H. İki devirli, dahlender sargılı, üç fazlı asenkron motorların elektriksel değerleri. Anma geriliminde çalışma değerleri.

Transkript

1 H. İki devirli, dahlender sargılı, üç fazlı asenkron motorların elektriksel değerleri Motor tipi Anma geriliminde çalışma değerleri GERİLİM Güç katsayısı Kalkış değerleri Kalkış akımı Kalkış momenti Devrilme momenti İki devirli, dahlender sargılı, üç fazlı motorların elektriksel değerleri (Volt Elektrik) 10

2 I. Üç fazlı motorlarda sigorta ve besleme kablosu seçimi Cos ϕ 103

3 İ. Üç fazlı motorlar için termik aşırı akım rölesi ve sigorta seçim çizelgesi Sigorta değerleri Motorun anma gücü 1500 d/d anma akımı Termik aşırı akım rölesinin ayarlanma sınırları Otomatik sigorta Normal Gecikmeli Bıçaklı sigorta 104

4 J. Üç fazlı motorlar için değişik markalı kontaktörlerin seçim çizelgesi 105

5 K. Asenkron motorlarda ortaya çıkan kayıplar 1. Stator sargılarının bakır kayıpları Stator sargılarından geçen akımın oluşturduğu, I.R denklemiyle hesaplanabilen kayıptır. Başkabir deyişle bu kayıplar sargılardan geçen akımın karesine ve sargıların etkin (omik) faz direncine bağlıdır. Bakır kayıpları ısı olarak ortaya çıkar. Kaliteli bakır ile sarılmış motorların bakır kaybı daha az olmaktadır.. Stator demir kayıpları Stator sac paketinde oluşan ısı kayıplarıdır. Manyetik nüvedeki histerisiz ve fuko kayıplarının toplamıdır. Bu kayıplar sabit olup yüke göre değişmez. Üretimde kullanılan sacın özelliği, sacın kalınlığı, sac paketin büyüklüğü ve stator sargılarına uygulanan gerilimin frekansına (şebeke frekansı) bağlı olarak değişim gösterir. 3. Rotor bakır kayıpları Rotor çubuklarından ya da sargılı rotorlarda sargılardan geçen akımın yarattığı I.R denklemiyle hesaplanan kayıplardır. Sincap kafesli rotorların R etkin (omik) direnci, sargılı rotorların direncinden küçüktür. O nedenle sincap kafesli rotorların rotor bakır kaybı sargılı rotorların rotor bakır kaybından küçük olmaktadır. Rotor demir kayıpları ihmal edilebilir seviyededir. Çünkü dönen rotorda indüklenen gerilimin frekansı çok küçüktür. 4. Sürtünme ve rüzgâr kayıpları Dönen makinelerde oluşan sabit kayıplardır. Yataklarda ve pervanede ısı şeklinde ortaya çıkarlar. Motordaki stator demir kaybı ile sürtünme kayıplarının toplamı sabit kayıplardır. Bu kayıpların motor yüküyle ilgisi yoktur. Boşta yüksüz olarak çalışan motorun çektiği güç, tamamen kayıp güçtür. Bu güç, sabit kayıplarla boştaki stator bakır kayıplarının toplamı kadardır. Akım küçük olduğundan rotor bakır kayıpları ihmal edilebilir. Asenkron motorlardaki kayıplar ve güç dağılımı yandaki şekildeki gibi gösterilebilir. Stator bakır kaybı Stator demir kaybı Şebeke Motorun şebekeden çektiği güç (giriş gücü) Rotor bakır kaybı Rotora aktarılan güç (rotor giriş gücü) Sürtünme ve rüzgâr kaybı Rotorda oluşan toplam mekanik güç Motordan alınan güç (çıkış gücü) Asenkron motorlarda güç ve kayıpların dağılımı 106

6 L. Asenkron motorlarda güç, döndürme momenti ve verim Asenkron motor şebekeden P 1 gücünü alır ve milinden P mekanik gücünü verir. Kayıp güç (P V ) iki güç arasındaki fark olup motorda ısıya dönüşür. Motorun şebekeden çektiği güç: Bir fazlı motorlarda, P 1 V.I.Cosϕ Üç fazlı motorlarda, P 1 3.V.l.Cosϕ dir. Denklemlerde, V: Motora uygulanan şebeke gerilimi I: Motorun şebekeden çektiği hat akımı Cosϕ: Motorun güç katsayısı P 1 : Motorun şebekeden çektiği toplam güçtür. Motorun verimi, milden alınan gücün şebekeden çektiği güce oranı olup, % η P P 1 denklemiyle hesaplanır. İki güç arasındaki fark kayıp güç olup, Pv P 1 - P denklemiyle bulunur. Her motorun etiketinde yazılı olan anma değerleriyle, motorun anma yükünde şebekeden çektiği gücü ve motorun anma verimini hesaplayabiliriz. Örnek 1: Etiketinde 3 kw, 50 Hz, üçgen 380 V, 6,9 A, 1400 d/d, cos ϕ 0,81 değerleri olan üç fazlı asenkron motorun anma verimini ve anma yükündeki kayıp gücünü bulunuz. Çözüm Motorun anma yükünde şebekeden çektiği güç, P 1 3.V.l.Cosϕ 1, ,9.0, W 3,68 kw Motorun anma yükü, P 3 kw 3000 W Motorun anma verimi, % η P P ,8 % 8 Anma yükündeki kayıp güç P V P 1 - P W olur. Örnek : Etiketinde 0 V, 50 Hz,, kw (3 HP), 870 d/d, 13,7 A Cos ϕ 0,94 yazılı bir fazlı asenkron motorun anma verimini ve anma yükündeki kayıp gücünü bulunuz. 107

7 Çözüm Motorun anma yükünde şebekeden çektiği güç, P 1 V.I. Cosϕ 0.13,7.0, W Motorun anma yükü, P, kw 00 W Motorun anma verimi, % η P P ,78 % 78 Anma yükündeki kayıp güç, P V P 1 - P W olur. Motorların etiket bilgilerinden anma yüklerindeki döndürme momentini de bulabiliriz. Döndürme momenti (M), M n P denklemiyle bulunur. Denklemlerde, M: Döndürme momenti (Newtonmetre, Nm) P : Motorun anma gücü (kw) n: Rotor anma hızı (d/d) dır. Örnek 3: Örnek 1 deki motorun anma yükündeki döndürme momentini bulunuz. Çözüm P 3 kw, n 1400 d/d P M n M 0,46 Nm 1 kgm 9,8 Nm. Bu yaklaşık 10 Nm olarak alınabilir. 0,46 Nm,04 kgm 04 kg-cm dir. Verim, motorun yüküyle değişir. Pratikte bir motorun tam anma değerinde çalıştırıldığı pek görülmez. Önemli olan motorun gerçek yüklenmesindeki verimidir. Anma yüküne yakın değerlerdeki yüklerde, motorun verimi az değişir. Motor yükü azaldıkça yani küçük yüklerde verim oldukça düşer. Motorları anma gücünden küçük yüklerde kullanmaktan kaçınmalıdır. Kabul edilebilir minimum yük gücü, motor anma gücünün % 70 kadarı olmalıdır. Asenkron motorlarda kayma hızı büyüdükçe verim düşer. Aynı güçte ve aynı kutup sayısında iki motordan düşük kayma hızlısı daha büyük verimli olur. Elektronik devreli hız kontrol cihazlarıyla hız ayarında motor hızı azaldıkça verim küçülür. Örneğin hız senkron hızın yarısına düşürülürse verim % 50 kadar azalır. Motorun verimi hızdaki azalma oranına yaklaşık değerde azalır. Asenkron motorlarda kutup sayısı ya da devir sayısı da verimi etkiler. Kutup sayısı büyüdükçe ya da devir sayısı küçüldükçe verim küçülür. Sincap kafesli rotorlu motorların verimi sargılı rotorlu motorların veriminden yüksektir. 108

