasıl bozabileceğini göstermektedir.

Güç Faktörü

Güç faktörü bazen bir sistemdeki harmoniklerin miktarını belirtmek için de kullanılır. Güç faktörü, temel frekansta faydalı işe konulan güç (aktif güç) ile aktarılan toplam elektrik gücü arasındaki oranı temsil eder. Birlik güç faktörü (1.00) istenir ve aktarılan tüm gücün yük tarafından faydalı bir şekilde tüketildiğini gösterir. Düşük güç faktöründen kaçınılır, çünkü kullanılmayan reaktif ve/veya harmonik gücün transferine uyum sağlamak için elektrikli bileşenlerin aşırı boyutlandırılması gerekir. 

IEEE 519 standardı, toplam güç faktörünü oluşturan iki bileşeni tanımlar - yer değiştirme faktörü ve bozulma faktörü.

PF_Toplam =PF_deplasman X PF_Distorsiyon                                                                    Denklem 2

PF_deplasman temel frekansta kullanılan aktif gücün (watt cinsinden ölçülür) ve reaktif gücün (V/amper cinsinden ölçülür) oranıdır. Yer değiştirme faktörü, yükün empedansından etkilenir ve uygulanan gerilim ile yük akımı arasındaki faz kayması (Denklem 3) ölçülerek hesaplanır. Altı darbeli bir VFD, nispeten yüksek bir PF'ye sahip olacaktır_deplasman, genellikle 0.9'dan büyük.

PF_deplasman = cos(ø) Denklem 3

PF_Distorsiyon harmoniklerden etkilenen güç faktörünün bileşenidir. Temel frekanstaki rms akımı ile tüm frekanslardaki toplam rms akımı arasındaki oranı temsil eder.

PF_Distorsiyon = I _{temel, rms} / I _rms                                                                 Denklem 4

IEEE 519-1992 Standardı

"Elektrik Güç Sistemlerinde Harmonik Kontrol için IEEE Önerilen Uygulamalar ve Gereksinimler" başlıklı IEEE 519-1992 standardı, kabul edilebilir sistem düzeyinde voltaj ve akım harmoniklerini tanımlama ve ölçme ihtiyacından geliştirilmiştir. Kamu hizmeti şirketi, müşterilerine düşük bozulma ile temiz sinüzoidal voltaj sağlamaktan sorumludur. Buna karşılık, müşterilerin çok fazla akım harmoniği oluşturmama ve bu nedenle diğer müşteriler için istenmeyen voltaj bozulmalarına neden olma sorumluluğu vardır. IEEE 519 standardı, harmonikleri ölçmek için bir temel sağlar ve kabul edilebilir harmonik seviyelerini tanımlar.

PCC

IEEE 519 standardında belirtildiği gibi, tesisin elektrik sistemi ile tüketicinin sisteminin bir araya geldiği nokta, ortak bağlantı noktası (PCC) olarak tanımlanmaktadır. Kelimenin tam anlamıyla, elektrik sisteminin tüketicinin tesisi içinde dağıtıldığı ilk noktadır; tipik olarak tesisin ana besleme paneli. PCC, tüketicinin sistemindeki tüm yüklerin bir araya gelerek yardımcı programa birleşik bir yük sunduğu yerdir. Bu önemlidir, çünkü tüketicinin yüklerinden bazıları, diğer yüklerin düşük güç faktörünü veya yüksek harmoniklerini fiilen telafi edebilir veya olumsuzlayabilir. Sonuç olarak, yardımcı program PCC'deki tüm tüketici yüklerinin bir toplamını görür. PCC'de ölçülen toplu yükün distorsiyonu, genellikle herhangi bir doğrusal olmayan bireysel yükün distorsiyonundan daha iyidir.

Bununla birlikte, bir yükün kamu hizmetini etkileme derecesi, büyük ölçüde bu yükün göreceli boyutuna ve görevine bağlıdır. Örneğin, sürekli görevde çalışan 200 hp'lik tek bir VFD tahrikli soğutma grubu, binanın elektrik sistemi ve şebeke yükü üzerinde, en iyi ihtimalle %40 görevde çalışan 50 hp'lik bir asansör sisteminden çok daha büyük bir etkiye sahip olacaktır. Tek başına soğutma grubu VFD'sinden gelen harmonik akımlar, asansör VFD'sinden çekilen toplam akımı aşabilir ve bu da asansör yükünü biraz önemsiz hale getirebilir.

