Asenkron motor, mil gücünü üretmek için manyetik alanını sürekli beslemek zorundadır. Bu besleme, şebekeden çekilen ve işe dönüşmeyen reaktif güçtür.
Güç katsayısının tanımı
Motorun şebekeden çektiği akım iki bileşene ayrılır. Birinci bileşen mil gücüne dönüşen aktif akımdır. İkinci bileşen ise manyetik alanı kuran ve işe dönüşmeyen reaktif akımdır. Güç katsayısı, aktif gücün görünür güce oranıdır ve bu iki bileşenin arasındaki açının kosinüsüne eşittir. Değer bire ne kadar yakınsa, çekilen akımın o kadar büyük bölümü işe dönüşür.
Yükle değişimi
Manyetik alanı kuran reaktif akım, yükten neredeyse bağımsızdır ve motor boşta dönerken bile çekilir. Aktif akım ise yükle birlikte büyür. Boşta çalışan bir motorda aktif akım küçük, reaktif akım tam değerinde olduğundan güç katsayısı düşüktür. Tam yükte ise aktif bileşen baskın hâle gelir ve güç katsayısı çoğu sanayi motorunda 0,80 ile 0,90 arasına çıkar. Yarım yükte bu değer geriler.
Gereğinden büyük motorun bedeli
Bir tahrike gereğinden büyük bir motor takıldığında motor sürekli düşük yükte çalışır. Reaktif akım aynı kalırken aktif akım küçüldüğünden güç katsayısı düşer. Şebekeden çekilen görünür güç büyür, kablo ve şalter kesitleri gereğinden kalın seçilir. Verim de düşük yük bölgesinde geriler. Motor gücünün gerçek yük ihtiyacına oturması, verim kadar güç katsayısını da korur.
Reaktif gücün faturaya yansıması
Dağıtım şirketi, tesise ilettiği reaktif gücü ölçer ve belirli bir oranın üzerinde bedel uygular. Reaktif güç işe dönüşmese de iletim hattını ve trafoyu yükler. Bu yük, kayıpları büyütür ve hat kapasitesini yer. Tesis, çektiği reaktif gücü kendi içinde üretebiliyorsa şebekeden çekmez. Kompanzasyon, bu üretimin kondansatörlerle yapılmasıdır.
Kondansatörle kompanzasyon
Kondansatör, motorun çektiği reaktif akıma ters yönde bir reaktif akım üretir. İki akım birbirini götürdüğünde şebekeden yalnızca aktif akım çekilir. Kompanzasyon, tesis girişinde merkezî bir panoyla ya da doğrudan motor uçlarında yapılabilir. Merkezî kompanzasyon, kademeli kondansatör gruplarını bir röle ile devreye alır. Motor uçlarındaki bireysel kompanzasyon ise kabloyu ve şalteri de rahatlatır.
Aşırı kompanzasyon tehlikesi
Doğrudan motor uçlarına bağlanan kondansatör, motorun boştaki reaktif ihtiyacından büyük seçilmemelidir. Motor şebekeden ayrıldığında dönmeyi sürdürür ve kondansatör bu anda motoru uyarabilir. Kendi kendini uyaran motor generatöre dönüşür ve uçlarında şebeke geriliminin üzerinde bir gerilim doğar. Bu gerilim, motoru yeniden şebekeye bağlarken faz uyumsuzluğuyla birleşip ağır bir akım darbesi yaratır. Kondansatör bu yüzden motorun boştaki reaktif gücünün altında seçilir.
Frekans invertörlü tahriklerde durum
Frekans invertörü, şebekeden aldığı gücü doğrultarak bir ara devrede biriktirir. Şebeke tarafında görülen güç katsayısı bu yüzden bire yakındır. Ancak invertör, şebekeden sinüs biçimli olmayan bir akım çeker ve harmonik üretir. Motor uçlarına kondansatör bağlanması kesinlikle yanlıştır; invertör çıkışındaki darbeli gerilim kondansatörü bozar. Harmonik akım, hat reaktörü ya da filtreyle sınırlanır.
