Bandra - Mehmet Akgüç Stator Sargıları
Üç fazlı asenkron motorların statorlarına yerleştirilen üç faza ait bobinlerin sarılışları ve oluklara yerleştirilişlerine göre ,çeşitli sargı tipleri vardır.Genel olarak stator sargıları ,1.EL SARGI(spiral sargı), 2.KALIP SARGI (gabari sargı veya amerikan sargı) olmak üzere iki tiptir.Sıra ile bu sargıları inceleyelim.
.El sargı:
6 oluklu ,2 kutuplu ,3 fazlı bir statoru ele alalım.Her faza ait 2 oluk olduğu için her fazda bir bobin vardır.
I.faz bobininin başlangıç ve son uçları,U-X
II.faz bobininin başlangıç ve son uçları,V-Y
III.faz bobininin başlangıç ve son uçları,W-Z
Stator 12 oluklu olursa,bir faza ait oluk sayısı 4 ve bobinin bir kenarına düşen oluk sayısı da 2 olur.Bu bobin şekil 3.11 (a) da görüldüğü gibi ,iç içe iki bobin şeklinde yerleştirilebilir.Bu bobin iki bobin halinde şekil 3.11 (b) deki gibi de yerleştirilir.
12 oluklu 3 fazlı,2 kutuplu statora her faza ait iki bobin yerleştirilişi şekil3.11 ( c) de görülüyor.
.Kalıp sargı(gabari sargı):
Kalıp sargıda bobinlerin adımları aynıdır.El sargıda bobin grubunu meydana getiren bobinlerin adımları farklı olduğu halde (içi içe meydana gelen gruplarda olduğu gibi) kalıp sargıyı meydana getiren bobinlerin adımları birbirine eşittir.Bobin grupları eşit adımlı bobinlerden meydana gelir.
Kalıp sargı bobinin bir kenarı birinci katta ise ,ikinci kenarı ikinci kata (bobinin bir kenarı altta diğer kenarı üstte ) gelecek şekilde stator oluklarına yerleştirilir.
Bobin sayısı stator oluk sayısının yarısına eşit olan kalıp sargılara “Yarım Kalıp Sargı” denir.Yarım kalıp sargıda statorun her oluğunda bir bobin kenarı bulunur.
Bobin sayısı stator oluk sayısına eşit olan kalıp sargılara “Tam Kalıp Sargı” denir.Tam kalıp sargıda statorun her oluğunun iki bobin kenarı bulunur.
Stator oluğundaki bobin kenarı sayısına göre yarım kalıp sargılara “Tek Katlı Kalıp Sargı”, tam kalıp sargıya da “Çift Katlı Kalıp Sargı”adlarıda verilir.
Rotor Sargıları
Kısa Devreli Rotor Sargıları Sincap Kafesli Rotor Sargıları:
Saç paketlerinden yapılan rotorun yüzeyine açılmış olan çeşitli şekillerdeki olukların içine her iki taraftan biraz taşacak şekilde bakır veya pirinç çubuklar yerleştirilir.Çubuklara uygun delikler açılmış iki bakır veya pirinç halka ,rotorun iki tarafından çıkan çubuklara takılır.Sert lehim veya kaynakla çubuklar halkalara iyice tutturulur.Böylece rotor çubukları iki taraftan kısa devre edilmiş olur.Şekil 4.1 de çeşitli kısa devreli rotorlar görülüyor.Bu tip motorlara Sincap kafesli rotorlar da denir.Genellikle rotor sincap kafesi alüminyum pres döküm olarak yapılır. Rotorun iki tarafındaki kısa devre halkalarına küçük kanatlar döküm sırasında eklenir.Bu kanatçıklar ,motor çalışırken hava akımı meydana getirerek soğumayı sağlar.Alüminyum pres dökümle yapılan sincap kafes sargıları eksiz olduklarından tercih edilirler.
Rotor oluk sayısı stator oluk sayısına eşit olduğunda motor kalkınmaz.Genellikle rotorun herhangi bir durumunda rotor oluklarının karşısına statorun oluk dişlerinin gelmesi kaçak akıyı arttırır.bu da motorun kalkınma ve çalışma karakteristiğini düzeltir. Şu halde ,rotor oluklarının sayısı hiçbir zaman stator oluk sayısına eşit olmamalıdır.Rotor oluk sayısı stator oluk sayısının %70 ile %85 i veya %115 ile %120 si kadar olması iyi netice verir.
Manyetik sesleri azaltmak ve iyi kalkınma momenti elde etmek için rotor olukları mile paralel olarak değil,meyilli olarak açılarak pres alüminyum dökümle kısa devre sargıları yapılır.
