3 fazlı asenkron motorlar 2 temel parça olarak bahsedebileceğimiz stator ve rotordan oluşurlar. Statorda, motorun adından da anlaşılacağı üzere içerisinde 3 adet ayrı fazı temsil eden 3 sargı bulunur. Bu sayının 2,4 veya 7 yerine neden 3 olduğunun açıklanması aslında yazımızın başlığındaki soruya bir nevi cevaptır.
 

► İlginizi Çekebilir: 1 Fazlı Asenkron Motorlar

Asenkron motorlar bilindiği üzere elektrik enerjisini hareket enerjisine çeviren elektrik makineleridir. Tüm çalışmalarda en dikkat edilen husus, alınan elektrik enerjisinden elde edilecek mekanik enerjinin kalitesidir. Bunu elektrik şebekelerindeki harmoniklere veya gerilim dalgalanmalarına benzetebiliriz. 1 fazlı asenkron motor standart bir tek fazlı şebekeye bağlandığı zaman ilave ekipmanlarını göz ardı ettiğimizde çalışmayacak yani milinden bir dönüş elde edilemeyecektir. Motorun milinden bir hareket enerjisi alınamamasının sebebi ise, motora verilen elektrik enerjisinin meydana getirdiği manyetik alanın bir moment oluşturabilmesine karşılık mildeki net momentin daima “0”a eşit olmasıdır. Bunu yenmek ve manyetik alanın ürettiği momentten faydalanabilmek için yardımcı sargılar ve çeşitli kondansatörler kullanılır. Burada dikkat edilmesi gereken husus 1 fazdan yardımcı ekipmanlar olmadan dengeli bir dönüş hareketi elde edilememesidir.

Şekil 1: 1 Fazlı Asenkron Motor Yapısı


►İlginizi Çekebilir : Asenkron Motorlarda Mekanik Arızalar

Bununla beraber 2 fazlı bir motorda, yine 1 fazlı motordaki gibi 2 ayrı fazı birbirine 90 derece fiziksel açı ile statora yerleştirmek ve bir de nötr kablosu ilave etmek gerekir. Fakat buradan elde edilen dönüş yine 3 fazlı motorlara kıyasla çok verimsizdir. Ayrıca 1 ve 2 faz ile iletilen güç miktarı, kullanılan kablo ve ekipman sayısı, verim ve çıkılabilecek güç kıyaslandığında 3 fazlı motorların her anlamda daha avantajlı olduğu görülür. 3 fazlı sistemlerin bu kadar tercih edilmesinin sebebi ise döner bir manyetik alan elde etmenin ve simetrik bir alan dağılımı oluşturmanın en basit yolunun 3 faz kullanmaktan geçmesidir. 360 derecelik bir düzlemde 3 fazlı motorun ayrı ayrı her bir fazından geçen akımların oluşturduğu döndürme kuvveti etkisini sağlayan vektörleri matematiksel olarak topladığımızda, herhangi bir ek düzeneğe ihtiyaç duymadan elde edilebilecek en optimum dönüşün elde edildiği görülmektedir.

 

Şekil 2: 3 Faz Kuvvet Vektörlerinin Toplamı

3 fazın sağladığı en büyük avantaj, vektör uzayında sağladığı simetri ve bu sayede motor milinden alınan düzgün dönme hareketidir. 3 faza alternatif olarak 6, 9 veya 12 fazda kullanmak mümkündür. Faz sayısının 3 ve katları şeklinde artması motordan elde edilecek tork ve gerilim grafiğinin daha pürüzsüz olmasını sağlar. Fakat çok daha fazla iletken ve malzeme kullanılması gerektiğinden ekonomik olarak verimli değildir. Hem ekonomik olup hem de devir ve tork anlamında istenileni veren en optimum faz sayısı 3’tür.

