Radar ve Füze Sistemleri İçin 400 Hz Çevirici Boyutlandırma: kVA, Güç Faktörü ve Kalkış Akımı

400 Hz çevirici boyutlandırma, radar, füze ve deniz sistemi entegratörlerinin teklif istemeden önce çözmesi gereken ilk hesaptır. Yük listesi çoğu zaman watt cinsinden gelir, çevirici ise kVA ile etiketlenir; arada güç faktörü, kalkış akımı, eş zamanlılık, faz dengesi ve ortam koşulları vardır. Biri atlanırsa ya gereğinden büyük bir kabin seçilir ya da çevirici ilk motor kalkışında korumaya geçer.

Bu yazı frekans çevirici boyutlandırmayı yük listesinden başlayarak sayısal bir örnekle anlatıyor. Cihazın içyapısı için Statik Frekans Çevirici Nedir?, bağlantı tipi ve uygulamaya göre seçim için 115 VAC 400 Hz Güç Kaynağı Seçimi yazılarına bakabilirsiniz; burada yalnız "kaç kVA?" sorusunu konuşuyoruz.

Çeviricinin inverter katı belirli bir akımı ve gerilimi taşıyacak şekilde tasarlanır. Bu yüzden sınır, yükün çektiği gerçek güç (kW) değil görünür güçtür (kVA). İki büyüklük güç faktörüyle bağlanır:

Aynı kVA, bağlantı tipine göre farklı hat akımı demektir. 4 kVA'lık üç fazlı bir yük, yıldızda (115 V faz-nötr) faz başına yaklaşık 11,6 A, üçgende (115 V faz-faz) yaklaşık 20,1 A çeker. Kablo, sigorta ve konnektör seçimi bu akımla yapılır.

0,3 güç faktörü örneği

Güç faktörü düştükçe aynı kW için gereken kVA artar. 1,5 kW çeken bir yük 0,8 güç faktöründe yaklaşık 1,9 kVA ister; aynı yük 0,3 güç faktöründe 5,0 kVA ister. Yani 0,3 güç faktörlü bir yük, çeviriciyi kW değerinin yaklaşık 3,3 katı kadar yükler. Büyük giriş kondansatörlü elektronik yükler ve hafif yükte çalışan motorlar bu gruba girebilir.

Kapasitif yük ve harmonikli akım

Güç faktörünün yönü de önemlidir. Kapasitif (ileri faz) yükler bazı inverterlerde kararsızlığa yol açar; datasheet'te yük güç faktörü aralığı ve kapasitif yük desteği ayrıca aranmalıdır. Doğrultuculu yükler ise sinüs olmayan akım çeker: harmonik akım, efektif akımı ve ısınmayı artırır. Çevirici THD değerleri genellikle doğrusal yükte verilir; doğrultuculu yük ağırlıklı bir sistemde bu ayrıntı teklif aşamasında sorulmalıdır.

Farklı güç faktörlü yüklerin kVA değerlerini aritmetik toplamak vektörel toplamdan biraz büyük sonuç verir; ön boyutlandırma için bu muhafazakâr yaklaşım uygundur.

Sürekli kVA doğru olsa bile kısa tepeler çeviriciyi zorlar:

• Motor kalkışı: Fan, pompa ve tahrik motorları kalkışta tipik olarak anma akımının birkaç katını çeker.
• Kondansatör şarjı: Elektronik yüklerin giriş kondansatörleri ilk enerjilendirmede kısa süreli yüksek akım çeker.
• Trafo mıknatıslanma akımı: Yük tarafındaki trafolar ilk periyotlarda anma akımının çok üstüne çıkabilir; 400 Hz'de bir periyot 2,5 ms'dir.

Bu tepeler çeviricinin aşırı yük penceresiyle karşılaştırılır. Örneğin PowerGuard Outdoor datasheet'i 0,8 güç faktöründe %125 → 5 dk, %200 → 5 sn, %250 → 1 sn aşırı yük dayanımı verir. Datasheet'inde aşırı yük süresi tablosu olmayan bir cihazda bu değer üreticiden yazılı istenmelidir.

En ucuz çözüm çoğu zaman donanım değil sıralamadır: en büyük motor önce, elektronik yükler sonra devreye alınırsa tepe akımı diğer yüklerin üstüne binmez.

Tüm yüklerin aynı anda tam güçte çalıştığı her zaman doğru değildir. Sağlam yöntem, sistemin çalışma modlarını (bekleme, görev, bakım/test) ayrı ayrı yazıp her mod için kVA toplamını çıkarmaktır; çevirici en ağır moda göre seçilir. Radar test tezgâhlarında çoğu zaman tüm yükler birlikte çalışır; eş zamanlılık katsayısı 1 alınır.

