Endüstriy Motor Kontrolünün Optimizasiyası: Enerji Tasarrufu için Inverter Yenileme

Elektrik avtomatlaşdırma sistemi, endüstriyel üretimün çekirdeğidir ve genel üretim maliyetlerini ve çevre etkisini doğrudan etkiler. Geleneksel sabit hızlı işlem, değişken yük taleplerine yanıt verirken enerji kaybına neden olur ve hassas proses kontrolünü zorlaştırır. Frekansı değiştirilebilir hız regülatör teknolojisi, ileri düzey bir motor kontrol yöntemi olarak, bu sorunlara umut vadeden bir çözüm sunar. Bu çalışma, bir elektrik santralinin elektrik avtomatlaşdırma sistemini örnek alarak, inverter hız kontrol teknolojisine dayalı bir yeniden donatma şemasını ve enerji tasarrufu etkilerini incelemeyi amaçlamaktadır, benzer endüstriyel senaryolarda enerji verimliliği iyileştirmeleri için bir referans sağlamak amacıyla.

1 Inverter Uygulamalarının Elektrik Avtomatizasyonundaki Mevcut Durum ve Yeniden Donatma Gereksinimleri

1.1 Mevcut Ekipman

Elektrik santralinin elektrik avtomatizasyon sistemi, üç ana bölümden oluşmaktadır: güç dağıtım sistemi, motor sürüş birimleri ve kontrol sistemi. Güç dağıtım sistemi, 10 kV yüksek gerilim anahtarlama ekipmanları, transformatorlar ve 400 V düşük gerilim anahtarlama ekipmanlarını içeren, ağacımsı bir yapıda güç dağıtımını sağlar. Motor sürücüler, çoğunlukla doğrudan veya yıldız-delta indirgenmiş gerilimli başlatma yöntemleri ile kontrol edilen asenkron motorlardan oluşur. Pompa yükleri, mevcut ekipmanın en büyük kısmını oluşturan devre suyu pompaları, soğutma suyu pompaları ve besleme suyu pompalarıdır. Bu cihazlar sabit hızda çalışır ve akış, valfler aracılığıyla düzenlenir, bu da yüksek enerji tüketimine neden olur. Mevcut sistem mimarisi, kısmi merkezi yönetimle birlikte oldukça dağıtılmıştır. Üst düzey izleme sistemi, alan kontrol sistemleriyle endüstriyel Ethernet üzerinden iletişim kurarak merkezi veri gösterimi ve uzaktan işlemi sağlar. Ancak, mevcut kontrol sistemi, frekansı değiştirilebilir hız regülatörü için gelişmiş kontrol algoritmalarına sahip olmadığından, enerji yönetimi ve proses optimizasyonunda eksiklikler ortaya çıkar.

1.2 Yeniden Donatma Gereksinimleri

Mevcut ekipman durumuna dayanarak, elektrik avtomatizasyon sisteminin yeniden donatma gereksinimleri, enerji verimliliğini artırmaya ve kontrole optimize etmeye odaklanmaktadır. Pompa ve fanların etkin işlemesi için motor hızını yük taleplerine uygun şekilde ayarlamak üzere inverter tabanlı hız kontrol teknolojisinin tanıtılmaması gerekir.

Aynı zamanda, mevcut pompa istasyonları ve üretim tesislerinden yararlanarak, Seviye 2 siber güvenlik koruma gerekliliklerine uygun bir akıllı izleme platformunun inşa edilmesi acil bir ihtiyaçtır. Bulut hesaplama üzerine kurulmuş ve IoT teknolojisiyle entegre olan bu platform, işletme yönetimi ve alan kontrolü arasında sorunsuz entegrasyonu sağlayacaktır. Sistem mimarisi, "merkezi platform + dağıtılmış alt sistemler + mobil uç noktalar" üç katmanlı bir yapıyı benimseyerek, gerçek zamanlı veri toplamayı, etkin işleme ve güvenli saklamayı sağlar.

