T.C. SELÇUK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

T.C. SELÇUK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ELEKTRİK KESİNTİLERİNE KARŞI ASANSÖR KURTARMA SİSTEMİ TASARIMI ve UYGULAMASI Zafer DEDEOĞLU YÜKSEK LİSANS TEZİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Konya,2006

ELEKTRİK KESİNTİLERİNE KARŞI ASANSÖR KURTARMA SİSTEMİ TASARIMI ve UYGULAMASI Zafer DEDEOĞLU YÜKSEK LİSANS TEZİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

T.C. SELÇUK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ELEKTRİK KESİNTİLERİNE KARŞI ASANSÖR KURTARMA SİSTEMİ TASARIMI ve UYGULAMASI Zafer DEDEOĞLU YÜKSEK LİSANS TEZİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Bu tez / / tarihinde aşağıdaki jüri tarafından oybirliği/oyçokluğu ile kabul edilmiştir. Üye Üye Danışman Doç.Dr.Saadetdin HERDEM Yrd.Doç.Dr.Abdullah ÜRKMEZ Yrd.Doç.Dr.Osman BİLGİN

ÖZET Yüksek Lisans Tezi ELEKTRİK KESİNTİLERİNE KARŞI ASANSÖR KURTARMA SİSTEMİ TASARIMI ve UYGULAMASI Zafer DEDEOĞLU Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elektrik-Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Yrd.Doç.Dr. Osman BİLGİN 2006, 113 sayfa Jüri: Doç.Dr. Saadetdin HERDEM Yrd.Doç.Dr. Abdullah ÜRKMEZ Yrd.Doç.Dr. Osman BİLGİN Bu çalışmada enerji kesintisi anında iki kat arasında kalan bir asansörün kata kadar getirilmesi işlemi gerçekleştirilmiştir. Öncelikle asansörün çalışma mekanizması ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir. Asansör motorunun ve redüktörünün yapısı irdelenmiştir. Asansörler yüksek risk faktörü içeren sistemlerdir. Bunun için asansör çalışmaya başlamadan önce bazı güvenlik gereklerini sağlamış olmalıdır. Bu gereklilik bakım personelinin ve kullanıcıların güvenliği için çok önemlidir. Gerçekleştirilen elektronik devrede bu güvenlik kurallarına dikkat edilmiştir. Bu tez çalışmasının sonunda ortaya çıkan elektronik devre 12 kw gücündeki bir asansör motorunda yük altında test edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Vektör kontrol, Asansör, İnverter i

ABSTRACT Master Thesis EMERGENCY RESCUE SYSTEM DESIGN AND CONSTRUCTION AGAINST MAIN POWER FAILURE FOR ELEVATORS Zafer DEDEOĞLU Selçuk University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Electrical-Electronics Engineering Supervisor: Asst. Prof. Osman BİLGİN 2006, 113 pages Jury: Assc.Prof. Saadetdin HERDEM Asst.Prof. Abdullah ÜRKMEZ Asst.Prof. Osman BİLGİN In this thesis, Rescue operation of an elevator cabin between two floors was implemented. This operation is carried out by a electronic circuit powered by a battery. First of all, the mechanism of the elevators was studied in detail. The motor of the elevators and gear boxes were studied too. The elevators are sophisticated systems that include high risc factor. Because of this, they must be controlled some safety conditions. These conditions are very important for safety of users and maintenance people. This study takes into consideration of safety chain. This study was implemented and tested on a 12 kw elevator motor. Key Words: Vector control, Elevator, Inverter ii

TEŞEKKÜR Yüksek Lisans çalışmam boyunca bilgi ve tecrübeleri ile her türlü desteğini esirgemeyen danışmanım Yrd. Doç.Dr. Osman BİLGİN e ve Arş. Gör. Bayram AKDEMİR e ve tüm öğretim elemanlarına teşekkürlerimi sunarım. Ayrıca çalışmalarımda desteklerini esirgemeyen KOSKİ Genel Müdürü Ahmet SORGUN a, KOSKİ Eski Genel Müdürü Yafes YÜZÜGÜLDÜ ye, Elektrik Makina ve Malzeme Daire Başkanı Ömer GÜL e, Atölyeler Şube Müdürü İbrahim ÇAKIR a, Malzeme İkmal Şube Müdürü Rahmi UÇAN a, Başşoförlük ve Tamirhaneler Şube Müdürü Mustafa YAYLACI ya, Makina Mühendisi Mehmet A. GÜL e, EEM İth.İhr.Paz.veTic.AŞ. ortaklarından Süleyman HOMAK a ve aileme teşekkürlerimi sunarım. iii