8 M. Asenkron motorların hızının frekans ayarlama cihazlarıyla ayarlanması 1. Temel bilgiler Bazı iş makinelerinin çalıştırılmasında geniş sınırlar içinde ve kullanıcının denetiminde hız ayarı istenmektedir. Sincap kafesli rotorlu asenkron motorlarda hız ayarı için motora uygulanan gerilimin frekansını değiştirmek gerekir. Bu amaçla frekans çeviriciler (hız kontrol cihazları) yapılmıştır. Hız kontrol cihazları üç fazlı asenkron motorlarda kullanılır. Bir fazlı, kondansatörlü asenkron motorlarda frekans değiştirerek hız ayarı yapılamaz. Frekans değişimi kondansatör devresinin reaktansını (X L ) değiştireceğinden yardımcı sargı devresinin özelliği değişir.. Frekans çeviriciler (hız kontrol cihazları) Değişken frekans, 0-30 yıl evvel motor - jeneratör gruplarından elde edilmekteydi. Günümüzde ise yarı iletken devre elemanlarıyla aynı işlem yapılabilmektedir. Ara devreli frekans çeviricilerde şebeke gerilimi doğrultmaçlarla doğrultulur. Doğrultulan gerilim filtre edilerek düzleştirilir. Düzleştirilen DC, üç fazlı dalgalayıcı ile PWM (pulse width modulation, darbe genişlik modülasyonu) yöntemiyle motoru besleyecek değişken frekanslı üç fazlı AC ye çevrilir. Asenkron motorların stator sargılarında oluşturulan manyetik akının değeri bütün yüklerde gerilimle doğru, frekansla ters orantılıdır. Anma gerilim ve anma frekansında çalışan motorun momenti anma değerindedir. Gerilim sabit tutularak frekans azalırsa manyetik akı artar. Frekans artırılırsa manyetik akı azalır. Motorun döndürme momenti, faydalı akının karesiyle orantılıdır. Bir motorun anma döndürme momentinde çalışması durumundaki manyetik akı değeri anma manyetik akısıdır. Motorun farklı devir hızlarında anma momentiyle çalışabilmesi ancak anma manyetik akısında çalıştırılırsa mümkündür. Motorun gücü ise devir hızı ve momentin çarpımıyla orantılıdır. Yani güç, hız ve moment değerine bağlı olarak değişir. Gerilim sabit tutularak frekans azaltılırsa, manyetik akı artarak doymaya girer. Bu nedenle frekansla beraber gerilimin de düşürülmesi zorunludur. Akı bağıntısına göre, hava aralığı akısının ve döndürme momentinin sabit kalması için gerilim - frekans oranı (k V/f) sabit tutulmalıdır. Frekans çeviricinin çıkış gerilimi frekansa doğrudan orantılı olarak ayarlanmalıdır. Bu oran çok düşük frekanslarda yetersiz kalır. Hava aralığı akısı ve döndürme momenti çok düşer. Bu sakıncayı önlemek için düşük frekanslarda gerilim biraz artırılır. Böylece düşük frekans bölgelerinde aşırı uyarma önlenir ve motor anma momentini verebilir. Dolayısıyla frekans çeviricilerle yol vermede motorun kalkış sorunu yoktur. Düşük frekansla çalışmada hız azaldığından soğutma pervanesinin soğutması yetersiz kalır ve motor çok ısınır. Bu bakımdan azalan frekanslardaki çalışmada motor dışardan bir tahrikle (elemanla) soğutulmalıdır. Motorların sargı yalıtımları, mekanik düzenleri, anma gerilim ve diğer anma değerlerine göre tasarlanarak yapılmıştır. Pratikte motor, anma gerilim değerinin üzerinde çalıştırılmaz. Anma frekansından sonra frekans artışı sürdürülürse gerilim sabit tutulur. Gerilim-frekans sabit oranı (k V/f) bozulur. Artan frekansta manyetik akı ve döndürme momenti giderek azalır. Buna karşın hız arttığından güç sabit kalır. Artan frekanslarda, anma hızının üzerindeki hızlarda motor anma momenti ile yüklenemez. Artan frekanslarda demir kayıpları, hızın yükselmesinden dolayı da sürtünme ile rüzgâr kayıpları artar. Sonuç olarak kayıplar arttığından motorun verimi de düşer. Özet olarak, frekans çeviricilerle anma frekansının üzerindeki frekanslardaki çalışmada motor 109

9 veriminin ve momentinin düşeceği bilinmelidir. Bu durum dikkate alınarak iş için gereken motor gücü belirlenen gücün bir üst değerde seçilmelidir. Çok yüksek frekanslardaki çalışmada 50 Hz ya da 60 Hz frekansa göre tasarlanmış standart motorlarda bazı olumsuzluklarla karşılaşılabilir. Değişken momentli yüklerdeki çalışma Fan ve pompa yükü, değişken moment yüküdür. Fan ve pompaların kontrolünde klasik yöntem, basınç ya da debinin ayarlanmasıdır. Bu sistemde göze çarpan nokta fazlası basılmış suyu ya da üflenmiş havayı geri döndürerek kontrol yapılmasıdır. Günümüzde çok önemli kavramlardan birisi de enerjinin verimli kullanılması yani enerji tasarrufu sağlanmasıdır. Elektronik devreli hız kontrol cihazlarının kullanım alanları sürekli olarak artmaktadır. Bu cihazların kullanılmasıyla elektrik enerjisinden daha verimli faydalanmak mümkündür. Fan ve pompa uygulamalarında hız kontrol cihazları kullanarak motor hızının ayarıyla basınç ya da debi kontrolü yapılabilir. Değişken moment yüklerinde hızın karesiyle orantılı moment talebi vardır. Hız 1/ kat düşerse karesel orantıdan dolayı moment 1/4 kat azalmaktadır. Hız kontrol cihazlarında düşünülen standart inverter mantığında, V/f sabit ilkesidir. Bu ilke, sabit moment yükleri için uygundur. Örneğin 400 V, 50 Hz motor için rotor devri % 50 değerine düşürmek istendiğinde frekans ve gerilimi 1/ değerine yani f 5 Hz, V 00 V değerlerine düşürmek gerekir. Değişken moment yükleri için V sabit gerilim, frekans üssü 1,5 ile orantılı ilkesi 3 f kullanılır. Bu ilkeye uygun fonksiyonları olan hız kontrol cihazları mevcuttur. Bu durumda 400 V, 50 Hz motor için rotor devrinin 1/ değerine karşılık, frekans 5 Hz, gerilim 141 V. olur. Değişken momentli yüklerde bu gerilim değerinde sistemin verimli çalışması sağlanır. Gerilim, frekans üssü 1,5 ile orantılı prensibi hız kontrol cihazının yazılım gücüyle (mikro işlemciyle) sağlanmaktadır. Hız kontrol cihazı seçimi Ekonomik nedenlerle, küçük ve orta güçlerde değişken frekansla besleme için standart motorlar kullanılır. Hız kontrol cihazları genel olarak, V AC bir faz girişli ya da V AC üç faz girişli olarak yapılırlar. Cihazın çıkış gerilimleri, anma değerleri, giriş gerilimlerinin değeridir. Çıkış gerilimleri hız kontrol cihazının dalgalayıcısında anma değerleri üzerine artırılabilir. Giriş gerilimi bir faz 0 V, 50 Hz li cihazın çıkış geriliminin anma değeri, üç faz 0 V, 50 Hz dir. Bu tür cihaz ile etiketinde üçgen 0 V / yıldız 380 V, 50 Hz yazılı motorlar üçgen bağlı olarak çalıştırılır. Bu tür motorların klemens bağlantısı yıldız şeklindedir. Yıldız köprüsü sökülerek üçgen bağlantı köprüleri yapılmalıdır. Giriş gerilimi, üç faz 380 V, 50 Hz li olan cihazın çıkış gerilimi anma değeri üç faz 380 V, 50 Hz dir. Bu cihaz ile etiketinde üçgen 0 V / yıldız 380V, 50 Hz yazılı motorlar yıldız bağlı olarak, etiketinde üçgen 380 V yazılı motorlar, üçgen bağlı olarak çalıştırılır. Hız kontrol cihazlarında aşırı yük, aşırı akım, düşük ve aşırı gerilim, aşırı sıcaklık, kısa devre vb. gibi korumalar mevcuttur. Bu sayede bir arıza anında cihaz devre dışı kalacağından cihazın ve motorun koruması gerçekleşir. 110

