ELEKTRĐK MOTORLARI SÜRÜCÜLERĐ EELP212 DERS –04ozersenyurt.net/dersler/elkmot/ELK_MOT_SUR_04.pdf · Soft starter ile yol verme (gerilimi değiştirerek) ... Anma gerilim ve

Özer ŞENYURT Nisan 10 1

ELEKTRĐK MOTORLARI SÜRÜCÜLERĐ

EELP212

DERS – 04



ELEKTRĐK MOTORLARI



ELEKTRĐK MOTORLARI



ASENKRON MOTORLAR

Endüstride en fazla kullanılan motorlardır.

Doğru akım motorlarına göre avantajları

Daha ucuzdurlar,

Bakıma az ihtiyaç gösterirler,

Çalışma sırasında elektrik arkı meydana gelmez,

Bir ve üç fazlı olarak yapılırlar,

Birkaç watt dan 3500kW a kadar güçte imal edilmektedir,

Momentleri yüksektir,

Devir sayıları yükle çok az değişir,

Frekans değiştirilerek istenilen devir sayısı elde edilir.

3 fazlı motor DC Motor



Rotor yapılarına göre iki çeşit asenkron motor vardır:

Sincap kafes (kısa devre) rotorlu asenkron motor,

Sargılı rotorlu asenkron motor.



Asenkron motorların yapısında;

Stator,

Rotor,

Yataklar ve kapaklar

bulunur.

Sargılı rotorlu asenkron motorda bilezik ve fırçalar da bulunmaktadır.



Asenkron motorun yapısı

Stator manyetik alanın meydana geldiği kısımdır.

Rotor ise asenkron motorun dönen kısmıdır.

Sincap kafesli rotorlarda kısa devre çubukları silisli sacların oluşturduğu kanallara yerleştirilmiş, birer tarafları bakır halkalarla kısa devre edilmiştir.

Sargılı rotorlu asenkron motorlarda sacların paketlenmesiyle oluşturulmuş ve üzerindeki kanallara üç faz sargıları yerleştirilmiştir. Sargılar yıldız veya üçgen bağlanarak rotor mili üzerindeki üç bileziğe uçlarıbağlanmıştır. Fırçalar yardımı ile rotor sargıları kısa devre edilerek rotor sargılarında akım dolaşması sağlanır.





Bir rotorun dönebilmesi için gerekli şartlar

- Rotor iletkenlerinden bir akımın geçmesi

- Rotor iletkenlerinin dönen bir manyetik alan içerisinde bulunması

Döner alan içindeki rotorun dönüşü

Stator sargılarından geçen üç fazlı alternatif akım, stator sargılarında dönen bir manyetik alan oluşturuyor.

Dönen manyetik alan içinde bulunan bir iletkende gerilim indüklenir.

Kısa devre edilmiş rotordan bir akım geçer.

Bu akımlar rotorda N ve S kutuplarını meydana getirir.

Dönen stator kutupları, rotor kutuplarını etkileyerek rotorun dönmesini sağlar.



Senkron Hız

Döner alanın devir sayısına senkron devir veya senkron hız denir. ns ile gösterilir.

P

fns

.60=

Asenkron Hız

Rotor hızına asenkron hız veya asenkron devir denir. Asenkron hız rotordan turmetreile ölçülür. Rotor hızının senkron hıza ulaşamaması nedeniyle asenkron hız denir.

Kayma

Bir asenkron motorda kayma iki şekilde ifade edilir:

Devir cinsinden kayma – senkron hız ile rotor hızı arasındaki farktır.

Yüzde cinsinden kayma – senkron hız ile rotor hızı arasındaki farkın senkron hıza oranıdır.rs nnn −=

s

rs

n

nns

−= 100.%

s

rs

n

nns

−=



Asenkron Motorlarda Yol Alma Akımı

Asenkron motorlar yol alma sırasında büyük akım çekerler. Bu akıma yol alma akımı veya kalkış akımı denir.

Đlk yol almada rotor devri sıfır olduğundan s (kayma) %100 olur. Motorun yüklüçalışmasında ise kayma sıfıra yaklaşacaktır. Başlangıçta %100 kaymanın olması rotor devre direncinin küçük olmasına, bu da kalkış akımının büyük olmasına sebep olur.

Asenkron Motorlarda Yol Alma Akımının Yüksek Olmasının Nedenleri

Rotor çubuklarını kesen manyetik akı en büyük değerde olduğundan rotor indükleme akımı ve rotor alanı en büyüktür. Rotor alanının stator alanına etkisi olacağından, stator manyetik akısı ve stator sargılarının zıt emk sı en küçük değerde olur. Şebekeden de en büyük akımı çeker.

