BİR FAZLI ASENKRON MOTORLARIN ÇEŞİTLERİ, YAPISI VE ÇALIŞMA PRENSİBİ

Transkript

1 BİR FAZLI ASENKRON MOTORLARIN ÇEŞİTLERİ, YAPISI VE ÇALIŞMA PRENSİBİ Genellikle üç fazlı alternatif akımın bulunmadığı yerlerde veya küçük güçlü olduklarından işyerlerinde bir fazlı kolon hattına bağlanırlar Bir fazlı asenkron motorlar, küçük iş tezgahları ile buzdolabı, çamaşır makinası, küçük su pompalan, mikser, vantilatör, aspiratör, teyp, pikap, traş makinası, vb. yerlerde kullanılır. Kalkınma akımları fazla olduğundan çoğunlukla 1/8, 1/6, 1/4, 1/2, l, 1/5 ve 2 HP gibi küçük güçlerde imal edilir. l- BİR FAZLI MOTORUN ÇEŞİTLERİ: a) Yardımcı Sargılı Asenkron motorlar I) Direnç yolvermeli II) Kondansatör yolvermeli 1- Tek kondansatörlü 2- Çift kondansatörlü III) Daimi kondansatörlü b) Üniversal (Seri) motorlar c) Yardımcı kutuplu (Gölge kutuplu) asenkron motorlar d) Repülsiyon motorlar e) Relüktans motorlar f) Küçük senkron motorlar a) Yardımcı sargılı bir fazlı asenkron motorların yapısı ve çalınma prensibi: I) Yapısı: Bir fazlı 3'ardımcı sargılı asenkron motorlar; a) Stator, b) Rotor, 1

2 c) Gövde ve Kapaklar, d) Santrifüj Anahtar olmak üzere dört kısımdan oluşur. a)stator: Üç fazlı asenkron motorlarda olduğu gibi bir fazlı motorlarda da stator ince silisli sacların iç yüzlerine presle oyuklar açılıp paketlenmesiyle meydana gelmiştir. Oyuklar içerisine, hem birbirine karşı hem de statora karşı yalıtılmış Ana Sargı ve Yardımcı Sargı sarılır. Motorun çalışmaya başladığı ilk anda ana ve yardımcı sargı devreye sokulur. Motor normal devrinin % 75'ine ulaştığında yardımcı sargı, santrifüj anahtar aracılığı ile devreden çıkartılır. Daha sonra motor ana sargı ile çalışmasına devam eder. b) Rotor: Silisli sacların dış yüzüne presle oyuklar açılmış ve birleştirilerek sac paket oluşturulmuştur. Rotor oyuklarına, iki ucundan kısa-devre edilmiş alüminyum rotor çubukları enjeksiyon yöntemi ile yerleştirilip daha sonra bu sac paket, bir mü üzerine sıkıca takılarak rotor meydana getirilmiştir. c) Gövde ve Kapaklar: Küçük ev aletlerinde kullanılan motorlarda gövde düz yüzeyli olarak, orta güçlü motorlarda ise gövde çıkıntılı yüzeyli olarak yapılır. Genellikle gövdeye saplamalarla tespit edilen kapakların içerisine açılan yataklara rotor mili üzerine geçirilmiş rulmanlar yerleştirilir. d) Santrifüj Anahtar: Motorun ilk kalkınma anında normal devrinin % 75'ine ulaşınca yardımcı sargıyı devreden çıkartan santrifüj anahtar, motorun içerisine yerleştirilir. İki kısımdan meydana gelen santrifüj anahtarın duran kısmı kapak içerisine, hareketli kısmı ise rotor miline monte edilir. Duran kısımda bulunan iki kontak, motor çalışmazken kapalı durumdadır ve yardımcı sargıyı devreye sokar. Motor normal devrinin %75'ine ulaştığında ise hareketli kısım, merkezkaç kuvveti n-etkisi ile dışarı doğru çekilerek kontak üzerindeki basıncı kaldırır. Bu ise bir yay vasıtası ile tekrar eski konumuna gelerek kontağı kapatır. Bu sırada kontak açılarak yardımcı sargı devreden çıkar. Motor durduğunda ise bir yay vasıtası ile tekrar eski konumuna gelerek kontağı kapatır. 2

3 II) Çalışma Prensibi: Üç fazlı asenkron motorlarda faz sargıları,.aralarında 120 elektriki açı farkı olacak şekilde statora yerleştirildiğinden döner manyetik alan meydana geliyordu. Fakat bir fazlı asenkron motorlarda yalnız bir sargı ile döner manyetik alan elde edilemez. Bu nedenle bir fazlı motorlarda ana sargının dışında bir de yardımcı sargı bulunur. Ana ve yardımcı sargılar birbirine paralel bağlanıp aralarında 90 elektriki açı farklı oyuklara yerleştirilir. Bu sargıları bir fazlı gerilim uygulandığında, ana ve yardımcı sargıda manyetik alanlar meydana gelir. Oyuklar arasında 90 elektiriki açı farkı olmasına rağmen, sargılara uygulanan gerilimler aynı fazlı olduğundan meydana gelen 3

