ELEKTRİK MOTORLARI

1.1. ELEKTRİK MOTORLARININ TANIMI VE YAPISI

Elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren aygıtlara elektrik motorları denir.Her elektrik makinası biri sabit (Stator) ve diğeri kendi çevresinde dönen (Rotor ya da Endüvi) iki ana parçadan oluşur. Bu ana parçalar: elektrik akımını ileten parçalar (örneğin: sargılar), manyetik akıyı ileten parçalar ve konstrüksiyon parçaları (örneğin: vidalar, yataklar) olmak üzere tekrar kısımlara ayrılır. Alternatif akım ile çalışan elektrik makinalarında rotor ve statorun manyetik akıyı ileten kısımları fuko akımlarından kaçınmak amacıyla tabakalandırılmış saçlardan yapılır. Rotor ve Stator saç paketlerinin yapılması için 0,35 - 1,5 mm kalınlığında, tek ya da çift taraflı yalıtılmış saç levhalar makas tezgahlarında şeritler halinde kesilir. Bu şekilde oluşturulan saç şeritler şerit çekirdekli trafoların ve makinaların yapımında başka bir işleme gereksinilmeden derhal kullanılabilmektedir. Makastan çıkan saç şeritler çok seri - çalışan kalıp - kesme presine verilir. Dakikada 300 - 500 kesme yapan 500 000 kp’lık presler stator ve rotor saç profillerini bir dizi - kesme halinde arka arkaya çıkartır.

Rotor ve stator saç profilleri birbirinin boşluğunu dolduracak şekilde kesildiğinden (kalıpla), üretim sonu kırpıntı parça miktarı çok azdır. Büyük çaplı rotor ve stator saç paketleri genellikle tek - kesmede çıkartılır. Bunun için, önceden hazırlanmış disk şekildeki saçlar üstüste gelecek şekilde yerleştirilir. Bu şekilde yerleştirilmiş saç tabakaları kalıp - kesme presinde tek bir hamlede kesilir. Sargıların yerleştirilmesi için gerekli oluklar makinelerde açılır. İşlem görecek parça miktarı fazla değil ise oluk açma otomatında oluklar tek tek açılır. Büyük sayıdaki parça miktarları ve büyük çaplı saçlar için her seferinde 5-6 oluk açabilen otomatlardan yararlanılmaktadır. Oluk açma otomatlarından gelen saçlar özel sayıcı terazilerde 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 karton döşenmektedir. Yalıtmak amacıyla döşenen kartonun görevi: Oluk içindeki pürüzleri örtmek ve sargı tellerini hasarlardan korumaktır. Karton ile yalıtılan oluklara sargılar döşenir. Stator ve rotor sargıları tek kat ya da çift kat sarımlı yapılırlar. Tek katlı sargılarda her oluk içinde her bir sargının yalnız bir kenarı, buna karşın çift katlı sargılarda çift sayıda bobin kenarı (genellikle iki) bulunur. Stator Sargıları: Tek katlı sargılarda, önceden bir sargı makinasında hazırlanmış ve izole edilmiş sargı paketleri açık oluklara tek tek yerleştirilir (Şekil 1-1 a). Büyük gerilimli statorlarda açık oluklu saç paketleri kullanılır. Yarı açık oluklara (Şekil 1-1 b) sargılar özel kalıp ya da şablonlar yardımıyla tek tek döşenmektedir. Tam kapalı oluklar içine, teller statorun alın tarafından başlayarak, ipliğin iğneye geçirildiği gibi tek tek geçirilir. Sonra bu teller sargı haline getirilir (Şekil 1-1 c). Oldukça uğraşılı bu tür sarım yerine özel sargı paketleri de kullanılmaktadır. Bu sargı paketlerindeki iletkenler sadece daha önceden hazırlanmış taraflarından oluklara sokulur. Bu şekilde olukların diğer tarafından dışarı çıkan sargı başları birbirleriyle sert lehim ya da kaynak suretiyle birleştirilir.


[Link'i Görebilmeniz İçin Kayıt Olunuz.! Kayıt OL]
Şekil 1-1 Çeşitli türdeki sargı olukları