Rotor harekete başlayınca rotor hızı artar. Rotor manyetik alan hızı azalır ve stator zıt emk sı artacağından motorun şebekeden çektiği akım azalmaya başlar.

22

2 )( es

f

s

XRR

UI

++

= Motorun ilk kalkınmada şebekeden çektiği faz akımı

22

2)/( es

f

s

XsRR

UI

++= Motorun s kaymasına bağlı olarak şebekeden çektiği faz akımı



Yol Alma Akımının Şebeke Üzerinde Etkisi

Asenkron motorlar yol alma anında normal akımlarının 4-8 katı kadar akım çekerler. Rotorun hareketlenmesi akımın normal seviyesine gelmesini sağlar. 3-5 saniye kadar olan bu kalkış akımı motora zarar vermez.

Yüksek güçlü motorların kalkış akımları çalıştıkları ortamda gerilim düşümünün artmasına sebep olurlar. Bu gerilim dalgalanmaları alıcıların çalışmasını etkileyecektir.

Bu sebeple kalkış akımının düşürülmesi gerekmektedir. Gücü 5 kW’tan büyük motorlarda yol verme yöntemleri uygulanır.

Asenkron Motorlara Yol Verme Yöntemlerio Yıldız üçgen yol verme

o Oto trafosu ile yol verme

o Tristörlerle yol verme (gerilim – frekans değiştirmek)Soft starter ile yol verme (gerilimi değiştirerek)Frekans çeviricilerle yol verme (frekansı değiştirerek)

o Sargılı rotorlu asenkron motora yol verme



Yıldız Üçgen Yol Verme

Bir asenkron motorun üçgen çalışma gerilimi şebeke gerilimine eşitse o motora yıldız-üçgen yol verilir. Kalkış akımını düşürmenin en ekonomik yöntemi olduğundan küçük güçlü motorlarda çok kullanılır.

Motor yıldız bağlanması ile düşük gerilimle çalışmaya başlatılmış olur. Normal devrine ulaştığında ise üçgen bağlanarak çalışmasına devam eder.

Yıldız bağlı yük Üçgen bağlı yük



Üç faz sargıları aralarında 120 derece açıfarkı olacak şekilde stator oluklarına yerleştirilmişlerdir.

Motorun sargı uçları:

R fazı U giriş X çıkış

S fazı V giriş Y çıkış

T fazı W giriş Z çıkış

olarak isimlendirilmiştir.

U V W

Z X Y



Üç fazlı yıldız bağlı sistem Üç fazlı üçgen bağlı sistem



Yıldızdan üçgene geçiş için motorun normal devrine ulaşması beklenir. Geçiş süresinin kısa olması gereklidir.

Yıldızdan üçgene geçiş için iki şart aranmalıdır

Yük momenti motor momentine eşit olmalı

Yıldız bağlamada motorun devri nominal devre yakın olmalı

Eğer yıldızdan üçgene geçiş süresi kısa olursa üçgene geçişte ani akım yükselmeleri olur. Kontaktör kontaklarında hasarlara yol açabilir.

Eğer yıldızdan üçgene geçiş süresi uzun olursa motor yaklaşık olarak 1/3 momentle yükü karşılamaya çalışır. Yük momenti büyükse motor aşırı yüklenmiş olur.



Oto trafosu ile yol verme

Büyük güçlü motorlara frekansla yol verme uygulanmıyorsa oto trafosu ile yol verilebilir.Büyük güçlü ve yük altında olan motorlarda iki kademeli yol verme uygulanır.

Oto trafosu ile yol vermede kademe geçişlerinde stator akımı kesilir. Rotor akımı ise sıfır olmayıp, rotor devir sayısına bağlı olarak stator sargılarında şebeke frekansına yakın değerlerde emk lar indüklenir. Sonraki kademe gerilimleri uygulandığı anda statordan büyük akımların geçmesine neden olabilir.

Bu mahsuru önlemek için oto trafosu ile kademeli olarak asenkron motora yol verilir.



Oto trafosu ile yol vermede motorun çekeceği akım sekonder akımı, şebekeden çekilen akım ise primer akımıdır.



Tristörlerle asenkron motorlara yol verilmesi

Asenkron motorlara yol vermede ve devir ayarında yararlanılan statora uygulanan gerilimin etkin değerini ve frekansını değiştirmek için tristörler kullanılır.

