Türkiye’de verimli elektrik motorlarına geçiş süreci ve Şebeke Kalkışlı Sabit Mıknatıslı Senkron Motorlar

Abstract

Elektrik motorları her gelişen ülkede olduğu gibi Türkiye’de de tüketilen elektrikte büyük paya sahiptir. Ayrıca mevcut verilere göre Türkiye elektriğinin %35’lik kısmı sanayide yoğun olarak tercih edilen asenkron motorlar tarafından tüketilmektedir. Bu nedenle bu motorların daha verimli hale getirilmesi ile elektrik tüketiminde de gözle görünür azalma sağlanabilmektedir. Ayrıca büyük oranda asenkron motorların kullanıldığı endüstriyel uygulamalarda daha verimli motorların tercih edilmesi durumunda, firma enerji giderlerinde de tasarruf sağlanabilmektedir. Günümüzde elektrik motorları pazarında çalışma koşullarına cevap verebilecek birçok ürün mevcuttur ve bu ürünler uluslararası standartlar ile karakterize edilmektedir. Elektrik motoru üreticileri tarafından kabul gören bu standartlar ile piyasaya sunulan elektrik motorlarının çerçeve boyutları ve çalışma şartları gibi birçok konuda düzenleme yapılmaktadır. Yoğun olarak kabul gören IEC 60034-30-1 elektrik motoru standartlarına göre 0.12 – 1000 kW mil gücü aralığındaki elektrik motorları verimliliklerine göre; IE1 - Standart Verimlilik, IE2 - Yüksek Verimlilik, IE3 - Premium Verimlilik ve IE4 - Süper Premium Verimlilik şeklinde sınıflandırılmaktadır. Asenkron motorlar teknolojik sınırlamalar ve malzeme limitleri neticesinde IE3 ve altı verimlikte piyasa sunulabilmektedir. Buna karşın asenkron motor rotorunun yüksek performanslı sabit mıknatıslar kullanılarak modellenmesi ile yüksek verim, güç faktörü ve güç yoğunluğu sunabilen elektrik motorları üretilebilmektedir. Rotorunda sincap kafesi ve sabit mıknatısların bir arada kullanılması neticesinde hibrit bir yapıya sahip olan bu motorlar literatürde “Şebeke Kalkışlı Sabit Mıknatıslı Senkron Motor” olarak yer almaktadır. Asenkron motorlar gibi sağlam ve az bakım gerektiren bu motorlar, rotorunda yer alan sabit mıknatıslar sayesinde IE3 üstü standartlarda verimlilik sunabilmektedir. Diğer bir yandan bu motorların üretim süreci sabit mıknatıs nedeni ile asenkron motorlara göre ile daha karmaşık ve maliyetli olmaktadır. Yapılan bu çalışma ile üretim maliyeti yüksek olan şebeke kalkışlı sabit mıknatıslı senkron motorların Türkiye pazarına giriş ücretleri ve yüksek verimli çalışma koşullarında motorun ne kadar zamanda alım maliyetini amorti edeceği tartışılmıştır. Ayrıca Türkiye’deki verimli motorlara geçiş sürecine ışık tutulmuştur.

Keywords

• Şebeke kalkışlı,Yüksek Verimli,Senkron Motor

The transition to efficient electric motors in Turkey and Line Start Permanent Magnet Synchronous Motors

Abstract

Electric motors have a large share of the electricity consumed in Turkey as in every developing country. In addition, according to the available data, 35% of Turkey's electricity is consumed by asynchronous motors, which are heavily preferred in the industry. Therefore, with the introduction of these motors more efficient still, visible reduction in electricity consumption can be achieved. In addition, if more efficient motors are preferred in industrial applications where asynchronous motors are used to a large extent, the company can also save on energy costs. Today, there are many products available in the electric motors market that can meet operating conditions and these products are characterized by international standards. With these standards adopted by electric motor manufacturers, regulation is made on many issues such as frame sizes and operating conditions of electric motors which are introduced to the market. According to the highly accepted IEC 60034-30-1 electric motor standards and according to the electric motors in the range of 0.12 – 1000 kW shaft power efficiency; It is classified as IE1 - standard efficiency, IE2 - High Efficiency, IE3 - Premium efficiency and IE4 - Super Premium Efficiency. As a result of technological limitations and material limits, asynchronous motors can be offered to the market in IE3 and below efficiency. However, by modeling the asynchronous motor rotor using high performance permanent magnets, electric motors capable of delivering high efficiency, power factor and power density can be produced. As a result of the combination of squirrel cage and permanent magnets in their rotor, these motors, which have a hybrid structure are known in the literature as “Line Start Permanent Magnet Synchronous Motor”. These robust and low maintenance motors, such as asynchronous motors, offer efficiency in standards above IE3 thanks to the Permanent magnets in their rotor. On the other hand, the production process of these motors is more complicated and costly than asynchronous motors because of the permanent magnet. With this study, it was discussed how long it would take to pay the purchase cost of the motor under high production costs and the fees for the introduction to the Turkish market of Line Start Permanent Magnet Synchronous Motors. In addition, the transition to efficient motors in Turkey has been shed light on the process.