10 N. Asenkron motorların işletme yerlerine montajı ve çalıştırmada dikkat edilmesi gereken hususlar 1. Motorların işletme yerine montajı İşletmeye alınmayıp bir süre bekletilecek motorların bekletildiği yerler kapalı, temiz, titreşimsiz, nemsiz iyi havalandırılmış olmalıdır. Uzun süre çalıştırılmadan bekletilen motorun sargı yalıtım dirençleri kontrol edilmelidir. Ölçülen yalıtım direnci 1 megaohmdan büyük olmalıdır. Eğer yalıtım direnci 1 megaohmdan küçük ise motor 80 C sıcaklıktaki ortam kurutulmalıdır. Bir motorun ömrü, yalıtım sisteminin ömrü ve yatakların ömrüne bağlıdır. Yatakların ömrünü etkileyen önemli etken motorun tahrik edilecek (çalıştırılacak) makineyle aynı eksende bulunup bulunmamasıdır. Küçük bir eksen kaçıklığının yaratacağı salgı, yatakları kısa sürede bozar ve motorda güç kayıpları oluşur. Motorlar, düz ve titreşimsiz bir ortama kurulmalı, ayaklar tam oturmalıdır. Ayakların hizalanmamasına ayak boşluğu ya da aksak ayak olarak ifade edilir. Flanşlı motorlarda merkezlemenin çok iyi yapılması ve bağlantı civatalarının eşit kuvvetlerle sıkılması şarttır. Rotorlar mil ucundaki yarım kama ile balanslanmıştır. Aktarma elemanlarının da yarım kama ile dengelenmesi gerekir. Kasnak, kaplin ve başka aktarma elemanlarının montajı esnasında, yatakları bozacak darbe ve zorlamalar yapılmamalıdır. Aktarma elemanlarını hassasiyetle takabilecek düzen ve aparatların bulunmaması hâlinde, en çok 80 kadar ısıtılıp takılması uygun olur. Eğer bir kayış tahriki kullanılıyorsa motor raylar üzerine kurulmalı ve kayış gerdirmesi doğru ayarlanmalıdır. Kayışlar gevşek ise aşırı titreme ve ısınma oluşur. Kayışlar çok gerilirse yataklardaki sürtünme artar ve yine ısınma meydana gelir. Kayış ve kasnak ayarları çok dikkatle yapılması gereklidir. Motorlar, termoplastik malzemeden yapılmış ve arka mile bağlı pervane yardımıyla dış yüzeyden soğutulur. Soğutucu havanın emilmesi ve dış yüzeyden geçişi engellenmemelidir. Ortam sıcaklığı artışından etkilenmemesi için motorların duvarlara, ısı kaynaklarına yakın yerlere kurulmaması gerekir. Kontrol ve bakım yönünden motorlar, kolay erişebilir ve rahat çalışabilecek yerlere kurulmalıdır. Açık ortamda çalıştırılacak motorlar iklim koşullarına, yağmura, doğrudan gelen güneş ışınlarına karşı korunmalıdır. 111

11 O. Motorların şebekeye bağlanmasında kullanılacak kabloların kesitlerinin belirlenmesi Motorların şebeke bağlantısı için kullanılacak kablo kesitleri, kablodan geçecek akıma uygun olmalı ve tesis hattında % 3 ten fazla (380 V luk şebekede 11,4 V) gerilim düşümü meydana getirmemelidir. Kablo cinsi Gerilim Damar sayısı Kesit (mm ) Döşenme şekli Boru içinde bir ya da daha fazlakablo PVC N ve F tipi kablolar Havada Havada asgarî (en az) kablo çapı aralığı ile döşenmiş kablolar A A A Kablo üreticisi firmaların katologlarında her çeşit kablo için maksimum akım değerleri çizelgeler hâlinde verilir. Yandaki çizelgelerde N, F ve Y tipi kablolarının akım taşıma kapasiteleri verilmiştir. Kablo cinsi Gerilim Damar sayısı Kesit (mm ) Döşenme şekli Y tipi kablolar 11

12 Aşağıdaki çizelgede ise kabloların değişik güçlerde % 3 gerilim düşümünü aşmayacak biçimde kullanılabilecekleri maksimum uzaklıkları gösteren çizelgeye yer verilmiştir. Güç (kw) 0,6/1 kv yalıtkanlı kabloların standart güçleri taşıyabilecekleri maksimum uzaklık (m) 380 V, gerilim düşümü < % 3 Cos ϕ 0,90 olarak alınmıştır. Gerilim düşümü kontrolü hesaplamayla yapılabilir ya da yukarıdaki çizelge kullanılarak kontrol edilebilir. Motor tesisatlarında topraklama mutlaka yapılmalıdır. Topraklama iletkeni bağlantı yeri motorun klemens kutusu içinde toprak işaretiyle gösterilen bağlantı vidasıdır. Topraklama iletkeni olarak bir fazlı motorlarda şebeke bağlantı kablosunun üçüncü iletkeni, üç fazlı motorlarda ise şebeke bağlantı kablosunun dördüncü iletkeni (sarı-yeşil renkli) kullanılır. 113

13 Ö. Asenkron motorlarda oluşan arızalar Asenkron motorlarda yatak, hatalı eksenel ayarlama, stator, rotor, kondansatör ve merkezkaç anahtar (mekanizma) arızaları çok görülür. 1. Yatak arızaları Yataklar genelde sürtünme, uygun olmayan ya da aşırı yağlama, eksik gresleme, yağ akması, aşırı yükleme, balanslı (dengesiz) rotor kullanılması, gevşek ya da gergin kayışlar vb. gibi durumlarda görülen arızalardır. Bu arızalar sonucu aşırı ısınma ya da titreşimler oluşur. Isınma aynı zamanda stator sargılarında empedans dengesizliklerine yol açar. Motorun verimi düşer. Enerji tüketimi artar. Sürtünme ve titreşim, yatakların ömrünü de azaltır. Yataklar düzenli olarak kontrol edilmeli gres ya da yağ ön görülen sürede değiştirilmelidir. Kapalı rulman kullanılan motorlarda rulmanlarda gres değişimi yapılmaz. Bozulan rulmanlar yenisiyle değiştirilir.. Hatalı eksenel ayarlamalar Kaplinlerde ve kayışlarda hatalı montaj, motor yataklarına aşırı yük binmesine ve sürtünmenin artmasına neden olur. Ayak boşluğu (aksak ayak), motorun zemine bağlantısında, ayakların aynı düzlemde olmamasından dolayı ortaya çıkar. Aksak ayak motorda mekanik gerilme, titreme ve sürtmenin artmasına ve gövde ayaklarının kırılmasına neden olur. Hatalar motor yataklarının ömrünü kısaltır. Isınma artar. Verim düşer. Enerji tüketimi artar. 3. Stator arızaları Uygulamada gözlenen sorunların bazıları şunlardır: a. Sargı yalıtımının bozulması Motorun uzun süre nemli ve kimyasal ortamda bulunması sonucu yalıtımı bozulabilir. Sargılarda ölçülen yalıtım direnci 1 megaohmdan büyük olmalıdır. Bu değer küçükse sargılar kurutulmalıdır. Sarımların oluk çıkışları kritik (tehlike oluşturabilen) noktalardır. Sarımların kıvrıldığı bu noktalarda yalıtım zayıflığı görülebilir. b. Sargılarda kirlilik Sargılara nemi de içeren kirlilik ve gres bulaşması, sarımlar arasında yalıtım zayıflığına neden olabilir. Bu durum motorun ısı atma yeteneğini azaltır. Kullanım ömrünü kısaltır. Periyodik bakımlarla temizleme işlemleri yapılmalıdır. c. Sargı kopukluğu Sargının kendisinde ya da daha çok bağlantıların yapıldığı kaynak yerlerinde kopukluk meydana gelebilir. Bu durumda kopuk faz sargısından akım geçmeyeceğinden motor çalışamaz. Şebekeden fazla akım çeker. Uğultu yapar ve ısı artar. ç. Sargı kısa devresi Bobinlerin kendi sarımları arasında ya da bobinler arasında kısa devre oluşabilir. Bu arızada, motor fazla akım çeker. Isı hızla artar. Motor koruması iyi yapılmamışsa sargı yanar. 114

