Asenkron Motorlar

Asenkron motorlar stator sargılarına uygulanan elektrik enerjisi ile rotoru döndürerek mekanik enerji üreten elemanlardır. Asenkron motorların
diğer motor türlerine göre bakımı kolaydır ve sağlam olduğu için sanayide sıkça tercih edilirler.

Asenkron motorlar rotorun tork üretmesi için gereken elektrik akımını stator sargısının manyetik
alanından elektromanyetik indüksiyonla elde ettiği bir AC motor türüdür.

Bir asenkron motorun statoru rotora etki eden bir manyetik alanı indüklemek için besleme akımı
taşıyan kutuplardan oluşmaktadır. Bu manyetik alanı indüklemek için statorun yapısında bakır sargılar bulunmaktadır. Bu sargılar stator etrafındaki yuvaların içine sıra ile sarılır. Stator, motorun hareket etmeyen bölümüdür. Yapısı ince alüminyum ve demir sacların sıralanmasından meydana gelmiştir. Bu sacların birleşmesi ile oluşan yapıya stator sargıları sarılır. Bu ince saclardan oluşan paket yapı stator sargılarını bir arada tutar.

Bir indüksiyon motorunun statoru, rotora nüfuz eden bir manyetik alanı indüklemek için besleme
akımı taşıyan kutuplardan oluşur. Manyetik alanın dağılımını optimize etmek için, sargılar stator
etrafındaki yuvalara dağıtılır. Stator sabit ve duran kısımdır fakat sargılarından sıra ile geçen alternatif akımla bir değişken manyetik alan yaratır. Yapısı gereği alternatif akımlar sıra ile farklı sargı konumlarından geçmektedir. Bu nedenle statorda döner bir manyetik alan oluşur.

Rotor, alternatif akımın statorda meydana getirdiği dönen manyetik alanla indüklenen bir elektrik makinesinin hareketli bir parçasıdır. Stator içerisine geçmeli yapıdadır ve bir mil ekseninde döner;
• Sincap kafesli
• Sargılı olmak üzere iki çeşittir.

Bir sincap kafesli rotor, sincap kafesli indüksiyon motorunun dönen parçasıdır. Yüzeyine gömülü alüminyum veya bakır iletkenlere sahip bir silindir çelik sac paketinden oluşur. Çalışma sırasında, dönmeyen stator sargısı bir alternatif akım güç kaynağına bağlanır; statordaki alternatif akım döner bir manyetik alan üretir. Rotor sargısı, rotordaki akımın stator alan dönüş hızı eksi fiziksel dönüş hızında değişmesi dışında, bir transformatör gibi stator alanı tarafından indüklenen akıma sahiptir. Stator ve rotordaki akımların manyetik alanlarının etkileşimi rotorda bir tork üretir.

Üç fazlı sincap kafesli endüksiyon motorları, kendinden başlatmalı, güvenilir ve ekonomik olmaları nedeniyle endüstriyel sürücüler olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Ayrıca, sincap kafesli asenkron motorlar hem sabit hızlı hem de değişken frekanslı sürücü uygulamalarında çok yaygın olarak kullanılmaktadır.

Yapısı statora çok benzeyen bir rotordur. Yapısı yine statorda olduğu gibi Eddy akımı kaybını azaltmak için lamine soğuk haddelenmiş çelikten yapılmıştır. (Sac paketi) Rotor sargısı, statora benzer bir EMF çıkışı elde etmek için uygun bir şekilde sac paketi plakası yuvalarına sarılır.
Yapısında kayma halkaları bir başka deyişle bilezik denilen kesikli kontak kısımları vardır. Kayma halkaları, fosforlu bronz veya pirinç gibi yüksek dirençli bir malzemeden yapılmıştır. Bu bilezikler sırayla rotor sargılarına bağlıdır. Rotor sargısının kayma halkaları ile dış devre ile bağlantısını yapmak için fırça kontakları kullanılır. Fırçalar karbon veya bakır malzemeden yapılır, ancak kendi kendini yağlama özelliğinden dolayı karbon tercih edilir.

Güç kaynağı sistemi; tek fazlı güç kaynağı ve 3 fazlı güç kaynağı olmak üzere iki tipte kategorize edilir.