Merkezi platform, yüksek performanslı sunucu kümesi üzerine inşa edilmiş olup, hassas karar destekleri sağlamak için gelişmiş veri analiz algoritmalarını dağıtır. Dağıtılmış alt sistemler, ekipman durumu izleme, video gözetleme ve çevre parametreleri toplama modüllerini kapsayarak, üretim operasyonlarının tüm yönlerini kapsamlı bir şekilde içerir. Mobil uç noktalar, özel uygulamalar aracılığıyla uzaktan izleme ve anlık bildirimleri sağlar.

2 Enerji Tasarrufu Etkilerinin Teorik Temeli

Bu çalışmada, inverter hız kontrol teknolojisinin enerji tasarrufu etkilerinin analizi, fan ve pompalar için afinlik kanunlarına ve frekansı değiştirilebilir hız regülatörünün enerji dönüşüm ilkelerine dayanmaktadır. Tesis ekipmanlarının çalışma durumuna göre, birçok pompa ve fan sabit hızda çalışırken, akışı valf aracılığıyla düzenleyerek önemli enerji kayıpları ortaya çıkar. Buna karşın, frekansı değiştirilebilir hız kontrolü, motor hızını yük gerekliliklerine uygun şekilde ayarlayarak enerji tasarrufunu sağlar. Fan ve pompalar için afinlik kanunları, debi, yükseltme ve güç arasındaki ilişkilere dayanarak oluşturulmuştur, ilgili hesaplama formülleri aşağıdaki gibidir:

burada $Q$ debi (m³/sa); $n$ dönme hızı (dev/dak); $H$ yükseltme (m); $P$ güç (kW) olup, P1P1 belirlenen gücü, P2P2 azaltılmış hızdaki gücü temsil eder. Frekansı değiştirilebilir hız regülatörünün enerji dönüşüm formülü şöyledir:

Yukarıdaki teorik ilişkilere dayanarak, sistem debi talebi azaldığında, motor frekans kontrolü aracılığıyla otomatik olarak hızını azaltarak, güç tüketimini önemli ölçüde düşürür ve enerji tasarrufu sağlar. Bu, sonraki yeniden donatma tasarımı ve enerji tasarrufu değerlendirmesi için teorik bir temel sağlar.

3 Inverter Hız Kontrol Teknolojisinin Yeniden Donatma Şeması

3.1 Güç Dağıtım Sisteminin Yenilenmesi

Frekansı değiştirilebilir hız kontrol teknolojisini etkin bir şekilde uygulamak için, bu çalışma mevcut güç dağıtım sistemini güncelledi. Yüksek gerilim sistemi için, 10 kV anahtarlama ekipmanları, nominal akım 1,250 A veya daha fazla ve nominal kısa devre kesme kapasitesi 31.5 kA olan zekice vakum anahtarları ile güçlendirildi. Mikroişlemci tabanlı koruma röleleri entegre edildi, aşırı akım, kısa devre ve yer hatası dahil çok fonksiyonlu koruma sağlandı, tepki süresi 20 ms altında. Elektrik kalitesi izleme sistemi de tanıtıldı, harmonik içerik, gerilim dalgalanmaları ve üç faz dengesizliği gibi parametreleri gerçek zamanlı olarak izlemek için A sınıfı yüksek hassasiyetli sensörler kullanıldı, böylece sistem istikrarı sağlandı.

Düşük gerilim sistemi için, 400 V sistemi güncellemenin odak noktası oldu. Mevcut sisteme, bağımsız besleme dolapları ile donatılmış özel inverter besleme devreleri eklendi. Yük gerekliliklerine bağlı olarak, nominal akım 400 A ile 630 A arasında seçildi, hassas aşırı yük ve kısa devre koruması için elektronik trip üniteleri içerir. Her inverter devresi, devre kesicinin nominal akımı ile eşleşen bir yalıtım anahtarı ile donatılmıştır ve bakım işlemlerini kolaylaştıracak şekilde görülebilir bir kopma özelliği içerir.

Harmonik azaltma için, inverter giriş tarafına aktif güç filtreleri (APF) monte edildi, spesifik özellikleri Tablo 1'de listelenmiştir.