14 d. Gövde kaçağı Sargının stator sac paketine temas yerlerinde yalıtım bozukluğu sonucu gövde kaçağı oluşabilir. Motor fazla akım çeker. Güç düşer. Devir azalır. Isı artar ve gürültülü çalışma olur. Gövde kaçağı oluşması hâlinde motorda topraklama yapılmışsa koruyucular devreyi açar. Topraklama yapılmamışsa can güvenliği yönünden tehlike meydana gelir. e. Üç fazlı gerilimin dengesiz koşulları Motora uygulanan üç fazlı şebekenin faz gerilimleri arasındaki düzensiz farklılık düşük ve yüksek voltaj koşulları oluşturur. Bu durum motorun sıcaklığını artırır. Performansını olumsuz etkiler. Verim düşer. Faz gerilimleri arasında % 3,5-4 kadarlık voltaj dengesizliği sıcaklığı % 5 kadar artırabilir. f. Dengesiz empedans Hatalı bağlantılardan dolayı oluşan dengesiz empedans sonucu faz akımları farklılığı motordaki sıcaklığı artırabilir. Hem voltaj hem empedans dengesizliğinde yüksek voltaj, düşük empedans fazı aşırı akım çeker. Aşırı akım çeken sargının sıcaklığı artar. Sıcaklık artışı motorun verimini düşürür ve ömrünü kısaltır. g. Motorun aşırı akım çekerek çalışması Motorun aşırı akım çekerek çalışması sargı yanmasına neden olabilecek sıkça gözlenen arıza durumudur. Aşırı yükler, iki faza kalarak çalışmaya devam etme, mekanik zorlamalarla mil sıkışması, rulmanların bozulması, düşük voltajda çalıştırma, yol alma ve frenleme sürelerinin uzun tutulması, sık durma ve sık kalkış yapılması şebeke frekansındaki aşırı dalgalanmalar, bağlantı hatası, standart ortam koşulları dışında motorun anma yükünde uzun süreli çalıştırılması vb. gibi hâllerde aşırı akım çekişi söz konusu olur. Aşırı akım sonucu sargılardaki ısı artar. Koruyucu önlemler alınmamışsa sargılar yanar. 4. Rotor arızaları Rotor arızaları genelde alüminyum döküm boşluklarından ya da rotor ile stator arasındaki hava aralığı düzensizliğinden kaynaklanır. Döküm gözenekleri nedeniyle bir ya da birkaç kafes çubuğunun kırılması halinde komşu çubuklar aşırı ısınır. Rotor arızasında motorun momenti düşer. Verim azalır. Akımı artar ve sesli çalışma oluşur. 5. Bir fazlı motorlarda merkezkaç anahtar ve kondansatör arızaları Bir fazlı motorlarda merkezkaç anahtar ve kondansatör arızalarıyla karşılaşmak mümkündür. Daimi devre kondansatörlü motorlarda merkezkaç anahtarlı mekanizma yoktur. Çift kondansatörlü motorlarda merkezkaç anahtar mekanizması kalkış kondansatörü ve daimi devre kondansatörü vardır. Daimi devre kondansatörü arızasında kondansatör kısa devre hâlinde ise yardımcı sargı akımı artar. Sargıdaki ısı yükselir ve sargı yanabilir. Kondansatör açık (bozuk, kopuk) durumda ise yardımcı sargıdan akım geçmez. Motor yalnız ana sargısıyla devrededir ve kalkış olmaz.. Kalkış (start) kondansatörü arızasında motor, daimi devre kondansatörlü motor gibi çalışır. Kalkış momenti düşük olur. Yük momenti kalkış momentinden büyükse motor kalkış yapamaz. Kondansatör arızaları genellikle hatalı bağlantılar sonucunda oluşur. Merkezkaç anahtarlı mekanizma arızalarında şu durumlar gözlenebilir: a. Mekanizma göbek sacı milde döner. Bu durumda mekanizma itme bileziği kontağı kapatamaz ve kalkış kondansatörü çalışmaz. 115

15 b. Kontak ayarı bozulmuştur. İtme bileziği kontağı kapatamaz ya da kapalı kontak motor anma hızına ulaştığı hâlde açılmaz. Kontak kapanmazsa kalkış kondansatörü çalışmaz. Kontak açılmazsa kalkış kondansatörü sürekli devrede kalır ve bozulur. Onarım için sökülen motorlarda kontak ayarı bozulmamalıdır. c. Kontak açmada oluşan arkla kaynak olmuştur (birleşmiştir) ve sürekli kapalıdır. Bu durumda kalkış kondansatörü devrede kalır ve bozulur. ç. Uygun mekanizma paleti ya da mekanizma yayları kullanılmamıştır. Bu durumda mekanizma kontağı ya erken ya da geç açılır. Erken açılırsa motor kalkışını tamamlamadan kalkış kondansatörü devreden ayrılacağından kalkış momenti yük momentini karşılayamaz ve motor aşırı yükte çalışma durumuna girer. Kontak geç açılırsa kalkış kondansatörü uzun süreli devrede kalacağından bozulabilir. Mekanizma yaylarının değişiminde motor hızına uygun yaylar kullanılmalıdır. MOTOR YÜKSÜZ ÇALIŞIRKEN MOTOR YÜKTE ÇALIŞIRKEN MOTOR BOŞTA KALKIŞ YAPAMIYOR TERS YÖNE DÖNÜYOR VINLIYOR GÜRÜLTÜLÜ DÖNÜYOR SİGORTA ATIYOR KAYIŞ FIRLATIYOR ŞALTER AŞIRI ISINIYOR SİGORTA ATIYOR AŞIRI ISINIYOR DEVİR ANİDEN DÜŞÜYOR GÜRÜLTÜLÜ ÇALIŞIYOR VINLIYOR SESSİZ AŞIRI AKIM VE AŞIRI ISINMA AŞIRI AKIM ROTOR STATORA SÜRTÜYOR ROTOR STATOR ARASINDAKİ HAVA ARALIĞI DENGESİZDİR STATOR BOBİNLERİNDE KISA DEVRE VARDIR FAZIN BİRİ KESİKTİR ŞALTER YANLIŞ BAĞLIDIR RULMANLAR BOZUKTUR MOTOR YA DA ŞALTER YANLIŞ BAĞLANMIŞTIR HATTA KISA DEVRE VARDIR YÜK NORMALDEN FAZLADIR DÖNDÜRÜLEN MAKİNE BOZUKTUR KAYIŞ UYGUN DEĞİL,MOTOR İYİ YERLEŞTİRİLMEMİŞ ŞALTER ANMA AKIMI KÜÇÜKTÜR YÜK FAZLADIR KONTAKLAR İYİ KAPANMIYOR SİGORTA ANMA AKIMI KÜÇÜKTÜR YÜK FAZLADIR GERİLİM DÜŞÜKTÜR YÜK NORMALDEN FAZLADIR GERİLİM DÜŞÜKTÜR YÜK NORMALDEN FAZLADIR YILDIZ/ÜÇGEN YOL VERME ŞALTERİ YANLIŞ BAĞLANMIŞTIR FAZIN BİRİ KESİKTİR ŞALTER KONTAKLARININ TEMASI ZAYIFTIR BOBİNLERDE KOPUKLUK VARDIR SİGORTA DEVREYİ AÇMIŞTIR ROTOR ELLE ÇEVRİLİNCE DÖNÜYOR ROTOR STATORA YATAK BOZUKTUR SÜRTÜYOR RULMANLAR BOZUKTUR SARGI YANIKTIR GERİLİM YOKTUR HAT KOPUKTUR ŞALTER KONTAKLARI KAPANMIYORDUR Asenkron motorlarda arıza bulma ve giderme yöntemleri 116 ÜÇ FAZDAN İKİSİNİN YERİ DEĞİŞTİRİLMELİDİR HAVA ARALIĞI DENGELENMELİDİR SARGI DEĞİŞTİRİLMELİDİR SİGORTALAR ONARILMALIDIR ŞEMAYA UYGUN BAĞLANMALIDIR YENİSİ TAKILMALIDIR ŞEMAYA UYGUN BAĞLANMALIDIR HAT KONTROL EDİLMELİDİR NORMAL YÜK BAĞLANMALIDIR MAKİNE ONARILMALIDIR KASNAKLAR HİZALANMALI, MOTOR DOĞRU YERLEŞTİRİLMELİDİR AKIMA UYGUN ŞALTER TAKILMALIDIR NORMAL YÜK BAĞLANMALIDIR ŞALTER DEĞİŞTİRİLMELİDİR UYGUN SİGORTA TAKILMALIDIR NORMAL YÜK BAĞLANMALIDIR TEDAŞ A BİLGİ VERİLMELİDİR NORMAL YÜK BAĞLANMALIDIR TEDAŞ A BİLGİ VERİLMELİDİR NORMAL YÜK UYGULANMALIDIR ŞALTER BAĞLANTISI ONARILMALIDIR SİGORTA YA DA HAT ONARILMALIDIR ŞALTER DEĞİŞTİRİLMELİDİR BOBİN SARILMALIDIR SİGORTA ONARILMALIDIR RULMAN DEĞİŞTİRİLMELİDİR SARGI YENİDEN SARILMALIDIR SİGORTALAR KONTROL EDİLMELİDİR HAT ONARILMALIDIR ŞALTER ONARILMALIDIR

