asenkron motorların yapısı ve özellikleri - akarsu

ASENKRON MOTORLARIN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ
1.1. Giriş
Asenkron motorlar, endüstride en fazla kullanılan elektrik makineleridir. Çalışma ilkesi
bakımından asenkron motorlara endüksiyon motorları da denir. Asenkron motorların
çalışmaları sırasında elektrik arkı meydana gelmez. Ayrıca diğer elektrik makinelerine
göre daha ucuzlardır ve bakıma daha az ihtiyaç gösterirler. Bu özellikler, asenkron
motorların endüstride en çok kullanılan motorlar olmalarına sebep olmuştur. Asenkron
makineler endüstride genellikle motor olarak çalıştırılırlar, fakat belirli koşulların
sağlanması durumunda generatör olarak da çalıştırılabilirler. Asenkron makineleri
senkron makinelerden ayran en büyük özellik, dönme hızının sabit olmayışıdır. Bu hız
motor olarak çalışmada senkron hızdan küçüktür. Makinenin asenkron olusu bu
özelliğinden ileri gelmektedir.
Asenkron motorlar genel olarak stator ve rotor olmak üzere iki kısımdan yapılmışlardır.
Stator, asenkron motorun duran kısmıdır. Rotor ise donen kısmıdır. Asenkron motorun
rotoru, kısa devreli rotor (sincap kafesli rotor) ve sargılı rotor (bilezikli rotor) olmak
üzere iki çeşittir. Asenkron motor, rotorun yapım biçimine göre bilezikli ve kafesli
asenkron motor olarak tanımlanır.
Rotoru sincap kafesli asenkron motorun ve bilezikli asenkron motorun statoru ayni
şekilde yapılmıştır. Asenkron motorun statoru; gövde, stator-sac paketleri ve stator
sargılarından oluşmuştur. Rotoru bilezikli asenkron motorun rotoru stator içinde
yataklanmıştır. Rotor mili üzerinde rotor sac paketi ve döner bilezikler bulunur. Rotor sac
paketi üzerine açılmış oluklara rotor sargıları döşenmiştir. Hemen hemen bütün
rotorlarda uç sargı (üç faz sargısı) bulunmaktadır. Bu sargılar genellikle yıldız; ender
olarak üçgen bağlanırlar. Bazı durumlarda rotorlarda, çift sargıya da (çift faz sargısı)
rastlanmaktadır. Bu tur sargılar motor içinde V-devresi seklinde bağlanırlar. İster çift,
ister uç sargılı olsun, sargı uçları rotor üzerinde bulunan döner bileziklere bağlanır.
Döner bileziklerle, akim devresi arasındaki bağlantı kömür fırçalar yardımıyla sağlanır.
Sincap kafesli asenkron motorun ise rotor sac paketi oluklarında sargılar yerine
alüminyum yada bakırdan yuvarlak ve kanatçık seklinde çubuklar bulunur. Bu çubuklar
her iki ucundan kısa devre bilezikleriyle elektriksel olarak kısa devre edilmiştir.
Asenkron motorun birçok özel yapım türü vardır. Rotoru dışarıda, statoru içerde bulunan
dış rotorlu asenkron motor, ayrıca rotor sargısı bulunmayan kütlesel rotorlu asenkron
motor, iki fazlı asenkron motor, iki fazlı servo motor, eylemsizlik momentinin çok küçük
olması istenen hallerde kullanılan ve rotoru alüminyum veya bakırdan bos bir silindir
olan ferraris motoru vb. Kafesli ve bilezikli asenkron motor dahil, bütün yapım türleri
arasında çalışma ilkesi bakımından fark yoktur.
Sanayide ve diğer bir çok alanda büyük çoğunlukla kullanılan kafesli tip yapımı en kolay,
en dayanıklı, isletme güvenliği en yüksek, bakim gereksinimi en az ve en yaygın, elektrik
motorudur. Normal kafesli asenkron motorun sakıncası kalkış momentinin nispeten
küçük, kalkış akımının büyük olmasıdır. Bu sakıncayı gideren akim yığılmalı asenkron
motorlarda kafes yüksek çubuklu, çift çubuklu gibi özel biçimlerde yapılır. Çok küçük ve
küçük güçlerde yapılan tek fazlı asenkron motorlar da genellikle kafes rotorludur.
Bilezikli asenkron motorun yararı, ek dirençler yardımı ile kalkış akiminin istendiği kadar
azaltılabilmesi, kalkış ve frenleme momentinin arttırabilmesidir. Şebekelerin çok
güçlenmesi ile kalkış akimini sınırlamanın önemi azalmıştır, fakat yüksek kalkış momenti
ve uzun kalkış suresi bazı tahriklerde bilezikli asenkron motorun uygulamasını
gerektirebilir.
