8 Asenkron Motorlar (Induction Motors)

8 Asenkron Motorlar (Induction Motors) Önemli Konu Başlıkları *Dengeli üç fazlı büyüklüklerin uzay vektörünün davranışları *Döner manyetik akının oluşumu *Kaymanın oluşumu (ASM un çalışma prensibi) *Kaymanın değişimi ile rotor direncinin, çıkış gücünün ve üretilen momentin değişimi *Asenkron motorun elektriksel eşdeğer devre modeli *Asenkron motora ait moment ve güç hesaplamaları 1

8 Asenkron Motorlar (Induction Motors) 3

8 Asenkron Motorlar (Induction Motors) 4

8 Asenkron Motorlar (Induction Motors) U V W x y z 5

8 Asenkron Motorlar (Induction Motors) * Her motor gibi stator ve rotoru vardır. * Statorunda 3 fazlı sargılar vardır ve bunlar dengeli bir 3 fazlı kaynağa bağlanırlar. Rotorunda ise kısa devre edilmiş sargılar veya çubuklar vardır. Sincap kafesli (squirrel cage) ve rotoru sargılı veya bilezikli (wound rotor or slip ring) olmak üzere rotor yapısına göre ikiye ayrılırlar. * Bu bakış açısı altından ASM a trafo türevi AC elektrik motoru veya sekonderi dönen trafo denir. Üstünlükleri: Basit ve dayanıklı bir yapıya sahiptir. Ucuzdur. Az arıza yapar ve dolayısıyla az bakım gerektirir. Verimliliği ve güç faktörü diğer motorlara nazaran kötü değildir. Sakıncaları: Hız ve moment denetimi karmaşıktır. Yani, denetimleri DC motorlara göre daha zordur, bu durum bütün AC motorları için geçerlidir. 6

8 Asenkron Motorlar: Üç Fazın Uzay Vektörü 3 faz uzay vektörünün oluşumu: http://www.ipes.ethz.ch/ipes/raumzeiger/e_rz_reim.html http://demonstrations.wolfram.com/acrotatingmagneticfieldprinciple/ * Üç faz dengeli ise fazların arasında 10 derece vardır ve fazların tepe değerleri birbirine eşittir. Bu durumda, zamanın herhangi bir anında üç fazın toplamı sıfır çıkar. Üç fazlı dengeli bir kaynağa üç fazlı doğrusal bir yük bağlandığında nötr hattındaki akımın sıfır olmasının nedeni de budur. 7

8 Asenkron Motorlar (M. Riaz): Sargıların Yerleşimi 8

8 Asenkron Motorlar (M. Riaz): Sargıların Yerleşimi 9

8 Asenkron Motorlar: Döner Manyetik Alan 10

8 Asenkron Motorlar: Döner Manyetik Alan 11

8 Asenkron Motorlar: Döner Manyetik Alan Döner manyetik alan: http://educypedia.karadimov.info/library/rotating_field.swf http://www.ece.umn.edu/users/riaz/animations/abcvec.html http://www.ece.umn.edu/users/riaz/animations/imflux3.html Önemli animasyon kaynakları: http://demonstrations.wolfram.com/acrotatingmagneticfieldprinciple/ http://www.ipes.ethz.ch/ipes/00feldlinien/feld_dreh.html http://www.ece.umn.edu/users/riaz/index.htm http://www.ece.umn.edu/users/riaz/anim/3phase_flux_distribution.html Son linkte B m nin değerinin her zaman sabit olduğu görülmektedir. 1

8 Asenkron Motorlar: Çalışma İlkesi Çalışma ilkesi: t=0 anında statorun oluşturduğu döner manyetik akı çizgileri rotor çubuklarını keser ve çubuklarda bir gerilim indükler. İki uçtan kısa devre oldukları için çubuklarda bir akım dolaşır. Bu akım lenz yasasına göre kendi değerindeki artışı engelleyecek yönde kutuplanmalıdır. Sonuç olarak şekilde görüldüğü gibi kutuplanır ve çubuklarda oluşan kuvvet rotorun döner manyetik akıyı izlemesini sağlar. Böylece rotor çubuklarında indüklenen gerilim ve dolayısıyla çubuklarda dolaşan rotor akımı azalır. Motor çalışırken sürtünmeden ve/veya yükten ötürü rotor hızı döner manyetik akının hızından daha az olur. Aradaki farka kayma denir. Asenkron motorun çalışmasını sağlayan bu kaymadır. Eğer kayma olmazsa rotor çubuklarında bir gerilim indüklenmez, bir akım dolaşmaz ve bir kuvvet oluşmaz. Kuvvet oluşmadığında ise rotor dönmez. 13

