• INDUCTION MACHİNES
• ASENKRON MAKİNELER
• İNDÜKSİYON MAKİNELERİ
Elektrik Akımı ve Manyetik Alan
Üç fazlı sistem
abc faz sırası acb faz sırası
Fazörlerin arasındaki ilişki
Şekil 4.1: Asenkron motorun parçaları:
1- Stator sargıları, 2- Gövde,
3- Komple rotor, 4- Ayak,
5- Rotor mili, 6- Ön kapak, 7- Arka kapak, 8- Flanş,
9- Flanş,
10- Rotor kanatçıkları, 11a- Ön rulman,
11b- Arka rulman,
12- Pervane muhafaza tası, 13- Soğutma pervanesi, 22- Mil ucu kaması,
24- Klemens (uç) bağlantı kutusu, 30- Conta,
31- Uç bağlantı kutusu kapağı,
34- Uç plakası-Klemens, 40- Kablo giriş rakoru, 43- Conta,
64- Motor kaldırma halkası , 65-Rulman tutucu dış kapak
(yağlama nipelli motorlarda), 66- Rulman tutucu iç kapak,
72a- Disk, 72b- Yay,
75- Yağ tutucu disk, 76- Dış segman
(rulman ve yağ tutucu diskin tespiti için), 79- Yağlama nipeli,
80- İç segman
(arka rulmanı kapağına sabitlemek için), 81- Lastik toz contası,
82- Keçe sızdırmazlık bileziği.
Asenkron motorun parçaları:
Asenkron Motorların Stator Yapısı
Asenkron Motorların Rotor Yapısı
İki Kutuplu Altı Oluklu Üç Fazlı Bir Stator
Asenkron motorların çalışması transformatörlerin çalışma prensibine benzer.
Motorun stator sargısı transformatörün primer sargısı gibi, rotor sargısı veya kısa devre çubukları da transformatörün sekonder sargısı gibi davranır. Motorun
stator sargılarına birbirinden 120o faz farklı üç fazlı bir gerilim uygulandığında sargılarda üç fazlı bir döner alan meydana gelir.
Statorunda faz başına birer bobin olmak üzere toplam üç bobini bulunan iki kutuplu bir statoru göz önüne alalım. Her bir bobinin bir kenarı N kutbunun altında diğer kenarı da S kutbunun altında bulunur. Bu statora aşağıdaki şekilde gösterilen, birbirinden 120o faz farklı üç fazlı (R-S-T) bir gerilim uygulanmış olsun. Şekilde zaman (t) eksenindeki a-b-c-d-e- f-g anlarındaki faz gerilimlerini inceleyelim. R ve T fazına ait gerilim değeri “a” anında pozitif, S fazına gerilimin anlık değeri ise negatiftir. Anlık değeri pozitif olan gerilim, uygulandığı bobindeki akımın sayfa yüzeyine doğru, anlık değeri negatif olan gerilimin uygulandığı bobinin akımının da sayfa yüzeyinden dışarı doğru olduğu varsayılsın. Buna göre şekilde gösterilen “a” anındaki akım yönleri ve meydana gelen manyetik alan
kutupları döner alana ait şekilde gösterilmiştir. Stator bobinlerinden geçen akımların meydana getirdiği manyetik alanın yönü sağ el kuralına göre bulunur. Buna göre “a”
anındaki gerilim değerlerine göre meydana gelen kutup yönleri (a)’da gösterilmiştir. Üç fazda “b” anında ise R fazına ait gerilim pozitif, S ve T fazlarına ait gerilim negatif
değerlidir. Bu andaki manyetik alan yönü de sağ el kuralına göre (b)’de gösterilmiştir. (a) ve (b) karşılaştırıldığında manyetik kutupların 60o döndüğü görülmektedir. Benzer şekilde c-d-e-f-g anlarındaki manyetik alan yönleri de (c), (d), (e), (f)’de gösterilmektedir. Şekiller incelendiğinde manyetik alanın 60o’lik açılarla döndüğü görülmektedir. Üç fazda “g”
anındaki manyetik alanın yönü de “a” anındaki manyetik alanın yönü ile aynıdır. Buna göre statora uygulanan şebeke geriliminin bir periyodunda manyetik kutupları bir tur dönerler. Şebeke frekansı 50 Hz olduğu için manyetik alan kutupları saniyede 50 defa, dakikada 3000 defa döner. Meydana gelen bu döner alan aynı zamanda rotor sargılarını veya rotor çubuklarını da keser.
