Senkron Motor Nedir?

Yükü değişmesine rağmen devir sayısı sabit kalan motorlara senkron motor denir. Senkron motorlar senkron hızda dönerler. Bundan dolayı senkron motorların devir sayıları sadece frekans ve kutup sayıları değiştirilerek ayarlanır. Kaynağın frekansına ve kutup sayılarına bağlı olarak her zaman senkron hızla dönen sabit hızlı makinelere senkron makine denir. Senkron makineye elektrik enerjisi verildiğinde mekanik enerjisi elde edilirse senkron motor olarak çalışır.

Makinenin motor olarak çalışması için şebekeden çekilen elektrik akımının stator sargıların da döner manyetik alan meydana getirmesi gereklidir. Bunun için “m” fazlı sargıya “m” fazlı akım uygulanır. Böylece elde edilen alanın dönüş hızı ile içinden geçen kutup rotor sargılarının dönüş hızı eşitlenir. İki döner alan birlikte hareket ederler. Böylece makine şebekeden çektiği elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürür.

Senkron devir, 3 faz alternatif manyetik döner alanın devir sayısıdır. Asenkron motorlarda rotor, döner alan devrinden bir miktar (kayma oranı kadar) yavaş döner. Örnek ; 3000 d/d olan bir asenkron motor %5 kayma ile dönerse rotor devri 2850 d/d olur. Senkron motorlar da ise rotor devir sayısı döner manyetik alan devir sayısına eşittir. Örnek; senkron devri 3000 d/d olan bir senkron motorun rotor devri de 3000 d/d olur.

Senkron devir şu formül ile bulunabilir.

• ns : Senkron devir sayısı
• f : Çalışma frekansı
• 2p : Kutup sayısı

Senkron Motorun Yapısı

Rotor devir sayısı döner alan devir sayısına eşit olan motorlara senkron motor adı verilir.

Senkron motoru meydana getiren parçalar

Stator: Kutup sargılarının bulunduğu kısımdır. Silisli saclardan yapılmıştır. Kutup bobinlerine dışarıdan A.C verilir

Rotor: Silisli sacların paketlenmesi ile yapılmış üzerinde sargılar bulunan kısımdır.

Bilezikler: Dış devreden DC akımın rotora uygulanmasını sağlar.

Fırçalar: Dış devreden bileziklere bundan dolayıda rotora gerilim uygulanmasını sağlar.

Yataklar ve diğer parçalar: Rotorun rahat dönmesi için mil, rulmanları, vantilatör ve klemens kutusudur.

Rotora uygulanan DC akım yön değiştirmeyen bir akım olduğu için, kutuplar N – S şeklinde özelliklerini aynen korurlar.

Senkron Motor Çalışma Prensibi

Yükü değiştiği halde devir sayısı sabit kalan motorlar senkron motorlardır. Manyetik döner alanın hızı ne kadar ise rotor mili de o kadar hızla döner. Yapı olarak senkron generatörler ile aralarında hiçbir fark yoktur. Yalnız senkron generatörlerin rotoru yani uyarması DC akımla beslenirken, senkron motorların rotoru DC akımla, statoru alternatif akımla beslenir.

Bir asenkron motorun stator sargılarına gerilim uygulandığı zaman, stator sargılarında meydana gelen döner alan, kapalı bir devre meydana getiren rotor sargılarında endüksiyon yolu ile bir e.m.k indükleyerek rotor sargılarından akım dolaştırır. Rotordan geçen bu akımın yarattığı alan ile stator sargılarındaki döner alan birleşerek döndürme momenti meydana getirir ve motor çalışmaya başlar.

Senkron motorların iki ayrı akım devresi vardır. Statoruna (endüvi) alternatif akım, rotoruna (kutuplar) doğru akım uygulanır. Rotora uygulanan doğru akım, yan yana sıralanan kutupları N-S-N-S şeklinde enerjilendirir. Doğru akım yön değiştiren bir akım olmadığı için kutuplar çalışma süresince özelliklerini aynen korurlar. N kutbu daima N kutbu, S kutbu da aynı şekilde S kutbu olarak kalır.