8 Asenkron Motorlar: Temel Büyüklükler Statordaki frekans neye eşittir? (Şebeke frekansına eşittir.) Rotordaki frekans neye eşittir? (kayma * şebeke frekansı na eşittir.) Rotorun üzerinde indüklenen gerilim kaç fazlıdır? (Üç fazlıdır) Rotorun üzerinde bir manyetik döner alan var mıdır? (Vardır) Yoksa neden yoktur? Varsa hızı nedir? (Kayma hızındadır) Rotor döner manyetik akısının statordaki döner manyetik akıya göre durumu nedir? (İkisi de aynı hızdadır) Rotorun statora göre durumu nedir? (Rotor manyetik alanı stator manyetik alanı ile aynı hızda dönmesine rağmen rotor hızı stator manyetik alanının hızından daha düşük hızla döner.) 14

8 Asenkron Motorlar: Hız ve Frekans İlişkisi Statorun ürettiği manyetik akı senkron hızda döner. n s 10 f e p Rotor bir farkla, senkron hızdaki bu döner manyetik akıyı takip eder. Buna kayma denir. n n n sl s m sl s m n s m m s n n s s m s m s n 100 1s n 100 s 1s s Döner manyetik akı ile rotor hızı arasındaki fark ne kadar büyük olursa, rotor çubuklarında indüklenen gerilimin genliği ve frekansı da o kadar büyük olur. f r sf e 15

8 Asenkron Motorlar: Hız ve Frekans İlişkisi 08V, 10Hp, p=4, 60Hz Y bağlı bir asenkron motor tam yükte %5 kaymaya sahiptir. a.) Senkron hız nedir? b.) Anma yükünde motorun hızı nedir? c.) Anma yükünde rotorun frekansı nedir? d.) Yarı yükte kayma nedir? e.) Yarı yükte rotor frekansı nedir? f.) Anma yükünde rotor çubuklarında indüklenen gerilimin rms değeri 0V olduğuna göre, yarı yükteki değeri nedir? g.) Bu motorun anma momenti nedir? h.) Bu motor 900d/dk ile döndürülürken anma momenti ile yüklenirse çıkış gücü ne olur? i.) Bu motor 700d/dk ile döndürülürse üretebileceği momentin değeri ne olur? j.) Hız moment eğrisini çizerek sabit güç sabit moment bölgelerini gösteriniz. 1060 a.) ns 1800 d / dak 4 b.) n 1800(1 0.05) 1710d/ dak r c.) f sf 0.0560 3Hz r e d.) s 0.50.05 0.05 e.) f 0.05 f 0.05 60 1.5Hz r f.) V 0.5 0 10V r e 10746 g.) TLanma 41.7Nm 1710 30 h.) Po 900 41.7 3930W 30 10746 i.) TL 6.38Nm 700 30 16

8 Asenkron Motorlar: Hız, Moment ve Frekans İlişkisi P & T 7460W 41.7Nm 1710d/dk n(d/dk) 17

8 Asenkron Motorlar Boşta Çalışma Motor yüksüz olduğu için rotor hızı hemen hemen senkron hıza (yani döner manyetik akının hızına) eşittir. Bu yüzden rotorda indüklenen gerilim ve dolayısı ile rotor akımı çok küçüktür. Bu akım statora indirgendiğinde değeri çok daha azalır. Bu yüzden boşta çalışmada stator akımının rotor akımı bileşeni sıfır kabul edilir. Bu durumdaki stator akımına boşta çalışma stator akımı denir. Bu stator akımının mıknatıslama bileşeni döner manyetik akıyı oluşturur. Diğer bileşeni ise demir kayıplarını karşılar. 18

8 Asenkron Motorlar Yüklü Çalışma Motor yüklendiği zaman rotor devri azalır, dolayısıyla rotor gerilimi ve akımı artar. Aynı zamanda rotor frekansı da arttığı için rotor gerilimi ile akımı arasındaki rotor açısı da artar. Bu durumda rotor ve stator akımı arasındaki açı değeri artmış olur. Rotor akımındaki artış momenti artıracak yönde etki ederken açıdaki artış momenti azaltan yönde etki göstermektedir. Motorun ilk yüklenme anlarında rotor akımındaki artış miktarı açının yol açtığı azalmanın etkisinden büyüktür, bu yüzden yüklendikçe motorun ürettiği moment artar. Fakat motorun yükleme değeri öyle bir noktaya gelir ki (yaklaşık olarak etiket (anma) değerinin 1.5 katı), rotor akımındaki artış açıdan kaynaklanan azalmayı ancak dengeler. Bu nokta da üretilen moment maksimum seviyededir. Bu moment değerine devrilme momenti denir. Bu yüklemeden sonra yapılacak en küçük bir yükleme de motor durur. 19

