Elektromekanik Kumanda Sistemleri Dersi 1. Ünite Özet

Giriş

Elektrik motorları elektrik enerjisini mekanik enerjiye çeviren cihazlardır.

Üç Fazlı Asenkron Motorlar

Asenkron motorların ana parçaları strator ve rotordur. Sayfa 3’te bulunan Şekil 1.1’de asenkron motor parçaları verilmiştir.

Strator motorun sabit parçasıdır. Oluklu sac paketi ve bu oluklara yerleştirilmiş döner manyetik alan sargılarından (üç faz sargıları) oluşmaktadır. Bu sargılara ait altı sargı ucu motor gövdesinde bulunan klemens kutusuna taşınmakta ve motorun yıldız/üçgen çalışma durumuna göre klemens kutusunda gerekli bağlantılar yapılmaktadır. Sayfa 4’te bulunan Şekil 1.2’de bir stator görülmektedir. Üç fazlı asenkron motorun üç faz sargı setleri sayısı o motorun çift kutup sayısını vermektedir.

Rotor motorun hareketli parçasıdır. Oluklu sac paketinden oluşmaktadır. Stator içerisinde ve mil ekseni etrafında dairesel hareket gerçekleştirmektedir. İki tip rotor bulunmaktadır, bunlar şu şekilde sıralanabilir:

• Sincap kafesli rotor
• Sargılı rotor

Sincap kafesli (veya kısa devreli) rotorlar, oluklarına alüminyum veya bakır çubukların (rotor çubukları) yerleştirilmesi ve bu çubukların rotorun her iki tarafında halkalarla kısa devre yapılmasıyla elde edilmektedir. Sayfa 4’te bulunan Şekil 1.3’te sincap kafesli rotor, Sayfa 5’te bulunan Şekil 1.4’te ise sincap kafesli rotorlu bir asenkron motorun kesit görünüşü verilmiştir.

Sargılı (veya bilezikli) rotorlar, oluklarına çubuklar yerine, statorda olduğu gibi, döner manyetik alan sargılarının yerleştirilmesiyle elde edilmektedir. Rotora yerleştirilen bu sargılar yıldız veya üçgen bağlandıktan sonra çıkarılan üç uç, motor mili üzerinde bulunan ve milden yalıtılmış bileziklere bağlanmaktadır. Sayfa 4’te bulunan Şekil 1.5’te sargılı rotor, Şekil 1.6’da sargılı rotorlu bir asenkron motorun kesit görünüşü, Şekil 1.7’de ise sargılı rotorlu asenkron motorun çalışma devresi verilmiştir.

Asenkron motorlar indüksiyon prensibi ile çalışmaktadır, bu nedenle indüksiyon motoru olarak da bilinmektedirler. Sincap kafesli ve sargılı rotorlu asenkron motorların çalışma prensibi aynıdır. Asenkron motorun stator sargılarına üç fazlı gerilim uygulandığında, sargılardan geçen akım statorda bir manyetik alan oluşturur. Oluşan manyetik alan içerisinde bulunan iletkenlerde gerilim indüklenir. Bu gerilim, sincap kafesli rotorlu asenkron motorun rotor çubuklarında indüklenerek halkalarla kısa devre yapılmış rotor çubuklarında bir akım dolaştırırken sargılı rotorlu asenkron motorun rotor sargılarında indüklenerek bilezik ve fırçalar yardımıyla kısa devre yapılarak rotor devresinde bir akım dolaştırmaktadır. Oluşan iki farklı yönlü manyetik alanın etkisinde bir dönme torku oluşarak motoru döndürmektedir. Sayfa 6’da bulunan Şekil 1.8’de asenkron motor dönme-hız eğrisi verilmiştir. Statorda yaratılan döner manyetik alanın dönüş hızına asenkron motorun senkron hızı denmekte ve devir/dakika (d/d) cinsinden ölçülmektedir. Senkron hızı (n _s ) aşağıdaki denklem ile elde edilmektedir:

_s : Statora uygulanan gerilimin frekansı (Hz)

P : Statorun toplam kutup sayısı

Stator döner manyetik alanı ns senkron hızında dönerken, asenkron motorun rotoru nr hızında dönmektedir. Bu iki hız arasındaki fark kayma hızını vermekte ve kayma hızının senkron hıza oranına kayma denilmektedir. Kayma (s) aşağıdaki formül ile elde edilmektedir:

Kayma denkleminden yola çıkılarak statora uygulanan gerilimin frekansı (f _s ) ve rotorda indüklenen gerilimin frekansı (f _r ) arasındaki ilişki aşağıda verilen denklem ile bulunabilmektedir:

_r = s _s

Üç fazlı asenkron motorlar yıldız veya üçgen çalıştırılırmaktadır. Sayfa 8’de bulunan Şekil 1.9’da yıldız ve üçgen bağlantı şekilleri verilmiştir. Bu bağlantılarda R, S ve T şebeke terminallerini, Z ise faz empedans değerini göstermektedir. Aşağıda ilgili tanımlar verilmiştir:

• Faz akımı: herhangi bir Z empedansı üzerinden geçen akım
• Faz gerilimi: herhangi bir Z empedansı üzerine düşen gerilim
• Hat akımı: herhangi bir terminalden geçen akım
• Hat gerilimi: herhangi iki terminal arasındaki potansiyel farkı

Bu tanımlar hakkında gerekli sayısal değerler Sayfa 8’de bulunan Tablo 1.1’de verilmiştir.

Üç fazlı asenkron motorun yıldız çalıştırılması için gerekli klemens kutusu bağlantıları Sayfa 9’da bulunan Şekil 1.10’da, üçgen çalıştırılması için gerekli klemens kutusu bağlantıları ise Şekil 1.11’de verilmiştir.

Asenkron motorların giriş gücü hesabı Sayfa 10’da bulunan Şekil 1.12’de görülen güç üçkeni ile hesaplanmaktadır. Asenkron motorun güç akış diyagramı ve güç ile ilgili tanımlar Sayfa 11’de bulunan Şekil 1.13’te verilmiştir.

Asenkron motorların verimi çıkış gücünün giriş gücüne oranı olarak tanımlanmakta ve aşağıdaki formül ile hesaplanmaktadır:

Asenkron motorların senkron hızı statora uygulanan gerilimin frekansı ile doğru orantılı, statorun toplam kutup sayısı P ile ters orantılıdır.

Bir Fazlı Asenkron Motorlar

Bir fazlı asenkron motorlar tek fazlı kaynak ile beslendikleri için üç fazlı kaynağın olmadığı durumlarda tercih edilmektedirler. Evler, ofisler ve endüstriyel uygulamalar kullanım alanlarıdır. Bir fazlı asenkron motor yapı olarak üç fazlı asenkron motora benzermekle birlikte tam hızda çalışırken üç faz sargısı yerine tek stator sargısı uyarılmaktadır. Bir fazlı asenkron motorlar, üç fazlı asenkron motorlar gibi döner manyetik alan oluşturamazlar, bu nedenle, bir fazlı asenkron motorlarda başlatma devrelerine ihtiyaç duyulmaktadır. Başlatma yöntemlerine göre üç tip bir fazlı asenkron motor bulunmaktadır, bunlar aşağıda sıralanmıştır:

• Yardımcı sargılı
• Kondansatörlü
• Gölge kutuplu

Bir fazlı yardımcı sargılı asenkron motorda, ana sargı ile beraber ana sargıdan farklı direnç/reaktans oranına sahip yardımcı sargı kullanılmaktadır. Sayfa 12’de bulunan Şekil 1.14’te bir fazlı yardımcı sargılı asenkron motorun statoru ve Sayfa 13’te bulunan Şekil 1.15’te bir fazlı yardımcı sargılı asenkron motorun çalışma devresi verilmiştir. Devrede görüldüğü üzere, ana sargı ve yardımcı sargı birbirlerine paralel bağlanmış ve aynı şebekeden beslenmekte, aynı zamanda yardımcı sargıya seri bir merkezkaç anahtarı bulunmaktadır. Motor çalışmaya başladıktan ve belirli bir hıza ulaştıktan sonra merkezkaç anahtar açılarak yardımcı sargıyı devre dışı bırakır ve motor ana sargı ile çalışmaya devam eder.

