Anahtarlamalı Relüktans Motorun Yapısı ve Temel Özellikleri

DeğiĢken relüktanslı özel elektrik makinelerinden olan ARM‟ler dayanıklı ve basit bir yapıya sahiptirler. ARM‟ler senkron ve asenkron makinelerin yapısından faydalanılarak tasarlanmıĢlardır (Gücüyetmez M., 2005). ARM‟ler yapı olarak stator ve rotor olmak üzere 2 ana parçadan oluĢmaktadır. Statorunda elektriksel olarak birbirlerine bağlı olmayan her bir kutup için ayrı ayrı basit sargılar bulunmaktadır ve bu sargılara dıĢardan Doğru Akım (DA) uygulanır. Bundan dolayı ARM‟ler yapı olarak adım motorlarına benzemektedirler. Bir faz sargısı stator sargılarının karĢılıklı olarak birbirleriyle seri bağlanması ile elde edilir. Bundan dolayı ARM‟lerde motorun faz sayısı stator kutup sayısının yarısı olarak ifade edilir (Bizkevelci E., 2008). ARM‟lerin rotorları ise çıkıntılı kutuplardan yapılırlar. Rotor yapılarında herhangi bir sargı ve mıknatıs bulunmamaktadır. ARM‟lerin rotorları tek parça klasik yapıda ya da segmental (parçalı) tipli yapıda tasarlanmaktadır (Uygun D., 2012). ġekil 3.2‟de klasik ve segmental tip ARM‟nin kesitleri görülmektedir (Uygun D., 2012). ARM‟lerde stator ve rotor gövdeleri demir kayıplarını azaltmak için ince lamine sac paketlerinden oluĢmaktadır.

ġekil 3.2. Klasik (a) ve Segmental Tip (b) ARM kesitleri

ġekil 3.3. ARM‟nin bölümleri (Uygun D., 2012)

ARM‟lerin özellikleri belirlenirken stator ve rotor kutup sayıları ile ifade edilirler. Stator ve rotor kutup sayıları daima çift sayı olarak ifade edilirler. ġekil 3.3‟de 8/6 yapıdaki bir ARM‟ye ait kesit ve ARM‟nin bölümleri görülmektedir. ARM‟ler tasarlanırken genellikle stator kutup sayısı rotor kutup sayısından daha fazla olarak tasarlanırlar. ARM‟lerde faz sayısı arttıkça moment salınımlarında azalmalar gözlenir. Faz sayısının artması sürücü devresinde kullanılan malzeme sayısında artıĢa neden olacaktır. Uygulamalarda yüksek hıza ihtiyaç duyulduğunda stator kutup sayısı rotor kutup sayısından yüksek seçilirken, sistemler yüksek momente ihtiyaç duyduğunda

rotor kutup sayısı stator kutup sayısına mümkün olduğunca yakın seçilmektedir. ARM‟ler tasarım olarak bir fazlı (2/2, 4/4 6/6, 8/8 gibi), iki fazlı (4/2, 8/4, 4/6, 8/6 gibi), üç fazlı (6/4, 6/8, 12/8, 18/12, 24/16 gibi), olarak tasarlanabilirler (Durak ve ark.). Burada birinci sayı stator kutup sayısını ikinci sayı ise rotor kutup sayısını ifade etmektedir. ARM‟nin tipi stator sayısı/ rotor sayısı Ģeklinde ifade edilmektedir. ARM‟lerin kendi kendine kalkınabilmeleri için en az iki fazlı tasarlanması gerekmektedir. Ayrıca ARM‟nin kalkınabilmesi için mutlaka stator ile rotor kutup sayılarının birbirinden farklı olması gerekmektedir. ARM‟nin tek fazlı 2/2 ve iki fazlı 4/2, 8/4, 4/6, 8/6 dizilim yapısına sahip olanlar teorikte düĢünülebilir olmasına karĢın yeterli kalkınma torkunu en iyi konumda dahi üretmek mümkün olmadığından pratikte hiçbir anlam ifade etmemektedir (Güvenç U., 2005). ARM‟ler dönüĢ yönü değiĢtirilmesi gereken uygulamalarda kullanılacak olursa, motorun en az 3 fazlı olması gerekmektedir. Örneğin 8/6, 8 stator kutup sayısını ve 6 rotor kutup sayısına sahip bir ARM‟yi temsil ederken, 6/4, 6 stator kutup sayısına ve 4 rotor kutup sayısına sahip bir ARM‟yi temsil etmektedir. ġekil 3.4‟de çok yaygın olarak kullanılan ARM‟lerin tasarımları görülmektedir (Civelek B., 2012).