4 manyetik alanlarda aynı fazlıdır. Bu nedenle iki sargıda manyetik döner alan meydana gelmez. İki sargıda meydana gelen manyetik alanlar arasında faz farkının oluşması için sargılardan geçen akımlarında faz farklı olması sağlanır. Bunun için de: a) Devamlı olarak devrede kalan ana sargı kalın kesitli telle çok sipirli olarak sarılır. Ana sargıya paralel bağlanan yardımcı sargı ise ince kesitli telle az sipirli sarılır. Bu uygulamada yardımcı sargı sipir sayısı ana sargıya göre % 25, iletken kesiti ise 1/3 veya 1/4 oranında daha küçüktür. Böylece ana sargının omik direncinin küçük, endüktif reaktansının büyük olması ve akımın gerilimden 90 'ye yakın geri kalması sağlanır. Ayrıca ana sargı alta, yardımcı sargı üste yerleştirilerek endüktif reaktansın daha da büyümesi sağlanır. b) Yardımcı sargıdan geçen akımın gerilimden ilerde olması için yardımcı sargıya seri olarak bir kondansatör bağlanır. Böylece ana ve yardımcı sargı akımları arasında 90 'lik faz farkı meydana gelir. Bu da düzgün bir döner manyetik alanın meydana gelmesini sağlar.sincap kafesli rotorun kısadevre edilmiş rotor çubukları, stator manyetik alanı tarafından kesilerek çubuklarda emk endüklenir. Rotor çubukları iki tarafından kısadevre edildiğinden içerisinden kısadevre akımları geçer ve rotorda bir manyetik alan oluşur. Stator döner manyetik alam, rotor manyetik alanını peşinden sürüklemesi sonucunda da rotor döner.motorun ilk kalkınması anında yardımcı sargı, ana sargının manyetik Motorun ilk kalkınması anında yardımcı sargı, ana sargının manyetik alanını destekleyecek yöndedir. Fakat rotor devri, normal devrine yaklaştıkça bu kez yardımcı sargı, hem ana sargı hem de rotor sargısı üzerinde ters etki yapar. Motorun normal çalışmasını engellemesi nedeni ile yardımcı sargı, santrifüj anahtarla devreden çıkartılır. Eğer motor normal devrine ulaştığı halde yardımcı sargı devreden çıkartılmazsa, ince kesitli yardımcı sargıdan fazla akım geçeceğinden sargılar ısınır ve bir süre sonra da yanar. 4

5 Yardımcı sargılı asenkron motorlarda devir yönünü değiştirmek için, bobinlerden birinin akım yönünü değiştirmek gerekir. Bu değiştirme, daha çok yardımcı sargıda uygulanır. Eğer U-W ve X-Z şeklinde bağlanırsa motor bir yönde, U-Z ve X-W şeklinde bağlanırsa motor aksi yönde döner. 5

6 Aspiratör, vantilatör, kompresör, çamaşır makinası gibi motorlar, daima bir yönde dönerler. Bu, nedenle sargı uçları stator içinde bağlanarak dışarıya üç uç çıkartılır. Uçlardan ikisi ana sargı, diğeri ise yardımcı sargı ucudur ve bu uç santrifüj anahtara bağlanır. Devir yönü sık sık değiştirilen motorlarda ise klemens tablosuna dört uç çıkartılır. b) Üniversal (Seri) Motorların Yapısı ve Çalışma Prensibi: Üniversal motorlar, statoru çıkıntılı kutuplu yapılarak kutup sargılan sarılması ve rotorunda aynen endüvide olduğu gibi sargıların bulunması nedeniyle doğru akım seri motorlarına benzer. Şekil:181'de prensip şeması görülen üniversal motora bir fazlı alternatif gerilim uygulandığında, kutup ve endüvi sargılarından alternatif akım geçer. 6

