ASENKRON VE SENKRON MAKİNELER

1 ASENKRON VE SENKRON MAKİNELER

2 ASENKRON MAKİNELER

Senkron ve Asenkron Kavramı Alternatif akım makinelerinin isimlendirilmesi ürettikleri döner manyetik alanın (stator manyetik alanı), döner mekanik kısım (rotor) ile eş zamanlı oluşu yada olmayışına göredir. Senkron: Uyumlu Olan, Eş zamanlı olan Asenkron: Uyumlu Olmayan, Eş zamanlı olmayan Senkron Makine: Stator manyetik alanı döner kısım devrine eşit olan makine. Asenkron Makine: Stator manyetik alanı döner kısım devrinden her zaman büyük olan makine. 3

Asenkron Motorların Tarihçesi Döner manyetik alan fikri François Arago (Fransız) tarafından 1824 yılında geliştirilmiş ve Walter Baily tarafından uygulanmıştı. Walter Baily, akım kullanarak etrafında dönen herhangi bir yük için uygun olmayan bir bakır disk yaptı. En erken alternatif akım motoru olarak kabul edilir. Döner manyetik alan fikrine dayanan pratik indüksiyon motorlar birbirinden habersiz Galileo Ferraris (İtalyan) ve Nikola Tesla (Sırp) tarafından icat edildi. 1915 teki otobiyografisinde Tesla, 1882 yılında döner manyetik alanı tasarladığını ve 1883 yılında döner manyetik alanı kullanan ilk indüksiyon motorunu icat ettiğini yazmaktadır. 4

Ferraris 1885 yılında fikri geliştirerek ve 1888 yılında motor işleyişinin temellerini detaylandırdığı araştırmasını Turin Royal Academy of Sciences de yayınladı; Tesla, aynı yıl motoru için US 381968 Patentini aldı. Sincap kafesli indüksiyon motor bir yıl sonra Mikhail Dolivo Dobrovolsky (Rus) tarafından icat edildi. Aynı zamanda ilk üç fazlı transformatörü icat etmiştir. 5

U.S. Patent 381968: Kademe kademe değişen elektrik motorunun çalışma şekli ve planı Alan mıknatısı Endüvi Elektriksel çevrim Ekonomik Enerjinin İletimi Basit Yapı Kolay Yapı Döner Manyetik Alan Prensipleri 6

Nikola Tesla nın büyük uzaklıklar arasında elektrik iletimi için kullanılan AC üretimi için AC dinamosu 7

Alternatif elektrik akım üreteci (jeneratörü), 10 Mart 1891 8

Bugün, endüstri ve ev uygulamaları için asıl güç olan orjinal Tesla 9 Elektrik Motorlarından biri 1888. Tesla nın elektrik motoru Dünya da yapılmış bütün icatlar içinde en iyi 10 taneden birisidir.

Londra British Science Museum (İngiliz Bilim Müzesi) da gösterimde olan orijinal AC Tesla İndüksiyon Motorlarından biri. Bu motor İngiltere de Prof. Aytron için Tesla tarafından kiralandığı T.C. Martin in kitabında bahsedilmiştir. 1892 de Prof. Ayrton a orijinal indüksiyon motorunu verdiği Londra da bulunan Institution of Electrical Engineers and the Royal Institution of 10 Great Britain (Elektrik Mühendisleri ve Büyük Britanya Kraliyet Enstitüsü) de ünlü dersini verdi.

Tesla nın İndüksiyon Motoru 11

Washington D.C. de Smithsonian Institution de kurulmuş Tesla nın Alternatif Akım Motoru 12

Asenkron Motorlara Giriş İndüksiyon motor yada asenkron motor (ASM), rotor için gerekli gücü komitatör yada bileziklerden ziyade elektromanyetik indüksiyon yoluyla aktaran AC motor tipidir. Asenkron motorlar; stator, rotor, rotor yatakları, pervane ve yan kapaklardan meydana gelir. Bu motorlara, stator sargılarında oluşan manyetik alanın dönme hızı ile rotor dönme hızı aynı olmadığından uyumlu olmayan motor anlamına gelen Asenkron Motor adı verilmiştir. Asenkron motorlar indükleme prensibine göre çalıştıklarından İndüksiyon Motor olarak da bilinirler. Asenkron makineler endüstride genellikle motor olarak çalıştırılırlar, fakat belirli koşulların sağlanması durumunda generatör olarak (rüzgar türbinleri) da çalıştırılabilirler. 13