İÇİNDEKİLER ÖZET. i ABSTRACT.. ii TEŞEKKÜR.. iii İÇİNDEKİLER.. iv SEMBOLLER VE KISALTMALAR viii 1. GİRİŞ. 1 2. KAYNAK ARAŞTIRMASI.. 5 3. ASANSÖRLERE GENEL BAKIŞ 10 3.1 Asansörlerin Tarihsel Gelişimi... 10 3.2 Düşey Transport Sistemleri. 12 3.2.1 Kullanım amacına göre asansörler. 13 3.2.1.1 İnsan asansörleri 13 3.2.1.2 Yük asansörleri. 14 3.2.1.3 Servis asansörleri.. 14 3.2.2 Tahrik yöntemine göre asansörler.. 14 3.2.2.1 Halatlı asansörler... 14 3.2.2.2 Hidrolik asansörler 15 3.3 Asansör Mekanik Donanımı... 15 3.3.1 Asansör kuyusu (boşluğu). 16 3.3.2 Makina dairesi... 17 3.3.3 Kabin.. 17 3.3.4 Patenler... 17 3.3.5 Kat kapıları. 18 3.3.6 Kılavuz raylar. 19 3.3.7 Karşı ağırlık... 19 3.3.8 Askı elemanı.. 20 3.3.9 Hız regülatörü 20 iv

3.3.10 Son kat şalteri... 20 3.3.11 Paraşüt tertibatı 20 3.3.12 Tamponlar 21 3.3.13 Asansör makinası. 22 3.3.14 Elektrik donanımı. 22 3.3.15 Kumanda düzeni.. 22 4. ASENKRON MOTORLAR.... 24 4.1 Giriş. 24 4.2 Asenkron Motorların Temelleri.. 24 4.2.1 Motorun dönme hareketi 25 4.2.2 Rotor e.m.k sı ve frekansı.. 26 4.2.3 Rotor empedansı ve akımı.. 27 4.2.4 Rotor bakır kayıpları... 27 4.2.5 İndüksiyon motoru için moment denklemi. 28 4.3 Asenkron Motor Tipleri... 30 4.3.1 Sincap kafesli motorlar 30 4.3.2 Bilezikli asenkron motorlar. 30 4.4 Asenkron motorların Hız-Moment Karakteristikleri 31 5. ASENKRON MOTORLARDA HIZ KONTROL YÖNTEMLERİ 33 5.1 Giriş.. 33 5.2. Stator Geriliminin Değiştirilmesi İle Yapılan Hız Kontrolü... 35 5.3. Kutup Sayısının Değiştirilmesi İle Yapılan Hız Kontrolü.. 38 5.4. Rotor Direncinin Değiştirilmesi İle Yapılan Hız Kontrolü 39 5.5. Rotora Bağlanan Etkin Direncin Değiştirilmesi İle Yapılan Hız Kontrolü... 41 5.6. Senkronaltı Çevirici Kaskadı İle Bilezikli Asenkron Makinada Hız Kontrolü.. 42 5.7. Senktronaltı Senkronüstü Çevirici Kaskadı İle Bilezikli Asenkron Makinada Hız Kontrolü 43 5.8. Stator Frekansını Değiştirerek Hız Kontrolü.. 44 5.9. Stator Geriliminin Genlik ve Frekansını Değiştirilmesi İle Hız Kontrolü. 47 5.10. Skaler Kontrol Yöntemleri.. 47 v

5.11. Doğrudan Frekans Çeviriciler. 49 5.12. Ara Devreli Frekans Çeviricileri. 50 5.13. Akım Ara Devreli Frekans Çeviriciler 51 5.14. Gerilim Ara Devreli Frekans Çeviriciler. 52 5.15. Değişken Gerilim Ara Devreli Frekans Çeviriciler. 52 5.16. Sabit Gerilim Ara Devreli Gerilim Çeviriciler 54 5.17. PWM (Darbe Genişlik Modülasyonu) 54 5.17.1. Sinüs üçgen karşılaştırması 55 5.17.2. Histeresiz özellikli orantılı akım kontrolü. 58 6. VEKTÖREL KONTROL YÖNTEMLERİ 65 6.1. Giriş... 65 6.2. Doğrudan Vektör Kontrol Yöntemi... 74 6.3. Gözlemleyici Kullanan Doğrudan Vektör Kontrol Yöntemleri. 80 6.3.1. Luenberger Gözlemleyicisi 82 6.4. Dolaylı Vektör Kontrol Yöntemi 86 7. GERÇEKLEŞTİRİLEN SİSTEMİN ÇALIŞMA PRENSİBİ.. 90 7.1 Asansör Emniyet Devreleri.. 90 7.1.1 Stop kontakları.... 91 7.1.2 Fiş kontakları.. 91 7.1.3 Kilit kontakları 91 7.2 Asansörlerde Kullanılan Bi-stable Manyetik Şalterler 91 7.3 Devrenin Blok Diyagramı.. 92 7.4 Elektriksel Yalıtım.. 93 7.5 Besleme Kaynağı 96 7.6 Akü Şarj Devresi 97 7.7 190VDC Gerilimin Elde Edilmesi. 98 7.8 Üç Faz Sürücü... 100 7.9 Mikrokontrolör... 101 8. SONUÇLAR VE SONUÇLARIN TARTIŞILMASI 104 8.1 Sonuçlar. 104 vi

