Gölge Kutuplu Asenkron Motor

Gölge kutuplu asenkron motor, aslında ismini çalışma prensibinin benzetmesinden almış bir fazlı asenkron bir motor çeşididir.Genellikle küçük çaplı uygulamalarda kullanılan bu motor,elektromanyetizmanın en temel ve basit kurallarından biri olan indüksiyondan alışılmışın dışında faydalanır. Nasıl olduğunu anlamak için gelin bu motoru daha yakından inceleyelim.

A- A+

22.12.2018 tarihli yazı 16704 kez okunmuştur.

Tüm asenkron motorlarda olduğu gibi gölge kutuplu asenkron motorun stator beslemesi AC gerilim ile yapılır ve bu motora özel olarak 1 faz kullanılır. Bu da birbirlerine zıt yönde ve aynı büyüklüğe sahip 2 farklı manyetik alan oluşacağı anlamına gelir. Bu 2 farklı manyetik alandan hareket elde edebilmek için veya diğer bir deyişle çıkıştaki momentin 0’a eşit olmaması için bir manyetik alanın diğerine göre baskın olması gerekir.Bunu sağlamak adına yardımcı sargı ve kondansatör kullanılan uygulamalar vardır. Bu rotora ilk hareketi vermek ve sürekli bir çalışma sağlamak için etkili bir çözümdür. Gölge kutuplu asenkron motorlar da temel olarak aynı prensibe göre tasarlanmışlardır fakat diğerlerinden farkı motora adını veren tasarım olan ve statorda ana kutuplarla beraber bulunan gölge (ek) kutuplardır.

Şekil 1: Gölge Kutuplu Asenkron Motor Yapısı

Gölge kutuplu asenkron motorda bulunan malzemeler;

1- Sincap kafes rotor
2- Tek faz sarımlı bobin
3-   Bobinin sarıldığı makara
4-   Demir nüve
5-   Bakır kısa devre çubuklar
6-   Mil yatakları (bearings)

Gölge kutuplu asenkron motorların çalışma prensiplerini incelemeden önce motorun çalışma prensibini daha iyi anlamamıza yardımcı olacak birkaç temel bilgiyi hatırlamakla başlayalım.

►Faraday Yasası

Faraday yasası; değişken bir manyetik alan içerisinde bulunan bir iletkenin uçlarında gerilim indükleneceğini söyler. Burada dikkat edilmesi gereken en önemli kısım manyetik alanın değişken olması gerektiğidir. Manyetik alanın değişimi uzayda veya zamanda olabilir. Uzaydaki değişiklik büyüklüğü sabit olan manyetik alanın hareketli olmasıdır. Yani manyetik alanın oluşturan kaynağın hareketli olması iletkende bir gerilim indükleyebilir.

Fakat motorda indüklemeyi sağlayacak kısım olan stator sabit veya duran bir kısım olduğu için buradan bir indüklenmiş gerilim elde etmek mümkün değildir. Bu da bize tek bir seçenek bırakır. Zamanda değişen bir manyetik alan zaman ile büyüklüğü sürekli değişen bir manyetik alandır. AC gerilim ise bunun için mükemmel bir örnektir.

►Lenz Kanunu

Lenz kanunu; Faraday yasasının tamamlanmasına yardımcı olan bir kanundur. Faraday iletken uçlarında gerilim indüklenmesi için değişken bir manyetik alan içerisinde olması gerektiğini söylemiştir fakat indüklenen bu gerilimin polaritesini belirtmemiştir. Lenz de bu durumdan hareketle enerjinin korunumu yasası gereği Faraday yasasının negatif polarite ile
yazılması gerektiğini söylemiştir.

Diğer bir deyişle indüklenen gerilimden dolayı iletken üzerinde akacak olan akımın oluşturduğu manyetik alan kendisini oluşturan manyetik alanın artış veya azalışına ters bir tepki gösterecekti. Yani iletkenin içinde bulunduğu manyetik alan artıyor ise bunu azaltacak yönde, eğer içinde bulunduğu manyetik alan azalıyor ise bunu artıracak yönde bir manyetik alan oluşturacaktır. Gölge kutuplu asenkron motorun çalışma prensibi tam olarak bu ilkelere dayanır.

