bölüm 4 - Elektrik.gen.TR
advertisement
ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER BÖLÜM 4 Çolakoğlu A.A. MOTOR SÜRÜCÜLERİ 4.1.ALTERNATİF AKIM MOTORLARININ DENETİMİ Alternatif akım motorlarının, özellikle sincap kafesli ve bilezikli asenkron motorların endüstriyel uygulamalarda kullanımı son yıllarda gittikçe artmaktadır.D.A. sürücülerinde güç dönüştürücüleri AA. sürücülerinkine bağlı olarak daha basit bir yapıda olup maliyetleri daha düşüktür. Sürücü motorların kendileri karşılaştırılacak olursa A.A. motorları daha sağlam, daha güvenilir ve daha ucuz olup, daha az bir bakım gerektirirler. Son yıllara kadar D.A. sürücülerinin yeğ tutulmasına neden olan güç dönüştürücüsü etkeni, günümüzde, güç elektroniği elemanlarındaki ve yarı iletken teknolojisindeki gelişmelerle birlikte önemini yitirmiş ve A.A. motorlar birçok uygulamalarda D.A. motorlarının yerini almaya başlamıştır. A.A. sürücülerinin uygulama alanları iki kümeye ayrılabilir.Birinci küme demir-çelik sanayinde olduğu gibi, yüksek başarımlı hız denetimi gerektiren uygulamalardan oluşur. İkinci kümede ise enerji tasarrufuna yönelik uygulamalar yer alır. Örnek olarak hız denetimli pompa, fan ve kompresör sürücüleri verilebilir. Bu uygulamalarda enerji verimini değişken hız kullanımı ile önemli oranda artırmak olasıdır. Önceleri yalnız yüksek güçlü sürücülerde kullanılan değişken hız denetimi günümüzde ufak güçteki sürücülerde de, örneğin; klima cihazlarında da görülebilmektedir. Bu kısımda AA. motorlarının denetim ilkeleri, önemleri dolayısıyla sincap kafesli ve bilezikli asenkron motorlar üzerinde özellikle durularak, tanıtılacaktır. 4.2.A.A. MOTORLARININ ÖZELLİKLERİ A.A. motorlarında moment bir stator üzerinde, diğeri de rotor üzerinde oluşan iki elektrik alanının etkileşimi sonucu ortaya çıkar. Sabit bir momentin üretilebilmesi için, bu iki alanın motorun hava aralığında eşzamanlı (senkronize) bir durumda olması 84 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu gerekir ve üretilen momentin büyüklüğü aralarındaki faz farkı ile belirlenir. Dengeli üç fazlı bir sistemle beslenen üç fazlı bir sargı düzgün bir şekilde dönen bir alan yaratabilir. Endüstriyel uygulamalarda kullanılan A.A. motorlarının çoğu bu nedenle üç fazlıdır. Senkron makinelerde rotor üzerindeki sargı bir D.A. kaynağından beslenir. Böyle bir sargının oluşturduğu alan dönmez, hareketsiz kalır. Dolayısıyla, iki alanının hava aralığında eşzamanlı bir durumda olabilmesi ve böylece bir momentin oluşabilmesi için rotorun döner alanla eşzamanlı bir şekilde dönmesi gerekir. Döner alanının hızı, üç fazlı A.A. kaynağının frekansına bağlı olup, senkron hız olarak adlandırılır. Asenkron motorlar olarak bilinen endüksiyon motorlarında ise dönen stator alanı kısa devre edilmiş rotor sargılarında, ikisi arasındaki bağıl hıza orantılı bir frekansta akımların indüklenmesine neden olur. Motor bilezikli türden ise rotor üzerindeki sargı, sincap kafesli ise kafes üç fazlı bir sargıdan beklenilen şekilde rotor alanı olarak adlandırılan bir ikinci alan yaratır. Rotor alanı ile stator alanının hava aralığında eşzamanlı bir durumda olabilmesi ve böylece bir momentin oluşabilmesi için rotor hızı ile rotor alanının hızlarının toplamının senkron hıza eşit olabilmesi için rotor hızı ile rotor alanının hızlarının toplamının senkron hıza eşit olması gerekir. Senkron hız ile rotor hızı arasındaki fark kayma olarak bilinir. a) b) Şekil 4.1. Asenkron motorlarda rotor eşdeğer devresi a) Gerçek elektriksel eşdeğer b) Rotora aktarılan gücü belirleyen eşdeğer 85 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu Asenkron motorların özellikleri Şekil 4.1.a’da gösterilen rotor eşdeğer devresinden kolaylıkla elde edilebilir. Bu eşdeğer devre tek bir faz için geçerli olup; Vı = Statora uygulanan gerilim s = Kayma f = f2 = Stator frekansı I2 = Rotor akımının statora indirgenmiş şekli değeri R2 = Rotor direncinin statora indirgenmiş değeri L2 = Durağan rotor endüktansının statora indirgenmiş değeri olup L2 akımı Şekil 4.1.b’den rotora verilen güç I 22 . R2 / s olarak elde edilir. Bu gücün hava aralığındaki güce, diğer bir deyişle, hava aralığındaki moment ile senkron hızın çarpımına eşit olması gerekir. O halde: Herhangi bir manyetik