Ancak, tesisin ana besleme paneline ekipman yüklenicileri tarafından erişim genellikle zor olduğundan, IEEE 519 standardının hüküm ve koşullarını yerel erişilebilir elektrik sistemine uygulamak için genel bir uygulama benimsenmiştir. Bu tipik olarak söz konusu ekipmanı besleyen bağlantı kesme anahtarıdır. Böylece pratikte PCC, soğutma grubu sistemi için bağlantı kesme anahtarı olur. Aynı şekilde, asansör sistemi için bağlantı kesme, asansör kontrol tedarikçisi ve yüklenici için PCC'dir. Bu, standarda göre teknik olarak doğru olmasa da (ve ayrıca, kamu hizmeti kuruluşu asla böyle bir ölçüm yapmaz), kabul edilen uygulamadır. Teori, ekipman bağlantısının kesilmesindeki güç kalitesi uygunsa, ekipmanın bina içindeki güç kalitesini hiçbir şekilde olumsuz etkilemeyeceğidir.   

THD'ye Karşı TDD

Hesaplama yöntemi benzer olmakla birlikte, toplam harmonik bozulma (THD) ve toplam talep bozulması (TDD) önemli ölçüde farklı sayısal sonuçlara neden olabilir. Aşağıdaki tanımlar doğrudan IEEE 519-1992 standardından alınmıştır.

THD, harmonik içeriğin kök-ortalama-karesinin, temelin yüzdesi olarak ifade edilen, temel miktarın kök-ortalama-kare değerine oranı olarak hesaplanır. Açık olmak gerekirse, bu anlık bir değerdir. belirli bir anda.

TDD, maksimum talep yük akımının (15- veya 30-min. talep) yüzdesi olarak toplam kök-toplam-kare harmonik akım bozulması olarak hesaplanır. Bu yöntem zamana bağlıdır, çünkü temel akımın değeri zamanla belirlenir ve hesaplama için referans noktası olarak bu değerin bir ortalaması kullanılır. Bu, sözde nominal akım değerinin gerçekte ne olduğuna dair daha doğru bir resim oluşturur. Akım harmonikleri daha sonra bu uzun vadeli ortalama değerle karşılaştırılır ve sistem üzerindeki etki hakkında daha doğru bir görüş sağlanır. IEEE-519 standardında belirtilen sınır değerlerin belirlenmesinde kullanılmasının nedeni budur.

Maksimum talep temel akımı, PCC'de bulunan tüm temel yük akımlarının ortalamasıdır. Tekil bir ekipman değerlendirmesinde olduğu gibi (yani bir asansör) PCC'ye bağlı yalnızca bir yük olduğunda, bu akım bu yüke giden ortalama akım olur. Bu, asansör sürekli çalışmadığından ölçümü ve sonraki hesaplamayı karmaşıklaştırma eğilimindedir. Ortalama akım, anlık değerden çok daha azdır. Herhangi bir anda elde edilen hesaplanan bozulma değeri, daha sonra asansörün zaman içindeki yükleme ve çalışma sayısından etkilenebilir. Bu sorunun üstesinden gelmek için, asansör tam yükte çalışırken akımı ölçmek ve THD değerini hesaplamak olağan hale geldi. Bu, elektrik sisteminden çekilen sözde maksimum akımın noktası ve dolayısıyla tesis içindeki diğer yükler üzerinde en büyük etkiyi yaratabilecek nokta olacaktır. 

Elektrik Sistemi Empedansının Etkileri

PCC'yi besleyen elektrik sisteminin empedansı, bozulma değeri üzerinde bir etkiye sahiptir. Daha yüksek sistem empedansları genellikle, belirli bir doğrusal olmayan yük tarafından daha kolay bozulan sistemlerle sonuçlanır. Bu, mevcut kısa devre akımının ortalama yük akımına oranına dayalı bozulma limitleri oluşturularak IEEE 519 standardı tarafından dikkate alınır, I_SC/I_L. Sistem empedansı düştükçe oran yükselir; bu nedenle, izin verilen bozulma düzeyi artar. Seviyeler şu şekilde tanımlanır:

Aşağıdaki örnekler, aşağıdakiler için birkaç referans noktası oluşturur: I_SC/_IL oranları.