8.2 Öneriler. 108 9. KAYNAKLAR. 109 EKLER vii

SEMBOLLER VE KISALTMALAR SEMBOL f s f r E E 1 E 2 k m k y MIPS M e M e,max M ey M y m s m r N 1 N 2 n n s n d η P P m P 2 p s s d X r ANLAMI Senkron frekans (makinaya uygulanan stator geriliminin frekansıdır.) (Hz.) Rotor frekansı (Hz.) Emk (elektromotor kuvvet) Statorda endüklenen Emk (V) Rotorda endüklenen Emk (V) Makina moment sabiti Yük momenti sabiti Mega Instruction Per Second Makinanın ürettiği moment (Nm) Devrilme momenti (Nm) Yol alma moment, (Nm) Yük momenti, (Nm) Stator faz sayısı Rotor faz sayısı Statorun sarım sayısı (tur) Rotorun sarım sayısı (tur) Anma Hızı (d/d) Senkron hız (d/d) Devrilme hızı (d/d) Motorun verimi Güç (W) Motorun milinden alınan güç (W) Rotor döner alanına yapılan güç girişi (W) Kutup çifti sayısı Kayma Devrilme kayması Rotor reaktansı viii

X sσ X rσ X rσ V s V sn ω s Stator kaçak reaktansı (Ω) Rotor kaçak reaktansı (Ω) Stator tarafına indirgenmiş rotor kaçak reaktansı (Ω) Statora uygulanan gerilim (V) Makinanın stator sargılarına uygulanabilecek maksimum gerilim (V) Senkron açısal frekans (rad/sn) ix

1 BÖLÜM 1 1. GİRİŞ Geçen yüzyılın ortalarından itibaren, dünyanın büyük endüstri merkezlerinde hızlı kentleşmenin getirdiği arsa değerlerinin artışı dolayısıyla, yüksek bina yapımına doğan ihtiyaç ve eğilim, asansör tekniğindeki gelişme yolunda çalışmalar yapılmasının teşvik etmiş, sağlanan ilerlemeler dolayısıyla da yapılarda yükselme, imkân ve hız kazanmıştır. Modern yapıların yükselmesi sonucu, hızlı ve yüksek teknolojinin kullanıldığı asansörlere ihtiyaç artmıştır. Yüksek bina yapımının getirdiği ihtiyaçlarla birlikte; sağlanacak rahatlık ve çabukluk gözetilerek, yük ve insanların düşey doğrultuda taşınabilmesi için eski zamanlardan beri çeşitli uygulamalar yapılmıştır. İnsan taşımacılığında kullanılan otomobil, uçak, gemi gibi araçların içinde en güvenilir olanı asansörlerdir. Geliştirilen mekanik sistem günümüzde halen kullanılmakla birlikte, elektronik alanındaki gelişmeler ile asansörler daha konforlu ve güvenilir hale gelmiştir. Şehirlerimizdeki nüfus artışı ile şehirleşme sürecinin hızlanması yüksek binalara dolayısıyla asansöre olan ihtiyacın artmasına neden olmuş ve asansörsüz bina düşünmek imkânsız hale gelmiştir. Daha önce 5 ve daha yüksek katlı binalarda olan asansör mecburiyeti, asansörün insan hayatındaki sağladığı kolaylıklardan (konfor, zaman vs.) dolayı artık 4 katlı binalarda da yeni bina yönetmeliği gereği mecburi tutulmuştur. Günümüzde, dünyaca tanınmış birçok kule ve gökdelenleri asansörsüz düşünmek olanaksızdır. Asansörler kot farkı olan yerler arasında çabuk, kolay, rahat, güvenli olarak taşımayı gerçekleştirir. Bunun yanında asansörün sadece dikey hareketli olarak sınırlı düşünmek de doğru değildir. Bina yüzeyinde hareket eden şeffaf asansörlere, dikey hareketin yanında yatayda gidebilen veya merdiven korkuluğunu taşıma rayı olarak kullanıp özürlüler için geliştirilmiş sıra dışı asansör uygulamalarına rastlamak mümkündür.