Asenkron motorlar ucuz olması, az bakım gerektirmesi ve çalışma sırasında ark meydana gelmemesi sebebiyle DA motorlara göre daha çok tercih edilirler. Devir sayıları yük ile fazla değişmediğinden sabit devirli motor olarak kabul edilirler. Devir sayıları kademeli(çift sargılı-dahlender) olarak birkaç devirli veya frekans dönüştürücüleri yardımıyla hız sınırları arasında ayarlanır. 14

Üç Fazlı Asenkron Motor Yapısı 15

Asenkron motorun yapısı 16

17

18

19

20

Toz Emme Makinesi ve Freze 21

Planya (Düzleme) Makinesi Kırma Makinesi 22

Şerit Testere ve Yürüyen Bant 23 Su Pompaları

Kompresör Şerit Testere ve Yürüyen Bant 24

DaireTestere, Buzdolabı Ekovatı ve Dalgıç Pompa 25

Redüktörlü Asenkron Motorlar 26 Dahlander Motor Değişken Moment 8/4 Kutup

Asenkron Motorların Üstünlükleri Sürekli bakım istemezler. Diğer elektrik motorlarına oranla ucuz ve sağlamdırlar. Çalışma anında ark (kıvılcım) üretmezler. Yük altında devir sayıları çok değişmez. Elektronik devreler yardımıyla (frekans dönüştürücüleri) devir sayısı kolayca ayarlanabilir. Küçük güçlerden çok büyük güçlere kadar imal edilirler. Bir ve üç fazlı olarak üretilebilir. 27

Asenkron motorlar çalışma gerilimine göre iki çeşittir. Bir fazlı asenkron motorlar o Santrifüj Anahtarlı ASM o Kalkış Kondansatörlü (Kondansatör Yolvermeli) ASM o Daimi (Sürekli) Kondansatörlü ASM o Kalkış + Daimi (Çift) Kondansatörlü ASM Üç fazlı asenkron motorlar Bir fazlı asenkron motorlar küçük güçlü olarak 3kW a kadar imal edilirler. Çamaşır makinesi, pompa, buzdolabı motorlar gibi ev ve işyerlerinde kullanılan bir fazlı alıcılarda kullanılırlar. Üç fazlı asenkron motorlar fazlar arası gerilimin 380V olduğu sanayi tesislerinde çok yaygın olarak kullanılan motor çeşididir. 28

Asenkron motorlar rotorlarının yapısına göre iki çeşittir. Rotoru kısa devre çubuklu (sincap kafesli) asenkron motorlar Rotoru sargılı (bilezikli) asenkron motorlar Sincap kafesli asenkron motor rotor sac paketi oluklarında, alüminyum yada bakırdan yuvarlak ve kanatçık seklinde çubuklar bulunur. Bu çubuklar her iki ucundan kısa devre bilezikleriyle elektriksel olarak kısa devre edilmiştir. Rotoru bilezikli asenkron motorun rotoru stator içinde yataklanmıştır. Rotor mili üzerinde rotor sac paketi ve döner bilezikler bulunur. Rotor sac paketi üzerine açılmış oluklara rotor sargıları döşenmiştir. Hemen hemen bütün rotorlarda uç sargı (üç faz sargısı) bulunmaktadır. Bu sargılar genellikle yıldız; ender olarak üçgen bağlanırlar. Döner bileziklerle, akım devresi arasındaki bağlantı kömür fırçalar yardımıyla sağlanır. 29

Asenkron motorlar kullanıldığı yer, iş alanına göre çeşitli inşa tiplerinde imal edilirler. 30

31

32

Bir asenkron motor sipariş edilirken verilmesi gereken bilgiler aşağıdaki gibidir. İşletme gücü: 2,2kW veya 10HP İşletme gerilimi: 380Volt - 50Hz. İnşa tipi: Ayaklı B3, Flanşlı B5, Ayaklı Flanşlı B3 B5 Motor devir sayısı: 6 kutup 1000d/d, 4 kutup 1500d/d. gibi Koruma tipi: IP54, IP55, IP56 gibi İşletme tipi: (Çalışma rejimi TS 3205 EN 60034-1 e göre): S1 yada S5 gibi Varsa eksenel yükün büyüklüğü: 750kg Çalıştırılacağı ortamın sıcaklığı: 45 C Çalıştırılacağı ortamın rakımı: 1500m Varsa diğer özellikler: Çift çıkış mili istenip istenmediği, Aşırı radyal yükün büyüklüğü, Çalışma katsayısı (ED faktörü): %100, 60, 40, 25 gibi, Çalıştırılacağı ortamın rutubet derecesi (İzafi nem 33

