Senkron Motorlar

Bir elektrik makinesi olarak frekans ve kutup sayısıyla orantılı bir şekilde hareket ederek sabit bir hızda dönen alternatif akım makinelerine senkron makine denir. Eğer senkron makineye elektrik enerjisi verilip mekanik enerjisi elde edilirse senkron motor olarak çalışır. Bu yazımızda senkron motorların çalışma ilkesini, özelliklerini, senkron generatörlerden farkını, kullanım alanlarını ve yol verme yöntemlerini inceleyeceğiz.

Bir elektrik makinesinin girişine elektrik enerjisi uygulayıp çıkışından mekanik enerji elde ediyorsak bu çalışma şekline motor çalışma denir. Senkron devirle dönen motorlara senkron motorlar adı verilir. Senkron motorlar, içinde dönen manyetik alan hızında yani senkron hızda dönerler. Bir elektrik motorunun dönmesi için döner manyetik alan oluşması gerekir. Makine içinde oluşan döner manyetik alan senkron devirde döner. Senkron devir, 3 faz alternatif manyetik döner alanın devir sayısıdır. Asenkron motorlarda rotor, döner alan devrinden bir miktar (kayma oranı kadar) yavaş döner.

Senkron devir, makinenin frekansına ve kutup çifti sayısına bağlıdır.

Senkron Motorların Çalışma Prensibi

Senkron motorlar yükü değiştiği halde devir sayısı sabit kalan motorlardır. Yani manyetik döner alanın hızı ne ise rotor mili de o hızla döner. Yapı olarak senkron generatörlerle aralarında hiçbir fark yoktur. Sadece senkron generatörlerin rotoru yani uyarması DC akımla beslenirken, senkron motorların rotoru DC akımla beslenirken, statoru alternatif akımla beslenir.

Üç fazlı stator sargılarına uygulanan alternatif akımın oluşturduğu döner manyetik alan ile rotora verilen DC akım ile enerjilenen rotor sargıları kutupların (N-S) durumuna göre Biot-Savart Yasası gereği rotor iletkenlerine bir kuvvet etkir. Statorun oluşturduğu manyetik döner alan yarı zamanı tamamladığında stator kutuplarının polaritesi değişeceğinden aşağıdaki şekilden de görüldüğü gibi rotora uygulanan momentin yönü saat ibresinin ters yönünde iken stator döner alanı halen saat ibresi yönünde dönmeye devam eder. Sonuç olarak bir tur tamamlandığında rotora etki eden ortalama moment sıfır olur. Bundan dolayı rotor ilk yarı periyotta saat ibresi yönünde, ikinci yarı periyotta ise saat ibresinin tersi yönünde dönmeye çalışır.

Bu yüzden senkron motorların asenkron veya doğru akım motorları gibi doğrudan kalkınması mümkün değildir. Bunun için senkron motorlara özel yol verme yöntemleri vardır. Rotor senkron hızda döndüğünden (asenkron motorlarda meydana gelen senkron hız ile rotor hızı arasında meydana gelen kayma olmadığından) manyetik döner alan tarafından kesilmemektedir ve dolayısıyla da rotorda gerilim indüklenmez.

Senkron Motorlara Yol Verme Yöntemleri

Senkron motorlara doğrudan yol verilemeyeceğini nedenleriyle anlattık. Makineyi ilk başta senkron hıza veya ona yakın bir değere ulaştırmak gerekir. Bunu gerçekleştirmek için en çok kullanılan yöntemleri anlatalım: ► Yardımcı motor kullanarak yol verme: Yardımcı motor kullanılarak, senkron motorun mili yardımcı motor tarafından döndürülür. Yardımcı motor bir DC motor veya asenkron motor olabilir. Senkron motorun hızı istenilen seviyeye ulaştığında sistemden yardımcı motor çıkartılır. ► Senkron motorlara asenkron yol verme: Senkron makinelerde söndürüm sargıları mevcuttur. Bu sargılar makinenin asenkron olarak yol almasını sağlar. Söndürüm sargılarının uçları kısa devre edilmiştir. Senkron motorlarda söndürüm sargıları yerine makineye yol aldırmak için rotorun kutup ağızlarına sincap kafes yerleştirilip de bu işlem gerçekleştirilebilir. Stator sargılarına gerilim uygulandığında aynen rotor sincap kafesli bir asenkron motormuş gibi dönmeye başlar ve senkron hıza yaklaşır. Eğer makinede söndürüm sargısı varsa yol alma akımı söndürüm sargılarından geçer. Bu akım etkisiyle rotor dönmeye başlar ve hızlanır. Hızlanma yöntemi asenkron makinedeki gibi olduğundan bu yönteme asenkron yol verme denir. Bu yöntemle yapılan yol verme işleminde uyarma sargılarının kesinlikle kısa devre edilmemesi veya büyük bir direnç ile seri bağlanarak endüklenmesi beklenen akıma sınırlama yapılması gerekir. Yoksa uyarma sargıları yol verme akımına dayanamaz.

► Frekans değiştirerek yol verme: Senkron motora yol vermede kullanılan bir yöntemde endüvi sargısını besleyen gerilim frekansının değiştirilmesidir. Makineye uygulanacak gerilim bağımsız bir senkron generatör tarafından yapılır. Generatörün frekansı yavaş yavaş artırıldığında, devresine bağlı senkron motorun döner alan hızı da sıfırdan başlayarak artar ve makine senkron hıza çıkarılır.

Senkron Motorların Kullanım Alanları

► Sabit hızın gerekli olduğu tüm endüstriyel uygulamalarda, ► Elektrik sistemlerinde kompansatör olarak güç katsayının düzeltilmesinde, ► Yüksek kararlılık gerektiren konumlama makineleri bulunduran düşük güç uygulamalarında ve robot işleticilerde ► Hava kompresörlerde, santrifüj pompalarda, kırma makinelerinde vs. gibi alanlarda kullanılır. Kaynak: ► hbogm.meb.gov.tr ► Prof. Dr. A. Faik Mergen, Elektrik Makineleri III