SENKRON MOTOR İLE REAKTİF GÜÇ KOMPANZASYONU BENZETİMİ İÇİN WEB TABANLI BİR EĞİTİM ARACI. Seyfettin VADİ YÜKSEK LİSANS TEZİ ELEKTRİK EĞİTİMİ

Transkript

1 SENKRON MOTOR İLE REAKTİF GÜÇ KOMPANZASYONU BENZETİMİ İÇİN WEB TABANLI BİR EĞİTİM ARACI Seyfettin VADİ YÜKSEK LİSANS TEZİ ELEKTRİK EĞİTİMİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ OCAK 2014 ANKARA

2

3 TEZ BİLDİRİMİ Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. Seyfettin VADİ

4 iv SENKRON MOTOR İLE REAKTİF GÜÇ KOMPANZASYONU BENZETİMİ İÇİN WEB TABANLI BİR EĞİTİM ARACI (Yüksek Lisans Tezi) Seyfettin VADİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Ocak 2014 ÖZET Bu çalışmada, yük ya da yük gruplarının ihtiyacı olan reaktif güç bir web arayüzü ile internet üzerinden kullanıcı kontrollü olarak senkron motor ile sağlanmıştır. Reaktif güç kompanzasyonunda ve sistemin internet üzerinden izlenmesinin gerçekleştirilmesinde PIC, PLC gibi diğer denetleyicilere göre daha üstün özellikleri bulunan veri toplama kartı kullanılmıştır. Çalışmada, mevcut şebekeye endüktif ve omik yük alma ve yük ya da yük gruplarının şebekeden çekmiş oldukları üç faz akım ve besleme gerilimi ile sistemin güç katsayısı görsel bir kullanıcı web arayüzü üzerinden gerçekleştirilebildiği gibi aktif, reaktif ve görünür güç parametreleri de arayüz üzerinden gerçek zamanlı olarak takip edilebilmektedir. Gerçekleştirilen bu sistem ile özellikle literatürde sık rastlanılmayan internet üzerinden bilgisayar kontrollü ve izlemeli reaktif güç kompanzasyon sistemleri için yeni bir yaklaşım sunulmuştur. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler : Senkron motor, reaktif güç kompanzasyonu, veri toplama kartı Sayfa Adedi : 67 Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Ramazan BAYINDIR

5 v A WEB-BASED EDUCATIONAL TOOL FOR SIMULATION OF REACTIVE POWER COMPENSATION WITH A SYNCHRONOUS MOTOR (M.Sc. Thesis) Seyfettin VADİ GAZİ UNIVERSITY GRADUATE SCHOLL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES January 2014 ABSTRACT In this study, reactive power demand of the load or the load groups has been provided with a synchronous motor through a web interface as user controlled. For the realization of reactive power compensation and monitoring the system via Internet, a data acquisition card (DAQ) has been used which has superior properties compared to other controllers such as PLC and PIC. In this study, adding inductive and resistive load to the network, three-phase voltage and three-phase current values are taken from the network and the power factor value of the system can be monitored via a visual web interface. Active, reactive and apparent power values can be observed in real time via the interface. A new approach for computer-controlled and monitored reactive power compensation systems through the internet that is uncommon in the literature is presented with this experimental system. Science Code : Key Words : Synchronous motor, reactive power compensation, data acquisition card Page Number : 67 Supervisor : Prof. Dr. Ramazan BAYINDIR

6 vi TEŞEKKÜR Çalışmalarım boyunca değerli bilgi ve tecrübelerinden faydalandığım, her aşamada beni yönlendiren ve yol gösteren danışmanım Sayın Prof. Dr. Ramazan BAYINDIR a teşekkürü bir borç bilirim. Tez hazırlama ve uygulama sürecinde desteğini esirgemeyen kıymetli hocalarım Sayın Prof. Dr. İlhami ÇOLAK a, Sayın Prof. Dr. Güngör BAL a, Sayın Doç. Dr. Erdal IRMAK a, çalışmalarım boyunca bana yardımcı olan Öğr. Gör. Naki GÜLER'e, desteğini ve güvenini hiçbir zaman esirgemeyen Serpil POTUKOĞLU na tüm içtenliğimle teşekkür ederim.

7 vii İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET... iv ABSTRACT... v TEŞEKKÜR... vi ÇİZELGELERİN LİSTESİ... ix ŞEKİLLERİN LİSTESİ... x RESİMLERİN LİSTESİ... xiii SİMGELER VE KISALTMALAR... xiv 1. GİRİŞ SENKRON MOTORLAR Senkron Motorların Çalışma Prensibi Senkron Motorlara Yolverme Senkron Motorların V Eğrileri Reaktif Güç Kompanzasyonu Senkron Motorun Reaktif Güç Kompanzatörü Olarak Kullanılması GELİŞTİRİLEN SİSTEMİN DONANIM VE YAZILIM ALT YAPISI Yazılım Bileşenleri Visual studio ASP.NET SQL server veritabanı NI-DAQmx sürücüsü Donanım Bileşenleri Veri toplama kartı (DAQ) Mikrodenetleyici... 24

8 viii Sayfa Akım gerilim okuma kartı Sıfır geçiş dedektörleri Yumuşak yolvericiler IGBT anahtarlama modülü Senkron motor WEB TABANLI BENZETİM VE UYGULAMA ÇALIŞMALARI Kullanıcı Web Arayüzü Sistem Parametrelerinin İzlenmesi ve Kontrolü Ayarlı DA Gerilim Elde Edilmesi Sistem Parametrelerini Alma UYGULAMA ÇALIŞMALARI VE DENEYSEL SONUÇLAR SONUÇLAR VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ... 66

9 ix ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 3.1. Veri toplama kartının özellikleri Çizelge 3.2. Senkron motor etiket değerleri Çizelge 4.1. Güç formülleri Çizelge 5.1. Kompanzasyon öncesi sistem parametreleri Çizelge 5.2. Kompanzasyon sonrası sistem parametreleri... 59

10 x ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 2.1. Senkron motordaki kutuplar ve çalışma prensibi... 8 Şekil 2.2. İki kutuplu bir senkron motorun çalışma prensibi... 9 Şekil 2.3. Senkron motor V-eğrileri Şekil 2.4. Senkron motorun uyartım akımına karşılık güç katsayısının değişimi Şekil 2.5. Reaktif güç kompanzasyonu Şekil 2.6. Enerji nakil hattına bağlı senkron motor ve yük Şekil 2.7. Enerji nakil hattına bağlı alternatör ve yüke ait vektör diyagramları Şekil 3.1. Veri alışverişine ait blok diyagram Şekil 3.2. Veri toplama kartının pin diyagramı Şekil 3.3. Veri toplama kartında kullanılan kanallar Şekil 3.4. Tasarlanan sıfır geçiş dedektörünün devre şeması Şekil 3.5. Sıfır geçiş detektörü çıkış sinyali Şekil 3.6. Yumuşak yolvericinin temel diyagramı Şekil 4.1. Uygulamanın blok şeması Şekil 4.2. Tasarlanan e-öğrenme platformunun blok diyagramı Şekil 4.3. Ana sayfa görüntüsü Şekil 4.4. Dersler sekmesi Şekil 4.5. Bilgisayar programı ana sayfa görüntüsü Şekil 4.6. Gerilim-Akım grafikleri Şekil 4.7. Sistem yönetim paneli görüntüsü Şekil 4.8. Güç katsayısını bilgisayar ortamına aktarma arayüzü... 39

11 xi Şekil Sayfa Şekil 4.9. Sistemin çalışma algoritması Şekil Farklı doluluk oranlarında anahtarlama sinyalleri Şekil 5.1. Deney seti Şekil 5.2. Yük-1 devrede iken arayüz görüntüsü Şekil 5.3. Yük-1 devrede iken sistem parametreleri Şekil 5.4. Yük-1 devre iken ölçü aleti ekran görüntüsü Şekil 5.5. Yük-1 devrede iken kompanzasyon sonrası arayüz görüntüsü Şekil 5.6. Yük-1 devrede iken kompanzasyon sonrası sistem parametreleri Şekil 5.7. Yük-1 devrede iken kompanzasyon sonrası ölçü aleti ekran görüntüsü Şekil 5.8. Yük-1 devrede iken osiloskop görüntüsü Şekil 5.9. Yük-2 devrede iken arayüz görüntüsü Şekil Yük-2 devrede iken sistem parametreleri Şekil Yük-2 devrede iken ölçü aleti ekran görüntüsü Şekil Yük-2 devrede iken kompanzasyon sonrası arayüz görüntüsü Şekil Yük-2 devrede iken kompanzasyon sonrasında sistem parametreleri Şekil Yük-2 devrede iken kompanzasyon sonrası ölçü aleti ekran görüntüsü.. 54 Şekil Yük-2 devrede iken osiloskop görüntüsü Şekil Yük-1 ve Yük-2 devrede iken arayüz görüntüsü Şekil Yük-1 ve Yük-2 devrede iken sistem parametreleri Şekil Yük-1 ve Yük-2 devrede iken ölçü aleti ekran görüntüsü Şekil Kompanzasyon anında web arayüzün ekran görüntüsü Şekil Kompanzayon sonrası yükler devrede iken sistem parametreleri Şekil 5.21.Kompanzasyon sonrası yükler devrede iken ölçü aleti ekran görüntüsü.. 58

12 xii Şekil Sayfa Şekil Yük-1 ve Yük-2 devrede iken osiloskop görüntüsü... 58

13 xiii RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim 3.1. Akım - gerilim algılama ve dönüştürme devresi Resim 3.2. Akım - gerilim algılama ve dönüştürme devresi blok şeması Resim 3.3. Sıfır geçiş devresi görüntüsü Resim 3.4. (a) Sürücü devresi (b) IGBT sürücü devresi ve IGBT devresi Resim 3.5. Deneyde kullanılan senkron motor... 31

14 xiv SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklama P V P A M d M f U ş I y Cosφ E E m E g Verilen güç Alınan güç Döndürme momenti Faz başına moment Şebeke gerilimi Yük akımı Akım-gerilim arası açı Motorda indüklenen zıt emk. Mıknatıslanma gerilimi Yük ve kayıpları karşılayan gerilim Kısaltmalar DGM RGK DA IGBT Açıklama Darbe genişlik modülasyonu Reaktif güç kompanzatörü Doğru akım Yalıtılmış kapılı iki kutuplu transistör (Insulated gate bipolar transistor)

15 1 1. GİRİŞ Son yıllarda teknolojinin gelişmesiyle eğitim alanındaki gelişmeler uzaktan öğrenme çevresinde oluşmaktadır. Eğitim kurumlarındaki yer sıkıntısı, aşırı nüfus artışı, toplumda eğitim kurumuna devam etmeden eğitim alma gereksinimindeki artış uzaktan öğrenmenin oluşmasındaki sebeplerden bir kaçıdır. Sadece eğitim kurumları değil, şirketler de personel eğitiminde ekonomiyi ön planda tutarak ve zaman kaybını engellemek için uzaktan öğrenimi tercih etmektedirler. Teknik ve mühendislik eğitimi veren kurumlarda laboratuvar çalışmaları öğrencinin pratik beceri kazanmasının yanında teorik çalışmalarını da desteklemektedir. Laboratuvar alt yapısı ve deneyde kullanıcak teçhizat adedi öğrenci sayısı ile orantılandığında çoğu zaman uygulamaların gerçekleştirilmesinde ciddi sıkıntılar oluşmaktadır. Günümüzde ise mevcut eğitim sistemi yeniden şekillenmektedir. Eğitim teknolojileri ve internet bir araya gelince, yüz-yüze eğitim modelinin yanında, internet ortamında web tabanlı eğitim sistemleri hızla gelişmeye başlamıştır. Ülkemizde yapılan çalışmalar da bu süreçte önemli atılımlar şeklinde olmuştur. Anadolu Üniversitesi Açık Öğretim Fakültesi, Açık Öğretim Lisesi bilişim teknolojilerini kullanarak programlarını, bu yeni uzaktan eğitim modeline uyarlamaktadır. ODTÜ Enformatik Enstitüsü, internet üzerinden dersler ve programlar sunmaktadır. Bilgi Üniversitesi, Sakarya Üniversitesi gibi farklı üniversitelerde yapılan çalışmalar, internet destekli eğitim için verilecek örneklerden bazılarıdır. Ayrıca uzaktan eğitim insanların gelişen teknolojilere ve yaşam biçimine uyum sağlamaları için yaşam boyu öğrenme modelini tam anlamıyla desteklemektedir [1-5]. Diğer yandan endüstriyel uygulamalarda veri toplama, veri işleme ve veri izleme tekniklerine olan ilgi, proseslerin izlenmesi ve kontrolü açısından her geçen gün artmaktadır. Bu alanlardan biri de reaktif güç kompanzasyonudur. Elektrodinamik prensibine göre çalışan generatör, trafo, bobin, motor gibi tüketicilerin çalışmaları için gerekli olan manyetik alanı sağlayan mıknatıslanma akımına reaktif akım ve dolayısıyla çekilen güce reaktif güç denir. Reaktif güce manyetik alan oluştuktan sonra bir daha ihtiyaç duyulmamaktadır ve şebekeyi boş yere meşgul etmektedir. Bu durumu ortadan kaldırmak için reaktif güç kompanzasyonu yapılmaktadır.

