Etiket: motor

Asenkron Motor Nedir, Neden Kullanılır?

Asenkron motorlar, en çok elektrik yükü olarak kullanılan elektrik makinesidir. Hem uygun maliyette üretilmesi hem de fazla bakım gerektirmemesi sebebiyle son derece tercih edilen bir motor tipidir. Bir fazlı ve üç fazlı olarak üretilirler. Bir fazlı asenkron motorlar küçük güçlü olarak çamaşır makinesi, buzdolabı, pompa gibi yapılarda kullanılırken üç fazlı asenkron motorlar ise daha çok endüstriyel tesislerde ve fabrikalarda konveyör sistemlerinde, CNC tezgahlarda vb. uygulamalarda kullanılır. Asenkron motor çalışma prensibi itibariyle kullanımı kolay ve kontrolü güç elektroniği devreleri yardımıyla talep edilen hızlarda ve torkta çalışmaları, kontrolünün çok kolay yapılması vb. gibi avantajları bulunduğundan piyasada en çok kullanılan elektrik makineleridir.

Asenkron Motorların Konstrüksiyonu

Asenkron motorlar, yapısı itibariyle iki sargıdan oluşur. Bu sargılardan birinin görevi manyetik alanı yaratmak, diğerinin görevi ise hareketi sağlayacak olan kuvveti üretmektir. Bu sebeple dönme hareketini yapacak parçanın (rotorun) daire kesitli olması gerekir. Sabit olan kısım ile dönme hareketi yapan kısım arasına hava aralıkları yerleştirilir. Hava aralığında sarf edilen amper-sarımın küçük olması için, manyetik direnci demirinkinden büyük olan hava aralığının minimum olacak şekilde tasarlanması gerekir. Bunun için de hareketsiz parça (stator) da aynı rotor gibi yine daire kesitli yapılır. Asenkron motorlar rotor yapılarındaki farklılığa göre ikiye ayrılırlar.

• Sincap kafes rotorlu asenkron motorlar
• Bilezikli rotorlu asenkron motorlar

Sincap Kafes Rotorlu Asenkron Motor Çalışma Prensibi

Kısa devre çubuklu asenkron motor olarak da adlandırılır. Rotor silindirindeki açılan oluklara yerleştirilen sargılar, silindirin her iki ucundan kısa devre edilirler. Kısa devre edilmesinden dolayı bu sargılardan bir akım akar ve manyetik alanın etkisiyle Biot-Savart yasası gereği iletkene dik bir kuvvet etki eder. Böylece rotor dönmeye başlar.

Bilezikli Rotorlu Asenkron Motor Çalışma Prensibi

Bilezikli rotorlu asenkron motorun rotor kısmına, statorda olduğu gibi üç fazlı sargılar yerleştirilir. Sargı uçları, fırça ve bilezikler yardımıyla harici olarak enerji verilmek üzere motor gövdesinde yer alan bağlantı kutusuna çıkarılır. Bileziklerin üzerine karbon fırçalar yerleştirilir. Böylece sargılar dış devreyle bağlantı kurulması sağlanır. Üzerinden geçecek akımın şiddetine göre karbon fırçalar farklı alaşımlardan yapılabilir.

Asenkron Motor Çalışma Prensibi

Asenkron motor çalışma prensibi gereği, ilk hareketini yapması elektromanyetik ilkelere dayanır. Statora alternatif gerilim uygulandığında, stator sargılarından bir akım akar ve bu akım bir alternatif manyetik döner alan ve akısı yaratır. Döner alanın meydana getirdiği manyetik akı çizgileri makinenin çevresinde döner. Döner manyetik alan hızına senkron hız denir. Senkron makinelerde rotor hızı, döner alanın yarattığı senkron hızda dönerken, asenkron makinelerde rotor bu hızdan farklı bir hızda dönmektedir. Bu yüzden bu makinelere asenkron makineler denir. Frekans ve makinenin kutup sayısıyla senkron hızı belirler. Elektrik makinelerinde senkron hız formülü aşağıdaki gibidir.

Bu formülde Ns senkron hızı tanımlarken, f frekansı ve p ise elektrik makinesinin (generatör, alternatör, motor) kutup çifti (2 kutuplu makinenin kutup çifti sayısı p, 1 olur) sayısını belirtmektedir.

