Gölge Kutuplu Yardımcı Kutuplu Asenkron Motorlar

Gölge kutuplu motorlar: Elektrik motorlarındaki gibi döner alan prensibine göre çalışır. Bu motorlarda, döner alan statörün etrafında dönmeyip, kutupların bir ucundan diğer ucuna doğru kayar. Bu sebeple bu tip motorlarda moment, her an değişir ve yol alma momentleri düşüktür.

Çünkü yol alma momenti, üzeri bakırla örtülmüş olan yarık kutup parçasının genişliğine bağlıdır. Kutup ayakları üzerinde açılan ve yarıkla ayrılan kısma yerleştirilen bakır halkaya, yardımcı kutup veya gölge kutup denir.

Gölge Kutuplu Motor Özellikleri

Gölge kutuplu motorlar küçük güçlü yapılır. Küçük güçlü motorların en ucuzu ve en basit yapılı olanıdır. Tek fazlı, asenkron, kısa devre rotorlu motorlardır. Bu motorlara yardımcı kutuplu motorlarda denir. En önemli özellikleri uzun ömürlü olmaları ve çok sessiz çalışmalarıdır.

Genellikle 100 Watt’ a kadar olan güç uygulamalarında kullanılır. Ama 200W gücünde de imal edilen ve sabit hız uygulamalarında kullanılan genel amaçlı motorlardır.

DC motorlardaki gibi kutup ayakları vardır. Kutbun bir ucundan 1/3 uzaklıkta bulunan yarık içerisine uçları kısa devre edilen bakır halka geçirilmiştir. Kutbun diğer 2/3′ lük kısmına ise kutup sargısı sarılmıştır.

Gölge Kutuplu Asenkron Motorda Kutup Yerleşimi

Gölge kutuplu asenkron motorlar 2, 4 veya 6 kutuplu olarak yapılabilirler. 2 kutuplu bir motorda uygulanan AC gerilim sayesinde akımın yönü sürekli değişir.

Motorda bakır kısa devre çubukları olmazsa döner bir hareket elde edilemez. Motor titremeye başlar. Ama mildeki toplam moment her zaman sıfır olacağı için milden bir güç alınamaz.

İşte bundan dolayı gölge kutuplu motorların bakır kısa devre çubukları burada devreye girmektedir. Bakır kısa devre çubuklarının döner bir manyetik alan oluşmasını sağlar. Tek fazlı gerilim ile bu bakır halkalarda indüklenen gerilim arasındaki ilişkiyi inceleyelim.

Gölge kutuplu asenkron motor besleme gerilimi ve indüklenen gerilim grafiği

Grafikte görüldüğü gibi akım sürekli olarak yön değiştirmektedir. Buna bağlı olarak kutuplar da onu izlemektedir. Değişen akımın meydana getirdiği bu değişken manyetik alan kısa devre edilmiş bakır çubuklarda bir gerilim indükler. Bu indüklenen gerilim de bakır halkalardan bir akım akmasına ve bu akımın da bir manyetik alan oluşturmasına neden olur.

Gölge Kutuplu Asenkron Motor Yapısı

Gölge kutuplu asenkron motorda bulunan elemanlar;

Sincap kafes rotor
Tek faz sarımlı bobin
Bobinin sarıldığı makara
Demir nüve
Bakır kısa devre çubuklar
Mil yatakları (bearings)

Statör

Şekilde yardımcı kutuplu motorun iki tipi görülmektedir. Bu motorlarda statörler çıkıntılı kutubu olarak saç paketlerinden yapılırlar. Kutupların birer kenarlarına yarık açılmıştır. Açılan bu yarıklara bakır halkalar takılır. Çıkıntılı kutuplara bobinler yerleştirilir.

Rotor

Yardımcı kutuplu motorların rotorları kısa devreli rotorlardır. Üç fazlı asenkron motorun kısa devreli rotorundan hiçbir farkı yoktur.

Gölge Kutuplu Asenkron Motor Çalışma Prensibi

Yardımcı kutuplu motorun statör sargıların a1 fazlı alternatif EMK uyguladığında sargılardan sinusoidal akım geçer. sıfırdan maksimum dereceye doğru aktıkça değişken bir manyetik akı oluşturur.

Statör sargılarından geçen akım yön değiştirince, manyetik akıda akıma bağlı olarak yön değiştirir. Yardımcı kutuplu motorun bir kutbunu inceleyelim. Akımın yarım periyotluk değişmesinde kutbun manyetik akısındaki değişikliklere bakalım. Kutbun oluşturduğu manyetik alanın değişimi şekilde görülmektedir.

Kutup bobininden geçen akıma göre oluşan manyetik akının değişimi

Kutup bobininden geçen akım 0’dan pozitif maksimuma yakın (a) değerine doğru artarken, kutbun manyetik akısı da artacaktır. Artan manyetik akı, bakır halka üzerinde bir EMK indükler. Bu akı bakır halkadan indükleme akımının geçmesine neden olur.

