1600 kW Motor Kontrolünün PLC ile Sağlanması:
1--Büyük güçlü senkron motorlar, sabit hız ve
moment verdiklerinden dolayı birçok endüstriyel uygulamada kullanılmaktadırlar.
2--Bunun yanı sıra senkron motorların uyarma
akım genliği kontrol edilerek endüktif karakterdeki yüklerin şebekenden çektiği
reaktif güç dinamik olarak kompanze edilebilir.
3--Motor, senkron altı hıza (yaklaşık senkron
hızın yüzde 95’i) ulaştıktan sonra uyarma akımı uygulanarak senkron hıza
getirilir.
4--Uzun süre senkron altı hızda çalışan
motorun hem alan, hem de damper sargılarında aşırı ısınmalar ortaya çıkar. Bu
yüzden motorun asenkron çalışması sürekli olarak izlenmeli ve rotor senkron
hıza yaklaştığında doğru akım uygulanmalıdır.
5--Uyarma akımı, rotor kutuplarına sarılmış
olan alan sargılarına uygulanır ve genliği sabittir (DC). Motorun kalkışı
esnasında, eğer ek tedbirler alınmazsa, bu akımın oluşturacağı sabit genlikli
rotor manyetik alanı AC stator döner alanını bir şebeke periyodu içinde takip
edemez ve motor yol alamaz. Bu durum rotoru her iki yönde döndürmeye çalışarak
vibrasyona ve motorda aşırı ısınmaya yol açar.
6--Rotorundaki damper sargılarından dolayı
asenkron olarak yol verilen senkron motorun kalkış momenti büyüktür. Stator
sargılarına gerilim uygulandığında, statorda bir döner alan oluşur. Bu döner
alan rotordaki kafes çubuklarını keserek buradan akım akmasını sağlar. Böylece
bu manyetik alanın etkisiyle rotor dönmeye başlar.
7--Kısa bir sürede rotor senkron altı hıza
ulaşır. Stator döner alan hızı ile arasında bir kayma oluşur. Eğer uzun süre bu
durumda çalıştırılırsa, rotordaki damper sargılar ısınır ve sargılardaki
izolasyon delinebilir.
8--Rotorun hızı, senkron altı hıza
geldiğinde, sargılarından sürekli doğru akım geçirilmeli ve rotor kutuplarının
stator kutuplarını yakalayarak senkrona olacak şekilde kilitlenmesi
sağlanmalıdır.
9--Normal çalışma şartlarında doğru akım
sürekli sargılardan geçirilmelidir. Doğru akım kesilirse motor senkrondan çıkar
ve asenkron çalışma moduna girer. Bu durumda ya motor devrilir ya da sargılar
ısınıp, izolasyon delinir.
10--Doğru akımın kesilmesinin iki nedeni
olabilir: birincisi, doğrultucu giriş gerilimi düşerse, çıkış akımı (uyarma
akımı) azalır. Bunu önlemek için akım geri beslemesi alarak, doğrultucu doğru
akım kaynağı olarak çalıştırılır.
10.1--Diğer bir neden ise, doğrultucu
çıkışının kesilmesi veya çıkışın kısa devre olmasıdır. Bu arızalar ise mümkün
olduğunca hızlı algılanmalı ve motor durdurulmalıdır.
11—Yukarıdaki nedenlerden dolayı, senkron
motora yol vermek ve uyarma akımını kontrol edebilmek için çeşitli güç
elektroniği devrelerinden yararlanılır.
12--Yol
Verme ve Uyarma Sistemi:
12.1--Senkron motor uyarma sistemi, orta
güçlü, akım geri beslemeli, faz kontrollü tam dalga doğrultucu ile yol verme
sırasında deşarj direncini kısa devre eden stabilitron devresi ve kontrol
devresinden oluşur.
12.2--Doğrultucu 500A doğru akım verebilecek
kapasitededir. Bu akıma uygun seçilmiş güç tristörleri soğutucular üzerine
yerleştirilmişlerdir. Her faz için iki adet kullanılan toplam 6 adet tristörün
kontrolü ENERPRO tetikleme ve regülasyon devresi ile sağlanır.
