MUSTAFA TURAN Sakarya niversitesi Elektrik Makineleri II Asenkron Makineler 1 Elektrik Makineleri II Ksm 1 - Asenkron Makineler Yazar Yrd.Do.Dr. Mustafa Turan T.C. SAKARYA NVERSTES 2 Bu ders malzemesi hGncellemeler yaplacaktr.(Srm 0.2)This document has not been completed yet (V. 0.2) Bu ders malzemesi henz tamamlanmam bir kopyadrGncellemeler yaplacaktr. (Srm 0.2) - 23 Ocak 2009 nt has not been completed yet (V. 0.2) Baz haklar sakldr. Some rights reserved. enz tamamlanmam bir kopyadr. nt has not been completed yet (V. 0.2) 3 DEKLER 1. ASENKRON MAKNALARIN YAPISI ................................................................. 5 1.1.Giri .............................................................................................................. 5 1.2.Rotor Yapsna Gre Asenkron Motorlar ..................................................... 6 1.3.Stator Gvdesi Ve Stator Sa Paketi ............................................................ 6 1.4.Sincap Kafesli Asenkron Motorlar ............................................................... 8 1.5.Bilezikli Yada Rotoru Sargl Asenkron Motorlar ....................................... 9 2.DNER ALAN .................................................................................................. 11 2.1.inden Doru Akm Akan Bir ap Sargnn MMK'i ................................ 11 2.2.inden Alternatif Akm Akan Bir Faz Sargsnn MMK'i ......................... 11 2.3.ok Fazl Makinelerde Bileke MMK ....................................................... 13 2.4.Asenkron Makinelerin alma lkesi ........................................................ 15 2.5.Kayma ........................................................................................................ 16 2.5.1.Generatr alma .................................................................................. 17 2.5.2.Motor alma ........................................................................................ 17 2.5.3.Transformatr alma ........................................................................... 17 2.5.4.Fren alma ........................................................................................... 18 3.ASENKRON MAKNANIN EDEER DEVRES ......................................... 19 3.1.Asenkron Makinenin Tam Edeer Devresi .............................................. 19 3.2.Asenkron Makinenin Yaklak Edeer Devresi ........................................ 23 3.3.Asenkron Makinenin Fazr Diyagram ...................................................... 24 3.4.Sincap KafesliRotora AitParametrelerin ndirgenmesi .......................... 25 3.5.Edeer Devre Parametrelerinin Belirlenmesi in Yaplan Deneyler ....... 30 3.5.1.Bota alma Deneyi{ } P V Vm n= = 01 1,........................................ 31 3.5.2.Ksa Devre / Kilitli Rotor Deneyin V VkIkIn= ==01 11 1,............... 32 3.6.Asenkron Makinenin G Dengesi ............................................................ 34 4.DNDRME MOMENT ................................................................................. 37 4.1.Asenkron Makinenin D Karakteristii ..................................................... 38 4.2.Kalk / Yol Verme Momenti ..................................................................... 39 4 4.3.DEVRLME KAYMASI ve DEVRLME MOMENT ............................. 40 4.4.Kloss Denklemi .......................................................................................... 42 4.5.rnekler ...................................................................................................... 42 4.6.Dner Makinelerde Mknatslanma Reaktans ........................................... 49 5.ASENKRONMOTORLARA YOLVERME ve HIZ AYARI .......................... 52 5.1.Asenkron Motorlara Yolverme ................................................................... 52 5.1.1.Yolvermenin Etkileri .............................................................................. 53 5.2.Yolverme Yntemleri ................................................................................. 54 5.2.1.Direk Yolverme ...................................................................................... 54 5.2.2.n Diren le Yolverme ......................................................................... 55 5.2.3.Kua Balamas ...................................................................................... 56 5.2.4.Yldz-gen Balama ........................................................................... 56 5.2.5.Oto-Trafo le Yolverme .......................................................................... 58 5.2.6.Bilezikli Makineye Yolverme ................................................................ 60 5.2.7Asenkron Motora Yumuak Yolverici ile Yolverme ................................. 61 5.3.Asenkron Motorlarda Hz Ayar ................................................................. 62 5.3.1.Kutup Says Deitirilebilen Sarg Kullanarak Hz Ayar .................... 62 5.3.2.Frekans Deiimi le Devir Says Ayar ................................................ 