1.2. Bilezikli Asenkron Motor
Bilezikli asenkron motorun döndürme momenti, stator ve rotorda oluşan döner alanların
magnetik akılarına bağlıdır. Magnetik akılar sargılardan çekilen akımlarla doğru orantılı
olduklarından, döndürme momentinin, motorun akım çekisine bağlı olduğu sonucuna
varılır.
Döner bilezikler kısa devre edildiği takdirde, rotor akimi devresinde rotor sargılarının
tepkin direnci (endüktansı) büyük ölçüde söz konusudur. Endüktif direnç halinde, rotorda
endüklenen gerilim ile rotor akımı arasındaki faz farkı 90 olmaktadır. Ortaya çıkan bu faz
farkı rotor döner alanını 90 kaydırır ve rotor döner alan kutupları ile stator döner alanının
özdeş kutupları tam olarak karşı karşıya gelir. Bunun sonucu yalnızca rotor mili yönünde
etkiyen bir kuvvet ortaya çıkar ve rotorun dönmesi artık söz konusu olmaz. Ancak,
anlatılan bu oluşumlar sadece bir varsayımdır. Yani sargıların sadece tepkin direnci göz
önüne alınarak ileri sürülmüştür. Oysaki, sargıların çok küçük dahi olsa, bir miktar etkin
direncinden dolayı gerilim ile akım arasındaki faz farkı 90 den daima küçüktür. Bu
nedenle rotor durmaz, ancak döndürme momenti en küçük değerine ulaşır.
Rotor döner alan yönünde döndürüldüğünde, rotor akiminin frekansı küçülmeye baslar.
Bununla birlikte rotor sargısının tepkin direnci : XL = 2пfL azalır, ancak etkin dirençte bir
değişiklik olmaz. Bunun sonucu faz farkı küçülerek motor kutuplarının rotor kutuplarına
uyguladığı döndürme momenti buyur. Rotor sargılarındaki akim ile gerilim arasında, faz
farkı ne kadar küçük olursa, döndürme momenti o kadar büyük olur.
Diğer bir acıdan rotor devir sayısının yükselmesi rotorda endüklenen gerilimi düşürdüğü
ve bunun sonucu rotor akımı ile döndürme momentinin tekrar azaldığı söylenebilir. Faz
farkı küçülmesi ağır bastığında, döndürme momenti büyüyecek, buna karsın endüklenen
gerilim ağır basarsa, döndürme momenti küçülecektir.
Bugün uygulamada bulunan asenkron motor talimatlarına göre, motoru sükunet
durumdan çıkarmak için gerekli moment ilk dondurma momenti ve en büyük döndürme
momenti devrilme momenti olarak tanımlanır. Motorun anma devri ile dönmesi anında
milinden uygulayacağı döndürme momentine anma momenti denilir. Devrilme momenti
anma momentinin en az 1,6 katı büyüklüğünde olmalıdır.
Bazı motorlarda döndürme momenti motorun yol almasından sonra ikinci kez
düşmektedir. Motorun yol almasından sonra ortaya çıkan en küçük moment geçitmomenti olarak anılmaktadır. Nitekim rotor akim devresine yol verme dirençlerinin
bağlanmasıyla, rotor devresinin etkin direnci büyütülmekte ve dolayısıyla akım ile
gerilim arasındaki faz farkı küçük tutulmaktadır. Bunun sonucu çok küçük devir
sayılarında döndürme momenti büyük olur. Buna karsın, devir şayisi yükseldikçe
rotordan gecen akım şiddetle azalır.
Rotoru bilezikli asenkron motorlarda, kömür fırçalar üzerinden rotor akimi geçerken, güç
kayıpları oluşur. Ayrıca kömür fırçalar ve döner bilezikler devamlı aşınır. 20 kilowatt
gücün üstündeki motorlarda genellikle fırça kaldırma sustaları vardır. Çok yüksek
devirler sonucu döner bilezikler arası dolarak kısa devreler ortaya çıkar. Bu gibi
durumlarda fırça kaldırma sustaları çalışarak fırçaları döner bileziklerden ayrılır.
Yol verme dirençlerinin üzerinden gecen akım nedeni, ısı kayıplarının ortaya çıkması
istenmeyen bir oluşumdur. Dirençler yerine bobinlerin yol verme devresinde kullanılması
daha büyük sorunlar getirir. Çünkü bobin üzerinde endüktans nedeni ile oluşan faz farkı
motordaki faz farkını büyültmekte ve bunun sonucu yol alma momenti düşmektedir. Bu
nedenle sakıncalarına rağmen dirençlerin kullanılması zorunlu olmaktadır.
Rotoru bilezikli asenkron motorların kalkış akımları nominal akımlarından çok büyük
olmadığından, bu motorlar, örneğin : büyük su pompaları, tas kırma makineleri ve büyük
takım tezgahları gibi yüksek güç gereksinen makinelerin işletmesinde tercih edilir.
