asenkron motorlar - KLU

1
ELEKTRİK MAKİNELERİ II
ELEKTRİK MAKİNELERİ II
YILSONU NOTU
KATKI ORANLARI
Dersin Adı
Dönemi
Dersin Kredisi
AKTS
Elektrik Makineleri II
Bahar Dönemi
4+0
5
Başarı Değerlendirmesi
Yılsonu Notuna Katkısı
Vize (Ara) Sınav
%30
2 Tane Kısa Sınav
%10
Deney Föyü ve Uygulamalar
%10
Final Sınavı
%50
2
ELEKTRİK MAKİNELERİ
DERS İÇERİĞİ
Haftalık Ders Planı
I.Hafta
Asenkron Makineler ile ilgili genel tanım ve kavramlar.
ASM’ların kullanıldıkları yerler, motor seçimi
ARA
SINAV
II.Hafta
Asenkron makinenin (ASM) yapısı, ve döner manyetik
alanın meydana gelişi, çalışma prensibi kayma.
X.Hafta
1 fazlı ASM çeşitleri; yardımcı sargılı ASM, gölge kutuplu
motorlar
III.Hafta
ASM stator sargıları, 3 fazlı ASM sargılarının yapısı
ve tasarımı
XI.Hafta
Üç fazlı senkron jeneratörler (SG) yapıları, çalışma
prensipleri, SG de elde edilen emk, SG in uyarılması, gerilim
regülasyonu, örnek problem çözümleri.
IV.Hafta
ASM stator ve rotor sargılarında indüklenen elektro
motor kuvvetin (emk) in hesaplanması
XII.Hafta
Senkron generatörlerde güç, kayıplar ve verim
V.Hafta
Asenkron motorun boşta ve yüklü çalışması, eşdeğer
devrelerin elde edilmesi
XIII.Hafta
Senkron generatörlerin paralel çalışması ve yük paylaşımı.
VI.Hafta
ASM da güç, döndürme momenti, verim, konu ile ilgili
problem çözümleri
XIV.Hafta
Senkron motorların (SM) yapısı, SM lara yol verme
yöntemleri, eşdeğer devreleri, SM’ da V eğrileri
VII.Hafta
ASM da yol verme yöntemleri, devir sayısı ayarı
metotları, ASM’ nin çalışma modları
XV.Hafta
SM da güç, güç açısı, döndürme momenti, güç katsayısının
düzeltilmesi, SM da salınım, örnek problem çözümleri. Sabit
mıknatıslı senkron motorlar ve SM ların kullanım yerleri. 3
VIII.Hafta
1 fazlı ASM çeşitleri; yardımcı sargılı ASM, gölge
kutuplu motorlar
FİNAL
SINAVI
08-14 Nisan 2017
05-16 Haziran 2017
4
GENEL TANIM VE KAVRAMLAR
ASENKRON MAKİNELER – Motor ve Makine Kavramı
• Mekanizma: Belli bir sonuca ulaşmak için karmaşık bir biçimde düzenlenmiş organ veya
parçalar birleşimi, sistem, düzenek. Mekanizmalar genellikle hareketli bileşenlerden
oluşur.
• Makine: Bir makine; herhangi bir faaliyeti gerçekleştirmek amacıyla enerji kullanan bir
cihazdır.
• Daha farklı bir tanımda makine; herhangi bir enerjiyi başka bir enerji şekline dönüştüren
aletlerdir. Basit yada karmaşık çeşitli şekillerde makineler mevcuttur.
• Makineler iki gruba ayrılırlar.
 Kuvvet (enerji üreten) makineleri: Doğal kaynaklardaki mevcut enerjiyi, günlük
yaşamda ve endüstride kumanda edilebilir olarak kullanılabilir hale getiren
makinelerdir.