Tek fazlı 400 Hz yükler üç fazlı bir çıkışa dağıtılıyorsa sınırı toplam değil en yüklü faz belirler. 6 kVA'lık üç fazlı bir çıkışta faz başına yaklaşık 2 kVA vardır. Üç adet 1,5 kVA'lık tek fazlı yükten ikisi aynı faza bağlanırsa o faz 3 kVA görür; toplam 4,5 kVA olsa da faz aşırı yüklenir. Dağıtım, yük listesiyle birlikte planlanmalıdır.

Çeviricinin anma gücü, datasheet'teki çalışma sıcaklığı ve irtifa sınırları içinde geçerlidir. Shelter ya da kabin içinde ortam sıcaklığı dış havadan yüksek olabilir; kurulum noktası sınırların dışındaysa üreticiden düşüm (derating) eğrisi istenir. Karşılaştırma için: PowerGuard Outdoor −32 … +55 °C ve 3000 m, PowerGuard 115/200 VAC 400 Hz Statik Frekans Çevirici −30 … +50 °C ve 3000 m için tanımlanmıştır.

Kablo tarafında 400 Hz'e özgü bir etki vardır: hat reaktansı frekansla doğru orantılıdır, yani aynı kabloda 400 Hz'deki endüktif reaktans 50 Hz'dekinin 8 katıdır. Uzun kablolarda gerilim düşümü bu yüzden büyür; çeviriciyi yüke yakın konumlamak, boyutlandırmanın parçasıdır.

Aşağıdaki değerler gerçek bir projeden değil, yöntemi göstermek için seçilmiş genel sayılardır. Tezgâhta üç fazlı, 115 VAC faz-faz (üçgen) 400 Hz bekleyen üç yük var ve test sırasında hepsi birlikte çalışıyor:

1. 1.Sürekli yük: 5,5 kVA. Üçgen 115 V'ta hat akımı yaklaşık 27,6 A.
2. 2.Büyüme payı: Bu örnekte %25 pay → yaklaşık 6,9 kVA.
3. 3.Tepe kontrolü: B, A ve C çalışırken devreye girerse kısa süreli toplam 3,0 + 1,5 + 4,0 = 8,5 kVA olur. B önce devreye alınırsa tepe 4,0 kVA'da kalır.

Ürünlere yerleştirme

• PowerGuard 115/200 VAC Statik (8 kVA): 6,9 kVA'lık paylı yük 8 kVA'nın içinde kalır; çıkış üçgen 115 VAC 400 Hz olarak seçilir. 8,5 kVA'lık tepe ise anma değerini aşar: ya fan önce devreye alınır ya da kısa süreli aşırı yük dayanımı üreticiyle teyit edilir. Datasheet çıkış güç faktörünü yıldızda en az 0,85, üçgende en az 0,80 olarak verir; örnekteki ≈0,69 bu değerin altında olduğu için anma gücünün bu yükte nasıl uygulanacağı teklif aşamasında netleştirilir. Kararlı duruma ulaşma süresi 200 ms'dir.
• PowerGuard Outdoor (12 kVA, 0,8 PF): 400 Hz yükleri her biri 4 kVA olan iki üç fazlı çıkışa (KN7, KN8) dağıtılır. A ve B aynı çıkışa bağlanırsa çıkış 4,0 kVA ile tam dolar ve pay kalmaz; A bir çıkışa (3,0 kVA), B ve C diğerine (2,5 kVA) bağlanır. Aşırı yük değerleri cihaz için verildiğinden, B'nin kalkışında çıkış başına tepe dayanımı ayrıca sorulur.
• AC-AC Frekans Çevirici Trafo Sistemi (12 kVA): Yükler üçgen bekliyor ve platform CAN-Bus ile izleme istiyorsa 400 Hz yükler iki faz-faz (üçgen) 115 VAC 400 Hz çıkışa aynı mantıkla dağıtılır. 12 kVA, 60 Hz çıkışlarla birlikte yedi çıkışa paylaştırılır; 60 Hz yükler de hesaba katılır.
• PowerGuard TPS-115 (600 VA): Bu tezgâh için küçüktür; tek başına C yükü bile 600 VA'yı aşar. TPS-115, birkaç yüz VA'lik 400 Hz görev elektroniğinin yanında 3 × izole 28 VDC (toplam 600 W) isteyen araç içi uygulamalar içindir.

