ELEKTRİK MOTORLARININ TANIMI VE YAPISI
Elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren aygıtlara elektrikmotorları denir.Her elektrik makinası biri sabit (Stator) ve diğerikendi çevresinde dönen (Rotor ya da Endüvi) iki ana parçadan oluşur. Buana parçalar: elektrik akımını ileten parçalar (örneğin: sargılar),manyetik akıyı ileten parçalar ve konstrüksiyon parçaları (örneğin:vidalar, yataklar) olmak üzere tekrar kısımlara ayrılır. Alternatifakım ile çalışan elektrik makinalarında rotor ve statorun manyetikakıyı ileten kısımları fuko akımlarından kaçınmak amacıylatabakalandırılmış saçlardan yapılır. Rotor ve Stator saç paketlerininyapılması için 0,35 – 1,5 mm kalınlığında, tek ya da çift taraflıyalıtılmış saç levhalar makas tezgahlarında şeritler halinde kesilir.Bu şekilde oluşturulan saç şeritler şerit çekirdekli trafoların vemakinaların yapımında başka bir işleme gereksinilmeden derhalkullanılabilmektedir. Makastan çıkan saç şeritler çok seri – çalışankalıp – kesme presine verilir. Dakikada 300 – 500 kesme yapan 500 000kp’lık presler stator ve rotor saç profillerini bir dizi – kesmehalinde arka arkaya çıkartır.
Rotor ve stator saç profilleri birbirinin boşluğunu dolduracakşekilde kesildiğinden (kalıpla), üretim sonu kırpıntı parça miktarı çokazdır. Büyük çaplı rotor ve stator saç paketleri genellikle tek -kesmede çıkartılır. Bunun için, önceden hazırlanmış disk şekildekisaçlar üstüste gelecek şekilde yerleştirilir. Bu şekilde yerleştirilmişsaç tabakaları kalıp – kesme presinde tek bir hamlede kesilir.Sargıların yerleştirilmesi için gerekli oluklar makinelerde açılır.İşlem görecek parça miktarı fazla değil ise oluk açma otomatındaoluklar tek tek açılır. Büyük sayıdaki parça miktarları ve büyük çaplısaçlar için her seferinde 5-6 oluk açabilen otomatlardanyararlanılmaktadır. Oluk açma otomatlarından gelen saçlar özel sayıcıterazilerde tartılır, istif makinesinde üst üste tabakalandırılır ve 5- 10 kp/cm2 lik bir basınç altında saç paketi halinde birleştirilir.
Stator ve rotor sargı oluklarına uygulamada genellikle kartondöşenmektedir. Yalıtmak amacıyla döşenen kartonun görevi: Oluk içindekipürüzleri örtmek ve sargı tellerini hasarlardan korumaktır. Karton ileyalıtılan oluklara sargılar döşenir. Stator ve rotor sargıları tek katya da çift kat sarımlı yapılırlar. Tek katlı sargılarda her oluk içindeher bir sargının yalnız bir kenarı, buna karşın çift katlı sargılardaçift sayıda bobin kenarı (genellikle iki) bulunur. Stator Sargıları:Tek katlı sargılarda, önceden bir sargı makinasında hazırlanmış veizole edilmiş sargı paketleri açık oluklara tek tek yerleştirilir(Şekil 1-1 a). Büyük gerilimli statorlarda açık oluklu saç paketlerikullanılır. Yarı açık oluklara (Şekil 1-1 b) sargılar özel kalıp ya daşablonlar yardımıyla tek tek döşenmektedir. Tam kapalı oluklar içine,teller statorun alın tarafından başlayarak, ipliğin iğneye geçirildiğigibi tek tek geçirilir. Sonra bu teller sargı haline getirilir (Şekil1-1 c). Oldukça uğraşılı bu tür sarım yerine özel sargı paketleri dekullanılmaktadır. Bu sargı paketlerindeki iletkenler sadece dahaönceden hazırlanmış taraflarından oluklara sokulur. Bu şekildeolukların diğer tarafından dışarı çıkan sargı başları birbirleriylesert lehim ya da kaynak suretiyle birleştirilir.
