Elektrik Motorları 1. Bölüm |
ElektrikPort Akademi

Elektrik motorları yazı dizimizde, alternatif ve doğru akım motorlarının teorik bilgilerini, çalışma prensiplerini ve endüstrideki kullanım alanlarını aktarmayı amaçlıyoruz. İlk olarak 1 ve 3 fazlı sistemlerin mantığını inceleyeceğiz.

A- A+

05.09.2015 tarihli yazı 185215 kez okunmuştur.

Motor Elektrik Makinası Manyetizma 3 Faz Döner Alan Manyetik Alan ElektrikPort Akademi

Elektrik Motorları Genel Yapısı : 1 Faz ve 3 Faz Sistemi

Elektrik makinaları denilince ne anlamalıyız? Eğer elektrik makinası denilince motor veya generatör aklımıza geliyorsa bir şeyler kafamızda canlanıyor demektir. Elektrik motorunu; elektrik enerjisi uygulanıp mekanik enerjinin üretildiği (çıktığı) bir sistem olarak açıklamak mümkündür.

Aynı şekilde generatörü de içinde mekanik enerjinin uygulanıp, elektrik enerjisinin çıktığı yapı olarak tanımlayabiliriz. Peki, bu sistemlerin temel mantığı nedir? Teorisi çok sevilmez ama pratiğini anlamak için gözümüzde canlandırmak durumundayız. Birlikte bu sistemler için 1 faz ve 3 faz yapısını inceleyelim.

Şekil 1: Elektrik makinalarında genel enerji dönüşümü gösterimi

:::VİDEO::: Elektrik motorunun yapılışı

Elektrik Motorlarında 1 Faz ve Kullanımı

Birçok kullanım alanı olan 1 fazlı motorların yapısı sadedir fakat teorik incelemesi oldukça zordur. Motorların çalışması için dönmesi gerekmektedir. Bu üç fazda kolaydır üç faz bunu sağlar. Bu konuya geleceğiz.

Peki, bu olay bir fazda nasıl sağlanır? Bir fazlı sistemlerde motorun dönmesi gerekecek ve bunu elimizle de yapamayız. Yani düşünün evinizdeki herhangi bir aleti süpürge veya çamaşır makinası motorunu açıp milini döndürmeyeceğimizden ve bunun kendiliğinden olması gerekmektedir.

İşte burada yardımcı sargılar kullanılır ve motorumuz sanki 2 fazlıymış gibi döner ve manyetik alan sağlanır. Sonuç olarak; moment üretmiş oluruz.

Bir Fazlı Yardımcı Sargılı Asenkron Motorların Çalışması

Yalnız ana sargıdan meydana gelmiş asenkron motora bir fazlı gerilim uygulandığında ana sargıda döner manyetik alan meydana gelmez. Ana sargı birbirine ters yönde dönen iki manyetik alan meydana getirir. Her alan birbirinin zıttı yönde moment üretir. Elde edilen toplam moment sıfır olduğundan motor döndürme momenti üretemez.

Bu nedenle bir fazlı asenkron motorlar yalnız ana sargı ile kalkınamazlar yani çalışmazlar. Motorun kalkınabilmesi için motora ilk hareketin verilmesi gerekir. Yalnız ana sargı ile döner alan oluşmayacağından döner alanı oluşturacak ve ilk hareketin verilmesini sağlayacak olan yardımcı sargı kullanılır.

Sonuç olarak ana ve yardımcı sargı ile iki fazlı bir sistem elde edilir. Bu durumda statordaki iki fazlı sargılar döner manyetik alan meydana getirir. Oluşan manyetik alan rotor kısa devre çubuklarını keserek rotorda bir gerilim indükler.

Şekil 2: İki fazlı alternatif akımın değişim eğrileri ve İki fazlı döner alan oluşumu

Bir Fazlı Motorlarda Motor Yönünün Değiştirilmesi

Bazen bu dönme yönlerinin yönünü değiştirmek isteyebiliriz. Bunu üretici ve sanayide çalışan mühendisler firma yararı doğrultusunda daha iyi verim almak için gerçekleştirirler. Bu olay bir faz sistemlerinde şu şekilde yapılır; tek faz sargısı diğer adı ile esas sargının veya yardımcı sargının yönünü değiştirerek tek fazlı sistemlerde motorun dönme yönünü değiştirebiliriz.

Dikkat edilmesi gereken en önemli nokta merkez kaç anahtarı ile kontrol edilen yardımcı sargılı motorlarda motorun çalışırken devir yönünün değiştirilememesidir. Çünkü motor yalnız ana sargı ile çalışmaktadır.

Bu nedenle motor ilk önce durdurulmalı ya da merkez kaç anahtarı yardımcı sargıyı devreye sokana kadar devri düşürülmeli sonra sargılardan birinin uçları yer (yön) değiştirilmelidir. Önemli bir bilgidir bir fazlı makinaları bazen farklı bir yönde döndürmek isteyebiliriz daha fazla tork veya moment bu sayede üretilir.