8 Asenkron Motorlar: Boşta Çalışma Vektörel Diyagram T ind = 3p 4 L mi m I r sinγ 0

8 Asenkron Motorlar: Yarı Yük Vektörel Diyagram T ind = 3p 4 L mi m I r sinγ 1

8 Asenkron Motorlar: Tam Yük Vektörel Diyagram T ind = 3p 4 L mi m I r sinγ

8 Asenkron Motorlar: Trafo Beznzeri Eşdeğer Devre E R0 : Statora etiket gerilimi uygulanıp rotor kilitlendiğinde, rotor çubuklarında indüklenen gerilim. X R0 : Kilitli rotor durumunda rotor reaktansı f r =sf e X f L sf L sx I R R r R e R R0 ER ER ER / s ER0 RR jx R RR jsx R0 RR / s jx R R0 R jx s R0 3

8 Asenkron Motorlar Gerilim sabit, empedans değişken hale gelmektedir. 4

8 Asenkron Motorlar: Elektriksel Eşdeğer Devre i i / a R a R / s R eff eff R X a X eff R0 5

8 Asenkron Motorlar: Elektriksel Eşdeğer Devre Rotor bakır kayıplarını modellemek için küçük bie değişklik yapılarak direnç iki terime ayrılmıştır. 6

8 Asenkron Motorlar: Kayıplar P scu 3I R 1 1 P P P P ag in scu fe R P P 3I 3I R s P 3I R sp ag fe 1 f rcu ag P P P conv ag rcu R Pconv 3I 3I R s 1 s Pconv 3IR s P P P conv ag rcu P P sp P conv ag ag conv P ag (1 s) Po Pconv P T T T P / / ind conv m P / ind ag s P L o m 7

8 Asenkron Motorlar: Kayıplar Örnek 7. ve 7.3 çalışma ödevi olarak çözülecek. 8

8 Asenkron Motorlar: Kayıplar Örnek: 380V, 50Hz, 61Hp üç fazlı bir ASM tam yük durumunda 0.85 geri güç katsayısı ile 100A çekmektedir. Stator bakır kayıpları 5kW ve rotor bakır kayıpları 3kW dır. Sürtünme ve rüzgar kayıpları 500W, demir kayıpları ise kw tır. Buna göre; a.) Hava aralığı gücünü hesaplayınız. b.) Mekanik enerjiye çevrilen gücü hesaplayınız. c.) Çıkış gücünü hesaplayınız. d.) Motorun verimini hesaplayınız. a.) P 3 3801000.85 P in in 55945W P P P P P P ag in scu fe ag ag 55945 5000 000 48945 b.) P P P P P conv conv conv ag rcu 48945 3000 45945W c.) P P P o conv P 45945 500 o P 45445W o d.) 45445 / 55945 %81. P scu 3I R 1 1 P P P P ag in scu fe R P P 3I 3I R s P 3I R sp ag fe 1 f rcu ag P P P conv ag rcu R Pconv 3I 3I R s 1 s Pconv 3IR s P P P conv ag rcu P P sp P conv ag ag conv P ag (1 s) Po Pconv P T T T P / / ind conv m P / ind ag s P L o m 9

8 Asenkron Motorlar: Kayıplar Örnek: 460V, 60Hz, 3Hp Y bağlı üç fazlı bir ASM un statora indirgenmiş model parametreleri aşağıdaki gibidir. Rüzgar ve sürtünme kayıpları 500W ve demir kayıpları 700W tır. R 0.5, R 0.5, X 1, X 0.5, X 5, s 0.05 1 1 Buna göre; a.) Rotor hızını hesaplayınız. b.) Stator akımını hesaplayınız. c.) Güç Faktörünü hesaplayınız. d.) Mekanik enerjiye dönüştürülen gücü hesaplayınız. e.) Çıkış gücünü hesaplayınız. f.) Üretilen (indüklenen) momenti hesaplayınız. g.) Verimi hesaplayınız. m 10 60 a.) ns 1800 d / dak 4 n 1800 (1 0.05) 1755d/ dk m m 1755 183.78 rad / s 30 460 b.) Van 65.58V 3 Van 65.58 Pfe 3 700W 3 Rc 30 R R Z Z m m c 1 1 1 1 1 0.0033 j0.04 0.0401 1.48 30 j5 4.931.48 c Z Z 0.5 0.5 1 tan 0.5 / (0.5 / 0.05) 0.05 10.0150.05 30

