EEM 334 Elektrik Makinaları Laboratuvarı Öğrencinin Adı-Soyadı: Öğrenci Numarası: Grup Numarası: Amasya Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Deney No:2 Deneyin Adı: Üç Fazlı Asenkron Motorun (ASM) Boşta Çalışma Deneyi Deneyin Amacı: Üç fazlı asenkron motorun çalışma mantığını öğrenmek, çekirdek kayıpları ve mekanik kayıpları bulmak amacıyla boşta çalışma deneyi yapmak. Teorik Bilgi a) Üç Fazlı Asenkron Motorun Tanımı Alternatif akımla çalışan, yapısı oldukça basit fazla bakım gerektirmeyen motor türüdür. b) Üç Fazlı Asenkron Motorun Yapısı Üç fazlı asenkron motorlar temel olarak stator, rotor ve gövdeden meydana gelmektedir. Bunun haricinde motor mili, yataklar, havalandırma fanı vb. parçalardan oluşmaktadır (Şekil 1).. Şekil 1: Bir Fazlı ASM nin Basit Yapısı Stator (endüktör): Asenkron motorun durağan kısmıdır. İnce silisyum saçların bir araya getirilmesi ile oluşur. Stator içerinde bakır yada aleminyum telden yapılan sargılar bulunur. Statorun görevi, motora alternatif akım uygulandığında stator sargıları döner manyetik alan oluşturarak motorun dönme hareketini sağlar. Rotor (endüvi): Asenkron motorun dönen kısmıdır. Stator gibi ince saçların preslenmesi ile meydana gelmektedir. Rotor üzerindeki kanallara aleminyum çubuklar yada sargılar yerleştirilmiştir.
Kısa devre çubuklu (sincap kafesli) rotor: Rotor saç paketinin dış yüzeyine açılan oyuklar içerisine eritilmiş aleminyum yada bakır malzeme dökülür (küçük güçlerde Al, büyük güçlerde Cu). Çubuk başları kısa devre halkası ile birleştirilir. Çubukların rotor üzerinde çapraz olarak yerleştirilmelidir. Şekil 2. a) Kısa devre çubuklu (sincap kafesli) rotor b) Sargılı rotor Sargılı rotor: Rotor oluklarına çubuklar yerine sargılar yerleştirilir. 3 ayrı grup halindeki sargıların uçları bakır bilezikler vasıtası ile dışarı çıkarılır (Şekil 2.b). Çok fazla tercih edilen bir rotor tipi değildir. Gövde: Stator saç paketlerinin monte edildiği bir dış kabuktur. Motorun fazla ısınmasına engellemek amacıyla dış yüzey alanının artırılması gerekir. Bunun için gövde yüzeyi çıkıntılı (kanatçıklı) olarak imal edilir. c) Üç Fazlı Asenkron Motorun Çalışma Prensibi Asenkron motorun stator sargılarına 3 fazlı alternatif bir gerilim uygulandığı zaman döner manyetik alan oluşur. Bu manyetik alan senkron hızda döner. Senkron hızda dönen manyetik alan rotor çubuklarını keserek rotor üzerinde bir gerilim indükler. Rotor uçları kısa devre edildiği için rotordan akım akar. Biot-Savart yasasına göre manyetik alan içerisinde bulunan iletkenden akım aktığında iletkenlere bir kuvvet etki eder. Yani döner manyetik alan içerinde bulunan rotor çubuklarından akım aktığında rotor çubuklarına bir kuvvet etki eder. Bu kuvvet de rotorun dönme hareketini ortaya çıkarmaktadır. Rotorun dönme hızı senkron hızdan küçüktür ve hiçbir zaman senkron hıza ulaşmaz.