 İş makineleri
5
ELP-13204 Elektrik Makineleri II
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
ASENKRON MAKİNELER – Motor ve Makine Kavramı
Çıkrık (Yün eğirme, iplik
üretimi, kuyudan su çekme)
Çark ve Dişliler (Mekanik saatler, buharlı gemiler, hız ve moment ayarında)
6
ASENKRON MAKİNELER – Motor ve Makine Kavramı
Kayış kasnaklı sistemler
(hız ve moment ayarı, hareket dönüşümü,
merkezden tahrik sistemleri, otomatik kapılar)
Palanga, makara
(basit yük taşımacılığı, vinç)
Yelkenli araçlar
(rüzgar gücünün kullanımı)
7
ASENKRON MAKİNELER – Motor ve Makine Kavramı
Pervane
(Havacılık sanayinde, elektrik üretimi,
kuyudan su çekimi, değirmenler)
Flaplar ve Dümen
(Deniz ve hava
araçlarının
yönlendirilmesi)
8
ASENKRON MAKİNELER – Motor ve Makine Kavramı
Kaldıraç
(Basit yük taşımacılığı, el arabaları)
Kriko
(Yük kaldırma)
9
Vida
(Enerji aktarımı)
ASENKRON MAKİNELER – Motor ve Makine Kavramı
Yay
(Sıkıştırma Kuvveti)
Elektrik makinesi
(Enerji dönüşümü)
Pantograf
(Enerji aktarımı,
asansör)
10
ASENKRON MAKİNELER – Motor ve Makine Kavramı
Hidrolik makine
(Sıkıştırılmış Sıvı - Mekanik güç
dönüşümü)
Pnömatik makine
(Sıkıştırılmış Hava - Mekanik güç
dönüşümü)
Mekanik makine
(Mekanik – Elektrik güç dönüşümü)
Bilgisayar makinesi
(Enerji dönüşümü)
11
ASENKRON MAKİNELER – Motor ve Makine Kavramı
Dizel ve Benzinli makine
(Isı – Mekanik – Elektrik güç dönüşümü)
Isı pompası
(Isı enerjisi ile iş üretimi, soğutma tekniği)
Türbinler (Mekanik güç üretimi)
12
ASENKRON MAKİNELER – Motor ve Makine Kavramı
Saatler
(Elektronik ve mekanik)
Biyolojik Makine
(İnsan)
Elektronik malzemeler (Analog
dijital dönüşümler)
13
ASENKRON MAKİNELER – Motor ve Makine Kavramı
Chambers‘ın ansiklopedisinden basit makineler tablosu, 1728
Basit makineler daha karmaşık makineleri anlamada bilgi verir.
14
ASENKRON MAKİNELER – Motor ve Makine Kavramı
15
ASENKRON MAKİNELER – Motor ve Makine Kavramı
• Motor: Herhangi bir enerjiyi (elektrik, ısı, kimyasal, hidrolik vb.) yararlı mekanik
enerjiye dönüştürmek için kullanılan bir makinedir.
• Motorlar kuvvet makinalarıdır.
• Kuvvet makinaları yakacak maddelerini (kömür, benzin, motorin, LPG) veya doğal
enerji kaynaklarındaki (akarsular, rüzgar) enerjiyi mekanik enerjiye dönüştüren
makinelerdir.
• Taşıtlarda, jeneratörlerde kullanılan kuvvet makineleri ısı makinalarıdır.
Isı pompası çevrim şeması:
1. Yoğuşturucu (Kondansör)
2. Genişleme vanası (Kısılma
vanası olarak da rastlanabilir)
3. Buharlaştırıcı (Evaporatör)
4. Kompresör
16
ASENKRON MAKİNELER – AC Motorların Sınıflandırılması
17
ASENKRON MAKİNELER – Motor ve Makine Kavramı
• Motor; enerjiyi yararlı mekanik enerjiye dönüştürmek için tasarlanmış bir makinedir.
• Isı makineleri, içten yanmalı (benzinli ve dizel motorlar) ve dıştan yanmalı motorları
(buhar türbinleri) içine alan, ısı oluşturmak ve sonrasında hareket elde etmek için
bir yakıt yakarlar.
• Elektrik motorları elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürürler, pnomatik
motorlar sıkıştırılmış hava ve diğerlerini, kurmalı oyuncaklar elastik enerjiyi kullanır.
• Myosin (kasların kasılmasını sağlayan proteinler) gibi biyolojik sistemler hareket
üretmek için kimyasal enerjiyi kullanır.