Üç Fazlı Alternatif Gerilim
Döner Alanın Meydana Gelişi
Meydana gelen bu döner alan aynı zamanda rotor sargılarını veya rotor çubuklarını da keser.
Stator döner alanı tarafından kesilen rotor sargılarında veya rotor çubuklarında bir gerilim indüklenir.
İndüklenen gerilimden dolayı rotor çubuklarında bir akım dolaşır.
Rotor çubuklarında dolaşan akımdan dolayı rotorda, statora benzer kutuplar meydana gelir.
Aynı olan manyetik kutuplar (N-N veya S-S) birbirini iter, farklı olan manyetik kutuplar ise birbirini çeker.
Buna göre aynı polariteli olan stator ve rotor kutupları birbirini iter, farklı olan stator ve rotor kutupları birbirini çeker.
Bu prensibe göre stator kutupları dönerken rotor kutupları da dolayısıyla rotor da stator döner alanıyla birlikte döner.
Aşağıdaki şekilde iki kutuplu bir asenkron motorda rotor ve stator kutupları ve dönme yönleri görülmektedir.
Asenkron Motorlarda Rotorun Dönmesi
Bir asenkron motorun stator sargıların alternatif bir gerilim uygulandığında stator sargılarında döner bir manyetik alan meydana gelir. Rotor ilk anda durgun durumda olduğundan dolayı rotor, transformatörlerin kısa-devre edilmiş sekonder sargısı gibi davranır. Manyetik alan tarafından kesilen rotor çubuklarında bir gerilim indüklenir. İndüklenen gerilim sonucu rotor
çubuklarından akım geçer ve rotorda da stator kutup sayısına eşit sayıda manyetik kutuplar meydana gelir. Rotor manyetik kutupları stator döner manyetik kutuplarına kilitlenerek dönmeye başlar. Rotor da stator döner
alanıyla birlikte dönmeye başlar. Rotor hızlandıkça stator döner alanının rotor çubuklarını kesme hızı düşer. Bunun sonucu olarak rotor sargılarında
indüklenen gerilim de azalır. Rotor hızı döner alanın hızına kadar
hızlanır. Rotor senkron hızda döndüğü zaman döner manyetik alan rotor çubuklarını kesmez ve rotorda gerilim indüklenmez. Rotorda gerilim
indüklenmeyince rotor hızı düşer. Rotor hızı düşünce, rotor çubuklarında
tekrar gerilim indüklenir ve rotor döner alanla birlikte dönmeye başlar. Ancak rotorun dönüş hızı döner alanın dönüş hızından daha düşüktür. Motorun
çalışmasını devam ettirebilmesi için rotor statordan daha düşük bir devir
sayısında döner. Döner alanın devir sayısına senkron devir sayısı veya senkron hız denir. Rotor devir sayısı ile senkron devir sayısı arasındaki farka kayma
devir sayısı denir.
Bir asenkron motorun senkron devir sayısı kutup sayısına ve
motoru besleyen şebeke frekansına bağlıdır. Şebeke frekansı f (Hz), toplam kutup sayısı p ile verilen bir asenkron motorun döner alan veya senkron devir sayısı (devir/dakika, d/d, olarak) aşağıdaki gibi hesaplanır.
Buna göre 50 Hz’lik bir gerilimle beslenen iki kutuplu bir asenkron motorun senkron hızı 3000 d/d, dört kutuplu bir asenkron
motorun senkron devir sayısı ise 1500 d/d olur.
Asenkron motorlar hiçbir zaman senkron hızda çalışamaz. Çünkü motor senkron hızda dönerse rotor çubuklarında gerilim
indüklenmez. Bu durumda rotorda dönme momenti meydana
gelmez. Dönme momenti meydana gelmediği zaman rotor dönmez (motor milinden mekanik güç elde alınmaz). Bundan dolayı
asenkron motorların rotorları senkron hızdan bir miktar düşük devirde döner.
120
s
n f
p
Motor yüklendikçe rotor hızı bir miktar azalır. Bu durumda stator manyetik alanının rotor çubuklarını kesme oranı artar. Bunun
sonucu rotor çubuklarında indüklenen gerilim artar. Rotorda
indüklenen moment artar. Rotor devir sayısı ile döner alan devir sayısı arasındaki fark yukarıda kayma olarak adlandırılmıştı. Motor yükü artıkça kayma da artar. Kayma hem devir/dakika olarak hem de yüzde olarak ifade edilir. Senkron hızı ns, rotor hızı nr olan bir asenkron motorun kayma devir sayısı d/d olarak aşağıdaki şekilde hesaplanır.