64 5.3.3.BilezikliAsenkronMotorunRotorDevresineDirenlaveEderekHzAyar66 5.3.4.Gerilimin Deitirilmesi le Hz Ayar ................................................... 67 5.4.Asenkron Motorun Frenlenmesi ................................................................. 67 5.4.1.Mekanik Frenleme .................................................................................. 68 5.4.2.Ters Akm ile Frenleme .......................................................................... 68 5.4.3.Doru Akm ile Frenleme ....................................................................... 69 KAYNAKLAR ........................................................................................................... 76 5 1. ASEKRO MAKALARI YAPISI 1.1.Giri Endstride kullanlan elektrik makinelerinden, en salam, en az arza yapan, en ucuz olanveenokkullanlanasenkronmakinelerdir.Asenkronmakinelerin,senkron makinelerdenenbykfarkdnmehznnsabitolmaydr.Buhz,motorolarak almada,senkronhzdankktr.Makineninadnn,asenkronmakineoluubu zellikten kaynaklanmaktadr. Asenkron makineler, bir fazl, iki fazl, fazl ve ok fazlolarakyaplrlar.Gnmzde,fabrikalarda,evlerde,brolardabirveokfazl asenkron motorlar byk lde kullanlmaktadr. Asenkronmakineninalmateorisiveyapmilkeleri1820-1831yllararasnda ortayaatlmtr.1825ylndaAmperkanunuve1831deFaradaykanunu bulunmutur.FakatEndstriTipibirasenkronmotor1890lardannce yaplamamtr.Asenkronmotoruntemelilkelerinikapsayanilkpatent1888de NikolaTeslatarafndanalnmtr.1888deilkimaledilen5hplikmotorun yaklak arl 456 kg. iken, bugn ayn gteki motorun arl yaklak 40-50 kg dr. Asenkronmakineler,alternatifakmmakineleridir;genelliklesabitduranstatorve dnen rotordan oluur. Statorlarnda bir, iki, yada ok fazl sarglar bulunur. Stator sarglar ad verilen bu sarglara, alternatif gerilimler uygulanr. Hzlar yk ile ok az deien motorlardr. Dnen rotorda bir, iki, yada ok fazl sarglar bulunur. Rotor sarglaradverilenbusarglardagerilimveakmlar,statorsarglaralanndan endksiyonyoluileendklenir.zelamalkullanmlardnda,rotorsargsnad birkaynaktangerilimuygulanmaz.Statorverotorarasndakalanhavaaralnn radyaldorultudakiboyusabittir.Dnenrotor,duranstatoruniindeolduunagre statorun i evresi yarap ve rotorun da d evresi yarap sabittir. Byle bir yap 6 zelliibulunanmakinenin,rotorvestatorsarglarnnzendktanslarrotorun konumuna yada dnme asna bamll ihmal edilebilecek kadar azdr. 1.2.Rotor Yapsna Gre Asenkron Motorlar Asenkronmakineler;bir,iki,yadaokfazlolmakzerebirkawattgcnden 15000 kW gcne kadar imal edilebilmektedir. Bu motorlarn stator sarg gerilimleri ise110-660Voltvehattabykglmakinelerde15000Voltolabilmektedir. Makineler rotor ve rotor sarglarnn yaplna gre iki gruba ayrlr: Rotoru Sincap Kafesli olan motorlar Rotoru Bilezikli ve Sargl olan motorlar Asenkron motorlar ister bilezikli ister sincap kafesli olsun statorlar ile bunun tad stator sarglar genellikle ayn zellikte yaplr. Sincap kafesli motorlarn rotor sargs ubuklardanoluansincapkafesibiimindebirsargdr.Ddevreyehibiru karlmamtr.Bileziklimotorlardaiserotorda,yaltlmokfazlbirsargvardr ve bu sargnn ular bilezik-fra sistemi ile d devreye alnmtr. 1.3.Stator Gvdesi Ve Stator Sa Paketi Stator iki temel alt ksmdan oluur : nce silisyumlu 0.5 mm lik dinamo salarndan yaplm sa paketi Busapaketinitayanalminyumveyapikdkmdenyaplmstatorgvdesia. StatorSacPaketi:Statorsacpaketi,statorsarglarntayanvemanyetikaky iletenksmdr.0.5mmsilisyumlusaclar,asenkronmotorlarnyapmndagerek arlkvegereksefiyatbakmndannemliyertutar.Saclarnyzleri,incebir yaltkanlaktabakasilekaplanr.Salarlaklandktansonragenellikle170-360C scaklkta frnlarda kurutulur. Laklarn sacn her iki yzeyinde kullanlmas halinde, sac kalnl 8-25 m kadar artar. Statorsaclarnnoluklarilerotorsarglarnnoluklarzelveotomatiktezgahlarda kesilir. nce stator sacnn d evresi, rotor oluklar mil, kamayeri kesilerek alr. 7 Hava aralna gre de stator sacnn i ap ve rotor saclar elde edilir. Statorverotorsaclarbirarayagetirilerek7-10kg./cmlikbirkuvvetle sktrlrlar. Stator saclarnn meydana getirdii sac paketi eksenel ynde soumay kolaylatrmak iin 3,5,7, cm lik paketlere ayrlr. Bunlar arasnda uygun profiller konarak0.51cmlikradyalkanallarbraklr.Bykmotorlardastatorpaketinin soutulmasiineksenelkanallaralr.Ayrcasoumayzeyiniarttrma bakmndan stator sacnn d yzeyi girintili yaplr. Asenkronmakineler,alternatifakmlaalanmakinelerolduundanstatorlarndaki manyetikalaniddetizamanladeimektedir.Budeiimfukovehisterizis kayplarndanoluandemirkayplarnmeydanagetirir.Bukayplarkktutmak ve stator sa paketinin fazla snmasnn nne gemek iin statorda yzleri yaltlm incesilisyumlusalarkullanlmaktadr.Normalasenkronmotorlardakullanlan salarn50Hzve10000gaussyada1wb/mlikmanyetikendksiyondademir kayplar 3 W/kg kadardr. Kayplar azaltmak iin, salar ou kez tavlanr. Ayrca, sapaketlerinisktrancvatalarsalardanyaltlrveksadevremeydana gelmesineengelolunur.Buyaltmyaplmadtaktirdedeienmanyetikak dolaysylaendklenengerilimler,ksadevreyolundanbykksadevreakmlar geirir ve ar snmaya yol aar. Statoroluklarnabir,iki,veyaokfazlsarglaryerletirilir.Ayrcamotorlara deiikzelliklervermekbakmndanstatoroluklarnaokdeiikbiimler verilmektedir.rnein,statoroluklarnnak,kapaloluuvs.Statorilerotor arasndakihavaaral0.25mm-4.25mmarasndayaplr.Asenkronmotorlarn hava aral bydke bota alma akm da byr. Bota alma akmnn kk tutulmas iin hava aral da kk tutulur. b.StatorGvdesi:Statorgvdesi,statorsacpaketinivebununsarglarntar, rotorunyataklanmasnvemotorunsabitbiryerebalanmasnsalar.Motorlarn standart byklkleri milykseklii H (mm)yagre tanmlanr. Kk motorlarda, rneinstandartbykl80-90olanmotorlardastatorgvdesioukez alminyumdan yaplr. Gvdeyi tayan ayaklar elikten yaplr. 