8 Asenkron Motorlar: Kayıplar Örnek: 460V, 60Hz, 3Hp Y bağlı üç fazlı bir ASM un statora indirgenmiş model parametreleri aşağıdaki gibidir. Rüzgar ve sürtünme kayıpları 500W ve demir kayıpları 700W tır. R 0.5, R 0.5, X 1, X 0.5, X 5, s 0.05 1 1 Buna göre; a.) Rotor hızını hesaplayınız. b.) Stator akımını hesaplayınız. c.) Güç Faktörünü hesaplayınız. d.) Mekanik enerjiye dönüştürülen gücü hesaplayınız. e.) Çıkış gücünü hesaplayınız. f.) Üretilen (indüklenen) momenti hesaplayınız. g.) Verimi hesaplayınız. Z Z Z f f f 1 1 1 1 1 0.0401 1.48 0.0999 0.05 4.931.48 10.0150.05 1 m 0.0401cos( 1.48) 0.0999cos( 0.05) j0.0401sin( 1.48) 0.0999sin( 0.05) 1 1 8.870.4 0.1034 j0.0449 0.11 0.4 Z 1 0.5 tan 1/ 0.5 1.111.1 1 31

8 Asenkron Motorlar: Kayıplar Örnek: 460V, 60Hz, Hp Y bağlı üç fazlı bir ASM un statora indirgenmiş model parametreleri aşağıdaki gibidir. Rüzgar ve sürtünme kayıpları 500W ve demir kayıpları 700W tır. R 0.5, R 0.5, X 1, X 0.5, X 5, s 0.05 1 1 Buna göre; a.) Rotor hızını hesaplayınız. b.) Stator akımını hesaplayınız. c.) Güç Faktörünü hesaplayınız. d.) Mekanik enerjiye dönüştürülen gücü hesaplayınız. e.) Çıkış gücünü hesaplayınız. f.) Üretilen (indüklenen) momenti hesaplayınız. g.) Verimi hesaplayınız. Z Z Z Z I 1 f 1 eq eq 8.870.4 1 1 0.5 tan 1/ 0.5 1.11 1.1 1.11cos(1.1) 8.87cos(0.4) j1.11sin(1.1) 8.87sin(0.4) 8.67 j4.44 9.740.47 460 3 7.6A 0.47 9.740.47 m c.) pf cos( 0.47) 0.89geri d.) P 3 460 7.60.89 19330W P P ag conv in 19330 3 7.6 0.5 700 17515 17515 (1 0.05) 17077 W e.) P 17077 500 16577W o f.) T T L ind 17515 / (1800 / 30) 9.9 Nm 1730 / (1755 / 30) 90.19Nm g.) 16577 /19330 0.85 W 3

8 Asenkron Motorlar: Hız Denetimi Örnek: 460V, 60Hz, Hp Y bağlı üç fazlı bir ASM un statora indirgenmiş model parametreleri aşağıdaki gibidir. Rüzgar ve sürtünme kayıpları 500W ve demir kayıpları 700W tır. Buna göre; R1 0.5, R 0.5, X1 1, X 0.5, X m 5, s 0.05 10 60 a.) ns 1800 d / dak 4 n 1800 (1 0.05) 1755d/ dk a.) Rotor hızını hesaplayınız. b.) Stator akımını hesaplayınız. c.) Güç kaktörünü hesaplayınız. d.) Mekanik enerjiye dönüştürülen gücü hesaplayınız. e.) Çıkış gücünü hesaplayınız ve rotor bakır kayıplarını hesaplayınız. m m 1755 183.78 rad / s 30 b.) R 30 Z R Z Z Z I 1 f f 1 eq eq c 8.870.4 8.87cos(0.4) 8.164 1 1 0.5 tan 1/ 0.5 1.11 1.1 1.11cos(1.1) 8.87cos(0.4) j1.11sin(1.1) 8.87sin(0.4) 8.67 j4.44 9.740.47 460 3 7.6A 0.47 9.740.47 c.) pf cos( 0.47) 0.89geri d.) P 3 460 7.6 0.89 19330W P P P scu ag conv r cu in 3 7.6 0.5 1114 3 7.6 8.164 700 17500 17500 (1 0.05) 1706 W e.) P 1706 500 1656W o P P s 437.5W ag W W 33