16 2 1 Ocak 2008 tarihinde uygulamaya giren reaktif güç oranları, işletmelerde reaktif güç kompanzasyonun önemini ve uygulamada en etkin tekniklerin kullanımını gerekli kılmıştır. Bu yönetmelik, 1 Ocak 2008 tarihinden itibaren sistemden çekilen endüktif reaktif enerjinin sistemden çekilen aktif enerjiye oranı %20 yi, sisteme verilen kapasitif reaktif enerjinin sistemden çekilen aktif enerjiye oranı ise %15 i geçemez şartını getirmiştir. Bu nedenle, yönetmeliğin yayınlandığı tarihten itibaren reaktif güç kontrolü ile ilgili çalışmalarda ciddi bir artış olmuştur. Fakat konunun önemi artarken eğitimi yetersiz kalmaktadır. Geçmiş yıllardaki eğitimde teknolojik alt yapıdaki yetersizlikler nedeni ile tek tür olarak geleneksel eğitim modeli uygulanmıştır. Literatürde konu ile ilgili olarak günümüz teknolojisinde yapılan bazı yayınların özetleri aşağıda sıralanmıştır. Yarı iletken teknolojinin gelişmesiyle birlikte kompanzasyon işlemleri artık klasik sistemlere nazaran yüksek hızlı anahtarlama elemanları kullanılarak yapılmaktadır. Gelen ve arkadaşları çalışmalarında Esnek Alternatif Akım İletim Sistem(FACTS) elemanlarından olan Tristör Kontrollü Reaktör (TCR) ve Statik Var Kompanzatör (SVC) kullanılarak enerji iletim sistemlerinde gerilim, akım ve güç akısı durumlarının, statik (sabit) ve dinamik (değisken) yük durumlarında hem simülasyon ortamında hem de deneysel ortamda incelenmesi ve birbirleriyle karşılaştırılmasını yapmışlardır. Simülasyon ortamında PI kontroleri kullanılarak kompanze işleminin karşılaştırılması yapılmış olup bulanık mantık kontrol yönteminin daha verimli ve kararlı çalıştığını gözlemlemişlerdir [6]. Cöteli ve arkadaşı tarafından yapılan çalışmada bir iletim hattındaki güç akısının kontrolü için, MATLAB-SIMULINK Toolbox kullanarak dönüstürücü tabanlı FACTS aygıtı olan STATCOM un (Statik Senkron Kompanzatör) bilgisayar benzetimini yapmışlardır. Benzetim programının sonuçları STATCOM un beklenmeyen ani degişikliklere bile çok hızlı bir şekilde cevap verdiğini tespit etmişlerdir [7].

17 3 Reaktif güç kompanzasyonu çeşitlerinden biri de senkron motor ile dinamik kompanzasyondur. Uyartım akımı farklı kontrol algoritmaları ile kontrol edilerek daha kararlı çalışma elde edilebilmektedir. Sesveren, senkron motor ile yapılan reaktif güç kompanzatörü (RGK) denetiminde kullanılabilen Yapay Sinir Ağları (YSA) modelini üretecek bir nesnel tabanlı yazılım ile yazılımda elde edilen YSA yapısını kullanan RGK nın çalışmasını örnekleyecek bir simülatör hazırlamıştır. Senkron motor ile yapılan RGK denetiminde kullanılabilen YSA modeli gerçekleştirilmiş ve bir senkron kompanzatörü nasıl kontrol ettiği gösterilmiştir. Ayrıca, hazırlanan yazılım ile öğrencilerin eğitimini güncel teknolojiler kullanılarak desteklemenin yanında, birçok alanda kullanılan yapay zekanın farklı alanlarda uygulanabilirliğine bir örnek olması açısından teknik eğitim ve mühendislik eğitiminde yeni bir yaklaşım hayata geçirilmesi amaçlanmıştır [8]. Yük ya da yük gruplarının ihtiyacı olan reaktif gücün belli teknikler kullanılarak karşılanması işlemi reaktif güç kompanzasyonu diye tanımlanmaktadır. Bu tekniklerin birbirlerine göre avantaj ve deavantajları vardır. Yöntemin en uygununu seçmek sistemin kararlı çalışmasını ve sistemin verimini artırmaktadır. Fatih Bilki, yapmış olduğu tezinde kompanzasyon tekniklerini incelemiş olup, bir tesisin PLC kontrollü reaktif güç uygulamasını gerçekleştirmiştir [9]. Baran, kondansatör gruplarını kullanarak bilgisayar kontrollü reaktif güç kompanzasyonu eğitim seti uygulaması gerçekleştirmiştir. Sistemin bilgisayar ile izlenmesi ve kontrolünde PLC kullanılmıştır. Çalışmada PLC nin reaktif güç kontrolünde kullanılmasıyla birlikte devrenin gerilim, akım, aktif güç, reaktif güç ve cosφ gibi önemli parametreleri takip edilebilmektedir. Kullanıcı elde edilen bu değerleri hazırlanan bilgisayar ara yüzünden izleyebilmekte ve sisteme yük alabilmektedir [10]. Sistem bilgisayar kontrollü olarak çalıştığından dolayı kullanıcıyı mekana bağlı kılmaktadır. Bayındır ve Görgün, yapmış oldukları çalışmalarında senkron motor kullanarak bir kompanzatör uygulaması gerçekleştirmişlerdir. PIC 18F452 mikrodenetleyici kullanarak senkron motorun PI kontrolü gerçekleştirilmiş ve değişik uyartım

18 4 akımlarında endüktif, kapasitif ve omik çalıştırılması uygulamasını gerçekleştirmişlerdir. Kullanıcıya LCD ekran üzerinden anlık olarak sisteme ait akım, gerilim, frekans ve güç katsayısı büyüklükleri gösterilmiştir [11]. Son yıllarda dünyada yaşanan karşı karşıya kaldığı enerji krizi, araştırmacıları bir yandan yeni enerji kaynaklarına yöneltirken diğer yandan daha verimli sistemlerin tasarlanması ve kurulmuş olan enerji kaynaklarının en verimli ve kaliteli şekilde kullanılması yönünde çalışmaların yoğunlaşmasına neden olmuştur. Verimliliği arttırmak ve enerji tutumluluğunu sağlamanın en etkin önlemlerinden birini Reaktif Güç Kompanzasyonu oluşturmaktadır. Reaktif güç kompanzasyonu için çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Bu yöntemlerde yüklerin ihtiyacı olan reaktif güçler, statik olarak çeşitli anahtarlama elemanları vasıtasıyla kapasitör ve reaktörlerle, dinamik olarak senkron motorlarla karşılanmaktadır [12-14]. Senkron motor ile yapılan kompanzasyon yönteminde uyartım akımı değiştirilerek şebekeden omik, endüktif veya kapasitif karakterde güç çekilmesi sağlanmaktadır. Senkron motor, reaktif güç kompanzasyon sistemlerinde yüksüz olarak çalışırken şebekeden çekeceği aktif güç miktarı sadece motorun mekanik kayıplarını karşılayacak kadar küçüktür. Senkron motor miline bağlanacak sabit devir ihtiyacı olan herhangi bir yük ile hem mekanik enerji üretecek, hem de işletmenin ilave bir masrafa ihtiyacı olmadan kompanzasyonunu sağlayacaktadır. Bu tez çalışmasının amacı, uygulamalı anlatımın zor olduğu senkron motorla reaktif güç kompanzasyonu konusunu uzaktan eğitim tekniği ile bir websitesi üzerinden gerçek zamanlı izleme ve kontrol sağlayan görsel bir eğitim aracı olarak tasarlamak ve uygulamasını gerçekleştirmektir. Hedefler; Senkron motor ile reaktif güç kompanzasyonunun öğrenme sistemine uyarlamasına yönelik gerçek zamanlı bir laboratuvar ortamının oluşturulması, Kullanıcılara günün her saatinde deney yapma olanağını sunmak,

19 5 Web arayüzünde kişinin kullanabileceği bileşenlerin görselliği ön plana çıkarılarak öğrenmenin daha etkili olmasını sağlamak, Mevcut eğitim ortamlarındaki gerek donanım eksikliğinden gerekse zaman ve mekanın yetersizliğinden yapılamayan deneyler için ortam oluşturmak, Motorlar hareketli parçalar olduğundan deney esnasında ortaya çıkabilecek tehlikeli durumları yok etmek, Uygulama uzaktan hem izleneceği hemde kontrol edileceği için kablo karmaşasının ortadan kaldırmak ve arıza durumun minumum seviyeye indirmek, Uzaktan kontrol gerektiren durumlar için internet tabanlı kontrol örneği sunmak, şeklinde sıralanabilir. Diğer yandan endüstrideki otomasyon sistemlerinde veri toplama, veri işleme ve veri izleme tekniklerine olan ilgi, proseslerin izlenmesi ve kontrolü açısından her geçen gün artmaktadır. Dünyada yaygın olarak kullanılan Visual Studio programı da verilerin toplanması, işlenmesi ve izlenmesine pratik çözümler sunan bir bilgisayar programlama dilidir. Günümüzde birçok teknik mühendislik dersleri (Matematik, Sayısal Tasarım, Kontrol, PLC, Mikroişlemciler vb.) artık sanal ortamda, bilgisayar başında işlenmekte hatta ders içerikleri simülatörler yardımıyla öğrencilere verilmekte ve öğrencinin kendi kendine tecrübe etmesi sağlanmaktadır. MATLAB, MathCAD, Proteus, LabVIEW gibi programlar bu tür sanal ders malzemeleri arasında en çok tercih edilenleridir. Yapılan bu çalışmada kullanıcı hazırlanan web arayüzü internet üzerinden sisteme bağlanmakta ve sistemin bağlı bulunduğu şebekeye endüktif ya da omik yük ya da yük gruplarını alarak sisteme endüktif etki oluşturmaktadır. Böylece şebekenin akım sinyali, gerilim sinyalinin gerisinde kalarak açısal fark 90 ye yaklaşırken güç katsayısı cos =0.0 a doğru yaklaşır. Böylece akım ile gerilim sinyali arasında açısal fark maksimum noktaya ulaşmaktadır. Bu durum istenmeyen durum olduğu için sistem otomatik olarak senkron motoru devreye alıp sisteme kapasitif yük vererek akım ile gerilim sinyali arasındaki açısal farkın 0 ye yaklaşırken güç katsayısının cos =1.0 e doğru yaklaşmasını sağlamaktadır. Yük ya da yük gruplarının şebekeden

20 6 çekmiş olduğu 3 faz akım ve gerilim değerleri ve güç faktörünün hesaplanması için gerekli olan ölçüm sinyalleri oluşturulan akım-gerilim okuma kartından elde edilmektedir. Elde edilen bu veriler eşzamanlı olarak 0-10V gerilim seviyesinde ve 12 bit çözünürlükte veri toplama kartı aracılığıyla bilgisayar ortamına aktarılmaktadır. Güç katsayısının bulunması için sıfır geçiş kartı tasarlanmıştır. Bu kart alternatif akım ya da gerilim sinyali sıfır noktasından geçtiği anda kare dalga sinyali üretmektedir. Bu sinyaller veri toplama kartının hızlı sayıcı girişlerine uygulanarak bilgisayar ortamında güç katsayısı hesaplanmaktadır. 3 faz akım-gerilim ve güç katsayısı bilgileri elde edildikten sonra bilgisayar ortamında sistemin aktif, reaktif ve görünür gücü hesaplanmaktadır. Sistemden alınan veriler veri toplama kartı vasıtasıyla saniyede 2MS/s örnekleme hızında USB port üzerinden bilgisayar ortamına aktarılmaktadır. Kompanzasyon işleminde senkron motor öncelikle yumuşak yolverici aracılığıyla asenkron motor olarak çalıştırılmaktadır. Motor, asenkron modda nominal hıza ulaştığında senkron motorun uyartım sargılarına V doğru gerilim uygulanmaktadır. Bu doğru gerilim uyartım sargılarına IGBT anahtarlama elemanı 5 khz'lik PWM halinde verilmektedir. Böylece motor senkron hıza kademeli olarak geçmektedir. Deneysel sonuçlar, veri toplama kartı ile gerçekleştirilen senkron motor ile dinamik kompanzasyon uygulamasının; hassas, basit, kullanışlı, güvenli ve farklı kontrol uyarlamalarına kolaylıkla adapte edilebilir olduğunu göstermiştir. Bu tez çalışmasının 1. Bölümünde tez konusu ile ilgili genel bilgiler verilerek tez çalışmasının kullanım alanları, gerekliliği ve konunun literatürdeki yeri vurgulanmıştır. 2. Bölümde tez çalışmasında kullanılan senkron motorlar hakkında teorik ve matematiksel bilgiler sunulmuştur. 3. Bölümde uygulama safhasında gerçekleştirilen donanım ve yazılım altyapısı açıklanarak tasarlanan uygulama devreleri ayrıntılı olarak sunulmuştur. 4. Bölümde uygulama sonuçları verilerek elde edilen sonuçların değerlendirilmesi sunulmuştur. 5. Bölümde çalışmanın tamamının değerlendirilmesi yapılarak literatüre katkısı açıklanmıştır.