8 Statorgvdesiayakszolan,sabitbirzeminebalanmakiin,flanlyaplan motorlara ksaca Flanl Motorlar denir. 1.4.Sincap Kafesli Asenkron Motorlar Bumotorlarnstatorlarndanormalalternatifakmsarglarbulunurve(ekil1.1) Rotor sargs, rotora alan oluklara yerletirilir. Rotor oluklar, otomatik tezgahlarda kesilerekalr.Rotorsargs,oluklarayerletirilenplakubuklarvebuubuklar herikiutanksadevreedenksadevrehalkalarndanoluur(bkz.kapakresmi). Sincapkafeslimotordeyimi,rotorsarglarnnbubiimdeyaplnedeniyle kullanlmaktadr.Normalalmakoullaraltnda,rotorubuklarndaendklenen gerilim10voltunaltndadr.Bunedenle,rotorubuklarrotorsacpaketinden yaltlmaz.Rotorsacpaketide,statordaolduugibi0.5mmlikyzeyleriyaltlm silisyumlusaclardanyaplr.Rotorsacpaketistatordanhavaaralnageenaknn manyetikyolunuoluturur.Sacpaketi,rotorsarglarntarvemanyetikyoldan endklenen momenti mile iletir. ekil 1.1 Stator - rotor sarglarnn grn (Statorda iki katl sarg kullanlmtr) 9 Rotor ubuklarnn Biimleri: a)Yarak,yuvarlakrotoroluklarnayerletirilminormalubuklardanolumu rotor ; oluklara plak olarakyerletirilen ubuklar bakryada basnla dklm alminyumdandr.ubuklarnherikiyanksadevrehalkalarileksadevre edilmitir. Bakr ubuklar halinde, ksa devre halkas ubuklara her iki balarndan lehimlenirken,ubuklarnalminyumolmashalindeiseksadevrehalkalar dkm esnasnda, bu ubuklar ile birlikte dklr. b)Derinoluklarolanrotor;buoluklarageniliiaz,yksekliibykolanbakr yadaalminyumubuklaryerletirilir.Derinoluklumotorlarda,yolalma momenti byk ve yol alma akm kktr.c)iftsincapkafeslirotorlar;rotorsaclarndaikitrolukalmtr.Normalve derinoluklar.Buoluklardanrotoryzeyineuzakolanoluklaramotorunnormal alma rotor kafesi yerletirilir. Normal ve rotor yzeyine yakn olan oluklara ise yol alma kafesi yerletirilir. Motorlardeiikkutupsaysnda,rnein2p=2,4,6,iinyaplr.Yaplan hesaplardan,rotorsacpaketininmekanikdayankllbakmndan,2p=2kutuplu motorlarnsnrgcolarak12000kWve2p=4kutuplumotorlarnsnrgciin yaklak 20000 kW bulunmaktadr. 1.5.Bilezikli Yada Rotoru Sargl Asenkron Motorlar Bilezikliasenkronmotorlarnrotorlarndagenelliklefazlsarglarbulunur. Sarglaryaltlarakrotoroluklarnayerletirilir.fazlrotorsargsyldzolarak balanr ve yldz noktas darya karlmaz. Mil zerine bal ve milden yaltlm bilezik,rotorilebirliktedner.Rotorunfazlsargsnngiriularbu bileziklerebalanr.Bileziklerzerindesabitduranfralaryardmylarotorsarg sistemine, d kaynaktan genliiyada frekans deitirilebilengerilim uygulanabilir. Ayrca sarglara dardan empedans da balanabilir. Rotor sarglar tek tabakal veya ikitabakalalternatifakmsarglartipindeolabilir.Busarglar,statorsarglarnda olduu gibi ya normal iletkenlerden yada ubuk sarglardan oluur. 10 Rotor bileziklerine yol alma direnci balanarakmomenti bytlr. Ayrca rotorafrekansvegenliiayarlanabilenbirgerilimuygulanarakhzvegkontrol yaplabilir.Fralarbileziklerzerindeounluklasrekliolaraktemashalindedir. Baz motorlarda fra ve bilezik anmasn nlemek iin fralar bilezikler zerinden kaldrlrvezelbirdzenilerotorbilezikleriksadevreedilir.Buhaldemotor rotoru ksa devre edilmi asenkron motor gibi alr.ekil 1.2 Bilezik - fra dzeninin grn Fralarnbilezikzerindedevamlolarakalmashalindefralarnanmas nedeniyle meydana gelen tozlar makine iine girebilir. Motoru buiin,bileziklerinbulunduuksmouzamanmotorungerikalanksmndan ayrlmtr (ekil 1.2). ine yol alma direnci balanarak, yol alma akm snrlanr ve yol alma momenti bytlr. Ayrca rotora, tristrler veya dier uygun dzenekler yardmyla frekansvegenliiayarlanabilenbirgerilimuygulanarakhzvegkontrol ileziklerzerindeounluklasrekliolaraktemashalindedir. Baz motorlarda fra ve bilezik anmasn nlemek iin fralar bilezikler zerinden kaldrlrvezelbirdzenilerotorbilezikleriksadevreedilir.Buhaldemotor lmi asenkron motor gibi alr. fra dzeninin grn Fralarnbilezikzerindedevamlolarakalmashalindefralarnanmas nedeniyle meydana gelen tozlar makine iine girebilir. Motoru bu tozlardan k,bileziklerinbulunduuksmouzamanmotorungerikalanksmndan yol alma akm snrlanr ve yol alma tristrler veya dier uygun dzenekler yardmyla frekansvegenliiayarlanabilenbirgerilimuygulanarakhzvegkontrol ileziklerzerindeounluklasrekliolaraktemashalindedir. Baz motorlarda fra ve bilezik anmasn nlemek iin fralar bilezikler zerinden kaldrlrvezelbirdzenilerotorbilezikleriksadevreedilir.Buhaldemotor Fralarnbilezikzerindedevamlolarakalmashalindefralarnanmas tozlardan korumak ,bileziklerinbulunduuksmouzamanmotorungerikalanksmndan 11 2.DER ALA 2.1.inden Doru Akm Akan Bir ap Sargnn MMK'i Statorda x evresi boyunca datlm bobinlerden N(x) zamana gre deimeyen bir akmn aktn dnrsek, bobinin retecei mmk;