16 P. Rulmanlar 1. Temel bilgiler Rulman, dönen her mekanizmanın ana elemanıdır. Bu elemanlar redüktör, vantilatör, pompa, takım tezgâhı mili, oto aksı, şanzuman, kayış-gergi sistemleri, alternatör, direksiyon sistemi vb.yerlerde kullanılır. Rulmanların hemen hemen hepsi iç ve dış bilezik, yuvarlanma elemanları (bilya ya da makara) kafes ve isteğe göre kapaklardan oluşur. Rulmanlar yuvarlanma elemanlarına göre bilyalı ve makaralı olarak ikiye ayrılır. Ayrıca taşınan yükün yönüne göre de radyal ve eksenel rulmanlar segman kanalı omuz lastik kapak mevcuttur. Küçük tip elektrik motorlarında genelde bilyalı rulmanlar kullanılır ve bu rulmanlar radyal yönde yük taşıyarak çalışır.. Rulman boşluğu Rulmanların iç ya da dış bileziklerinden biri sabit olduğunda diğer bilezik, radyal ya da eksenel yönde hareket eder. Bu hareketin miktarına rulman boşluğu denir. Rulman boşlukları radyal ve eksenel olmak üzere iki yönde dikkate alınır. Rulmanlar millere mümkün olduğu kadar hassas bir şekilde yataklanmalıdır. Takılan rulmanın radyal boşluğunun sadece belli ölçülerde olmasına izin verilir. Bu çalışma şartlarını elde edebilmek için çeşitli kriterler dikkate alınır. Rulman bileziklerindeki ve bağlı parçalardaki farklı ısı genleşmeleri rulmanın kasılmasına yol açar. Sıkı geçmeler rulman boşluğunu azaltır. Genelde çalışma boşluğu, takılmamış rulman boşluğundan daha küçüktür. Takılmamış rulmanın boşluğu değişik çalışma şartlarına ve uygulama toleranslarına uygun olarak seçilmelidir. Bu nedenle normal boşluklu rulmanların yanı sıra daha küçük ve daha büyük boşluktu rulmanlar da vardır. 3. Rulman geçmeleri ve yatak hassasiyeti Rulmanın takıldığı yuva ve mil tasarlanırken rulmanın yuva ve mile yeterli sıkılıkta oturması sağlanmalıdır. Genel olarak rulmanların iç ve dış bilezikleri aynı anda dönmezler. Prensip olarak hangi bilezik dönüyorsa o bileziğin yatağa sıkı geçmesi, dönmeyen bileziğin ise boşluklu geçmesi kabul edilebilir. Elektrikli motorda rotor milinin rulman iç bileziğine sıkı geçmesi gerekir. Bu sıkılığın oranı rulman boşluğunun oranı ile sınırlıdır. Sonradan işlem gören millerdeki rulman değişiminde bu hususa dikkat edilmelidir. 4. Rulmanların yağlanması Rulmanların güvenilir çalışması için bilyalar ve yuvarlanma yolları arasında direkt metal temasını ve yüzeylerin aşınmasını önlemek amacıyla uygun bir şekilde yağlama yapılmalıdır. Rulmanların yağlanması için gresler, sıvı yağlar ve katı yağlar kullanılabilir. Yağlama sürtünmeyi, dolayısıyla aşınmayı azaltır ve paslanmayı önler. Yağ, soğutma ve sızdırmazlık görevini de üstlenebilir. Elektrikli motorlarda genelde yağlayıcı madde olarak gresler kullanılır. 5. Rulmanın montajı, sökülmesi ve bakımı Rulman montajına başlamadan önce monte edilecek parçaların ölçülmesi gerekir. Ölçümlerde ana prensip ölçülecek parça ile ölçme aletinin aynı sıcaklıkta olmasıdır. Millerin iç ve dış çaplarının ölçülmesi için mikrometre, delik çaplarının ölçülmesi için delik mikrometresi kullanılmalıdır. 117 bilya segman iç bilezik dış çap dış bilezik delik çapı konik delik Rulmanın yapısı köşe yuvarlatması dış bilezik kapak yuvası kafes sac kapak iç bilezik kapak yuvası yanak yuvarlanma yolu

17 Herhangi bir çap normal olarak en az iki ayrı kesitte ve birden fazla düzlemde ölçülmelidir. Montaj ortamının son derece temiz ve düzenli olması şarttır. Montaj için gerekli her türlü alet ve ölçme cihazı montaj yerine getirildikten ve montaj işlemlerinin hangi sırayla yapılacağı kararlaştırıldıktan sonra rulman ambalajından çıkarılır. Mümkünse ambalajından çıkartılan rulmanlar çıplak elle değil de temiz bir eldiven giyilerek tutulursa el terinin sebep olacağı pas önlenmiş olur. a. Rulmanın montajı Montajda dikkat edilecek en önemli hususlar şunlardır: Rulmana asla doğrudan çekiçle vurulmamalıdır. Mümkünse pres ve montaj aparatları kullanılmalıdır. Sıkı geçmeyle oturacak bilezik önce monte edilmelidir. Montaj kuvveti daima monte edilen bilezik üzerinden iletilmelidir. Yani iç bilezik mile monte ediliyorsa iç bileziğin kenarından kuvvet uygulanmalıdır. Montaj bittikten sonra gerekli radyal ve eksenel boşluk kontrol edilmelidir. Montajın kurallara uygun olması rulmanın sessiz ve düzgün çalışmasını sağlar. Rulmanın çalışırken çıkardığı ses sayesinde bazı yargılara varmak mümkündür. Örneğin rulman dönerken duyulan düzensiz, tırmalamaya benzeyen ses ve titreşimler, rulmanda kirlilik olduğunu gösterir. Daha tok ve gürlemeye benzeyen bir ses ise yuvarlanma yollarının ya da rulman elemanlarının yüzeyinde hasar olduğunu belirtir. Düzgün metalik ve tiz bir ses ise yuvarlanma yollarında yeterli miktarda yağ ya da gres olmadığını gösterir. Rulmanların yağsız olarak çalıştırılması kısa zamanda bozulmalarına neden olur. Rulman çalışırken kısa zamanda aşırı derecede ısınıyorsa montajda ya da yağlama sisteminde bir hata olduğundan derhal sökülüp kontrol edilmesi gerekir. Montaj yöntemleri gerekli kuvvetin tatbikine göre mekanik, hidrolik ve termik olmak üzere üç sınıfa ayrılır. Elektrikli motorlardaki rulmanlar genelde mekanik olarak monte edildiğinden bu konu üzerinde durulacaktır. Mekanik montaj genelde delik çapı 100 mm den küçük rulmanlarda kullanılan bir yöntemdir. Mekanik kuvvet çekiçle uygulanacaksa rulmana yumuşak alaşımdan hazırlanmış burç ya da dayama üzerinden vurulmalıdır. Burç ya da dayamanın yalnız bileziklere temas etmesi, kafes ya da rulman elemanlarına değmemesi gerekir. Burcun delik ve dış çapları montaj kuvvetinin iteceği rulman bileziğinin et kalınlığından biraz daha az olacak şekilde işlenmelidir. Rulman takılırken bilezik yanak yüzünün mil faturasına ya da bir ara parçaya yaslanıncaya kadar itilmesi gerekir. Sıkı geçme yapılan bilezik eksenel dayanmaya karşı da sabitleştirilmelidir. b. Rulmanın sökülmesi Bir rulmanı sökerken de montaj esnasında olduğu gibi uygun aletlerle çalışmak gerekir. Aynen montajda olduğu gibi rulmana çekiçle vurulmaz. Genel olarak sökme işlemi için gerekli kuvvet, montaj için sarfedilmiş kuvvetten daha fazladır. Sökme işleminde kuvvet, kafes ya da rulman elemanlarına uygulanmamalıdır. 6. Rulmanların temizlenmesi Kullanıldıktan sonra bakım amacıyla sökülmüş ya da kirlenmiş rulmanlar dikkatlice gaz yağı ve fırçayla, biri temizleme, diğeri yıkama olarak en az iki ayrı banyoda iyice temizlenip yıkanmalıdır. Temizlemenin sonucunu kontrol etmek için ince bir yağ il yağlanan rulman elde döndürülür. Hiçbir düzensizlik ve gürültü olmamalı, pürüzlük hissedilmemelidir. İmkânlar dahilinde elde ya da gürültü kontrol cihazında gürültü kontrolü yapılabilir. İstenirse bundan sonra rulman ölçülüp kontrol edilerek durumu ve tekrar kulanılıp kullanılamıyacağı incelenir. Temizlenmiş rulmanın uygun bir yağ ya da gresle yağlanması gerekir. Toz ve kirlenmeyi önlemek için rulman paketlenerek saklanmalıdır. Kapalı tip rulmanlara gresleme işlemleri uygulanmaz. Kapalı rulmanlar kontrol edilir ve kullanıma uygun değilse atılır. Uygun olanlar temizlenerek paketlenir. 118