2 Her türlü konut, iş fabrika, santral, değirmen, hastane, okul, tiyatro binaları, devlet daireleri, kuleler, depolar, tren ve metro istasyonları, bakım-tamir atölyeleri, trafik terminal binaları, otopark binaları, yolcu, savaş ve uçak gemileri, feribotlar, füze rampaları, inşaat yerleri, maden kuyuları, vs. gibi çok yaygın ve değişik alanlarda asansörler kullanılmaktadır. Ayrıca ilgili personel için anten ve aydınlatma direği gibi yerlerde ve liman vinçlerinde bakım ve tamir amacı ile genellikle tek kişilik asansörler de kullanılmaktadır. Kot farkı olan yollar ve mahalleler arasında yaya trafiği bağlantısı sağlamak amacıyla asansörler kurulmuştur. İstanbul Anadolu Klüp deki asansör bu konuda bir örnek oluşturmaktadır. Asansörler yük ve insanları, kılavuz raylar arasında hareketli kabin veya platformları ile düşey doğrultuda yapının belli duraklarına taşımaya yarayan elektrikli araçlar olarak tarif edilebilir. Kılavuz raylar, asansör yapısı ve tarifine giren temel elemanlardır. Kabin ve platformun düşey eksenini muhafaza etmeleri, sallanmamaları için gereklidir. Ayrıca, halat kopması veya çeşitli sebeplerle iniş hızının artması durumlarında paraşüt freni ile güvenlik sağlarlar. Asansör teknolojisindeki gelişmelere paralel olarak şehircilik ve mimari yeni boyutlar kazanmış, yatay büyüyen kentler dikey büyümeye başlamıştır. Ancak kimi zaman hayatı kolaylaştıran bu yenilikler, hayatı insana zehir edebilmektedir. Hiç kimse asansör kabini gibi küçük, karanlık ve havasız bir ortamda mahzur kalmak istemez. Özelikle bir ihaleye yetişmeye çalışan bir iş adamı, sağlık problemleri yaşayan bir hasta veya malını zamanında teslim etmeye çalışan bir tüccar bunu hiç istemez. Her şey bir yana insanın asansör kabininde tek başına kalması fikri bile ürkütücüdür. Özellikle yalnız kalma ve karanlık fobileri olan insanların asansörde mahzur kalmaları durumunda kurtarma sürecini bekleyemeden asansör içerisinde korkudan bayılmaları veya kalp krizi geçirmeleri olasıdır. Pek çok korkutucu senaryo geliştirmek mümkündür. İçerisinde asansör fobilerinin kullanıldığı gerilim filmleri bile oldukça yaygındır. Projenin çok fazla sayıda olası kötü senaryoları önlemesi mümkündür. Dolayısıyla projenin önemi göreceli de olsa tartışmasızdır.

3 Projenin amacı, elektrik kesintisi anında iki kat arasında kalan asansörü harici bir besleme ünitesi kullanarak bir sürücü düzeneği ile bir alt veya üst kata kadar ulaştırmaktır. İnsanların yaşam standardı yükseldikçe teknolojinin kendilerine sunmuş olduğu imkânlar artık lüks olmaktan çıkmış ve bir zaruret haline gelmiştir. Dolayısıyla aküler yardımıyla çalışan ve elektrik kesintisi anında asansörü bir alt veya üst kata kadar getiren sistemlerin kullanılması zorunlu hale gelmiştir. Artık her ne kadar belediyeler henüz uygulamasa da hükümet tüm yeni nesil asansör ihalelerinde acil kurtarma ünitesinin kullanılmasını şart koşmaktadır. Ülkemizde bu tip cihazları imal eden çok az sayıda firma mevcuttur. Gerçekleştirilen bu proje ile asansör sektörüne büyük bir katkının sağlanacağı düşünülmektedir. Asansör günlük hayatımızda oldukça yaygın olmasına rağmen pek azımız asansörler hakkında bilgi sahibiyizdir. Gerek rutin kullanım sırasında gerekse bir arıza karşısında asansörün içerisinde biri mahzur kaldığında nasıl davranılacağı konusunda yeterli bilgiye sahip kişi sayısı pek azdır. Dolayısıyla bu eksiklik asansör yapımından son kullanıcıya kadar herkese yansımaktadır. Diğer yandan asansör ile ilgili bir üniversite eğitimi veren bir dal da yoktur. Bu sebepten asansör insanın hiç beklemediği anda bir ölüm tuzağı haline dönebilir. İnsanla direkt ilgili olan bu sektörde tüm güvenlik önlemlerinin alınması birinci derecede önemlidir. Asansör boşluğuna düşen insanlar olmasına rağmen gerçekte kapısı açık olan hiçbir asansör hareket etmez veya etmemelidir. Bu proje kapsamında tasarımı yapılan acil kurtarma sistemi de benzer şekilde tüm güvenlik önlemlerine uymalıdır. Güvenlik devresi kapalı bir döngü oluşturmuyorsa kesinlikle asansör hareket ettirilmemelidir. Aksi takdirde istenmeyen olaylar oluşabilir. Benzer şekilde elektronik devrenin herhangi bir sebeple (elektriksel gürültüden veya elektromanyetik dalgalardan etkilenmesi sebebiyle) yanlış bir işlem yapmış olsa ve asansöre hareket komutu verse dahi emniyet devreleri kısa devre değilse asansör hareket etmemelidir. Gerek tasarımda gerekse asansör montajında bu konuda azami özen göstermek gereklidir. Bu proje kapsamında yapılan acil kurtarma ünitesinin yukarıda bahsedilen güvenlik önlemlerine, TSE standartlarına, genel asansör elektrik bağlantılarına uygun olmasına özellikle dikkat

4 edilmiştir. Yapılan deneyler neticesinde geliştirilen bu çalışmanın pek çok asansör kumanda sistemi ile sorunsuz çalıştığı gözlenmiştir. Tez çalışmasının ikinci bölümünde kaynak araştırması verilmiştir. Üçüncü bölümde, asansörlerin genel yapısı hakkında kısa bir bilgi verilmiştir. Dördüncü bölümde asenkron motorlardan bahsedilmiştir. Beşinci bölümde asenkron motorlara uygulanan hız kontrol metotları anlatılmıştır. Altıncı bölümde vektörel kontrol yöntemleri incelenmiştir. Yedinci bölümde gerçekleştirilen devrenin çalışma prensibi anlatılmıştır. Sekizinci bölümde ise elde edilen sonuçlar tartışılmış ve bazı öneriler sunulmuştur. Dokuzuncu bölümde faydalanılan kaynaklar verilmiştir.

