ELEKTRĐK MOTORLARI SÜRÜCÜLERĐ EELP212 DERS 04

Transkript

1 EELP1 DERS 04 Özer ŞENYURT Nian 10 1 ELEKTRĐK MOTORLARI Özer ŞENYURT Nian 10

2 ELEKTRĐK MOTORLARI Özer ŞENYURT Nian 10 3 ASENKRON MOTORLAR Endütride en azla kullanılan motorlardır. Doğru akım motorlarına göre avantajları Daha ucuzdurlar, Bakıma az ihtiyaç göterirler, Çalışma ıraında elektrik arkı meydana gelmez, Bir ve üç azlı olarak yapılırlar, Birkaç watt dan 3500kW a kadar güçte imal edilmektedir, Momentleri yükektir, Devir ayıları yükle çok az değişir, Frekan değiştirilerek itenilen devir ayıı elde edilir. 3 azlı motor DC Motor Özer ŞENYURT Nian 10 4

3 Rotor yapılarına göre iki çeşit aenkron motor vardır: Sincap kae (kıa devre) rotorlu aenkron motor, Sargılı rotorlu aenkron motor. Özer ŞENYURT Nian 10 5 Aenkron motorların yapıında; Stator, Rotor, Yataklar ve kapaklar bulunur. Sargılı rotorlu aenkron motorda bilezik ve ırçalar da bulunmaktadır. Özer ŞENYURT Nian 10 6

4 Aenkron motorun yapıı Stator manyetik alanın meydana geldiği kıımdır. Rotor ie aenkron motorun dönen kımıdır. Sincap kaeli rotorlarda kıa devre çubukları ilili acların oluşturduğu kanallara yerleştirilmiş, birer taraları bakır halkalarla kıa devre edilmiştir. Sargılı rotorlu aenkron motorlarda acların paketlenmeiyle oluşturulmuş ve üzerindeki kanallara üç az argıları yerleştirilmiştir. Sargılar yıldız veya üçgen bağlanarak rotor mili üzerindeki üç bileziğe uçları bağlanmıştır. Fırçalar yardımı ile rotor argıları kıa devre edilerek rotor argılarında akım dolaşmaı ağlanır. Özer ŞENYURT Nian 10 7 Özer ŞENYURT Nian 10 8

5 Bir rotorun dönebilmei için gerekli şartlar - Rotor iletkenlerinden bir akımın geçmei - Rotor iletkenlerinin dönen bir manyetik alan içeriinde bulunmaı Döner alan içindeki rotorun dönüşü Stator argılarından geçen üç azlı alternati akım, tator argılarında dönen bir manyetik alan oluşturuyor. Dönen manyetik alan içinde bulunan bir iletkende gerilim indüklenir. Kıa devre edilmiş rotordan bir akım geçer. Bu akımlar rotorda N ve S kutuplarını meydana getirir. Dönen tator kutupları, rotor kutuplarını etkileyerek rotorun dönmeini ağlar. Özer ŞENYURT Nian 10 9 Senkron Hız Döner alanın devir ayıına enkron devir veya enkron hız denir. n ile göterilir. Aenkron Hız P 60. n = Rotor hızına aenkron hız veya aenkron devir denir. Aenkron hız rotordan turmetre ile ölçülür. Rotor hızının enkron hıza ulaşamamaı nedeniyle aenkron hız denir. Kayma Bir aenkron motorda kayma iki şekilde iade edilir: Devir cininden kayma enkron hız ile rotor hızı araındaki arktır. n = n n r Yüzde cininden kayma enkron hız ile rotor hızı araındaki arkın enkron hıza oranıdır. n n n r r = % =. 100 n n n Özer ŞENYURT Nian 10 10