Kayma devir sayısı tek başına bir anlam ifade etmez. Bundan dolayı kayma devir sayısı senkron devir sayısı ile oranlanarak yüzde olarak ifade edilir ve “s” ile gösterilir.
k s r
n n n
k s r
s s
n n n
s n n
The rotating magnetic field
The basic idea of an electric motor is to generate two magnetic fields: rotor magnetic field and stator magnetic field and make the stator field rotating. In this situation, the rotor will constantly turning to align its magnetic field with the stator field.
The fundamental principle of AC machine operation is to make a 3-phase set of currents, each of equal magnitude and with a
phase difference of 120o, to flow in a 3-phase winding. In this situation, a constant magnitude rotating field will be generated.
The 3-phase winding consists of 3 separate windings spaced 120o apart around the surface of the machine.
The rotating magnetic field
Consider a simple 3-phase stator containing three coils, each 1200 apart. Such a winding will produce only one north and one south magnetic pole; therefore, this motor would be called a two- pole motor.
Assume that the currents in three coils are:
x
x x
. .
.
'
0 '
0 '
( ) sin
( ) sin 120 ( ) sin 240
aa M
bb M
cc M
i t I t
i t I t
i t I t
(6.4.1)
The directions of currents are indicated.
Therefore, the current through the coil aa’ produces the magnetic field intensity
Into the page
'( ) sin 0
aa M
H t H t (6.4.2)
The rotating magnetic field
where the magnitude of the magnetic field intensity is changing over time, while 00 is the spatial angle of the magnetic field intensity vector. The direction of the field can be determined by the right-hand rule.
Note, that while the magnitude of the magnetic field intensity Haa’ varies sinusoidally over time, its direction is always constant. Similarly, the magnetic fields
through two other coils are
' '
( ) sin 120 120
( ) sin 240 240
bb M
cc M
H t H t
H t H t
(6.5.1)
(6.5.2)
The magnetic flux densities resulting from these magnetic field intensities can be found from
B
HThe rotating magnetic field
' ' '
( ) sin 0
( ) sin 120 120
( ) sin 240 240
aa M
bb M
cc M
B t H t
B t H t
B t H t
(6.6.1)
At the time t = 0 (t = 0) :
' ' '
( ) 0
( ) sin 120 120 ( ) sin 240 240
aa
bb M
cc M
B t
B t H
B t H
The total magnetic field from all three coils added together will be
' ' '
3 3
0 120 240 1.5 90
2 2
net aa bb cc M M M
B B B B H H H
(6.6.2) (6.6.3) (6.6.4)
(6.6.5)
The rotating magnetic field
At the time when t = 900:
' ' '
( ) 0
( ) sin 120 120 0.5 120
( ) sin 240 240 0.5 240
aa M
bb M M
cc M M
B t H
B t H H
B t H H
The total magnetic field from all three coils added together will be
' ' ' 0 0.5 120 0.5 240
1.5 0
net aa bb cc M M M
M
B B B B H H H
H
(6.7.1) (6.7.2) (6.7.3)
(6.7.4)
We note that the magnitude of the magnetic field is constant but its direction changes.
Therefore, the constant magnitude magnetic field is rotating in a counterclockwise direction.
The rotating magnetic field: proof
x
x x
. .
The magnetic flux density in the stator at any .
arbitrary moment is given by
' ' '
( ) ( ) ( ) ( )
sin 0 sin 120 120
sin 240 240
net aa bb cc
M M
M
B t B t B t B t
H t H t
H t
Each vector can be represented as a sum of x and y components:
( ) sin ˆ
ˆ 3 ˆ
0.5 sin 120 sin 120
2
ˆ 3 ˆ
0.5 sin 240 sin 240
2
net M
M M
M M
B t H t x
H t x H t y
H t x H t y
(6.8.1)
(6.8.2)
The rotating magnetic field: proof
( ) sin 0.5 sin 120 0.5 sin 240 ˆ
3 3
sin 120 sin 240 ˆ
2 2
1 3 1 3
sin sin cos sin cos ˆ
4 4 4 4
3 3 3 3
sin cos sin c
4 4 4 4
net M M M
M M
M M M M M
M M M M
B t H t H t H t x
H t H t y
H t H t H t H t H t x
H t H t H t H
os t y ˆ
Which can be rewritten in form
(6.9.1)
Finally: Bnet( )t
1.5BM sint x
ˆ
1.5BM cost y
ˆ (6.9.2)The net magnetic field has a constant magnitude and rotates counterclockwise at the angular velocity .