21 7 2. SENKRON MOTORLAR Bu bölümde, senkron motorların çalışma prensibi, yolverme yöntemleri, yük ve uyartım akımı değişiminin etkileri ile senkron motorun reaktif güç kompanzasyonunda kullanımı anlatılmıştır. Ayrıca uyartım akımı değişimi ile senkron motorun omik, endüktif ve kapasitif olarak çalıştırılmasının nasıl sağlandığı ve senkron makinaların değişik yük durumlarına göre fazör diyagramlarının çıkarılması anlatılmıştır Senkron Motorların Çalışma Prensibi Senkron makina generatör olarak çalıştırılabildiği gibi, eğer kutuplar bir DA kaynaktan beslenip, endüvi sargılarına da alternatif bir gerilim uygulanırsa bu kez senkron motor olarak çalışır. Senkron motorları asenkron motorlardan ayıran en temel özelliği rotor manyetik alanı ile stator manyetik alanının birbirine kilitlenerek aynı hızda dönmeleridir. Yani stator devir sayısı ile rotor devir sayısı birbirine eşittir. Senkron motorun stator sargılarına alternatif akım uygulanınca statorda frekansa bağlı olarak bir hareketli döner alan oluşur ve döner kutuplanma meydana gelir. Rotorda bulunan kutup sargıları da enerjilenince, rotor da kutuplandırıldığı için, rotora saat ibresi yönünde dönme torku T uygulanır. Ancak rotorun ataletinden dolayı, rotor hızı ani olarak statorun döner alanının hızına ulaşamaz. Stator döner alanı yarı saykılı tamamladığında, stator kutuplarının polaritesi değişeceğinden, rotora uygulanan T torkun yönü saat ibresinin ters yönünde iken, stator döner alanı halen saat ibresi yönünde dönmeye devam eder. Bir saykıllık süre içerisinde rotora uygulanan ortalama tork miktarı sıfır olur. Bundan dolayı, rotor ilk yarı saykılda saat ibresi yönünde, ikinci yarı saykılda ise saat ibresinin ters yönünde dönmeye çalışır. Rotor hareket edemediğinden, sadece titreşim yapar. Şekil 2.1 (a) da bu durum çizilmiştir [8, 15].

22 8 ( a ) ( b ) Şekil 2.1. Senkron motordaki kutuplar ve çalışma prensibi Senkron motoru çalıştırmak için rotoru senkron devir yada yakın değerde döndürmek gerekir. Bu devir sayısı ile dönmekte olan motorun sabit kutupları döner alan kutupları ile kolayca kilitlenebilir. Kilitlenme sırasında zıt kutuplar birbirini çekerek döner alan tarafından döner alan yönünde ve döner alan hızı ile döndürülür. Bu olaya rotorun döner alan tarafından sürüklenmesi de denir. Şekil 2.1(b)'de bu durum çizilmiştir. Rotorun başlangıç anında dönmesini sağlaması için yardımcı yolverme sistemleri geliştirilmiştir. Motor yol aldıktan sonra sincap kafesi oluşturan rotor çubuklarında bir emk endüklenmez çünkü rotorda senkron hızda dönmekte rotor çubukları döner alan tarafından kesilmemektedir. Rotorun devir sayısında değişiklik olmadıkça rotor sargılarından akım geçmez. İki kutuplu bir senkron motorun çalışmasının vektörel olarak gösterimi Şekil 2.2 de görülmektedir [8, 16-21]. Kutuplara bir DA uyartım gerilimi uygulandığında, sabit bir B r rotor akı yoğunluğu oluşturulur. Diğer taraftan, statora uygulanacak olan üç fazlı gerilim de sabit büyüklükte fakat zamana bağlı olarak dönen bir manyetik akı yoğunluğu B s oluşturur. Motordaki bu iki manyetik akı yoğunluğu aynen iki zıt mıknatıs kutupları gibi ya birbirlerinin çekerler, ya da iterler.

23 9 B s B r s Şekil 2.2. İki kutuplu bir senkron motorun çalışma prensibi Kutup akısı B r stator akısı B s ile aynı hizaya gelmeye çalışır. Ancak stator akısı B s devamlı döndüğü için, kutup akısı B r de B s yi yakalamaya çalışacağından rotor da dönmeye çalışır. Rotora herhangi bir yolla senkron hıza yakın değerlerde bir dönme hızı verilirse, bundan sonra rotor stator döner alan hızı ile kilitlenerek senkron hızda dönmeye devam eder. Rotor akı yoğunluğu B r stator akı yoğunluğu B s ile aynı doğrultuya gelmezler. Aynı doğrultuya geldikleri zaman motorda üretilen tork sıfır olacağından, motor dönmez ve durur. Burada stator akı yoğunluğu ile kutup akı yoğunluğu arasındaki açısı ne kadar büyükse motor o kadar yüklenmiş ve üretilen tork da o kadar artmıştır [17, 22-26] Senkron Motorlara Yolverme Senkron motorlar kendi kendilerine kalkınamadıkları için özel yolverme sistemlerine ihtiyaç duyarlar. Bu yolverme yöntemlerinden bazıları; Yardımcı döndürme makineleri (Asenkron motor) ile yolverme Aynı mil üzerinde bulunan uyartım dinamosu ile yolverme Senkron motoru bilezikli asenkron motor olarak çalıştırıp yolverme Senkron motoru sincap kafesli asenkron motor olarak çalıştırıp yolverme Frekansla yolverme Senkron motorlara deşarj direnci ile yolverme

24 Senkron Motorların V Eğrileri Senkron makinanın, sabit kaynak gerilimi ve frekansında, değişken uyartımdaki karakteristiği Şekil 2.3 deki V-eğrileri ile açıklanır. Eğriler senkron makinanın fazör diyagramından elde edilir. Yüksüz durumda, uyartım akımı I f ayarlanarak makina birim güç faktöründe (cos =1.0) çalıştırılabilir. Bu durumda stator akımı I s minimumdur. Senkron makinanın giriş güç katsayısı, uyartım akımının azaltılıp artırılmasıyla, geri veya ileri yapılabilmektedir. Uyartım akımına karşılık gelen I s akımının değişimi V-eğrisi şeklinde olur. Tam ve yarım yüklerde senkron motor V- eğrileri Şekil 2.3'te verilmiştir [17]. I s Kararlılık sınırı Omik Kararlılık sınırı P 2 P 1 P0 P 2 >P 1 >P 0 End Kap I f Şekil 2.3. Senkron motor V-eğrileri Motor durumu için, uyartım akımı azaltıldıkça motor endüktif özellik gösterir. Yani motor akımı I s uygulanan gerilimden geridedir. Uyartım akımı sıfıra doğru yaklaştıkça motorun endüktifliği ve endüvi akımı artar, endüvi akımı ile gerilimi arasındaki açı 90 ye yaklaşırken güç katsayısı cos =0.0 a doğru yaklaşır. Motor endüktif çalışırken yük sıfır ise, motorun çektiği akım da az olup sadece mekanik kayıpları karşılayacak kadardır. Yük arttıkça eğride omik çalışma noktasına doğru kayar. Uyartım akımı artırılırsa, motorun çektiği I s akımı azalarak endüktiflik azalır, omik çalışmaya doğru yaklaşılır. Uyartım akımının değişmesine karşılık, endüvi akımında (I s ) herhangi bir değişme yoksa, bu noktada endüvi akımı minimumdur ve motor omik çalışmaya geçmiştir. Yani motorun çektiği endüvi akımı ile motora

25 11 uygulanan gerilim aynı fazda olup, aralarındaki açısı sıfırdır ve cos =1.0 dir. Uyartım akımındaki artışa devam edilirse, endüvi akımı tekrar artmaya başlar ve bu noktadan sonra motor kapasitif çalışmaya geçer. Kapasitif çalışma durumu uyartım akımına bağlı olarak artış gösterir. Dolayısıyla endüvi akımı endüvi gerilimine göre önde olmak üzere, akım ve gerilim arasındaki açıda 90 ye doğru çıkarken cos =0.0 a yaklaşır [17, 27]. Senkron makinanın motor çalışması durumunda elde edilen V-eğrisi çeşitli yük durumlarına göre farklılık göstermektedir. Motor boşta çalışırken elde edilen V- eğrileri en dışta olup, motor yüklendikçe V-eğrisi omik çalışma eğrisine doğru yaklaşmaktadır. Omik çalışma durumunda, boşta gerekli olan uyartım akım değeri yük miktarı arttıkça artmaktadır. Bunun nedeni ise endüvi reaksiyonunun çeşitli yükler için farklı olması ve doymanın artmasıdır. Boştaki endüvi reaksiyonu ile yüklü durumdaki endüvi reaksiyonu farklı olduğundan, uç geriliminin sabit kalabilmesi için omik yüklü durumda daha fazla uyartım akımına ihtiyaç vardır. Yük altında çalışan bir senkron motorun uyartım akımı anma değerinden fazla ise motor kapasitif, anma değerinden az ise motor endüktif çalışmaktadır. Uyartım akımının çok küçük ve çok büyük olduğu noktalarda senkron motor kararsız çalışma durumuna geçer. Dolayısıyla senkron motorların uyartım akımları çok geniş sınırlar içerisinde değiştirilemezler [28]. Senkron makinanın alternatör olarak çalışması durumunda ise, motor olarak çalışması durumundaki söylenenlerin tam tersini söylemek yeterli olacaktır. Yani fazla uyartım akımı alternatörün endüktif, az uyartım akımı da alternatörün kapasitif çalışmasına neden olur. Senkron makinanın motor veya alternatör çalışma durumuna göre güç katsayısı ve uyartım akımı arasındaki bağıntı Şekil 2.4'te verilmiştir. Bu şekilde 0 ile 90 arasındaki açılar ister negatif, ister pozitif olsun, kosinüsleri birbirlerine eşit ve pozitif değerlidir. Senkron makina yüklendikçe eğri soldan sağa doğru kaymaktadır. Güç katsayısının 1 olduğu noktalar makinanın omik çalışma

26 12 noktalarıdır. Motor çalışma durumu için omik çalışma noktasının sol tarafı endüktif çalışmayı, sağ tarafı kapasitif çalışmayı verir. Alternatör çalışma durumu için ise, sol taraf kapasitif, sağ taraf endüktif çalışmayı verir [17]. 1 cos P 0 P 1 P 2 0 I f Şekil 2.4. Senkron motorun uyartım akımına karşılık güç katsayısının değişimi. Güç katsayısının (cos ) sıfıra yaklaştığı noktalarda endüvi akımı ile gerilimi arasındaki açı 90 ye yaklaşmıştır. Açının 90 veya +90 ye yaklaşması ise yükün endüktif veya kapasitif olma durumuna bağlıdır [17] Reaktif Güç Kompanzasyonu Güç sistemlerinde aktif güç akışının yanında yükün ve sistemin ihtiyacını karşılayabilmek için reaktif güç akışı da olmaktadır. Aktif güç kuşkusuz alternatörlerden yüklere iletilecektir, oysa reaktif güç için böyle bir zorunluluk yoktur. Reaktif gücün ihtiyaç duyulan noktaya en yakın yerde üretilmesinde elektrik sisteminin en iyi koşullarda çalıştırılması açısından büyük yararlar vardır. Elektrik sisteminin ve yüklerin reaktif güce gerek duyulan yerlerde belirli teknikler kullanılarak karşılanması reaktif güç kompanzasyonu olarak adlandırılmaktadır. Bu işlemin doğal sonucu olarak sistemin belirli noktalarında gözüken güç katsayısı ( ) düzeltilecek, diğer bir deyişle tesisin güç katsayısı 0,98 ile 1 arasında bir değere yaklaştırılacaktır. Şekil 2.5(a) da kompanzasyonu yapılmamış bir sistem ve Şekil 2.5(b)'de ise kompanzasyonu yapılmış bir sistem verilmiştir. Şekil 2.5(a) da sistem çalışırken alternatörden aktif gücün yanında iş yapmayan reaktif gücünde

