ELEKTRİK MAKİNALARI LABARATUARI-1 DENEY-1

Transkript

1 ELEKTRİK MAKİNALARI LABARATUARI-1 DENEY-1 1. Kısa devre çubuklu veya sincap kafes rotorlu üç fazlı asenkron motor Kısaca ÜFAM ifade edilen üç fazlı asenkron motorlar çok güvenilir olmaları, basit ve buna bağlı olarak uygun maliyetli yapıları, yine aynı şekilde bakım onarıma çok az gereksinim duymalarından dolayı endüstriyel tahrik elmanı olarak en çok kullanılan motorlardandır. Rotorun yapısından dolayı ÜFAM kısa devre çubuklu veya sincap kafes rotorlu motor olarak da adlandırılmaktadır. 1.1 Motorun yapısı ÜFAM ın sabit olarak duran bölümü duraç veya stator olarak adlandırılır. Stator bir gövde ve içine üç fazlı sargılarının yerleştirildiği oluklu saç paketinden (bkz. Şekil 1.1.1) meydana gelir. Sargılar her biri birbirine 120 açı yapacak şekilde üç adet bobinden sargıdanoluşmaktadır. Sargı uçları bağlantı kutusundaki kutup plakasına çıkartılır. Şekil1.1.1 Rotor da oluklu saç paketinden meydana gelmektedir. Bu oluklar içine alüminyum veya bakırdan iletken çubukları çekilmiş veya alın kısımları kısa devre halkaları ile birbirine bağlı olan alüminyum püskürtme dökümdendir. Çubuklar ve kısa devre halkaları birbirleriyle bir kafes oluşturacak şekilde, rotor sargılarını meydana getirirler. Şekil de bir rotor görülmektedir. Çubukların eğimli olarak düzenlenmiş olması dönmenin eşit ölçütte olmasını sağlamaktadır. Şekil 1.1.2

2 Kısa devre halkaları çoğunlukla havalandırma kanatları ile motor soğutucusuna kombine edilmiştir. Tahrik mili rotorun merkezinde olacak şekilde düzenlenmiştir. Değişik formlara sahip rotor olukları ve uygun çubuklar sayesinde (bkz. Şekil 1.1.3) çekme momenti ve kalkınma akımının yüksekliği yani, motorun kalkınma özellikleri değiştirilebilir. Şekil Rotor çubuk formları ve kesitleri Yuvarlak çubuklu rotor (a) en düşük çekme momentine sahiptir, ancak nominal devirde diğer çubuk formlarına karşı dönme momenti daha yüksektir. Damla form çubuklu rotor (b) 1 kw a kadar olan motorlarda tercih edilir. Orta değerde bir çekme kuvvetine sahiptir ve kalkınma akımı oldukça düşüktür. Düz form çubuklu rotorlar (c) 50 kw a kadar olan motorlarda kullanılır. Tam yüklemede çok iyi kalkınma özelliklerine sahiptir. Duble çubuklu rotor (d) çok yüksek çekme kuvveti üretir, kalkınma ve nominal akım değerleri arasındaki oran çok uygundur. Düz ve duble çubuklu rotorlarda ÜFAM ların kalkınma özelliklerini etkileyen ilave bir etki daha meydana gelir: Düz formlu çubukların birbirleri ile üst üste duran tek tek çubuklar olduğu düşünülecek olursa, bu durumda iç kısımda yer alan çubuklar dışta yer alanlara karşı daha fazla manyetik akı etkisi altında kalır. Bunun sonucu olarak da daha büyük değerde reaktif direnç meydana gelir. Dış kısımda kalan çubuklar daha zayıf bir şekilde manyetik akıdan etkilendiği için, meydana gelen reaktif direnç de küçük olur. Akım çubukları üzerinden ortalama olarak eşit miktarda akmaz. Özellikle motorun kalkınma anında akım ağırlıklı olarak çubukların dış bölümünden geçer. Böylece Akım kalkınma anında iletken kesitlerinin bir bölümünden geçemez. Akı yoğunluğu etkisi sayesinde akıma karşı gösterilen bu zorluk bir ön direnç gibi işlev görür. Devir sayısının artmasıyla akım çubukların tamamına yayılmaya başlar.reaktif direnç yok olur ve çubuklarda sadece omik direnç etkin olarak kalır. Akı yoğunluğu etkisi sayesinde (şekil 1.1.4) motorun çekme kuvveti yükselir ve çekme akımı düşer. Şekil Akı yoğunluğu etkisi