18 R. Emayeli bobin tellerinin kesitleri ve iki tel, üç tel karşılıkları Tel çapı (mm) Kesit (mm ) Çift tel karşılığı Üç tel karşılığı Tel çapı (mm) Kesit (mm ) Çift tel karşılığı Üç tel karşılığı 119

19 S. Emayeli bobin tellerinin kesitleri, ağırlıkları ve dirençleri İletken çapı (mm) İletken kesiti (mm ) İletkenin 1 metresinin ağırlığı (gram) İletkenin 1 km sinin direnci (Ω) İletken çapı (mm) İletken kesiti (mm ) İletkenin 1 metresinin ağırlığı (gram) İletkenin 1 km sinin direnci (Ω) 10

20 Emayeli bobin tellerinin kesitleri, ağırlıkları ve dirençleri İletken çapı (mm) İletken kesiti (mm ) İletkenin 1 metresinin ağırlığı (gram) İletkenin 1 km sinin direnci (Ω) İletken çapı (mm) İletken kesiti (mm ) İletkenin 1 metresinin ağırlığı (gram) İletkenin 1 km sinin direnci (Ω) 11

21 Emayeli bobin tellerinin kesitleri, ağırlıkları ve dirençleri İletken çapı (mm) İletken kesiti (mm ) İletkenin 1 metresinin ağırlığı (gram) İletkenin 1 km sinin direnci (Ω) İletken çapı (mm) İletken kesiti (mm ) İletkenin 1 metresinin ağırlığı (gram) İletkenin 1 km sinin direnci (Ω) 1

22 Ş. Emayeli bobin tellerinin emaye kalınlıkları Bakır telin çapı (mm) Tek kaplama Emayeli telin çapı (mm) Çift kaplama 13

23 T. Üç fazlı asenkron motorların anma akımlarının yaklaşık değerleri Motor gücü (kw) 3 fazlı, 380 V, 50 Hz lik şebekede anma akımının (tam yük akımının) amper cinsinden yaklaşık değeri Kutup sayısı 14

24 4. BÖLÜM: TRANSFORMATÖR SARIMLARI Transformatör Transformatörlerün primer ve sekonder sarımlarının yerleştirildiği ince çelik saclardan yapılmış nüve örneği V 1 V V 1 V R y (yük) nüve primer sargı (N 1 ) manyetik akı (φ) sekonder sargı (N ) Transformatörün yapısı A. Transformatörün önemi, yapısı ve çalışma ilkesi 1. Transformatörün önemi ve temel bilgiler Elektrik enerjisi doğru (DC) ve dalgalı (alternatif, AC) şeklinde üretilip dağıtılmaktadır. Doğru akımı alçaltıp yükseltmek elektronik devrelerle mümkün olmasına rağmen uygulamada yaygın olarak tercih edilmemektedir. Dünyada kullanılan elektrik enerjisinin % lik kısmı AC olarak üretilip dağıtılmaktadır. AC'nin gerilim ve akımını transformatör (trafo) adı verilen aygıtlarla yükseltmek ya da alçaltmak mümkündür. Elektrik santrallerinde üretilen elektrik enerjisi alçak gerilimle (örneğin 0 ya da 380 V) dağıtılmak istenirse iletkenlerin kesitinin çok kalın olmasına gerek duyulur. İşte bu sorunu ortadan kaldırmak için düşük değerli gerilim trafo ile yükseltilir. Elektrik enerjisinin gerilimi yükseltildiği zaman akım azalır. Örneğin 100 V, 100 A verebilen bir alternatörün gerilimi 1000 V a yükseltildiğinde akımı 10 A e düşer. AC'yi bir diyot ve bir filtre kondansatörüyle DC ye çevirmek mümkündür. Bu kolaylık nedeniyle tüm elektronik cihazlar AC yi DC ye çeviren adaptör (doğrultmaç, doğrultucu, redresör, rectefier) aygıtlarla çalıştırılabilmektedir. Küçük bir el radyosunu çalıştırmak için 0/3-6 V, W lık bir trafo yeterli olurken, bir semti beslemek için kva lık trafoya gerek duyulur. Uygulamada, zil trafosu, halojen lamba trafosu, empedans trafosu, hat trafosu, izolasyon trafosu, ototrafosu, akım trafosu, gerilim trafosu, kaynak makinesi trafosu vb. gibi trafolar karşımıza çıkmaktadır. 15

25 Küçük boyutlu ve fiyatı ucuz olan trafolar bozulduğu zaman sargıları yeniden sarılmaz. Eleman yenisiyle değiştirilir. Küçük trafolarda çok ince kesitli teller kullanıldığından elle sarım yapmak da mümkün değildir. Büyük boyutlu trafoların yeniden sarılmasına ilişkin işlemler çoğunlukla küçük işyerlerinde yapılmaktadır. O nedenle elektrikle ilgili mesleki ve teknik öğrenim almış olan kişilerin trafo tasarımı ve sarımı hakkında bilgi sahibi olmasında fayda vardır.. Transformatörün yapısı Primer (birincil) ve sekonder (ikincil) adı verilen iki sargısıyla ince celik saclardan yapılmış nüvesi olan trafonun hareketli parçası yoktur. Bir aygıtın hareket eden parçası olmadığı zaman sürtünme, ısınma, aşınma gibi olumsuzluklar ortaya çıkmaz. İşte bu nedenle trafoların verimi (randımanı) % 99 lara kadar yükselebilmektedir. Başka bir deyişle trafonun primer sargısına uygulanan enerji 100 W ise sekonder sargısından 99 W dolayında bir enerji alınabilmektedir. Trafonun primer sarımında oluşan manyetik alanı az kayıplı olarak sekonder sarımına ulaştıran nüve bir yüzeyi carlit adlı yalıtkanla kaplanmış ince çelik saclardan oluşur. Sacların ince ve bir yüzlerinin yalıtkan olması fuko kayıplarını azaltır. Uygulamada çekirdek, mantel (manto), dağıtılmış, spiral göbekli olarak tanımlanan nüveler kullanılmaktadır. a. Çekirdek tipi nüve b. Mantel (manto) tipi nüve c. Dağıtılmış tip nüve nüveler nüve sargılar sargı gezici uç ç. Spiral göbekli (spirakore) nüve d. Ototransformatörlerinde kullanılan silindirik nüve Transformatörün nüvesi çeşitleri 3. Transformatörün çalışma ilkesi Trafolar elektromanyetik indüksiyon ilkesine göre çalışırlar. Primer sargıya uygulanan AC, değişken bir manyetik alan oluşturur. Bu alan sac nüve üzerinden geçerek sekonder sarımının içindeki elektronları etkiler. Manyetik alana maruz kalan sekonder sargısında bir EMK indüklenir. Sekonderde oluşan gerilim ve akımın değeri, primerin oluşturduğu manyetik alana ve sarımda kullanılan telin kesiti ile sarım sayısına bağlıdır. 16

26 a. Çekirdek tipi nüveye sahip trafoların saclarının biçimleri ve montajın yapılışı b. Mantel (manto) tipi nüveye sahip trafoların saclarının biçimleri ve montajın yapılışı Transformatörün nüvesini oluşturan sacların biçimleri ve montajın yapılışına ilişkin örnekler 4. Transformatörün nüvesini oluşturan sacların yapısı Trafo nüvesini oluşturmada kullanılan, bir yüzeyi yalıtılmış ince çelik saclar yukarıda görüldüğü gibi belirli kurallara göre dizilir. Nüvenin görevi primerde oluşan manyetik alanı en az kayıpla sekonder sarımına ulaştırmaktır. Düşük kaliteli, iyice sıkıştırılmamış, paslanmış nüve trafonun verimini düşürür ve aşırı ısı üretir. Trafonun kaliteli olup olmadığını anlamanın en kolay yolu sekonder sarımına alıcı bağlı değilken primere enerji uygulayıp şebekeden çekilen akımı ölçmektir. Boşta çalışma akımı ne kadar düşükse trafonun veriminin o denli yüksek olduğu anlaşılır. Spiral göbekli trafo nüveleri tek parça sacın bobin etrafına sarılmasıyla elde edilmektedir. Bu tip trafolar çok hassas ve yüksek verimlilik istenilen yerlerde kullanılır. Nüvenin montajı özel otomasyon makineleriyle yapılır. Bu tip trafo sarımları az kullanıldığı için okullarda öğretilmemektedir. Küçük ve orta güçlü trafolarda nüvenin kesiti (üstten görünümü) "kare", "dikdörtgen", "artı" ve "çoklu artı" şeklinde olabilmektedir. Trafo nüvesi kesiti çeşitleri 5. Transformatör sargıları Gerilimi düşüren trafolarda primer ince kesitli telden çok sipirli, sekonder ise kalın telden az sipirlidir. Gerilimi yükselten trafolarda sargıların özellikleri düşürücünün tam tersidir. Başka bir deyişle bir trafo hem düşürücü hem de yükseltici olarak kullanılabilir. Örneğin 0 V'u 1 V'a düşüren zil trafosunun sekonderinden AC 1 V uygulanırsa diğer uçlardan AC 0 V alınır. Elektrik çarpmasını önlemek için kullanılan izolasyon trafosunda primer ve sekonder sarımları aynı özelliktedir. Özellikle bakım-onarım işlerinin yapıldığı teknik servislerde yaygın olarak 17

