3 Fazlı Asenkron Motorlar

Sanayi tesislerinde elektrik enerjisini dairesel harekete çevirebilmek için motorlar kullanılır. Bu uygulamalarda farklı çeşitte elektrik motorları vardır. Elektrik motor çeşitleri arasında en çok kullanılan asenkron motorlardır. Asenkron motorların kullanılma oranı % 90′lar civarındadır.

3 Fazlı Asenkron Motor Yapısı ve Özellikleri 

Genellikle iş tezgahlarında 3 fazlı asenkron motorlar kullanılır. Bu motorların yapılışları basit, işletilmesi ve tamirleri kolaydır. Uygulamada çok yaygın olarak kullanılan asenkron motorlar stator, rotor ve gövdeden meydana gelir.

Bunların dışında her elektrik motorunda bulunan yatak, kapak, mil, taşıma kancası ve bağlantı klemensi gibi yardımcı parçaları vardır.

Stator

Asenkron motorun duran bölümüne stator (endüktör) denir. Stator imalatı 0,4-0,8 mm kalınlığında bir tarafı yalıtılmış sacların özel kalıplarda paketlenmesiyle yapılır.

Motorun en önemli parçası statordur. Bu parçanın iç kısmında emaye izoleli bakır telden yapılan sarımlar bulunur. Sarımların fonksiyonu AC enerji uygulandığı zaman manyetik alan oluşturarak rotorun dönmesini sağlar.

Rotor

Asenkron motorun dönen bölümü rotordur. İnce çelik sacların üst üste paketlenmesi ile meydana gelir. Rotorun, stator manyetik alanının etkisi ile ikinci bir manyetik alan meydana getirebilmesi için gövdesi üzerine oyuklar açılmıştır. Açılan oyuklara alüminyum çubuklar veya sargılar konulmuştur.

Rotor Çeşitleri

• Alüminyum Çubuklu (Sincap Kafesli) Rotor: Rotor sac paketinin dış yüzeyine açılan oyuklar içine pres dökümle eritilmiş alüminyum konulur. Rotor çubukları kısa devre edilir.
• Sargılı (Bilezikli) Rotor: Stator sargılarında olduğu gibi rotor oyuklarına sargılar yerleştirilir. Sargıların uçları üç bakır bileziğe bağlanır. Bileziklere basan fırçalar vasıtasıyla sargı uçları dışarı taşınır. Bilezikli rotorlu motorlarda devir sayısıyla döndürme momenti rotor devresine sokulan dış (harici) dirençler ile ayarlanabilir.

Gövde

Asenkron motor üreten firmalar tarafından, motor sargılarının hızlı soğutmanın olması için gövde çıkıntılı ( kanatçıklı ) olarak motor imalatı yapılır.

3 Fazlı Asenkron Motorlarda Manyetik Alanın Oluşması

Asenkron motorların stator sargılarına 3 fazlı alternatif bir gerilim uygulandığı zaman stator sargılarında döner bir manyetik alan oluşur. Bu manyetik alan, manyetik alan içerisinde duran kısa devre çubuklarını keser ve rotor üzerinde bir gerilim indükler. İndüklenen bu gerilimin meydana getirdiği kısa devre akımları rotor üzerinde rotor manyetik alanını meydana getirir.

Rotor manyetik alanı ile stator manyetik alanının birbirini etkilemesi sonucunda bir döndürme momenti meydana gelir. Meydana gelen bu moment ile rotor, döner alan yönünde dönmeye başlar.

Rotor, senkron devirle döner ise stator alanı rotor kısa devre çubukları ile aynı doğrultuda olur. Bu durumda çubuklar alan tarafından kesilmez ve rotor çubuklarında bir gerilim indüklenmez. Dolayısıyla herhangi bir döndürme momenti oluşmayacağı için rotor dönmez.