Örnek 1

Her asansörün, PCC'nin hat tarafında bulunan ayrı bir izolasyon transformatöründen beslendiğini varsayın. Trafo, asansör motorunun VA değerine göre boyutlandırılmıştır (burada trafo VA = FLA_motor x Volt_motor x 1.73). Transformatörün empedansı %5 civarındaysa, elde edilen I_SC/I_L 20 civarında olacaktır. Kabul edilebilir TDD değerleri, oran 5'nin altındaysa %20 ve 8'de veya üzerindeyse %20 olacaktır. Not, bu, transformatör için minimum boyutlandırma olarak kabul edilecek ve konfigürasyon tipik olarak kullanılmayacaktır.

Normal olarak, transformatörün VA'sını daha yükseğe itecek olan transformatör boyutlandırılırken kontrolöre giriş tam yük amperleri (FLA) dikkate alınır. Sonuç şu ki, I_SC/_IL oran yaklaşık 25-30'a yükselecek ve kabul edilebilir TDD değeri %8 olacaktır. 

Örnek 2

Dört asansörden oluşan bir sıranın bir dağıtım transformatöründen beslendiğini ve transformatörün PCC'nin hat tarafında olduğunu varsayalım. Transformatör, dört asansör kontrolünün tümünün toplu yüküne göre boyutlandırılmıştır. Transformatörün empedansı %5.5 ise, elde edilen I_SC/I_L kabul edilebilir TDD %75 olacak şekilde 12 civarında olacaktır.

Örnek 3

Asansörün, transformatör olmadan doğrudan tesisin ana hattından beslendiğini varsayalım. Binada 800 kVA'lık ana fider trafosu ve %6.7 empedansı bulunmaktadır. Asansör kumandası, 40 hp'lik bir endüksiyon motorunu çalıştıracak şekilde boyutlandırılmıştır (standart 350 fpm ve 3,500 lbs.). Sonuç I_SC/I_L 266 civarında olur ve kabul edilebilir bir TDD %15 olur.

Genel olarak, daha yüksek transformatör empedansı, I_SC/I_L oran, transformatörü aşırı boyutlandırırken oranı yükseltir. Bu örneklere dayanarak, çoğu durumda tipik asansör kurulumunun aşağıdaki özelliklere sahip olacağı belirlenebilir. I_SC/I_L oranı 20-500 aralığında düşüyor. Bu, IEEE 519 standardına dayalı hedef TDD değerinin %8-15 aralığında olacağı anlamına gelir.

Gelişmiş Asansör Tahrik Topolojileri

Rejeneratif Sürücü

Tipik bir asansör çevrimi sırasında, sisteme enerji verilir, depolanır ve geri verilir. Motorlu çalışma modunda, enerji şebekeden motora akar ve asansör kabini hareket ettiğinde mekanik iş yapılır. Ek olarak, hem potansiyel hem de kinetik enerji asansör sisteminde depolanır ve üretim modu sırasında sürücüye geri döndürülür. Akım giriş doğrultucularından geçemediğinden, rejeneratif enerji DC bara kapasitörlerinde depolanır.

Geleneksel olarak, kapasitörleri fazladan yeniden üretilen enerjiden kurtarmak için fren dirençleri kullanılmıştır. Akım kapasitörlere akarken, kapasitörlerdeki voltaj artar. DC bara voltajı bir eşiğe ulaştığında, kapasitörler boyunca bir direnç devresi kapanır ve akım, frenleme direncinden geçerek fazla elektrik enerjisini ısı olarak dağıtır. Isı, geri kazanılamadığından sistemdeki enerji kaybını temsil eder. Kontrol odasını soğutmak için bir klima ünitesine güç sağlamak için ek enerji gerektiğinde fren dirençleri iki kat daha verimsizdir.

Bir fren direnci yerine bir rejeneratif ünite kullanılabilir ve yenilenen güç, diğer bina yükleri tarafından tüketildiği şebekeye geri döndürülebilir. Regen üniteleri, sistem verimliliğini önemli ölçüde artırabildikleri ve asansörün toplam sahip olma maliyetini azaltabildikleri için giderek daha popüler hale geliyor. 

Regen sürücülerinin bileşenleri, giriş diyot aşaması olmaması dışında altı darbeli VFD'ninkilere benzer. Regen sürücüsü, DC bara kapasitörlerine ve akımı ana hatta vermek için kullanılan bir IGBT aşamasına sahiptir. Ek olarak, akım akışını yumuşatmak ve akımı ana hattın voltajına ve frekansına senkronize etmek için bir indüktör kullanılır.

