Elektrik İşleri Etüd İdaresi’nin verilerine göre 2006 yılında sanayide tüketilen 68.000 GWh’lik elektrik enerjisinin 48.000 GWh’lik kısmı elektrik motorlarında harcanmıştır. 2008 yılı verilerine uyarlarsak, 2008 yılında sanayide tüketilen 94.500 GWh’lik elektrik enerjisinin 66.000 GWh’lik kısmının elektrik motorlarında harcandığını hesaplamak güç değildir [1]. Dolayısıyla enerji tasarrufu çalışmalarında elektrik motorlarının, özellikle asenkron motorların, gündeme gelmesi kaçınılmazdır. Aslında elektrik motorları elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren en verimli aygıtlardır. Günümüzde otomobillerde kullanılan bir içten yanmalı motorda elde edilen toplam enerjinin sadece %30–40 kadarı faydalı enerjiye dönüşmektedir [2].Buna karşın EFF1 etiketli bir 3 fazlı asenkron motorlarında verim %95 seviyesine kadar çıkabilmektedir. Ancak asenkron motorlar sabit verimle çalışmadığından, yüksek verimli bir motor kullanmak onun her zaman aynı verimle çalışacağı anlamına gelmemektedir. Özellikle arıza başlangıçları ve olumsuz çevresel koşullar motorun işletmedeki verimini düşürür.

3 Fazlı Asenkron Motorun Verimini Etkileyen Faktörler

İşletmedeki bir asenkron motorun verimini düşüren faktörler aşağıdaki şekilde özetlenebilir.

1.       Nominal gerilimden farklı bir gerilimde çalıştırılması:

a.        NEMA standartlarına göre motora, etiketinde belirtilen nominal gerilim seviyesinden sadece %10 farklı bir gerilim uygulanabilir. Ancak bu %10 limit dahilinde bile olsa motorun nominal gerilimin altında bir gerilimde çalıştırılması durumunda gerekli yük momentini üretebilmek için daha fazla akım çekecektir. Bu da motordaki bakır kayıplarını (I²R) arttırarak verimi azaltır. [3]

b.        Motorun etiketinde yazan gerilim değerinin üzerindeki bir gerilimde çalıştırılması durumunda mıknatıslanma akımı gerilimin karesi ile orantılı olarak artar. Motorun dizayn ve çalışma bölgesine bağlı olarak doyma meydana gelebilir. %10 aşırı gerilimin üzerinde stator ve rotor demir kayıpları artacağından verim düşer. Ayrıca motor güç faktörü belirgin şekilde azalır. [3] Tablo I’de besleme gerilimindeki artış ve düşüşlerin motor verimi üzerindeki etkisi belirtilmiştir.

Tablo I: Besleme gerilimindeki değişimlerin motor verimine etkisi [4]

c.        Dengesiz besleme gerilimi pozitif ve negatif bileşen (sequence) akımlarının oluşmasına neden olur ki bu, motor verimini önemli ölçüde etkiler.  Tablo II’de 100 HP (75kW), 1800 d/d’lık bir motora dengesiz besleme gerilimi uygulanması halinde verim değişimi gösterilmiştir.[5]

Tablo II: Dengesiz besleme geriliminin üç fazlı asenkron motor verimine etkisi

d.        Toplam harmonik distorsiyon : Besleme gerilimindeki harmonik bozukluklar motor verimini etkileyen faktörlerden biridir. %5’in üzerindeki THD değerler motor için zararlıdır. 3. harmonik distorsiyonun yüksek olması motorun aşırı ısınmasına ve 5. harmoniğin yüksek olması ise mil momentinde pulzasyona neden olur. [6]

2.       Motordaki Arıza Başlangıçları

a)       Rulman Arızaları : Rulmanlarda meydana gelen arızalar motordaki sürtünme kayıplarını doğrudan etkiler. Bu da motor verimini %0,5’e varan oranda azaltır.[3] Örneğin 400 kW’lık bir motorda rulman arızası nedeniyle meydana gelecek kayıp yıllık 2.240 TL’yi bulabilir.

b)       İzolasyon Arızaları : 3 fazlı asenkron motorun stator sargılarında meydana gelecek izolasyon problemleri motorun %10’a varan dengesiz akım çekmesine neden olur. Örneğin; 350 kW’lık bir asenkron motorun sargı izolasyonlarındaki arıza nedeniyle bir fazda meydana gelecek %8’lik akım dengesizliği yılda 10.500 TL’e mal olabilir.