7 Geçen bu A.A., kutup sargılarında manyetik alan meydana getirir. Kutuplarda meydana gelen alan içerisinde bulunan endüvi iletkenlerinin içerisinden akım geçince, "İçerisinden akım geçen bir iletken, manyetik alan içerisine sokulduğunda alanın dışına doğru itilir" prensibine göre iletkenler kutupların dışına itilir. Bu sırada iki ucundan yataklanan endüvi döner. Üniversal motorların diğer motorlardan farkı devirleridir. Boştaki devir sayıları Dev./Dak. gibi oldukça yüksektir. Bunun yanısıra; a) Motorun yük akımı arttıkça, kutup ve endüvi sargılarında düşen gerilimlerin artması, devir sayısının düşmesine sebep olur. b) Motorun yük akımı arttıkça, endüvi reaksiyonunun hava aralığındaki manyetik akıyı azaltması nedeniyle devir sayısının yükselmesine sebep olur. c) Motor yük akımı arttıkça, kutup ve endüvi sargılarındaki reaktif gerilim düşümü endüviye uygulanan gerilimi azalttığından, devir sayısının düşmesine sebep olur. 7

8 Devir sayılarının yüksek olması nedeniyle üniversal motorlar, daha çok elektrik süpürgelerinde, mikserlerde, kahve değirmenlerinde, dikiş makinaları, saç kurutma makinaları ve traş makinalarında kullanılır. Bunun dışında devir sayıları, motora uygulanan gerilimi değiştirerek ayarlanır. Ayrıca, üniversal motorlann kutup veya endüvi sargısında birisinin uçları değiştirildiğinde o sargıdan geçen akımın yönü değişir. Böylece manyetik alanın yönü değişeceğinden, motor devir yönü değiş mis olur (Şekil: 182). c) Yardımcı Kutuplu (Gölge Kutuplu) Asenkron Motorların Yapısı ve Çalışma Prensibi: Daha çok küçük güçlü olarak yapılan ve sessiz çalışmaları nedeniyle tercih edilen bu motorların yapımları kolay ve ucuzdur. D. A. makinalarındaki gibi kutup ayakları vardır ve kutbun bir ucundan 1/3 uzaklıkta bulunan yarık içerisine uçları kısadevre edilen bakır halka geçirilmiştir. Kutbun diğer 2/3'lük kısmına ise kutup sargısı sarılmıştır (Şekil: 183). 8

9 Üç fazlı motorlardaki gibi döner alan prensibine göre çalışan bu motorlarda döner alan statorun çevresinde dönmeyip, kutupların bir ucundan diğer ucuna doğru kayar. Bu nedenle bu tip motorlarda moment, her an değişir. Kutup ayaklan üzerinde açılan ve yarıkla ayrılan kısma yerleştirilen bakır halkaya, Yardımcı Kutup veya Gölge Kutup denir. Kutup sargılarının bir fazlı A.A. ile beslendiği bu motorlarda rotor, aynen üç fazlı asenkron motorlarda olduğu gibi sincap kafeslidir. Kutup sargılarına bir fazlı A.A. uygulandığında bobinden geçen sinüsoidal akım, sıfırdan maksimum değere doğru arttıkça değişken bir manyetik akı meydana getirir. Bu değişkin manyetik alan içerisinde kalan bakır halka üzerinde bir gerilim endüklenir ve kısadevre edildiğinden, üzerinden kısadevre akımı geçer. Lenz Kanununa göre; kısadevre akımı, kendisini meydana getiren manyetik alanın yönüne zıt yönde bir manyetik alan meydana getirir. Dolayısıyla yardımcı kutup üzerinde alan zayıflaması olur ve kutup sargısının meydana getirdiği alan, yardımcı kutba doğru kayar. A.A. yön değiştirdiğinde bu kez kutupların is-mi değişir (N iken S olur) ve yine alanın kayma yönü aynı kalır. Yukarıda anlatıldığı gibi bir fazlı yardımcı kutuplu motorlarda manyetik alan, ana kutuptan yardımcı kutba doğru devamlı olarak kayma gösterir. Döner alana benzeyen bu manyetik alan, rotorun dönmesini sağlar. Bir fazlı yardımcı kutuplu asenkron motorlar daima aynı yönde dönerler. Devir yönünü değiştirmek için rotor, stator içerisinde ters çevrilir. Bu motorlarda devir sayısı ayarı, motora uygulanan gerilim bazı yöntemlerle değiştirilerek yapılır. Yardımcı kutuplu motorların olumlu yönleri: 1- Yapıları basittir, 2- Maliyetleri ucuzdur, 9