Şekil 1-1 Çeşitli türdeki sargı olukları
Şayet oluklara az sayıda ve büyük kesitli iletkenler sokulacaksa,çubuk şeklindeki iletkenler kullanılır.Bunlar sonradan kendi aralarındavidalarla ya da lehimlemek suretiyle birleştirilir.Tahta ya da fiberdenyapılmış oluk kamaları ( ya da takozları ) oluk ağızlarını kapatmayayarar. Oluklardan dışarı çıkan sargı başları pamuk ya da cam pamuğu ilesıkıca sarılarak yalıtılır. Sargıların devre bağlantıları sağlandıktansonra stator bir fırın içinde 100 0C civarında kurutulur ve sonrayalıtkan vernik emdirilir. Vernik emdirme işlemi havasız bir ortamiçinde yapılır. Bunun için önce stator bir vakum kabı içineyerleştirilir ve kap sıkıca kapatılarak havası çekilir. Sonra kabınüstünde bulunan vernik musluğu açılarak içeriye vernik gönderilir.Ortam havasız olduğundan içeriye gönderilen vernik sargıların en küçükaralıklarına dahi nüfuz eder. Vernik emdirme işleminden sonra statortekrar kurutma fırınına sokulur ve burada son kurutma işlemi yapılır.Rotor sargıları elde ya da makinede sarılır. Bunun dışında uygulanacakbütün işlemler stator sargılarında olduğu gibidir.
1.2. ELEKTRİK MOTOR ÇEŞİTLERİ
Alternatif akım motorları
Asenkron (indüksiyon) motorları
Tek fazlı asenkron motorlar
Yardımcı sargılı motorlar
Kondansatörlü motorlar
Kondansatör başlatmalı
Daimi kondansatörlü
Çift kondansatörlü
Yardımcı direnç sargısı olan tek fazlı motorlar
Gölge kutuplu motorlar
Üç fazlı asenkron motorlar
Döner bilezik-rotorlu motor (sargılı rotorlu motor)
Kısa devre-rotorlu motor (sincap kafes motor)
Senkron motorlar
Tek / çok fazlı motorlar
Alan sargılı
Sabit mıknatıslı
Relüktans
Histeresis
Değişebilir hızlı kutup anahtarlamalı
Doğru akımla çalışan motorlar
Şönt motor (paralel sarımlı motor)
Seri motor (seri sarımlı motor)
Alternatif / doğru akım
Split alan
Sabit mıknatıslı (dıştan uyarmalı motor)
Geleneksel konstrüksiyonlu motorlar
Top (sepet) sargılı motorlar
Oynar bobin motorlar
Doğru akım tork motorlar
Seri / şönt motorlar (compound motorlar = bileşke alanlı motorlar)
Hibrit motorlar
Step motorlar
Küçük açılı
Sabit mıknatıslı
Relüktans
Sabit mıknatıslı
Relüktans
Fırçasız doğru akım motorları
Değişken frekanslı motorlar
Senkron motorlar
Sargılı rotorlu
Sabit mıknatıslı
İndüksiyon motorlar
Senkron faz kilitlemeli motorlar
ALTERNATİF AKIM MOTORLARI
Alternatif akım ile çalışan elektrik makinalarında manyetik döneralanlar oluşur. Şayet rotorun dakikada yapmış olduğu devir sayısıstator-döner alanının dakikada yaptığı devir sayısı ile aynı ise, böylebir makineye senkron makine denilir. Rotorun devir sayısı döner alandevir sayısından küçük ya da büyük ise, bu tür makine asenkron makineolarak anılır (senkron eşlemeli; asenkron =eşlemesiz).
ASENKRON (İNDÜKSİYON) MOTORLARI
BİR FAZLI ASENKRON MOTORLAR
Bir fazlı asenkron motorl
ar, üç fazlı asenkron motorlar gibi statorve rotor olmak üzere iki ana kısımdan oluşur.Bir fazlı asenkronmotorlar kendi aralarında yardımcı sargılı ve gölge kutuplu motorlarolmak üzere iki gruba ayrılırlar.
BİR FAZLI YARDIMCI SARGILI MOTORLAR
Bir fazlı yardımcı sargılı motorlarda, stator sargıları bir anasargı (çalışma sargısı) ile yardımcı (yol verme) sargıdan oluşur. Anasargı; omik direncinin küçük olması için kalın kesitli iletkenlerdenyapılır. Ayrıca reaktansının büyük değerde olması için de hem alt katayerleştirilir, hem de sarım sayısı yardımcı sargıdan daha fazladır.Yardımcı sargı ise; ince kesitli olup omik direnci ana sargıya göredaha fazladır ve üst kata yerleştirilir.
Motor yol aldıktan sonra yardımcı sargıyı ana sargıdan ya dadevreden çıkarmak için genellikle rotorun üzerinde merkez kaç kuvvetiile çalışan anahtar sistemi bulunur. Bu sistemi olmayan motorlardayardımcı sargıyı ayırma işlemi manyetik röle ile ya da özel yol almaşalterleri ile yapılır.
Bir fazlı yardımcı sargılı asenkron motorlarda ana sargı veyardımcı sargıları aralarında 90° elektrik faz farkı bulunacak şekildestatora yerleştirilir. Bir fazlı asenkron motorlar indüksiyonprensibine göre çalışır.