8 Asenkron Motorlar: Hız Denetimi Asenkron motorların hızı, frekansı veya kutup sayısını değiştirerek denetlenebilmektedir. 10 f n e s p Kutup sayısının değiştirilmesi ile gerçekleştirilen hız ayarı çok sınırlı kalmaktadır. Bu tür motorların statorlarında birbirinden farklı kutup sayılarına sahip iki adet üç fazlı sargı vardır. Çift devirli motor veya dahlender motor olarak adlandırılırlar. ASM a uygulanan frekansın değiştirilmesi ile yapılan hız denetimi endüstriyel amaçları sağlayabilecek bir yöntemdir. Bu yöntemle ASM un hızı anma hızının üstündeki değerleri de kapsayacak şekilde geniş bir aralıkta denetlenebilir. ASM a uygulanan frekansın değiştirilerek hız denetiminin yapılması, skaler (uçtan) ve vektörel (içten) olmak üzere iki temel şekilde gerçekleştirilebilmektedir. Her iki yöntemin kendi doğaları gereği bir takım üstünlük ve sakıncaları elbette vardır. Her mühendislik çalışmasında olduğı gibi, uygulamaya göre hangi yöntemin kullanılacağına iyi karar verilmelidir. Hangi yöntem seçilirse seçilsin, sonuç olarak ASM un ürettiği döner manyetik akının hızı (senkron hız) değiştirilmektedir. Bu duruma göre de motorun davranışları şekillenmektedir. 34

8 Asenkron Motorlar: Kayma ve Hız Denetimi ω manma Anma T ind,t L Anma P ag,p conv, P o ω m ω s 0.ω s 0.5ω s 0.75ω s 1.3ω s 1.8ω s.4ω s 1 Anma Anma f f f f s m sl değişken r e e sabit s s sabit r sl fr=sf e (devir cinsinden kayma) s=(ω s -ω m )/ω s ω m ω manma 35

8 Asenkron Motorlar: Kayma ve Hız Denetimi Sonuç 1: Anma hızının altında, motor hangi hızda dönerse dönsün rotor frekansı sabit kalmaktadır. Diğer bir deyişle devir cinsinden kayma sabit kalmaktadır. Hız arttıkça yüzde kayma ise azalmaktadır. Dolayısıyla referans noktamız devir cinsinden kaymanın sabit kalmasıdır. Sonuç : Anma hızının altındaki huzlarda devir cinsinden kayma ve anma hızının üstündeki hızlarda yüzde kayma, yükleme momenti ile doğru orantılıdır. Çünkü küçük kayma değerlerinde rotor kaçak reaktansının değeri de küçüktür, dolayısıyla frekansın değişmesi empedansın değerini bağıl anlamda çok fazla değiştirmez. Sonuç 3: Anma hızının üstündeki değerlerde yüzde kayma sabit kalmakta, rotor frekansı ise değişmektedir. Dolayısı ile referans noktamız yüzde kaymanın sabitliğidir. NOT: Yukarıda bahsedilen her durum yaklaşık olarak (iyi tasarlanmış bir motor için çok yaklaşık olarak) doğrudur. 36

8 Asenkron Motorlar Örnek: 460V, 60Hz, 5Hp Y bağlı, 4 kutuplu üç fazlı bir ASM un anma yükünde akımı 35A, güç katsayısı 0.85 geri, kayması %3 ve son olarak verimi %78.68 olarak verilmektedir. Buna göre; a.) Çıkış gücünü hesaplayınız. b.) Giriş gücünü hesaplayınız. c.) Toplam kayıpları hesaplayınız. d.) Anma yük momentini hesaplayınız. e.) Senkron hız 1000d/dk ile dönerken motor anma yükü ile yüklendiğinde hız ve kayma ne olur? f.) Senkron hız 1000d/dk ile dönerken motor anma yükünün yarısı ile yüklendiğinde hız ve kayma ne olur? g.) Senkron hız 500d/dk ile dönerken anma yükü kaç Nm ye düşer? h.) Senkron hız 500d/dk da iken, g şıkkında bulunan moment değeri ile motoru yüklersek hızı ne olur? i.) Senkron hız 500d/dk da iken, g şıkkında bulunan moment değerinin yarısı ile motoru yüklersek hız ne olur? j.) Anma yükü ve anma hızında rotor direnci 10Ω dur. Direncin 0Ω olduğunu düşünürsek anma yükünde motorun anma hızı ne olur? a.) P 5746 18650W o b.) P 18650 / 0.78 3910W in c.) P 3910 18650 560W loss d.) T 18650 / ( 1800 (1 0.03) / 30) 10Nm Lanma e.) n 1800 1746 54 d / dk sl n n n 1000 54 946 d / dk m s sl s 54 /1000 %5.4 37