Bilezikli rotorun ilk döndürme momenti çok büyük olduğundan, büyük vinçler gibi çok
kuvvetli yükler altında devamlı çalışacak makinelerin kuvvet üreten kesimlerinde bu
motorlardan yararlanılmaktadır. Ayrıca devir sayıları ayarlanabildiğinden kren ve ayarlı
makine tezgahlarında sık sık kullanılmaktadır.
1.3. Sincap Kafesli Asenkron Motor
Sincap kafesli (kısa devre rotorlu) asenkron motorlar isletme anında bilezikleri kısa
devre edilmiş rotoru bilezikli motorlarla hemen hemen aynı özellikleri gösterir. Kısa
devre rotorunun ilk döndürme momenti daha küçük ve ilk akım çekisi daha büyüktür.
Kısa devre rotorlu motorların ilk akım çekişi : anma akiminin 8-10 katı büyüklükte
olmaktadır. Geçit momentini küçük tutmak amacı ile rotor çubukları yatık yada Vbasamakları halinde tertiplenirler. Bazı kafes rotorlu motorların rotorları ilk devre
bağlama anında yüksek bir etkin direnç ve motor yüksek devire geldikten sonra küçük bir
etkin direnç gösterir. Bir tur kendinden yol verme dirençli olan bu rotorlarda ilk devre
bağlama anında akım çekişi küçük ve ilk döndürme momenti büyük olmaktadır. Bunun
sonucu motor daha yumuşak yol alır. Motor yüksek devire ulaştığında rotor direnci
kendiliğinden küçülür ve yüklenmeler karsısında devir şayisi değişikliklerini büyük
ölçüde önler. Bu tur otomatik direnç ayarlı bir rotor, deri etki prensibine göre çalışır. Ve
bunlara bu nedenle deri etkili rotor da denir. Deri etkili rotorların sac paketi üzerinde alt
alta iki sincap kafesi bulunur. Alttaki kafes isletme kafesi; üstteki kafes yol verme kafesi
olarak anılmaktadır. Devre bağlama anında hem isletme kafesinin, hem de yol verme
kafesinin çubukları üzerinden alternatif akımlar geçer. Üzerinden akim geçiren çubuklar
çevresinde magnetik alanlar oluşur. Her bir çubuğun magnetik alanı hem kendisine hem
de komşu çubuğa etkiyerek çubuk dirençlerinin yükselmesine neden olur (deri
etkisi).isletme kafesinin çubukları altta bulunduğundan, bunların alan çizgileri daha çok
demir üzerinden geçmekte ve magnetik akının büyük olmasından dolayı dirençleri daha
büyük olmaktadır. Rotor devir sayısı arttıkça, motor frekansı düşer ve deri etkisi akım
frekansı ile doğru orantılı olduğundan çubukların direnci küçülür.
Deri etkili rotorların ilk döndürme momentleri büyük ve ilk adım çekişleri küçüktür.
Bunların en büyük sakıncalı tarafı, oluk kesitlerinin, yani diğer bir deyişle hava
aralıklarının oldukça büyük olmasıdır. Bu nedenle bunlarda akı kaçakları büyük, güç
faktörü ve verimi küçük olmaktadır.
Daha hafif ve ucuz olan kafes rotorlu motorlar çok az bir bakıma gereksinim duyarlar ve
fırçaları olmadığından kıvılcım; yani parazit oluşturmazlar. Bu üstünlüklerinden dolayı
rotoru bilezikli motorlara yağ tutulur. Sincap kafesli asenkron motorlardan, örneğin: iş
makinelerinde, kaldırma düzenlerinde ve tarım makinelerinde yararlanılmaktadır.
BÖLÜM 2:ASENKRON MOTORLARININ ÇALIŞMA PRENSİBİ
Asenkron motorlar transformatörler gibi endükleme esasına göre çalıştığından Asenkron
motorlara Endüksiyon motorları da denir. Transformatörler statik (duran), motorlar ise
(hareketli) dinamiktir.
2.l. İndüksiyon prensiplerinin hatırlatılması:
"Dönen bir manyetik alan içerisinde bulunan iletkenlerde gerilim indüklenir."
"Dönen bir manyetik alan içerisinde bulunan iletkenlerden bir akım geçirilirse, iletkenler
manyetik alan tarafından itilirler."
Bir rotorun dönebilmesi için;
1 - Rotor iletkenlerinden bir akımın geçmesi
2- Rotor iletkenlerinin dönen bir manyetik alan içerisinde bulunması gerekir.
Normal olarak asenkron motorlarda stator ile rotor arasında herhangi bir elektriki bağ
yoktur. Rotor dışardan bir kaynak tarafından beslenmez. Statorda dışardan döndürülmez.
Statorlar daimi mıknatıslı yapılmaz. Asenkron motorlarda dönen daimi mıknatısın
görevini stator sargılarına uygulanan üç fazlı akımın meydana getirdiği "döner alan"
yapar.