27 kullanılan izolasyon trafoları sayesinde tek uca dokunulduğunda çarpılma olmaz. İzolasyon trafosu ev ve iş yerlerinde de kullanılabilir. Peki evlerde bu trafo neden kullanılmamaktadır? şeklinde bir soru sorulabilir. Bunun nedenlerini şu şekilde sıaralayabiliriz: İzolasyon trafosu boş çalışma anında bir miktar enerji harcar. Yük altında çalışırken (alıcıları beslerken) de bir miktar enerji harcar. Yüksek değerli ve zararlı manyetik alan yayar. İşte bu nedenle izolasyon trafosu ev ile işyerlerinde yaygı olarak kullanılmaz. Onun yerine çarpılmayı önlemek için kaçak akım koruma rölesi kullanılır. Ayrıca düzgün çalışan bir topraklama tesisatı yapılır. Trafoların nüvesinin üzerine sarılan bobinler "dilimli" ya da "silindirik" yapıda olabilir. Dilimli sarımda hem primer, hem de sekonder sarımları dilimler hâlinde sarılır. Başka bir deyişle nüve üzerinde yan yana ya da üst üste olmak üzere pirimer ve sekonder sargıları sıralanır. Bu tip sarımlar daha çok yüksek gerilimli trafolarda kullanılır. Silindirik sarımda primer, nüveye yakın olması için alt kısma, onun üzerine ise sekonder sarımı sarılır. Bu tip sarımın işçiliği kolaydır. O nedenle küçük ve orta güçlü trafoların sarımında çok kullanılır. a. Dilimli sargı b. Silindirik sargı Trafo sargılarının nüve üzerine yerleştiriliş biçimleri 6. Transformatörde indüklenen gerilimin değeri ve dönüştürme oranı Primere uygulanan AC gerilim bu sargıda zamana göre "yönü" ve "şiddeti" değişen bir manyetik alan oluşturur. Sekonder sargısını kesen kuvvet çizgileri burada ikinci bir gerilim (EMK) indükler. Bu sırada Lenz Kanunu'yla da açıklandığı gibi primerin kuvvet çizgileri kendi kendini keserek bu sargıda da gerilim (zıt EMK) indüklenmesini sağlar. Primere uygulanan AC'nin ürettiği manyetik alanın 1 periyotluk süre içindeki değişimi yandaki şekilde verildiği gibidir. Şekilde görüldüğü gibi manyetik alan en yüksek değerine bir periyodun 1/4'ü sürede ulaşmaktadır. Bir sipirlik primer ya da sekonder sarımında indüklenen EMK'nın ortalama değeri, E ort yazılabilir. φ T 4 maks denklemiyle hesaplanabilir. Bu denklem, E ort φ maks. T şeklinde de Periyot denklemi, T f 1 'dir. Bu denklem yukarıda verilen denklemdeki "T" ifadesinin yerine φ T/4 φ maks T Primerde oluşan manyetik alanın değişimini gösteren eğri t konulursa, E ort φ maks. T φ maks. 1 f φ maks.4.f.10-8 [Volt] eşitliği elde edilir. 18

28 E ort φ maks.4.f.10-8 şeklindeki denklem tek sipirlik bobin içindir. Bu denklemi "N" sayıda bobin için yeniden yazacak olursak, E ort φ maks.4.n.f.10-8 [Volt] Elektrik makineleriyle ilgili hesaplamalarda AC gerilimin etkin (efektif, RMS) değeri daha çok tercih edilmektedir. Ortalama değeri etkin değere çevirmek için "1,11" katsayısı kullanılmaktadır. Bu durumu denklemle gösterecek olursak, E etkin 1,11.E ort ya da V etkin 1,11.V ort elde edilir. E ort φ maks.4.n.f.10-8 [Volt] şeklindeki ortalama değer denklemini etkin değer cinsinden yazarsak, E etkin 1,11.E ort E etkin 1,11.(φ maks.4.n.f.10-8 ) E etkin 4,44.φ maks.n.f.10-8 [Volt] elde edilir. E etkin 4,44.φ maks.n.f.10-8 [Volt] şeklindeki denklemi trafonun primer ve sekonder sarımlarının gerilimleri için ayrı ayrı yazarsak, V 1 4,44.φ maks.n 1.f.10-8 [Volt] V 4,44.φ maks.n.f.10-8 [Volt] Primer ve sekonder gerilimlerini sipir sayılarıyla oranlayacak olursak, V V 1 4,44. f. φ 4,44. f. φ maks maks. N1.10. N Denklemdeki sabit değerler "K" ile ifade edilecek olursa, V 1 N K V N 1 şeklinde yazılabilen dönüştürme oranı olarak tanımlanan denklem elde edilir. 19

29 B. Bir fazlı transformatörlerde sarım hesabı ve sarımın yapılışı 1. Transformatör hesaplamalarında kullanılan simgeler (kısaltmalar) S 1 : Trafonun girişinin (primerinin) görünür gücü [VA] S : Trafonun çıkışının (sekonderinin) görünür gücü [VA] S n : Sarımın yapıldığı sac nüvenin kesiti [cm ] V 1 : Primer gerilimi [V] V : Sekonder gerilimi [V] f: Frekans [Hz] I 1 : Primer akımı [A] I : Sekonder akımı [A] N 1 : Primer sipir sayısı [adet] N : Sekonder sipir sayısı [adet] s 1 : Primer iletkeninin kesiti [mm ] s : Sekonder iletkeninin kesiti [mm ] d 1 : Primer iletkeninin çapı [mm] d : Sekonder iletkeninin çapı [mm] φ: Manyetik akı [Maxwell] η: Verim e: Sargılardaki gerilim düşümü [V] a: Nüve eni [cm] b: Nüve derinliği [cm] h: Pencere yüksekliği [cm] h 1 : Makaranın içten içe yüksekliği [cm] C p : Pencere genişliği [cm] Manyetik akı yoğunluğu (B): Nüve olarak kullanılan sacın kalitesine göre Gauss arasında değişir. Hesaplamalarda bu değer ortalama Gauss olarak alınır. Transformatör gücüyle nüve kesiti arasındaki ilişkiyi veren katsayı (C): Nüve olarak kullanılacak silisyum katkılı, bir yüzeyi yalıtılmış, ince çelik sacın kalite seviyesine göre 0,7-1,5 değerleri arasında değişim gösterir. Sacın kalitesi yüksekse 0,7-0,8 değeri kabul edilebilir. Sac kötüyse bu 1,5'e yakın bir değer olarak kabul edilir. Kalitesiz bir sac kullanılmasına rağmen "C" değeri küçük alınırsa çalışma anında yüksek ısı ortaya çıkar. Akım yoğunluğu (J): Sarımda kullanılan iletkenin birim kesitinden geçebilen akım miktarını belirtir. Birimi A/mm 'dir. Havayla soğutulan küçük güçlü trafolarda J değeri "1,8 -,6", yağ ile soğutulan trafolarda ise ",5-4" arasında alınabilir. 130