Bilezikli Rotor Sargıları
Bilezikli rotorların oluklarına stator oluklarına yerleştirilen üç fazlı sargılar gibi ,üç fazlı sargılar yerleştirilir.Rotor oluklarına yerleştirilen üç fazlı sargılar yıldız veya üçgen bağlandıktan sonra çıkarılan üç uç rotor milindeki bileziklere bağlanır.Bilezikli rotorlara üç fazlı dengeli bir sargının sarılabilmesi için rotor oluk sayısının uygun olması gerekir.Bir kutbun altında bir faza ait oluk sayısı (yan yana gelen renk sayısı)tam sayı olan sargılar tercih edilmelidir.Bu arada rotor oluk sayısının stator oluk sayısına oranı, kısa devreli rotorlarda belirtildiği gibi %70 ile %85 veya %115 ile %120 sınırları içinde olmalıdır.
Asenkron Motorun Boş Ve Yüklü Çalışması
Motorun Boşta Çalışması:
Kısa devre rotorlu veya sargılı rotorlu bir asenkron motoru üç fazlı şebeke emk’i uygulandığında,stator sargılarından geçen üç fazlı alternatif akım döner manyetik alan meydana getirir.Kısa devreli rotor veya sargıları kısa devre edilmiş sargılı rotor ,döner alanın yönünde nr devri ile dönmeye başlar.Motorun mili üzerinde yük olmadığı için rotorun devri döner alanın devrine çok yakın olur.Rotor yaklaşık olarak boşta ,döner alandan %1 kadar daha düşük devirle döner.Yani rotor S=%1 kayma ile döner.S kayma ile dönen rotorda indüklenen faz emk2i (Er=S.Ekr) volttur.Rotor emk’inin ve rotor sargılarından geçen akımların frekansı (fr=S.f) Hz dır.Rotorun bir fazının eykin direnci gene aynı Rr ohmdur.Rotorun bir fazının kaçak reaktansı ,kilitli rator reaktansının S katına eşittir,(Xr=S.Xkr).S küçük olduğu için bu durumda ,rotorun etkin direnci Rr ,kaçak reaktanstan Xr daha büyük olur.
Rotorun empedansı,Zr=√Rr2 + Xr2 =[√Rr2 +(S.Xkr)2]
Empedansın açısı da,θr=arctg(S.Xkr / Rr) ≅ 0º
Rotorun güç katsayısı Cosθr≅ 1 olur.
(nr) devri le dönen motorun rotor akımı Ir = S.Ekr / [√ Rr2 + (S.Xkr)]
formülü ile bulunur.Rotor sargılarından geçen bu akımların meydana getireceği rotor manyetik alanıda rotorun döndüğü yönde döner.Rotorun kutup sayısı 2P, rotor akımlarının frekansı (fr=S.f) olduğuna göre ,rotor alanının devie sayısı,
n2=60.fr / P veya n2 = 60.s.f / P (devir/dakika )
n2 =(60.f /P).S n2 =S.ns formülü ile bulunabilir.
Rotorun devir sayısı ile rotorla aynı yönde dönen rotor döner alanının devir sayısını (n2) toplayalım.
nr + n2b= ns(1-S) + S.ns
nr + n2 = ns
Şu halde ,rotorun devri ile ile rotor alan devrinin toplamı stator (ana) döner alanın devrine (senkron devire) eşittir.
Boşta döner alanın devrine yakın bir devirle dönen rotorun sargılarında endüklenen emk’ler küçük olduğu için rotor sargılarından geçen akımlar da çok küçük olur.Dolayısıyla ,rotorun manyetik akısı veya rotor kutuplarının akısı çok küçük olur.Rotorun zayıf manyetik akısının statorun döner alanını zayıflatmasıda ihmal edilebilecek b ir değerfde olur.B u sebeple boşta çalışan asenkron motorlar şeb ekeden normal akımlarının (tam yük akımlarının) % 15’ i ile % 50 ‘i kadar akım çekerler.
Stator ilr rotor arasındaki hava arlığından dolayı asenkron motor boşta ,tr5ansformatörlere göre daha büyük mıknatıslama akımı çeker.Motor şebekeden statorun demiğr ve rotorun sürtünme kayıplarını karşılamak için küçük değerde watlı akım (akımın enerji bileşeni) çeker.Motorun şebekeden çektiği akımın enerji bileşeni (watlu akım) reaktif bileşeninden (mıknatıslama akımı) çok küçüktür.B u sebeple motorun boştaki güç katsayısı 0,1 – 0,2 veya 0,3 gibi küçük bir değer olur.