18
ASENKRON MAKİNELER – Elektrik Makinesi
Elektrik Makinesi
• Bir elektrik makinesi mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmek, elektrik
enerjisini mekanik enerjiye dönüştürmek yada alternatif akımı bir gerilim
seviyesinden farklı gerilim seviyesine değiştiren aygıt için kullanılan genel isimdir.
• Mekanik olarak elektrik makineleri iki ana parçadan meydana gelir.
• Mekanik anlamda elektrik makinesinin dönen kısmı rotor ve elektrik makinesinin
duran kısmı statordur.
19
ASENKRON MAKİNELER – Elektrik Makinesi
Elektrik makineleri endüstride kullanım olarak enerjiyi değiştirme şekillerine göre üç
kategoriye ayrılır.
• Generatörler mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür.
• Motorlar elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürür.
• Transformatörler alternatif akımın gerilimini değiştirirler.
20
ASENKRON MAKİNELER – Elektrik Makinesi
•
•
•
•
Elektrik Generatörü
Elektrik generatörü, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren bir aygıttır.
Elektrik enerjinin mekanik enerjiye dönüşümü, elektrik motorları tarafından
gerçekleştirilir ve generatörler ile benzer özelliklere sahiptir. Aslınca çoğu motor
elektrik üretmek için mekanik olarak sürülebilir ve çok sıklıkla uygun generatörlerde
yapılabilir.
Generatör elektronları harici bir elektrik devresine doğru akmaya zorlar. Bu durum, su
akışını meydana getiren ama içeride su oluşturmayan bir su pompasına biraz benzer.
Ana güç olan mekanik enerjinin kaynağı pistonlu veya türbinli buhar makinesi, bir
türbine veya su çarkına düşen su, içten yanmalı bir motor, rüzgar türbini, el manivelası,
sıkıştırılmış hava yada herhangi bir mekanik enerji kaynağı olabilir.
21
ASENKRON MAKİNELER – Elektrik Makinesi
• Mekanik yada elektriksel olarak açıklanabilen generatörün iki ana kısmı vardır.
• Mekanik anlamda rotor, elektrik makinesinin dönen ve stator elektrik makinesinin
duran kısmıdır.
• Elektriksel anlamda endüvi (armatür), elektrik makinesinin güç üreten kısmıdır. Endüvi
(Armatür), rotor yada stator olabilir.
• Kutup, elektrik makinesinin manyetik alan bileşenidir.
• Manyetik alan, elektomıknatıs yada rotor veya statora monte edilmiş kalıcı mıknatıs
tarafından üretilebilir.
• Generatörler iki tipte sınıflandırılır.
 AC Generatörler
 DC Generatörler
22
ASENKRON MAKİNELER – Elektrik Makinesi
• Elektrik motoru: Elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren elektromekanik
sistemlerdir.
• Elektrik generatörlerinin tersi bir sürece sahip çoğu elektrik motoru, manyetik alan ve
akım taşıyan iletkenlerin etkileşimi yoluyla dönme kuvveti oluşturur.
• Motor ve generatörler benzerliğe sahiptir ve elektrik motorlarının bir çok çeşidi
generatör olarak yani tam tersi şekilde çalıştırılabilir.
• Elektrik motorları, endüstriyel fanlar, üfleyiciler ve pompalar, takım tezgahları, elektrikli
ev aletleri, elektrikli el aletleri ve disk sürücülere kadar uygulamalarda bulunur.
• AC motor ve DC motor olarak iki ana sınıfa ayrılmasına yol açan Doğru yada Alternatif
akım ile enerjilendirilebilirler.
23
ASENKRON MAKİNELER – Elektrik Makinesi
• Transformatör: Parçaları arasında bağıl hareket gerektirmeden elektrik enerjisini
manyetik kuplaj yoluyla bir devreden bir değerine aktaran makinelerdir.
• Genellikle iki veya daha fazla bağlantılı sargılardan ve çoğu durumda manyetik alanın
yoğunlaştığı bir nüveden oluşur.
• Alternatif akım uygulanmış bir sargı manyetik nüve üzerinde diğer sargıda gerilim
indükleyen zamana göre değişen bir manyetik akı meydana getirir.