27 13 çekildiği görülmektedir. Aktif güç, sistemin çalışması için gerekli bir güç iken, bunun aksine mıknatıslama için gerekli olan reaktif gücün alternatörden çekilmesine gerek yoktur. İş yapmadığı halde bu güç alternatörden çekildiği için, bu gücün de tüketim bedeli ödenmek zorundadır. Şekil 2.5(b) de ise kondansatör veya senkron motor gibi bir kompanzasyon elemanı ile kompanzasyon yapıldığında, bu reaktif gücün şebekeden çekilmediği görülmektedir. Ayrıca Şekil 2.5(a) ile karşılaştırıldığında, alternatörün fazladan mevcut bir aktif güce sahip olduğu görülecektir. 50 kva ya kadar kurulu gücü bulunan herhangi bir endüstriyel müşteri tarafından her bir uzlaşma periyodunda sistemden çekilen endüktif reaktif enerjinin, aktif enerjiye oranı %20 yi, sisteme verilen kapasitif reaktif enerjinin aktif enerjiye oranı ise %15 i geçmemelidir. Verilen limit oranlar kullanıldığına endüktif tarafta PF nin en az 0,98, kapasitif tarafta da en az 0,989 olması gerektiği görülmektedir. 50 KVA ve üzeri güç değerlerinde ise reaktif sınırı %30 a, kapasitif sınırı ise %20 ye yükselmektedir [10]. Alternatör Motor Motor Alternatör Motor Motor Kompanzasyon elemanı (a) Kompanzasyonu yapılmamış bir sistem (b) Kompanzasyon yapılmış bir sistem Mevcut Aktif güç Kullanılan Reaktif güç Kullanılan Aktif güç Şekil 2.5. Reaktif güç kompanzasyonu Enerji sarfiyatı yüksek olan şirketler için bu durumlar çok önemli olduğundan, reaktif güç kompanzasyonu mutlaka yapılmakta veya yüksek maliyetli donanımlar kullanılarak yüksek enerji bedellerinden kurtulmaya çalışılmaktadır [17, 29-31].

28 Senkron Motorun Reaktif Güç Kompanzatörü Olarak Kullanılması Şebekelerde yükler genellikle endüktiftir. Çünkü şebekeye bağlı indüksiyon motorları, indüksiyon fırınları, transformatörler, balastlı lambalar vb. hep endüktif yüklerdir. Endüktif yükler alternatörlerin gerçek güç kapasitelerini küçülttüğünden iletim hatlarında büyük gerilim düşümlerine, dolayısıyla de verimin azalmasına neden olur. Ayrıca endüstride kullanılan endüktif yüklerin çekmiş oldukları reaktif enerjiler, enerji nakil hattını fazladan yüklediklerinden, hattan çekilen aktif enerji miktarını artırmak için enerji nakil hattındaki iletkenin kesitini artırmak gerekir. Yüklerin ihtiyacı olan reaktif enerjiler, ya statik olarak kondansatörlerle, ya da dinamik olarak senkron motorlarla kompanze edilirler. Senkron motorların uyartım akımlarının değiştirilmesi ile motorun kapasitif veya endüktif olarak çalıştırılması sağlanabilmektedir. Ayrıca senkron motorun şebekeden çektiği reaktif gücün miktarı da uyartım akımı ile ayarlanabilmektedir. Bu olumlu özelliklerinden dolayı, senkron motorlar dinamik güç kompanzatörü olarak kullanılmaktadırlar. Senkron motor güç kompanzatörü olarak kullanılırken üzerinde herhangi bir yük yok ise, kaynaktan çekeceği aktif güç sadece mekanik kayıpları karşılayacak kadardır. Dinamik güç kompanzatörü olarak kullanılan bir senkron motorun sisteme bağlantısı Şekil 2.6'da verilmiştir. Sisteme bağlı olan 3 fazlı endüktif karakterdeki yükün şebekeden çekeceği geri reaktif güç, senkron motorun şebekeden çekeceği ileri reaktif güç ile dengelenerek, sistemin güç katsayısı istenilen değere getirilmektedir. Şekil 2.7 de enerji nakil hattına bağlanmış olan senkron motor ve yükün vektör diyagramı gösterilmiştir. Senkron motorun reaktif gücü Q 1, yükün reaktif gücü Q 2 den 180 açı farklı olduğundan, yükün reaktif gücü Q 2 azalarak Q toplam reaktif gücü elde edilmiştir. Bu Q toplam reaktif gücüne sistemin toplam gücü denir. Yükün sistemde oluşturduğu güç katsayısı açısı 2 iken, bu açı da azalarak toplam olmuştur.

29 15 Senkron Motor 3 ~ Yük 3 ~ Şekil 2.6. Enerji nakil hattına bağlı senkron motor ve yük Sistemin aktif gücü P toplam ise, senkron motorun aktif gücü P 1 ile yükün aktif gücü P 2 nin toplamına eşittir. Eğer senkron motorun gücü yeterli miktarda büyük ise, uyartım akımı artırılarak sistemin reaktif gücünü sıfır yapmak mümkündür [17]. Q 1 S 1 1 P 1 P 2 P toplam Q total 2 toplam S toplam Q 2 S 2 Şekil 2.7. Enerji nakil hattına bağlı alternatör ve yüke ait vektör diyagramları

30 16 3. GELİŞTİRİLEN SİSTEMİN DONANIM VE YAZILIM ALT YAPISI Bu bölümde, hazırlanan web tabanlı sistemde kullanılan yazılım ve donanım üniteleri hakkında genel bilgiler verilmiştir. Öncelikle, hazırlanan web sayfaları ve veritabanı işlemlerinin oluşturulmasında kullanılan yazılımlar verilmiştir. Sonraki bölümde gerçek zamanlı deneylerin internet üzerinden gerçekleştirlmesini sağlayan donanım bileşenleri tanıtılmıştır Yazılım Bileşenleri Çalışma temel olarak internet tabanlı olduğu için kullanıcı web arayüzünün geliştirilmesi ve internet tarafındaki diğer sayfaların oluşturumasında Visual Studio ASP.NET platformu kullanılmıştır. Ayrıca güç katsayısının bilgisayar ortamına alınmasında Visual C# dili kullanılarak window uygulaması gerçekleştirilmiştir. Alınan bu verinin depolanmasında ise veri tabanı olarak ise Microsoft SQL Server 2005 tercih edilmiştir. Web üzerinden gerçek zamanlı deney çalışması uygulamalarında Visual C# programlama dili kullanılmıştır. İlerleyen bölümlerde, çalışmada kullanılan bu yacılımlarla ilgili özet bilgiler sunulmuştur Visual studio ASP.NET Visual Studio.NET, Windows ve Web uygulamalarını geliştirmek için bir ortamdır. En büyük özelliklerinden birisi IDE (Integrated Development Environment-Tümleşik Geliştirme Ortamı) denilen ortak bir uygulama geliştirme platformu sunmasıdır. İçerisinde C#.Net, Visual Basic.Net, Visual C++ ve F# dillerini bünyesinde barındırmaktadır. Günümüzde yaygın olarak kullanılan Visual Studio Sürümleri şunlardır, Visual Studio 2005 Visual Studio 2008 Visual Studio 2010 Visual Studio 2012

31 17 Kullanıcı web arayüzü HTML ve Visual C# programlama dilini bir arada kullanabilmektedir. Ayrıca ADO.NET yapısıyla veri tabanı yönetimi, depolama ve raporlama işlemleri kolay bir şekilde yapılabilmektedir. Böylece ASP.NET ile her türlü işlevselliğe sahip programlar yazılabilmektedir. Bu tez çalışmasında ASP.NET kullanılmasının sebebi, HTML kodların yapamayacağı sürücü uygulamaları, veri tabanı yönetimi ve harici donanımlarla haberleşme gibi özellikleri yapmasıdır. Ayrıca gelişmiş yazılım alt yapısının yanında görsel bileşenleri sayesinde web aryüzüne işlevsellik katmaktadır SQL server veritabanı Bu tez çalışmasında, güç katsayısı parametresinin bilgisayar ortamında depolanmasında Microsoft SQL Server 2005 veritabanı yazılımı tercih edilmiştir. Veritabanına veriler geliştirilen windows uygulaması ile USB port aracılığıyla mikrodenetleyiciden alınmaktadır. SQL Server veritabanında tablo oluşturmak için gerekli CREATE TABLE komutu şöyle kullanılır: CREATE TABLE tb(id int, cosq varchar(50) Bu komutla, "tb" isimli iki sütünlü bir tablo oluşturulur. Birinci sütünda verileri sıraya sokmak için her bir satır için otomatik olarak bir sayısal değer sayısal alırken, ikinci sütünda ise en fazla 50 karekterlik değişen boyutta sayısal olmayan değerler almaktadır. Bu komutla oluşturulan tabloya INSERT INTO komutuyla veri girilebilir: INSERT INTO tb(cosq) + cosq_value Tabloya kaydedilen verilere ulaşmak istenildiğinde ise SELECT komutu kullanılır:

32 18 SELECT * FROM tb Yukarıdaki komut SQL Server'e tb adlı tablodaki tüm sütünların okunmasını bildirir. "*" işareti "bütün sütünlardaki bütün veriler" anlamına gelir. Veritabanına işlemlerini özetleyecek olursak: USB porttan alınan veriler windows uygulamasında INSERT INTO komutu ile veritabanına kaydedilirken, SELECT komutu ile de kullanıcı web arayüzüne aktarılmaktadır NI-DAQmx sürücüsü Uygulaması gerçekleşetirilen bu çalışmada sisteme ait verilerin bilgisayar ortamına aktarılmasında, verilerin izlenmesi ve sistemin kontrolünde National Instrument firmasının NI-6366 USB DAQ(Data acquisition Card) kartı kullanılmıştır. Bu kart bilgisayar ile USB port üzerinden haberleşmektedir. Hazırlanan arayüz üzerinden veri toplama kartına işlem yaptırmak için kullanılacak yapının blok diyagramı Şekil 3.1'de verilmiştir.

33 19 ASP.NET platformu NationalInstruments.Common NationalInstruments.DAQmx NI-DAQmx Sürücü Yazılımı NI 6366-USB Veri toplama kartı Şekil 3.1. Veri alışverişine ait blok diyagram Veri toplama kartının sürücüsü bilgisayar kurulduktan sonra Visual Studio ASP.NET platformundan bu karta ulaşmak için aşağıda isimleri verilen kütüphane dosyalarının ASP.NET ortamında hazırlanan arayüze dahil edilmesi gerekmektedir. NationalInstruments.Common NationalInstruments.DAQmx Dosyalar içinde yer alan komutlar aracılığıyla veri toplama kartı ile ilgili tüm işlemler yapılmaktadır. ASP. NET ortamında veri toplama kartının analog çıkışına veri göndermek için aşağıdaki komut dizini kullanılır: Task analogouttask = new Task(); AOChannel myaochannel; myaochannel=analogouttask.aochannels.createvoltagechannel("dev1/ao0", "myaochannel", 0, 5, AOVoltageUnits.Volts );

34 20 AnalogSingleChannelWriter writer = new AnalogSingleChannelWriter(analogOutTask.Stream); writer.writesinglesample(true, 10.0); NI_DAQmx sürücü yazılımı bu komutu alınca, veri toplama kartına ait "ao0" adresindeki analog çıkış kanalının gerilim seviyesini 10 V olarak ayarlar. Kullanılan veri toplama kartında 2 adet analog çıkış vardır. Diğer kanal kullanılmak istendiğinde "ao0" parametresi ao1" olarak değiştirildiğinde diğer analog çıkış kanalı kullanılır. ASP.NET ortamında veri toplama kartının analog girişlerindeki sinyalleri elde etmek için aşağıdaki komut dizini kullanılır: Task analogintask = new Task(); AIChannel myaichannel; myaichannel = analogintask.aichannels.createvoltagechannel("dev1/ai0", "myaichannel", AITerminalConfiguration.Differential, 0, 5, AIVoltageUnits.Volts ); AnalogSingleChannelReader reader = new AnalogSingleChannelReader(analogInTask.Stream); double analogdatain = reader.readsinglesample(); NI_DAQmx sürücü yazılımı bu komutu alınca, veri toplama kartına ait "ai0" adresindeki analog giriş kanalına bağlı sinyalin gerilim seviyesini ölçerek ASP.NET ortamına aktarır. Kullanılan veri toplama kartında 8 adet analog giriş kanalı bulunmaktadır. Birden fazla analog giriş kanalından ölçüm yapmak istenildiğinde yukarıdaki komut dizinindeki "ai0" parametresi değiştirilerek yapılır. ASP.NET ortamında hazırlanan arayüzden veri toplama kartının dijital çıkışlarını kontrol etmek için aşağıdaki komut dizini kullanılır: digitalwritetask.dochannels.createchannel("dev1/port0/line3","" ChannelLineGrouping.OneChannelForAllLines);