Özel Yol Verme:
Start şalteri (motora hem yol vermek, hem de motoru devamlıçalıştırmak için kullanılan şalter) Şekil 1-2 a da görüldüğü gibi üçkutuplu ve üç konumludur. O durumunda iken kontakların hepsi açıktır.Motoru çalıştırmak için şalterin kolu tamamen sağa çevrilip start (yolverme) durumuna getirilir ( Şekil 1-2 b) Bu anda kontakların hepsikapanır. Ana ve yardımcı sargı devreye girdiğinden motor yol almayabaşlar. Devir sayısı yükseldiğinde şalter kolu bırakılır. Yay etkisiile kol I konumuna gelir Şekil 1-2 c de görüldüğü gibi, yardımcısargıyı bağlayan kontak ayrılır ve yardımcı sargı devre dışı edilir.Diğer kontaklar kapalı kaldığından motor yalnız ana sargı ile dönmesinedevam eder.
Şekil 1-2 Özel yol verme start şalteri ile a) açık b) yol verme c) çalıştırma konumları
Bir Fazlı Yardımcı Sargılı Motorların Devir Yönünün Değiştirilmesi:
Motorun devir yönünü değiştirmek için ya yardımcı sargı uçlarınınyeri veya ana sargı uçlarının yeri değiştirilir. Şekil 1-3 a dakibağlantıda, her iki sargıdan geçen akım yönü aynıdır( Örneğin,motorsağa dönüyor). Şekil 1-3 b de yardımcı sargı uçları değiştirildiğindeyardımcı sargı akım yönü, ana sargı akım yönüne ters olacağından döneralanın yönü değişir ve motor bu sefer sola döner.
Şekil 1-3 Bir fazlı yardımcı sargılı motorların devir yönünün değiştirilmesi
KONDANSATÖRLÜ MOTORLAR
Sargı yastıklarının üçünde de farklı gerilimler oluştuğu için üçfazlı bir motorun tek fazlı akım şebekesinde işletilmesi sakıncalıolmaktadır. Bundan dolayı tek fazlı akım şebekesi için çift sargısıbulunan kondansatörlü motorlar geliştirilmiştir.
Şekil 1-4 Kondansatörlü motorun sargı planı
Şekil 1-5 Kondansatörlü motorun sargıları
Kondansatörlü motorlarda stator üzerinde bir UV ana sargısı ve birWZ yardımcı sargısı bulunur. Ana sargı yol vermeli motorda olduğu gibistator oluklarının 2/3’üne döşenmiştir. Geri kalan 1/3’lük oluklarayardımcı sargı sarılır (Şekil 1-4 ve 1-5). Yardımcı sargı tek parçahalinde ise kondansatör sargıdan önce (Şekil 1-6); çift parça halindeise sargılar arasına bağlanır. Rotorun dönme yönünü değiştirmek içinyardımcı sargı üzerindeki akım yönü çevrilir. Kondansatör ile yardımcısargı bir seri – salınım devresi oluşturduğundan, kondansatör uçlarındabulunan gerilim şebeke gerilimlerinden büyük olur ve bu gerilim motorunboşta dönmesi anında en büyük değerine ulaşır. Kondansatörlü birmotorun kondansatörü ortaya çıkacak en büyük gerilime göredeğerlendirilmiş olmalıdır.
Kondansatör kapasitesi ne kadar büyük olursa, kondansatörlü motorunçekme momenti o kadar büyük olur. Diğer bir yönden, kapasitenin büyükolması yardımcı sargının daha çok akım çekmesine ve ısınmasına nedenolmaktadır. Bu nedenle bu tür motorların bir çoğunda özel yol vermekondansatörleri kullanılır. Motor devir aldıktan sonra yol vermekondansatörü ya el ile ya da merkezkaç kuvveti ile çalışan bir şalterüzerinden akım devresinden çıkarılmaktadır. Motor anma gücünün kW’ıbaşına yol verme kondansatörünün 4 kvar’lık bir tepkin güç çekmesizorunludur. Buna karşın işletme kondansatörleri sürekli devrede kalır.İşletme kondansatörlerinin çekmeye zorunlu olduğu tepkin güç, motoranma gücünün kW’ı başına, 1,3 kvar kadardır. Kondansatörlü motorlarda,ya bir işletme kondansatörü, ya bir yol verme kondansatörü ya da herikisi birden bulunabilir. Kondansatörlü motorlar uygulamada santrifujluçamaşır sıkıcılarda, brülörlerde, mutfak makinelerinde, bazı elektriklialetlerde ve teyplerde (ses kart aygıtı) kullanılmaktadır.
Şekil 1-6 Yardımcı sargısı tek Şekil olan tek fazlı bir motor devresi
1-7 Yardımcı direnç sargısı parçalı bir kondansatörlü motor
Kondansatörlü motorlar da kendi aralarında farklı türlere ayrılırlar:
1. Kondansatör Başlatmalı Motorlar
Kondansatör sadece kalkış sıras
ında devreye girer. Kalkış sonu merkezkaç şalteri ile devreden çıkarılır.