34 ÜÇ FAZLI ASENKRON MOTORLAR

Üç Fazlı Asenkron Motorlar Üç fazlı asenkron motorlar, stator sargılarına uygulanan elektrik enerjisini mekanik enerjiye çevirerek milinden yüke aktarırlar. Rotor ise gerekli enerjiyi transformasyon (dönüşüm) yoluyla statordan alır. Dolayısıyla asenkron motorların çalışması için alternatif kaynağın olması yeterlidir. Senkron makinelerde olduğu gibi ikinci bir kaynağa (Doğru akım) ihtiyaç yoktur. Bundan dolayı asenkron motorlar tek uyartımlı motorlar sınıfına girerler. Üç Fazlı Asenkron Motorların Yapısı Üç fazlı asenkron motor; stator, rotor ve diğer parçalardan meydana gelmiş enerji dönüşümü yapan makinedir. 35

Stator Asenkron motorda döner manyetik alanın meydana geldiği duran kısmı olup ince, bir tarafı silisle yalıtılmış alüminyum yada demir sacların paketlenmesi ile imal edilir. Stator üzerinde üç fazlı alternatif akım sargıları bulunur. Bu sargılar uygun şekilde stator oyuklarına yerleştirilerek motorun istenilen kutup sayısında üretilmesi sağlanır. Her bir faza ait sargı uçları motor gövdesi üzerindeki bağlantı kutusuna toplam altı uç olarak bağlanır. Motorun üçgen yada yıldız çalışma şekline göre sargıların bağlantısı gerçekleştirilir. 36

Rotor Üç fazlı asenkron motorların hareket eden (dönen) kısmı olup; kısa devre çubuklu (sincap kafesli) ve sargılı olmak üzere iki değişik yapıda yapılır. Kısa devre çubuklu olanda rotor, gövdesine açılmış olukların içerisine eritilmiş alüminyum dökülerek yada büyük güçlü motorlarda bakır çubuklar çakılarak oluşturulur. Bu çubukların uçları birer alüminyum yada bakır halka ile kısa devre edilmiştir. Asenkron motorların bu tipi rotor sincap kafesi andırdığından sincap kafesli asenkron motor olarak da bilinir. Kısa devre çubuklu rotor basit ve sağlam bir yapıya sahip olmasından asenkron motorların %90 ı kısa devre çubuklu rotora sahiptir. 37

Rotorda bulunan kısa devre çubuklar iki nedenden dolayı mile tam olarak paralel değildir. Birinci nedeni, motor manyetik gürültüyü azaltarak sessiz çalışmayı sağlamak ve oyuk harmoniklerini azaltmak içindir. İkinci neden, rotor kilitleme eğilimini azaltmaya yardımcı olmaktır. Stator dişlerin sayısı rotor dişlerin sayısına eşit olduğu zaman meydana gelir. Sincap kafesin içi boş hali Sincap kafesli rotor 38

Rotoru sargılı olanlarda ise rotor üzerine açılmış oluklara aynen statorda olduğu gibi üç fazlı olarak sargılar sarılmıştır. Sargı uçları fırça ve bilezikler yardımıyla dışarı çıkarılarak motor gövdesi üzerindeki bağlantı kutusuna bağlanır. 39 Sargılı rotor bilezikleri ve rotor

Diğer parçalar İçerisinde stator sac paketi bulunan gövde, ayakları ile zemine veya kaide üzerine monte edilir. Mil üzerine monte edilmiş pervane ile gövdenin daha fazla hava ile temas etmesi sağlanarak motorun soğutulması sağlanır. Klemens kutusu, motorun elektrik bağlantılarının yapılmasını sağlayan terminalleri bulundurur. Terminal sayıları motorun üç fazlı sincap kafesli, üç fazlı rotoru sargılı yada bir fazlı asenkron motor çeşitlerine göre değişim gösterir. 40