35 21 bool[] dataarray = new bool[1]; dataarray[0] = true; DigitalSingleChannelWriter writer=new DigitalSingleChannelWriter(digitalWriteTask.Stream); writer.writesinglesamplemultiline(true, dataarray); NI_DAQmx sürücü yazılımı bu komutu alınca, veri toplama kartına ait Port0 adresinin 3. bitine "true" değeri yani 5V seviyesinde dijital sinyal gönderir. Bu değer "false" olarak gönderildiğinde ise sürücü aynı adrese 0V seviyesinde dijital sinyal gönderir. ASP.NET ortamında veri toplama kartının dijital girişlerine bağlı sinyalleri ölçmek için aşağıdaki komut dizini kullanılır: mytask = new Task(); mytask.dichannels.createchannel("dev1/port0/line0:7","mychannel", ChannelLineGrouping.OneChannelForAllLines); mydigitalreader = new DigitalSingleChannelReader(myTask.Stream); bool[] readdata; readdata = mydigitalreader.readsinglesamplemultiline(); NI-DAQmx sürücü yazılımı bu komutu alınca, veri toplama kartında yer alan 8 bitlik "port0" adresinin bitlerinin gerilim seviyelerini ölçer. Bitlerin gerilim seviyesi 0-0.8V aralığında ise lojik 0, 2-5V aralığında ise lojik 1 olarak algılar Donanım Bileşenleri Gerçekleştirilen bu tez çalışmasında, özellikle gerçek zamanlı uygulamaların gerçekleştirilmesi sürecinde bazı özel donanım birimlerine ihtiyaç duyulmuştur. İlerleyen bölümlerde, çalışmada kullanılan bu donanımlarla ilgili özet bilgiler sunulmuştur.

36 Veri toplama kartı (DAQ) Bu çalışmada internet üzerinden deneysel amaçlı olarak veri toplama işlemini gerçekleştirmek üzere NI 6366-USB veri toplama kartı kullanılmıştır. Bu kart, National Instrument firması tarafından gerçekleştirilmiştir. Çok işlevli olan NI USB kartları yerleşik bir sayısal işaret işlemci bulundurmaktadır ve bu özelliği sayesinde bütün giriş/çıkış sistemleri üzerinde eş zamanlı işlemler yapabilmektedir. Karta ait teknik özellikler Çizelge 3.1'de verilmiştir. Çizelge 3. 1 Veri toplama kartının özellikleri Örnekleme hızı 2MS/s/ch Eş zamanlı analog giriş 8 Adet, 16 bit çözünürlük, 10V ölçme aralığı Dijital giriş/çıkış 24 adet, maksimum 10kHz anahtarlama frekansı Zamanlayıcı ve Sayıcı 4 adet, 32 bit Analog Çıkış 2 adet Analog sinyal ölçümünün daha hassas ve kararlı olmasında örnekleme hızının buyüklüğü önemlidir. Örnekleme hızı çevirme işleminin ne kadar sıklıkla yapılacağını göstermektedir. Örnekleme hızının yüksek olması daha kısa sürede daha çok verinin alınması anlamına gelmektedir. Böylece ölçülen sinyalle benzerliği daha yüksek olur. Veri toplama kartı üzerinde analog sinyalleri okumak için kullanılan 8 adet eş zamanlı analog giriş kanalı bulunmaktadır. Bu kanallar 16 bit çözünürlükte analog-dijital çevrimi yapmaktadır. Ayrıca oransal kontrol ve sürücü hız kontrolü gibi işlemlerde sık kullanılan analog çıkış kanalları saniyede 3,33MS/s hızında veri gönderimi yapılmaktadır [38-40]. Kullanıcıya dijital ve analog tetikleme imkanı da sunmaktadır. Uygulamada kullanılan veri toplama kartına ait pin diyagramı Şekil 3.2'de verilmiştir.

37 23 AI0+ 1 AI0-2 AI GND 3 AI1+ 4 AI1-5 AI GND 6 AI2+ 7 AI2-8 AI GND 9 AI3+ 10 AI3-11 AI GND 12 AI GND 13 AI GND 14 AO 0 15 AO GND16 AI4+ 17 AI4-18 AI GND 19 AI5+ 20 AI5-21 AI GND 22 AI6+ 23 AI6-24 AI GND 25 AI7+ 26 AI7-27 AI GND 28 APFI 0 29 AI GND 30 AO 1 31 AO GND32 P P P P P P P P PFI0/P PFI 1/P PFI 2/P PFI 3/P PFI 4/P PFI 5/P PFI 6/P PFI 7/P PFI8 /P D GND 82 PFI9 /P D GND 84 PFI10/P D GND 86 PFI11/P D GND 88 PFI12/P D GND 90 PFI13/P D GND 92 PFI14/P D GND 94 PFI15/P V 96 Şekil 3.2. Veri toplama kartının pin diyagramı Veri toplama kartı yüksek çözünürlük ve hassasiyet gerektiren, eşzamanlı analiz ve yorumlama işlemlerinin olduğu deneysel çalışmalarda ve endüstriyel uygulamalarda fazlaca kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında verilerin dış ortamdan bilgisayar ortamına aktarılmasında kullanılan veri toplama kartı PIC mikrodenetleyicileri ve endüstride sıkça kullanılan PLC ye göre daha yüksek performansı, daha hızlı işlem yapması ve çözünürlüğünün yüksek olması sebebi ile tercih edilmiştir. Sistemde yer alan akım-gerilim okuma kartı ve sıfır geçiş devresinden verilerin alınması, yük gruplarının devreye alınması ve senkron motorun sürülmesi veri toplama kartı aracılığıyla gerçekleştirilmiştir. Şekil 3.3 te veri toplama kartının uygulama aşamasında kullanılan kontrol kanalları ayrıntılı olarak gösterilmiştir. Üç faz ile beslenen yük yada yük gruplarının üç faz akım ve gerilimlerinin okunması için 6 ayrı eşzamanlı çalışan analog giriş kanala ihtiyaç duyulmaktadır. Diğer mikrodenetleyicilerinin birçoğunda eş zamanlı analog giriş kanalı bulunmamaktadır. PLC lerde analog kanalların artırılması için ek modüller gerekmektedir. Veri toplama kartının analog girişlerinde aynı anda 13 bit çözünürlük ve yüksek hızda dijital çevrim yapılarak her bir faza ait akım ve gerilim değerleri elde edilmiştir.

38 24 Ayrıca PIC, PLC gibi diğer mikrodenetleyicilerine göre yüksek çözünürlükte analog değer okunması sebebi ile daha hassas akım ve gerilim ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Ölçülen bu değerler veri toplama kartı ile bilgisayar ortamına gönderilmiştir. Veri toplama kartında bulunan darbe genişlik modülasyonu (DGM) kanalı IGBT'nin anahtarlama sinyalini oluşturmak için kullanılmıştır. Bunun için 5 khz'lik bir DGM sinyali oluşturulmuştur. Çalışmada kullanılan veri toplama kartının 4 adet DGM kanalları bulunmaktadır. DGM kanallarının yüksek çevrim hızının bulunması, ayrıca sayıcı kanalının çözünürlüğüne bağlı olarak değişim oranının 1/1000 gibi değerlerde olması ile frekans ve gerilimin hassas olarak ayarlanması sağlanmıştır. VISUAL STUDIO ASP.NET DAQ-MX BİLGİSAYAR DAQ(Data Acquisition Card) DAQ TERMİNAL BLOK VERİ TOPLAMA KARTI PIC 18F4550 USB Analog Giriş-1 Analog Giriş-2 Analog Giriş-3 Analog Giriş-4 Analog Giriş-5 Analog Giriş-6 Analog Giriş-7 Analog Çıkış-1 Dijital Çıkış-1 Dijital Çıkış-2 Dijital Çıkış-3 Dijital Çıkış-4 Dijital Çıkış-5 Dijital Giriş-1 Dijital Giriş-2 0 5V 0 5V 0 5V 0 5V 0 5V 0 5V 0 10V 0 10V R Fazı Gerilim Bilgisi S Fazı Gerilim Bilgisi T Fazı Gerilim Bilgisi R Fazı Akım Bilgisi S Fazı Akım Bilgisi T Fazı Akım Bilgisi Motor Hız Bilgisi Motor Hız Ayar Bilgisi Sistem On/Off Bilgisi Yük-1 On/Off Bilgisi Yük-2 On/Off Bilgisi Yük-3 On/Off Bilgisi Yük-4 On/Off Bilgisi Gerilim Sıfır Geçiş Bilgisi Akım Sıfır Geçiş Bilgisi AKIM-GERİLİM OKUMA ve SIFIR GEÇİŞ KARTI SİSTEM Şekil 3.3. Veri toplama kartında kullanılan kanallar Mikrodenetleyici Sisteme bağlı yük gruplarının güç katsayısı parametresinin elde edilmesinde ve USB port üzerinden bilgisayar ortamına aktarılmasında kullanılmıştır. Veri toplama kartının dahili hafızada işlem yapma yeteneğinin olmayışından dolayı ihtiyaç duyulmuştur. USB port üzerinden haberleşme imkanı sağladığından Microchip

39 25 firmasının PIC-18F4550 serisi denetleyicisi tercih edilmiştir. Sıfır geçiş kartının çıkışından elde edilen akım ve gerilim kare dalga sinyallerini denetleyicinin harici kesme kanalları kullanılarak güç katsayısı değeri hesaplanmıştır Akım gerilim okuma kartı Uygulaması gerçekleştirilen çalışmada yük ya da yüklerin çalışma gerilimlerinin ve şebekeden çektiği akım değerlerinin kullanıcı web arayüzü üzerinden gösterilmesi için gerilim ve akım değerlerinin algılanması gerekmektedir. Veri toplama kartının analog gerilim ölçüm seviyesinin maksimum +5.0 V olması nedeniyle elde edilen alternatif gerilimlerin genliklerinin düşürülmesi gerekmektedir. Resim 3.1'de akım ve gerilim değerlerinin genliklerinin düşürülmesi için tasarlanmış uygulama devresi görülmektedir. Resim 3.1. Akım - gerilim algılama ve dönüştürme devresi Alternatif gerilimlerin frekansını değiştirmeden genliklerinin değiştirilmesi gerektiğinden her faz için ayrı gerilim transformatörleri kullanılmıştır. Kullanılan veri toplama kartının analog dijital dönüşüm kanallarının negatif gerilim uygulanmasında zarar göreceği için gerilimlerin öncelikle doğru gerilim yapısına çevrilmesi gerekmektedir. Alternatif gerilimlerin etkin değerlerinin ölçülmesi için

40 26 girişindeki alternatif gerilimleri doğru gerilime çevrilerek etkin değerleri ölçülmüştür. Bu dönüşüm Resim 3.2'deki akım-gerilim allgılama ve dönüştürme devresinin blok diyagramında gösterilmiştir. 3 Faz Akım Girişi Güç Kaynağı R Faz Akım Giriş-Çıkış S Faz Akım Giriş-Çıkış T Faz Akım Giriş-Çıkış 220V / 12 V Akım Tranduseri Akım Tranduseri Akım Tranduseri Veri Çıkış Soketi AC- DC Dönüştürücü AC- DC Dönüştürücü AC- DC Dönüştürücü 220V / 5 V 220V / 5 V 220V / 5 V Transformatör Transformatör Transformatör R Faz Girişi ve Nötr S Faz Girişi ve Nötr T Faz Girişi Ve Nötr 3 Faz Gerilim Girişi Resim 3.2. Akım - gerilim algılama ve dönüştürme devresi blok şeması Sistemin şebekeden çektiği her bir faza ait akım miktarının ölçülmesi için Cas-R 25 NP akım sensörleri kullanılmıştır. Akım sensörü primer devresinden mak. 25A akım geçtiğinde çıkış olarak 5V doğru gerilim üretmektedir. Sensör aynı zamanda akım sıfır geçiş devresi için çıkış sinyalini AA sinyal şeklinde de üretmektedir Sıfır geçiş dedektörleri Sinüsoidal yapıya sahip gerilim sinyallerinin pozitiften sıfır noktasına geçtiği anları sıfır geçiş anı olarak adlandırılmaktadır. Frekans ve güç katsayısının ölçülmesi işlemlerinde gerilim ve akım bilgilerinin sıfırdan çıkış anları denetleyici tarafından algılanarak ölçümler yapılmaktadır. Frekans ve sıfır anlarının doğru tespiti için tez çalışmasında, bozuk dalga şekilleri altında kararlı çalışan bir sıfır geçiş devresi