Şayet oluklara az sayıda ve büyük kesitli iletkenler sokulacaksa, çubuk şeklindeki iletkenler kullanılır.Bunlar sonradan kendi aralarında vidalarla ya da lehimlemek suretiyle birleştirilir.Tahta ya da fiberden yapılmış oluk kamaları ( ya da takozları ) oluk ağızlarını kapatmaya yarar. Oluklardan dışarı çıkan sargı başları pamuk ya da cam pamuğu ile sıkıca sarılarak yalıtılır. Sargıların devre bağlantıları sağlandıktan sonra stator bir fırın içinde 100 0C civarında kurutulur ve sonra yalıtkan vernik emdirilir. Vernik emdirme işlemi havasız bir ortam içinde yapılır. Bunun için önce stator bir vakum kabı içine yerleştirilir ve kap sıkıca kapatılarak havası çekilir. Sonra kabın üstünde bulunan vernik musluğu açılarak içeriye vernik gönderilir. Ortam havasız olduğundan içeriye gönderilen vernik sargıların en küçük aralıklarına dahi nüfuz eder. Vernik emdirme işleminden sonra stator tekrar kurutma fırınına sokulur ve burada son kurutma işlemi yapılır. Rotor sargıları elde ya da makinede sarılır. Bunun dışında uygulanacak bütün işlemler stator sargılarında olduğu gibidir.


1.2. ELEKTRİK MOTOR ÇEŞİTLERİ
• Alternatif akım motorları
o Asenkron (indüksiyon) motorları
 Tek fazlı asenkron motorlar
• Yardımcı sargılı motorlar
o Kondansatörlü motorlar
 Kondansatör başlatmalı
 Daimi kondansatörlü
 Çift kondansatörlü
o 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)
o Senkron motorlar
 Tek / çok fazlı motorlar
• Alan sargılı
• Sabit mıknatıslı
• Relüktans
• Histeresis
• Değişebilir hızlı kutup anahtarlamalı
• Doğru akımla çalışan motorlar
o Şönt motor (paralel sarımlı motor)
o Seri motor (seri sarımlı motor)
 Alternatif / doğru akım
 Split alan
o Sabit mıknatıslı (dıştan uyarmalı motor)
 Geleneksel konstrüksiyonlu motorlar
 Top (sepet) sargılı motorlar
 Oynar bobin motorlar
 Doğru akım tork motorlar
o Seri / şönt motorlar (compound motorlar = bileşke alanlı motorlar)
• Hibrit motorlar
o Step motorlar
 Küçük açılı
• Sabit mıknatıslı
• Relüktans
 Sabit mıknatıslı
 Relüktans
o Fırçasız doğru akım motorları
o Değişken frekanslı motorlar
 Senkron motorlar
• Sargılı rotorlu
• Sabit mıknatıslı
 İndüksiyon motorlar
o Senkron faz kilitlemeli motorlar

1.2.1. ALTERNATİF AKIM MOTORLARI

Alternatif akım ile çalışan elektrik makinalarında manyetik döner alanlar oluşur. Şayet rotorun dakikada yapmış olduğu devir sayısı stator-döner alanının dakikada yaptığı devir sayısı ile aynı ise, böyle bir makineye senkron makine denilir. Rotorun devir sayısı döner alan devir sayısından küçük ya da büyük ise, bu tür makine asenkron makine olarak anılır (senkron eşlemeli; asenkron =eşlemesiz).

1.2.1.1. ASENKRON (İNDÜKSİYON) MOTORLARI

1.2.1.1.1.BİR FAZLI ASENKRON MOTORLAR

Bir fazlı asenkron motorlar, üç fazlı asenkron motorlar gibi stator ve rotor olmak üzere iki ana kısımdan oluşur.Bir fazlı asenkron motorlar kendi aralarında yardımcı sargılı ve gölge kutuplu motorlar olmak üzere iki gruba ayrılırlar.


1.2.1.1.1.1. BİR FAZLI YARDIMCI SARGILI MOTORLAR

Bir fazlı yardımcı sargılı motorlarda, stator sargıları bir ana sargı (çalışma sargısı) ile yardımcı (yol verme) sargıdan oluşur. Ana sargı; omik direncinin küçük olması için kalın kesitli iletkenlerden yapılır. Ayrıca reaktansının büyük değerde olması için de hem alt kata yerleştirilir, hem de sarım sayısı yardımcı sargıdan daha fazladır. Yardımcı sargı ise; ince kesitli olup omik direnci ana sargıya göre daha fazladır ve üst kata yerleştirilir.

Motor yol aldıktan sonra yardımcı sargıyı ana sargıdan ya da devreden çıkarmak için genellikle rotorun üzerinde merkez kaç kuvveti ile çalışan anahtar sistemi bulunur. Bu sistemi olmayan motorlarda yardımcı sargıyı ayırma işlemi manyetik röle ile ya da özel yol alma şalterleri ile yapılır.

Bir fazlı yardımcı sargılı asenkron motorlarda ana sargı ve yardımcı sargıları aralarında 90° elektrik faz farkı bulunacak şekilde statora yerleştirilir. Bir fazlı asenkron motorlar indüksiyon prensibine göre çalışır.