Döner manyetik alan senkron hızla, kısa devre edilmiş, durmakta olan rotor iletken düzlemlerinden geçerek rotor akımlarını indükler. İndükleme sonucunda oluşan kuvvetler ise, rotorun dönme hareketine başlamasına ve zamanla hızlanmasına neden olur. Rotor, Biot-savart yasası gereği kendisine etkiyen kuvvetlerin yardımıyla büyük bir ivme ile kalkar ve hızlanır. Bu kalkış esnasında, statora gerilim verildiği anda, henüz rotor duruyor iken makine bir transformatör gibi çalışır. Bu esnada makinenin transformatörden tek farkı, sekonder sargıların her iki tarafındaki manyetik devrenin birer hava aralığı ile stator manyetik devresine bağlı olmasıdır. Transformatörlerde hatırlanacağı gibi primer ve sekonder devre bir nüve (çekirdek) ile manyetik olarak birbirlerine bağlı idi. Bu esnada asenkron motorun stator sargılarında şebeke gerilimi ve frekansı varken, rotor sargılarında ise çevirme oranından kaynaklı daha indüklenmiş daha düşük gerilim vardır fakat frekans aynıdır. Bu değişme oranı bilezikli rotorlu asenkron motorlarda yaklaşık olarak bir civarındadır. Bu andan itibaren hızlanan rotor ile döner alan arasında arasındaki hız farkı azalmaya başlar. Dönmekte olan manyetik alan vektörü, rotorun iletken düzlemlerinden birim zaman içerisinde daha az geçmeye başlar. Dolayısıyla rotorda indüklenen gerilim azalır ve akım küçülür. Rotora etkiyen kuvvet de küçülür. Bu sırada ivmelenme devam ederken rotorun oluşturduğu dönme kuvveti, karşıt kuvvet olan yataklardaki sürtünme kuvveti ile hava ile olan sürtünme kuvvetleriyle eşit olduğunda ivme sıfırlanır ve motor sürekli aynı hızda dönmeye devam eder. Asenkron motor çalışma prensibi bu şekilde özetlenebilir.

Rotor hızı dengeye ulaştığında senkron hıza yakın bir değerde ama daha düşük bir hızda dönmektedir. Rotor hızıyla döner alan hızı arasındaki fark çok küçüktür. Rotor hiçbir zaman kendiliğinden döner alan hızına erişemez. Erişse bile, döner alan vektörü rotor iletken düzlemlerinin içinden geçemez ve dolayısıyla rotor sargılarında bir gerilim indüklenemez ve kuvvet üretemez. Ancak dışarıdan bir ekstra tahrik ile döndürülürse bu hızı aşabilir, o zaman da zaten generatör modunda çalışıyor demektir.

Asenkron Makinelerde Kayma

Döner elektrik makinelerinde kayma deyimi çok önemlidir. Makinenin çalışma yapısını belirler. Elektrik makinelerin çalışabilmesi için alternatif döner manyetik alana, dolayısıyla manyetik akıya ihtiyacı vardır. Üç fazlı döner elektrik makinelerinde stator sargılarındaki döner manyetik alan hızı (yani senkron hızı) ile rotor hızının arasındaki farkın, senkron hıza göre oranı kayma değerini verir ve “s” ile gösterilir. Formülü aşağıdaki gibidir.

Kayma değerine bağlı olarak aşağıdaki tabloda asenkron makinelerin çalışma şekilleri gösterilmiştir.

İlk harekete geçme esnasında, rotor hareketsiz iken asenkron makine sekonderi kısa devre olan bir transformatör gibi çalışır. Hareket başladıktan sonra, sürekli çalışma noktasına ulaşıncaya kadar çalışma şekli motor çalışmadır. Çünkü bu durumda elektrik enerjisi şebekeden çekilir ve  mekanik enerjiye dönüştürülür. Rotor hızının hiçbir şekilde kendiliğinden senkron hıza erişemeyeceğinden, erişse bile o anda rotor sargısında gerilim değerinin sıfır olacağından makine bir güç üretmeyecektir ve boşta çalışacaktır. Senkron hıza kendiliğinden erişemeyen rotorun dışarıdan bir kuvvet yardımıyla senkron hızı aşması durumu ise generatör çalışma modudur. Çünkü artık makinenin girişinde harici mekanik güç verilirken, çıkışından elektrik enerjisi alınmaktadır. Motor çalışan bir makinenin döner alanın saat ibresi yönünde döndüğü ve sargılarına verilen üç fazlı akımların R,S,T sırası ile bağlı olduğu kabul edilsin. Bu durumda rotorun dönüş yönü, döner alanın dönüş yönündedir. Fazların sıralamasında iki fazın yerini değiştirilirse (örneğin R,T,S gibi) makineye hakim olan döner alanın yönü değişir. Rotor döner alana uyarak yavaşlamaya başlar ve frenlenmiş olur. Bu geçici duruma da fren çalışma modu adı verilir. Eğer makinenin faz sırası R,T,S olarak bırakılırsa, önce yavaşlar, sonra kısa bir süreliğine durur. Daha sonra ters yönde dönmeye başlar. Sürekli çalışma noktasına kadar hızlanır, bu noktaya geldiğinde motor olarak sürekli çalışmaya devam eder.