12.3--Tamamen analog olarak çalışan bu
devrenin ayar değerleri kullanıcı tarafından PLC üzerinde set edilir. Bunun
için PLC modülüne analog giriş ve çıkış kartları eklenmiştir.
12.4--Regülasyon kartında hem gerilim hem de
akım regülasyonu yapmak için devreler bulunur. Gerilim regülasyonu doğru
gerilim barasından gerilim örneği alınarak; akım regülasyonu ise rotor
sargılarına bağlı şönt direnç üzerinden akım örneği alınarak yapılır.
13--Senkron motor yol alırken, akım
transformatörü gibi çalışan rotor sargıları üzerinde çok büyük gerilimler
oluşur. Eğer yol alma sırasında rotor sargı uçları açık bırakılırsa
sargılardaki izolasyon delinir. Bunu önlemek için Sargılar kısa devre edilmeli
ya da yüksek gerilim bir direnç üzerinde söndürülmelidir.
13.1--Bu söndürme direnci “değerinin seçimi
oldukça kritiktir. Direncin değeri motorun momenti doğru orantılı ve sargıda
endüklenen gerilim ile ters orantılıdır. Bu yüzden uygun moment ve gerilim
değeri için optimum bir direnç seçilmelidir. Genellikle bu değer rotor sargı
direncinin 7-10 katına eşittir.
14--Senkron motorun Rotor hızlanıp senkron
altı hıza ulaşana kadar, sargı gerilimi ve frekansı da azalacaktır. Sargı
frekansı yaklaşık 5 – 2,5 Hz değerine düştüğünde doğru akım uygulanmalıdır.
Frekans, kayma frekans değerine indiğinde sargı gerilimi de oldukça küçük bir
değere düşmüş olacaktır. Bu noktada deşarj direnci ile gerçekleştirilen rotorun
şöntlenmesi durdurulmalı ve doğrultucu çalıştırılmalıdır.
15--Rotor sargısını deşarj direnci üzerinden
kısa devre etmek amacıyla ters paralel bağlı tristörler kullanılmıştır.
Tristörler yüksek akımı taşıyabilen, hızlı açılıp kapanan anahtarlar olarak
kullanılır.
15.1--Motor yol alırken ilk anda yüksek bir
alternatif gerilim oluşuğundan tristörler, kapı (gate) uçlarına bağlı zener
diyotlar aracılığıyla iletime girerler. Genellikle zenerlerin gerilimi,
statorda oluşan gerilimin yaklaşık yarısı kadar seçilir.
15.2--Zener geriliminden daha büyük bir
gerilim tristörlerin anot ve katot uçlarında oluştuğunda zenerler, tristörün
tetiklenmesini ve akımın geçmesini sağlarlar. Zener geriliminden daha düşük bir
gerilimde ise, zenerler iletime girmez ve tristörler açık bir anahtar gibi
davranır, akım akıtmazlar.
15.3--Zener geriliminin seçiminde dikkat
edilmesi gereken ikici nokta ise, doğrultucu geriliminin en yüksek değerinin
zener gerilim değerini geçmemesidir. Eğer doğrultucu çalışırken stabilitron
devresi de çalışırsa tristörler, uçlarında doğru gerilim olduğundan kesime
gitmezler ve sistem doğru bir şekilde çalışmaz.
13--PLC
ile Kontrol:
13.1--İskenderun Demir Çelik (İSDEMİR)
işletmesinde kullanılan senkron motorlar 1600 kW gücünde çıkık kutuplu, damper
sargılı, pompa motorlarıdır. 8 adet motorun rotorları, deniz suyunu yaklaşık
3,5km uzağa taşıyabilen pompalara bağlıdır.
13.2--Belli bir basınçta pompalanan su,
işletmede enerji santrali, haddehane, yüksek fırınlar gibi bölümlerde soğutma
suyu olarak kullanılmaktadır.