Yumuşak yol verici (Soft starter) ile yol verme

Motordaki moment akım ilişkisinin zamana bağlı olarak yavaşça ayarlanması ile motorun devreye girmesi soft starter ile ayarlanır.

Vuruntulu olmayan yumuşak kalkış ve duruş yapılması istenen pompalar, kompresörler, yürüyen merdivenler, asansörlerde uygulanmaktadır.

Soft starter motor ile şebeke arasına direk olarak bağlanmaktadır. Motor gerilim ve akımı soft starter ile kontrol edilir. Motorun yol verilmesinde şebeke geriliminin %30’dan başlayıp %100’e kadar motora uygular.



Frekans değiştiricilerle yol verme

Devir sayısı formülüne göre frekans değiştirildikçe devir sayısı da değişir. Bununla birlikte stator gerilimi de değiştirilirse motorun momenti sabit kalacaktır.

En gerlişmiş frekans çeviriciler DC gerilim ara devreli olarak tasarlanırlar.

Frekans çeviricide motora uygulanacak olan gerilim doğrultucudan geçirilerek doğru gerilime çevrilir.

P

fns

.60=

Bu ara gerilim şebeke geriliminin 1,41 katına kadardır. DC gerilimin dengeli bir şekilde yükselmesini ve sınır değerlerini aşmamasını sağlamak için bobin ve filtrelemek için kondansatörler kullanılır.

Doğru gerilimden frekansı ve gerilimi ayarlanabilen alternatif gerilim eviriciden elde edilmektedir. Frekans ayarı 0,5Hz ile 2kHz aralığında aralığında ayarlanmaktadır. Frekans dönüştürücülerin en önemli ünitesi kontrol birimidir.Üretilen bu gerilim ve frekans sayesinde asenkron motorların geniş hız sınarlar içinde verimli olarak çalıştırılır.



Ara devreli frekans çeviricilerde, şebeke gerilimi modüler doğrultmaçlar ile doğrultulur. Doğrultulan gerilim, filtre edilerek düzleştirilir. Düzleştirilen doğru gerilim, üç fazlıdalgalayıcı ile PWM (Pulse Width Modulation= Darbe Genişlik Modülasyonu) yöntemiyle motoru besleyecek değişken, frekanslı üç fazlı alternatif gerilime çevrilir.

Asenkron motorların stator sargılarında oluşturulan manyetik akımın değeri, bütün yüklerde gerilimle doğru frekansla ters orantılıdır. Anma gerilim ve anma frekansında çalışan motorun momenti anma değerindedir. Gerilim sabit tutularak frekans azalırsa manyetik akım artar, frekans arttırılırsa manyetik akım azalır. Motorun döndürme momenti, faydalıakımın karesine orantılıdır. Bir motorun anma döndürme momentinde çalışması durumundaki manyetik akı değeri anma manyetik akısıdır. Motorun değişik devir hızlarında anma momenti ile çalışabilmesi ancak anma manyetik akısında çalıştırılırsa mümkündür. Motorun gücü ise, devir hızı ve momentinin çarpımı ile orantılıdır. Yani güç, hız ve moment değerine bağlı değişir.

Gerilim sabit tutularak frekans azaltılırsa, manyetik akı artarak doymaya girer. Bu nedenle frekansla beraber gerilimin de düşürülmesi zorunludur.



Akı bağıntısına göre, hava aralığı akısının ve döndürme momentinin sabit kalması için, gerilim-frekans oranı (U/f=k) sabit tutulmalıdır. Frekans çeviricinin çıkış gerilimi, frekansa doğrudan orantılı ayarlanmalıdır. Bu oran, çok düşük frekanslarda yetersiz kalır. Hava aralığı akısı ve döndürme momenti çok düşer. Bu sakıncayı önlemek için, düşük frekanslarda gerilim biraz arttırılır. Böylece düşük frekans bölgelerinde aşırı uyarma önlenir ve motor anma momentini verebilir. Dolayısıyla frekans çeviricilerle yol vermede, motorun kalkış sorunu yoktur. Düşük frekansla çalışmada, hız azaldığından soğutma pervanesinin soğutması yetersiz kalır ve motor ısınır. Bu bakımdan azalan frekanslardaki çalışmada, motor dışardan bir tahrikle soğutulmalıdır.Darbe genişlik modülasyonlu (PWM) frekans çeviricilerde, hem frekans hem gerilim ayarıdalgalayıcıda gerçekleştirilir. Sabit momentle işletme U/f oranının sabit tutulması ile olur. Değişken momentle işletme, oranının sabit tutulması prensibidir.