Topraklama sistemlerinin optimizasyonu için, bu çalışma TN-S kablolama yöntemini benimsedi, dağıtım dolabından başlayarak tarafsız hat (N) ve koruma toprağı hat (PE) ayrılır. Ana PE hattı, 1 Ω den küçük bir toprak direnci sağlamak için en az 95 mm² kesit alanı olan bakır iletkenler kullanılarak oluşturuldu. Kritik ekipman konumlarında, inverterler ve motorlar gibi, eş potansiyel bağlama çubukları, 16 mm² den büyük kesit alanına sahip bakır iletkenler kullanılarak eklendi. Bu, ortak mod干掉无用的指令，以下是翻译结果：

Elektrik avtomatlaşdırma sistemi, endüstriyel üretimin çekirdeğidir ve genel üretim maliyetlerini ve çevre etkisini doğrudan etkiler. Geleneksel sabit hızlı işlem, değişken yük taleplerine yanıt verirken enerji kaybına neden olur ve hassas proses kontrolünü zorlaştırır. Frekansı değiştirilebilir hız regülatör teknolojisi, ileri düzey bir motor kontrol yöntemi olarak, bu sorunlara umut vadeden bir çözüm sunar. Bu çalışma, bir elektrik santralinin elektrik avtomatizasyon sistemini örnek alarak, inverter hız kontrol teknolojisine dayalı bir yeniden donatma şemasını ve enerji tasarrufu etkilerini incelemeyi amaçlamaktadır, benzer endüstriyel senaryolarda enerji verimliliği iyileştirmeleri için bir referans sağlamak amacıyla.

1 Inverter Uygulamalarının Elektrik Avtomatizasyonundaki Mevcut Durum ve Yeniden Donatma Gereksinimleri

1.1 Mevcut Ekipman

Elektrik santralinin elektrik avtomatizasyon sistemi, üç ana bölümden oluşmaktadır: güç dağıtım sistemi, motor sürüş birimleri ve kontrol sistemi. Güç dağıtım sistemi, 10 kV yüksek gerilim anahtarlama ekipmanları, transformatorlar ve 400 V düşük gerilim anahtarlama ekipmanlarını içeren, ağacımsı bir yapıda güç dağıtımını sağlar. Motor sürücüler, çoğunlukla doğrudan veya yıldız-delta indirgenmiş gerilimli başlatma yöntemleri ile kontrol edilen asenkron motorlardan oluşur. Pompa yükleri, mevcut ekipmanın en büyük kısmını oluşturan devre suyu pompaları, soğutma suyu pompaları ve besleme suyu pompalarıdır. Bu cihazlar sabit hızda çalışır ve akış, valfler aracılığıyla düzenlenir, bu da yüksek enerji tüketimine neden olur. Mevcut sistem mimarisi, kısmi merkezi yönetimle birlikte oldukça dağıtılmıştır. Üst düzey izleme sistemi, alan kontrol sistemleriyle endüstriyel Ethernet üzerinden iletişim kurarak merkezi veri gösterimi ve uzaktan işlemi sağlar. Ancak, mevcut kontrol sistemi, frekansı değiştirilebilir hız regülatörü için gelişmiş kontrol algoritmalarına sahip olmadığından, enerji yönetimi ve proses optimizasyonunda eksiklikler ortaya çıkar.

1.2 Yeniden Donatma Gereksinimleri

Mevcut ekipman durumuna dayanarak, elektrik avtomatizasyon sisteminin yeniden donatma gereksinimleri, enerji verimliliğini artırmaya ve kontrole optimize etmeye odaklanmaktadır. Pompa ve fanların etkin işlemesi için motor hızını yük taleplerine uygun şekilde ayarlamak üzere inverter tabanlı hız kontrol teknolojisinin tanıtılmaması gerekir.

Aynı zamanda, mevcut pompa istasyonları ve üretim tesislerinden yararlanarak, Seviye 2 siber güvenlik koruma gerekliliklerine uygun bir akıllı izleme platformunun inşa edilmesi acil bir ihtiyaçtır. Bulut hesaplama üzerine kurulmuş ve IoT teknolojisiyle entegre olan bu platform, işletme yönetimi ve alan kontrolü arasında sorunsuz entegrasyonu sağlayacaktır. Sistem mimarisi, "merkezi platform + dağıtılmış alt sistemler + mobil uç noktalar" üç katmanlı bir yapıyı benimseyerek, gerçek zamanlı veri toplamayı, etkin işleme ve güvenli saklamayı sağlar.