3 1.2 Döner alan devir sayısı Motor sargılarının üç fazlı şebekeye bağlanmasıyla statorda bir döner alan meydana gelir. Bu döner alan senkron devir sayısı veya döner alan devir sayısı n0 olarak adlandırılır: Çift kutup sayısı p N (Nord) ve / S (Süd) kutuplarının sayısını ifade etmektedir. Bu çiftler stator sargılarının yapısından dolayı her biri bir faz meydana getirir. 1.3 Dönme momenti ve kayma Önce bir motorun rotorunun sabit olarak tutulduğunu varsayalım. Bu durumda statorda dönen döner alan rotor üzerinde bir rotor gerilimi U2 indükleyecektir. Ancak burada rotor kısa devre olduğu için, çok yüksek değerde bir rotor akımı I2 meydana gelir. Rotor gerilimi stator döner alanı ile aynı frekansa sahiptir. Üzerinden rotor akımı geçen sargı üzerinde manyetik alan içinde üzerinden akım geçen iletkenler yasasına göre bir kuvvet meydana gelir. Bu kuvvet rotorun etrafını sarar ve böylece oluşan bir dahili dönme momenti M ile rotoru döndürmeye çalışır. Bu anda rotor tekrar serbest bırakılacak olursa, dönme momenti tarafından rotor ivme kazanır ve motor kalkınmaya başlar. Bunun sonucu stator döner alanının rotorda oluşturduğu indüksiyon etkisi, rotorda sadece manyetik akının zamana bağlı olarak değişimi etkili durumda kaldığı için azalır. Manyetik akının değişim hızı duruma göre stator döner alanının mutlak hızı ile rotor hareketine bağımlıdır. Burada rotor üzerinde sadece stator döner alanının mutlak hızı etkili olduğu için rotor akımı ve gerilim değerinde rotor devir sayısının n artmasıyla azalma meydana gelecektir. Bunlara bağlı olarak da dahili dönme momenti değeri de azalacaktır. Biraz İdealize edilmiş bir durumda, rotor üzerine frenleyici olarak hiçbir harici dönme momenti etkide bulunmayacağından, bu boşta çalışmada senkron devir sayısına kadar rotora ivme verecektir. Ama bu durumda rotorun stator döner alanına karşı mutlak hareketi artık oluşmayacağı için, bu olayı takiple rotor akımı, gerilimi ve dönme momenti sıfır olurdu. Ancak uygulamada örneğin, yatak sürtünmesi veya makineye bağlı bulunan yük momenti mevcut olduğu için, daima frenleyici etki gösteren dönme momentleri olur ve buna bağlı olarak rotor devir sayısı döner alan devir sayısından daha azdır. Bir ÜFAM ancak rotor ve stator döner alanı arasında mutlak bir hız veya kayma meydana gelirse,dönme momenti oluşturabilir. Kayma s, döner alan devir sayısı n0 ve rotor devir sayısı n arasındaki fark olarak tanımlanır. Bu tanımdan teorik olarak kayma değerinin motor devir sayısı ile senkron devir sayısı eşit olduğu an s=0 ve motorun durma konumunda olduğu s = 1 değerleri arasında olduğu sonucunu varılır.

4 Rotorda meydana gelen kuvvet manyetik bir alan içinde üzerinden akım geçen iletken yasasına göre I 2 rotor akımı ile doğru orantılıdır. Buradan aşağıdaki eşitlik çıkarılır: Rotor akımı I2 bağıl (relatif) hareket tarafından indüklenen U2 rotor geriliminden dolayı meydana gelir. Rotor akımı kayma değeri yükselirse artar (kayma = standart bağıl devir sayısı) ve rotorda meydana gelen dahili dönme momenti M (Moment = Kuvvet x kaldırma kolu) değeri daha da büyür.buradan; 1.4. Çalışma karakteristiği Şekil Kalkınma karakteristik eğrisi

5 Şekil bir üç fazlı asenkron motorun kalkınma karakteristik eğrisi görülmektedir. Kalkınma karakteristik eğrisinde dönme momenti çoğunlukla devir sayısına bağlı olarak gösterilir. Şayet motor boşta çalıştırılıyorsa, bu durumda M = 0 olduğu görülür. Motor yüklendiği zaman, devir sayısı düşer ve dönme momenti yükselir. Motorun oluşturabileceği max. Dönme momenti devrilme momenti MK olarak adlandırılır. Şayet motor dönebileceği en küçük devir sayısı dönerse, bu anda en küçük kalkınma momenti MA elde edilir Motor bağlantı uçları Kısa devre çubukları veya sincap kafes sargıları yıldız veya üçgen devre olarak (bkz. Şekil 1.5.1) bağlanabilirler. Şekil Yıldız/Üçgen Bağlantı Yıldız devrede akım ve dönme momenti büyüklükleri, üçgen devrenin üçte biri kadardır. Ne zaman yıldız veya üçgen devre bağlantısının seçileceği ile ilgili yardımcı olması amacıyla güç etiketi kullanılır. Bu amaçla hps firmasının üç fazlı asenkron motoru (Tip 2707) güç etiketini inceleyelim (Şekil 1.5.2). Şekil Güç etiketi (Tip 2707)