F(x) = IN(x)(2.1) olarakyazlabilir. Bu durumda stator evresinde x ynndeki F ekil 2.3deki gibi olur.Bummkdalgasnnstatorevresindesinsoidaldeilbasamaklbirdalga olduu ve harmonikler ierdii aka grlmektedir. Ntr ekseniKutup ekseniFk Fk20 ekil 2.1 Datlm bobinli, 2 kutuplu bir faz sargsna ait mmk dalm (Fk kutup bana den mmk dir). Kutup bana mmk; Fk = N I 2 (2.2) olup, N bobindeki toplam sarm saysdr. 2.2.inden Alternatif Akm Akan Bir Faz Sargsnn MMK'i imdi;fazsargsndanzamanagrekosinsoidalolarakdeien(2.3)birakm aktn kabul ederek aa kacak olan mmk dalmn inceleyelim. 12 ( ) i t I Cos t = 2 (2.3) Engenelhaldesargfaktrolan,2pkutuplusimetrikbirfazsargsnailikin sarm dalmnn, Fourier almndaki herhangi bir e. harmonik bileenini ele alalm ve (2.3) 'deki akm uygulayalm. Zamana ve stator evresine gre mmk dalm; ( ) F x t F Cos t Sinexe em, = (2.4.a) olur. Burada e uzay harmonik numaras olup, FN Ip eKem we= 224 (2.4.b) olarak ksaltlm ve bir faz mmknin maksimum deeridir. Bobinleri stator evresine datlmvekosinsoidalakmlauyarlmbirmakinedeeitliuzay harmoniklerinin reteceibileke mmk; F (x,t) = 2 233113 + +