devrede olduğu gibi asenkron motorlarda da hava aralığında oluşturulan manyetik akı, indüklenen gerilim ve frekansa bağlıdır. Statorun kaçak empedansı ihmal edilecek olursa indüklenen gerilim statora uygulanan gerilime yaklaşık olarak eşit olur. Dolayısıyla da manyetik devrenin daima en iyi bir şekilde kullanılabilmesini, doyumun biraz altındaki bir noktada çalışmayı sağlayabilmek için stator geriliminin frekansına oranının sabit tutulması gerekir. Böyle bir çalışmaya, kısaca, sabit V/f ile çalışına denir. Stator frekansının normal çalışma frekansına göre çok küçüldüğü durumlarda stator direnci ön plana çıkar ve 86 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu ile belirlenen momentte önemli oranda bir düşme görülür. Bu gibi durumda. stator gerilimini, Şekil 4.2’de gösterilen şekilde biraz artırmak gerekebilir. Şekil 4.2. Asenkron motorlarda V/f oranının sabit tutulması den elde edilen bir moment-kayma eğrisi Şekil 4.3.’de gösterilmiştir. Şekil 4.3. Asenkron motorlarda moment – kayma Aynı şekilde, üzerinde rotora uygulanan bir yük momenti de verilmiştir. Kuramsal olarak motor, üretilen momentin yük momentine eşit olduğu iki ayrı noktada da, bu noktaların belirlediği bir kayma ile çalışabilir. Bununla birlikte A noktası kararsız bir 87 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu çalışma noktasıdır. Bir an bu noktada çalışıldığını varsayalım. Eğer yük momenti biraz azalacak olursa, üretilen moment uygulanan momentten daha büyük olduğu için, motor hızlanacak bu ise üretilen momentin daha da artmasına neden olacak sonuçta A noktasından eğri üzerinde gittikçe uzaklaşılınca ve sonuçta B noktasına gelinecektir. B noktasında çalışırken ise yük momentindeki küçük bir azalmadan dolayı ortaya çıkan hızlanma üretilen momenti de azaltacak ve yeni bir denge noktasına ulaşılacaktır. Şekilde gösterilen yük momenti için motorun yük altında kalkamayacağını burada belirtmek gerekir. Çünkü sıfır hızda üretilen moment, yük momentinden daha azdır. Şekil 4.4 Asenkron motorlarda momentin frekansla değişimi a) Moment- hız eğrileri b) Moment- kayma eğrileri Şekil 4.3’de gösterilen moment-hız eğrisinde tepe noktası devrilme momenti olarak bilinir. Motora uygulanabilecek en yüksek moment olup, hava aralığı akışının karesiyle orantılıdır. Sabit V/f ile çalışmada akı sabit kaldığına göre devrilme momenti de sabit kalır. Şekil 4.4’de değişik frekanslar için moment-hız ve moment-kayma eğrileri verilmiştir.Görülebileceği üzere düşük frekanslarda kalkış (starting) momenti daha yüksek değerler almaktadır. Tam yük altındaki kayma ise yüksek frekanslarda daha azdır. 88 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu Değişken hızlı asenkron motor sürücülerde yaygın olarak izlenen yöntem, anma frekansına kadar V/f oranı sabit kalacak şekilde frekansı değiştirmektir. Daha yüksek frekanslarda ise stator gerilimi sabit tutulur. Sonuç olarak motor Şekil 4.5’de gösterilen biçimde anma frekansına kadar sabit moment koşulları altında, daha sonra ise sabit güç altında çalışır.V/f oranının sabit tutarak stator frekansına değiştirmenin kalkış momenti ve kalkış akımı üzerindeki etkileri Şekil 4.6’da verilmiştir. Görüleceği üzere düşük frekanslarda kalkış için çok uygun koşullar (yüksek moment, düşük akım) ortaya çıkmaktadır. Bir asenkron motorun direkt olarak şebekeye bağlanması durumunda anma akımının 6-7 katı bir kalkış akımı çekeceği bilinmektedir. Pratikte kalkış sırasında daha düşük bir gerilim uygulanır, bu da kalkış momentinin azalmasına neden olur. Frekans denetimi ile bu sakınca ortadan kaldırılabilir. Şekil 4.5. Asenkron motorlarda sabit devrilme momenti ve sabit devrilme ile çalışma Yukarıda açıklananlardan bir asenkron motorun hızının, frekansının veya kaymanın değiştirilmesi olmak üzere iki yöntemle denetlenebileceği sonucu çıkmaktadır. Pratikte üç yöntem kullanılmaktadır. 1. V/f oranı sabit kalacak şekilde stator frekansını değiştirerek, 2. Rotor üzerindeki kayıpları dolayısıyla da kaymayı değiştirerek, 3. Kaynak frekansını değiştirmeden gerilimi değiştirerek. 89 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu Şekil 4.6. Sabit V / f koşulları altında kalkış momenti ve akımının frekansa göre değişimi (K: Uygulanan frekans / anma frekansı) 90