Motorların sargı yalıtımları, mekanik düzenleri, anma gerilim ve diğer anma değerlere göre tasarlanarak yapılmıştır. Pratikte motor, anma gerilim değerinin üzerinde çalıştırılmaz. Anma frekanstan sonra frekans artışı sürdürülürse, gerilim sabit tutulur. Gerilim-frekans sabit oranı (U/f=k) bozulur. Artan frekansta manyetik akıve döndürme momenti giderek azalır. Buna karşın hız arttığından güç sabit kalabilir. Artan frekanslarda, anma hızının üzerindeki hızlarda motor, anma momenti ile yüklenemez. Artan frekanslarda devir kayıpları, hızın yükselmesinden sürtünme ve rüzgâr kayıpları artar. Bunun sonucu olarak kayıplar arttığından, motorun verimi de düşer.



Rotoru sargılı asenkron motora yol verme

Rotor devresine omik direnç bağlamak suretiyle normal gerilim altında motorun devir sayısını, yol alma akımını ve döndürme momentini kademeli olarak ayarlamak mümkündür.

Yol verme dirençleri devreye alınırken;

o Yol verme dirençleri kademelere bölünür.

o Başlangıçta bütün dirençler devrededir.

o Rotor yol aldıkça dirençler kademeli olarak devreden çıkarılır.

o Motor yol aldıktan sonra rotor sargıları kısa devre edilir.



Asenkron motorlarda momentler

Kalkış momenti

Motor devreye bağlandığında s (kayma) %100’dür. Bu anda rotor frekansı stator frekansıile aynıdır. Rotor reaktansı rotor direncine göre çok büyük ve rotorun güç katsayısı çok küçüktür. Rotor akısı stator akısının gerisinde ve aralarındaki faz açısı oldukça küçüktür. Đki alanın etkisi az ve yol alma dönme momenti küçüktür.

Motorun hızı artınca yüzde kayma ve frekansı küçülür. Frekansın düşmesi rotor reaktansını küçültür. Stator alanı ile rotor alanı arasındaki faz açısı küçülür. Yaklaşık %20 kaymada dönme momenti en büyük değerindedir. Rotor hızlandıkça dönme momenti, motor yükü için gerekli dönme momentine ulaşıncaya kadar azalır. Bu sırada kayma %2 – 3 civarındadır.

Yol alma stator alanı, rotor çubuklarını, dönme anındakine göre daha büyük bir hızla keser ve rotorda oldukça yüksek gerilimler indüklenir. Rotor akımı yüksektir, dolayısıyla stator akımı da yol almada yüksektir.

Motorun kalkınmada şebekeden çektiği faz akımı;

22

2)( es

f

s

XRR

UI

++

= Rotorun giriş gücü; kgm

XRR

RUP

es

f

girişr 22

2

2

2

)(

.

++=

Momenti;

[ ]kgm

nXRR

RUM

Ses

f

d 22

2

2

2

)(

..975,0

++=



Çalışma anında momentin bulunması

Asenkron motorun milindeki dönme momenti Md ve dakikadaki devir sayısı nr ise; motorun milinden alınan mekanik güç;

HpnM

Pa rd

716

.= kW

nMPa rd

975

.=

Motordan alınan güç Pa rotorun açısal hızına bölünürse, Newtonmetre olarak döndürme momentini verir

s

giriş

n

PMd

.716=

s

giriş

n

PMd

.975=

2..2 n

PPMd a

r

a

πω==

Pa Motorun milinden alınan güç (kW)

n2 rotorun saniyedeki devir sayısı nr/60

ωr rotorun devrine göre açısal hızı (rd/s)

Md döndürme momenti (Nm)

Motorun çektiği faz akımı22

2 )/( es

f

s

XsRR

UI

++=

Rotor giriş gücüs

R

XsRR

U

s

RIP

es

f

sgirişr2

22

2

2

22

)/( ++==

Motorun döndürme momenti

[ ]kgm

XsRRs

RU

nM

es

f

S

d 22

2

2

2

)/(.

..3975,0

++=



Documents

ELEKTRĐK MOTORLARI SÜRÜCÜLERĐ EELP212 DERS –04ozersenyurt.net/dersler/elkmot/ELK_MOT_SUR_04.pdf · Soft starter ile yol verme (gerilimi değiştirerek) ... Anma gerilim ve