Asenkron Motorlarda Etiket Değerleri Her motor üzerinde genellikle alüminyumdan yapılmış dikdörtgen şeklinde etiket bulunur. Etikette yazılı olan değerler motorun tam yük altında çalışıyorken elde edilen değerlerdir. Motor Etiketleri 41

Farklı Kutup Sayılı İki Sargısı Bulunanlar Farklı Kutup Sayılı İki Sargısı Bulunanlar 42

43

Motoru yapan fabrikanın adı (Gamak, Siemens, BBC), motorun kullanıldığı akım çeşidi (DA-AA), motorun model tipi (A GM 100 L4a, Typ Gm 200L,), seri numarası (No:22928, Nr:1065179), bağlantı şekli (Y, Δ, Υ/Δ), çalışma akımı (15A, 6,3A, 5,6/4,4A.), güç katsayısı (0,8-0,76, vb.), normal çalışma gerilimi (220V, 380V, 220/380V), motor gücü (0,55kW - 5,5 HP), frekans (50per/sn, 50Hz.), devir sayısı (910d/d, 1380U/min, 2850rpm), motorun dayanabileceği maksimum sıcaklık (40C, 45C ), motor ağırlığı (30kg, 267kg), motorun imalat yılı (1987, 1993.) 44

Motor tip kodlarının açıklanması: Örnek: GM 200 L 2 b GM: GAMAK 3 fazlı kısa devre rotorlu asenkron motor 200: Tabandan mil eksenine yükseklik (mm) L: Gövde uzunluğu (K: Kısa, M: Orta, L: Uzun) 2: Kutup sayısı (Senkron dev/dak) b: Stator paket boyu (a: Kısa, b: Uzun) Kimlik numarası: Üretim seri numarasıdır. Örneğin No:22986 vb. Gövde tipi: Motor tipi: Motor model tipidir. Örneğin A GM L4a, Typ Gm 200L vb. Fazı: Motorun kaç fazla çalıştığını gösterir. Örneğin 1 faz, 3 faz vb. Beygir gücü oranı (hp): Motor KW gücünün beygir gücü cinsinden karşılığını verir. Örneğin 0.55KW/5.5Hp Hızı (rpm): Motorun devir sayısını gösterir. Örneğin 1350d/d, 1120rpm, 2850U/min vb. 45

Gerilim: Motorun normal çalışma gerilimini gösterir. Örneğim 380V, 220V vb. Akımı: Motorun normal çalışma akımıdır. Örneğin 3A, 5.7A, 4.2A vb. Frekans: Motorun çalışma frekansıdır. Örneğin 50Per./sn, 50Hz vb. Servis faktörü: Çalışma periyodu: Motorun bağlantı şeklidir. Örneğin yıldızüçgen İzolasyon sınıfı: Ortam sıcaklığı: Motorun çalışma ortam ısısıdır. Örneğin 1200C, 1800C vb. Nema kodu 46

Üç Fazlı Asenkron Motorların Devreye Bağlantısı Üç fazlı asenkron motorların devreye bağlantısı motorun kısa devre rotorlu ya da sargılı rotorlu oluşuna göre değişir. Kısa devre çubuklu rotora sahip olan asenkron motorda bağlantı klemensinde üç faz sargılarının giriş ve çıkış uçları verilmiştir. Sargılı rotora sahip olanlarda stator sargı uçlarının yanında rotor sargı uçları da klemens kutusunda bulunur. Rotor sargı uçları yük dirençleri üzerinden yıldız yada üçgen olarak bağlanır. Üç fazlı gerilimin uygulandığı stator sargı giriş uçlarına (U-V-W yada yeni normda U 1 -V 1 -W 1 ) R-S-T fazları (DIN VDE 0530 Teil 8) yada yeni normda L 1 -L 2 -L 3 (IEC 34-8) uygulanırken çıkış uçları (X-Y-Z yada yeni normda U 2 -V 2 -W 2 ) makinenin çalışma şekline göre kısa devre edilir (yıldız bağlantı) ya da karşılıklı olarak köprülenir (üçgen bağlantı) bağlanır. 47

