Elektrik Makinaları I Senkron Makinalar Stator Sargılarının oluşturduğu Alternatif Alan ve Döner Alan, Sargıda Endüklenen Hareket Gerilimi
Bir fazlı, iki kutuplu bir stator sargısının hava aralığında oluşturduğu MMK dağılımının aşağıdaki şekilde olduğu MMK dağılımı ve temel bileşenin Temel bileşeni şeklinde olduğu daha önce verilmişti.
Bu sargıdan şeklinde bir akım geçirildiğinde oluşacak MMK Şeklinde olacaktır. Trigonometrik özdeşlikler kullanılırsa cos çarpımı olarak yazılabilir.
Bu bağıntı hava aralığındaki herhangi bir qm konumu için herhangi bir t anındaki MMK yı belirler. Dolayısıyla konum ve zamana bağlı değişimi tanımlamaktadır. Bir fazlı bu sargının oluşturduğu MMK alternatif veya magnetik eksen üzerinde artıp azalan ( pulsating ) bir şekildedir. Bu tip alternatif alan, iki adet birbirine zıt yönde dönen alanın bileşkesi olarak da gösterilebilir.
Bir alternatif alanın iki adet zıt yönde dönen alanın bileşkesi olarak gösterilmesi. (Bu prensip 1 fazlı asenkron motorarın çalışma prensibinin anlaşılmasında faydalı olacaktır)
Üç fazlı bir sargıda, sargılardan dengeli üç fazlı akımların geçmesi durumunda oluşacak MMK, her fazdaki alternatif alanların bileşkesi olacaktır.
Fazlardan geceçek akımların aşağıdaki şekilde olduğu kabul edilirse MMK konum ve zamanın fonksiyonu olarak elde edilir.
Herhangi bir t anında ve herhangibir qm konumu için 3/2 Fp değerli MMK vektörünün qm doğrusu üzerindeki izdüşümünü almak gereklidir. Buradan görüldüğü gibi 3 fazlı dengeli akımlar taşıyan 120 şer derecelik elektriksel açı ile yerleştirilmiş sargılar anlık olarak hava aralığında sinüs biçimli bir dağılım oluşturan ve düzgün bir açısal hızla dönen bir alan oluşturmaktadır.
Üç fazlı sargıların oluşturduğu döner MMK
Üç fazı sinüs biçimli akımlar ve oluşturdukları döner MMK ve döner alan
Döner alanın hızı besleme frekansı ve kutup sayısına bağlı olarak önceki bölümlerde çıkartılan bağıntıya ( elektriksel hız = p x mekanik hız ) benzer olarak elde edilir. Bir elektriksel çevrimde iki kutuplu sargı ile bir mekanik tur oluşur. Çok kutuplu makinada ise bir elektriksel çevrimde (1/p) lik bir mekanik değişim oluşur. Döner alanın yön değiştirmesi için faz sırasının (iki fazın yerinin) değiştirilmesi yeterlidir. Döner alanın hızı ( senkron hız ) w s = w elek / p = 2 p f / p n s = w s 60 / 2 p = 60 f / p
Senkron motorda rotor sargılarının oluşturduğu magnetik alan ile stator sargılarının oluşturduğu döner alanın kilitlenmesi ile senkron bir dönme hareketi elde edilir. Bu kilitlenmenin sağlanması için uygun bir yol verme yöntemi kullanılması gereklidir. Asenkron motorda ise döner alan, rotordaki kısa devre kafesi bağıl bir hareketle tarar ve indüksiyon akımları oluşturur. Kısa devre kafes, uçları kısa devre olan bir bobinin uzaklaşan mıknatısı çekecek, yaklaşan mıknatısı itecek şekilde oluşturduğu tepkilere benzer olarak, döner alanı yakalamaya çalışacak ve bir dönme hareketi oluşturacak ve döner alandan çok az bir hız farkı ile asenkron olarak dönecektir.
SARGILARDA ENDÜKLENEN GERİLİM Değişken bir akı etkisindeki sargılarda bir indüksiyon gerilimi oluşacağı Faraday yasasından bilinmektedir. Senkron makinada, rotorun oluşturduğu magnetik indüksiyon ve akı, rotor döndürüldüğünde stator sargılarında bir gerilimin oluşmasına neden olacaktır. (D.A. Makinalarda dönen bir endüvide oluşan gerilime benzetilebilir.) Basitlik açısından stator sargılarını açık devre düşünelim...
Üç fazlı yuvarlak rotorlu makina (generatör) modeli
Konsantre rotor sargısının!! hava aralığında oluşturduğu MMK dağılımı temel bileşeni cinsinden Şeklinde yazılabilir. Bu bağıntı ile herhangi bir qm ve q için hava aralığındaki MMK yı tanımlamak mümkün olur.
Bu bağıntı yardımıyla hava aralığındaki magnetik alan ve indüksiyon aşağıdaki gibi yazılabilir. g : Hava aralığının boyudur.
Yukarıdaki indüksiyon bağıntısı yardımıyla a-a sargısının akısı ile hesaplanabilir. Beklenildiği gibi sargının akısı, kutup magnetik ekseni ile a fazı sargısının magnetik ekseni üstüste geldiğinde maksimum fp, 90 açı için minimum 0 olacaktır. Burada, l : Makinanın eksenel boyu, r :Makinanın yarı çapıdır.
Faz sargılarının toplam akıları Na a fazının sarım sayısı olmak üzere aşağıdaki gibi olacaktır. Rotor sabit hızla döndüğünden
Bu şekilde faz sargılarının toplam akıları aşağıdaki şekilde elde edilir. Faraday yasası uygulanarak yukarıdaki bağıntılardan, sagılarda indüklenen gerilimlere geçilebilir.
Sargılarda oluşan gerilimlerin tepe değeri ve etkin değeri şeklinde belirlenir. Daha önceki bölümlerde açıklandığı gibi, dağıtılmış ve kısa adımlı olarak sarılmış sargılar, tam adımlı ve konsantre sargılara göre etkin sarım sayısı açısından Sargı Faktörü K w kadar küçültülürler. Bu işlem yapılırsa sargıda indüklenen gerilimin etkin değeri aşağıdaki şekilde belirlenmiş olur.