30 . Transformatör hesaplamalarında kullanılan denklemler Manyetik nüvenin kesiti : S n C. S [cm ] ve S n a.b [cm ] S Primerin gücü : S 1 η [VA] Manyetik akı değeri : φ B.S n [Maxwell] V1 Primerin sipir sayısı : N 1 8 4,44. φ. f.10 [sipir] ya da N 1 8 V1.10 4,44. φ. f [sipir] V Sekonderin sipir sayısı : N 1 8 4,44. φ. f.10 [sipir] ya da N 1 8 V.10 4,44. φ. f [sipir] Primer iletkeninin akımı : I 1 Sekonder iletkeninin akımı : I S V 1 1 S V [A] [A] Primer iletkeninin kesiti : s 1 J I 1 [mm ] Sekonder iletkeninin kesiti : s J I [mm ] Primer iletkeninin çapı : d 1 4. s1 π [mm] Sekonder iletkeninin çapı : d 4. s π [mm] Makaranın içten içe yüksekliği: h 1 h -.(hava aralığı + presbant kalınlığı) [cm] 3. Transformatörlerin güçlerine göre ortalama verim (η) değerleri 4. Transformatörün güç değerinin volt-amper (VA) cinsinden verilmesinin nedeni Elektrik enerjisini tüketen alıcılar üç ayrı özelliktedir: Bunlar, omik, indüktif ve kapasitif şeklindedir. Omik alıcılar (akkor flamanlı lamba, ütü, fırın) şebekeden çektikleri akımın tamamını harcarlar. Omik alıcıların harcadığı güce aktif güç denir. İndüktif alıcılar (balast, bobin, röle, motor) şebekeden çektikleri akımın bir kısmını manyetik alana dönüştürürler. Manyetik alan kuvvet çizgileri ise indüktif alıcının sargılarını keserek (etkileyerek) şebeke gerilimine zıt yönde bir gerilim oluştururlar. Zıt EMK adı verilen bu gerilim ise alıcıdan şebekeye doğru ikinci bir akım akışına neden olur. Üreteç ve indüktif alıcı arasında gidip gelen akımdan dolayı harcanan güce reaktif güç (Q) denir. 131

31 Kapasitif alıcılar (kondansatör) şebekeden çektikleri akımla şarj olurlar. Daha sonra çektikleri akımı şebekeye geri verirler. Bu bilgilerden sonra şu örneği verelim: Üzerinde 100 VA yazan bir trafo eğer omik özellikli bir alıcıyı besleyecekse yük, trafodan 100 W güç alabilir. Eğer adı geçen trafoyla indüktif özellikli bir alıcı beslenecekse, sisteme reaktif güç de gerekeceğinden 100 VA'lik gücün bir kısmı manyetik alan oluşturmada harcanır. Sonuçta 100 VA gücündeki trafodan 100 W'tan daha az bir aktif güç alınır. Örnek: Etiketinde Cos ϕ 0,6 yazan bir motorun aktif gücü 1000 W'tır. Bu motorun beslenmesinde kullanılacak trafonun görünür gücü kaç VA olmalıdır? Çözüm: Cos ϕ P/S S P/Cosϕ 1000/0,6 1666,66 VA Sonuç olarak, alıcıların enerjiyi harcama biçimleri farklı olduğundan trafoların bazılarında güç değeri aktif güç cinsinden değil, görünür güç (S) cinsinden verilir. 5. Transformatör seçimi Uygulamada çeşitli gerilim ve akım değerlerinde trafolar kullanılır. Kimi trafoların çıkış gerilimi tek kademeli olurken bazıları ise çok çeşitli değerlerde gerilim verebilecek şekilde üretilmektedir. Eğer, 1 V/1 A çıkış verebilecek bir DC güç kaynağı yapılmak isteniyorsa, bu iş için W'lık güce sahip bir trafo seçmek gerekir. Üzerinde 1 V/50 W yazan bir trafonun verebileceği maksimum akım ise, P V.I olduğuna göre, I P/V 50/1 4,16 4 A'dir. 6. Transformatörün sağlamlık testinin yapılışı Trafo gerilimi düşürücü özellikte ise ohmmetre x1ω, x10ω, x100ω ya da x1k kademesine alınarak yapılan ölçümde primer direnci sekonder direncinden yüksek olmalıdır. Not: Trafoların gövdesinde giriş ve çıkış uçları işaretlenmiştir. 0 V yanlışlıkla çıkışa uygulanırsa trafo çok yüksek gerilim üretmeye başlar ve tehlike arz eder. O nedenle bağlantılar titizlikle yapılmalıdır. Transformatörün yüksek gerilim ve alçak gerilim sargıları şu yöntemlerle belirlenebilir: I. Sargıların direnci ölçüldüğünde büyük dirençli taraf yüksek gerilim, düşük dirençli taraf düşük gerilim sargısını gösterir. II. Gözle bakıldığında alt kısımda bulunan ince kesitli sargılar yüksek gerilim, üst kısımda bulunan kalın kesitli sargılar ise düşük gerilim uçlarını belirtir. 7. Arızalı transformatörün onarımı Trafo, aşırı akım çekildiğinde, sargılar kısa devre olduğunda, fiziksel darbelere maruz kaldığında arızalanabilir. Bozulan bir trafonun yeniden sarılması mümkündür. Elektronik sistemlerde kullanılan trafoların çoğunluğu küçük güçlü olduğundan fiyatları ucuzdur. O nedenle küçük boyutlu trafoların sarımı yapılmayıp yenisiyle değiştirme yoluna gidilir. 8. Transformatörde manyetik kaçaklar Trafonun nüvesi yetersiz, saclar küflü, bir yüzeyleri yalıtkansız, sarım işçiliği kötü ise primerde oluşan manyetik alanların bir bölümü devresini hava üzerinden tamamlar. Buna manyetik kaçak 13

32 denir. İyi kalite trafolarda manyetik kaçak oranı çok az olup, verim yüksektir. Manyetik kaçağın çok olması trafonun yüksüz hâlde (boşta) çalışırken aşırı akım çekmesinden, fazla ısınmasından anlaşılabilir. Hassas yapılı devrelerin beslenmesinde manyetik kaçağı çok olan trafolar tercih edilmez. Bu tip işler için, tanınmış ve TSE belgeli markalar kullanılmalıdır. Yandaki şekilde trafoların primer sarımlarında ortaya çıkan manyetik kaçaklar gösterilmiştir. AC faydalı akılar φ kaçak akılar 9. Transformatörde kayıplar Transformatör çektiği enerjinin bir kısmını kendisi harcar. Harcanan enerjiye kayıp denir. Kaliteli bir transformatörde kayıp azdır. Kayıpları dört bölümde inceleyebiliriz: Trafolarda manyetik alan kaçaklarının gösterilişi a. Bakır kayıpları Transformatörün sargılarında kullanılan iletkenlerin omik direncinden dolayı ortaya çıkar. Bu kayıplar, P iletken P cu I.R [W] denklemiyle bulunur. Bakır kayıpları ısı şeklinde ortaya çıkar. b. Histerisiz kayıpları AC'nin her alternansının yön değiştirmesi anında nüve üzerinde çok az bir artık mıknatıslık kalır. Bu artık mıknatıs ters yönden gelen akımın oluşturduğu manyetik alana karşı koyarak güç kaybına neden olur. Bu duruma histerisiz kaybı denir. c. Eddy (fuko) kayıpları Demir nüveyi kesen manyetik akılar nüve üzerinde akım dolaşmasına neden olur. Dolaşan iç akımlar ana manyetik alanın dolaşımını olumsuz etkiler. Fuko kayıplarını en aza indirmek için kullanılan nüveler ince (0,35-0,5 mm) ve birbirinden yalıtılmış çelik saclardan yapılır. ç. Manyetik kaçak kayıpları Kuplaj katsayısının 1'den küçük olması yani primerde oluşan manyetik alanın bir kısmının sekonderi kesememesi nedeniyle ortaya çıkan kayıplardır. Geçirgenliği yüksek olan silisyum katkılı saclar kullanılarak manyetik kaçaklar azaltılabilmektedir. 10. Bir fazlı, tek çıkışlı transformatörün hesabının yapılışı Örnek Trafonun nüvesinin şekli : Çekirdek tipi Nüve oluşturmada kullanılacak sacın kalınlığı : 0,5 mm Trafonun çıkışının görünür gücü : S 50 VA Primere uygulanacak gerilim : V 1 0 V Sekonderden alınacak gerilim : V 4 V Manyetik akı yoğunluğu : B Gauss Şebeke frekansı : f 50 Hz Trafonun verimi : η % 98 Sargılardaki gerilim düşümü : e % 5 Trafo gücüyle nüve kesiti arasındaki ilişkiyi veren katsayı : C 1 Akım yoğunluğu katsayısı : J,3 A/mm 133