13.3--Her bir pompa devreye girdiğinde ve
çıktığında suyun basıncı yani sıcaklığı değişir. Bu yüzden hangi pompaların
veya kaçının devrede olduğu, hangilerinin hazırda bekleyen yedek pompa olduğu
bilinmelidir.
13.4--Bir arıza durumunda pompalardan biri
devreden çıkarsa, hemen yedekteki diğer pompa çalıştırılmalıdır.
13.5--Pompalar işletme tarafından sürekli
olarak izlenmeli ve hızla müdahale edilmelidir. Bunu daha kolay sağlayacak olan
senkron motor uyarma sistemi, PLC ile gerçekleştirilmiş ve SCADA’ya uyumlu hale
getirilmiştir. 8 adet senkron motor uyarma panosu DH485 veri yolu üzerinden
kontrol odasındaki SCADA sistemine bağlanır.
13.6--Buradaki sistem de İSDEMİR’in INTRANET
hattına bağlanacaktır. Böylece pompa motorları her yerden izlenebilecek ve
kontrol edilebileceklerdir.
13.7--Senkron motor uyarma ve yol verme
sistemi, birlikte çalıştığı motorlar çok büyük güçlü olduğu ve işletmede
herhangi bir kesinti olmaması gerektiğinden hızlı ve güvenilir bir kontrol sistemi
ile donatılmalıdır.
13.7.1--Bu yüzden uyarma ve yol verme
panosunda Allen-Bradley marka PLC kullanılmıştır. 32şer adet dijital giriş ve
çıkış, 4er adet analog giriş ve çıkışları vardır. Tüm dijital giriş ve çıkışlar
24Vdc ve gerekli röleler ile bağlıdır. Analog giriş ve çıkışlar ise doğrultucu
kontrolünde kullanılır ve 0-10Vdc seviyesinde çalışır.
13.8--Ayrıca operatörlerin kolay
kullanabilmesi için programlanabilir, PLC ile uyumlu LCD ekran panonun ön
tarafına yerleştirilmiştir.
13.9--Kontrol algoritması, Allen-Bradley’in
RSLogix 500 programı ile yazılmıştır. Program ve PLC haberleşmesi RS232
arabirimi ile sağlanmaktadır. Programın avantajlarından bir de sistem
çalışırken program üzerinde değişiklik yapılabilmesidir.
14--Test Sonuçları:
14.1--EKA Senkron Motor Kontrol Sistemi
gerekli testleri yapıldıktan sonra sahada devreye alınmıştır. Başlangıç anı,
senkron motorun statoruna alternatif şebeke geriliminin uygulanma anıdır.
Gerilim uygulandıktan sonra motor dönmeye başlar ve yaklaşık iki saniye sonra
senkron altı frekansa ulaşır.
14.2--Senkron altı frekansa ulaştığında
Stabilitron devresi kesime gider ve daha önceden set edilmiş olan frekans
değerinde, örneğin 2,5 Hz, doğru gerilim rotor sargılarına uygulanır.
14.3--Doğru gerilimin uygulanmasından
itibaren motor senkron olarak çalışır. Stabilitronun kesime girdiği an ile
doğrultucunun çalıştırıldığı an arasında yaklaşık 500ms’lik bir boş bölge
vardır. Bu sırada rotor sargıları Rhold dirençleri ile şöntlenmiştir.
14.4—Sonuç olarak ; EKA Dudulu fabrikasında
üretilen 2 adet Senkron Motor İkaz Sistemi, İSDEMİR’de devreye alınmış ve
testleri yapılmıştır. Yeni yapılan panolar mevcut eski sistemler ile
karşılaştırılmış ve kullanımının daha kolay olduğu anlaşılmıştır.
Kaynakça: 1600 kW, 6300 Senkron Motor Uyartım
Sisteminin PLC ile Gerçekleşmesi--Okan Kurtkaya / okankurtkaya@yahoo.com - Doç.
Dr. Hasan Dağ / dag@elk.itu.edu.tr