8 Asenkron Motorlar Örnek: 460V, 60Hz, 5Hp Y bağlı, 4 kutuplu üç fazlı bir ASM un anma yükünde akımı 35A, güç katsayısı 0.85 geri, kayma %3 ve son olarak verimi %78 olarak verilmektedir. Buna göre; f.) Senkron hız 1000d/dk ile dönerken motor anma yükünün yarısı ile yüklendiğinde hız ve kayma ne olur? g.) Senkron hız 500d/dk ile dönerken anma yükü kaç Nm ye düşer? h.) Senkron hız 500d/dk da iken, g şıkkında bulunan moment değeri ile motoru yüklersek hızı ne olur? i.) Senkron hız 500d/dk da iken, g şıkkında bulunan moment değerinin yarısı ile motoru yüklersek hız ne olur? j.) Anma yükü ve anma hızında rotor direnci 10Ω dur. Direncin 0Ω olduğunu düşünürsek anma yükünde motorun anma hızı ne olur? f.) n 0.554 7 d / dk sl n 1000 7 973 d / dk m s 7 /1000 %.7 g.) T T 18650 / ( 500 (1 0.03) / 30) 73.44Nm Lanma h.) s %3 n m Lanma 500(1 0.03) 45d/ dk i.) s %1.5 n m 500(1 0.015) 46d/ dk i.) s 0.03 %6 n m 1800(1 0.06) 169 d / dk 38

8 Asenkron Motorlar: Rotor Direnci, Moment ve Kayma Arasındaki İlişki Yandaki şekilde görüldüğü gibi, rotor direncinin artnası ile kayma da artmaktadır. Bu artış hemen hemen doğrusal olduğu için aralarında bir doğru orantının var olduğunu düşünebiliriz. 39

8 Asenkron Motorlar: Eşdeğer Devre Üzerinden Moment ve Güç Hesapları Devrilme momenti, kalkınma momenti veya herhangi bir akım değerinde üretilen bir moment bu eşdeğer devreden hesaplanır. Güç faktörü, herhangi bir yük momenti değerinde çekilen akım, kayıplar ve verim bu eşdeğer devreden hesaplanır. 40

8 Asenkron Motorlar: Eşdeğer Devre Üzerinden Moment ve Güç Hesapları 08V, iki kutuplu, 60Hz, tam yükte s=0.05, 15Hp, Y bağlı bir ASM yukarıdaki eşdeğer devreye sahiptir. a.) Z f =? b.) Z eq =? c.) I L =? d.) P scu =? e.) P in =? f.) P ag =? g.) P conv =? h.) P rcu? i.) V TH =? Z TH =? j.) s max =? k.) I smax =? l.) P agsmax =? m.) T max =? n.) I start =? o.) P agstart =? ö.) T start =? p.) Sorudaki ASM un bilezikli ASM olduğunu düşünelim ve kalkınma anında max momentin indüklenebilmesi için rotor devresi direncinin değerinin ne olması gerektiğini hesaplayalım. 41

8 Asenkron Motorlar: Eşdeğer Devre Üzerinden Moment ve Güç Hesapları a.) Z Z Z Z f f f f 1 1 1 1 1 1 j15.4 j0.41 151.57.430.16 1 0.0667 1.57 0.4115 0.16 1 0.0667 cos( 1.57) 0.4115cos( 0.16) j0.0667sin( 1.57) 0.4115sin( 0.16) 1 1.340.3148 0.4063 j0.133 0.473 0.3148 b.) Z.34cos(0.3148) 0. j.34sin(0.3148) 0.41.4 j1.13 Z eq eq.670.4369 08 / 3 c.) IL 44.9 0.4369.670.4369 d P W.) scu 3 44.9 0. 110 e.) P 3 08 44.9cos( 0.4369) 14666W in f.) P P P 14666 110 13456W ag in scu R Pag 3I 3ILRf 3 44.9.34cos(0.3148) 13457W s g.) P 13457(1 0.05) 1311W conv h.) P P P 13457 1311 336W rcu ag conv 4

8 Asenkron Motorlar: Eşdeğer Devre Üzerinden Moment ve Güç Hesapları V TH R X m (X X ) 1 1 m V an Z TH m jx R jx 1 1 1 1 R j X X m R s s max max TH TH R X X R R X TH TH X 43

8 Asenkron Motorlar: Eşdeğer Devre Üzerinden Moment ve Güç Hesapları I ag ag ind VTH Z Z TH 3 3V TH R s RTH R s X TH X P 3V ag TH R s s R R s X X P I R s P T s TH TH 44