6 Etiketten çalışma türü ve gerilim değerlerinin Δ/Y 400/692 V olduğu görülmektedir. Bu motorun yıldız devrede 692 V ve üçgen devrede 400 V bağlanarak çalıştırılması gerektiği anlamına gelmektedir. Hps firmasının ÜFAM için bunun anlamı, motorun 400 V iç fazlı şebekede üçgen bağlantı altında çalıştırılması gerektiğidir. Ancak bu durumda motor kendi tam nominal gücü olan 0,37 kw değerini verebilir. Buna karşı üçgen devre bağlantıda motor kendi nominal gücünün ancak üçte birini verir. Güç etiketi üzerinde Δ/Y 230/400 V bilgisi varsa bu motorun üç fazlı şebekeden 400 V ile sadece yıldız bağlantı altında çalıştırılması gerektiğini ifade eder. Bu motorun sargılarının 230 V a dayanacak şekilde olmasından dolayı, üç fazlı şebekeden verilecek 400 V ile üçgen devre bağlantıda sargılar olması gereken sınırların dışında ısınır. Şayet güç etiketi üzerinde Δ/Y 127/230 V bilgisi varsa, bu motorun 230 V şebeke gerilimi ile sadece yıldız devre bağlantısı altında çalıştırılması gerektiğini ifade eder. Üçgen ve yıldız devre bağlantısı arasında anahtarlama işlemi bir yıldız- üçgen şalteri üzerinden (örneğin hps Tip 2234) yapılabilir. Bir motorun devir yönü çok basit bir şekilde şebeke kablolarından ikisini yeri değiştirilmek suretiyle gerçekleştirilebilir (bkz. Şekil 1.5.3). Şekil Devir yönü sağ/sol 1.6 Yıldız / Üçgen kalkınma 5,5 kw tan itibaren üç fazlı asenkron motorlar kalkınmaları esnasında çok yüksek başlangıç akımları çekerler. Bu akım kuvvetli şebeke gerilimi kesilmelerine neden olabilir. Bu sakıncalı durumun meydana gelmemesi için, yıldız/üçgen yol verme devreleri kullanılır. Yıldız devre bağlantıda başlangıç akımı ve kalkınma momenti değeri üçgen devre bağlantısındaki akım ve dönme momenti değerinin sadece üçte biri kadar olur.motor önce yıldız olarak çalıştırılır ve nominal devir sayısına erişildikten sonra üçgen devreye geçilir.motorların çalışma türü olarak üçgen devre için yapılmış olmaları gerekir. Yani güç etiketi üzerinde örneğin 400 V üç fazlı şebeke gerilimi için, üçgen devrede 400 V değerinin verili olması gerekir.bu deneyde kullanılan hps makineleri içinyıldız/üçgen yol verme devresine gerek yoktur.

7 1.7 Tek faz şebekede çalışma Üç fazlı asenkron bir motorun tek fazlı şebekede çalıştırılması istenirse, bu durumda örneğin şekil de görülen steinmetz devresinin kullanılması gerekir. Bu devre bir kondansatör üzerinden akımlarda faz kaymasına neden olur. Bu motorda sağa doğru bir manyetik döner alan meydana getirir. 230 V luk şebekede pratikte kondansatör değeri her kw nominal güç için 70 μf olarak hesaplanır. Motorun bu durumda kendi nominal gücünün % 80 i kadar güç vermesine izin verilir. Daha büyük yüklemede motor izin verilen sınırlar dışında ısınır. Bu uygulama için en az 260 V luk MP-kondansatör kullanılması tavsiye edilir. Devir yönünün sağdan sola değiştirilmesi N hattına bir kondansatör bağlanarak gerçekleştirilir (bunun için bkz. Şekil 1.7.2). Tek faz şebekede manyetik döner alan, üç fazlı şebekede olduğu gibi eşit dağılımlı olmadığı için, kalkınma ve dönme momenti değerleri düşük olur.bir kondansatör daha ilave etmek suretiyle daha yüksek bir kalkınma momenti elde edilir. Bu kalkınma kondansatörünün motorun kalkınmasından sonra motorda izinli olmayan ısınmalara neden olmasından dolayı devreden çıkarılması gerekir. Sadece tek fazlı şebekede çalıştırılacak olan üç fazlı asenkron motorların yalnız iki sargısı vardır. Bu tip motorlar kondansatör motor olarak da adlandırılır. Şekil Sağa devir için Steinmetz devresi Şekil Sağa devir için Steinmetz devresi