• Primer ve sekonder sargılar arasındaki sarımların sayısı arasındaki değişken oran giriş
ve çıkış gerilimleri arasındaki oranı belirler. Bu yüzden gerilim devreler arasında
kademeli şekilde aşağı yada yukarı değerlere dönüştürülür.
24
25
ASENKRON MAKİNELER
ASENKRON MAKİNELER – Tanımlar
Asenkron Motorların Tarihçesi
•
•
•
•
Asenkron Motorların Tarihçesi
Döner manyetik alan fikri François Arago (Fransız) tarafından 1824 yılında
geliştirilmiş ve Walter Baily tarafından uygulandı. Walter Baily, akım kullanarak
etrafında dönen herhangi bir yük için uygun olmayan bir bakır disk yaptı. Bu, ilk
alternatif akım motoru olarak kabul edilir.
Döner manyetik alan fikrine dayanan pratik indüksiyon motorlar birbirinden habersiz
Galileo Ferraris (İtalyan) ve Nikola Tesla (Sırp) tarafından icat edildi. 1915’teki
otobiyografisinde Tesla, 1882 yılında döner manyetik alanı tasarladığını ve 1883
yılında döner manyetik alanı kullanan ilk indüksiyon motorunu icat ettiğini
yazmaktadır.
Ferraris 1885 yılında fikri geliştirerek ve 1888 yılında motor işleyişinin temellerini
detaylandırdığı araştırmasını Turin Royal Academy of Sciences’de yayınladı; Tesla,
aynı yıl motoru için US 381968 Patentini aldı.
Sincap kafesli indüksiyon motor bir yıl sonra Mikhail Dolivo Dobrovolsky (Rus)
tarafından icat edildi. Aynı zamanda ilk üç fazlı transformatörü icat etmiştir.
26
ASENKRON MAKİNELER – Tanımlar
Asenkron Motorların Tarihçesi
U.S. Patent 381968:
• Kademe kademe değişen elektrik motorunun
çalışma şekli ve planı
• Alan mıknatısı
• Endüvi
• Elektriksel çevrim
• Ekonomik
• Enerjinin İletimi
• Basit Yapı
• Kolay Yapı
• Döner Manyetik Alan Prensipleri
27
ASENKRON MAKİNELER – Tanımlar
Asenkron Motorların Tarihçesi
Nikola Tesla’nın büyük uzaklıklar
arasında elektrik iletimi için kullanılan AC
üretimi için AC dinamosu
28
ASENKRON MAKİNELER – Tanımlar
Asenkron Motorların Tarihçesi
Alternatif elektrik akım üreteci
(jeneratörü),
10 Mart 1891
Bugün, endüstri ve ev uygulamaları için asıl güç
olan orjinal Tesla Elektrik Motorlarından biri
1888. Tesla’nın elektrik motoru Dünya’da
yapılmış bütün icatlar içinde en iyi 10 taneden
birisidir.
29
ASENKRON MAKİNELER – Tanımlar
Asenkron Motorların Tarihçesi
Londra British Science Museum (İngiliz Bilim Müzesi)’da gösterimde olan orijinal AC Tesla
İndüksiyon Motorlarından biri. Bu motor İngiltere’de Prof. Aytron için Tesla tarafından
kiralandığı T.C. Martin’in kitabında bahsedilmiştir. 1892’de Prof. Ayrton’ a orijinal indüksiyon
motorunu verdiği Londra’da bulunan Institution of Electrical Engineers and the Royal
Institution of Great Britain (Elektrik Mühendisleri ve Büyük Britanya Kraliyet Enstitüsü)’de ünlü
dersini verdi.
30
ASENKRON MAKİNELER – Tanımlar
Asenkron Motorların Tarihçesi
Washington D.C.’de Smithsonian Institution’de kurulmuş Tesla’nın
Alternatif Akım Motoru
31
ASENKRON MAKİNELER – Tanımlar
Asenkron Motorların Tarihçesi
Senkron ve Asenkron Kavramı
• Alternatif akım makinelerinin isimlendirilmesi ürettikleri döner manyetik alanın (stator
manyetik alanı), döner mekanik kısım (rotor) ile eş zamanlı oluşu yada olmayışına
göredir.