5 BÖLÜM 2 2. KAYNAK ARAŞTIRMASI Endüksiyon motorlarının sabit gerilim/frekans (V/f) oranına göre çalıştırılması uzun bir geçmişe dayanmaktadır ve literatürde çok defa değinilmiştir. (Alger 1970, Abbondanti 1977). Modülasyon işlemine bağlı olarak mikroişlemci kullanılarak yapılan PWM dalga şekillerinin gerçek zamanlı gerçekleştiriminde farklı teknikler kullanılmaktadır. Bowes (1981) ve Varnovitsky (1983) temel donanım ve yazılım gerçekleştirme tekniğine ve PWM dalga şeklinin tipine bağlı olarak değiştirilen farklı teknikler uygulamışlardır. Bu tekniklerde, yüksek frekanslarda PWM darbelerinin kenarlarındaki kaymalardan dolayı harmonik distorsiyon oluşması problemleri ortaya çıkmaktadır. Vadivel ve Bhuvaneswari (1991) tarafından yapılan çalışmada üç fazlı PWM dalga şeklinin gerçek zamanlı uygulaması geliştirilmiştir. Endüksiyon motorlarının literatürde açıklanan birçok sürme yöntemi vardır. Bu yöntemlerin temel farklarının motorun performansı ve uygulanabilirliği ve uygulama alanında göz önünde tutulması gereken maliyetidir. V/f kontrol yöntemi endüstride en yaygın olarak kullanılan yöntemdir. Gerilim ve frekans arasında sabit bir ilişkiyi kullanır ve skaler kontrol olarak bilinir. Genellikle hız geri beslemesi olmadan kullanılır. Parametreler belirlendiği sürece çok düşük hızlar haricinde hız doğruluğu %2 dinamik cevap süresi yaklaşık 50ms olabilir (Holt 1994). Patterson (1996) tarafından yapılan çalışmada 18 adet elektrikli dalgıç pompasına sahip kuyularda bir alan çalışması gerçekleştirilmiştir. Bu kuyuların 15 tanesi değişken frekanslı sürücülerle çalıştırılmıştır. Çalışmada, değişken frekanslı sürücülerle (VFD) çalışan elektrikli dalgıç pompalarının çalışma karakteristikleri ve verimleri bulunmuş ve VFD ye sahip olmayanlarla karşılaştırılmıştır. Gerilim, akım, güç ve frekans, sürücü girişinde, sürücü çıkışında ve elektrikli dalgıç pompası girişinde ölçülmüştür.

6 Munoz-Garcia ve arkadaşları (1997) tarafından yapılan çalışmada endüksiyon motorları için yüksek çıkış momenti ve verilen her frekansta neredeyse sıfıra eşit bir kararlı durum hız hatası sağlayan yeni bir açık döngü hız kontrol metodu sunulmuştur. Kontrol metodu olarak, düşük maliyetli açık döngü akım sensörleri kullanılarak yaygın olarak kullanılan frekans başına sabit gerilim metodu (V/f) seçilmiştir. Hem stator direnç düşümü hem de kayma frekansının kompanze edilmesi için sadece stator akımı ölçümlerine ihtiyaç duyulmuştur. Sadece motor parametresine ihtiyaç duyulduğu için yol verme süresinde ek bir donanıma gerek duyulmadan aynı PWM-VSI kullanılarak stator direnci otomatik olarak ölçülmüştür. Schibli ve arkadaşları (1998) tarafından yapılan çalışmada, sürücüler için yeni bir ayrı şekilde regüleli dc güç kaynaklarına sahip üç fazlı çok-seviyeli bir dönüştürücü yöntemi sunulmuştur. DC gerilimler orta frekansta dc-dc dönüştürücüler tarafından sağlanmıştır. Dönüştürücü uygulamalarını büyük ölçüde, endüksiyon motoruna uygulanan gerilimin 1kV tan daha büyük olduğu yüksek-güçteki çekiş sistemleri (vinçler vs.) oluşturmaktadır. Çalışmadaki motor akımı klasik üç-fazlı dönüştürücülerle karşılaştırıldığında çok yüksek kalitede bulunmaktadır. Bu, faz kaydırmalı darbe genişlik modülasyonu taşıyıcıları kullanılarak anahtarlama frekansının düşük tutulduğu yapılan çalışmada açıklanmıştır. Ludtke (1998) tarafından yapılan çalışmada endüksiyon motorlarının direkt moment kontrolü incelenmiştir. Çalışmada çeşitli endüksiyon motor kontrolü yöntemleri hakkında bilgi verilmiş ve direkt moment kontrolünün vektörel kontrol yöntemlerine göre avantajları ve dezavantajları üzerinde durulmuştur. Değişken anahtarlama frekanslı ancak sabit örnekleme frekansına sahip bir darbe genişlik modülatörü Huo ve Trzynadlowski (1999) tarafından ayarlanabilir hızlı ac sürücüler için gerilim kaynaklı inverterlerde uygulama amacıyla sunulmuştur. Çalışmada anahtarlama ve örnekleme frekansları dekuple edilerek inverteri içeren sürücü sisteminin dinamik karakteristiklerinin istediği örnekleme oranı sabit bir düzeyde tutulmuştur.