41 27 tasarlanmıştır. Tasarımı gerçekleştirilen sıfır geçiş detektörünün devre şeması Şekil 3.4 te görülmektedir. PIC giriş uçlarına uygulanan kare dalga çıkışı Şekil 3.4. Tasarlanan sıfır geçiş dedektörünün devre şeması Tez çalışmasında, frekansı 0 50 Hz arasında değişim gösteren sinyallerin sıfır geçiş anları tespit edileceği için tasarlanan devrede eski nesil ve daha yavaş çalışan bir işlemsel yükselteç kullanılarak sistemin yüksek frekanslarda tepki vermesi engellenmiştir. Tasarımı gerçekleştirilen sıfır geçiş devresi Resim 3.3 te görülmektedir. Resim 3.3. Sıfır geçiş devresi görüntüsü

42 28 Sıfırı geçiş detektörü girişine uygulanan ve dedektörün çıkışından elde edilen sinyaller sırası ile Şekil 3.5a ve Şekil 3.5b de görülmektedir. Şekil 3.5b'den açıkça görüldüğü gibi detektör, gerilim sinyalinin pozitif kısmını kare dalgaya çevirerek mikrodenetleyici tarafından ölçülebilecek sinyale dönüştürmektedir. a) Akım-gerilim sinyali b) Akım-gerilim sıfır geçiş sinyali Şekil 3.5. Sıfır geçiş detektörü çıkış sinyali Kare dalgaya dönüştürülen gerilim sinyalinin pozitif kenarları arasındaki zaman farkı PIC tarafından algılanarak periyot süresi tespit edilmektedir. Böylece üretilen gerilimin frekansı algılanmaktadır. Aynı durum akım sinyalleri için de geçerlidir. Çekilen akımın pozitif kısma geçtiği anda kare dalga üretilerek sıfırdan geçiş anı tespit edilmektedir. Çalışmada elde edilen kare dalga sinyallerinin anlamlı hale getirilmesi için uygun denetleyici yazılım altyapısı geliştirilmiş, frekans ve güç katsayısı doğru ve hassas olarak algılanmıştır. Veri toplama kartının girişten aldığı sinyaller ile işlem yapma yeteneğinin olmaması, bilgisayar ortamında mikro seviyede işlem yapılamadığından dolayı frekans ve güç katsayısı değerleri PIC mikrodenetleyicisi ile hesaplanmıştır. Mikrodenetleyici tarafından hesaplanan bu parametreler ise USB port üzerinden bilgisayar ortamına aktarılmıştır Yumuşak yolvericiler Asenkron motorlar ilk kalkınmada şebekeden yüksek akım çektikleri için yol verme yöntemleri kullanılmaktadır. Yumuşak yol verme metodu bu yöntemlerden biridir.

43 29 Tez çalışmasında senkron motoru asenkron modda çalıştırmak için kullanılmıştır. Ürün olarak Siemens firmasının SIRUS serisi yumuşak yol vericisi kullanılmıştır. Yumuşak yolvericiler motora uygulanan gerilimin yumuşak ve kararlı bir ivmelenme için kademeli olarak arttırılması prensibine göre çalışmaktadır. Bu sayede gerilimdeki ani dalgalanmaların oluşması ve ilk kalkınmadaki çekilen aşırı akım değerlerini önlemektedir. Yumuşak yolvericiler tristör kullanılarak vektör kontrollü olarak yapılmaktadır. Vektör kontrol motorların yumuşak kalkış ve yumuşak duruşlarının optimize edilmesini, başlangıç akımı ve momentinin düşürülmesini sağlamaktadır. Kullanılacak motorun çalışma gerilimi ve şebekeden çektiği akıma göre tristörün özelliği belirlenlenmektedir. Şekil 3.6'da yumuşak yol vericinin şebekeye bağlanma şekline ait genel blok diyagramı verilmiştir. Ayrıca tristör anahtarlama özelliğinden dolayı motora on/off işlemi de yapılabilmektedir [32]. Yumuşak Yolverici L1 Is Is U Us L2 W Motor L3 W Tristör Şekil 3.6. Yumuşak yolvericinin temel diyagramı Mikroişlemci tabanlı olan yolvericiler blok diyagramda da görüldüğü gibi, motordaki tork akım ilişkisinin zamana bağlı olarak şebeke gerilimini % arasında kontrol ederek motora vermektedir. Nominal değerlere ulaşınca motor kontaktörle şebekeye direk bağlanır ve tristör tetiklemeleri kesilmektedir. Motorun durdurulması durumunda, gerilimi %100 den %30 a kadar kontrol eder. Her fazda 2 tristörden oluşan tristör köprülerinin tetikleme açılarının değiştirilmesi ile şebeke frekansı

44 30 değiştirilmeden, başlangıç geriliminin kademeli olarak arttırılması dolayısı ile başlangıç akımının kontrol edilmesi sağlanır. Böylece, tristörlerin aşırı ısınmaları engellenmektedir. Motorun çalıştığı süre boyunca yumuşak yolvericiler sisteme termik koruma, faz kaybı algılanması, düşük gerilim ve aşırı yüke karşı koruma sağlamaktadır. 560 kw a kadar olan güçlerde vuruntulu olmayan kalkış ve duruş yapılması istenen uygulamalarda tercih edilmektedir. Bu yolverme metodunun kullanımı sistemdeki devreye giriş-çıkış sayısına ve sistemin başlangıçta çektiği akım değerine göre değişmektedir [33, 35] IGBT anahtarlama modülü IGBT lerin çalışabilmesi için sürücü devreye ihtiyaçları vardır. IGBT modüller anahtarlanırken yalıtılmış kaynaktan beslenen sürücü devreler kullanılmalıdır [36, 37]. Senkron motor uyartım akımını ayarlamak için anahtarlama devre elemanı olarak Mitsibushi firması tarafından üretilen 2MBI150N-60 IGBT modül kullanılmıştır. Bu modül kendi içerisinde yarım köprü bağlantı şekli oluşturacak şekilde iki IGBT den oluşmaktadır. Üzerinden 150 amper kadar akım geçirilebilmekte ve tutma gerilimi 400 volttur. Anahtarlama işlemini gerçekleştirmek içinse Mitsibushi firması tarafından üretilen EXB841 sürücü devresi kullanılmıştır. Sürücü entegresi içine yerleştirilen opto izolatör ile giriş ve çıkış birbirinden yalıtılmıştır. Bu devre 20 V DA gerilimle beslenmekte ve çıkışta IGBT sürücüsünün çalışmasını sağlayacak sürme sinyalini üretmektedir. Resim 3.4(a)'da IGBT sürücü devresi ve Resim 3.4(b) de IGBT devresi görülmektedir. a) b) Resim 3.4. (a) Sürücü devresi (b) IGBT sürücü devresi ve IGBT devresi

45 Senkron motor Senkron motorların asenkron motor ve diğer motorlardan ayıran önemli üstünlükleri vardır. Bu motorların stator döner alan hızı ile rotor döner alan hızı aynı fazdadır. Yani kayma yoktur. Diğer bir özelliği ise uyartım akımı ayarlanarak motor endüktif, omik ve kapasitif karakterde çalıştırılabilmektedir. Bu özelliği sayesinde bu motorlar yapılan bu çalışmada olduğu gibi kompanzasyon uygulamalarında da kullanılmaktadır. Kompansatör olarak kullanılan senkron motorun etiket değerleri Çizelge 3.2'de verilmiştir. Çizelge 3.2. Senkron motor etiket değerleri Parametre adı Çalışma gerilimi Gücü Özelliği 380V 4kVA CosQ 0,87 Rpm 1000 Uygulamada kullanılan senkron motora ait genel bir fotoğraf Resim 3.5'te verilmiştir. Resim 3.5. Deneyde kullanılan senkron motor

46 32 4. WEB TABANLI BENZETİM VE UYGULAMA ÇALIŞMALARI Günümüzde sistemlerin uzaktan izlenmesi ve kontrolü, yazılım ve donanım üzerine geliştirilen çalışmalar olarak görünmektedir. Sistemin çalışma koşulları önceden belirlenmekte buna göre yazılım hazırlanmaktadır. Yazılım ve donanımın birbirlerini destekleyici bir şekilde geliştirilmesi, donanım araçlarının, yazılımdan beklenen performans ölçütlerini karşılar nitelikte olması ve nihayetinde en düşük maliyet ile en yüksek verim hedefi vazgeçilmez öğeler arasındadır. Gerçekleştirilen bu tez çalışmasında, öncelikle değişik sistemlere ilişkin matematiksel modeller incelenmiş ve bu modelleri esas alan alt yapı tasarlanmıştır. Daha sonra hazırlanan bu alt yapıya web üzerinden erişim sağlanmıştır. Tasarlanan etkileşimli web sayfalar sayesinde, kullanıcılar sistemin kontrol edebilmekte, devreye yük alarak parametrelerdeki değişime karşılık gelen sistem tepkisini izleyebilmektedirler.web sayfalarında konuyla ilgili teorik bilgilere de yer verilmiştir. Visual Studio ASP.NET, SQL Server veritabanı ve NI-DAQmx sürücüsü yazılımlarının ortak etkileşimi ile oluşan sistem mimarisine ait genel blok diyagramı Şekil 4.1'de verilmiştir.

47 33 R S T N Yumusak Yol Verici DA Güç Kaynağı Sıfır Geçiş Okuma Kartı Akım Gerilim Okuma Kartı Gerilim Sensörü Akim Sensörü IGBT B c Yük-1 Yük-2 Senkron Motor Mikrodenetleyici Veri Toplama Kartı Windows Uygulaması NI 6366-USB Veri toplama kartı Microsoft SQL Server 2005 NI-DAQmx Sürücü Yazılımı NationalInstruments.Common NationalInstruments.DAQmx ASP.NET platformu Client-3 Kullanıcı-1 Kullanıcı-2 Client-1 Kullanıcı-3 Client-2 Kullanıcı-4 Client-3 Kullanıcı-5 Şekil 4.1. Uygulamanın blok şeması Bu bölümde senkron motor ile reaktif güç kompanzasyonu benzetimi için web tabanlı bir eğitim aracı uygulamasını gerçekleştirmek için tasarlanan bilgisayar yazılımı, ara yüz ve donanımlardan bahsedilecektir.

48 Kullanıcı Web Arayüzü Kontrol ve izleme çalışmalarının internet üzerinden sunulması için genel bir e- öğrenme platformu oluşturulmuştur. Tasarlanan bu platform, Şekil 4.2'de görüldüğü gibi iki ana bölümden oluşmaktadır. Bunlar vitrin bölümü ve etkin bölümdür. Vitrin bölümü, siteye giren herkesin görebileceği sayfalardan oluşmaktadır ve burada konu ile ilgili temel bilgilerin verildiği teorik anlatım sayfaları bulunmaktadır. İkinci bölüm olan etkin bölüm ise uygulama alanının yer aldığı bölümdür. Sisteme ait kontrol ve izleme işlemleri etkin bölüm içersinde gerçekleşmektedir. Ziyaretçi Ana Sayfa Dersler Uygulama Hakkında Veritabanı Model Ana Sayfa Veri Çıkış Veri Giriş Asp.NET Platformu Windows Uygulaması NI-DAQmx sürücüsü Şekil 4.2. Tasarlanan e-öğrenme platformunun blok diyagramı Kullanıcıların sistemi izlemesi ve sistemin kontrolünü sağlamak için hazırlanan web arayüzünün anasayfası Şekil 4.3'te görülmektedir. Kullanıcı web arayüzünde tezin amacı, önemi ve çalışmanın blok diyagramı görülmektedir.

49 35 Şekil 4.3. Ana sayfa görüntüsü Tasarımı ve uygulaması gerçekleştirilen sistemde, konu ile ilgili teorik bilgi sayfaları hazırlanmıştır. Öğrenciler, bu sayfaları kullanarak çalışmayla ilgili ön bil alabilmektedir. Böylece, sistem üzerinde gerçekleştirilen çalışmaların daha bilinçli bir şekilde yürütülebilmesi ve konunun daha öğretici bir hale getirilmesi sağlanmıştır. Kullanıcı web sayfasına bağlandıktan sonra "Dersler" sekmesine tıklayarak Şekil 4.4'te görüldüğü üzere konu ile ilgili teorik bilgi verilmektedir. Kullanıcı her sayfanın sonunda diğer sayfaya geçiş için ">>>" sembolüne tıklayarak konunun devamını takip edebilmektedir.

50 36 Şekil 4.4. Dersler sekmesi Çalışmanın uygulama kısmına "Uygulama" sekmesini tıklayarak girilmektedir. Kullanıcı bu sayfada sistemin izlenmesi ve kontrolü işlemlerini yapabilmektedir. Bu bölüm Şekil 4.5'te görülmektedir.