Merkezi platform, yüksek performanslı sunucu kümesi üzerine inşa edilmiş olup, hassas karar destekleri sağlamak için gelişmiş veri analiz algoritmalarını dağıtır. Dağıtılmış alt sistemler, ekipman durumu izleme, video gözetleme ve çevre parametreleri toplama modüllerini kapsayarak, üretim operasyonlarının tüm yönlerini kapsamlı bir şekilde içerir. Mobil uç noktalar, özel uygulamalar aracılığıyla uzaktan izleme ve anlık bildirimleri sağlar.

2 Enerji Tasarrufu Etkilerinin Teorik Temeli

Bu çalışmada, inverter hız kontrol teknolojisinin enerji tasarrufu etkilerinin analizi, fan ve pompalar için afinlik kanunlarına ve frekansı değiştirilebilir hız regülatörünün enerji dönüşüm ilkelerine dayanmaktadır. Tesis ekipmanlarının çalışma durumuna göre, birçok pompa ve fan sabit hızda çalışırken, akışı valf aracılığıyla düzenleyerek önemli enerji kayıpları ortaya çıkar. Buna karşın, frekansı değiştirilebilir hız kontrolü, motor hızını yük gerekliliklerine uygun şekilde ayarlayarak enerji tasarrufunu sağlar. Fan ve pompalar için afinlik kanunları, debi, yükseltme ve güç arasındaki ilişkilere dayanarak oluşturulmuştur, ilgili hesaplama formülleri aşağıdaki gibidir:

burada $Q$ debi (m³/sa); $n$ dönme hızı (dev/dak); $H$ yükseltme (m); $P$ güç (kW) olup, P1P1 belirlenen gücü, P2P2 azaltılmış hızdaki gücü temsil eder. Frekansı değiştirilebilir hız regülatörünün enerji dönüşüm formülü şöyledir:

Yukarıdaki teorik ilişkilere dayanarak, sistem debi talebi azaldığında, motor frekans kontrolü aracılığıyla otomatik olarak hızını azaltarak, güç tüketimini önemli ölçüde düşürür ve enerji tasarrufu sağlar. Bu, sonraki yeniden donatma tasarımı ve enerji tasarrufu değerlendirmesi için teorik bir temel sağlar.

3 Inverter Hız Kontrol Teknolojisinin Yeniden Donatma Şeması

3.1 Güç Dağıtım Sisteminin Yenilenmesi

Frekansı değiştirilebilir hız kontrol teknolojisini etkin bir şekilde uygulamak için, bu çalışma mevcut güç dağıtım sistemini güncelledi. Yüksek gerilim sistemi için, 10 kV anahtarlama ekipmanları, nominal akım 1,250 A veya daha fazla ve nominal kısa devre kesme kapasitesi 31.5 kA olan zekice vakum anahtarları ile güçlendirildi. Mikroişlemci tabanlı koruma röleleri entegre edildi, aşırı akım, kısa devre ve yer hatası dahil çok fonksiyonlu koruma sağlandı, tepki süresi 20 ms altında. Elektrik kalitesi izleme sistemi de tanıtıldı, harmonik içerik, gerilim dalgalanmaları ve üç faz dengesizliği gibi parametreleri gerçek zamanlı olarak izlemek için A sınıfı yüksek hassasiyetli sensörler kullanıldı, böylece sistem istikrarı sağlandı.

Düşük gerilim sistemi için, 400 V sistemi güncellemenin odak noktası oldu. Mevcut sisteme, bağımsız besleme dolapları ile donatılmış özel inverter besleme devreleri eklendi. Yük gerekliliklerine bağlı olarak, nominal akım 400 A ile 630 A arasında seçildi, hassas aşırı yük ve kısa devre koruması için elektronik trip üniteleri içerir. Her inverter devresi, devre kesicinin nominal akımı ile eşleşen bir yalıtım anahtarı ile donatılmıştır ve bakım işlemlerini kolaylaştıracak şekilde görülebilir bir kopma özelliği içerir.