Tezgâhın 60 Hz tarafında kesintisiz besleme gereken düşük güç faktörlü yükler varsa bu ayrı bir hesaptır: askeri UPS sistemi MIL-UPS-2K3, 115 VAC 60 Hz saf sinüs verir, 2,3 kVA'dır, 0,3 güç faktörüne kadar kapasitif yükleri destekler ve 2 kW yükte 30 dk yedekleme sağlar. UPS 400 Hz üretmez; 400 Hz yükler çeviriciden beslenir.

Tekliflerin karşılaştırılabilmesi için şartnamede şunlar sayıyla yer almalıdır:

• Her yük için kW, güç faktörü (endüktif/kapasitif) ve faz sayısı
• Bağlantı tipi: yıldız (115 VAC faz-nötr) mı, üçgen (115 VAC faz-faz) mı
• Çalışma modları ve her moddaki eş zamanlı yükler
• En büyük kalkış akımı, süresi ve devreye alma sırası
• Tek fazlı yüklerin faz dağılımı
• Kurulum noktasının sıcaklık, irtifa ve kablo uzunluğu
• İstenen büyüme payı ve çevirici çıkış sayısı

Tüm 400 Hz seçenekleri askeri frekans çeviriciler kategorisinde yer alır.

TEDEG Savunma, kara, deniz ve radar sistemleri için 400 Hz frekans çevirici ve güç dönüşüm ürünleri tasarlayıp üreten Ankara merkezli bir savunma sanayii firmasıdır.

Bu yazıdaki 400 Hz ürünleri:

• PowerGuard 115/200 VAC 400 Hz Statik: 8 kVA; 3 faz 360–440 VAC girişten değişken 115–220 VAC, 60–400 Hz; yıldız veya üçgen 115 VAC 400 Hz.
• PowerGuard Outdoor: 12 kVA (0,8 PF), 2 × 4 kVA 400 Hz ve 5 × 60 Hz izole çıkış.
• AC-AC Frekans Çevirici Trafo Sistemi: 12 kVA, 7 çıkış, CAN-Bus, −32 … +50 °C.
• PowerGuard TPS-115: 3 faz 115 VAC 400 Hz 600 VA + 3 × izole 28 VDC; −40 … +55 °C.

Belgeler için Sertifikalar ve Kalite sayfasına, tüm ürünler için ürün kataloğuna bakabilirsiniz.

kW'tan kVA'ya nasıl çevrilir?

kVA = kW / güç faktörü. 2,1 kW çeken ve güç faktörü 0,70 olan bir yük 3,0 kVA ister. Güç faktörü bilinmiyorsa yük üreticisinden istenmelidir.

0,3 güç faktörlü yük için çevirici ne kadar büyük olmalı?

Görünür güç, kW değerinin yaklaşık 3,3 katıdır: 1,5 kW'lık yük 5,0 kVA ister. Ayrıca çeviricinin kapasitif yükte kararlı çalıştığı ve anma gücünün hangi güç faktöründe tanımlandığı datasheet'ten ya da üreticiden teyit edilmelidir.

Motor kalkışı için ne kadar pay bırakılmalı?

Sabit bir yüzde yerine kalkış tepesini (kVA ve süre) çeviricinin aşırı yük penceresiyle karşılaştırın. Tepe pencereyi aşıyorsa önce sıralı devreye almayı, sonra yumuşak yolvericiyi, en son daha büyük çeviriciyi değerlendirin.

Tek fazlı 400 Hz yükler üç fazlı çeviriciye nasıl dağıtılır?

Her faz, çıkış kapasitesinin yaklaşık üçte birini taşır. Yükler fazlara kVA olarak dengeli dağıtılır; en yüklü faz bu sınırı aşmamalıdır.

400 Hz çevirici boyutlandırma dört soruya indirgenir: güç faktörüyle birlikte sürekli kVA kaç, en büyük tepe ne kadar ve ne kadar sürüyor, yükler fazlara ve çıkışlara nasıl dağılıyor, cihaz hangi ortamda çalışacak? Cevaplar şartnamede sayıyla yazıldığında teklifler aynı zeminde karşılaştırılabilir.

Yük listenizi teklif formu üzerinden gönderebilir ya da iletişim sayfasından mühendislik ekibimize ulaşabilirsiniz; boyutlandırmayı birlikte doğrularız.

Sahadan örnek: Düşük güç faktörlü yüklerin UPS ve frekans çeviriciyle birlikte çözüldüğü uygulama için füze ve radar sistemleri başarı hikayesine bakabilirsiniz.