Lenz Kanununa göre; bakır halkadan kısa devre akımı geçer. Geçen indükleme akımı kendisini oluşturan manyetik akının artışına engel olacak şekilde (yani zıt yönde) manyetik akı oluşturur.

Yardımcı kutbu oluşturan bakır halkanın bulunduğu kutup parçasındaki manyetik akı zayıflar. Kutup yüzeyinde manyetik akının düzgün dağılışı bozulduğundan manyetik akı ekseni kutbun bir tarafına doğru kayar. (Şekil A).

Kutup bobininden geçen akım a ve b arasında maksimuma çok yakındır. Bu kısımda akımdaki değişme çok küçüktür. Kutbun oluşturacağı manyetik akıda çok az değişecek yani akı sabit kalacaktır.

Sabit manyetik alan içinde kalan bakır halkada hiçbir EMK indüklenmez. Böylece bakır halkadan geçen akım sıfır olur. Bakır halkanın etkisi olmayınca, manyetik akı kutup yüzeyine düzgün olarak yayılır. Manyetik akının ekseni kutbun ortasına doğru kayar. Şekil B’de bu durum görülmektedir.

Şekil C’ de görüldüğü gibi maksimum değeri geçmiş olan akım azalarak sıfıra düşer. Bu durumda kutbun manyetik akısı da azalmaya başlar. Manyetik akının azalması bakır halkada bir EMK indükler. Böylece bakır halkadan indükleme akımı geçer. Bakır halkadan geçen indükleme akımı manyetik akı oluşturur.

Kutup Kayması

Bu manyetik akının yönü, azalan kutup akısının azalmasını önlemek için kutup alanı ile aynı yöndedir. Bu durumda bakır halkanın bulunduğu kutup yüzeyinde manyetik alanın yoğunluğu artar. Böylece, manyetik akının ekseni bakır halka (yardımcı kutup) tarafına doğru kayar.

Kutup bobininden pozitif yarım peryotluk akım geçince, N kutbu oluşur. Böylece manyetik akı kutup yüzeyinde bakır halkaya doğru kayar. Bobinden akımın negatif yarım peryodu geçerse, S kutbu meydana gelir. Manyetik akı yine kutup yüzeyinde kutbun bir tarafından bakır halkaya doğru kayar.

O halde, akım yön değiştirdikçe kutup değişir (N ise S kutbu olur). Yalnız, manyetik alanın kutup yüzeyinde kayması hep aynı yönde bakır halkaya (yardımcı kutba) doğru olur. İki kutbun ortasındaki kısa devreli rotor çubukları üzerinde değişen manyetik akı EMK’ ler indükler. Bu durumda kısa devreli rotor çubuklarından da indükleme akımları geçer. Rotor manyetik alan oluşturur.

Kutup yüzeyinde manyetik akının kayması rotorun bir tarafındaki kutupta ise;

rotorun diğer tarafındaki kutupta ters yöne doğrudur. Manyetik akının kutup yüzeyinde kayması sanki kutup dönüyormuş gibi rotor üzerinde bir etki yapar. Oluşan döndürme momentinin etkisi ile rotor manyetik akının kayma yönünde, yani yardımcı kutuplara doğru, dönmeye başlar.

Bir fazlı yardımcı kutuplu motorlarda manyetik alan, ana kutuptan yardımcı kutba doğru sürekli kayma gösterir. Döner alana benzeyen bu manyetik alan, rotorun dönmesini sağlar. Bir fazlı yardımcı kutuplu asenkron motorlar daima aynı yönde dönerler. Devir yönünü değiştirmek için rotor, statör içerisinde ters çevrilir.

Gölge Kutuplu Asenkron Motorun Avantajları

Bu motorlarda devir sayısı ayarı, motora uygulanan gerilim bazı yöntemler ile değiştirilerek ayarlanabilir.
Yardımcı kutuplu motorların; yapıları basittir, maliyetleri ucuzdur, çok sessiz çalışırlar.
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

Kalkınma momentleri düşüktür.
Sadece düşük güçler için üretilirler.(1-250W)
Verimleri çok düşüktür (%15-%30).
Dönüş yönü bir elektronik elemanla ile değiştirilemez. Dönüş yönünü değiştirmek için rotorun sökülüp ters bir şekilde döndürülüp bağlanması gerekir.
Aşırı yüklerde dururlar.

Gölge Kutuplu Asenkron Motorların Kullanıldığı Yerler

Gölge kutuplu motor kalkış momentinin küçük olması, bu motorların küçük güç ve boyutlarda üretilir. Ancak basit yapısı ve merkezkaç anahtarının kullanılmaması, düşük güçlü uygulamalarda bu motora büyük üstünlük sağlamaktadır. 1 -100W arasında küçük güçler için yapılır ve teyplerde ısıtıcı vantilatörlerde ve meyve sıkma makinalarında kullanılır.

Küçük güç ve kalkınma momenti gerektiren uygulamalarda kullanılır.