((NpI k xkxwwsin sin L Cost eklinde olacaktr. (2.4.a) ifadesinde Cost yerine Euler alm yazlrsa; ( ) F x t F Sinexe ee emj t j t, = + |\

|| 2 (2.6.a) F x te( , ) nin maksimum deeri olarak F F Sinexemx em= (2.6.b) tanmlanrsa bileke mmk; ( ) F x tFeFeeemx j t emx j t, = + 2 2 (2.6.c) birbirineztyndethzilednengenliklerievemaksimumdeerinyarsolan iki adet dner fazr elde edilir. ekil 2.2 Alternatif alann bileenleri kwe(2.5)t-t Femx2Femx2 Femx 13 inden alternatif akm geen bir faz sargsnn rettii alan; y ekseni zerinde t ile titreen iki e genlikli ve ztynl dner alanlardan meydanagelmektedir. Bu alana alternatifalandenir.Neticeitibarileekil2.3degrlensargya,alternatifakm uygulanmashalinde(ekil2.1;d.a.iinizilmiti)mmkdalgasnnbasamakl eklinimuhafazaedip,zamanagrepozitifvenegatifFemxdeerleriarasnda titreecei aikardr. 2.3.ok Fazl Makinelerde Bileke MMK okfazlalternatifakmsarglarnnolutuubilekemmkibulabilmekiin,m Fazlalternatifakmsistemini,birbirinden2/m1radyanakadartelenmi(ekil 2.3) alternatif akm sargsna uygulayalm. zel durum olarak m1 = 3 alnrsa, bileke mmk; ( ) ( ) ( ) ( ) F x t F x t F x t F x tR S T, , , , = + +(2.7) ekil 2.3 Birbirlerinden 120 telenmi 3 fazl sarglar a) El sargs, b) Zincir sarg yazlabilir. Efektif faz akmlar olarak konulursa; i I Cos t i I Cos t i I Cos tR S T= = = 2 223243 , ,(2.8) 3 fazl sarglar makine evresinde 120 telenmi olduklarndan, N(x) sarm ifadeleride ardl fazlar iin 120 telenir. Yani, ( ) N N x N N x N N xR S T= = = , ,2343 (2.9) 2.4, 2.7, 2.8 ve 2.9 'dan I I I IR S T= = = 14 ( ) F x t F Sinex Cos t Sine x Cos t Sine x Cos te em, = + |\