6 Aenkron Motorlarda Yol Alma Akımı Aenkron motorlar yol alma ıraında büyük akım çekerler. Bu akıma yol alma akımı veya kalkış akımı denir. Đlk yol almada rotor devri ıır olduğundan (kayma) %100 olur. Motorun yüklü çalışmaında ie kayma ııra yaklaşacaktır. Başlangıçta %100 kaymanın olmaı rotor devre direncinin küçük olmaına, bu da kalkış akımının büyük olmaına ebep olur. U I = Motorun ilk kalkınmada şebekeden çektiği az akımı R + R + X I ( ) e U = Motorun kaymaına bağlı olarak şebekeden çektiği az akımı ( R + R / ) + X e Aenkron Motorlarda Yol Alma Akımının Yükek Olmaının Nedenleri Rotor çubuklarını keen manyetik akı en büyük değerde olduğundan rotor indükleme akımı ve rotor alanı en büyüktür. Rotor alanının tator alanına etkii olacağından, tator manyetik akıı ve tator argılarının zıt emk ı en küçük değerde olur. Şebekeden de en büyük akımı çeker. Rotor harekete başlayınca rotor hızı artar. Rotor manyetik alan hızı azalır ve tator zıt emk ı artacağından motorun şebekeden çektiği akım azalmaya başlar. Özer ŞENYURT Nian Yol Alma Akımının Şebeke Üzerinde Etkii Aenkron motorlar yol alma anında normal akımlarının 4-8 katı kadar akım çekerler. Rotorun hareketlenmei akımın normal eviyeine gelmeini ağlar. 3-5 aniye kadar olan bu kalkış akımı motora zarar vermez. Yükek güçlü motorların kalkış akımları çalıştıkları ortamda gerilim düşümünün artmaına ebep olurlar. Bu gerilim dalgalanmaları alıcıların çalışmaını etkileyecektir. Bu ebeple kalkış akımının düşürülmei gerekmektedir. Gücü 5 kw tan büyük motorlarda yol verme yöntemleri uygulanır. Aenkron Motorlara Yol Verme Yöntemleri o Yıldız üçgen yol verme o o o Oto traou ile yol verme Tritörlerle yol verme (gerilim rekan değiştirmek) Sot tarter ile yol verme (gerilimi değiştirerek) Frekan çeviricilerle yol verme (rekanı değiştirerek) Sargılı rotorlu aenkron motora yol verme Özer ŞENYURT Nian 10 1

7 Yıldız Üçgen Yol Verme Bir aenkron motorun üçgen çalışma gerilimi şebeke gerilimine eşite o motora yıldızüçgen yol verilir. Kalkış akımını düşürmenin en ekonomik yöntemi olduğundan küçük güçlü motorlarda çok kullanılır. Motor yıldız bağlanmaı ile düşük gerilimle çalışmaya başlatılmış olur. Normal devrine ulaştığında ie üçgen bağlanarak çalışmaına devam eder. Yıldız bağlı yük Üçgen bağlı yük Özer ŞENYURT Nian Üç az argıları aralarında 10 derece açı arkı olacak şekilde tator oluklarına yerleştirilmişlerdir. Motorun argı uçları: R azı U giriş X çıkış S azı V giriş Y çıkış T azı W giriş Z çıkış olarak iimlendirilmiştir. U V W Z X Y Özer ŞENYURT Nian 10 14

8 Üç azlı yıldız bağlı item Üç azlı üçgen bağlı item Özer ŞENYURT Nian Yıldızdan üçgene geçiş için motorun normal devrine ulaşmaı beklenir. Geçiş üreinin kıa olmaı gereklidir. Yıldızdan üçgene geçiş için iki şart aranmalıdır Yük momenti motor momentine eşit olmalı Yıldız bağlamada motorun devri nominal devre yakın olmalı Eğer yıldızdan üçgene geçiş ürei kıa olura üçgene geçişte ani akım yükelmeleri olur. Kontaktör kontaklarında haarlara yol açabilir. Eğer yıldızdan üçgene geçiş ürei uzun olura motor yaklaşık olarak 1/3 momentle yükü karşılamaya çalışır. Yük momenti büyüke motor aşırı yüklenmiş olur. Özer ŞENYURT Nian 10 16

9 Oto traou ile yol verme Büyük güçlü motorlara rekanla yol verme uygulanmıyora oto traou ile yol verilebilir.büyük güçlü ve yük altında olan motorlarda iki kademeli yol verme uygulanır. Oto traou ile yol vermede kademe geçişlerinde tator akımı keilir. Rotor akımı ie ıır olmayıp, rotor devir ayıına bağlı olarak tator argılarında şebeke rekanına yakın değerlerde emk lar indüklenir. Sonraki kademe gerilimleri uygulandığı anda tatordan büyük akımların geçmeine neden olabilir. Bu mahuru önlemek için oto traou ile kademeli olarak aenkron motora yol verilir. Özer ŞENYURT Nian Oto traou ile yol vermede motorun çekeceği akım ekonder akımı, şebekeden çekilen akım ie primer akımıdır. Özer ŞENYURT Nian 10 18