8 Sincap kafes rotorlu ÜFAM deneyleri Deney 1. Sincap kafes rotorlu ÜFAM un devreye alınması Deneyin amacı: Sincap kafes rotorlu üç fazlı asenkron motoru boşta çalıştırınız. Gerekli cihazlar: Üç fazlı asenkron motor (Tip 2707) Frenleme ünitesi (Tip 2719) Kumanda cihazı (Tip 2730) Üniversal besleme ünitesi Deney devresi: Şekil 1-1 Deney Devresi: Üçgen devre bağlantılı ÜFAM İşlem basamakları: 1. Deney makinesini frenleme ünitesine doğru sürünüz ve makineyi frenleme makinesine kuple ediniz. 2. Sabitleme kolunu fren makinesi yönünde çekerek deney makinesini sabitleyiniz. 3. Şekil 1.1 e göre deney devresini kurunuz. 4. Motoru 400 V luk şebekeye üçgen devre olarak bağlayınız. 5. Kumanda cihazını açınız. 6. Üniversal besleme ünitesini açınız. Devir sayısı, dönme momenti ve devir yönü görülür. 7. Devir yönü göstergesine dikkat ediniz. Motorun sağa dönmesi gerekir. Aksi durumda şebeke kablolarının yerlerini değiştiriniz. Bu işlemden önce üniversal besleme ünitesini kapatınız.

9 8. Devir sayısını (boşta çalışma devir sayısı) ve devir yönünü not ediniz. n 0 =...dak 1 Devir yönü: Üniversal besleme ünitesini kapatınız. 10. Kumanda cihazında aşağıda belirtilen ayarları yapınız: Çalışma modu anahtarını MANUAL konumuna getiriniz. Dönme momenti zayıflatıcısının ayarına dikkat ediniz. Devir sayısı seçimi anahtarını daha önce belirlenen devir sayısı konumuna getiriniz (1800 veya 3600 dak 1 ) Gerek değer (sollwert) anahtarı INT/EXT intern konumuna getiriniz. Devir yönü anahtarını önceden not edilen devir yönüne getiriniz. 11. Frenleme makinesini START/STOP butonuna kısaca basarak çalıştırınız. 12. Üniversal besleme ünitesini açınız. Bu anda dönme momenti değerinin sıfır olması gerekir. Devir sayısını gerekirse gerek değer potansiyometresi ile değiştirebilirsiniz. 13. Deneyin sonunda önce üniversal besleme ünitesini ve daha sonra kumanda cihazını kapatınız. Deney 2. Bir ÜFAM un yıldız ve üçgen devre ile çalıştırılması Deneyin amacı: Üç fazlı asenkron bir motoru önce yıldız ve daha sonra üçgen devre bağlantılı olarak çalıştırınız. Dönme momenti karakteristik eğrini çıkarınız. Gerekli cihazlar: Üç fazlı asenkron motor (Tip 2707) Frenleme ünitesi (Tip 2719) Kumanda cihazı (Tip 2730) Üniversal besleme ünitesi Deney devresi: Şekil 2-1 Deney Devresi: Yıldız devre bağlantılı ÜFAM

10 Şekil 2-2 Deney Devresi: Üçgen devre bağlantılı ÜFAM 1) Deney 1 de açıklandığı gibi sistemi önce yıldız devre bağlantılı olarak devreye alınız. Motor devir yönü sağa doğru olmalıdır. 2) Tablo 2.1 de talep edilen karakteristik eğri değerlerini tespit ediniz. 3)Mümkün olduğu kadar ölçümleri herhangi bir gecikme olmadan yapınız. Motor aşırı derecede ısınırsa, bu durumda ölçme sonuçlarında sapmalar meydana gelir,motorun soğutulması gerekir. 4)Karakteristik eğri değerlerini önce boşta çalışmada, daha sonra nominal devir sayısı, devrilme momenti (maks. dönme momenti) ve son olarak minimal erişilebilecek devir sayısı için tespit ediniz. 5) Önce üniversal besleme ünitesini ve daha sonra kumanda cihazını kapatınız. 6) Şekil 2.2 de verilen (üçgen devre bağlantılı) deney devresini kurunuz. 7) Kumanda cihazını açınız. Frenleme makinesini çalıştırınız ve üniversal besleme ünitesini açınız. 8) Tablo 2.2 de talep edilen karakteristik eğri değerlerini tespit ediniz. 9) Deneyin sonunda önce üniversal besleme ünitesini ve daha sonra kumanda cihazını kapatınız. 10) Hazırlanmış olan Şekil 2.3 deki diyagrama dönme momenti karakteristik eğrisini çiziniz. Eğrinin ölçeğini kendiniz belirleyiniz.

11 Tablo-2.1 Yıldız devre bağlantılı ÜFAM Tablo 2.2 Üçgen devre bağlantılı ÜFAM Şekil 2-3 Yıldız ve üçgen devre bağlantılı bir ÜFAM dönme momenti karakteristik eğrileri