Keywords

• Line Start,High Efficiency,Synchronous Motor

References

1. TEİAŞ, “Türkiye ve Kişi Başına Kurulu Güç Brüt Üretim Arz ve Net Tüketimin Yıllar İtibariyle Gelişimi (1975-2017),” Türkiye Elektrik İletim A.Ş.(TEİAŞ), 2018. [Online]. Available: https://www.teias.gov.tr/tr/iii-elektrik-enerjisi-uretimi-tuketimi-kayiplar-0. [Accessed: 30-Dec-2018].
2. E. Akgün, “Motor Kullanılan Sistemlerde Enerji Verimliliği,” in 9. Enerji Verimliliği Forum ve Fuarı, 2018.
3. A. T. De Almeida, F. J. T. E. Ferreira, J. A. C. Fong, and C. U. Brunner, “Electric motor standards, ecodesign and global market transformation,” Conf. Rec. - Ind. Commer. Power Syst. Tech. Conf., pp. 1–9, 2008.
4. A. T. De Almeida, F. J. T. E. Ferreira, and J. a C. Fong, “Standards for Efficiency of Electric Motors,” IEEE Ind. Appl. Mag., vol. 17, no. 1, pp. 12–19, 2011.
5. C. U. Brunner, A. De Almeida, A. Arquit Niederberger, and H. de Keulenaer, “Standards for Efficient Electric Motor Systems SEEEM-Building a Worldwide community of Practice,” Conf. Proc. Energy-Efficiency Mot. Driven Syst., pp. 1443–1455, 2007.
6. C. U. Brunner and R. Werle, “IEC - Governments & International Organizations > Examples by industry sector: Electric motors - measuring efficiency,” 2019. [Online]. Available: https://www.iec.ch/perspectives/government/sectors/electric_motors.htm. [Accessed: 30-Nov-2019].
7. IEC 60034-30-1, “Rotating electrical machines Part 30: Efficiency classes of single-speed, three-phase, cage-induction motors (IE code),” BSI Stand., 2014.
8. A. Hassanpour Isfahani and S. Vaez-Zadeh, “Line start permanent magnet synchronous motors: Challenges and opportunities,” Energy, vol. 34, no. 11, pp. 1755–1763, Nov. 2009.