51 37 B A C Şekil 4.5. Bilgisayar programı ana sayfa görüntüsü A: Yük yönetim paneli Bu panel içerisinde, sistemin çalıştırılması-durdurulması, aktif olacak yük yada yüklerin seçimi yapılmaktadır. Sistem On/Off butonuna basılarak izleme ve kontrol işlemi için bağlantı kurulmakta ve yüklerin çalıştırılmasına izin verilmektedir. Ayrıca, sistem On konumunda buton rengi "Yeşil" renge, OFF konumunda ise "Kırmızı" renge dönüşerek kullanıcıyı bilgilendirmektedir. Yük-1 ve Yük-2 için bulunan aktif butonları ile veri toplama kartı aracılığıyla yüke enerji geçişi sağlanabilmektedir. Enerji geçişi olduğunda devreye alınan yükün butonu "Yeşil" renge dönüşerek aktif olduğunu kullanıcıya bildirmektedir. Yük ya da yüklerden birisi sistemden çıkarılmak istendiğinde ise devreye almak için kullanılan butona tekrar basılması gerekmektedir. Enerji geçişi durduğunda devreden çıkarılan yük ya

52 38 da yüklerin butonu "Kırmızı" renge dönüşerek pasif olduğunu kullanıcıya bildirmektedir. Sistem Off konumunda olduğunda ise aktif olan yük ya da yükler varsa devreden çıkarılmakta, izleme ve kontrol işleminde kurulan bağlantı kesilebilmektedir. B: Güç izleme paneli Bu panel içerisinde, A bölümünde aktif edilen yük yada yüklere ait aktif, reaktif ve görünür güç parametrelerinin görsel olarak izlenmesi sağlanmaktadır. Yükler devreye alındıkça güç değerleri değişmekte ve bu değişim gerçek zamanlı olarak güç izleme panelinde görülmektedir. C: Grafik penceresi Sayısal olarak alınan sistem parametreleri bu bölüm içerisinde grafiksel olarak gösterilmektedir. Arayüzde grafikler akım ve gerilim değerleri fazlar için ayrı ayrı çizdirilmektedir. Şekil 4.6 da akım ve gerilim grafikleri görülmektedir. Şekil 4.6. Gerilim-Akım grafikleri

53 39 Şekil 4.7 de kullanıcı web arayüzünde yer alan yönetim paneli görülmektedir. Kullanıcının "Sistem On/Off" butonuna basması ile buton yeşil renge dönüşmekte olup senkron motor asenkron modda çalışmaya başlamaktadır. Şekil 4.7. Sistem yönetim paneli görüntüsü Aynı zamanda usb port üzerinden mikrodenetleyici aracılığıyla sistemin güç katsayısı parametresi okunmakta ve okunan değer derece olarak Şekil 4.8'de görüldüğü gibi arka planda çalışan windows uygulamasına aktarılmaktadır. Örneğin, Şekil3.6'da akım ile gerilim sinyali arasındaki açısal farkı ve bu farkın kosinüs değeri görülmektedir. Aynı zamanda windows uygulaması USB port üzerinden denetleyici ile bağlantı kurarsa "Cihaz Bağlandı", bağlantı kuramazsa "Cihaz Bağlanamadı", cihaz bilgisayara takılıp çıkarıldıysa "Cihaz Çıkarıldı" mesajı vermektedir. Bu mesajın görüntüsü Şekil 3.6'daki resmin alt kısmında görülmektedir. Güç Katsayısı : Açısal Fark(Derece) : 70 Şekil 4.8. Güç katsayısını bilgisayar ortamına aktarma arayüzü Sisteme ait diğer parametreler, üç faz akım ve gerilim parametresi, DGM üretme, yük devreye alma ve devreden çıkarma işlemleri veri toplama kartı ile yapılmaktadır. Bu kart USB port üzerinden kullanıcı web arayüzüne verileri aktarmaktadır. Kullanıcı SistemOn/Off butonu aktif iken tekrar bastığında buton rengi kırmızıya dönüşmekte, güç katsayısı okuma işlemi durmakta ve senkron motor enerjisiz

54 40 kalmaktadır. Veri toplama kartının dahili hafızada işlem yapma özelliği bulunmayışından dolayı güç katsayısı parametresi mikrodenetleyici ile elde edilmiştir. Kullanıcı yönetim panelinde yer alan "Yük-1" yada "Yük-2" butonları ile sisteme bağlı endüktif yükleri devreye almakta ve buton renkleri yeşil olmaktadır. Yeşil renk ilgili butonun aktif olduğunu, kırmızı renk ise ilgili butonun pasif olduğunu göstermektedir. Aynı butona tekrar basması halinde ise ilgili yükü devreden çıkarmakta ve buton rengi kırmızı olmaktadır. Aynı zamanda "Yük-1" yada "Yük-2" butonlarından birinin aktif olması durumunda sisteme ait üç faz akım ve gerilim parametrelerinin çizimi ve aktif, reaktif ve görünür güç ve güç katsayısı değerlerinin gösterimi kullanıcı web arayüzünde görülmektedir. Son olarak da, "Kompanzasyon" butonu basıldığında buton rengi yeşil olmakta ve akım ile gerilim sinyali arasındaki faz farkının değeri sıfıra yaklaştırılmaktadır. Sıfıra yaklaştırma işlemi üretlen DGM sinyali ile DA gerilimi ayarlı olarak senkron motorun uyartım sargısına uygulanmakta olup böylece sisteme kapasitör etkisi oluşturarak güç katsayısı değerinin istenen aralığa gelmesi sağlanarak yapılmaktadır. Kullanıcı web sayfasından bu değeri takip ederek belirtilen aralığa gelince "Kompanzasyon" butonuna tıklayarak işlemi sonlandırmaktadır. Sistemde yer alan donanımların bütünleşik bir yapı içersinde tezi amacına uygun çalışmasını sağlayan mikrodenetleyici ve veri toplama kartındaki programının çalışma algoritması Şekil 4.9'da görülmektedir. Akış diyagramından da görüldüğü üzere, güç katsayısı parametresi standartların belirlediği 0.98 değerinde sabit tutulmuştur.

55 41 BAŞLA Senkron motora yol ver H Yük-1 Devrede mi? Yük-2 Devrede mi? H E E H Yük-2 Devrede mi? E CosQ yi Ölç DGM yi Ayarla Senkron Motor Uyartım Gerilimini Ayarla CosQ >=0.98 E H Senkron Motor Uyartım Gerilimini Ayarla H Uygulama Bitirilsin mi? E BİTİR Şekil 4.9. Sistemin çalışma algoritması

56 Sistem Parametrelerinin İzlenmesi ve Kontrolü Gelişen teknoloji sayesinde merkezi kontrol birimi sistemde yer alan tüm donanımla haberleşme sağlayarak bütünleşik bir kontrol mekanizması oluşturmaktadır. Böylece sistemlerin güvenliği, çalışabirlirliği ve en önemlisi kararlı çalışma seviyesi yükselmektedir. Önceki alt başlıklarda uygulamada kullanılan donanım birimleri tanıtıldı. Bu bölümde ise donanımlardan elde edilen bilgilerin yorumlanması, anlamlandırılması ve parametre olarak nasıl kullanıldığı anlatılmaktadır Ayarlı DA Gerilim Elde Edilmesi Sistemde ayarlı doğru gerilimi, senkron motorun asenkron moddan senkron moda geçişinde ve bu geçiş sonrasında senkron motorun endüktif, omik ve kapasitif bölgede çalışmasını sağlamak için kullanımıştır ve bu gerilim senkron motorun uyartım sagısına ayarlı doğru gerilim olarak uygulanmaktadır. Uygulamada sabit 110V DA çıkış gerilimine sahip güç kaynağı kullanılmıştır. Bu sabit çıkış veren kaynak güç elektroniği devre elemanlarından olan IGBT ile ayarlı DA kaynağına dönüştürülmüştür. IGBT'nin anahtarlama frekansı veri toplama kartı ile üretilen 5 khz'lik DGM sinyali ile oluşturulmuştur. Böylece sabit olan 110V DA gerilim 0-5kHz frekans aralığında 0-110V DA olarak uyartım sargısına uygulanmaktadır. Veri toplama kartı ile oluşturulan farklı doluluk oranlarına sahip anahtarlama sinyalleri Şekil 4.10(a) ve Sekil 4.10(b)'de görülmetektedir. Sistemin oluşturmuş olduğu reaktif enerjiyi yok edecek olan kapasitif etki anahtarlama frekansının değişimiyle otomatik olarak yapılmaktadır.

57 43 (a) %70 doluluk oranında anahtarlama sinyali (b) %5 doluluk oranında anahtarlama sinyali Şekil Farklı doluluk oranlarında anahtarlama sinyalleri 4.4. Sistem Parametrelerini Alma Çalışmadaki değişimin takip edilebilmesi için sistem parametrelerinin elde edilip bilgisayar ortamına aktarılması gerekmektedir. Önceki bölümlerde güç katsayısı parametresinin elde edilmesi işleminin veri toplama kartının dahili hafızasında işlem yapma özelliğinin olmayışından dolayı mikrodenetleyici kullanarak hesaplandığına değinilmişti. Güç katsayısı, akım ve gerilim sinyallerinin sıfır geçiş kartına uygulanarak sistemin şebekeden çektiği akım sinyalinin sıfır noktasından geçmesi ile gerilim sinyalinin sıfır noktasından geçtiği andaki iki sinyal arasındaki gecikme ile oluşan faz farkından hesaplanmaktadır. Hesaplanan bu değer mikrodenetleyici ile USB port üzerinden bilgisayar ortamında arka planda çalışan bir arayüz programı ile veri tabanına anlık olarak kaydedilmektedir. Kullanıcı web arayüzü bu veritabanından okuma işlemi yaparak güç katsayısı değerini arayüzde görüntülemektedir. Sistemin harcamış olduğu aktif, reaktif ve görünür güç değerlerinin hesaplanması için Çizelge 4.1'deki formuller kullanılmıştır.

58 44 Çizelge 4.1. Güç formülleri Formül Birimi Aktif Güç P=U.I.cosQ W Reaktif Güç Q=U.I.sinQ VAR Görünür Güç S= VA Anahtarlama sinyalinin frekansının ve genliğinin hassas bir şekilde ayarlanması için veri toplama kartına ait DGM çıkışının çözünürlüğünün yüksek olması gerekmektedir. Veri toplama kartında üretilen DGM sinyallerinin doluluk oranı, DGM kanalına aktarılan sayısal değere bağlı olarak değiştirilmektedir. DGM sinyallerinin sayısal değişme aralığı ne kadar yüksek olursa üretilen sinyalin doluluk oranı o kadar hassas olabilmektedir. Fakat doluluk oranının değişim aralığı arttırıldıkça üretilen sinyalin frekansı azalmaktadır. DGM sinyalinin frekansının azalması çıkış gerilimi üzerindeki salınımları arttırmaktadır. Bu nedenle frekans ve değişim oranının optimum seviyeye ayarlanması gerekmektedir.

59 45 5. UYGULAMA ÇALIŞMALARI VE DENEYSEL SONUÇLAR Günümüzde internet tabanlı uygulamaların sayısı her geçen gün artmaktadır. Bu alanlardan biri de uygulamaya yönelik uzaktan eğitim sistemleridir. Bu sistemlerde dış donanımın bilgisayar ile kontrolünde ve izlenmesinde kullanıcı işlemlerini kolaylaştırmak ve sadeleştirmek için arayüzler kullanılmaktadır. Kullanıcı arayüzüne gelen ve kullanıcı arayüzünden giden veriler arayüzün kod bölümünde anlamlandırılarak kontrolörün giriş ve çıkışları kontrol edilmektedir. Donanımsal yapıdan gelen verilere göre yapılacak işlemler uygulanmaktadır. Bu bölümde, önceki bölümlerde tasarlanan ve hazırlanan donanımların kullanıcı web arayüzü ile kararlı çalışması sonucu deneysel uygulamalar anlatılacaktır. Sistemin amacına ulaştığını kontrol etmek içi ise osiloskop ile ölçümler yapılarak uygulamanın güvenirliliği test edilmiş olacaktır. Tasarım ve uygulaması gerçekleştirilen senkron motor ile reaktif güç kompazasyonun benzetimi için web tabanlı eğtim aracına ait görünüm Şekil 5.1'de verilmiştir. Şekil 5.1. Deney seti

60 46 Şekilde, A: Mikrodenetleyici kartı B: Veri Toplama Kartı C: DA Güç Kaynağı(IGBT sürücüsü için) D: IGBT ve sürücü devresi E: Röle Kartı F: Yumuşak Yol Verici G: Kontaktör Grubu H: Sıfır Geçiş Kartı I: Akım-Gerilim Okuma Kartı J: 24V DA gerilim Kaynağı K: Osiloskop L: Yük-1 M: Yük-2 N: 0-110V Ayarlı doğru akım kaynağını göstermektedir. Kullanıcı internet üzerinden "Sistem on/off" butonu ile sistemi çalıştırıp birinci yükü devreye aldığında web arayüz görüntüsü Şekil 5.2'deki gibi görülmektedir. Sistem aktif edildiğinde senkron motor asenkron modda hangi yük devrede ise o yük ile paralel çalışmaktadır. Sistemde birinci yük devreye alındığında şebekeden yaklaşık olarak 5.65 A akım çekilmektedir. Bu değer grafiksel olarak arayüzde görülmektedir. Devreye ilave yük alındıkça çekilen akım değeri artmakta ve bu değişim grafiğe eş zamanlı olarak yansımaktadır.