10 3- Çok sessiz çalışırlar. Yardımcı kutuplu motorların olumsuz yönleri: 1- Kalkınma momentleri düşüktür, 2- Verimleri düşüktür, 3- Aşırı yüklerde dururlar. d) Repülsiyon Motorların Yapısı ve Çalışma Prensibi: Bu motorların statorları, yalnızca ana sargısı bulunan bir fazlı asenkron motorun statoruna benzer. Sargılar, el tipi olarak sarılmıştır. Rotorları ise doğru akım makinasının endüvisi gibi olup sargı uçları kollektör dilimlerine irtibatlandırılmıştır. Repülsiyon motorlarda da, bir fazlı asenkron motorlarda olduğu gibi kapaklar, yataklar, merkezkaç düzeneği bulunur. Bu motorlarda bir de fırça düzeneği vardır. Fırçalar kapak üzerine monte edilmişse D. A makinasının endüvisi gibi kollektöre üstten basar. Eğer fırçalar mil üzerine monte edilmişse fırçalar kollektöre alın kısmından basar. Repülsiyon motorların stator sargılarına alternatif gerilim uygulandığında sargılarda, yönü ve şiddeti her an değişen bir manyetik alan meydana gelir. Bu değişken alanın içerisinde kalan endüvi sargılarında ise bir gerilim indüklenir. Repülsiyon motorların fırçaları kısa devre edilmiştir. Bu nedenle eridüvi sargılarından kısa devre akımları geçerek manyetik alan oluşturur.eğer fırçalar kutup eksenine konulmuşsa sargıların yarısından bir yönde, diğer yarısından ters yönde alcım geçer. Dolayısıyla meydana gelen toplam manyetik alan sıfır olduğundan gerilim indüklenmez ve fırçalardan akım geçmez. Bu nedenle rotor dönmez. Fırçalan kutup ekseninin bir tarafına doğru a açısı kadar kaydırdığımızda sargılardan ve fırçalardan akım geçişi olur. Böylece rotor üzerinde 10

11 oluşan manyetik alan kutupları ile stator manyetik alan kutuplarının birbirini itmesi ve çekmesi nedeniyle döndürme momenti meydana gelir ve rotor döner. Repülsiyon motorlarda fırçalar sağa doğru kaydırılırsa motor sağa, fırça sola kaydırılırsa motor sola doğru döner. e) Relüktans motorların yapısı ve çalışma prensibi Relüktans motorlar, gölge kutuplu motorlara benzerler. Ancak, bakır halka yerine şekil: 185'de görüldüğü gibi kutup ayaklarının bir kısmındaki hava boşluğu artırılmıştır. Böylece hava aralığının fazla olduğu kısımda manyetik akının geçişine gösterilen direnç büyük, hava aralığının az olduğu kısımda manyetik akının geçişine gösterilen direnç küçüktür. İşte bu tip motorlara, manyetik direnç anlamına geldiği için Relüktans motor denilir. 11

12 Gösterilen büyük değerdeki manyetik direnç (Relüktans) nedeniyle manyetik akı geçişi, küçük manyetik direnç (Relüktans) gösterilen hava aralığının az olduğu kısımda yoğunlaşır. Yani kutup yüzeyinde bir taraftan diğer tarafa doğru alan kayması meydana gelir. Kayan bu alan, kısadevre çubuklu rotoru da etkileyerek dönmesini sağlar. Rotorun dönüş yönü, büyük hava aralığı olan kısımdan küçük hava aralığı olan kısma doğrudur. Bu motorlarda devir sayısı, uygulanan gerilim değeri değiştirilerek ayarlanır. Devir yönü ise sabittir. Ancak rotor, statora ters takılarak değiştirilebilir. Küçük ebatlı yapılan bu motorların kalkınma momentleri küçük olduğundan kullanım alanları azdır. f) Küçük Senkron Motorların Yapısı Ve Çalışma Prensibi: Küçük senkron motorlar, isminden de anlaşılacağı gibi çok küçük güçlerde ve iki tipte yapılırlar: 12

13 1- Histerezis senkron motorlar. 2- Relüktans senkron motorlar. Histerezis senkron motorların statoru, yardımcı kutuplu motorların statoru gibidir ve kutuplara bakır halkalar yerleştirilmiştir. Rotor ise histerezis kaybının büyük olması için disk seklindeki çelik saclardan yapılmıştır. Stator bobinine alternatif gerilim uyguladığında bakır halkalardan dolayı rotor dönmeye başlar. Bu sırada stator bobininde meydana gelen manyetik alan, rotordan manyetik akılar geçirdiğinden rotorda, büyük histerezis kaybından dolay) N - S kutuplan meydana getirir. Böylece rotor, senkron hızla döner. Relüktans senkron motorlarda stator çok kutuplu olarak demir saçtan, rotor ise daimi mıknatıstan çıkıntılı kutuplu olarak yapılmıştır. Stator bobinine alternatif gerilim uygulandığında meydana gelen manyetik alandan dolayı kutuplaşma olur. Rotorun daimi mıknatıslı olması ve 13

14 rotor ile stator arasındaki değişik hava aralığı nedeni ile döndürme momenti meydana gelir ve rotor, senkron hızla döner. Küçük senkron motorlar, 3 ile 10 W güçlerinde yapılırlar. Devir sayıları sabit olduğundan Zaman rölelerinde, zaman saatlerinde ve otomatik kumanda sistemlerinde kullanılır. 14