3 Hp değerine kadar, genel amaçlar için üretilir.
Monofaz sanayi motoru olarak bilinen motorlardır.
2. Daimi Kondansatörlü Motorlar
Kondansatör kalkışta ve çalışmada yardımcı sargıyı sürekli devrede tutar.
Kondansatör değeri, kondansatör başlatmalıya göre onda bir kadardır.
Genellikle bir Hp’den küçük ev aleti, çamaşır makinesi, havalandırma fanı, vantilatör motorları bu tiptir.
3. Çift Kondansatörlü Motorlar
Önceki iki tipin birleşmesi gibidir. Kalkıştan sonra büyükdeğerli kondansatör merkezkaç şalteri devreden çıkar, daimi kondansatördevrede kalır.
Monofaz motorların daha yüksek güçte olanları bu tiptir.
YARDIMCI DİRENÇ SARGISI OLAN TEK FAZLI MOTORLAR
Bir kondansatörlü motorun kondansatörü, örneğin 10 ohmluk birdirenç ile değiştirilip, motor tek fazlı bir akım şebekesine bağlanırsarotorun döndüğü görülecektir. Nitekim, motora direnç üzerinden verilenakım ile direkt verilen akım arasında bir faz farkı oluşmaktadır. Tıpkıkondansatörlü motorda olduğu gibi bu motorda da eliptik bir döner alanortaya çıkar. Ana sargısı ve yardımcı sargısı kondansatörlü motorlardaolduğu gibi tertiplenmiş olup (Şekil 1-4) direnç elemanı yardımcı sargıiçine yerleştirilmiştir. Bugün uygulamada, bu tür motorların yardımcısargıları direnç telinden sarılmaktadır. Bu amaç için genellikleBifilar yardımcı sargı yöntemi kullanılır.Bifilar sarma yöntemindeyardımcı sargının 2/3’lük miktarı bir yönde ve geri kalan 1/3’lükmiktarı ise aksi yönde sarılır. Bifilar yardımcı sargı içinde manyetiketkinin bir kısmı yok olur, ancak sargının etkin direnci değişmezkalır. İçinde yardımcı direnç sargısı bulunan motorlar,terminallerinden direkt olarak akım şebekesine bağlanabilir (Şekil1-7). Bunlar kondansatörlü motorlardan daha ucuzdur, ancak verimleridaha düşüktür. Bu motorlar kondansatörlü motorlar gibi aynı amaçlarlave özellikle buzdolaplarında kullanılmaktadır.
GÖLGE KUTUPLU MOTORLAR
Gölge kutuplu bir motorun statorunda son derece düzgün profili vedışarıdan fark edilemeyen kutuplar bulunur. Bu kutuplardan küçük birkısmına içe doğru yarıklar açılmış ve bu yarıkların iç kısımlarınakısa-devre bilezikleri oturtulmuştur. Bu kısadevre bilezikleri (ya dasargıları) stator sargıları ile birlikte sekonderi kısadevre edilmişbir transformator gibi düşünülürse, bu tür bir motorun çalışmasıkolayca anlaşılır. Stator sargısından akım geçmesiyle oluşan manyetikalan çizgilerinin bir kısmı yarıklarda bulunan bilezikler içinden degeçer. Bilezikler kısadevre durumunda olduğu için stator üzerindeki akıkaçakları büyük olur.
Şekil 1-8 Gölge-kutuplu motor
Bunun sonucu stator sargısından geçen akım ile kısadevrebileziklerinden geçen akım arasında bir faz farkı ortaya çıkar.Birbirine göre faz farklı bu iki akım, birbiri ardından hareketlikutupları olan bir manyetik alan üretir. Simetrik olmayan bu değin birdöner alan bir kısadevre – rotorunu döndürür . Kısadevre rotorumanyetik sert bir malzemeden yapılmış ise (Histerisis rotoru), bu haldebu motor yol aldıktan sonra bir senkron motor gibi dönüşüne devam eder.
Gölge kutuplu motorlarda dönüş yönü daima ana kutuptan, yarık kutbadoğrudur. Dönüş yönü değiştirilmek istendiğinde, yatak burçları verotor çıkartılır ve değişik yönde tekrar yerlerine takılır. Dönüş yönüsürekli olarak bir şalter ile ayarlanmak isteniyorsa, ikinci birkısadevre sargısının daha bulunması zorunludur. Gölge kutuplumotorların verimleri düşüktür. 1 W – 250W arasında küçük güçler içinyapılırlar ve pikaplarda, teyplerde, ısıtıcı vantilatörlerinde ve meyvesıkıcılarda çok sık kullanılırlar.