7 Elektrik motorlarının simülasyonu, dinamik davranışları ve elektromekaniksel etkileşimleri hakkında bilgi elde edilmesi için gereklidir. Uygun bir model, motor hatalarının simüle edilmesi ve parametrelere bağlı olarak değişimlerin fiziksel deneylere gerek kalmadan bulunmasına izin verir. Liang ve arkadaşları (1999) tarafından yapılan çalışmada endüksiyon motorlarındaki asimetrik stator ve rotor hatalarının teorik ve deneysel analizi verilmektedir. Çalışmada üç fazlı endüksiyon motoru simüle edilerek normal sağlıklı çalışma koşullarında, bir rotor çubuğu kırık durumdayken ve besleme fazları arasında gerilim dengesizlikleri varken çalıştırılmıştır. Taşıyıcı tabanlı PWM metotları, istenen bir çıkış gerilimi dalga şeklinin programlanması için taşıyıcı başına periyottaki gerilim-saniye dengesinin sağlanması prensibine dayanır. Biri üçgen girişim tekniği diğeri direkt dijital teknik olmak üzere iki temel uygulama tekniği mevcuttur. Gerilim-saniye dengesi prensibinin oldukça kolay uygulanabilmesinden dolayı çeşitli PWM metotları literatürde görülmektedir. Hava ve arkadaşları (1999) tarafından yapılan çalışmada PWM gerilim kaynaklı inverter sürücülerde yaygın olarak kullanılan modern taşıyıcı tabanlı darbe genişlik modülatörleri için basit analitik ve grafiksel metotlar sunulmaktadır. Yüksek performanslı PWM metotlarının modülasyon dalgalarının üretilmesi için basit teknikler açıklanmıştır. İki en önemli modülatör karakteristiği olan akım dalgalılığı ve anahtarlama kayıpları analitik olarak modellenmiştir. Vektörel denetleyicilerde ise hem moment hem de akının kontrol edilmesi için kontrol döngüleri vardır (Vas 1999). Durur halde iken bile hız doğruluğu için %0.5 moment doğruluğu için ise %2 değerlerine kadar çıkılabilir. Direkt moment kontrolünde ise stator akısı ve momentinin uygun inverter durumları seçilerek kontrol edilmesi mümkündür. Bu yöntemde akı ve moment direkt, stator akımları ve gerilimleri ise endirekt olarak kontrol edilir. Bowes ve arkadaşları (2000) tarafından yapılan çalışmada iki ve üç seviyeli tek fazlı inverterler için yüksek frekanslı PWM tekniği sunulmuştur. Kullanılan yöntem, düzenli örneklenmiş PWM tekniğine benzer prensibe dayanmaktadır. Bu teknik aynı örneğin çoklu sayıda taşıyıcı periyotları üzerinde kullanıldığı değiştirilmiş bir örnekleme tekniği kullanılarak anahtarlama sürelerinin hesaplanmasının gerekli olduğu süreyi büyük ölçüde düşürmektedir. Teknik, özellikle örnekleme