8 Asenkron Motorlar: Eşdeğer Devre Üzerinden Moment ve Güç Hesapları X 15 i.) VTH V 08 3 116.790.013 R X X Z Z TH TH m an 1 ( 1 m) 0. 15.41 jx R jx j15 0. j0.41 6.15 j3 6.84 0.45 R j X X 0. j15.41 0. j15.41 15.41131.55 m 1 1 1 1 0.44 0.441.14 m R jx 0.44cos(1.14) j0.44sin(1.14) 0.18 j0.4 TH j s TH.) max 0.1446 RTH XTH X 0.18 0.4 0.41 R 0.18 0.83 max 0.4 0.41 TH R s XTH X ags max max ind max start 0.1 VTH 116.79 116.79 k.) Is max 90.A 1.9 l.) P 390. R s 06W m.) T 06 / 377 53.7Nm n.) I R VTH 116.79 116.79 13.1A 0.9487 R R X X 0.18 0.1 0.4 0.41 TH TH o P R W.) agstart 313.1 579 ö.) T 579 / 377 14Nm indstart 45

8 Asenkron Motorlar: Eşdeğer Devre Üzerinden Moment ve Güç Hesapları p.) s 1 R R / s 0.83 0.83 olmali Çalışma Ödevi: Örnek 7.4 ve 7.5 çözülecek. Asenkron motor tasarım sınıfları okunacak. 46

8 Asenkron Motorlar Boşta Çalışma ve Kilitli Rotor Deneyleri Boşta çalımada, kayma çok küçüktür. Dolyısıyla R /s den rotor direnci çok büyük, yine kaymanın çok küçük olması nedeniyle rotor gerilimi ve rotor akımı çok küçüktür. Bu yüzden I =0 Kabul edilir böylece rotor bakır kayıpları 0 olmuş olur. Girişten anma gerilimi uygulanır, ve güç, gerilim ve akım değerleri kaydedilir. NOT: Kayma küçük olduğu için rotor frekansı küçüktür, bu yüzden rotor reaktansı küçüktür. Bu durumda, rotor direnci rotor reaktansından çok çok büyük olmaktadır. Dolayısıyla rotor reaktansı ihmal edilir. Böylelikle, rotor gerilimi ve rotor akımının aynı fazda olduğu kabul edilebilir. 47

8 Asenkron Motorlar Boşta Çalışma ve Kilitli Rotor Deneyleri Kilitli rotor deneyinde, rotor kilitlenir ve motora uygulanan gerilim yavaş yavaş artırılarak anma değerine ayarlanır. Bu durumda, girişten uygulanan güç, akım ve gerilim değerleri kaydedilir. 1. yol: Değerler alındıktan sonra stator sargı direnci multi metre ile ölçülür, bu durumda yapılan ölçüm sağlıklıdır çünkü stator sargıları hemen hemen normal çalışma sıcaklığına ulaşmıştır.. yol: Stator sargılarına DC akım uygulanarak akım anma değerine kadar çıkartılır. Bir süre sargıların ısınması beklenir ve sargı direnci hesaplanır. 3. yol: Sargıların direnci soğukken multimetre ölçülür. Sıcaklıkla beraber deri etkisini de göz önüne almak için, ölçülen değer 1.4 ve 1.5 arasında bir değerle çarpılır. Sonuç olarak elde edilen rakam, yukarıdaki yöntemler gibi yaklaşık doğru bir sonuç verecektir. NOT: Sargılara alternatif akım uygulanarak direnç kestirimi yapılmaz çünkü endüktif reaktansta da ölçülmüş olur. Kaçak endüktans değerlerinin motor dönerken ve/veya yüklü ve/veya boşta iken farklı farklı değerler aldığı unutulmamalıdır. AC sürücüler, vektör kontrolde doğal olarak. yolu kullanmaktadır. NOT: Alternatif akımda deri etkisi vardır. Bu yüzden alternatif akım uygulandığında sargı direnci, doğru akım uygulandığında bulunandan daha yüksek olacaktır. Bu konuda IEEE standartları incelenerek direncin doğru değeri çok yaklaşık olarak hesaplanabilmektedir. X 1 ve X motorun sınıfına göre rotor ve statora dağıtılır. 48