Birleştirilmiş DC baranın voltajı bir eşiğe ulaştığında, regen ünitesinin IGBT'leri hattın aynı frekansında döngü yapar ve akım hat üzerine geri akar. Regen ünitesinin IGBT'sinin tek çevrimi 60 Hz'de olduğundan, çalışma sırasında bir VFD'nin PWM çalışmasından önemli ölçüde daha az anahtarlama kaybı olduğu belirtilmelidir. Rejenerasyonun IGBT'leri, altı darbeli bir doğrultucudaki diyotlara benzer şekilde akımı hatta çevirdiğinden, bir regen ünitesi, regen modu sırasında bir VFD olarak benzer harmonik içeriğe sahip olacaktır.

Pasif Harmonik Filtreleme

Harmonik akımları azaltmak için bir VFD veya regen ünitesinin girişine bir dizi düşük geçişli harmonik filtre yerleştirilebilir. Harmonik filtre, indüktörler ve kapasitörlerden oluşur ve filtre akımı temel frekansta geçirecek, ancak daha yüksek frekanslarda akımı bloke edecek şekilde tasarlanmıştır. Örneğin, KEB'in patentli harmonik filtreleri, nominal yükte %11'den az toplam harmonik akım bozulması (THiD) hedefiyle beşinci, yedinci, 13., 17., 19. ve 8. harmonikleri filtrelemek ve iptal etmek için tasarlanmıştır. Filtre, binanın elektrik sistemine giden ve giden akımın her iki yönünde de çalıştığı için, regen üniteleri ile kullanılabilir.

KEB Harmonik Filtre

Harmonik filtre ile güç faktörü (PF_Toplam) tipik olarak 0.99 ila 1.00 arasındadır. Harmonik filtreler, pasif tasarımları nedeniyle sağlamdır ve VFD ve regen ünitesinin hat tarafındaki bozulmalardan veya geçici olaylardan korunmasına yardımcı olur. İzolasyon trafosunun performansını aşarlar, bu da kontrolörün doğrudan bina voltajından çalışabileceği durumlarda trafoyu gereksiz kılar. Ayrıca, bir harmonik filtre takıldığında, VFD ve regen ünitesinin DC barasındaki kapasitörler çok daha düşük dalgalanma akımı görür, bu da daha az ısınma ve kullanım ömründe çarpıcı bir artış (üç kata kadar) ile sonuçlanır.

Harmonik filtrenin sisteme ek direnç kayıpları getirdiğine dikkat edilmelidir. Bununla birlikte, bu kayıplar, rejenerasyon ünitesi tarafından geri döndürülen enerji ile ilgili olarak küçüktür. Ayrıca, VFD boştayken, filtre elektrik sistemine hafif bir kapasitif yük sunar. Ancak istenirse bu kapasitif yük devre dışı bırakılabilir. Filtreler, farklı harmonik düzenleri engellemek için farklı topolojilerle tasarlanabilir. Bu nedenle, performans filtreden filtreye önemli ölçüde değişebilir. Bazı durumlarda, filtre anormal çalışmayı veya sistem rezonansını işlemek üzere tasarlanmadıysa, filtre VFD'ye gerçekten zarar verebilir. Bu nedenle, filtrenin sürücü ve regen ünitesiyle eşleştiğinden ve çift yönlü güç akışı için onaylandığından emin olmak önemlidir.

Aktif Ön Uç

Aktif ön uç (AFE) sistemi arka arkaya iki invertörden oluşur. İlk invertör kendisini hat gerilimiyle senkronize eder ve AC gerilimini DC'ye aktif olarak doğrular. Bu aktif redresör aşaması, AC hattına bağlanmak için bir endüktif kapasitif filtre kullanır. Sonuç, düşük harmonik bozulma ile neredeyse saf sinüs dalgasında hattan akan akımdır; çoğu durumda %3 THiD'nin altında olabilir. PF_Toplam 1.00 değerine ayarlanır. Ek olarak, aktif doğrultucu toprağa göre yüksek düzeyde ortak mod EMI oluşturduğundan, sistemin önünde yüksek kaliteli bir EMI filtresi gereklidir. İkinci invertör bir motor sürücüsü olarak işlev görür ve motoru ön uç aşamadan bağımsız olarak önceden olduğu gibi kontrol eder.