|| |\

|| + |\

|| |\

||`) 23234343(2.10) olarak e. harmonik bileke momenti elde edilir. imdi, ( ) ( )| | Sina Cosb Sin a b Sin a b = + + 12 (2.11) almnkullanarak3fazlsistemiintemelbileenmmklerininoluturduu bilekemmk'leriniirdeleyelim.eyerinemuhtelifteksaylarkonulupbileke harmonikmomentlerinvarlirdelenebilir.Buradasadecee=1alarakdneralana ilikin temel bileen mmk lerinin bilekesini inceleyelim: ( ) F x t F Sinx Cos t Sin x Cos t Sin x Cos tm 1 123234343, = + |\

|| |\

|| + |\

|| |\

||`) Parantez ii ifadelerin ksaltlmas iin zdelikler kullanlrsa; ( ) ( )( )( )Sinx Cos t Sin x t Sin x tSin x Cos t Sin x t Sin x tSin x Cos t Sin x t Sin x tF x t F Sinm = + + |\

|| |\

|| = + |\

|| + |\

|| |\

|| = + |\

|| + + += + 1212232312431243431283120321 1( , ) / ( ) x t ( ) ( ) F x t F Sin x tm 1 132, = (2.14.a) olur. Bu ise hz t olan ve x ynnde dnen bir alan simgeler. Bu alann genlii bir faz genliinin 3/2(m1/2) katdr. Ayrca 2.14.a ifadesi fazr olarak da gsterilebilir: ( ) F x tmF emj t1112, = (2.14.b) Bu dner alan asenkron makinenin temel alma gereini oluturur. Statordakiolukluyapnnoluturduuharmoniklifazmmkdalgalarnneitli harmoniklerinin oluturduu bileke mmk incelenirse (e =3, 5, 7, 9...), 3 ve 3n kat harmonikmmklerintoplamnnsfrolduu,5.harmonikmmklerintoplamnn (2.13) (2.12) 5thzndavetemelbileenebilekesininisetemelbileenileaynyndednenbiralanolduharmoniklimmklerasenkron etkileyebileceklerinden tasarm aamasndagz nndalann makine evresinde ilerleyii ekil 2.4te verilmitir.ekil 2.4 fazl sargda dner alann oluumu ; zamana gre akmlarn ve mmk nin deiimi 2.4.Asenkron Makineleri Makineninstatorunayerletirilenfazlveyaokfazlsargyauygulananaynfaz saysndakialternatifakmnoluturduubileke maksimumdeerilehavaaralevresindedner.Bylecerotordabulunan sarglarevreleyenbuak,rotorsarglarndaFaradaykanununagrealternatifbir gerilim ve akm endkler. akm;iletkenlerdeLorentzAkmlarn evrede dalmmmk dalgasnn makine evresinde dnthzndavetemelbileenetersyndednd,ve7.harmonikmmklerin bilekesininisetemelbileenileaynyndednenbiralanoldummklerasenkronmakinenindkarakteristiininemlilde etkileyebileceklerinden tasarm aamasndagz nnde bulundurulmaldrlar. Dner alann makine evresinde ilerleyii ekil 2.4te verilmitir. fazl sargda dner alann oluumu ; zamana gre akmlarn ve mmk nin deiimi Makinelerin alma lkesi statorunayerletirilenfazlveyaokfazlsargyauygulananaynfaz saysndakialternatifakmnoluturduubilekemakszamanagresabit maksimumdeerilehavaaralevresindedner.Bylecerotordabulunan arglarevreleyenbuak,rotorsarglarndaFaradaykanununagrealternatifbir gerilim ve akm endkler. Dner manyetik alan ierisindeki bulunan iletkenlerdeiletkenlerdeLorentzkuvvetioluturur.letkeninbirucunaetkiyenbukuvvet Akmlarn evrede dalm mmk dalgasnn makine evresinde dn 15 tersyndednd,ve7.harmonikmmklerin bilekesininisetemelbileenileaynyndednenbiralanolduugrlebilir.Bu dkarakteristiininemlilde e bulundurulmaldrlar. Dner fazl sargda dner alann oluumu ; zamana gre akmlarn ve mmk nin deiimistatorunayerletirilenfazlveyaokfazlsargyauygulananaynfaz akszamanagresabit maksimumdeerilehavaaralevresindedner.Bylecerotordabulunan arglarevreleyenbuak,rotorsarglarndaFaradaykanununagrealternatifbir Dner manyetik alan ierisindeki bulunan iletkenlerde bu letkeninbirucunaetkiyenbukuvvet 16 dier ynde aksi istikamette olaca iingetirir (ekil 2.5) ve rotor hareket eder. Rotorun erimesi muhtemel en byk hz; nfps = 601