Özel Yol Verme:

Start şalteri (motora hem yol vermek, hem de motoru devamlı çalıştırmak için kullanılan şalter) Şekil 1-2 a da görüldüğü gibi üç kutuplu ve üç konumludur. O durumunda iken kontakların hepsi açıktır. Motoru çalıştırmak için şalterin kolu tamamen sağa çevrilip start (yol verme) durumuna getirilir ( Şekil 1-2 b) Bu anda kontakların hepsi kapanır. Ana ve yardımcı sargı devreye girdiğinden motor yol almaya başlar. Devir sayısı yükseldiğinde şalter kolu bırakılır. Yay etkisi ile kol I konumuna gelir Şekil 1-2 c de görüldüğü gibi, yardımcı sargıyı bağlayan kontak ayrılır ve yardımcı sargı devre dışı edilir. Diğer kontaklar kapalı kaldığından motor yalnız ana sargı ile dönmesine devam eder.


[Link'i Görebilmeniz İçin Kayıt Olunuz.! Kayıt OL]
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 uçlarının yeri veya ana sargı uçlarının yeri değiştirilir. Şekil 1-3 a daki bağlantıda, her iki sargıdan geçen akım yönü aynıdır( Örneğin,motor sağa dönüyor). Şekil 1-3 b de yardımcı sargı uçları değiştirildiğinde yardımcı sargı akım yönü, ana sargı akım yönüne ters olacağından döner alanın yönü değişir ve motor bu sefer sola döner.


[Link'i Görebilmeniz İçin Kayıt Olunuz.! Kayıt OL]
Şekil 1-3 Bir fazlı yardımcı sargılı motorların devir yönünün değiştirilmesi


1.2.1.1.1.1.1. KONDANSATÖRLÜ MOTORLAR

Sargı yastıklarının üçünde de farklı gerilimler oluştuğu için üç fazlı bir motorun tek fazlı akım şebekesinde işletilmesi sakıncalı olmaktadır. Bundan dolayı tek fazlı akım şebekesi için çift sargısı bulunan kondansatörlü motorlar geliştirilmiştir.


[Link'i Görebilmeniz İçin Kayıt Olunuz.! Kayıt OL]
Şekil 1-4 Kondansatörlü motorun sargı planı



[Link'i Görebilmeniz İçin Kayıt Olunuz.! Kayıt OL]
Şekil 1-5 Kondansatörlü motorun sargıları

Kondansatörlü motorlarda stator üzerinde bir UV ana sargısı ve bir WZ yardımcı sargısı bulunur. Ana sargı yol vermeli motorda olduğu gibi stator oluklarının 2/3’üne döşenmiştir. Geri kalan 1/3’lük oluklara yardımcı sargı sarılır (Şekil 1-4 ve 1-5). Yardımcı sargı tek parça halinde ise kondansatör sargıdan önce (Şekil 1-6); çift parça halinde ise sargılar arasına bağlanır. Rotorun dönme yönünü değiştirmek için yardımcı sargı üzerindeki akım yönü çevrilir. Kondansatör ile yardımcı sargı bir seri - salınım devresi oluşturduğundan, kondansatör uçlarında bulunan gerilim şebeke gerilimlerinden büyük olur ve bu gerilim motorun boşta dönmesi anında en büyük değerine ulaşır. Kondansatörlü bir motorun kondansatörü ortaya çıkacak en büyük gerilime göre değerlendirilmiş olmalıdır.

Kondansatör kapasitesi ne kadar büyük olursa, kondansatörlü motorun çekme momenti o kadar büyük olur. Diğer bir yönden, kapasitenin büyük olması yardımcı sargının daha çok akım çekmesine ve ısınmasına neden olmaktadır. Bu nedenle bu tür motorların bir çoğunda özel yol verme kondansatörleri kullanılır. Motor devir aldıktan sonra yol verme kondansatörü ya el ile ya da merkezkaç kuvveti ile çalışan bir şalter üzerinden akım devresinden çıkarılmaktadır. Motor anma gücünün kW’ı başına yol verme kondansatörünün 4 kvar’lık bir tepkin güç çekmesi zorunludur. Buna karşın işletme kondansatörleri sürekli devrede kalır. İşletme kondansatörlerinin çekmeye zorunlu olduğu tepkin güç, motor anma gücünün kW’ı başına, 1,3 kvar kadardır. Kondansatörlü motorlarda, ya bir işletme kondansatörü, ya bir yol verme kondansatörü ya da her ikisi birden bulunabilir. Kondansatörlü motorlar uygulamada santrifujlu çamaşır sıkıcılarda, brülörlerde, mutfak makinelerinde, bazı elektrikli aletlerde ve teyplerde (ses kart aygıtı) kullanılmaktadır.