Çoğu endüstriyel ve ticari ortam için, yüksek yükleri çalıştırmak için üç fazlı besleme kullanılırken evler ve küçük işletmelerde genellikle 1 fazlı bir güç kaynağı kullanılır çünkü ev aletleri daha az güç gerektirir.

Tek fazlı şebekenin faydaları;
• Tasarım daha az karmaşıktır.
• Tasarım maliyeti daha azdır.
• Çok çeşitli endüstrilerde ve uygulamalarda kullanılır ve yaygın bulunur.

Üç fazlı şebekenin faydaları;
• Üç fazlı bir devre, aynı amperdeki tek fazlı bir devreden daha fazla güç yoğunluğu sağlar, Ayrıca, artan güç verimliliği için elektrik kapasitesinin kullanımını optimize eder.
• 3 fazlı sargılar döner manyetik alan yarattığından motorların ilk harekete geçişleri kendiliğinden ve kolay olur.

Motorlar şebekeye yıldız veya üçgen şeklinde bağlanabilirler. Yıldız (wye) ve Üçgen (delta, Δ) bağlantıları, 3 fazlı devrelerdeki iki bağlantı türüdür. Yıldız Bağlantı 4 kablolu bir sistemdir ve Delta Bağlantıları ise 3 kablo içerirler. Üç fazlı bir sistemde, AC voltajları taşıyan minimum üç tel vardır. Üç fazlı bir güç kaynağı, iki iletkenli tek fazlı bir güç kaynağına kıyasla üç kat daha fazla güç iletebilmektedir. Bu yüzden verimli ve ekonomiktir. Bu nedenle sanayide kullanılan motorlarda üretilen ve dağıtılan gücün çoğu aslında 3 fazlı bir güçtür.

Yıldız Bağlantısında, 3 fazlı kablolar ortak bir noktaya veya yıldız noktasına bağlanır ve Nötr bu ortak noktadan alınır. Yıldız bağlantısına şekli nedeniyle Y bağlantısı da denir. Yalnızca üç fazlı kablolar kullanılıyorsa buna 3 Faz 3 Telli sistem denir. Nötr nokta da kullanılıyorsa (genellikle kullanılır) buna 3 Faz 4 Telli sistem denir.

Döner alan senkron devir sayısı

ns = 120f/p formülü ile hesaplanır.

ns = AC motorun senkron devir sayısı
f = motor beslemesinin f frekansı
P = manyetik kutupların sayısı olarak açıklanabilir.

ns = 120f/p
ns = 120x50 / 3
ns =2000 RPM olarak asenkron motorun devir hızı bulunur.

Motorlarda çıkış gücünün giriş gücüne oranına "verim" denir. Verim asla 1 (%100) olmaz. Çünkü her motorda enerji kayıpları vardır. Motor tasarlanırken verimin maksimum tutulması amaçlanır.

Verim: η= Pout / Pin
Çıkış gücü: Pout
Giriş gücü: Pin

Motorlarda verim kaybına neden olan etmenler
Motor verimi hesaplamada çıkış gücünü bulurken giriş gücünden kayıplar çıkartılır. Motorlarda oluşan güç kayıplarının temel nedenleri aşağıdaki gibidir.
• Stator bakır kayıpları: Stator sargılarının iç direncinden dolayı oluşan kayıplardır.
• Rotor bakır kayıpları: Rotor sargılarının iç direncinden dolayı oluşan kayıplardır.
• Demir kayıpları: Değişken ve dönem manyetik alan içerisinde kalan demirler üzerinde Eddy akımı oluşur bu da ısı enerjisi olarak kayba neden olur.
• Sürtünme ve rüzgâr kayıpları: Rotorun mil yataklarında oluşan sürtünme ve hava sürtünmesi sonucu oluşan kayıplardır
• Kaçak yük kayıpları: Hem statorda hem rotorda oluşan kaçak akımların kayıplarıdır.

Tek fazlı motorlar;
• Yardımcı sargılı asenkron motor
• Kalkış kondansatörlü motorlar
• Kalıcı kondansatörlü motor
• Kalkış ve daimî kondansatörlü asenkron motor ve 
• Gölge kutuplu motor olarak çeşitlendirilebilirler.