Statora uygulanan 3 fazlı alternatif gerilim bu sargılarda bir döner alan oluşturur. Statorun döner alan kutupları ile rotorun (endüktör) sabit kutupları, rotorun ataleti sebebi ile kilitlenemez. Bundan dolayı rotor dönmez. Statora uygulanan gerilimin bu sargılarda meydana getirdiği döner alanın kutupları N_ı-S_ı-N_ı-S_ı, rotora uygulanan doğru akımın meydana getirdiği sabit kutuplar N₂-S₂-N₂-S₂ şeklinde sıralanmıştır. Rotor ve stator kutupları zıt kutuplar olarak karşılıklı geldikleri sırada birbirlerini çekerler, döner alan rotoru sürüklemek ister, ama rotor ataletinden dolayı bu hıza uyamaz. Kısa bir zaman sonra stator kutupları alternatif akımın frekansına uygun olarak isim değiştirir.

N_ı kutbu S_ı kutbu olur, S_ı kutbu da N_ı kutbu olur. Bu durumda aynı adlı kutuplar karşı karşıya geldikleri için birbirlerini iterler. Böylece rotor ve stator arasındaki itme çekme sonucu bileşke moment sıfır olduğu için rotor dönemez. Rotorun dönmesini sağlamak için yardımcı yol verme sistemleri vardır. Senkron motoru çalıştırmak için, rotorun devir sayısını senkron devir sayısına veya ona yakın devirlere kadar yükseltmek gerekir. Bu devir sayısı ile dönmekte olan rotorun sabit kutupları döner alan kutupları ile kolayca kilitlenir. Kilitlenme sırasında zıt kutuplar birbirlerini çekerek, döner alan tarafından ve döner alan hızı ile döndürülürler. Bu olaya rotorun döner alan tarafından sürüklenmesi adı da verilir.

İşletme Karekteristikleri 

Senkron motorlar yol aldıktan sonra döner alanın devir sayısında dönerler. Motor yüklendiği zaman, rotor kutupları ile döner alan kutupları arasındaki mesafe büyür. Bu durumda rotor yük açısı δ (delta) kadar döner alandan geride kalır. Yük açısı ne kadar büyük olursa, döndürme momenti de o derece büyük olur. Buna göre yük açısı 90 derece iken döndürme momenti de en yüksek değerini alır. Bu en büyük değerdeki döndürme momentine devrilme momenti de denir. Senkron motorların devrilme momentleri yaklaşık olarak nominal momentlerinin iki katıdır. Aşırı yük durumlarında motor devrilir. Motorun devrilmesi aşırı durumda durması anlamına gelmektedir. Senkron motor aşırı uyarıldığında ise endüktif reaktif güç çeker. Bu nedenle aşırı uyarılmış senkron motorlar yüksüz olarak çalıştırılarak reaktif güç uyarı için kullanılır.

Senkron Motorlara Yol Verme

Senkron motoru çalıştırmak için rotor devrini senkron devir sayısına çıkarmak gereklidir. Bunun için çeşitli metodlar kullanılır.

• Yardımcı Tahrik Makinesi İle Yol Verme

Senkron motor yardımcı bir tahrik makinesi ( dizel, benzin motoru gibi) ile döndürülür. Senkron hıza yaklaşıldığında, şebeke gerilimi uygulanır. Döndürülen rotora fırçalar ve bilezikler yardımıyla doğru akım uygulanarak rotor ve stator kutuplarının kilitlenmesi sağlanır ve motor çalışmaya başlar. Bundan sonra tahrik makinesi durdurulur ve devreden çıkarılır.

• Uyartım Generatörünün Motor Olarak Çalıştırılması İle Senkron Motora Yol Verme

Bir doğru akım kaynağından besleyerek Senkron motorun uyarılması sağlanır. Senkron hıza yaklaşınca motor şebekeye bağlanır. Kutuplar uyarıldıktan sonra kutuplar ve döner alan arasında kilitlenme sağlandıktan sonra doğru akım uygulanmasına son verilir ve motor çalışmasına devam eder.