2. 2. Manyetik döner alanın oluşması:
Döner alan : Asenkron motorlarda stator sargılarına uygulanan üç fazlı akımın meydana
getirdiği alana döner alan denir.
2.2.1.Üç fazlı döner alan :
Şekil 3’de görüldüğü gibi, statordaki 6 oluğa aralarında faz farkı bulunan üç bobin
yerleştirilmiştir.
a durumunda; (0° de ) Üç fazlı akımın sinüs eğrilerinin 1. faz (+) maksimum değerde, II.
ve III. fazlar (-) değerdedir.
1. faz için akımın girişi A dan E ye doğru, II. faz için E den A ya doğru ve III. faz için de
yine E den A ya doğrudur. Bu durumda üst bölgede akımlarının girişleri, alt bölgede de
akımların çıkışları, dolayısıyla alan yönü sağdan sola doğru olacak ve sağda N kutbu,
Solda da S kutbu meydana gelecektir.
b durumunda; (45°’de) L ve II. fazlar (+) değerde, El. faz (-) değerdedir. Akım girişleri a
durumuna göre sağa doğru kaydığından, alan da buna uyarak, durumuna göre biraz
yukarıya doğru dönmüştür.
c durumunda; ( 90°’de) I. faz sıfır, II. faz (+) ve IH. Faz (-) değerdedir. 1. fazdan hiç
akım geçmediğinden. II. ve III. fazın girişleri sağda, çıkışlarda solda olup alan yönü
aşağıdan yukarıya doğrudur.
d durumunda; (180°’de) II. ve III. fazlar (+) I. faz (-) değerdedir. Bu durumda akım
çıkışları üst oluklarda, girişleri de alt oluklarda olması nedeni ile alan yönü, a durumunun
tamamen aksi olup soldan sağa doğrudur.
e durumunda; (270°’de) I. faz yine sıfır, II. faz (-) III. faz (+) değerde olup, alan yöne
yukarıdan aşağıya doğrudur.
Sonuç olarak, alan üç fazlı alternatif akımın değişimine bağlı olarak dönmektedir.
2.3. Döner alan içerisindeki rotorun dönüşü
Şekil 4’de stator sargıların dan geçen üç fazlı alternatif akım sargılarında döner bir
manyetik alan oluşturduğunu ve dönen manyetik alan içerisinde bulunan iletkenlerde bir
gerilim indüklendiğini böylece kısa devre edilmiş rotordan bir akım geçeceğini biliyoruz.
Rotordan geçen bu akımlar rotor üzerinde N ve S kutuplarını meydana getirirler.
Dönen stator kutuplan rotor kutuplarını etkiliyor. "Aynı kutuplar birbirini iter, zıt
kutuplar birbirini çeker." Prensibiyle rotoru saat ibresi yönünde döndürecektir.
2.4. Asenkron motorlarda kayma:
Alternatif akim motorlarında moment, biri stator üzerinde, diğeri de rotor üzerinde
oluşan iki elektrik alanının etkileşimi sonucu ortaya çıkar. Sabit bir momentin
üretilebilmesi için, bu iki alanının, motorun hava aralığında eş zamanlı (senkronize) bir
durumda olması gerekir ve üretilen momentin büyüklüğü aralarındaki faz farkı ile
belirlenir. Dengeli üç fazlı bir sistemle beslenen üç fazlı bir sargı düzgün bir şekilde
donen bir alan meydana getirebilir. Endüstriyel uygulamalarda kullanılan asenkron
makinelerin çoğu bu nedenle üç fazlıdır.
Asenkron motorlarda donen stator alanı kısa devre edilmiş rotor sargılarında, ikisi
arasındaki bağıl hıza orantılı bir frekansta akımların endüklenmesine neden olur. Motor
bilezikli türden ise rotor üzerindeki sargı, sincap kafesli ise kafes, üç fazlı bir sargıdan
beklenilen bir şekilde, rotor alanı olarak adlandırılan bir ikinci alan oluşturur. Rotor
alanıyla stator alanının hızlarının toplamının senkron hiza eşit olması gerekir. Senkron
hız ile rotor hızı arasındaki fark kayma olarak bilinir. Yani rotor hızının senkron hızına
göre bağıl hızı bize kaymayı verir. Kayma S sembolü ile gösterilir.