3  fazlı Asenkron Motor Çalışma Prensibi

R-S-T fazlar ½  motorun statorunda bulunan sargılara uygulandığı zaman döner bir manyetik alan meydana gelir. Statordaki manyetik alanın dönen sayısı şebekenin frekansı ve sargıların kutup sayısına göre değişir. Statorda meydana gelen döner alan rotorun çubuklarını (veya sarımlarını) etkiler ve bu çubuklardan akım dolaşmaya başlar. Rotordan geçen akım ikinci bir alan meydana getirir. Statorun alanı ile rotorun alanı birbirini itip ve çeker, böylece dönüşü başlatır.

3 Fazlı Motor Etiket Bilgileri

Sanayide kullanılan bir fazlı asenkron motor ve 3 fazlı asenkron motor özellikleri gövdeye konan bilgi etiketlerinde yazılıdır. Motor gövdelerinin üzerinde genel olarak alüminyumdan yapılmış dikdörtgen şeklinde etiket bulunur. Şekilde 3 fazlı asenkron motor için etiket üzerine silinmeyecek şekilde şu bilgiler yazılır:

Motor etiketindeki bilgiler:

• Motoru üreten firmanın adı (BBC motor, Gamak motor, Abana motor, Asea motor, Miksan motor, Siemens motor, Lmd. Ş)
• Motorun kullanıldığı akım çeşidi ( DC motor, AC motor)
• Motorun  model tipi
• Motorun seri numarası
• Motorun bağlantı şekli (üçgen/yıldız)
• Motorun normal (nominal, anma) akımı
• Motorun normal çalışma gerilimi ( 380 V )
• Motorun güç katsayısı (Cos φ)
• Motorun normal (nominal, anma) gerilimi
• Motorun gücü (watt yada beygir gücü cinsinden)
• Çalışma frekansı
• Dakikadaki devir sayısı (d/d, rpm)
• Motorun dayanabileceği maksimum sıcaklık
• Motor ağırlığı
• Motorun üretim tarihi
• Motorun koruma tipi (IP 44)
• Motorun inşa tipi (B3)

3 Fazlı Asenkron Motor Bağlantı Klemensi 

• Yıldız / Üçgen Bağlantı

3 fazlı asenkron motorların statoruna yapılan sarımların uçları klemens kutusuna (bağlantı terminali) çıkarılır. Klemens kutusu dışarıdan gelen besleme uçlarının kolay bir şekilde bağlanmasını sağlayacak gibi düzenlenir. Klemens kutusunda bulunan harflerin anlamları;

R Fazı İçin:Giriş ucu: U, Çıkış ucu: X

S Fazı  İçin:Giriş ucu: V, Çıkış ucu: Y

T Fazı İçin:Giriş ucu: W, Çıkış ucu: Z harfleriyle gösterilir.

3 fazlı asenkron motor, klemens kutusunda altı adet uç vardır. Bu uçlar motorun gücüne göre yıldız veya üçgen şeklinde bağlandıktan sonra R – S – T ile besleme yapılır. Yıldız veya üçgen bağlantısı yapılmayan 3 fazlı asenkron motor kesinlikle çalışmaz.

3 Fazlı Asenkron Motor Devir Yönünün Değiştirilmesi

3 fazlı asenkron motor devir yönünü değiştirmek kolaydır. Motora uygulanan R-S-T fazlarından herhangi ikisinin yeri şekildeki gibi değiştirildiği zaman stator sargılarının meydana getirdiği manyetik alanın dönüş yönü değişir. Rotor önceki dönüş yönünün  tersinde hareket etmeye başlar.

3 Fazlı Asenkron Motorlara Yol Verme

Üç fazlı asenkron motorlara yol vermede ilk hareket (kalkış) anında normal akımlarının 6 – 10 katı fazla akım  çekerler. Bu aşırı akım küçük güçlü bir motorda şebekeye zarar vermez. Ancak gücü 4 kW tan büyük olan bir motorun ilk anda 6 – 10 kat fazla akım çekerek çalışmaya başlaması bir çok olumsuz etki (tesisisin geriliminin kısa süreli olarak anormal derecede düşmesi, hatların aşırı yüklenmesi vb. gibi) ortaya çıkarırlar.İşte bu sebeple 4 kW tan büyük güçteki motorlar ilk kalkış sırasında az akım çekerek çalıştırmalıdır.