 Senkron: Uyumlu Olan, Eş zamanlı olan (Synchronous)
 Asenkron: Uyumlu Olmayan, Eş zamanlı olmayan, (Asynchronous)
• Senkron Makine: Stator manyetik alanı döner kısım devrine eşit olan makine.
• Asenkron Makine: Stator manyetik alanı döner kısım devrinden her zaman büyük
olan makine.
32
ASENKRON MAKİNELER – Asenkron Motorlar
•
•
•
•
Asenkron Motorlara Giriş
İndüksiyon motor yada asenkron motor (ASM), rotor için gerekli gücü komitatör yada
bileziklerden ziyade elektromanyetik indüksiyon yoluyla aktaran AC motor tipidir.
Asenkron motorlar; stator, rotor, rotor yatakları, pervane ve yan kapaklardan meydana
gelir. Bu motorlara, stator sargılarında oluşan manyetik alanın dönme hızı ile rotor
dönme hızı aynı olmadığından uyumlu olmayan motor anlamına gelen Asenkron
Motor adı verilmiştir.
Asenkron motorlar indükleme prensibine göre çalıştıklarından İndüksiyon Motor
olarak da bilinirler.
Asenkron makineler endüstride genellikle motor olarak çalıştırılırlar, fakat belirli
koşulların sağlanması durumunda generatör olarak (rüzgar türbinleri) da
çalıştırılabilirler.
Asenkron Motor Üretimi
33
ASENKRON MAKİNELER – Asenkron Motorlar
34
Tesla’nın İndüksiyon Motoru
ASENKRON MAKİNELER – Asenkron Motorlar
Asenkron motorlar;
• Ucuz olması, az bakım gerektirmesi ve çalışma sırasında ark meydana gelmemesi
sebebiyle DA motorlara göre daha çok tercih edilirler.
• Devir sayıları yük ile fazla değişmediğinden sabit devirli motor olarak kabul edilirler.
• Devir sayıları kademeli(çift sargılı-dahlender) olarak birkaç devirli veya frekans
dönüştürücüleri yardımıyla hız sınırları arasında ayarlanır.
35
ASENKRON MAKİNELER – Asenkron Motorlar
•
•
•
•
•
•
•
Asenkron Motorların Üstünlükleri
Sürekli bakım istemezler.
Diğer elektrik motorlarına oranla ucuz ve sağlamdırlar.
Çalışma anında ark (kıvılcım) üretmezler.
Yük altında devir sayıları çok değişmez.
Elektronik devreler yardımıyla (frekans dönüştürücüleri) devir sayısı kolayca
ayarlanabilir.
Küçük güçlerden çok büyük güçlere kadar imal edilirler.
Bir ve üç fazlı olarak üretilebilir.
36
ASENKRON MAKİNELER – Yapısı
Üç Fazlı Asenkron Motor Yapısı
İndüksiyon Motor Nasıl Çalışır?
37
ASENKRON MAKİNELER – Yapısı
38
Asenkron motorun yapısı
ASENKRON MAKİNELER – Yapısı
39
ASENKRON MAKİNELER – Kullanım Yerleri
Toz Emme Makinesi ve Freze
40
Planya (Düzleme) Makinesi
Kırma Makinesi
ASENKRON MAKİNELER – Kullanım Yerleri
Yürüyen Bant
Kompresör
41
Su Pompaları
Şerit Testere
ASENKRON MAKİNELER – Kullanım Yerleri
Buzdolabı Ekovatı
Dalgıç Pompa
DaireTestere
42
Kenar Bant Makinesi
ASENKRON MAKİNELER – Kullanım Yerleri
Redüktörlü Asenkron Motorlar
Dahlander Motor – Değişken
Moment 8/4 Kutup
43
ASENKRON MAKİNELER – Çeşitleri
Çalışma Gerilimine Göre
Asenkron motorlar çalışma gerilimine göre iki çeşittir.
• Bir fazlı asenkron motorlar




Santrifüj Anahtarlı ASM
Kalkış Kondansatörlü (Kondansatör Yolvermeli) ASM
Daimi (Sürekli) Kondansatörlü ASM
Kalkış + Daimi (Çift) Kondansatörlü ASM
• Üç fazlı asenkron motorlar
 Bir fazlı asenkron motorlar küçük güçlü olarak 3kW’a kadar imal edilirler.