c)       Eksenel kaçıklık da motor verimini olumsuz yönde etkileyen faktörlerden biridir. İstanbul Su ve Kanalizasyon İdaresi (İSKİ)’nin Sakarya Üniversitesi ile ortaklaşa yaptığı çalışmada 2,75 mm/m eksenel kaçıklığı bulunan 75 kW gücündeki bir  motorda enerji kaybının yaklaşık 2000 kWh/yıl olduğu hesaplanmıştır. [8] 

d)       Kayış kasnakla tahrik edilen uygulamalarda sistem verimini düşüren diğer bir unsur da kayıştaki gerginliğinin doğru ayarlanamamasıdır. Genellikle endüstride V – kayışlar kullanılır. Bunlar trapez şeklinde kesite sahip olup kasnakta sıkışma etkisi yaparak sürtünmeyi arttırır. Böylece kayışın aktarabileceği güç miktarı da artar. İlk montaj esnasında %95 – 98 olan verimleri zamanla kayış gerginliğinin azalmasıyla %5’e varan oranlarda azalır.[9] Bunu önlemek için kayış gerginliğinin peryodik olarak kontrol edilmesi gerekir. Ancak kontrol sırasında dahi doğru gerginlik seviyesinin tespit edilmesi oldukça güçtür.  Senkron ya da dişli - tırtıllı kayış kullanılması verimi % 2 oranında arttırır. Bununla birlikte gürültülü çalışır ve yükteki titreşimleri motora iletir. [9]

SONUÇ

Enerji tasarrufu, maliyetlerin düşürülmesi ve kaynakların doğru kullanılabilmesi için kaçınılmazdır. Bu bağlamda endüstride elektrik enerjisinin en çok tüketildiği yer olan asenkron motorların verimli çalışması önem kazanmıştır. Bu çalışmada 3 fazlı asenkron motorlarda verimi etkileyen faktörler incelenmiş ve yaklaşık olarak neden olacakları yıllık maliyetlere ilişkin örnekler verilmiştir.

Bir asenkron motorun verimini etkileyen faktörlerin fazlalığı göz önüne alındığında, enerji tasarrufu için işletmedeki motorların daha verimli olanları ile değiştirilmesinin yanı sıra başka önlemlerin de alınması gerektiği aşikardır. Motorun işletme koşulları da en az motorun kendisi kadar verimi etkiler. Örneğin; 75kW’lık bir asenkron motorda EFF1 motor ile EFF3 motor arasındaki verim farkı %1 iken [4] besleme gerilimindeki %2,5 dengesizlik bir asenkron motorun verimini %1,3 azaltabilir [5] ya da kayış kasnak mekanizmasındaki gevşeklik %5’e varan kayıplara neden olabilir [9]. Dolayısıyla verimli bir işletme için motor parametrelerinin her an izlenmesi ve motor arızaların erken teşhisi önemlidir. Genellikle endüstride motor parametreleri online olarak izlenmediği için  arıza ve olumsuz işletme koşulları nedeniyle meydana gelen kayıplar tespit edilememektedir. Dolayısıyla motor durum izleme (condition monitoring) ve kestirimci bakım (predictive maintenance) her zamankinden önemli hale gelmiştir. Endüstrideki motorlarda verim iyileştirmesinden bahsedebilmek için mutlaka motor parametrelerinin online izlenmesi ve kestirimci bakım yapılması gerekir.

Dr. İzzet Yılmaz Önel

KAYNAKÇA  :

[1] Türkiye Elektrik İletim A.Ş. web sitesi,2008 Türkiye elektrik istatistikleri (www.teias.gov.tr)

[2] Hanbey HAZAR,  Cengiz ÖNER, Içten Yanmali Motorlarda Seramik Kaplamanın Motor Performansına Etkisi, *Fırat Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü-ELAZIĞ

[3] Bonnett Austin,” Understanding Efficiency in Squirrel-Cage Induction Motors”, IEEE transactions on Industry Applications, Vol. IA-16, No. 4. July/August 1980

[4] Elektrik İşleri Etüd Idaresi, En-Ver enerji verimliliği “ Sanayide Elektrik Motorları” sunumu, http://www.eie.gov.tr/EV.html

[5] US Department of Energy, Energy Efficiency and Renewable Energy, Motor Tip Sheet #2, “ Eliminate Voltage Unbalance”, January 2000

[6] ARTESİS MCM Kullanım kılavuzu,  www.artesis.com , Haziran 2009

[7] Eaton Corporation, Cutler Hammer Harmonics Solutions, “Clean Power Drive Solution to Harmonic Distortion”,  April 2008

[8] Recep Kılıç, Recep Kazan, Murat Gökçe, “eksen kaçıklığının motopomp'lar üzerınde oluşturduğu titreşimlerin izlenmesi ve titreşim analizi ile tespiti”11. Ulusal Makina Teorisi Sempozyumu Gazi Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, 4-6 Eylül 2003

[9] US Department of Energy, Energy Efficiency and Renewable Energy, Motor Tip Sheet #5, “Replace V-Belts with Cogged or Synchronous Belt Drives”, September 2005