2.5. Asenkron Motorun Rotor Devre Frekansı ve Endüklenen Gerilim:
Asenkron motor dururken, stator sargılarına gerilim uygulandığı anda rotor dönmeye
başlamadan, stator frekansı fs ve rotor frekansı fr birbirlerine eşittirler. Benzer olarak
stator sargılarında endüklenen Es gerilimi ile rotor sargılarında endüklenen Er gerilim de,
dönüştürme oranı a= 1 ise, birbirlerine eşittir. Ayrıca nr = 0 olduğundan, kayma s = 1
olur. Rotor senkron hızda dönerse, nr = ns olacağından, kayma s = 0, fr = 0 Hz ve Er = 0
volt olur. Çünkü, rotor çubukları stator döner alan hızında döndüğünden, stator manyetik
akısı tarafından kesilmemektedir. Kaymanın 1≥s>O arasındaki değerlerde ise, statora
uygulanan gerilimin frekansı fs iken rotorda endüklenen gerilimin frekansı da kaymaya
bağlı olarak aşağıdaki gibi ifade edilir:
Stator döner alan hızı ns= 120fs/P olarak ifade edildiğine göre, fs=Pns/l20 olur.
Buradan;
Stator ve rotor sargılarında endüklenen gerilimler arasındaki bağıntı da frekans bağıntısı
ile aynı olup aşağıdaki gibi ifade edilir:
Er = s(Er)
görüldüğü gibi, rotor dönerken stator ve rotor frekansları ile endüklenen gerilimler
arasındaki bağıntı kayma ile orantılıdır. Rotor hızı normal çalışmada senkron hıza çok
yakın olduğundan kayma küçük olacaktır. Kaymaya bağlı olarak rotor frekansı ve gerilimi
de azalacaktır.
BÖLÜM 3: ASENKRON MOTORUN BİR FAZ EŞDEĞER DEVRESİ
Asenkron motorun statoruna alternatif gerilim uygulandığında stator sargılarından akım
geçer. Stator akımı nüve üzerine sarılmış olan stator sargıları etrafında zamana bağlı
olarak değişen manyetik akı oluşturur. Bu manyetik akının çok az bir kısmı havadan
kaçak olarak devresini tamamlarken, geriye kalan miktarı da stator ve rotor demir
nüveleri ile stator rotor arasındaki hava boşluğundan devresini tamamlar.
Havadan devresini tamamlayan kaçak akılardan dolayı statorda kaçak endüktans Lsℓ ve
dolayısıyla kaçak reaktans Xsℓ oluşur. Ayrıca stator sargılarının iç direnci Rs de stator
devresinde stator reaktansına seri bağlanır. Statora uygulanan gerilimin frekansı fs ise,
stator kaçak endüktansı ve reaktansı aşağıdaki gibi ifade edilir:
Xsℓ=2п fs Lsℓ
Stator sargılarında endüklenen gerilim Es, statora uygulanan Vs gerilimi ile stator direnç
ve kaçak reaktansında düşen gerilimlerin farkına eşittir. Buna göre:
BÖLÜM 4: ASENKRON MOTOR PARAMETRELERİNİN HESAPLANMASI İÇİN GEREKLİ
DENEYLER
4.1. DC deney
Bu deneyi yapmadan önce asenkron motor tam yükünde anma sıcaklığına ulaşıncaya
kadar çalıştırılır, veya statora karışık frekanslı gerilim uygulanarak motorun şebekeden
tam yük akımı çekmesi sağlanıp, motor sıcaklığı kısa sürede anma değerine çıkarılır.
Böylece, stator direncinin ölçümü sırasında sıcaklıktan dolayı oluşacak hata minimum
değere indirilir. Daha sonra, motorun stator uçlarının üçgen veya yıldız bağlı durumu göz
önünde bulundurularak, sargı uçlarından herhangi ikisine ayarlı DC kaynaktan gerilim
uygulanır. Gerilim değeri sıfırdan başlayarak artırılır, stator sargılarından geçen akım
motorun tam yük akım değerine ulaşınca, uygulanan gerilim ve şebekeden çekilen akım
kaydedilir. Daha sonra motor sargılarının bağlantı durumuna göre stator sargısının bir
faz DC direnç değeri bulunur. Bulunan DC direnç değeri 1.11 katsayısı ile çarpılarak AC
direnç değeri bulunmuş olur. Asenkron motorun DC deneyi için gerekli bağlantı şekli
aşağıda verilmiştir.
4.2. Boşta (Yüksüz) Çalışma Deneyi
Bu deneyde asenkron motor anma gerilim değeriyle yüksüz olarak çalıştınlır. Motorun
bağlantısı üçgen veya yıldız olabilir. Motor boşta çalışırken, şebekeden çekilen üç faz
akımı, faz gerilimi ve şebekeden çekilen toplam güç iki watmetre metodu ile ölçülür.
Şekil 6.2.1' de boş çalışma deneyine ilişkin bağlantı şeması verilmiştir.