 Çamaşır makinesi, pompa, buzdolabı motorlar gibi ev ve işyerlerinde kullanılan
bir fazlı alıcılarda kullanılırlar.
 Üç fazlı asenkron motorlar fazlar arası gerilimin 380V olduğu sanayi tesislerinde
çok yaygın olarak kullanılan motor çeşididir.
44
ASENKRON MAKİNELER – Çeşitleri
Rotor Yapılarına Göre
Asenkron motorlar rotorlarının yapısına göre iki çeşittir.
•
•
•
•
 Rotoru kısa devre çubuklu (sincap kafesli) asenkron motorlar
 Rotoru sargılı (bilezikli) asenkron motorlar
Sincap kafesli asenkron motor rotor sac paketi oluklarında, alüminyum yada bakırdan
yuvarlak ve kanatçık seklinde çubuklar bulunur. Bu çubuklar her iki ucundan kısa
devre bilezikleriyle elektriksel olarak kısa devre edilmiştir.
Rotoru bilezikli asenkron motorun rotoru stator içinde yataklanmıştır. Rotor mili
üzerinde rotor sac paketi ve döner bilezikler bulunur. Rotor sac paketi üzerine açılmış
oluklara rotor sargıları döşenmiştir.
Hemen hemen bütün rotorlarda uç sargı (üç faz sargısı) bulunmaktadır. Bu sargılar
genellikle yıldız; ender olarak üçgen bağlanırlar.
Döner bileziklerle, akım devresi arasındaki bağlantı kömür fırçalar yardımıyla sağlanır.
45
ASENKRON MAKİNELER – İnşa Tipleri
Asenkron motorlar kullanıldığı yer, iş alanına göre çeşitli inşa tiplerinde imal
edilirler.
46
ASENKRON MAKİNELER – İnşa Tipleri
47
ASENKRON MAKİNELER – İnşa Tipleri
48
ASENKRON MAKİNELER – Genel Özellikler
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Bir asenkron motor sipariş edilirken verilmesi gereken bilgiler aşağıdaki gibidir.
İşletme gücü: 2,2kW veya 10HP
İşletme gerilimi:380Volt - 50Hz.
İnşa tipi:
Ayaklı “B3”, Flanşlı “B5”, Ayaklı Flanşlı “B3 B5”
Motor devir sayısı:
6 kutup 1000d/d, 4 kutup 1500d/d. gibi
Koruma tipi:
IP54, IP55, IP56 gibi
İşletme tipi:
(Çalışma rejimi TS 3205 EN 60034-1’e göre): S1 yada S5 gibi
Varsa eksenel yükün büyüklüğü: 750kg
Çalıştırılacağı ortamın sıcaklığı: 45°C
Çalıştırılacağı ortamın rakımı: 1500m
Varsa diğer özellikler: Çift çıkış mili istenip istenmediği, Aşırı radyal yükün
büyüklüğü, Çalışma katsayısı (ED faktörü): %100, 60, 40, 25 gibi, Çalıştırılacağı
ortamın rutubet derecesi (İzafi nem)
49
KAYNAKLAR
•
•
•
•
•
•
•
SAÇKAN, A. Hamdi; Elektrik Makineleri III
ALTUNSAÇLI, Adem; ALACALI, Mahmut; Elektrik Makineleri II
ÇOLAK, İlhami; Asenkron Motorlar
BAL, Güngör; Özel Elektrik Motorları
ÇOLAK, İlhami; Senkron Motorlar
CHAPMAN, Stephen J.; Electrıc Machinery Fundamentaly 4.Edition
FITZGERALD, A. E.; KINGSLEY, Charles Jr.; UMANS, Stephen D.; Electric Machinery Sixth
Edition
• PAREKH, Rakesh; AC Induction Motor Fundamentals; Microchip Technology Inc., Microchip
AN887
• Three-phase Asynchronous Motors, Generalities and ABB proposals for the coordination of
protective devices
• www.wikipedia.org
50