Dengesiz gerilimler altında asenkron motor deratasyonu
Derating of induction motor under unbalanced voltages
Yazar: MERVE ŞEN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MURAT ERHAN BALCI
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Gerilim dengesizliği; üç faz gerilimlerine ait etkin değerlerin birbirine eşitolmaması ve/ veya bu gerilimlere ait faz açıları arasında 120'şer derece farkolmaması biçiminde ifade edilen bir güç kalitesi sorunudur.Dengesiz gerilimler asenkron motorlarda mekanik titreşimlere ve aşırıısınmalara yol açar. Bunun sonucunda ise asenkron motorlar beklenenömürlerinden daha kısa sürede işletme dışında kalırlar. Bu zararları önlemenin enpratik yolu; dengesiz gerilimlerle beslenen asenkron motorların anma değerininaltında çıkış güçlerinde yüklenmeleri veya deratasyon yapılmalarıdır. Buna göreliteratürdeki çalışmalarda; gerilim dengesizlik faktörü (VUF), kompleks gerilimdengesizlik faktörü (CVUF), faz gerilimi dengesizlik oranı (PVUR) ve hatgerilimi dengesizlik oranı (LVUR) gibi gerilim dengesizlik indisleri tanımlanmışve bu indisler cinsinden ölçülen farklı dengesizlik seviyeleri altında asenkronmotorlara ait deratasyon eğrileri sunulmuştur. Bu çalışmalarda deratasyon eğrileriçıkarılırken; dört farklı metot dikkate alınmıştır. Bunlar; dengesiz gerilimleraltında çekilen en büyük stator faz akımının motorun anma akım değerineindirgenmesi, dengesiz gerilimler altında çekilen stator faz akımlarınınortalamasının motorun anma akım değerine indirgenmesi, dengesiz gerilimleraltında ölçülen toplam kaybın motorun anma kayıp değerine indirgenmesi veNEMA standardında sunulan deratasyon eğrisidir.Bu tezde ilk olarak; yukarıda bahsedilen gerilim dengesizliği indislerinin,asenkron motorlarda farklı değerlerde kayıplara sebep olan çeşitli dengesizgerilimler için aynı değerleri aldığı dolayısıyla bu indislerin deratasyon eğrilerininbelirlenmesinde tek başına yeterli olmadığı gösterilmiştir. Bu boşluğu doldurmakiçin CVUF indisi ve IEEE standardı 1459-2010'da yer alan eşdeğer gerilim etkindeğeri (Ve) tanımı; dengesizliğin ölçülmesinde birlikte dikkate alınmıştır.Böylece, farklı Ve değerlerinde dengesiz gerilimler için CVUF indisinin genliği veaçısının asenkron motor performansına etkisi incelenmiştir. Ayrıca Ve - CVUF ivparametreleri ile deratasyon miktarı (deratasyon faktörü) arasındaki ilişki vederatasyon işleminin asenkron motor performansına etkileri analiz edilmiştir.Son olarak; standartlarda izin verilen en kötü gerilim dengesizlik şartlarıiçin dört farklı deratasyon metoduna göre elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Voltage unbalance is a power quality problem that can be explained asunequal three phase voltage rms values and/or any shift in the phase angleseparations of the three-phase voltages from 120 degrees.Unbalanced supply voltages cause mechanical vibrations and overheating inthe windings of the induction machines. These negative effects result in fasteraging of the machine when compared to its expected life. To prevent the damagesin the most practical way, the induction motor is loaded under its rated power.Accordingly, in the literature, the voltage unbalance measurement indices such asVoltage Unbalance Factor (VUF), Complex Voltage Unbalance Factor (CVUF),the Phase Voltage Unbalance Rate (PVUR) and the Line Voltage Unbalance Rate(LVUR) have been defined, and derating curves of the induction motor arepresented for different voltage unbalance levels, which are measured in terms ofsuch indices. In these studies, four different methods are taken into account toobtain the derating curves. These methods are: for unbalanced supply voltages,keeping maximum stator phase current of the induction motor under its ratedcurrent, keeping average value of the stator phase currents of the induction motorunder its rated current, keeping the motor losses under its rated losses and NEMAderating curve.In this thesis, firstly, it is shown that the fore-mentioned voltage unbalanceindices have the same values in the several unbalanced voltage conditions, whichcause the different losses in the induction motor. As a result, it is concluded thatthey are not alone sufficient to determine the derating curves. To fulfil this gap,CVUF index and the equivalent voltage rms value definition (Ve), which is placedin IEEE standard 1459-2010, are collectively employed for the quantification ofvoltage unbalance. Thus, the effects of the magnitude and angle of CVUF on theinduction motor?s performance are investigated under unbalanced voltages with vidifferent Ve values. In addition, the variation of derating factor is parametricallyanalysed for various CVUF and Ve values. The effects of derating on theinduction motor?s performance is also presented in this thesis.Finally, the results of four different derating method are comparativelyevaluated for the worst unbalanced voltage cases, which are permitted in thestandards.