Şekil 2: Elektromanyetik indüksiyon ve Lenz Kanunu

►İlginizi Çekebilir: 1 Fazlı Asenkron Motorlar Nasıl Çalışır?

►Gölge Kutuplu Asenkron Motorda Kutup Yerleşimi

Gölge Kutuplu Asenkron Motorlar 2, 4 veya 6 kutuplu olarak yapılabilirler. Kutup yerleşiminin gösterilişini kolaylaştırmak adına 2 kutuplu bir motor düşünelim. Uygulanan AC gerilim sayesinde akımın yönü sürekli değişmektedir ki bu aynı zamanda kutupların da yer değiştirmesi anlamına gelir.

Şekil 3: Gölge kutuplu asenkron motor kutup yerleşimi

►İlginizi Çekebilir:Asenkron Motorlara Yol Verme Yöntemleri

Motorda bakır kısa devre çubukları olmaz ise döner bir hareket elde etmek mümkün değildir. Motor titremeye başlayacak fakat mildeki toplam moment her zaman 0 olacağından milden bir güç alınamayacaktır. İşte gölge kutup olarak bahsettiğimiz bakır kısa devre çubukları da tam olarak burada devreye girmektedir. Bakır kısa devre çubuklarının döner bir manyetik alan oluşmasına nasıl katkıda bulunduğunu daha iyi anlamak için şebekeden çekilen tek fazlı gerilim ile bu bakır halkalarda indüklenen gerilim arasındaki ilişkiyi inceleyelim.

Şekil 4: Gölge kutuplu asenkron motor besleme gerilimi ve indüklenen gerilim grafiği

------------- : Bakır Halkalarda Endüklenen Gerilim (- (∂∅)/∂t ) )

------------- : Şebekeden Çekilen Tek Faz AC Akım i(t)

Grafikte de görüldüğü gibi akım sürekli olarak yön değiştirmekte ve buna bağlı olarak kutuplar da onu izlemektedir. Değişen akımın oluşturduğu bu değişken manyetik alan kısa devre edilmiş bakır çubuklarda bir gerilim indüklemektedir ki bu indüklenen gerilim de bakır halkalardan bir akım akmasına ve sonuç olarak bu akımın da bir manyetik alan meydana getirmesine sebep olur. Akım eğrisini baz alarak her yarı periyodu 3 farklı anda izleyelim. Böylece zamanın değişimine bağlı akım değişimini ve bu değişimden kaynaklı manyetik alan değişimini inceleyebiliriz.

Şekil 5: 0 - π/2 aralığında hava aralığı manyetik alan dağılımı

►İlginizi Çekebilir: Frekans Çeviriciler ve Asenkron Motorlar Üzerindeki Etkileri

Bu anda(0-π/2 aralığı) çekilen akım artmakta dolayısıyla manyetik alan da artmaktadır. Bu manyetik alan bakır halkaları kesecek ve en başta bahsettiğimiz üzere Faraday Yasası uyarınca uçlarında bir gerilim indüklenecektir. İndüklenen bu gerilimin oluşturduğu akım bir manyetik alana sebep olacak ve bu manyetik alan da yine başta bahsettiğimiz Lenz Kanunu uyarınca kendisini oluşturan manyetik alanın davranışına zıt manyetik alan oluşturacaktır. Bu aralıkta manyetik alan arttığı için bakır halkaların oluşturduğu manyetik alan kendisini oluşturan alanın etkisini azaltmaya çalışacaktır. Bu sebeple kutuplar düzgün bir şekilde dağılmak yerine bakır halkaların bulunduğu kısımlarda (gölge kutupta) kutuplaşma yok denecek kadar az iken bakır halkaların olmadığı kısımda kutuplaşma yoğunlaşacağından oluşacak manyetik alan şekildeki gibi olacaktır.