senkrondevirsaysdr.Fakatmakinebuhzahibirzamaneriemezdneralanhzrotoriletkenlerininhznaeitolacandan(relatifhzsfrolur), iletkenlerde gerilim ve akm, dolaysyla dndrme momenti oluamaz. Eer makine bu hza kartlm olsa bile, d kuvvet ortadan kalknca makine nbir n devrine der. Bu hz ise ekil 2.5 Rotor ubuklarnda moment endklenmesi 2.5.Kayma Asenkronmakineninalmapralannhzarasndakirelatifilikiyekaymadenir.Rotorhznnsenkronhzagre relatif olarak ne kadar deitiini belirtir. s ile gsterilen kayma, genellikle 0 ile 1 arasndadr.Bubalifadeotanmlanr: sn nnveyass= Dikkatedilirseskaymas,nBuradankaymannfarkldeeraralklarnda, alaca ortaya kar. F F r=D/2 ynde aksi istikamette olaca iin, rotor merkezine gre bir moment meydana getirir (ekil 2.5) ve rotor hareket eder. Rotorun erimesi muhtemel en byk hz;senkrondevirsaysdr.Fakatmakinebuhzahibirzamaneriemez,zirabuhzda, dneralanhzrotoriletkenlerininhznaeitolacandan(relatifhzsfrolur), iletkenlerde gerilim ve akm, dolaysyla dndrme momenti oluamaz. Eer makine bu hza kartlm olsa bile, d kuvvet ortadan kalknca makine ns den daha kk bir n devrine der. Bu hz ise makineye uygulanan fren momentine baldr. Rotor ubuklarnda moment endklenmesi almaprensibindebahsedilenrotorundnmehziledner alannhzarasndakirelatifilikiyekaymadenir.Rotorhznnsenkronhzagre relatif olarak ne kadar deitiini belirtir. s ile gsterilen kayma, genellikle 0 ile 1 arasndadr.Bubalifadeoukezyzdeolarakverilir.Kaymaaadakigibi veya snns= 1Dikkatedilirseskaymas,nsvennindeerlerinebalolarakdeimektedir. Buradankaymannfarkldeeraralklarnda,makineninfarkliletmekoullarnda rotor merkezine gre bir moment meydana getirir (ekil 2.5) ve rotor hareket eder. Rotorun erimesi muhtemel en byk hz; ,zirabuhzda, dneralanhzrotoriletkenlerininhznaeitolacandan(relatifhzsfrolur), iletkenlerde gerilim ve akm, dolaysyla dndrme momenti oluamaz. Eer makine en daha kk uygulanan fren momentine baldr. ensibindebahsedilenrotorundnmehziledner alannhzarasndakirelatifilikiyekaymadenir.Rotorhznnsenkronhzagre relatif olarak ne kadar deitiini belirtir. s ile gsterilen kayma, genellikle 0 ile 1 ukezyzdeolarakverilir.Kaymaaadakigibi vennindeerlerinebalolarakdeimektedir. farkliletmekoullarnda (2.16) (2.15) 17 2.5.1.Generatr alma Dneralannhznnynneaitiaretpozitifvereferansolarakalndtakdirde, rotorundnhz,nssenkronhznzerinekttakdirde,kaymanegatifdeer alr.Makinensinzerinekendikendinekamayacanagrebirdtahrik makinesiilekartlmaldr.Bylecendevirsaysnabirlimitkonulamayacaiin kayma, s 0 arasnda deiecektir. Buartlaraltndamakinedeendklenengerilimebekegerilimindenbykolaca iin akm 180 yn deitirerek ebekeye doru akacaktr. 2.5.2.Motor alma Bualmadurumunda,elektrikenerjisimekanikenerjiyedntrlmektedir. Makinededneralanverotorhzaynyndedirler.Haliyleretilengerilimebeke gerilimindenufaktr.Makinemekanikenerjiretmekvemuhtelifkayplarn karlamakiinebekedenbirenerjiekmektedir.Motoralma;rotordevir saysnn sfr olmas haline kadar srer. Haliyle, 0< s < 1 olur. 2.5.3.Transformatr alma Kaymannbireeitolduuzamandr.Yanirotordurmaktadr.Statordameydana gelenalan,aynentrafodaolduugibirotorsarglarndabirgerilimretir.Ancak rotorauygulananfrenmomenti,oluandndrmemomentindenbykserotor dnemez ve trafo gibi alr.s = 1 dir. 18 2.5.4.Fren alma almaktaolanbirmakinededneralanynnnikifaznyerideitirilerek aksedilmesiylens-nsolur.Budurumdabiryndednmeyedevameden makineninaksiyndednmeyezorlanmasszkonusuolmaktadr.Bylece makineyedndynnaksindefrenmomentiuygulanmolur.Bunedenlebu iletmeye fren alma denir. Makinenin kaymas pozitif olur ve 1 in stne kar. sn nnnnsss s= =+ + + 1 1 Aksi ynde dndrlmeye gayret edilen makine sratle yavalar ve devir says sfr (n=0)olur.Bunumteakibenmakineaksettirilendneralanynndednmeye balar.Eermakineninaksiistikametednmesiistenmiyorsa,ebekeanahtar alarak makine enerjisiz braklr. 19 3.ASEKRO MAKAI EDEER DEVRES 3.1.Asenkron Makinenin Tam Edeer Devresi Rotoru sargl makinenin rotor ularnn ak ve rotorun durduunu, statora ok fazl gerilim uygulandn dnrsek; statordaki dner alan hava aral zerinden geip rotoriletkenlerindegerilimendkler.Buendksiyontrafodakigibidir.Zirahava aral kltlp sfra gtrlrse yapsal olarak trafo elde edilir (ekil 3.1). ekil 3.1 Asenkron makinenin trafo benzetimi (s = 1, rotor durmakta) Fakatrotorunhareketettiinidnrsek,rotorsarglarndaendklenecekemkve bunun frekans devir saysyla ters orantl deiecek ve n = ns olduunda E2 ve f2 = 0 olacaktr. Duran halde trafo gerilimleri, E1 = 4.44 m f N1kw1 E2 = 4.44mf1N2kw2