[Link'i Görebilmeniz İçin Kayıt Olunuz.! Kayıt OL]
Şekil 1-6 Yardımcı sargısı tek Şekil olan tek fazlı bir motor devresi


[Link'i Görebilmeniz İçin Kayıt Olunuz.! Kayıt OL]
1-7 Yardımcı direnç sargısı parçalı bir kondansatörlü motor

Kondansatörlü motorlar da kendi aralarında farklı türlere ayrılırlar:

1. Kondansatör Başlatmalı Motorlar

 Kondansatör sadece kalkış sırasında 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 büyük değerli kondansatör merkezkaç şalteri devreden çıkar, daimi kondansatör devrede kalır.
 Monofaz motorların daha yüksek güçte olanları bu tiptir.

1.2.1.1.1.1.2. YARDIMCI DİRENÇ SARGISI OLAN TEK FAZLI MOTORLAR

Bir kondansatörlü motorun kondansatörü, örneğin 10 ohmluk bir direnç ile değiştirilip, motor tek fazlı bir akım şebekesine bağlanırsa rotorun döndüğü görülecektir. Nitekim, motora direnç üzerinden verilen akım ile direkt verilen akım arasında bir faz farkı oluşmaktadır. Tıpkı kondansatörlü motorda olduğu gibi bu motorda da eliptik bir döner alan ortaya çıkar. Ana sargısı ve yardımcı sargısı kondansatörlü motorlarda olduğu gibi tertiplenmiş olup (Şekil 1-4) direnç elemanı yardımcı sargı içine yerleştirilmiştir. Bugün uygulamada, bu tür motorların yardımcı sargıları direnç telinden sarılmaktadır. Bu amaç için genellikle Bifilar yardımcı sargı yöntemi kullanılır.Bifilar sarma yönteminde yardımcı sargının 2/3'lük miktarı bir yönde ve geri kalan 1/3’lük miktarı ise aksi yönde sarılır. Bifilar yardımcı sargı içinde manyetik etkinin bir kısmı yok olur, ancak sargının etkin direnci değişmez kalır. İçinde yardımcı direnç sargısı bulunan motorlar, terminallerinden direkt olarak akım şebekesine bağlanabilir (Şekil 1-7). Bunlar kondansatörlü motorlardan daha ucuzdur, ancak verimleri daha düşüktür. Bu motorlar kondansatörlü motorlar gibi aynı amaçlarla ve özellikle buzdolaplarında kullanılmaktadır.

1.2.1.1.1.2. GÖLGE KUTUPLU MOTORLAR

Gölge kutuplu bir motorun statorunda son derece düzgün profili ve dışarıdan fark edilemeyen kutuplar bulunur. Bu kutuplardan küçük bir kısmına içe doğru yarıklar açılmış ve bu yarıkların iç kısımlarına kısa-devre bilezikleri oturtulmuştur. Bu kısadevre bilezikleri (ya da sargıları) stator sargıları ile birlikte sekonderi kısadevre edilmiş bir transformator gibi düşünülürse, bu tür bir motorun çalışması kolayca anlaşılır. Stator sargısından akım geçmesiyle oluşan manyetik alan çizgilerinin bir kısmı yarıklarda bulunan bilezikler içinden de geçer. Bilezikler kısadevre durumunda olduğu için stator üzerindeki akı kaçakları büyük olur.


[Link'i Görebilmeniz İçin Kayıt Olunuz.! Kayıt OL]
Şekil 1-8 Gölge-kutuplu motor

Bunun sonucu stator sargısından geçen akım ile kısadevre bileziklerinden geçen akım arasında bir faz farkı ortaya çıkar. Birbirine göre faz farklı bu iki akım, birbiri ardından hareketli kutupları olan bir manyetik alan üretir. Simetrik olmayan bu değin bir döner alan bir kısadevre - rotorunu döndürür . Kısadevre rotoru manyetik sert bir malzemeden yapılmış ise (Histerisis rotoru), bu halde bu motor yol aldıktan sonra bir senkron motor gibi dönüşüne devam eder.

Gölge kutuplu motorlarda dönüş yönü daima ana kutuptan, yarık kutba doğrudur. Dönüş yönü değiştirilmek istendiğinde, yatak burçları ve rotor çıkartılır ve değişik yönde tekrar yerlerine takılır. Dönüş yönü sürekli olarak bir şalter ile ayarlanmak isteniyorsa, ikinci bir kısadevre sargısının daha bulunması zorunludur. Gölge kutuplu motorların verimleri düşüktür. 1 W - 250W arasında küçük güçler için yapılırlar ve pikaplarda, teyplerde, ısıtıcı vantilatörlerinde ve meyve sıkıcılarda çok sık kullanılırlar.