Motorun şebekeden çektiği üç faz ortalaması alınarak bir faz akım değeri bulunur:
Inℓ=(I1+I2+I3)/3
Asenkron motor. boşta çalışırken rotor hızı senkron hıza çok yakın olduğundan motorun
kayması çok küçük olup sıfıra yakındır. Kaymanın çok küçük olması nedeniyle R'r(1¬s)/s değeri (R'r+jX'rℓ
değerinden çok büyüktür. Bu nedenle, rotor empedansı
yaklaşık olarak R'r(1-s)/s değerine eşittir. (R'r+jX'rℓ
değeri ise rotor empedansına
fazla etki etmediğinden, Şekil 8'de görüldüğü gibi ihmal edilir. Boş çalışmada rotor
devresinden geçen akım, R'r(l-s)/s değerinin çok büyük olması nedeniyle oldukça
küçüktür. Dolayısıyla boştaki rotor bakır kayıpları ihmal edilir. Stator bakır kayıpları ise
Pscℓ=3Inℓ^2Rs ifadesi ile bulunur.
4.3. Kilitli Rotor Deneyi
Asenkron motor sargılan anma sıcaklığına eriştikten sonra Şekil 7 deki deney bağlantısı
gerçekleştirilir. Motorun rotoru özel bir mekanizma ile sabitleştirilerek dönmemesi
sağlanır. Daha sonra, ayarlı alternatif güç kaynağından uygulanan gerilim yavaş yavaş
artırılır. Statordan geçen akım dikkatlice ampermetreden okunarak, akım değeri anma
değerine ulaşınca ölçü aletlerinden gerilim akım ve güç değerleri okunarak kaydedilir. Bu
deney esnasında dikkat edilecek en önemli hususlardan birisi, motora başlangıçta sıfır
gerilim uygulayarak başlamaktır. Rotor kilitli durumda olduğundan, başlangıçta
uygulanacak yüksek gerilim stator sargılarından çok büyük miktarda akım geçmesine
neden olur. Ayrıca etkin rotor direnci B ve C sınıfı motorlarda frekansa direkt bağlı olup,
rotorun kilitsiz çalışması durumunda senkron hıza yakın değerlerde, rotor frekansı
kaymanın çok küçük olması nedeniyle 1 Hz ile 3 Hz arasında değişir. Diğer taraftan, rotor
kalkınmaya başlarken kayma s= 1 olduğundan, rotor frekansı stator frekansına eşit olup,
etkin rotor direnci çok küçüktür. Asenkron motorun rotor etkin direncinin frekansa bağlı
olarak değiştiği göz önünde bulundurularak, deneyi normal frekansından daha düşük
frekans değerinde gerçekleştirmek gerekir. Bunun için öngörülen frekans değeri normal
frekans değerinin %25'i veya daha az bir değerdir. Bu durum rotor direnci sabit olan A
ve B sınıfı asenkron motorlar için de geçerlidir. Ancak rotor direnci değişken olan
motorlar için geçerli olmayıp bazı problemler oluşturabilir. Bundan dolayı düşük frekans
değerinde yapılan kilitli rotor deneyinde hassas ölçüm gerekir. Kilitli rotor deneyinden
hesaplanan reaktans değerleri fs/ftest oranıyla çarpılarak normal çalışma frekans
değerindeki reaktanslar bulunur.
Motorun bir faz stator sargısından geçen akım değeri, her üç fazdan okunan akım
değerlerinin eşitlik Pscℓ=3Inℓ^2Rs ‘deki gibi ortalaması alınarak bulunur. Kilitli rotor
deneyinde, motor bir trafo gibi çalıştığından, kayma s= 1 olup, stator ve rotorda
endüklenen gerilimlerin frekanslan birbirlerine eşittirler. Buna bağlı olarak da, mekanik
kayıpları sıfır olur. Dolayısıyla, rotor devresinin empedansı sadece R'r+X'rl değerine eşit
olur. Asenkron motorun uyartım devre empedansı Rc /Xm ile rotor devre empedansı
karşılaştırıldığında, Rc//Xm » R'r+X'rℓ olur. Buna göre rotor devresinden geçen akım i'
r»Iu olur. Bundan dolayı uyartım devresini ihmal etmekle çok büyük bir hata yapılmış
olunmaz. Geriye sadece stator ve rotor devre empedansları kalır. Bu neticeye göre kilitli
rotor deneyi için asenkron motorun bir ,faz eşdeğer devresi Şekil 9 'deki duruma gelir.
Kilitli rotor deneyinde Is akımı I'r akımına eşittir. Kaynaktan çekilen aktif güç ise
motorun stator ve rotor bakır kayıpları ile nüve kayıplarının toplamına eşittir. Herhangi
bir dönme hareketi olmadığından, kilitli rotor deneyinde mekanik veya döner kayıplar
sıfırdır. Uyartım devresi az bir hata ile ihmal edildiğinden, kaynaktan çekilen aktif gücü
sadece stator ve rotor bakır kayıplarına eşitlemek mümkündür.