10 Tritörlerle aenkron motorlara yol verilmei Aenkron motorlara yol vermede ve devir ayarında yararlanılan tatora uygulanan gerilimin etkin değerini ve rekanını değiştirmek için tritörler kullanılır. Yumuşak yol verici (Sot tarter) ile yol verme Motordaki moment akım ilişkiinin zamana bağlı olarak yavaşça ayarlanmaı ile motorun devreye girmei ot tarter ile ayarlanır. Vuruntulu olmayan yumuşak kalkış ve duruş yapılmaı itenen pompalar, kompreörler, yürüyen merdivenler, aanörlerde uygulanmaktadır. Sot tarter motor ile şebeke araına direk olarak bağlanmaktadır. Motor gerilim ve akımı ot tarter ile kontrol edilir. Motorun yol verilmeinde şebeke geriliminin %30 dan başlayıp %100 e kadar motora uygular. Özer ŞENYURT Nian Frekan değiştiricilerle yol verme Devir ayıı ormülüne göre rekan değiştirildikçe devir ayıı da değişir. Bununla birlikte tator gerilimi de değiştirilire motorun momenti abit kalacaktır. En gerlişmiş rekan çeviriciler DC gerilim ara devreli olarak taarlanırlar. Frekan çeviricide motora uygulanacak olan gerilim doğrultucudan geçirilerek doğru gerilime çevrilir. 60. n = P Bu ara gerilim şebeke geriliminin 1,41 katına kadardır. DC gerilimin dengeli bir şekilde yükelmeini ve ınır değerlerini aşmamaını ağlamak için bobin ve iltrelemek için kondanatörler kullanılır. Doğru gerilimden rekanı ve gerilimi ayarlanabilen alternati gerilim eviriciden elde edilmektedir. Frekan ayarı 0,5Hz ile khz aralığında aralığında ayarlanmaktadır. Frekan dönüştürücülerin en önemli ünitei kontrol birimidir. Üretilen bu gerilim ve rekan ayeinde aenkron motorların geniş hız ınarlar içinde verimli olarak çalıştırılır. Özer ŞENYURT Nian 10 0

11 Ara devreli rekan çeviricilerde, şebeke gerilimi modüler doğrultmaçlar ile doğrultulur. Doğrultulan gerilim, iltre edilerek düzleştirilir. Düzleştirilen doğru gerilim, üç azlı dalgalayıcı ile PWM (Pule Width Modulation= Darbe Genişlik Modülayonu) yöntemiyle motoru beleyecek değişken, rekanlı üç azlı alternati gerilime çevrilir. Aenkron motorların tator argılarında oluşturulan manyetik akımın değeri, bütün yüklerde gerilimle doğru rekanla ter orantılıdır. Anma gerilim ve anma rekanında çalışan motorun momenti anma değerindedir. Gerilim abit tutularak rekan azalıra manyetik akım artar, rekan arttırılıra manyetik akım azalır. Motorun döndürme momenti, aydalı akımın kareine orantılıdır. Bir motorun anma döndürme momentinde çalışmaı durumundaki manyetik akı değeri anma manyetik akııdır. Motorun değişik devir hızlarında anma momenti ile çalışabilmei ancak anma manyetik akıında çalıştırılıra mümkündür. Motorun gücü ie, devir hızı ve momentinin çarpımı ile orantılıdır. Yani güç, hız ve moment değerine bağlı değişir. Gerilim abit tutularak rekan azaltılıra, manyetik akı artarak doymaya girer. Bu nedenle rekanla beraber gerilimin de düşürülmei zorunludur. Özer ŞENYURT Nian 10 1 Akı bağıntıına göre, hava aralığı akıının ve döndürme momentinin abit kalmaı için, gerilim-rekan oranı (U/=k) abit tutulmalıdır. Frekan çeviricinin çıkış gerilimi, rekana doğrudan orantılı ayarlanmalıdır. Bu oran, çok düşük rekanlarda yeteriz kalır. Hava aralığı akıı ve döndürme momenti çok düşer. Bu akıncayı önlemek için, düşük rekanlarda gerilim biraz arttırılır. Böylece düşük rekan bölgelerinde aşırı uyarma önlenir ve motor anma momentini verebilir. Dolayııyla rekan çeviricilerle yol vermede, motorun kalkış orunu yoktur. Düşük rekanla çalışmada, hız azaldığından oğutma pervaneinin oğutmaı yeteriz kalır ve motor ıınır. Bu bakımdan azalan rekanlardaki çalışmada, motor dışardan bir tahrikle oğutulmalıdır. Darbe genişlik modülayonlu (PWM) rekan çeviricilerde, hem rekan hem gerilim ayarı dalgalayıcıda gerçekleştirilir. Sabit momentle işletme U/ oranının abit tutulmaı ile olur. Değişken momentle işletme, oranının abit tutulmaı prenibidir. Özer ŞENYURT Nian 10