8 hızı ve kontrol algoritması çalışma sürelerinin sınırlı olduğu sistemler için uygundur. Hem bilgisayar simülasyonu hem de deneysel sonuçlar, teorinin doğrulanması ve önerilen metodun olumsuz etkilerinin olmadığının ve gerilim ve akım dalga şekillerinin harmonik distorsiyonlarının büyük ölçüde artmadığının gösterilmesi için verilmiştir. Andrade ve arkadaşları (2000) tarafından yapılan çalışmada, bir endüksiyon motoru sürücüsü için sıfır gerilimde anahtarlama modunda çalışan akım kontrollü bir inverter önerilmiştir. DC gerilim hattında gerilim baskısı olmadan çalışma sağlanıyor ve yumuşak anahtarlamalı çalışma ile sabit frekansta bang-bang akım kontrol tekniğinin kullanımı motorun beslenmesi için gereken sinüzoidal akımların doğru şekilde oluşmasına izin veriyor. Sonuç olarak kararlı durumda çalışmada dalgacıklara sahip olmayan bir moment profili elde ediliyor. Lyshevski (2001) tarafından yapılan çalışmada endüksiyon motorlarının nonlineer analizi ve kontrolünde yeni gelişmeler incelenmiştir. Gerilim frekans ve vektör kontrolü konuları incelenerek yeni denetleyiciler tasarlanmış ve avantajları ve dezavantajları tartışılmıştır. V/f kontrol olarak adlandırılan frekansın gerilime oranının sabit tutulması prensibi yaygın olarak kullanılmakta ve moment hız karakteristikleri faz gerilimleri ve frekansının genliği kontrol edilerek şekillendirilebilmektedir. Ancak gerilim-frekans kontrolü açık döngü yaklaşımıyla incelenmiştir. Çalışmada kapalı-döngü bakış açısından sabit ve değişken gerilim-frekans çalışmasının elde edilmesi amacıyla bir kontrol kuralı ortaya atılmış ve tasarlanan kontrol algoritmasının avantajları ortaya konularak incelenmiştir. Sonuçların onaylanması için denetleyiciler tasarlanmış ve test edilmiştir. Faiz (2001) tarafından yapılan çalışmada endüksiyon motorların direkt moment kontrolü tekniğinde farklı anahtarlama örnekleri karşılaştırılmıştır. Ayrıca histerezise sahip olan ve olmayan denetleyiciler kullanılarak dört farklı anahtarlama algoritması sunulmuş ve karşılaştırılmıştır. Stator gerilimi ve akımının harmonik spektrumu belirlenmiş ve dört anahtarlama tekniği için karşılaştırılmıştır. Sonuçlar histerezise sahip olmayan denetleyicilerin daha ucuz olduğunu daha az elektrik tükettiğini göstermiştir.

9 Maaziz ve arkadaşları (2002) tarafından yapılan çalışmada endüksiyon motorları için yeni bir gerçek zamanlı kontrol metodu sunulmuştur. Sunulan kontrol yöntemi, biri açık döngü referans kontrolü, biri de kararlılığı sağlamak için PI denetleyicilere dayanan kapalı döngü yöntem olmak üzere iki noktaya dayanmaktadır. Sistemin yapısı, rotor direnci ve yük momentindeki belirsizliklere rağmen rotor hızı ve rotor akılarının izlenmesini mümkün kılmaktadır. Murat ve arkadaşları (2002) tarafından yapılan çalışmada Matlab Simulink gerçek-zamanlı arabirimi ve uzay vektör darbe genişlik modülasyon tekniğini kullanan sayısal işaret işlemci kontrollü inverter ile asenkron motorun skaler kontrolü gerçekleştirilmiştir. Çalışmada gerilim kaynaklı inverterle beslenen asenkron motorların akım bozulması ve moment salınımlarının uzay vektör darbe genişlik modülasyon yöntemi ile oldukça azaltıldığı belirtilmiştir. Çalışmada motorun hava aralığı akısının sabit tutulması için V/f kontrolü uygulanmıştır.

10 BÖLÜM 3 3. ASANSÖRLERE GENEL BAKIŞ 3.1 Asansörlerin Tarihsel Gelişimi MÖ. 285-212 yılları arasında yaşamış olan Arşimed (Archimedes) tarafından MÖ 236 yılında el ile çalıştırılan basit bir vinç şeklinde, bugünkü asansörlerin atası sayılabilecek bir kaldırma makinası yaptığı, Romalı Mimar Vitruv un yazılarından anlaşılmaktadır. Roma saraylarında, merdiven çıkmak yerine böyle yardımcı makinadan faydalanıldığını gösteren kalıntılara rastlanılmıştır. Yolcu taşıyan ilk asansör, Fransız Kralı XV. Louis için günümüzden 250 yıl önce (1743 yılında) Versailles Sarayına yerleştirilmiştir. Bu asansör uçan iskemle adıyla anılmakta, bazı ağırlık dengeleriyle hareket etmekte ve insan gücüyle çalışmaktadır. İngiltere de 1830 yıllarında, direkt hidrolik tahrikli yük asansörleri, 1835 de de buhar makinası ile çalışan bir transmisyon milinden kayışla hareket alan, teagle denilen asansörler yapmıştır. Elisha Graves Otis (1811-1861) 1853 yılında, düşmeye karşı emniyet düzeni olan ilk asansörü Crystal Palace New York ta kurarak, seyirciler önünde bizzat halatı kesmek suretiyle güvenliği ispatlamıştır. Sürekli çalışan bir transmisyon milinden, düz ve ters kayışlarla hareket almak yerine, Otis 1855 de kendi buhar makinası ile çalışan asansör yapmıştır. Modern anlamda ilk asansör ise 1857 yılında New York da bir iş merkezine Elisha G. Otis tarafından tesis edilmiştir. Buhar makinası ile çalışan ilk insan asansörünün kurulmuş olması New York şehrinde buhar borusu şebekesi yapılmasına, buharlı asansörlerin yaygın olarak kullanılmasına yol açmıştır. 1859 da Fifth Avenue Hotel ilk asansör takılan otel ünvanını almıştır.