BÖLÜM 5: ASENKRON MOTORLARA YOL VERME
5.1. Asenkron Motorlara Yolverme Metodları
Asenkron motorlar üç fazlı sistemden beslenir ve sargılan 220 V veya 380 V değerindeki
gerilime göre sarılırlar. Özel durumlarda sargılara uygulanacak gerilim farklı değerlerde
olabilir. Eğer motor tam yük altında üçgen çalışacak şekilde imal edildiyse, motorun
stator sargıları direkt olarak 380 V gerilime göre sarılırlar. Tam yük altında yıldız
çalışacak şekilde imal edilen motorların stator sargıları ise 220 V gerilime göre sarılırlar.
Sargılara uygulanan bu gerilim, sargı empedanslarının küçük olması nedeniyle kalkınma
anında çok fazla akım çekilmesine neden olur. Motor ilk kalkınma anında rotor dönmediği
için sekonderi kısadevre edilmiş bir trafo gibi çalışır. Dolayısıyla rotor devresinden ve
buna bağlı olarak stator devresinden kalkınma ,anında yaklaşık olarak tam yük akımının
4-8 katı kadar bir akım çekilir. Kalkınma torkları ise tam yük torkunun 2-3.5 katı
kadardır. Bundan dolayı asenkron motorlar genellikle boşta çalıştırılıp, anma hız
değerlerine ulaşıldıktan sonra yüklenirler. Asenkron motorların kalkınma anında fazla
akım çekmesi kumanda devresinde kullanılacak elemanlar ve iletkenlerin maliyetini
artıracağından, bazı yöntemler yardımıyla kalkınma akımı belirli değerlerde tutulur. Bu
yöntemlerin ana prensibi, stator sargılarına düşük gerilim
uygulamaktır. Bu maksatla aşağıdaki metodlar kullanılır:
1. Motora yıldız-üçgen yol verilir.
2. Stator sargılarına ön direnç bağlanır.
3. Stator sargıları ayarlı üç fazlı bir güç kaynağından beslenir.
4. Rotoru sargılı asenkron motorlarda, rotor sargılarına harici dirençler bağlanır. Sincap
kafesli asenkron motorlarda ise rotor yapıları uygun şekilde imal edilerek kalkınma
anında rotor etkin direncinin büyük olması sağlanır.
5.2. Motora Yıldız-üçgen Yol verme
Yıldız-üçgen yol verilen motorlarda, motorun stator sargıları üçgen bağlantıdaki maruz
kalacağı gerilim değerinin etkisinden ve aşırı akım ve güç çekmesinden ilk kalkınma
anında kurtulmaktadır. Motorun yıldız veya üçgen çalıştırılması durumunda akım,
gerilim, güç ve tork ifadeleri Şekil 10 gösterilmiştir.
Şekil 10' da bir asenkron motora yıldız-üçgen yol verme güç devresi verilmiştir. Bu
devrede, motor önce yıldız, sonra da üçgen çalışmaya geçer. Yıldız çalışmada M ve Y
kontaktörleri, üçgen çalışmada ise M ve ∆ kontaktörleri kapalı durumdadır. Yıldız-üçgen
bağlantıyı gerçekleştirecek , kumanda devresi burada gösterilmemiştir. Ancak kumanda
devresinin tasarlanmasında, yıldız kontaktörü çalışırken üçgen kontaktörü
çalışmamaktadır.
5.3. Stator Sargılarına Ön Direnç Bağlamak
Stator sargılarının kalkınma anında yüksek gerilime maruz kalmasını önlemek için, ayarlı
veya kademeli ön dirençler kullanılır. Kullanılacak olan dirençler sadece gerilim bölücü
görevi görürler. Ayarlı olanlar reosta veya statik direnç (yarı iletken kontrollü direnç)
olabilir. Kademeli olanlarda ise, kademe sayısı istenilen sayıda olabilmektedir.
Motor önce R1 ve R2 dirençleri devrede iken yol almaya başlar. Motor hızlandıkça, belirli
zaman aralıklarında gruplar halinde önce R1 dirençleri, belirli bir zaman sonra da R2
dirençleri M1 ve M2 kontakları ile kısa devre edilirler. Daha sonra motor üçgen çalışmaya
geçer. Böylece motorun düşük gerilim ve akımla kalkınması sağlanmış olur.
5.4. Stator Sargılarını Ayarlı Üç Fazlı Bir Kaynaktan Beslemek
Asenkron motorun stator sargılarına düşük gerilim uygulamanın bir diğer yöntemi de,
sargıları üç fazlı ayarlı güç kaynağından beslemektir. Ayarlı güç kaynağı yardımıyla
istenilen değerde kademesiz gerilim ayarı yapmak mümkündür. Ancak, uygulanacak
gerilim değeri belirli değerlerin altına düşerse, motorun üreteceği tork yük torkunu
yenemeyeceğinden ,motor kalkınamaz. Motorun stator sargılarına, uygulanan düşük
gerilim nedeniyle, asenkron motor kalkmma anında düşük akım çeker, anma hızına
çıktığında motora uygulanan gerilim yavaş yavaş artırılır. Böylece motorun normal
gerilim altında kalkınması durumunda aşırı akımın sebep olacağı zararlar giderilmiş olur.
