Senkron Motor Nedir? Yapısı Çalışma Prensibi

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 edilir. Bu durum da motor senkron motor olarak çalışır.

Makinenin motor olarak çalışması için şebekeden çekilen elektrik akımının statör sargıların da döner manyetik alan oluşturmalıdır. 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 ve Asenkron Motor Farkı 

Senkron devir, 3 faz alternatif manyetik döner alanın devir sayısıdır. Asenkron motorlarda rotor, döner alan devrinden bir miktar (kayma oranı kadar) yavaş döner. Örneğin; 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 Motorun Yapısı

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

Senkron Motoru Oluşturan Parçalar

Statör

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 dolayı da rotora gerilim uygulanmasını sağlar.

Yataklar ve Diğer Parçalar

Rotorun rahat dönmesi için mil, rulmanlar, vantilatör ve klemens kutusudur. Rotora uygulanan DC akım yön değiştirmeyen bir akım olduğu için, kutuplar N – S şeklinde özelliklerini aynen korurlar.

Senkron Devir Formülü

Senkron devir şu formül ile bulunabilir.

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

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 beslenir. Senkron motorların rotoru DC akımla, statoru alternatif akımla beslenir.

Bir asenkron motorun statör sargılarına gerilim uygulandığında statör sargılarında döner alan oluşur. Kapalı bir devre oluşturan rotor sargılarında endüksiyon yolu ile bir EMK indükleyerek rotor sargılarından akım dolaştırır. Rotordan geçen bu akımın yarattığı alan ile statör sargılarındaki döner alan birleşerek döndürme momenti oluşturur. Böylece motor çalışmaya başlar.

Senkron motorların iki ayrı akım devresi vardır. Statöruna 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 sabit kutupları, rotorun ataletinden dolayı kilitlenemez. Bundan dolayı rotor dönmez. Statöre uygulanan gerilimin bu sargılarda oluşturduğu döner alanın kutupları N_ı-S_ı-N_ı-S_ı dir.

Rotora uygulanan doğru akımın oluşturduğu sabit kutuplar N₂-S₂-N₂-S₂ şeklinde sıralanmıştır. Rotor ve statör 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 Motorların 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° iken döndürme momenti de en yüksek değerini alır. Bu en büyük değerdeki döndürme momentine devrilme momenti de denir.

Senkron motorların devrilme momentleri yaklaşık 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 metotlar kullanılır.

• Yardımcı Motor Kullanarak 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. Böylece 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 sağlanır. Daha sonra doğru akım uygulanmasına son verilir ve motor çalışmasına devam eder.

• Senkron Motorlara Asenkron Yol Verme

Asenkron motorlarda sincap kafes çubuklar vardır. Senkron motor kutuplarına mile paralel olarak sincap kafes çubuklar yerleştirilir. Bu çubuklar her iki tarafta kısa devre edilmiş olduğundan kapalı bir devre oluşturur. Senkron motorun statörüne 3 fazlı alternatif bir gerilim uygulayalım. Bu durumda senkron motor 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, statör 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 eklenir. Bu durumda 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 uygulan kutupların kilitlenmesi sağlanır. Böylece 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.

Statör gerilimi, senkron motorun kutup geriliminde ancak frekansı düşük bir gerilimdir. Makineye uygulanacak gerilim bağımsız bir senkron generatör tarafından yapılır. Generatörün frekansı yavaş yavaş artırıldığında, devresine bağlı senkron motorun döner alan hızı da sıfırdan başlayarak artar. Bu durumda 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.  

Senkron motor; Otomobil dinamosu, otomobillerde motora ilk hareketi veren marş sistemini besler. Kullanılan akümülatörün şarj edilmesinde kullanılır. Üretilen elektrik diyot köprüsü ile doğru akıma çevrilerek akümülatörü şarj eder.

Senkron Motor Fiyatları

Senkron motorlar büyük ve küçüklüğüne göre değişir. Ayrıca gücü, üretim şekli ve kullanılan malzemeye göre senkron motor fiyatları değişiklik gösterir.