Henüz etiket yok.
Asenkron Motorlar
Günümüzde ülkemizin elektrik yükü kullanımının yaklaşık %40’ı asenkron motorlar kapsamaktadır. Hatta sanayi kuruluşlarının kullandığı yük durumuna bakıldığında bu oran %80’lere çıkmaktadır. Bu yazımızda elektrik makine çeşitlerinden biri olan asenkron motorları inceleyeceğiz. İlk olarak yazımızın birinci bölümünde asenkron motorların çalışma prensibini, konstrüksiyonunu, çeşitlerini ve kullanım alanlarını anlatacağız.
Bir elektrik makinesinin girişine elektrik enerjisi uygulayıp, çıkışından mekanik enerji aldığımızda bu çalışma şekli motor çalışmadır. Eğer durum tam tersi ise çalışma şekli generatör çalışmadır. Elektrik makinelerinin çalışma mantığı her zaman manyetik alanla ilişkilidir. Özellikle bu durum generatör ve motor olarak çalışan senkron veya asenkron makinelerde döner manyetik alan çok önemli bir olgudur. Döner manyetik alan oluşmaz ise senkron ve asenkron makineler çalışmaz. Makinenin çalışabilmesi için döner manyetik alanın oluşması gerekir. Asenkron motorlara indüksiyon motorlar da denir. Biz bu yazımızda asenkron motorları detaylı olarak inceleyeceğiz
Asenkron Motorlar Nasıl Çalışır?
3 fazlı asenkron motorlarda, 3 fazlı stator sargıları gerilim ile beslendikleri zaman makinede döner manyetik alan oluşur. Bu manyetik alan senkron hızda döner. Bu hızda dönen manyetik alandan dolayı durmakta olan rotor iletkenlerinde bir gerilim indüklenir. Rotor uçları kısa devre edildiğinden rotorda bir akım akacaktır. Biot-Savart yasası gereği akım akan iletken, manyetik alan içerisinde olduğunda bu iletkenlere bir kuvvet etkir ve rotor dönmeye başlar. Rotorun hızı senkron hızdan küçüktür ve hiçbir zaman senkron hıza ulaşamaz.
Döner Alanın Oluşumu:
Döner manyetik alanın oluşturduğu dakikadaki senkron hız formülü;
Buradaki formülde f frekans, p ise kutup çifti sayısıdır.
Ancak bir fazlı asenkron motorlarda döner manyetik alan oluşmaz. 3 fazlı sargılara gerilim uygulandığında döner alan meydana gelir. Halbuki bir fazlı makinede hem sargıların hem de akımları bir fazlı olması gereği ancak sadece makinede alternatif manyetik alan oluşur. Değeri sadece zamanla ve akımın genliğine bağlı olarak değişir. Bir fazlı asenkron motorlarda döner alan olmadığı için rotor dönemez. Bu durumda bir fazlı asenkron motorlara döner alanı yaratacak yardımcı bir sistem gerekir. Bu durumda ya yardımcı sargı ya da kondansatör kullanılarak döner manyetik alan oluşturulur ve makine döner.
Asenkron Motorun Yapısı:
Asenkron Motorun Konstrüksiyonu ve Çeşitleri
Asenkron makinenin konstrüksiyonunu inceleyecek olursak; makinenin bir statoru bir de rotoru vardır. Sargılar bu yapılara sarılır. Stator makinenin hareketsiz kısmıdır. Rotor ise hareketli kısmıdır. Bunların üzerlerine sargılar yerleştirildiği için stator ve rotor silindirik yapıda üretilirler. Uzunlukları birbirine eşit olup oluşan manyetik alan, stator ve rotor arasındaki hava aralığını geçip rotora ulaşması sağlanır. Çalışma şekline göre statordaki sargı uçları üçgen veya yıldız bağlanır. Nasıl bağlı olması gerektiği motorun plakasında yazar.
Rotor iki çeşit olup bu çeşitlere göre asenkron motorlar ikiye ayrılır: ► Sincap Kafes Rotorlu Asenkron Motorlar: Sincap kafesli rotorda oluklara yerleştirilen sargılar, rotor silindirinin her iki ucunda bir çember ile kısa devre edilirler. Bu şekilde uçları kısa devre edilmiş rotor iletkenlerinden akım akarak makinenin dönmesi sağlanır. Bu motor çeşidine kısa devre çubuklu asenkron motorlar da denir.
Sincap Kafesli Rotor:
► Bilezikli Rotorlu Asenkron Motorlar: Rotoru sargılı olanlarda ise rotor üzerine açılmış oluklara aynen statorda olduğu gibi üç fazlı olarak sargılar sarılmıştır. Sargı uçları fırça ve bilezikler yardımıyla dışarı çıkarılarak motor gövdesi üzerindeki bağlantı kutusuna bağlanır. Rotordaki bilezik yapısı ise yol verme ve hız ayarında çok önemli bir yere sahiptir. Bazı durumlarda bilezikli asenkron motorlarda yol verme ve hız ayarı motorun bileziklerinden yapılır.
Bilezikli Rotorun Bilezikleri:
Bu yapılardan başka makinenin gövde ve kapakları, yatak ve rulmanları, soğutma pervanesi, klemens kutusu ve karkas gibi yapıları mevcuttur.
Asenkron Motorların Kullanım Alanları
Asenkron motorların ucuz olması, fazla bakım gerektirmemesi ve çalışma sırasında pek fazla ark yapmamasından dolayı son derece tercih edilen bir makinedir. Bir fazlı asenkron motorlar küçük güçlü olarak imal edilirler. Çamaşır makinesi, pompalar, buzdolabı gibi sistemlerde veya bir fazlı alıcılarda kullanılırlar.