Büyük güçlü motorların ilk kalkış akımını kabul edilebilir düzeye indirmek için günümüzde çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Düşük kalkınma akımı ile çalıştırmada kullanılan bazı yöntemler şunlardır;

• Direnç İle Yol Verme

Direnç ile yol verme yönteminde motorun devresine ilk önce krom-nikelden imal edilmiş dirençler sokulur. Bu durumda  motor düşük gerilimde az akım çekerek çalışmaya başlar. 2 – 4 saniye sonra dirençler devreden çıkar. Uygulamada az kullanılan bir çalışma yöntemidir.

•  Oto Trafosu ile Yol Verme

Motorun devresine ilk önce kademeli çıkışlı oto transformatörü sokulur. Böylece motor düşük gerilim altında az akım çekerek çalışmaya başlar. 2 – 4 saniye sonra oto trafosu devreden çıkarılır. Oto trafosu ile yol verme yöntemine az karşılaşılmaktadır.

• Yıldız / Üçgen Yol Verme

Uygulamada en çok kullanılan yıldız – üçgen yol verme yöntemdir. Stator sargıları önce yıldız şeklinde bağlanır. Bu durumda 380 volta dayanacak şekilde imalatı yapılan sargılara 220 volt uygulanmış olacağı için motor düşük akım çekerek çalışmaya başlar. 2 – 4 saniye sonra yıldız bağlantısı kaldırılıp üçgen bağlantıya geçilir.

• Elektronik Devreli Statik Yol Vericiyle (Soft Starter) Çalıştırma

Yarı iletken devre elemanlarının fiyatlarının ucuzlaması ile endüstriyel elektronik sistemlerde hızlı bir gelişme başladı. Statik yol (soft starter) vericiler tamamen elektronik yapıdadır. Bu  sayede motorun ilk kalkış akımını dengeli bir şekilde ayarlayabilirler. Özellikle büyük güçlü (50 – 200 kW gibi) motorlar klasik yöntemlerle (yıldız – üçgen, dirençli, oto trafolu vb.) çalıştırıldığı zaman şebekeden yine de yüksek akım çekerler. Bu sebeple motorun akımını ve gerilimini kontrollü bir şekilde yükselterek çalıştırmayı sağlayan statik yol vericiler geliştirilmiştir.

3 fazlı Asenkron Motor Sargılarının Yerleşimi

Rotor çubukları döner manyetik alan içerisinde kaldığı için üzerinde bir elektromotor kuvvet (EMK) indüklenir. İletkenlerin iki ucu kısa devre edildiği zaman iletkenden kısa devre akımı geçer. Geçen bu akımdan dolayı iletken rotor çubukları etrafında manyetik alan oluşur.

Stator döner manyetik alanı ile rotor manyetik alan kutuplarının birbirini itip çekmesi sonucunda da rotor mili yardımıyla yataklarından döner. Bu olay şöylede açıklanabilir: “Manyetik alan içerisindeki rotor çubukları içerisinden akım geçtiği zaman çubuklar manyetik alanın dışına doğru itilir.”

Rotor senkron devirle (stator döner alan hızında) dönerse stator alanı rotor çubuklarıyla aynı doğrultuda bulunacağı için çubuklar alan tarafından kesilmez ve çubuklarda döndürme momenti oluşmayacağı için bir elektromotor kuvvet (EMK) indüklenmez. Rotor dönmez. Rotor döner alanı daima stator döner alanın gerisinde hareket eder.

Rotor devri döner alan devrinden azdır. Stator döner alan devrine senkron devir (ns), rotor devrine asenkron devir (nr) adı verilir. Senkron devir ve asenkron devir arasındaki devir farkına ise kayma (s) denir.

Statorun toplam kutup sayısı 2P, çift kutup sayısı P ve uygulanan gerilimin frekansı f ise bir asenkron motorun senkron devir sayısı ns;

ns =120 x f / 2P d/d yada ns = 60 x f P d/d

Açısal hızı ws = 120.f /2f. 2Π 60 rad /s ‘dir.