AFE, yüksek taşıyıcı frekanslı PWM kullandığından, anahtarlama kayıpları, regen ünitesinin blok tarzı komütasyonuna kıyasla daha yüksektir. AFE filtresindeki PWM demir kayıpları da benzer boyuttaki harmonik filtrelerdekine göre daha yüksektir. AFE sistemleri yalnızca dengeli bir üç fazlı, merkezi topraklı elektrik sistemine bağlanabilir; delta bağlantılı sistemlere izin verilmez. Ayrıca faz gerilimleri birbirine göre +/-%5 olmalıdır. Eski bir delta elektrik sistemine sahip binalarda veya fazlar büyük ölçüde dengesiz olduğunda bir transformatör kullanılmalıdır. Bir AFE, IEEE 519 standardının gereksinimlerini aşar, ancak eklenen performansın maliyeti daha yüksektir.

Maliyet fayda analizi

Altı Darbeli VFD

Altı darbeli VFD, en uygun maliyetli AC sürücü çözümüdür ve tüm çekiş uygulamaları için düşünülmelidir. Daha küçük uygulamalarda (<30 hp), standart bir VFD, bir tesisin elektrik sisteminde nispeten az harmonik bozulmaya katkıda bulunacaktır, bu nedenle ek düşük harmonik çözümler muhtemelen ekonomik değildir. Yine altı darbeli VFD'nin avantajları basitliği, güvenilirliği ve gelişmiş kontrol yoluyla enerji tasarrufu sağlamasıdır.

Giriş Reaktörü (VFD'li)

Her VFD uygulamasında VFD'nin girişinde bir giriş reaktörü veya jikle kullanılması şiddetle tavsiye edilir. Bir giriş reaktörü nispeten mütevazı bir yatırımdır ve VFD'nin harmonik distorsiyonunu önemli ölçüde iyileştirecektir. Bir giriş reaktörü kullanmak, altı darbeli bir VFD'nin THiD değerini yaklaşık %80'den %45'e düşürür. Bir giriş reaktörü ayrıca, doğrultuculara ve DC bara kapasitörlerine giden tepe akımlarını azaltma avantajına da sahiptir. Sonuç olarak, bir giriş reaktörü kullanıldığında DC bara kapasitörünün çalışma ömrü genellikle iki katına çıkar. Bir sürücü izolasyon transformatörünün de aynı sonucu elde edeceğini, ancak transformatörün bir bobinin maliyetinin sekiz ila 10 katı olduğunu unutmayın.   

Yenileme Sürücüsü

Bir regen sürücüsü kullanan uygulamalar, makul bir geri ödeme sağlamak için dikkatlice seçilmelidir. Yüksek verimlilikleri nedeniyle, dişlisiz sabit mıknatıslı motorların kullanıldığı tüm uygulamalar dikkate alınmalıdır. Asansörlerin 24/7 çalıştığı yüksek hizmet tipi kurulumlar, yenileme üniteleri için harika adaylardır - potansiyel kurulumlar arasında hastaneler, oteller ve havaalanları bulunur. Yüksek hızlarda (>500 fpm) ve yüksek kapasite (>3,000 lbs.) de kesinlikle dikkate alınmalıdır, çünkü yüksek hızlarda büyük hareketli kütle önemli enerji getirileri sağlar – bu kurulumlar yük vagonlarını, ofis binalarını vb. içerir. Düşük hız, düşük kapasiteli ve verimsiz sonsuz dişli uygulamalar çok fazla enerji üretmez, bu nedenle regen ünitesi bu durumlarda çok az değer sağlar. 

Tipik olarak, bir regen ünitesinin eklenmesi, en hızlı yatırım getirisini sunar ve asansör sisteminin çalışma verimliliğinde en büyük artışı sağlar. Bir VFD ile çalışan mevcut asansörler bile bağımsız bir rejenerasyon ünitesiyle (örneğin, ana panelin dışına monte edilen küçük bir kontrol kutusu) kolayca yükseltilebilir. Çoğu kamu hizmeti, bir yenileme biriminin yükseltilmesine veya kurulumuna bağlı olarak denkleştirme indirimleri veya krediler verecektir. Bir regen ünitesi, regen işlemi sırasında harmoniklere katkıda bulunduğundan, bazı uygulamalarda filtreler aracılığıyla bazı harmonik azaltma düşünülebilir. Bununla birlikte, enerji denetimleri, asansörlerin bir binanın enerji tüketiminin nispeten düşük bir miktarını oluşturduğunu göstermiştir - bina toplamının yaklaşık %3-5'i.^[3]  Bu önemlidir, çünkü HVAC veya aydınlatma sistemleri gibi, binanın elektrik sistemine asansörün yapabileceğinden çok daha fazla harmoniğe potansiyel olarak katkıda bulunan başka bina yükleri olduğu anlamına gelir.