Bir fazlı kondansatörlü asenkron motorlar;

• Kalkış kondansatörlü
• Daimi kondansatörlü
• Kalkış ve daimi kondansatörlü

olmak üzere üç gruba ayrılmaktadır.

Kalkış kondansatörlü asenkron motorlarda yardımcı sargıya seri olarak bir kondansatör bağlannmaktadır. Motor çalışmaya başladıktan ve belirli bir hıza ulaştıktan sonra merkezkaç anahtar açılarak yardımcı sargıyı ve kondansatörü devre dışı bırakmaktadır. Sayfa 14’te bulunan Şekil 1.17’de kalkış kondansatörlü asenkron motorun çalışma devresi verilmiştir.

Daimi kondansatörlü asenkron motorlarda kalkışta ve çalışmada kondansatör ve yardımcı sargı devrede olup merkezkaç anahtarı bulunmamaktadır. Sayfa 15’te bulunan Şekil 1.19’da daimi kondansatörlü asenkron motorun çalışma devresi verilmiştir.

Kalkış ve daimi kondansatörlü asenkron motorlarda yardımcı sargıya seri ama kendi aralarında paralel bağlı iki tane kondansatör kullanılmaktadır. Sayfa 15’te bulunan Şekil 1.20’de kalkış ve daimi kondansatörlü asenkron motorun çalışma devresi verilmiştir. Motor çalışmaya başladıktan ve belirli bir hıza ulaştıktan sonra merkezkaç anahtar açılarak Şekil 1.20’de görülmekte olan c ₁ kondansatörünü devre dışı bırakılmakta ve motor c ₂ daimi kondansatörü ile çalışmaya devam etmektedir.

Gölge kutuplu asenkron motorlar, bir fazlı asenkron motorlar arasında en basit ve ucuz olanlardır. Sayfa 16’da bulunan Şekil 1.21’de gölge kutuplu asenkron motorun statoru görülmektedir.Şekil 1.21’de görülebileceği üzere kutupların bir bölümüne gölge kutbu oluşturan kısa devre bakır halkalar (veya sargılar) yerleştirilmiştir. Stator sargısına gerilim uygulandığında oluşan manyetik alan çizgilerinin bir bölümü bu kısa devre halkalarının içinden geçerek halkalar üzerinde gerilim indüklenmekte ve kısa devre akımı dolaşmaya başlamaktadır. Bunun sonucunda halkalar üzerindeki bu kısa devre akımı bir manyetik alan oluşturmaktadır. İki manyetik alanın etkileşimi sonucu, ana kutuptan gölge kutba doğru hareket eden bir döner manyetik alan yaratılır ve rotor dönmeye başlar.

Asenkron Motorların Etiket Bilgileri

Asenkron motorların özellikleri, bir etiket ile motor üzerine monte edilmektedir. Motor etiketinde genellikle aşağıda sıralanmış olan bilgiler bulunmaktadır:

• Üretici firma
• Faz sayısı
• Gövde tipi
• İşletme türü
• Kuruluş biçimi
• Mekanik koruma sınıfı
• Yalıtım sınıfı
• Anma gerilimi, stator hat gerilimi
• Anma frekansı, f _s
• Anma akımı, tam yük hat akımı
• Anma çıkış gücü, P _out
• Güç katsayısı, cos(?)
• Anma hızı, tam yüklü durumdaki rotor hızı nr
• Uluslararası elektrik motorları standardı
• CE uygunluk işareti
• Motor seri numarası
• Kondansatör değeri (bir fazlı motorlar için)