8 Asenkron Motorlar Boşta Çalışma ve Kilitli Rotor Deneyleri 49

8 Asenkron Motorlar Boşta Çalışma ve Kilitli Rotor Deneyleri Örnek: 3 fazlı Y bağlı C sınıfı bir ASM un boşta çalışma ve kilitli rotor deneylerine ait veriler aşağıdaki gibi verilmektedir. Motorun çıkış gücü kw, toplam kayıpları 4.5kW dır. Stator bir faz direnci R 1 =0.15Ω olduğuna göre, aşağıdaki verileri kullanarak statora indirgenmiş tam modeli elde ediniz. V 45 / 3 5.98V V 400 / 3 30.94V Boşta çalışma V L =400V P in =1770W I L =18.5A Kilitli rotor V L =45V P in =700W I L =63A 1 P R X X X X X sc 1 R 900 / 63 0.3 1 1 sc 1 X Is 1 1 1 700 / 3 900W X V I P X 0.3444 5.98 63 900 63 0.3 0.3444 0.1033 0.7 0.3444 0.411 V 1 0 P c 30.94 18.5 0.15 0.1033 7.57 1 1770 337.5 18.5 0.15 c 7.57 / 460.38 11.49 1 1 1 4500 0.075 337.5W Pc Pfe 3 P 460.38W R X X X X m X X m m 0 0 0 X 1.3753 m V I V P fe 7.57 7.57 18.5 460.38 1.3753 0.1033 1.7 V 5

8 Asenkron Motorlar Yol Verme Yöntemleri R S T R V L S T V L V p I L W V p z W I p I L z y U x y I p U V V x U V W x y z V I P p Y V I P p P V I L L V I L L / 3 / 3 3V I cos( ) P 3 V I / 3 cos( ) P P P 3P L L Y L L V I Y L L P Y Y cos( ) 53

8 Asenkron Motorlar Yol Verme Yöntemleri Y bağlantı ve bağlantıda tek esas vardır, iki durumda da güç aynı olmalıdır. İki durumda da gücün aynı kalabilmesi için faz gerilimlerinin aynı olması gerekmektedir. Bunu sağlayabilmek için bağlantıda Y bağlantıya göre uygulanmalıdır. 3 kat daha düşük gerilim Örnek 1. /Y 0/380 17.3/10 cos(θ)=0.8 olan bir 3 fazlı ASM da güçlerin eşit olduğunu gösteriniz. P 3 0 17.3 0.8 573W P Y 3 38010 0.8 565W 54

8 Asenkron Motorlar Yol Verme Yöntemleri Y - yol verme yönteminde, motora her zaman gerilimi uygulanır. Motor ilk önce Y bağlanır, ve böylece normal Y çalışmaya göre 3 kat daha az akım çeker. Daha sonra motor bağlanır ve normal akımını çekmeye devam eder. Bu durumda, motor normalde çekeceği akımın yaklaşık olarak 3 kat daha azını çekerek yol almış olur. Örnek. /Y 0/380 17.3/10 cos(θ)=0.8 olan bir 3 fazlı ASM a nasıl bir 3 fazlı şebeke ile Y - yol verilebilir. Cevap: Fazlar arasındaki gerilimin rms değerinin 0V olduğu bir şebeke ile yol verilebilir. 55

8 Asenkron Motorlar Yol Verme Yöntemleri 56

8 Asenkron Motorlar Yol Verme Yöntemleri 1: Doğrudan yol verme: Tam yük altında kalkabilir fakat çok yüksek akım çeker. : Y- yol verme: Tam yük altında kalkınamaz. 3: Yumuşak yol verme (Soft Starter): Akım ve moment profilleri olmak üzere seçenekli bir yol verme yöntemi sunar. Fakat tam yük altında kalkınmaya uygun bir yöntem değildir. 58

8 Asenkron Motorlar Yol Verme Yöntemleri 1: Doğrudan yol verme: Tam yük altında kalkabilir fakat çok yüksek akım çeker. : Y- yol verme: Tam yük altında kalkınamaz. 3: Yumuşak yol verme (Soft Starter): Akım ve moment profilleri olmak üzere seçenekli bir yol verme yöntemi sunar. Fakat tam yük altında kalkınmaya uygun bir yöntem değildir. 59

8 Asenkron Motorlar Yol Verme Yöntemleri 1: Değişken frekanslı sürücü: Akımı etiket değerinde tutarak tam yük altında kalkabilir. : Y- yol verme: Tam yük altında kalkınamaz. 3: Yumuşak yol verme (Soft Starter): Akım ve moment profilleri olmak üzere seçenekli bir yol verme yöntemi sunar. Fakat tam yük altında kalkınmaya uygun bir yöntem değildir. 4: Doğrudan yol verme: Tam yük altında kalkabilir fakat çok yüksek akım çeker. 60