Pasif Seri Harmonik Filtre (VFD ve/veya Regen ile)

Harmonik filtre, uygun fiyata mükemmel harmonik azaltma performansı sağlar ve IEEE 519 standardını karşılama gereksinimi olduğunda dikkate alınmalıdır. Filtre genellikle asansör kontrol kabinine yerleştirilebilir, bu nedenle ayrı bir muhafaza gerektirmez – bu, başlangıç ​​maliyetini düşürmeye yardımcı olur ve daha küçük motor odaları için iyi bir çözümdür. Filtre, kontrolör ve bina voltajı aynı olduğunda izolasyon trafosu ihtiyacını tamamen ortadan kaldırır. Bu durumda, bu transformatörün maliyet tasarrufu, filtrenin ek maliyetini ortadan kaldırır. Filtre pasif olduğu için ayrı elektroniklerin kontrol edilmesini gerektirmez. Sonuçta, bu daha sağlam bir sistem sağlar.

AFE

Bir AFE, en iyi harmonik performansı sağlar ve doğası gereği gücü hatta yeniden üretme yeteneğine sahiptir. Ancak, AFE önemli ölçüde daha fazla bileşene sahiptir ve diğer çözümlere göre daha karmaşık bir kontrol şeması gerektirir. Ayrıca, bu tür bir sistem, benzer bir sürücü/regen/filtre kombinasyonundan fiziksel olarak daha büyüktür. Ancak, bağıl güç seviyesi arttıkça, AFE çözümü hem maliyet hem de boyut olarak filtre/regen çözümüyle daha uyumlu hale gelir.   

Bir AFE asansör tahrikinin yüksek ön maliyeti ve boyutu, kullanışlılığını yalnızca asansörün hızı veya kapasitesi nedeniyle maliyetlerin zaten yüksek olduğu daha yüksek güçlü (>50 hp) kurulumlarla sınırlar. Katı güç kalitesi gereksinimleri olan belirli kurulumlar (yani, veri merkezleri, hastaneler ve havaalanları) da muhtemelen AFE asansör sürücüleri için aday olacaktır.

Sonuç

Harmonik azaltma söz konusu olduğunda hiçbir şey bedava değildir. Tahrik harmoniklerini azaltmak için gereken ekstra bileşenler, daha fazla paketleme gerektirir ve asansör kontrolörüne peşin maliyet ekler. Bununla birlikte, geri ödeme, nihayetinde daha küçük elektrik bileşenleri, yenilenebilir enerji, hizmet indirimleri ve diğer sistem bileşenlerinin artan çalışma ömrü şeklinde gerçekleştirilebilir.

IEEE 519 standardı bir kılavuz niteliğindedir ve kabul edilebilir güç kalitesi için hedefler sağlar. Bina içindeki diğer yüklerin baskın bir etkisi olacağından, her asansörün bu gereksinimleri karşılaması ekonomik veya uygulanabilir değildir. Sonunda, bir bina sahibi veya danışmanının, ilave rejenerasyon sürücüleri ve harmonik azaltma yatırımının faydaları haklı gösterip göstermediğini görmek için farklı sürücü teknolojilerini ve geri ödemelerini tartması gerekecektir.

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

Öğrenme Güçlendirme Soruları

♦ Doğrusal olmayan yük nedir ve voltaj bozulmasına nasıl neden olur?
♦ Toplam güç faktörü nedir ve akım harmonikleri ile nasıl ilişkilidir?
♦ Sistem gerilimi akım harmonikleri tarafından nasıl bozulur?
♦ Akım harmoniklerini azaltmak için hangi farklı yöntemler kullanılır?#f7f4euch gerilim bozulması yaratılır?

Referanslar
[1] Elektrik Güç Sistemlerinde Harmonik Kontrol için IEEE Önerilen Uygulamalar ve Gereksinimler, IEEE Standardı 519, 1992.
[2] IEEE 519-1992, S. Mark Halpin 1 ve Reuben F. Burch, IV2 Kullanılarak Harmonik Limit Uyum Değerlendirmeleri
[3] ISR-Coimbra Üniversitesi. “Enerji Verimli Asansörler ve Yürüyen Merdivenler.” İnternet: www.e4project.eu, Mart 2010. [3 Ekim 2010].