ġekil 3.4. En yaygın kullanılan ARM tasarımları

(a) 6/4 ARM (b) 12/8 ARM (c) 8/6 ARM

Günümüzde üretim maliyeti düĢük, performansı yüksek ve kolay denetlenebilen ARM‟lerin kullanımı ön plana çıkmaktadır. ARM‟lerin basit ve dayanıklı yapısı, ucuz maliyeti, düĢük ataleti, yüksek hızı ve verimi ile günümüzde kullanımı giderek artmaya baĢlamıĢtır. ARM‟lerin günümüzde önem kazanmasına neden olan avantajlar aĢağıdaki gibi sıralanabilir.

 Rotorunun sadece laminasyon çeliğinden üretilmiĢ olması ve herhangi bir sargı veya mıknatıs bulunmaması,

 Rotorlarında sargı ve fırça bulunmamasından dolayı çok yüksek hızlarda çalıĢtırılabilmeleri ve bakıma çok az ihtiyaç duymaları,

 Stator ve rotorun basit yapılarından dolayı diğer motorlardan daha kolay ve ucuz üretilebilmeleri,

 Stator sargılarının kontrolünün her bir sargı için seri bağlı ayrı güç anahtarları ile yapılmasından dolayı motorun kısa devre tehlikesinin bulunmaması ve fazlardan birinde bir arıza meydana geldiğinde motorun diğer fazlarla çalıĢmaya devam edebilmesi (hata toleranslarının yüksek olması),

 Sadece statorunda sargıların bulunması nedeniyle ısının yoğunluğunun bu alanlarda oluĢması, sadece stator yüzeyinin soğutulmasının gerekmesi,

 Özel elektrik makinelerinden aynı güçteki kalıcı mıknatıslı motorlara göre boyutlarının küçük olması ve hafif olmaları,

 Eylemsizlik momentinin düĢük, kalkıĢ momentinin yüksek olması,

ARM‟lerin yukarıda bahsedilen birçok avantajlarına rağmen, kullanım alanlarını sınırlayan çok önemli dezavantajları da bulunmaktadır. Bunlar aĢağıdaki gibi sıralanabilir;

 ARM‟nin kontrol devresinde uygun fazların enerjilendirilebilmesi için motorun rotor konumunun bilinmesi ya da tahmin edilmesi gerekmektedir. Rotor konumunun belirlenmesi için pozisyon sensörlerine (hall effect sensör, encoder v.b.) ya da sezgisel algoritmalar ile konum tahminine ihtiyaç duyulması,

 ARM‟lerin çalıĢabilmesi için sürücüye ihtiyaç duymaları,

 ARM‟lerin çalıĢmasında fazların sırayla enerjilendirilmesinden dolayı motorun torkunda meydana gelen salınımlar ya da çökmelerin fazla olması,

 Torkta meydana gelen salınımların akustik gürültüye sebep olması,

Anahtarlamalı Relüktans Motorların bu dezavantajlarından en önemlisi torklarında meydana gelen dalgalanmalardır. Bugüne kadar yapılan çalıĢmaların büyük bir çoğunluğunda bu problem, motorun fiziksel yapısı, sürme devresi ya da kontrol devresi üzerinden çözülmeye çalıĢılmıĢtır.

ARM‟lerin avantaj ve dezavantajları açısından diğer motorlarla karĢılaĢtırılması Çizelge 3.1‟de verilmiĢtir (Emire A., 2010). ARM‟lerin diğer motorlara göre en büyük dezavantajının sürücüye ihtiyaç duyması ve sürücü maliyeti olduğu Tablo 3.1‟de görülmektedir.

Çizelge 3.1. ARM‟lerin farklı motorlarla karĢılaĢtırılması