Kayma hızı = s = ns – nr d/d = ws – wr (rad /s)

Asenkron motorlarda kayma ifadesi yüzde olarak; s = ns – nr/ns = ws – wr /ws olur.

Asenkron Motorun Bir Faz Eşdeğer Devresi

Asenkron motorun stator sargılarına alternatif gerilim uygulandığı zaman nüve üzerine sarılmış stator sargılarında zamana bağlı olarak değişen bir manyetik alan oluşur. Bu manyetik alanın büyük bölümü nüve üzerinden devresini tamamlarken küçük bir kısmı havadan kaçak olarak devresini tamamlar. Devresini havadan tamamlayan kaçak akılardan dolayı kaçak reaktans X_sl oluşur. Ayrıca bobin iç direnci R_s de stator devresinde stator reaktansına seri olarak bağlanır.

Stator sargıların da indüklenen gerilim E_s , statora uygulanan gerilim U ile stator direnç ve reaktansın da düşen gerilimlerin farkına eşittir.

Statordan çekilen I_s akımı, rotor ve manyetik devreden geçen akımı karşıladığı için stator akımı I_r ve I_u olarak ikiye ayrılır. Stator devresinin eşdeğeri de aşağıdaki gibi çizilir.

Rotor devresi analiz edilirse rotor empedansının kaymaya bağlı olarak değiştiği görülür. Rotor devresinin değerleri E_r ve X_rl değerleri kayma ile ilişkili olup aşağıdaki formüller ile tanımlanırlar.

• E_r0; Rotor dururken rotor sargılarında indüklenen gerilim,
• E_r; Kaymanın herhangi bir değerindeki rotorda indüklenen gerilim,
• X_rl0; Rotor dururken rotor sargılarının kaçak reaktansı,
• X_rl; Kaymanın herhangi bir değerindeki rotor kaçak reaktansı,
• s; Kayma

• E_s; Stator sargılarında indüklenen gerilim,
• E_r0; Rotor dururken rotor sargılarında indüklenen gerilim,
• E_r; Rotor sargılarında indüklenen gerilimin stator devresine aktarılmış eşdeğeri,
• X_rl0; Rotor dururken rotor sargılarının kaçak reaktansı,
• X_rl; Rotor devresi kaçak reaktansının stator devresine aktarılmış eşdeğeri,
• R_r; Rotor devresi direnci,
• R_r; Rotor devresi direncinin stator devresine aktarılmış eşdeğeri,
• I_r; Rotor devresinden geçen akım,
• I_r; Rotor devresinden geçen akımın stator devresine aktarılmış eşdeğeri

Eşdeğer devrenin basitleştirilmesi bakımından rotor devresine ait değerler statora aktarılır.

Rotor devresinin değerleri statora aktarıldığı zaman, asenkron motorun komple basitleştirilmiş eşdeğer devresi aşağıdaki görüldüğü gibi çizilir.

Sistemin Çalışma Parametrelerinin Uygunluğu

Kurulmuş olan kumanda sistemindeki devre elemanlarının çalışma şekillerinin istenilen şekilde olup olmadığının veya istenilen çalışma şeklini sağlayıp sağlamadığının kontrolü yapılmalıdır.

• Enerji hattı çekilmiş mi?
• Kumanda sisteminde mühürleme devresi kurulu mu?
• Elektriksel kilitleme devresindeki, elektriksel kilitleme kontakları bulunuyor mu?
• Zaman ayarlı çalışan devrede zaman rölesi ayarlanan süre sınırları doğru mu?
• Sınır anahtarı ile kontrol edilen devrede sınır anahtarı doğru şekilde bağlanmış mı?
• Kullanılan motor koruma röleleri gerekli sınırları içinde ayarlanmış mı?
• Bağlantılarının kataloglarında belirtilen şekilde yapılmış mı yapılmamış mı?
• Kumanda devre elemanları ve koruma röleleri motor etiket değerlerine uygun seçilmiş mi? vb. gibi sistemin kontrolleri yapılır.