Aenkron motorun boş çalışma vektör diyagramı ,trafonun yüklü çalışma vektör diyagramına benzetilerek ,şekil 6.3 de görüldüğü gibi ,çizilebilir.
Motor şebekenin U faz geriliminden geride Io akımını çeker. Io akımı,Im mıknatıslama akımı ile Iw watlı akım bileşenlerinin toplamına eşittir.Io ‘ın meydana getirdiği Øs döner manyetik akı stator sargılarında e zıt emkj’lerini ,rotor sargılarında da Er faz emk’ini indükler. Er emk’i rotorun faz empedansında düşer.Er = Ir.Rr + Ir.Xr
Rotor sargılarından geçen I, faz akımının meydana getirdiği manyetik akının etkisini karşılamak için stator şebekeden Ir akımını çeker.Motorun şebekeden çektiği faz akımı Is,Ir, ve Io akımlarının vektöriyel toplamına eşittir.
Motorun Yüklü Çalışması:
Boşta % 1 kayma ile çalışan bir asenkron motorun miline yük bindikçe,rotorun devri azalır ve rotorun kayması büyür.Döner alanın rotor sargılarını kesme hızı artar.Dolayısıyla ,rotorda endüklenen faz emk!i büyür.Yük altındaki S1 kaymasına göre rotor faz emk ‘i Ee =S1.Ekr
Rotor faz empedansı,Zr= [√ Rr2 + (S1.Xkr)2]
Rotor faz farkı, Ir = S1.Ekr / [√Rr2 +(S1.Xkr)2] olur.
Kısa devre veya sargılı rotordan geçen faz akımları büyür.Rotor kutuplarının manyetik akısı artar.Rotor kutupları döner alan kutuplarının meydana getirdiği manyetik akıları daha fazla zayıflatır.Hava aralığındaki döner manyetik akı zayıflayınca ,stator sargılarında indüklenen zıt emk’ler küçülür.Motorun şebekeden çektiği akım artar.Şu halde ,motorun miline konan yük arttıkça motorun şebekeden çektiği faz akımları da artar.Asenkron motorun tam yük vektör diyagramı şekil 6.4 de görülüyor.
Asenkron Motorlarda Güç Ve Verim
Güç:
Asenkron motorun eşdeğer devresini yeniden çizelim.Rotorun stator terimlerine göre etkin faz direnci a2.X yerine X2 yazalım.asenkron motorun eşdeğer devresi şekil 8.1 de görülüyor.Bu devre ,üç fazlı asenkron motorun bir fazının eşdeğer devresidir.Devreye uygulanan gerilim U de faz gerilimidir.Hesaplamalarda bulunan değerler faz değerleridir.
a)Motor giriş gücü:
Üç fazlı asenkron motora uygulanan üç fazlı şebşkenin fazlar arası gerilimi /U ve faz nötr gerilimi (faz gerilimi) U volt,motorun şebekeden çektiği hat akımı I vegüç katsayısı da cosφ olduğuna göre ,motorun şebekeden çektiği güç veya motor giriş gücü,
P = √ 3.U.I.cosφ W(watt) (1)
.Motorun çektiği güç,bir fazın çektiği gücün 3 katı alınarakta bulunur.
P = 3.U.I.cos φ dir. (2)
b)Rotor giriş gücü,rotor bakır kaybı ve rotor çıkış gücü:
Motorun şebekeden çektiği güçten ,stator demir ve bakır kayıplarını çıkarırsak geriye kalan güç rotor giriş gücüdür.Asenkron motorun boşta (yüksüz) çalışma deneyi ile statorun demir kayıpları ve rotorun sürtünme kayıplarının nasıl bulunduğunu öğrenmiştik.Boşta çalışan bir asenkron motorda rotora giriş gücü,sürtünme ve rüzgar kayıplarına eşittir.
S kayma ile milindeki yükü taşıyan bir asenkron motorda rotor giriş gücü,
Protor giriş = Pmotor giriş – Psta. fe -Psta. Cu
Motorun şekil 8.1 deki eşdeğer devresinin empedansı,
Ze = [√ [ Rs +R2 + R2 /(1-S)]2 + (X+ X2 ) ] (3)
R2 + [R2 / 2](1-S) =R2 /S ifadesini yukarıdaki formüşde yerine koyalım.