61 47 Şekil 5.2. Yük-1 devrede iken arayüz görüntüsü Birinci yük devreye girdiğinde toplam aktif, reaktif ve görünür güç parametreleri ile güç katsayısı değerleri hesaplanmakta olup kullanıcı web arayüzünde Şekil 5.3'teki gibi sayısal olarak görülmektedir. Şekil 5.3. Yük-1 devrede iken sistem parametreleri Kullanıcı arayüzünde elde edilen verilerin tutarlılığını test etmek için Fluke 43B serisi Power Quality Analyzer ölçü aleti ile ölçümler alınmıştır. Bu değerler Şekil 5.4'de görülmektedir. Ara yüzde görülen değerler ile ölçü aletinden alınan değerler

62 48 yaklaşık olarak birbirine eşit olduğu görülmektedir. Değerlerin aynı olmaması ise laboratuvar ortamın ve ölçmeden kaynaklı hatalardan kaynaklanmaktadır. Şekil 5.4. Yük-1 devre iken ölçü aleti ekran görüntüsü Kullanıcı birinci yük devrede iken kompanzasyon işlemi yapmak istediğinde web arayüzünde "Kompanzasyon" butonuna tıkladığında %52 doluluk oranında DGM senkron motorun uyartım sargılarına uygulanarak akım ile gerilim arasındaki güç katsayısı değerinin 1'e yaklaştırılması sağlanmaktadır. Kullanıcı tüm bu işlemlerin sonucunu Şekil 5.5'te görüldüğü gibi kullanıcı web arayüzünden görebilmektedir.

63 49 Şekil 5.5. Yük-1 devrede iken kompanzasyon sonrası arayüz görüntüsü Yük-1 devrede iken yapılan kompanzasyon işleminin sonuç parametreleri Şekil 5.5'te verilmiştir. Kompanzasyon işlemi sonucunda güç katsayısı değeri Şekil 5.4'de görüldüğü gibi değerinden 0.98 değerine çıkarılmıştır. Reaktif güç bileşeni ise 2283 VAR değerinden VAR değerine düşürülmüştür. Böylece, Yük-1 devrede iken yapılan kompanzasyon işlemi sonucunda yönetmelikte istenilen güç katsayısı değeri elde edilmiştir. Şekil 5.6. Yük-1 devrede iken kompanzasyon sonrası sistem parametreleri

64 50 Kullanıcı arayüzünde elde edilen verilerin tutarlılığını test etmek için Fluke 43B serisi Power Quality Analyzer ölçü aleti ile ölçümler alınmıştır. Bu değerler Şekil 5.7'de görülmektedir. Ara yüzde görülen değerler ile ölçü aletinden alınan değerler yaklaşık olarak birbirine eşit olduğu görülmektedir. Değerlerin aynı olmaması ise laboratuvar ortamın ve ölçmeden kaynaklı hatalardan kaynaklanmaktadır. Şekil 5.7. Yük-1 devrede iken kompanzasyon sonrası ölçü aleti ekran görüntüsü Yük-1 devrede iken kompanzasyon öncesi ve kompanzasyon sonrası akım ve gerilim sinyallerinin osiloskop görüntüsü Şekil 5.8'de verilmiştir. Bu görüntülerle web arayüzündeki görüntüler incelendiğinde sinyallerin birbirine benzerliği görülmektedir. Şekil 5.8. Yük-1 devrede iken osiloskop görüntüsü Kullanıcı sadece ikinci yükü devreye aldığında ise birinci yük devreye alındığında olduğu gibi sistemin üç faz akım-gerilim değerleri grafiksel olarak aktif, reaktif, görünür güç parametreleri ve güç katsayısı değeri ise sayısal olarak Şekil 5.9'daki gibi web arayüzünde görülmektedir. İkinci yük senkron motorun asenkron moda

65 51 çalışmasıyla birlikte şebekeden yaklaşık olarak 6.50 A akım çekilmektedir. Bu değer grafiksel olarak arayüzde görülmektedir. Devreye ilave yük alındıkça çekilen akım değeri artmakta ve bu değişim grafiğe eş zamanlı olarak yansımaktadır. Şekil 5.9. Yük-2 devrede iken arayüz görüntüsü İkinci yük devreye girdiğinde toplam aktif, reaktif ve görünür güç parametreleri ile güç katsayısı değerleri hesaplanmakta olup kullanıcı web arayüzünde Şekil 5.10'daki gibi sayısal olarak görülmektedir. Şekil Yük-2 devrede iken sistem parametreleri

66 52 Kullanıcı arayüzünde elde edilen verilerin tutarlılığını test etmek için Fluke 43B serisi Power Quality Analyzer ölçü aleti ile ölçümler alınmıştır. Bu değerler Şekil 5.11'de görülmektedir. Ara yüzde görülen değerler ile ölçü aletinden alınan değerler yaklaşık olarak birbirine eşit olduğu görülmektedir. Değerlerin aynı olmaması ise laboratuvar ortamın ve ölçmeden kaynaklı hatalardan kaynaklanmaktadır. Şekil Yük-2 devrede iken ölçü aleti ekran görüntüsü İkinci yük devreye alınıp kompanzayon işlemi için web arayüzünde "Kompanzasyon" butonuna tıkladığında %48 doluluk oranında DGM senkron motorun uyartım sargılarına uygulanarak akım ile gerilim arasındaki güç katsayısı değerinin 1'e yaklaştırılması sağlanmaktadır. Kullanıcı tüm bu işlemlerin sonucunu Şekil 5.12'de görüldüğü gibi kullanıcı web arayüzünden görebilmektedir.

67 53 Şekil Yük-2 devrede iken kompanzasyon sonrası arayüz görüntüsü Yük-2 devrede iken yapılan kompanzasyon işlemi sonucunda güç katsayısı değeri Şekil 5.13'de görüldüğü gibi değerinden 0.98 değerine çıkarılmıştır. Reaktif güç bileşeni ise 2378 VAR değerinden VAR değerine düşürülmüştür. Böylece, Yük-2 devrede iken yapılan kompanzasyon işlemi sonucunda yönetmelikte istenilen güç katsayısı değeri elde edilmiştir. Şekil Yük-2 devrede iken kompanzasyon sonrasında sistem parametreleri Kullanıcı arayüzünde elde edilen verilerin tutarlılığını test etmek için Fluke 43B serisi Power Quality Analyzer ölçü aleti ile ölçümler alınmıştır. Bu değerler Şekil

68 'de görülmektedir. Ara yüzde görülen değerler ile ölçü aletinden alınan değerler yaklaşık olarak birbirine eşit olduğu görülmektedir. Değerlerin aynı olmaması ise laboratuvar ortamın ve ölçmeden kaynaklı hatalardan kaynaklanmaktadır. Şekil Yük-2 devrede iken kompanzasyon sonrası ölçü aleti ekran görüntüsü Yük-2 devrede iken kompanzasyon öncesi ve kompanzasyon sonrası akım ve gerilim sinyallerinin osiloskop görüntüsü Şekil 5.15'te verilmiştir. Bu görüntülerle web arayüzündeki görüntüler incelendiğinde sinyallerin birbirine benzerliği görülmektedir. Şekil Yük-2 devrede iken osiloskop görüntüsü Kullanıcı birinci ve ikinci yükü devreye aldığında ise sistemin üç faz akım-gerilim değerleri grafiksel olarak aktif, reaktif, görünür güç parametreleri ve güç katsayısı değeri ise sayısal olarak Şekil 5.16'daki gibi web arayüzünde görülmektedir. Birinci ve ikinci yük senkron motorun asenkron moda çalışmasıyla birlikte şebekeden yaklaşık olarak 10 A akım çekilmektedir. Bu değer grafiksel olarak arayüzde

69 55 görülmektedir. Devreye ilave yük alındıkça çekilen akım değeri artmakta ve bu değişim grafiğe eş zamanlı olarak yansımaktadır. Şekil Yük-1 ve Yük-2 devrede iken arayüz görüntüsü Birinci ve ikinci yük devreye girdiğinde toplam aktif, reaktif ve görünür güç parametreleri ile güç katsayısı değerleri hesaplanmakta olup kullanıcı web arayüzünde Şekil 5.17'deki gibi sayısal olarak görülmektedir. Şekil Yük-1 ve Yük-2 devrede iken sistem parametreleri

70 56 Kullanıcı arayüzünde elde edilen verilerin tutarlılığını test etmek için Fluke 43B serisi Power Quality Analyzer ölçü aleti ile ölçümler alınmıştır. Bu değerler Şekil 5.18'de görülmektedir. Ara yüzde görülen değerler ile ölçü aletinden alınan değerler yaklaşık olarak birbirine eşit olduğu görülmektedir. Değerlerin aynı olmaması ise laboratuvar ortamın ve ölçmeden kaynaklı hatalardan kaynaklanmaktadır. Şekil Yük-1 ve Yük-2 devrede iken ölçü aleti ekran görüntüsü Kullanıcı yükler devrede iken "Kompanzasyon" butonuna tıkladığında sistemin reaktif güç değerinin büyüklüğüne göre uyartım sargısına uygulanacak DA gerilim değerini hesaplamaktadır. Hesaplanan bu değer anahtarlama sinyalindeki doluluk oranı ile ilişkilendirilmektedir. Yük-1 ve Yük-2 devrede iken uyartım sargısına uygulanan DGM sinyalinin doluluk oranı %70'dir. Yük-1 ve Yük-2 devrede iken yapılan kompanzasyon işleminin sonucunu Şekil 5.19'da görüldüğü gibi kullanıcı web arayüzünden görebilmektedir.

71 57 Şekil Kompanzasyon anında web arayüzün ekran görüntüsü Kompanzasyon işlemi sonucunda güç katsayısı değeri Şekil 5.20'de görüldüğü gibi değerinden 0.98 değerine çıkarılmıştır. Reaktif güç bileşeni ise 2788 VAR değerinden VAR değerine düşürülmüştür yani yok edilmeye çalışılmıştır. Böylece, Yük-1 ve Yük-2 devrede iken yapılan kompanzasyon işlemi sonucunda yönetmelikte istenilen güç katsayısı değeri elde edilmiştir. Şekil Kompanzayon sonrası yükler devrede iken sistem parametreleri Kullanıcı arayüzünde elde edilen verilerin tutarlılığını test etmek için Fluke 43B serisi Power Quality Analyzer ölçü aleti ile ölçümler alınmıştır. Bu değerler Şekil

72 'de görülmektedir. Ara yüzde görülen değerler ile ölçü aletinden alınan değerler yaklaşık olarak birbirine eşit olduğu görülmektedir. Değerlerin aynı olmaması ise laboratuvar ortamın ve ölçmeden kaynaklı hatalardan kaynaklanmaktadır. Şekil Kompanzasyon sonrası yükler devrede iken ölçü aleti ekran görüntüsü Birinci ve ikinci yük devrede iken kompanzasyon öncesi ve kompanzasyon sonrası akım ve gerilim sinyallerinin osiloskop görüntüsü Şekil 5.22'de verilmiştir. Bu görüntülerle web arayüzündeki görüntüler incelendiğinde sinyallerin birbirine benzerliği görülmektedir. a) Kompanzasyon öncesi b) Kompanzasyon anında Şekil Yük-1 ve Yük-2 devrede iken osiloskop görüntüsü Kullanıcı web arayüzü ve osiloskop görünütüleri incelendiğinde sisteme yük alındıkça güç katsayısı parametresi gerçek zamanlı ölçülerek kullanıcı tarafından kompanzasyon işlemi yapılmıştır. Böylece yaklaşık olarak akım ve gerilim sinyallerinin aynı fazda olması sağlanmıştır. Kullanıcının ara yüzden yapmış olduğu değişiklikler ise donanıma uygulandıktan sonra değişim gerçek zamanlı olarak