d) Üç Fazlı Asenkron Motorlarda Kayıplar ASM ler elektriksel gücü mekaniksel güce dönüştürmek için kullanılır. Ancak makinenin girişine uygulanan elektriksel gücün tamamı çıkışta mekaniksel güce dönüştürülemez. Giriş-çıkış güç aktarımı esnasında bir miktar kayıplar meydana gelir. Asm lerde karşılaşılan kayıplar: 1)Elektriksel (bakır) kayıpları: Makinanın stator ve rotor sargılarında meydana gelen omik ısıl kayıplardır. Stator bakır kayıpları Rotor bakır kayıpları P SCL =3I s2 R s P RCL =3I R2 R R 2)Çekirdek (demir) Kayıpları: Motorun metal kısmında meydana gelen histeresiz ve girdap akımı kayıplarıdır. 3)Mekanik Kayıplar: Mekanik etkilerle oluşan kayıplardır. Sürtünme ve rüzgar kayıpları olarak ikiye ayrılır. Sürtünme kayıpları, makinede yataklardaki sürtünmeden; rüzgar kayıpları motorun iç kısmındaki hava ve makinenin döner kısmı arasındaki sürtünme sonucu ortaya çıkar. 4)Dağılma (Stray) kayıpları: Önceki kategorilerden herhangi birine yerleştirilmeyen kayıplardır. Çoğu makineler için tam yük kayıplarının yaklaşık % 1 i olarak hesaplanır d) Üç Fazlı Asenkron Motorun Boşta Çalışma Deneyi Yukarıda bahsedilen kayıplardan makinenin mekanik, çekirdek ve bakır kayıplarının toplamı boşta dönme kaybı olarak isimlendirilir. Boşta (yüksüz) çalışmada şebekeden çok küçük akım çekilir. Şebeken çekilen küçük akımdan dolayı bazı durumlarda bakır kayıpları ihmal edilebilir. Boşta çalışma kayıpları aşağıdaki verilen denklemdeki gibi hesaplanır. P 0 = P Cu +P FE +P S+V ASM lerin boşta çalışma deneyinde devir sayısının hemen hemen sabit kaldığı nominal gerilimin yaklaşık %25 ine kadar gerilim düşürülür. Bu değerden daha düşük gerilimlerde motor devir sayısının daha çok azaldığı görülür. Devir sayısının sabitliğinin bozulduğu noktaya kadar olan güç sürtünme ve rüzgar kayıplarına eşittir ve sabit olarak kabul edilebilir.
Deney Öncesi Hazırlıklar 1)Sincap kafesli asenkron motorlarda rotor çubukları neden çapraz konumlandırılır, açıklayınız. 2) ASM lere uygulanan manyetik alan döner olmazsa rotor döner mi, yorumlayınız. 3)Bosta çalısan asenkron motorlar, bosta çalısan transformatörlerden daha fazla mıknatıslama akımı çeker niçin? Açıklayınız. Deneyin Yapılışı 1)ASM nin stator sargı dirençlerini bir Avometre yardımı ile ölçünüz ve Tablo-1 e kaydediniz. 2)ASM nin stator uçları yıldız bağlı iken nominal gerilim uygulayınız. 3)Şebeke analizöründen gözlemlediğiniz U 1o,I 1o,Cos φo ve P o değerlerini Tablo-1 e kaydediniz. 4)Stator uçlarına nominal gerilimin yaklaşık %25 i değerinde gerilim uygulanır ve ölçülen güç değeri kaydedilir (Tablo-1). 5)Takometre ile motor milinden (n r ) rotor devrini ölçüp Tablo-1 e kaydediniz. 6)Enerjiyi kesip deneyi sonlandırınız. 7)Ölçüm sonuçlarını kullanarak stator bakır kayıplarını hesaplayınız (3I s2 R s).
8)Boşta çalışma güç denklemini kullanarak çekirdek kayıplarını hesaplayınız P 0 = P Cu +P FE +P S+V Tablo-1: Ölçüm ve Hesaplama Sonuçları U 1o (V) I 1o (A) P o Cos φo R s (Ω) N r (rpm) P SCU P S+V P FE 8)Deneyde kullanılan aletleri ve kullanım amacını Tablo-2 ye kaydediniz. Tablo-2: Deneyde Kullanılan Aletler ve Kullanım Amaçları Sıra No Aletin Adı Kullanım Amacı