Üç fazlı asenkron motorlar genelde fazlar arası gerilimin yüksek olduğu sanayi kuruluşlarında, fabrikalarda vs. kullanılır. Asenkron motorların avantajlarını sayacak olursak; önceden de belirttiğimiz gibi ucuzdurlar ve diğer motor çeşitlerine göre daha sağlamdırlar. Çalışma esnasında ark yapmaması en büyük özelliklerindendir. Yük altında devir sayıları çok değişmez. Güç elektroniği devreleri ile devir sayısı ayarı yapılabilir. Hem küçük güçler hem de büyük güçler için üretilebilirler.
Kayma Faktörü Nedir?
Asenkron motor, döner manyetik alanın oluşturduğu senkron hızda hiçbir zaman dönemez. Zaten dönse rotor dönmez ki bu imkansızdır. Yani bu demektir ki rotorun döndüğü hız ile senkron hız farklı. Aralarında bir fark mevcut. İşte bu farkı kayma olarak belirtiyoruz. Kayma “s” ile gösterilir ve formülü şu şekildedir:
► S=1: Kayma faktöründe rotor hızı (nr) eğer sıfır olursa kayma 1’e eşit olur. Bu şu demektir; rotor henüz dönmeden önce statora bir gerilim uyguluyorsunuz, o gerilimin oluşturduğu manyetik alan sayesinde rotorda bir gerilim indükleniyor birazdan rotor dönecek. Bu çalışma mantığı transformatör çalışmadır. Yani asenkron motorun statoruna gerilim uygulandığında rotor henüz dönmeden önce makine, uçları kısa devre edilmiş bir transformatör gibi çalışır.
► S<0: Eğer kayma sıfırdan küçük olursa nr rotor hızı ns senkron hızdan büyük anlamına gelir. Makine kendiliğinden senkron hızı geçemeyeceğinden dolayı demek ki motor dışardan tahrik makinesi ile döndürülüyordur. Yani generatör modunda çalışıyordur.
► S=0: Kaymanın sıfıra eşit olması demek formülden de anlaşılacağı üzere nr rotor hızının ns senkron hıza eşit olması demektir. Rotorun senkron hıza eşit olacağını gösterir ancak bu durumun gerçekte mümkün olmayacağını önceden belirtmiştik. Teoride bu durum geçerli olsa da makine bu durumda statora gerilim uygulanıyor ancak rotordan akım geçmiyor yani rotor uçlarını açık devre gibi düşünürsek bu durum makinenin boşta çalışmasını temsil etmektedir.
► S>1: Kayma 1’den büyük ise senkron hız ters yönde dönüyordur yani rotoru yönüyle aynı yönde. Bu durumda makine fren çalışma modunda çalışır. Asenkron motoru frenlemek için çeşitli yöntemler vardır. R,S,T fazlarının ikisinin yeri değiştirilerek döner alanın yönü değiştirilebildiği gibi, stator sargılarına DC gerilim uygulayarak, stator faz sargılarını asimetrik bağlayarak gibi birçok frenleme yöntemi vardır.Asenkron makinenin motor olarak çalışabilmesi için s kayma faktörünün 0 ile 1 arasında olması gerekir. Yani nr rotor hızı senkron hızdan küçük olmalı.
Asenkron Motorun Eşdeğer Devresi
Yukardaki devrede de görüldüğü gibi asenkron makinelerin elektriksel eşdeğer devreleri transformatörlerinkine çok benzemektedir. Transformatördeki primer sargıyı stator temsil ettiği gibi sekonder tarafı da rotor temsil etmektedir. Burada önemli olan nokta kayma faktörünün devredeki akım ve gerilime önemli derecede etki etmesidir. Normalde makinenin çıkışındaki direnç hayali bir dirençtir. Çünkü kaymaya göre rotor tarafındaki direnç değeri değişmektedir. Rotordaki direnç değeri " r2'/ s " ki zaten rotor tarafta gösterilen iki direnç değeri toplandığında bu değer bulunur. Io ile gösterilen boşta çalışma akımı, stator ile rotor arasında bulunan ince fakat büyük direnç gösteren hava aralıklarından dolayı transformatördekinden daha büyüktür.
Asenkron Motorların Moment Karakteristiği Asenkron motorun L tipi eşdeğer devreye göre moment formülü aşağıdaki gibidir:
Buradaki Z ile gösterilen eşdeğer devrenin L tipindeki empendasını ifade ederken, m faz sayısını, p kutup çifti sayısını, V1 ve f statora uygulanan gerilim ve frekansını göstermektedir. Moment formülüne ve makinenin hızına göre asenkron motorun hız-moment grafiği aşağıdaki şekilde olur:
Grafiği yorumlayacak olursak; Makine senkron hızdayken (gerçekte mümkün olmadığını söylediğimiz) rotorun hızı sıfır olduğu grafikte de açıkça görülüyor. Makinenin kalkınması için belli bir kalkış momenti vardır. Bu durumda rotor hızı sıfırdır bunu makinenin yenmesi gerekir ki makine kalkınsın ve harekete başlasın. Makine kalktıktan sonra belli bir hız değerinden sonra veriminin düştüğü görülmektedir. Yani devrilme momentini aşmıştır. Makinenin devrilme momentini aşmaması gerekir. Bu durumdaki hızına devrilme hızı, kaymasına ise devrilme kayması denir. Bu parametrelere göre moment formülünden devrilme momenti hesaplanır. Asenkron motorlar kullanılırken, hız ayarı yapılırken, yol verilirken hep bu durumlar göz önüne alınır. Yani kalkış momentini yenmesi ve devrilme momentini aşmaması gerekmektedir.
Kaynaklar: ► en.wikipedia.org ► Birsen Yayınevi, Prof. Dr. Faik Mergen, Elektrik Makineleri II