Tek fazlı beslemede sadece ana sargı ile döner alan oluşmayacağından döner alan oluşturup ve ilk hareketin verilmesini sağlayacak olan yardımcı sargılar kullanılır. Yardımcı sargı ile iki fazlı bir sistem elde edilir.
Yardımcı sargılar ana sargılara göre daha az sarımlı yapıdadır bu nedenle ana sargıdan empedansı farklıdır. Ana ve yardımcı sargılara şebeke gerilimi uygulandığında aralarındaki empedans farklarından dolayı faz farkı oluşacaktır. Böylece elde edilen döner manyetik alan ile rotor ilk hareketine başlayacaktır. Burada dikkat edilmesi gereken şey; yardımcı sargıların motorun ilk hareketinde önemli rol oynamasıdır. Fakat motor devrine ulaştıktan sonra ana sargı üzerine test etki yapmaktadır. Ayrıca motor devrine ulaştığında yardımcı sargı devreden çıkarılmazsa ince kesitli ve az sarımlı yardımcı sargıdan çok akım geçerek yanmasına neden olacaktır. Yardımcı sargıyı devreden çıkartmak için merkezkaç anahtarları, pako şalter, röle gibi. anahtarlar kullanılır.

Kalkış kondansatörlü motorların çalışma prensibi yardımcı sargılı motorla tamamen aynıdır. Yardımcı sargılara seri bağlı bir kondansatör ile devrenin empedansı değiştirilerek; yardımcı sargı ve ana sargı arasındaki faz açısını büyütmek amaçlanmaktadır. Bu da rotorun ilk kalkış momentinin yüksek olmasını sağlar. Böylece motorun çektiği ilk kalkış akımı sadece yardımcı sargı bulunan motora göre daha düşük olur.

Kalıcı kondansatörlü motorlarda kondansatör sürekli devrededir. Kondansatör ilk kalkışta şarj olup yardımcı sargı ile döner manyetik alan yaratacaktır ve motora ilk hareketini verecektir. Bu yöntemle merkezkaç anahtarı kullanmayarak bakımı ve maliyet düşürülmektedir.

Kalkış ve daimi kondansatörlü asenkron motorlarda birbirine paralel bağlı iki tane kondansatör kullanılır. Kondansatörlerin birini devreden çıkartabilmek için merkezkaç anahtarı kullanılmaktadır. Motor devrini aldıktan sonra C2 kondansatörü devreden çıkartılır. Bu tür motorlar kalıcı kondansatörlü motordaki kondansatör boyutlamasının değiştirerek başlangıç (kalkış empedansı) için ayrı, çalışma (çalışma empedansı) için ayrı kapasitans değerlerini elde etmemizi sağlar. Böylece başlangıç torkundan ödün vermeden verimli ve titreşimsiz çalışma elde edilir.

Gölge kutuplu bir motorda, rotor basit bir c-çekirdeğine yerleştirilir. (iki kutuplu için) Her bir direğin yarısı bir “gölgeleme” bobini ile kaplanmıştır. Besleme bobininden bir AC akımı geçtiğinde, titreşimli bir akı üretilir. Gölgeleme bobininde gelen akıdaki değişime karşı çıkacak şekilde bir voltaj ve akım indüklenir. Gölgeleme bobinlerinin konum farklarından dolayı indüklenme süreleri farklıdır. Bu durum rotor çevresinde faz farkına neden olur ve dönen bir manyetik alan yaratır. Böylece rotor dönmeye başlayacaktır.

Asenkron motorların üzerinde motorlar hakkında önemli bilgiler içeren bir etiket bulunur. Örnek olarak; 

• Motoru yapan firmanın adı: AEG
• Modelin model tipi: S6472/2F
• Modelin seri numarası: 788/002
• Motorun bağlantı şekli: Y(Yıldız)
• Motorun nominal çalışma gerilimi: 2 x 1100V
• Motorun nominal çalışma akımı: 425A
• Güç faktörü cos (φ): 0,92
• Motorun frekansı: 100HZ
• Motorun gücü: 4700Kw
• Motorun nominal çalışmada devri: 6000RPM (dakikada 6000 tur)
• IP44: nemli yerlerde kullanıma uygun
• Motorun kutup sayısı: 6

şeklinde bilgiler yer almalıdır.