Merkezî ve bireysel kompanzasyon
Merkezî kompanzasyon, tesis girişindeki panoda kademeli kondansatör gruplarını devreye alır. Bir röle, ölçülen güç katsayısına göre kademeleri açıp kapatır. Bu düzen, tesisin toplam reaktif gücünü karşılar ama motora giden kabloyu rahatlatmaz. Bireysel kompanzasyonda kondansatör doğrudan motorun uçlarına bağlanır ve kablo ile şalter de daha küçük akım taşır. Sık kalkan tahriklerde bireysel kompanzasyon, kondansatörü kalkış darbelerine maruz bırakır.
Harmoniklerin kondansatöre etkisi
Tesisteki invertörler ve doğrultucular, şebekeye harmonik akım basar. Kondansatörün empedansı frekansla ters orantılı olduğundan harmonik akımlar kondansatör üzerinden kolayca akar. Kondansatör aşırı ısınır ve ömrü kısalır. Hat üzerindeki endüktans ile kondansatör belirli bir harmonik frekansta rezonansa girebilir. Kompanzasyon panosuna seri reaktör eklenmesi, bu rezonansı kaydırıp kondansatörü korur.
Ölçüm ve izleme
Güç katsayısı, tesis girişindeki analizörle ya da motorun panosundaki ölçü aletiyle okunur. Tek bir anlık okuma yerine, gün içindeki değişim kaydedilir. Vardiya dışındaki saatlerde boşta dönen motorlar, ortalama değeri aşağı çeker. Ölçüm, kompanzasyon kademelerinin doğru boyutlandırılması için de gereklidir. Kayıt tutulmadan hangi tahrikin sorumlu olduğu bulunamaz. Ölçüm noktaları, tesis girişinin yanında ana dağıtım kollarına da yerleştirilir.
Boşta dönen motorların payı
Bir tesiste vardiya dışında boşta dönen motorlar, hiç iş üretmeden reaktif güç çeker. Reaktif akım yükten bağımsız olduğundan bu tüketim tam değerinde sürer. Boşta dönen motorların durdurulması, ölçülen güç katsayısını doğrudan yükseltir. Sık kalkıp durmasının istenmediği tahriklerde devir denetimi tercih edilir. Kaç saat boşta dönüldüğü, kayıt tutulmadan bilinemez.
Verimle karıştırılmaması
Güç katsayısı ile verim, birbirinden bağımsız iki büyüklüktür. Verim, motorun aldığı aktif gücün ne kadarını mil gücüne çevirdiğini gösterir. Güç katsayısı ise çekilen akımın ne kadarının aktif olduğunu anlatır. Yüksek verimli bir motorun güç katsayısı düşük olabilir. Verim sınıfları IEC 60034-30-1 standardında tanımlanır ve etikette ayrıca verilir.
Kondansatörün deşarjı
Şebekeden ayrılan bir kondansatör, uçlarında yüklü kalır ve dokunmak tehlikelidir. Bu yüzden kondansatörlerin uçlarına deşarj dirençleri bağlanır. Dirençler, enerji kesildikten sonra yükü belirli bir sürede boşaltır. Bakım öncesinde uçların gerilimsiz olduğu ölçüyle doğrulanır. Deşarj direnci bozulmuş bir kondansatör, uzun süre yüklü kalabilir. Bakım prosedürüna, uçların bir yalıtımlı çubukla kısa devre edilmesi adımı eklenir. Kondansatörün kapasitansı da belirli aralıklarla ölçülüp anma değeriyle karşılaştırılır. Düşen bir kapasitans, kondansatörün yaşlandığını gösterir. Kompanzasyon panosundaki kademelerden birinin devre dışı kalması, ölçülen güç katsayısında ani bir düşüş olarak görünür.
Seçime etkisi
Motor gücü, gerçek yük ihtiyacına göre seçildiğinde güç katsayısı kendiliğinden yükselir. Uzun süre boşta dönen tahriklerde motor durdurulur ya da devri denetlenir. Kompanzasyon, motor seçimi doğru yapıldıktan sonra kalan reaktif gücü karşılar. Motorun genel seçimi trifaze elektrik motoru çerçevesinde, verim sınıfı ise IE3 yüksek verimli motorlar kategorisinde ele alınmıştır.
Güç katsayısı, motorun şebekeye yüklediği görünmez maliyeti anlatır. Doğru boyutlandırılmış bir motor ve ölçüye dayanan bir kompanzasyon, bu maliyeti kalıcı biçimde aşağı çeker.