12 Motorların argı yalıtımları, mekanik düzenleri, anma gerilim ve diğer anma değerlere göre taarlanarak yapılmıştır. Pratikte motor, anma gerilim değerinin üzerinde çalıştırılmaz. Anma rekantan onra rekan artışı ürdürülüre, gerilim abit tutulur. Gerilim-rekan abit oranı (U/=k) bozulur. Artan rekanta manyetik akı ve döndürme momenti giderek azalır. Buna karşın hız arttığından güç abit kalabilir. Artan rekanlarda, anma hızının üzerindeki hızlarda motor, anma momenti ile yüklenemez. Artan rekanlarda devir kayıpları, hızın yükelmeinden ürtünme ve rüzgâr kayıpları artar. Bunun onucu olarak kayıplar arttığından, motorun verimi de düşer. Özer ŞENYURT Nian 10 3 Rotoru argılı aenkron motora yol verme Rotor devreine omik direnç bağlamak uretiyle normal gerilim altında motorun devir ayıını, yol alma akımını ve döndürme momentini kademeli olarak ayarlamak mümkündür. Yol verme dirençleri devreye alınırken; o Yol verme dirençleri kademelere bölünür. o Başlangıçta bütün dirençler devrededir. o Rotor yol aldıkça dirençler kademeli olarak devreden çıkarılır. o Motor yol aldıktan onra rotor argıları kıa devre edilir. Özer ŞENYURT Nian 10 4

13 Aenkron motorlarda momentler Kalkış momenti Motor devreye bağlandığında (kayma) %100 dür. Bu anda rotor rekanı tator rekanı ile aynıdır. Rotor reaktanı rotor direncine göre çok büyük ve rotorun güç katayıı çok küçüktür. Rotor akıı tator akıının geriinde ve aralarındaki az açıı oldukça küçüktür. Đki alanın etkii az ve yol alma dönme momenti küçüktür. Motorun hızı artınca yüzde kayma ve rekanı küçülür. Frekanın düşmei rotor reaktanını küçültür. Stator alanı ile rotor alanı araındaki az açıı küçülür. Yaklaşık %0 kaymada dönme momenti en büyük değerindedir. Rotor hızlandıkça dönme momenti, motor yükü için gerekli dönme momentine ulaşıncaya kadar azalır. Bu ırada kayma % 3 civarındadır. Yol alma tator alanı, rotor çubuklarını, dönme anındakine göre daha büyük bir hızla keer ve rotorda oldukça yükek gerilimler indüklenir. Rotor akımı yükektir, dolayııyla tator akımı da yol almada yükektir. Motorun kalkınmada şebekeden çektiği az akımı; Momenti; U I = Rotorun U. R 0,975. U. R ( ) R + R + X giriş gücü; Pr giriş = kgm M d = kgm e ( R + R ) + X [( R + R ) + X e ] ns e Özer ŞENYURT Nian 10 5 Çalışma anında momentin bulunmaı Aenkron motorun milindeki dönme momenti Md ve dakikadaki devir ayıı nr ie; motorun milinden alınan mekanik güç; M d. nr M d. nr Pa = Hp Pa = kw Motordan alınan güç Pa rotorun açıal hızına bölünüre, Newtonmetre olarak döndürme momentini verir P P Pa Motorun milinden alınan güç (kw) a a Md = ω =. π. n n rotorun aniyedeki devir ayıı nr/ P Md = n giriş r 975. P Md = n giriş ωr rotorun devrine göre açıal hızı (rd/) Md döndürme momenti (Nm) Motorun çektiği az akımı Rotor giriş gücü P r giriş = I I R = U ( R + R / ) + X e U = ( R + R / ) + X e R M Motorun döndürme momenti 0,975 = n 3. U. R [( R + R / ) + X ] d S. e kgm Özer ŞENYURT Nian 10 6

14 Özer ŞENYURT Nian 10 7