9. H. Behbahanifard and A. Sadoughi, “Line Start Permanent Magnet Synchronous Motor Performance and Design ; a Review,” J. World. Elect. Eng. Tech., vol. 4, no. 2, pp. 58–66, 2015.
10. Schneider Electric, “NEMA and IEC Premium Efficiency Motors Choosing the Right Motor Control and Protection Components Data Bulletin,” USA, 2017.
11. American Council for an Energy-Efficient Economy (ACEEE ), “Motor Provisions in the Energy Policy Act of 1992,” 2019. [Online]. Available: https://web.archive.org/web/20110501200008/http://aceee.org/motors/epactapp.htm. [Accessed: 01-Dec-2019].
12. Siemens, “Motors Answers for industry. ABC of Motors,” 2009.
13. Siemens AG, “Efficiency classes for IEC line motors - Drive Technology - Siemens,” 2018.
14. V. Dmitrievskii, V. Prakht, V. Kazakbaev, S. Oshurbekov, and I. Sokolov, “Developing ultra premium efficiency (IE5 class) magnet-free synchronous reluctance motor,” in 2016 6th International Electric Drives Production Conference (EDPC), 2016, no. 1, pp. 2–7.
15. J. Sajip, “Ultra Premium Efficiency Motors: The IE5 Efficiency Class,” 2019. [Online]. Available: https://www.ny-engineers.com/blog/ie5-ultra-premium-efficiency-motors. [Accessed: 01-Dec-2019].
16. Y. Enomoto, H. Tokoi, T. Imagawa, T. Suzuki, T. Obata, and K. Souma, “Amorphous Motor with IE5 Efficiency Class,” itachi Rev., vol. 64, no. 8, pp. 480–487, 2015.
17. TS EN 60034-30, “Döner elektrik makinaları - Bölüm 30: Tek hız kademeli, üç fazlı kafesli endüksiyon motorlarının verimlilik sınıfları (IE kodu),” Türk Stand. Enstitüsü, 2010.
18. TS EN 60034-30, “Döner elektrik makinaları - Bölüm 30: Tek hız kademeli, üç fazlı kafesli endüksiyon motorlarının verimlilik sınıfları (IE kodu),” Türk Stand. Enstitüsü, 2012.
19. TS EN 60034-30-1, “Döner elektrik makineleri - Bölüm 30-1: Şebeke tarafından beslenen a.a motorlar için verimlilik sınıfları (IE kodu),” Türk Stand. Enstitüsü, 2014.
20. BS EN 60034-1, “Rotating electrical machines Part 1: Rating and performance,” BSI Stand., 2010.
21. BS EN 60034-2-1, “Rotating electrical machines Part 2-1: Standard methods for determining losses and efficiency from tests (excluding machines for traction vehicles),” BSI Stand., 2014.
22. TS EN 60034-2-2, “Döner elektrik makinaları - Bölüm 2-2:Büyük makinaların deneylerden ayrı kayıpların tayini için belirli yöntemler,” Türk Stand. Enstitüsü, 2011.
23. B. Zöhra, “Şebeke kalkışlı radyal akılı sabit mıknatıslı senkron motor tasarımı ve prototip üretimi,” Tokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Tokat, 2019.
24. B. Zöhra and M. Akar, “Design Trends for Line Start Permanent Magnet Synchronous Motors,” in ISMSIT 2019 - 3nd International Symposium on Multidisciplinary Studies and Innovative Technologies, Proceedings, 2019.
25. B. N. Chaudhari, R. T. Ugale, and A. Pramanik, “Overview of research evolution in the field of line start permanent magnet synchronous motors,” IET Electr. Power Appl., vol. 8, no. 4, pp. 141–154, 2014.
26. J. Puranen, “Induction Motor Versus Permanent Magnet Synchronous Motor in Motion Control Applications : A Comparative Study,” Lappeenranta University, Lappeenranta, 2006.
27. B. N. Chaudhari and B. G. Fernandes, “Performance of line start permanent magnet synchronous motor with single-phase supply system,” IEE Proc. - Electr. Power Appl., vol. 151, no. 1, p. 83, 2004.
28. M. Melfi, R. Schiferl, and S. Umans, “Asymmetric rotor for a line start permanent magnet machine,” PCT/US2015/029013, 04-May-2015.
29. U. Energy Information Administration, “International Energy Outlook 2019,” 2019.
30. M. Karmarkar, “Energy-Efficient Electric Motors and Motor Systems Policy Guide,” Hong Kong, 2019.
31. P. Waide and C. U. Brunner, “Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems,” France, 2011.
32. L. Gynther, S. Mustonen, and E. Saarivirta, “Policies and Measures for Promoting Efficient Electric Motors in Industry,” Helsinki, 2016.
33. M. H. Mete, “Sanayide Düşük Verimli Elektrik Motorlarının Dönüşümü Programı,” Kalkınmada Anahtar Veriml., vol. 29, no. 337, pp. 4–8, 2017.
34. B. Çatalbaş and M. Özgül, “Sanayi Ürünleri Güvenliği ve Denetimi Genel Müdürlüğü Elektrik Motorları Projesi (S-EMOP),” Kalkınmada Anahtar Veriml., vol. 29, no. 337, pp. 9–12, 2017.
35. G. K. Esen, “TSE Elektrik Motoru Deney Laboratuvarı Projesi Milli Katkısı ve Hedefleri,” Kalkınmada Anahtar Veriml., vol. 29, no. 337, pp. 15–18, 2017.
36. T.C. Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı, “Elektrik Motorları Envanter Analizi,” Kalkınmada Anahtar Veriml., vol. 29, no. 337, pp. 32–34, 2017.
37. F. Çil and G. S. Torun, “KOBİ’lerde Enerji Verimli Motorların Teşvik Edilmesi Projesi,” Kalkınmada Anahtar Veriml., vol. 29, no. 337, pp. 38–39, 2017.
38. T.C. Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı, “Anahtar Dergisi - Motor Dönüşüm Programı,” Anahtar, vol. 337, 2017.