Etiketinde yazan nominal yük değerinde çalışan bir 3 fazlı asenkron motor düşünelim. Motorun fazlarından biri aniden çalışmayı durdursa ne olur? Bu durum yabancı kaynaklarda “single-phasing” yani bir faza düşme olarak adlandırılır. Aslında 3 fazdan geri kalan 2 tanesi hala motoru beslemeye devam etmesine rağmen tek faz olarak adlandırılmıştır. Motorun 1 fazı kesildiğinde geri kalan 2 faz birbirine seri olarak bağlı olacaktır. Bu sebeple tek bir faz üzerinde ayrı iki empedans olarak bu fazları temsil edebiliriz. Motor bu şekilde çalışmaya devam ettirilirse kalan 2 fazdan akan akım giderek artacaktır. Bunun sebebi motor iletkenlerinden akmaya başlayan negatif bileşen akımları ve eddy akımlarıdır. Motor ayrıca daha düşük tork ve devir sayısı ile çalışacaktır. Tüm bu olumsuz koşullar motorun stator sargılarının ve rotor barlarının aşırı ısınmasına sebep olacak ve nihayetinde motorun yanması ile sonuçlanacaktır.



Bununla beraber durgun haldeki 3 fazlı bir elektrik motoruna 2 faz vererek çalıştırmayı denersek tıpkı 1 fazlı motoru bir kondansatör veya yardımcı sargı olmaksızın çalışmayı denerken karşılaştığımız sorunlarla karşılaşırız. Motordan bir takım zorlanma sesleri gelecektir. Bu, motor içerisinde bir kuvvetin oluştuğunu gösterir. Yalnız oluşan bu döner kuvvet mildeki ataleti yenebilecek bir seviyede değildir. Yalnızca 2 ayrı ve birbirine eşit akımlar çeken fazın oluşturduğu kuvvetlerin birbirlerini nötrlemesi esnasında motorda oluşan zorlanmalardır. Motordan bir hareket elde etmek için bu ataletin yenilmesini sağlanmalı ve motora bir ilk dönüş yönü verilmelidir. Böylelikle motor belirtilen yönde dönmeye başlayacak fakat yine düşük devir ve yüksek akım çekme gibi sorunlar ile karşılaşılacaktır.



Yukarıda da bahsettiğimiz üzere motorun milinden bir dönüş elde etmek için gerekli olan, manyetik alanın mile uyguladığı net momentin “0” dan farklı olmasıdır. Bunun sağlanması için de birbirlerini nötrlemeyen en az iki farklı manyetik alan gereklidir. 1 fazlı şebekede faz iletkeninden geçen akım motorun “X” fazından geçiyor olsun. Aynı akım 1 fazlı şebekede devresini nötr üzerinden tamamlamadan önce “Y” fazından geçiyor olsun. Üretilen bu iki manyetik alan birbirlerini nötrleyecek ve motorun milinden bir dönüş alınamayacaktır. Sonuç olarak 3 fazlı motor 1 fazlı şebekeye bağlandığından doğrudan çalışması mümkün değildir. Fakat 3 fazlı asenkron motora tıpkı 1 fazlı asenkron motorda olduğu gibi bir kondansatör bağlanır ve manyetik alanlar ve oluşturdukları kuvvet vektörleri arasında bir faz farkı meydana getirilirse motor etiketinde yazılı olan değerden daha düşük bir verimde, daha düşük devir sayısı dolayısıyla daha yüksek bir kayma oranı ve daha düşük bir güç ve tork ile çalışacaktır.

 

Şekil 3: Dönüş Yönlerine Göre Yıldız-Üçgen Tek Faz Çalıştırma Şemaları

Burada bahsedilmesi gereken bir husus daha vardır. Bu çalıştırma şekli zorunda kalınmadığı sürece kullanılmamalıdır. Çünkü motor bu şekilde 1 faza gereğinden fazla yüklenecek ve motor iletken kesitleri ve izolasyonu bu çalışma koşullarına göre tasarlanmadığından motor kısa sürede nominal seviyedekinden fazla ısınacaktır. Ayrıca görselde kondansatörün bağlandığı yer 1 fazlı motorlarda yardımcı sargının olduğu yerdir. Yardımcı sargılar ana sargıya kıyasla düşük endüktif reaktansa ve yüksek omik dirence sahip olurlar. Burada ise bunu yerine ana sargı olarak niteleyebileceğimiz bir sargı kullanılmaktadır. Bu da motorun çalışmasındaki sakıncalardan bir tanesidir.



Kaynakça

► quora.com
► marineinsight.com
► researchgate.net
► electronics.stackexchange.com