11 Diğer taraftan, büyük şehirlerde basınçlı su şebekesi kuruluşu da, hidrolik asansör yapımı konusunda eğilimlere neden olmuştur. Paris de ilk güvenli hidrolik asansör, Leon Edoux tarafından yapılıp ascenseur deyimi ile adlandırılarak 1867 Paris sergisinde tanıtılmıştır. 1868 yılında da, New York da Life Assurance Building iş hanına asansör takılmıştır. Halatlar üzerinden etkili ilk indirekt hidrolik asansörü 1878 de Otis firması tarafından yapılmıştır. Aynı yıl içinde Otis, hız regülatörü ilavesi ile, asansör paraşüt düzenini geliştirmiştir. Yüksek hızlı ve aynı anda hareket eden dört birimden oluşan ilk grup asansörler New York da Boreel binasına 1879 yılında Otis Elevator Co. Tarafından yerleştirildi. 1880 yılında ise, Manheim Endüstri sergisinde, Siemens ve Halske firması 22 metre yüksekliğinde bir binaya ilk elektrikli asansörü yerleştirdiler. Paris de 1889 yılında işletmeye açılan Eiffel kulesinde, üç ayrı firmanın yaptığı ve üç kademede toplam 7 dakikada insanları yukarıya çıkaracak kapasitede hidrolik asansörler bulunmaktaydı. 1880 yılında, ilk kremayerli tırmanan elektrikli asansör, Werner Von Siemens tarafından bir binaya monte edilmiştir. Otis, 1889 yılında sonsuz vida mekanizmalı ve halat tamburlu, elektrik motoru ile direkt bağlantılı asansör makinası yapmıştır. Otis tarafından 1892 yılında asansör makinasınde Ward- Leonard tahriğini uygulamış, 1894 yılında ise ilk basma düğmeli kumandayı gerçekleştirmiştir. 1900 yılında, Fransız de Beuren, New York da redüktörsüz (gearless) asansör makinasını Berman-American house a kurmuştur. 1904 yılında Otis firması, redüktörsüz ve tahrik kasnaklı asansörü yerleştirmiştir. Tahrik kasnaklı sistemlerin, asansör tahrikinde uygulanan diğer tarzlara göre, önemli üstünlükleri vardır. Asansör hareket mesafesi, pratik olarak sınırsızdır. Makina yapısı, bina yüksekliğine, ya da asansör hareket mesafesine bağlı değildir. Tahrik kasnağı, çok sayıda halat kullanma olanağı verir. Bu da işletme güvenliğinin artmasına, ayrıca küçük çaplı kasnak kullanılmasına yol açar.

12 Asansör yapımında önemli yeri olan tahrik kasnağı, 1877 yıllarında Alman madenciliğinde kullanılan tahrik kasnaklarının daha gelişmiş şekli olarak kabul edilmektedir. Hesap şekli çok eskiden bilinen J.A.Eytelwein (1764-1848) tahrik kasnağı, çalışma saatleri toplamı 35 yıla ve hareket mesafesi 400.000 km ye varan çok dayanıklı bir tahrik elemanıdır. Amerikan konstrüksiyonlarında tahrik kasnakları yuvarlak yiv profilli olup, yeterli kuvvet iletimini sağlayabilmek için ağır ve pahalı bir yapımı olan iki kat halat sarımını ve karşı kasnak kullanılmasını gerektirmekteydi. Hemen aynı yıllarda İngiltere de görülmeye başlanan tahrik kasnaklarında V-profilli yivler bulunmaktaydı. Tek kat halat sarımlı olan bu tip, Amerikan asansör yapımcıları tarafından 1919 yılında adapte edildikten sonra, tamburlu asansör yapımı gitgide azalmıştır. Asansör mühendisleri 1915 yılında hassas seviye düzeni uygulamışlardır. Tahrik kasnaklı asansörler üzerinde, 1927 yılında, Dipl.-İng. Hymans ve Hellborn, ayrıca Prof. Donadt tarafından bilimsel araştırma ve yayınlardan sonra, çeşitli yiv profilleri, yapım tarzı gelişimini tamamlamış ve günümüze kadar ulaşmıştır. Son yarım yüzyıl içinde, işletme güvenliğini, kullanma rahatlığını ve kolaylığını artırıcı yönde, özellikle elektrik ve elektronik olarak büyük ilerlemeler görülmüştür. Günümüzde 300 metre yüksekliği aşan binalar ve kuleler (Eiffel kulesi 300 m., Empire State Building 448 m., Moskova Televizyon Kulesi 537 m.) yapılmış olup, asansör hızları saniyede 7 metreye ulaşmıştır. Asansör kabininin kablo bağlantısı bulunmayan, kumandaların elektromanyetik olarak iletildiği duruma kadar gelişme sağlanmıştır. 3.2 Düşey Transport Sistemleri Düşey transport sistemleri, asansörler ve yürüyen merdivenler olmak üzere iki ana grupta toplanabilir. Asansör, yolcuların ve yüklerin bir düzeyden başka bir düzeye taşıyan sistemdir. Asansörleri, ağır yük asansörlerinden ve vinçlerden ayırmak gerekir. Asansörler, bir kabin veya platformdan oluşan, kılavuz raylar arasında hareket eden, iki veya daha fazla durak arasında insan