Asenkron motorun ürettiği tork, stator sargılarına
uygulanan gerilimin karesiyle orantılı olduğundan, düşükgerilimlerde, motorda
endüklenen tork da azalacaktır. Bu durum göz önünde bulundurularak gerilim ayarı
yapılmalıdır. Şekil 13 bir asenkron motorun ayarlı üç fazlı güç kaynağından yol
verilmesine ilişkin güç devresini göstermektedir. Asenkron motor üçgen olarak yol
almakta, ancak güç kaynağı ayarlanarak motora düşük gerilim uygulanması
sağlanmaktadır.
5.5. Rotor Sargı Dirençlerinin Artırılması
Asenkron motorların kalkınma anında aşırı akım çekmesinin nedeni; hız sıfır iken rotorda
endüklenen gerilimin yüksek olması ve bu gerilim değerinin çok küçük bir rotor
empedansı üzerinden kısa devre edilmesidir. Rotor devresine bağlanacak dış dirençler
yardımıyla rotorun toplam empedansı artırılacağından, rotor devresinden geçen akım
azalacak ve rotor geriliminin kısa devre olması ortadan kalkacaktır.Harici direnç değeri
arttıkça motorun ürettiği kalkınma torku artmakta, ancak anma hızında çalışırken
kayması da artmaktadır. İşte bundan dolayı motorun kalkınma anında rotor direnci
büyük, anma hızında çalışırken rotor direnci küçük yapılarak kayma en aza indirilir. Rotor
devresine çok büyük değerli bir direnç bağlanırsa veya rotor sargı uçları açık devre
yapılırsa motorun kalkınması mümkün olmayabilir. Çünkü açık devre yapılan rotor
devresinden akım geçmez. Rotor akımının sıfır olması durumunda ise motor tork
üretmez. Dolayısıyla, rotor devresine bağlanacak harici direnç motoru kalkındıracak
kadar tork üretebilen bir değerde olmalıdır.
Sincap kafesli asenkron motorlarda ise rotor direnç değerleri rotor yapılarının uygun
şekillerde imal edilmesiyle elde edilir. Rotor yapısının uygun biçimde imal edilmesiyle,
kalkınma anında rotor direnci büyük olmakta, hız arttıkça kaymaya bağlı olarak direnç
azalmaktadır. Böylece motorun kalkınma anında düşük akım çekmesi sağlanmış
olmaktadır.
Şekil 14 de rotoru sargılı bir asenkron motorun rotor sargı dirençlerinin artırılarak yol
verilmesine ilişkin güç devresi verilmektedir. Burada rotor devresine seri olarak iki gurup
direnç bağlanmıştır. Motor yıldız olarak yol almaya başladığında, yol aldıkça önce R1
direnç gurubu ML kontakları tarafından, bir süre sonra da R2 direnç gurubu M2
kontakları tarafından kısa-devre edilir.
Rotoru sargılı asenkron motorun rotor sargı uçları altı adet olarak bağlantı kutusuna
çıkartılmış ise, rotor devresi yıldız veya üçgen bağlanabilir. Fakat çoğunlukla yıldız
bağlantı yapılarak üç adet rotor sargı uçları ve nötr ucu bağlantı kutusuna çıkartılır.
ŞEKİL 14: Rotoru sargılı asenkron motorun rotor devresine direnç bağlanarak yol
verilmesine ilişkin güç devresi
BÖLÜM 6: ASENKRON MOTORLARDA HIZ KONTROLU
6.1. Asenkron motorların hızına etki eden faktörler:
Asenkron motorlarda senkron hız frekansla doğru kutup sayısı ile ters orantılı olup
aşağıdaki gibi ifade edilir:
Ns=120fs/P
Burada:
Fs= stator sargılarına uygulanan gerilimin frekansı (Hz)
P= motorun toplam kutup sayısı
Asenkron motorların kayması ise aşağıdaki gibi ifade edilir.
S=( ns – nr )/ ns
bu ifadeden rotor hızı çekilecek olursa;
nr=ns – Sns= ns( 1 – S )
Rotor hızı senkron hız, frekans ve kutup sayısı cinsinden aşağıdaki gibi yazılabilir.
nr=ns – Sns= (120fs/P )( 1 – S )
görüldüğü gibi , asenkron motorun rotor hızına etki eden parametreler şunlardır;
•Stator frekansı, fs
•Motor kutup sayısı, P
•Rotor kayması ,S
Rotor kayması ise aşağıda verilen yöntemlerle değişir;
•Stator gerilimini değiştirerek
•Rotor direncini değiştirerek
•Rotor devresini harici kaynaktan gerilim uygulayarak.