Ze =√ [(Rs + R2 /S)2 + (X +X2 )2] (4)
bulunur.Devreye uygulanan faz gerilimi Uf olduğuna göre devreden geçen akım Is,
Is = Uf / √[ Rs +R2 R2(1-S)/S]2+ ( X + X2 )2 (5)
[ R2 + R2(1-S) / S ] motorun eşdeğer etkin direnci ,X2 de rotorun kaçak reaktansı olduğuna göre ,rotor giriş gücü,
Pr.g = Is2 [R2 + R2 (1-S) / S ] =I2 .R2 /S (6) bulunur..Is2 ‘ yi parantez içindeki ifade ile çarpalım.
Pr. giriş = Is2 .R2 + Is2 .R2 ( 1- S ) /S (7)
(7) deki birici terim ( I2 .R2 ) rotor bakır kaybını; ikinci terim Is2.R2( 1- S) / S rotor milinden alınan gücü verir.
Pr.cu = Is2 . R2 watt / faz
Pr. çıkış = Pr. mek = Is2.R2 ( 1-S) / S watt / faz (9) nolu ifadeyi değişik şekilde yazalım.
Pr. çık = Is2 . R2 / S ( 1- S ) (10) sonra Is2.R2 / S yerine Pr. giriş yazalım
Pr. çıkış = Pr. giriş (1-S) W/faz (11)
Rotora giriş gücü , ( 1-S) ile çarpılınca rotor çıkış gücü (rotordan alınan güç) bulunur. .(11) nolu ifadeden, Pr.çıkış = Pr.giriş – S.Pr.giriş yazılır.Rotor giriş gücünden rotor çıkış gücünü çıkarınca geriye kalan güç, rotorun bakır kayıplarını verir.
Şu halde ,( S.Pr.giriş ) rotor bakır kaybıdır.
Pr.cu ( rotor bakır kay ) = S.Pr.giriş (12)
(9) nolu formüldeki I2 yerine ,(5) nolu ifadededki geğerini koyalım.
Pr.çıkış = [ U12 .R2.( 1-S ) / S ] / ( [ R + R2 + R2 ( 1-S ) / S ]2 + (Xs+ X2 )2) (13)
(13) nolu formül oldukça uzundur.Bu formülün paydası yerine Ze2 yazarak sadeleştirelim
Pr. çıkış= U12 .R2(1-S) /S .Ze2 W/ faz (14)
Şekil 8.1 deki eşdeğer devreyi basitleştirerek yeniden çizelim.Şekil 8.2 rotor milindeki mekanik yük ,eşdeğer elektrik devrede kayma ile deĞişen omik bir direnç olarak gösterilmiştir.
(13) ve (14) nolu formüller rotorun milinden alınan gücü verir.Motorun milinden alınan güç kaymaa şle değişir.Şekil 8.2 deki eşdeğer devrede değişken yük direncinden alınan gücün maksimum olması için yük direncinin devrenin empedansına (Zel)eşiit olması gerekir.Şu halde,
R2 / S (1-S) = √[(Rs + R2 )2 + ( Xs + X2 )2 ]= Zel (15)
(15) nolu ifadeden maksimum çıkış gücünün elde edilebileceği kayma değeri bulunabilir.
SP maks = R2 / (Zel + R2 ) (16)
Verim:
Asenkron motorun şebekeden çektiği gücün, yüzde kaçının motorun milinden mekanik güç olrak verim gösterir.
Verim=(alınan güç / verilen güç)*100
η=(Pa / Pv ) *100 (17)
Verilen güç ile alınan güç arasındaki fark toplam kayıplardır.Asenkron motorlarda kayıplar ,stator demir kaybı ,stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun sürtünme ve rüzgar kaybından ibarettir.Motorun kayıpları deneyle ve hesaplamalarla bulunabilir.
Asenkron motorun şebekeden çektiği güç hassas olarak vatmetrelerle ölçülebildiği halde,motorun milinden alınan mekanik güç aynı hassasiyetle ölçülemez.Bu yüzden bir motorun verimini bulmak için kayıpların hesaplanması yolu tercih edilir.
η =[( Pv-Pkayıplar ) / Pv] *100 =(1-Pkay / Pv ) *100 (18)
Bir Fazlı Motorlar
Çok geniş kullanma sahası olan küçük motorlar bir fazlı olarak yapılırlar.Bir fazlı motorlar genellikle bir beygir ve daha küçük güçte olurlar.Evlerde kullanılan elektrikli cihazların motorları bir fazlıdır.Bir çok iş yerlerinde ,çiftliklerde ,bürolarda çok değişik tipte ve güçte bir fazlı motorlar kullanılırlar.