Harmonik azaltma için, inverter giriş tarafına aktif güç filtreleri (APF) monte edildi, spesifik özellikleri Tablo 1'de listelenmiştir.

Topraklama sistemlerinin optimizasyonu için, bu çalışma TN-S kablolama yöntemini benimsedi, dağıtım dolabından başlayarak tarafsız hat (N) ve koruma toprağı hat (PE) ayrılır. Ana PE hattı, 1 Ω den küçük bir toprak direnci sağlamak için en az 95 mm² kesit alanı olan bakır iletkenler kullanılarak oluşturuldu. Kritik ekipman konumlarında, inverterler ve motorlar gibi, eş potansiyel bağlama çubukları, 16 mm² den büyük kesit alanına sahip bakır iletkenler kullanılarak eklendi. Bu, ortak mod干掉无用的指令，以下是翻译结果：

Elektrik avtomatlaşdırma sistemi, endüstriyel üretimin çekirdeğidir ve genel üretim maliyetlerini ve çevre etkisini doğrudan etkiler. Geleneksel sabit hızlı işlem, değişken yük taleplerine yanıt verirken enerji kaybına neden olur ve hassas proses kontrolünü zorlaştırır. Frekansı değiştirilebilir hız regülatör teknolojisi, ileri düzey bir motor kontrol yöntemi olarak, bu sorunlara umut vadeden bir çözüm sunar. Bu çalışma, bir elektrik santralinin elektrik avtomatizasyon sistemini örnek alarak, inverter hız kontrol teknolojisine dayalı bir yeniden donatma şemasını ve enerji tasarrufu etkilerini incelemeyi amaçlamaktadır, benzer endüstriyel senaryolarda enerji verimliliği iyileştirmeleri için bir referans sağlamak amacıyla.

1 Inverter Uygulamalarının Elektrik Avtomatizasyonundaki Mevcut Durum ve Yeniden Donatma Gereksinimleri

1.1 Mevcut Ekipman

Elektrik santralinin elektrik avtomatizasyon sistemi, üç ana bölümden oluşmaktadır: güç dağıtım sistemi, motor sürüş birimleri ve kontrol sistemi. Güç dağıtım sistemi, 10 kV yüksek gerilim anahtarlama ekipmanları, transformatorlar ve 400 V düşük gerilim anahtarlama ekipmanlarını içeren, ağacımsı bir yapıda güç dağıtımını sağlar. Motor sürücüler, çoğunlukla doğrudan veya yıldız-delta indirgenmiş gerilimli başlatma yöntemleri ile kontrol edilen asenkron motorlardan oluşur. Pompa yükleri, mevcut ekipmanın en büyük kısmını oluşturan devre suyu pompaları, soğutma suyu pompaları ve besleme suyu pompalarıdır. Bu cihazlar sabit hızda çalışır ve akış, valfler aracılığıyla düzenlenir, bu da yüksek enerji tüketimine neden olur. Mevcut sistem mimarisi, kısmi merkezi yönetimle birlikte oldukça dağıtılmıştır. Üst düzey izleme sistemi, alan kontrol sistemleriyle endüstriyel Ethernet üzerinden iletişim kurarak merkezi veri gösterimi ve uzaktan işlemi sağlar. Ancak, mevcut kontrol sistemi, frekansı değiştirilebilir hız regülatörü için gelişmiş kontrol algoritmalarına sahip olmadığından, enerji yönetimi ve proses optimizasyonunda eksiklikler ortaya çıkar.

1.2 Yeniden Donatma Gereksinimleri

Mevcut ekipman durumuna dayanarak, elektrik avtomatizasyon sisteminin yeniden donatma gereksinimleri, enerji verimliliğini artırmaya ve kontrole optimize etmeye odaklanmaktadır. Pompa ve fanların etkin işlemesi için motor hızını yük taleplerine uygun şekilde ayarlamak üzere inverter tabanlı hız kontrol teknolojisinin tanıtılmaması gerekir.

<