Asenkron Motorlar

Merhaba, değerli arkadaşlar; bu yazıda aslında ağırlıklı olarak bir ve üç fazlı asenkron motorlar üzerinde dururken, ayni anda diğer motorlarla olan bazı çalışma farkları üzerinde de durmaya çalışacağım.

Motorlarda bir dönmenin oluşması için stator (sabit kısım) veya rotorun (hareketli kısmın) herhangi birisinin rotor-stator arasında oluşan itme ve çekmelerle (Kuvvet çiftleri, fizikte ters yönde ve ayni eksende birden fazla oluştuğunda bir dönme etkisini yapar) dönmesi ve bu dönmenin düzenli olarak sağlanabilmesi gerekir.

Doğru akım motorlarında bu dönme sabit mıknatıslı veya elektromıknatıslı (üniversal) motorlarda verilen elektrik akımının oluşturduğu mağnetik alanın mıknatıs veya elektromıknatıslı statorun elektromıknatıs haline gelen rotora uyguladığı mağnetik alanların itme ve çekmesi veya kuvvet çiftleri ile bu dönme olayı gerçekleşir.

Asenkron (indüksiyon) motorlarında, rotora akım uygulanmıyor, rotor elektromıknatıs haline gelmeden bu dönmeyi nasıl ve belirli bir yönde gerçekleşiyor? Burada bunun üzerinde ağırlıklı olarak durmaya çalışacağım.

Asenkron motorlara indüksiyon motorları denmesinin nedeni; asenkron motorlarında rotorda statora AC akım uygulandığında rotor kısa devreli çubuklarında (sincap kafesi) yüksek amperli indüksiyon akımları (trafolu tabanca havyaların kalın çıkış sarımlarında oluştuğu gibi) oluşur. oluşan bu indüksiyon akımları rotordaki demir nüveyle etkileşime girerek stator tarafında, 3 fazlı elektrik akımlarıyla oluşan döner mağnetik alan tarafından kuvvet çiftleriyle itilerek rotor mili dönmeye başlar. hangi yöne döneceği 3 fazlı akımların faz sırasına göredir. Saat yönünde dönerken 2 fazın yeri değişirse ters yöne döner, motorun dönüş yönü değişir.

Bir trafonun sekonder (ikincil) sarımlarının kısa devre edilmiş ve dönmeye uygun dairesel hale getirimiş hali olarak düşünülebilir. Trafoyu ikincil sargısında kısa devre ederseniz, bu sargılar primer sargıların oluşturduğu mağnetik alanla dönmek isteyecek ama dönemeyecektir, çünkü yerinde sabittir. Artan sıcaklı tarfonun berlirli bir süre sonra yanarak patlaması demektir. Asenkron motordaki rotor milini kilitleyip durdurur ve elektrik vermeye de devam edersek, ayni sekonder (ikincil) sarımları kısa devre edilmiş trafolar gibi olur, asenkron motorun statorundaki 3 fazlı sarımları kolayca yanar.

Motorun dönüş yönünün nasıl değiştiğini anlayabilmek için daire veya üçgenin 3 köşesine yerleştirilmiş ve sırayla yanan sarı, yeşil ve kırmızı LED’leri düşünelim. Bu 3 adet LED 3 fazlı elektrikle elektrik verilen statordaki 3 fazlı sargıları görsel animasyonla canlandırmış olsun. Bu LED’lerin yanış sırası sarı –yeşil – kırmızı olduğunda dönüş yönü saatin dönüş yönünde ise, sarı- kırmızı- yeşil olduğunda saatin tersi yönünde olur. Bu 2 LED’in yerinin değişmesiyle gerçekte de asenkron motorların dönüş yönü 2 fazın sırası yer değiştirdiğinde dönüş yönü böylece değişmiş olur.

Asenkron motora senkron motorlardan (rotoru sabit mıknatıslı olanları) farklı olarak asenkron denmesinin asıl sebebi ise; statorda oluşan döner alanlarla rotorda oluşan döner alanlar arasında kayma oranı dediğimiz bir farkın her zaman olabilmesi. Bu kayma olmadığında asenkron motorda statorun oluşturduğu mağnetik alan kuvvet çizgileri, rotorun kısa devre edilmiş rotor bakır çubuklarında AC indüksiyon akımı veya hiçbir elektromotor kuvvet oluşturamaz ve bu rotor dönemez. Yani rotorun elektrik verildiği sürelerde oluşan bu kayma oranıyla rotor kısa devreli bakır çubuklarında indüksiyon ( AC elektrik akımı) oluşturması ve oluşan itme ve çekmelerle, eksende oluşan kuvvet çiftleriyle sürekli dönmesi sağlanabilir, kaymanın olmadığı statoru ayni rotoru sabit mıknatıs olan benzer bir motor türü senkron motorlardır. Bunlarda kayma oranı olmayıp statorda ve rotorda oluşan döner alanlar arasında kayma oranı yoktur, stator ve rotor ayni hızda veya uyumlu döner, bu nedenle senkron motor adı verilir. Senkron motorları millerinden bir kuvvetle (rüzgar, su, içten yanmalı motorlarda şarj dinamosu ,vb.) döndürürsek 3 fazlı sarımlarının olduğu statorundan 3 fazlı elektrik akımını alırız, bu şekilde kullanılan üreteçlerin diğer adı alternatör veya jeneratör olur.

Asenkron motorların şebekede çalışırken çok ilginç olan özellikleri vardır. Örneğin şebekede gerilim (volt) % 20 den daha fazla aşağı veya yukarı yönde (+ ve – yönde) artarsa şebekeden çektikleri akım fazlalaşır. Bu nedenle aşırı gerilim koruma röleleri bu amaçla sanayide koruma amaçlı bu motorlardan önce konulur.