Şekil 6: π/2 anı hava aralığı manyetik alan dağılımı

Bu anda (π/2) akım tepe değerine yaklaşmıştır ve akımdaki değişim ve dolayısıyla manyetik alandaki değişim 0’a yakındır. Bu sebeple bakır halkalarda herhangi bir gerilim indüklenmeyecek ve kutuplaşma düzgün bir şekilde sağlanmış olacaktır.

Şekil 7: π/2 -π aralığında hava aralığı manyetik alan dağılımı

Bu aralıkta (π/2 -π) akım değeri giderek azalmaktadır ve bu manyetik alanda bir değişim olması demektir. Manyetik alandaki değişim yine Faraday Yasası gereği bir gerilim indükler ve yine Lenz Kanunu gereği indüklenen bu gerilim ile bakır halkalardan akacak olan akımın oluşturduğu manyetik alan kendini oluşturan manyetik alanın davranışına zıt bir

davranış sergileyecektir. Bu anda akım ve dolayısıyla manyetik alan azaldığından bakır halkalar sebebiyle oluşan manyetik alan bu manyetik alanı artırmaya yönelik bir manyetik alan oluşturacaktır. Bu durum kutuplaşmanın, statorun bakır halkalarında yani gölge kutup olarak adlandırdığımız kısmında yoğunlaşmasına kalan kısımlarda ise yok denecek kadar azalmasına sebep olacaktır. Bu sebeple π/2 -π arasında manyetik alan şekildeki gibi dağılır.

Bahsettiğimiz bu 3 aşama akım pozitif polaritede olduğu zamanki durumlara aitti. Fakat kalan yarı periyotta akım negatif polarite olsa dahi bu yine aynı şekilleri elde etmemizi ve statorda aynı kutuplaşmanın sırasıyla oluşmasını sağlayacaktır. Çünkü negatif yarı periyotta da akım 0’dan tepe değerine ulaşacak, tepe değerine ulaştığı anda akımdaki değişim yok denecek kadar az olacak ve tepe değerinden sonra tekrar azalarak 0’a inecektir ki bu zaten pozitif yarı periyotta incelediğimiz olayla birebirdir. Bu yüzden negatif yarı periyotta da aynı kutuplaşmayı ters polaritede göreceğiz.

π-3π/2 aralığı 3π/2 anı 3π/2-2π aralığı

Şekil 8: Negatif yarı periyot hava aralığı manyetik alan dağılımı

Şekil-9:Bir tam periyot boyunca hava aralığı manyetik alan dağılımı değişimi

►İlginizi Çekebilir: 3 Fazlı Asenkron Motorlarda Arızalar ve Verime Etkileri

Gölge Kutuplu Asenkron Motorun Avantajları

► Gerilim ayarı değiştirilerek devir sayısı ayarlanabilir.
► Yapıları basittir ve maliyetleri azdır.
► Diğer motorlara göre çok sessiz çalışırlar.
► Merkezkaç anahtarı yoktur bu nedenle bu anahtardan kaynaklı mekanik arıza ihtimali ortadan kalkar.
► Düşük güçlü uygulamalar için daha uygundur.

Gölge Kutuplu Asenkron Motorun Dezavantajları

► Kalkış momentleri düşüktür.

► Sadece düşük güçler için üretilirler.(1-250W)
► Verimleri çok düşüktür (%15-%30).

► Dönüş yönü bir elektronik ekipman ile değiştirilemez. Dönüş yönünü değiştirmek için rotorun sökülüp ters bir şekilde tekrar bağlanması gerekir.
► Aşırı yüklerde dururlar.

Gölge Kutuplu Asenkron Motorun Kullanılldığı Yerler

► Sessiz çalışma, sürekli hız, uzun süreli çalışma ve yüksek kalkış momenti gerektirmeyen uygulamalarda kullanılır.
► Hava temizleyici
► Mikrodalga fırın
► Küçük güçlü fan
► Püskürtücü
► Isıtıcı vantilatör
► Harç makinası
► Kompresör
► Buzdolabı

Kaynak:

► Deanza.edu
► Zeitlauf