Motorun dönmesi için koyduğumuz yardımcı sargı sadece motorun çalışması anında moment üretir ve motorun kalkmasını sağlar. Ancak yardımcı sargılar kayıpları arttır ve zarar verebilir. Yardımcı sargılar devreden işimiz bittikten sonra merkez kaç anahtar (central force) ile çıkartılır.

Yardımcı Sargının Devreden Çıkartılması

Motorun kalkınma anında yardımcı sargı yönü ana sargının manyetik alanını destekleyecek yöndedir. Fakat rotor devri, normal devrine yaklaştıkça yardımcı sargı ana sargı üzerinde ters etki yapar. Motorun normal çalışmasını engellemesi nedeniyle yardımcı sargı devreden çıkarılır.

Eğer motor devrine ulaştığı halde yardımcı sargı devreden çıkarılmazsa ince kesitli yardımcı sargıdan fazla akım geçeceğinden sargılar ısınır ve bir süre sonra da yanar. Bu nedenle yardımcı sargının motor anma devrinin %75-%80 seviyesine ulaştığı anma devreden çıkarılmalıdır.

Merkez Kaç (Santrifüj) Anahtarı İle Devreden Çıkarma

Motor kalkınırken yardımcı sargıyı devrede tutan, motor normal devrin %75'ine ulaştığında devreden çıkaran bir anahtardır. Merkezkaç kuvvet özelliğinden yararlanılarak yapılmıştır. İki kısımdan meydana gelen santrifüj anahtarın duran kısmı kapak içerisine, hareketli kısmı ise rotor miline monte edilir.

Duran kısımda bulunan iki kontak, motor çalışmazken kapalı durumdadır ve yardımcı sargıyı devreye sokar. Motor normal devrinin %75'ine ulaştığında ise hareketli kısım, merkezkaç kuvvetin etkisi ile dışarı doğru çekilerek kontak üzerindeki basıncı kaldırır.

Bu sırada kontak açılarak yardımcı sargı devreden çıkar. Motor durduğunda ise bir yay vasıtası ile tekrar eski konumuna gelerek kontağı kapatır.

Şekil 3: Merkezkaç (santrifüj) anahtarın çalışması

Şekil 4: Santrifüj (merkezkaç) anahtarlı asenkron motor kısımları

Bir fazlı yardımcı sargılı asenkron motorlar çok sık başlatma – durma gerektirmeyen yol alma momenti düşük olan yükler için uygundurlar. El aletleri, çamaşır makinesi, brülör, kurutucu, aspiratör ve pompa gibi birçok kullanım yeri vardır.

Şekil 5: Bir fazlı yardımcı sargılı motorlarda manyetik alan oluşumu

:::VİDEO::: Bir fazlı motorun çalışması

Elektrik Motorlarında 3 Faz Sistemi

Öncelikle bilmemiz gereken ilk bilgi; bir motorun çalışması için dönmesi gerekir ve dönmesi demek gerilim indüklenmesi yani gerilimin bir moment meydana getirmesi demektir. Bu da döner manyetik alan ile meydana gelir. Bir fazı yukarıda işledik ve şimdi bu döner manyetik alanın oluşmasını üç fazda ele alalım.

3 fazlı sistemlerde her faz arasında 120 derecelik bir açı vardır. Fazlar bu açı kadar mesafede yer değişirler.

Şekil 6: R-S-T fazlarının gösterimi

Üç fazlı sistemlerde de bir faz gibi motorun çalışması için dönmesi gerekmektedir. Peki, bu döner alan nasıl oluşur? Birlikte inceleyelim. Aşağıdaki şekillere dikkat ederseniz 3 faza da gerilimimizi uygulamamız fazları kaydırarak bir döner manyetik alan oluşturdu.

Bu bilgiler altında şunu net olarak söyleyebiliriz ki nerde olursa olsun üç fazlı sistemde 3 faz uygulandığı için döner manyetik alan kendi kendine oluşmaktadır. bir faz gibi yardımcı birtakım sargılara ihtiyaç duymadan motor dönmektedir.

Şekil 7: Üç fazlı sistemlerin döner manyetik alanının oluşumu ve dönmesi

Sonuç olarak;

Asenkron motorların stator sargılarına üç fazlı alternatif bir gerilim uygulandığında stator sargılarında döner bir manyetik alan meydana gelir. Bu manyetik alan rotor üzerinde bir gerilim indükler. İndüklenen bu gerilimin rotor üzerinde rotor manyetik alanını oluşturur.

Rotor manyetik alanı ile stator manyetik alanının birbirini etkilemesi sonucunda bir döndürme momenti oluşur. Oluşan bu moment ile rotor, döner alan yönünde dönmeye başlar.

Peki, 3 fazlı motorlarda devir yönünü nasıl değiştirebiliriz. Beraber inceleyelim.

Üç fazlı Motorların Dönüş Yönünün Değiştirilmesi

Herhangi 2 fazın yönünü değiştirdiğimiz zaman 3 fazlı motorların dönme yönü değişecektir. Herhangi 2 fazın yönünün değişmesi demek döner manyetik alanın yönünün değişmesi demektir.