Miline bağlanan yük (dişli redüktör, kasnak, sonsuz vidalı redüktör, vb.) motor kataloglarında yazılan değerde olmalıdır, fazla olursa veya az olup, mili boşta dönerse motor şebekeden yine fazla akım (amper) çeker. oysa ki matkap, şarjlı vidalamada kullanılan DC motorlarının mili zorlanırsa normalden 3-4 kat fazla akımı çekerken, boşta veya çok zorlanmadıklarında daha az akımı (amperi) çekiyor, asenkron motorlar ise hem boşta, hem daha az yüklenmede, hem de fazla olan mil yüklenmelerinde daha fazla akımı (amperi) çekiyorlar, aradaki farklı yüklerle olan çalıştırma farkları budur.

Tek fazlı olan asenkron motorlarında ise tek bir sargıya verilen elektrik akımında, stator ve rotor arasında eşit itme ve çekmeler oluşup bunlar da birbirlerini yok edeceğinden ancak elle ilk dönme hareketini belirli bir yönde verdiğimizde bu motorlar dönebilir, kendi başlarına dönmeleri mümkün değildir. İşte bu nedenlerle, tek fazlı asenkron motor sarımlarında biz suni (yapay) bir döner alan oluşturabilmek amaçlı yardımcı sargı (kondansatörle faz farkı oluşturulan) veya yalancı (gölge) kutup denilen (Döner alan oluşturulup kendiliğinden belirli yönde dönmenin sağlanmasında) statora bazı eklemeleri yapmaktayız. Bu eklemeleri yapmazsak bu motorlar kendiliğinden kalkışla (demeraj) ilk dönmeye başlayamaz.

3 fazlı akımlar arasında zaten doğal olarak faz farkı (120 derecelik) vardır ve bu yüzden 3 fazlı asenkron motorlar 3 fazlı AC akımları bu motorlara uygulandığı anda, faz farkının yarattığı döner alanla, uygulanan faz sırasına göre ilk dönme momentini kolayca alır ve dönerler. Tek fazlı motorlarda ise yardımcı sargıya yol verme sabit (daimi) veya geçici kondansötör seri bağlantılı sargılarla 2 fazlı yapay bir döner alan oluşturuyoruz. 3 fazlı asenkron motorları tek fazlı (monofaze) akımlarla çalıştırmak için de yine klemens (motor bağlantı) kutusunda uygun sığalı kondansatör bağlantısıyla 3 fazlı akımları yapay olarak oluşturup 3 fazlı sargılara uygulayarak bu dönmeyi yine sağlıyoruz. Ancak bu dönme normal 3 fazla akımla çalışan asenkron motorların çalışma veriminden ve milinden alınan enerji (güç) çıktı veriminden çok daha aşağıda kalmış oluyor, mecbur kalınmadıkça bu yolla çalıştırmayı tavsiye etmiyoruz. 3 fazlı asenkron motorların çalışırken rotor ve statorları arasında uğultu olmaması için rotordaki kısa devreli çubuklar belirli bir eğimde veya uygun açıyla yapılır. Bu şekilde istenmeyen bu uğultuların önüne de geçilmiş olur. Stator (sarımlar ve dış döküm gövde) soğutulması rotora bağlı fanla onun çektiği havanın motor gövdesindeki kanatçıklardan geçirebildiği havayla (cebri) yoldan olur. Bir de rotora bağlı iç döküm çıkıntıları, bu dönmeler sırasında sürekli hava akımları yaratıp, hem rotorun hem statorun kolay soğutulmasına destek olur.

Asenkron motorlar sanayide 3 fazlı olarak, evlerimizdeki beyaz eşya makinelerinde (buzdolabı, çamaşır makinesi sirkülasyon pompa motoru, aspiratör motoru, vb.) kullanım ve uygulama alanına sahiptir. Ayni zamanda Elon Musk’ın Tesla Motor’un elektrikli araçlarında (EV) araç tahrik motoru ve yeniden enerji kazanımlı motor olarak uygulaması vardır. 3 fazlı asenkron motorların rüzgar türbinlerinde ve elektrikli arabalarda üreteç (jeneratör) olarak nasıl kullanıldığından da bahsetmeye çalışayım.

3 fazlı asenkron motorlarda eksi yönde kayma olduğunda motor olarak çalışıp motorun güç (elektrik) çekerek çalışmasından bahsetmiştik. Bu kaymayı eğer artı yönde yaparsak yani saatin dönme yönünün tersiyken saatin yönünde (bunun için sargılara elektrik uygulanırken ekstra mekanik gücü milinden vermemiz gerekli) yapabilirsek motor bu defa stator sarımlarından AC elektrik akımın,ı tıpkı normal jeneratörlerde olduğu gibi üretmeye başlar. Ancak farklı fazda veya zamanlamada oluşan bu 3 fazlı AC akımlarını, asıl uygulanan stator akımlarından doğrultarak diyotlarla doğrultarak alarak, elektrikli araçlarda yokuş aşağıya doğru inerken akünün geri kazanımlı şarjında, rüzgar türbinlerinde ise artan rüzgar gücünde akülerin şarjında güç olarak biriktirebiliriz, bu mümkündür. Rüzgar türbini jeneratörlerinde ve elektrikli araçlarda rejenerasyon (bataryalara geri kazanılan elektrikte) bunun uygulaması mevcuttur. Bu konu başlıklarını detaylı inceleyerek bu bilgilere daha detaylı olarak da ulaşabilirsiniz. Kolay gelsin.