Stator sargı uçlarına fazlara göre değişik isimler verilir. Bunlar: R (L 1 ) Fazı için giriş ucu: U yada U 1 Çıkış ucu: X yada U 2 S (L 2 ) Fazı için giriş ucu: V yada V 1 Çıkış ucu: Y yada V 2 T (L 3 ) Fazı için giriş ucu: W yada W 1 Çıkış ucu: Z yada W 2 U V W U1 V1 W1 Z X Y W2 U2 V2 48 a) Klemens kutusu b) Yıldız bağlı c) Üçgen bağlı

Üç fazlı sistemlerde gerek yıldız gerekse üçgen bağlantılarda olsun hat akım ve gerilimi ile faz akımı ve geriliminden bahsedilir. Üç fazlı sistemlerde iki faz arasında kalan gerilime Hat Gerilimi (U h ) denir. Ülkemizde fazlar arası gerilim U H = U RS = U ST = U TR = 380V tur. İki faz arasından geçen akım Hat Akımı (I h ) dır. Faz ile nötr arası gerilime Faz Gerilimi (U h ) denir. Her bir sargıdan geçen akıma Faz Akımı (I f ) denilir. Hat Gerilimi Hat Akımı U h = U RS = U ST = U TR I h = I RS = I ST = I TR Faz Gerilimi U f = U R = U S = U T Faz Akımı I f = I R = I S = I T 49

Asenkron Motorların Yıldız Bağlantıları Yıldız bağlantıda; sargıların çıkış uçları (X-Y-Z) bakır lamalar ile kısa devre edilir. Sargıların giriş uçlarına (U-V-W) şebeke gerilimi uygulanır. Bu durumda motorun statorundaki her bir sargıya uygulanan gerilim; R URS=380V S V U X Y UR=220V Z W R S T U V W X Y Z R Asenkron motorun yıldız sargı ve klemens bağlantısı 50

Motora uygulanan hat gerilimi U h = 380V tur. Motorun statorundaki her bir sargıya uygulanan gerilim; hat geriliminin 3 'te biri kadardır. U f = U h 3 = 220 V Hat gerilimi U H = 3. U f Bu ifadeden de anlaşılacağı gibi yıldız bağlantıda faz sargıları 220V luk gerilimde çalışacak şeklide imal edilmiştir. Bu bağlantıda hat akımları faz akımlarına eşittir. I h = I f U H = U RS = U ST = U TR = 380V U f = U R = U S = U T = 220V I H = I R = I S = I T 51

Üç fazlı AC motor klemens kutusu Yıldız bağlantı şekli 52

Asenkron Motorların Üçgen Bağlantıları Üçgen bağlantıda; her bir motor faz sargısı giriş ucu diğer faz sargısının çıkış ucuna bağlanır. Şekilde görüldüğü gibi üçgen bağlantıda motorun statorundaki her bir sargıya 380V uygulanır. Bu gerilim, sargının normal çalışma gerilimidir. U h = U f = 380V R U Z URS=380V UR=380V X W S V Y T R S T U V W X Y Z 53 Asenkron motorun üçgen sargı ve klemens bağlantısı

Motorun statorundaki her bir sargıdan geçen akım (I f ) hat akımının (I h ) 3 'te biri kadardır. I f = I h 3 Hat akımı I H = 3. I f U H = U RS = U ST = U TR = 380V U f = U R = U S = U T = 380V I H = I RS = I ST = I TR 54

Üçgen bağlantı klemens kutusu 55

Asenkron motorun hangi bağlantı şeklinde çalıştırılacağına karar verilebilmesi için motor etiketine bakılmalıdır. Genelde üretici firmaların ürettiği motor etiketlerinde verilen etiket ifadelerine göre motor tiplerinin karşılaştırılması aşağıdaki tabloda verilmiştir. Etikette yazılı ifade Y380 Δ380 Υ/Δ 380/220 Hat gerilimi 380V 380V 380V 220V Açıklama Motor faz sargıları 220V luk gerilime uygun olarak imal edilmiştir. Bu tip motorlara yıldızüçgen yol verilemez. Motor faz sargıları 380V luk gerilime uygun olarak imal edilmiştir. Bu tip motorlara yıldızüçgen yol verilebilir. Bu tip motorların faz sargıları 220V luk gerilime uygun olarak imal edilmiştir. Bu nedenle motor üçgen çalıştırılacaksa fazlar arası gerilim oto trafosu ile 220V a ayarlanarak uygulanmalıdır. 56

Bilezikli asenkron motorun devreye bağlantısı 57