• Senkron Motoru Asenkron Motor Olarak Yol verme

Senkron motorların kutuplarının, hava aralığına bakan yüzeylerine, mile paralel olarak, asenkron motorlarda olduğu gibi sincap kafes çubukları yerleştirilir. Bu çubuklar her iki tarafta kısa devre edilmiş olduğundan kapalı bir devre oluşturur. Senkron motorun statoruna 3 fazlı alternatif bir gerilim uygulandığında, kısa devre çubuklu asenkron motor olarak çalışır. Sargılarında endüksiyon yolu ile bir gerilim oluşur. Kapalı bir devre nedeni ile de sargılardan bir akım geçer. Bu geçen akımın yarattığı alan ile stator döner alanı birleşerek döndürme momenti oluştururlar. Böylece asenkron çalışmaya geçilmiş olur. Rotor hızı senkron devirde olmasa da bu hıza yakındır. Bu sırada rotor sargılarına (kutup sargılarına) doğru akım uygulanarak, stator kutupları ile kilitlenmesi sağlanır. Bu durumda rotor hızı senkron hıza çıkar ve motor senkron motor olarak çalışmaya devam eder.

• Senkron Motoru Bilezikli Asenkron Motor Olarak Yol Verme

Bazı durumlarda Senkron motorun yük altında kalkış zorunluluğu oluşabilir. Senkron motora yüklü olarak yol vermek için, rotora aynen sargılı rotorlu asenkron motorlarda olduğu gibi sargılar sarılır. Bu sargıların birer uçları rotor mili üzerinde bulunan bileziklere bağlanır. Diğer uçları da çoğu zaman yıldız bağlanır. Senkron motoru çalıştırmak için statoruna 3 fazlı alternatif gerilim uygulanır. Rotor da bulunan 3 fazlı sargılara bilezikler ve fırçalar yardımı ile direnç eklenerek, motorun asenkron motor olarak büyük bir kalkış momenti ile çalışmaya başlaması sağlanır. Bu anda rotor sargılarına eklenen direnç en büyük değerindedir. Motor yol aldıkça rotor sargılarına eklenen dirençler yavaş yavaş devreden çıkartılır ve sonunda kısa devre edilir. Bu işlem sırasında motorun devri senkron devire yaklaşmıştır. Bundan sonra kutup sargılarına doğru akım uygulanarak kutupların kilitlenmesi sağlanır ve motor senkron motor olarak çalışmaya devam eder.

• Frekans Değiştirerek Yol Verme

Frekans değiştirerek yol verme senkron motora yol vermede kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntemde endüvi sargısını besleyen gerilim frekansının değiştirilmesi işlemidir. Senkron motorun uyartım devresi doğru akımla beslenir. Stator gerilimi, senkron motorun kutup geriliminde ancak frekansı düşük bir gerilimdir.Makineye uygulanacak gerilim bağımsız bir senkron generatör tarafından yapılır. Generatörün frekansı yavaş yavaş artırıldığı zaman, devresine bağlı senkron motorun döner alan hızı da sıfırdan başlayarak artar ve makine senkron hıza çıkarılır.

Senkron Motorların Kullanım Alanları

Senkron motorlar hızın sabit tutulması istenen yüklerde kullanılır. Bu motorlar 20 beygir gücü ve daha yüksek değerlerde imal edilirler. Senkron motor fiyatları gücüne ve ebatlarına bağlı olarak değişir.

Senkron motorlar;

• Kompresörlerde
• Büyük vantilatör ve aspiratörlerde,
• Elektrik sistemlerinde kompansatör olarak güç katsayısının düzeltilmesinde,
• Su pompalama istasyonlarındaki pompalarda,
• Haddehane ve pres makinelerinde,
• Gemi pervanelerinin döndürülmesinde,
• Kağıt endüstrisinde,
• Tekstil makinelerinde,
• Kırma makinelerinde,
• Baskı tekniğinde,
• Hava kompresörlerde,
• Maksimum verimde çıkışın sabit kalması için, sabit devir istenen yerlerde,
• Devir sayısının yük ile değişmemesinin istendiği yerlerde,
• Yüksek kararlılık gerektiren konumlama makineleri bulunduran düşük güç uygulamalarında ve robot işleticilerde,
• Doğru akım generatörlerinin döndürülmesinde kullanılırlar.