Bir fazlı motor çeşitleri şunlardır:
1)Üniversal motor(seri motor)
2)Yardımcı sargılı motor
3)Yardımcı kutuplu (gölge kutuplu) motor
4)Relüktans motor
5)Repülsiyon motor
6)Küçük senkron motor
Bir fazlı motorları sıra ile incelerken ,motorun yapısı ,çalışması ,özellikleri ve kullanıldığı yerler anlatılacaktır.
Üniversal Motor(Seri Motor)
Yapısı:
Üniversal motor doğru akım seri motoruna benzer. Statoru saç paketlerinden çıkıntılı kutuplu olarak yapılmış,kutuplara kutup bobinleri yerleştirilmiştir.Rotor doğru akım makinesi endüvisi gibidir,saç parçalarından yapılmıştır.Rotor oluklarına yerleştirilen sargılar D.A endüvi sargılarının aynıdır.
Çalışma Prensibi:
Üniversal motora bir fazlı alternatif emk uyguladığımızda statordaki kutup bobinlerinden ve endüvi sargılarından alternatif akım geçer.Kutup bobinlerinden geçen akım manyetik alan meydana getirir.Kutupların meydana getirdiği manyetik alanın içinde bulunan endüvi sargılarından akım geçince “manyetik alanın içinde bulunan bir iletkenden akım geçtiğinde ,iletken manyetik alanın dışına doğru itilir” prensibine göre endüvi oluklarındaki iletkenler itilir. Endüvi dönmeye başlar.
Özellikleri:
Üniversal motorların devirleri D.A seri motorlarında olduğu gibi yükle değişir.Boştaki devir sayıları çok yüksektir.Devirleri 15000- 20000 d/d kadar çıkar.Boşta devir sayısını sınırlayan sürtünme ve rüzgar (vantilasyon) yüküdür.Küçük güçlü motorların endüvi çaplarının 3-5 cm gibi küçük olması yüksek devir sayısının santrifüj etkisini azaltır.
Üniversal m otor D.A la çalıştığında “devir sayısı-yük”karekteristik eğrisinden biraz düşük olur.Bazı motorlarda A.A ve D.A “devir- yük eğrileri birbirini keser.Yükle devir sayısının değişmesi D.A da a)motor yüklendikçe endüvi
ve endüktör dirençlerinde düşen gerilimlerin artması devir sayısını azaltır, b)motor yüklendikçe endüvüden geçen yük akımın sebep olduğu endüvü reaksiyonu hava aralığındaki manyetik akıyı azaltır.Bu da devir sayısının yükselmesine sebep olur.
Seri motorlarda (üniversal motorlarda) devir sayısını veren formülü ,doğru akım makinalarından hatırlayarak yazalım.
Ra=endüvi direnci Ø=manyetik akı
n=[U-I(Ra + Rs)] / k.Ø U=motora uygulanan gerilim n=motorun devir
R=seri endüktör direnci sayısı
I=motordan geçen akım
k=katsayı
Üniversal (seri)motor alternatif akım ile çalışırken motor yüklendikçe,yukarıda açıklanan iki etkiden başka üçüncü bir etkide devir sayısıını değiştirir.Endüvi ve endüktörün reaktif dirençlerinin sebep olduğu reaktif gerilim düşümleri endüviye uygulanan gerilimi düşürür.Böylece ,alternatif akımla çalışan seri motor yüklendikçe devir sayısı ,doğru akımla çalışırkenki devir sayısından daha düşük olur.
Yük altında çalışan bir üniversal motorun devir sayısı ,motora uygulanan gerilimi değiştirerek ayarlanır.Bir üniversal motorun yalnız endüvisinin uçlarını veya yalnız endüktörün uçlarını değiştirerek ,devir yönü değiştirilir.Üniversal motorun devir yönün değiştirilişi şekil 11.4 de görülüyor.
Üniversal motorlar 1/500hp ile 2/3 hp arasında çok değişik güçte yapılırlar.
Kullanıldığı yerler:
Üniversal motorlar çok çeşitli yerlerde kullanılırlar.Yüksek devirleri sebebiyle elektrik süpürgelerinde tercih edilirler.Evlerde kullanılan kahve değirmenlerinde, mikserlerde,vantilatörlerde kullanılırlar.
Üniversal motorların yüksek devirleri dişli tertibatı (dişli kutusu)ile düşürülerek kullanılmalarına örnek,elektrikli breyizler(matkaplar)dır.
Dikiş makinalarında ,saç kurutma makinalarında ,elektrikli traş makinalarında ,sirenlerde ,seyyar taşlama ve zımpara makinalarında üniversal motorlar kullanılırlar.