yazlabilir. Bu ifadelerden gerilim evirme oran; EEN kN kgww= =1201 12 2 (3.3) (3.1) (3.2) V1 E1 E20 R1X1 StatorRotor 20 diye tanmlanr. Makine dururken, s = 1olup, bu durumdaki rotor gerilimi; E2s= =1sE20 = E20 olur . s=1ikenf2rotorfrekansf1eeitolacak,s=0olduundadastatorilerotor arasndafarkhzolmadndanE2vef2=0olacaktr.Buikiilikiaadakigibi ifade edilebilir. s = 1 f2 = f1

f2 = sf1

s = 0 f2 = 0 s 0 ve s 1 iken rotorda f2 frekansl gerilimler endklenecek ve f2 = sf1 olacaktr. Bunu yukardaki emk ifadesine katklarsak, E2 = 4.44m(sf1) kw2 = sE20 olur.Rotordururken,E2=E20,harekethalindeiseE2=sE20olur.Rotordururken X2 = 2f1L2idi. Durma durumunda X2 = 2f1L2olan rotor kaak reaktans;hareket halinde deiiklie urayarak; X2 2sf1L2olup, X2 = s x2 eklinialr.Eldeedilentrafobenzeriifadelerdenaadakitrafomodelikolaylkla oluturulabilir: ekil 3.2 Edeer devrede indirgeme yaplmadan nceki durum Bylebirbenzetimdensonra,hesaplardakolaylksalayacakolan,rotorustatoruna elektriksel bal edeer devreye adm atmak istiyoruz. (3.5) (3.6) (3.4) R1 jX1&V1 s E &20 s jX 2R2 &I1 &I2 m&E1 AA BB 21 RotordaendklenenE2=sE20emkikaymannfonksiyonuolduundanstatora indirgenipA A veB B birletirilemez.Bilindiigibiikiayrdevreninbirbirine paralelbalanabilmesiiinbelirliparalelbalanmakoullarnnsalanmasgerekir: Gerilimlereitolmal,frekanslareitolmal,polaritelereitolmal,gerilimler arasndafazfarkolmamaldr.Bubirlemeningerekletirilebilmesiiinrotorda sabit bir gerilim endkleniyor gibi bir gsterime gidilmelidir. II evresinden, & & &( ) E s E I R s jX2 20 2 2 2= = +

denklemi s ile blnrse; & &( ) E IRsjX20 222= + sabit bir gerilim elde edilir. Artk bu gerilim statora indirgenebilir. Yani; & &' '''E IRsjX20 222= +

yazlabilir. Ayrca faz alar da deimemitir. yle ki; tan tan/'' =1 221 22s XrXR s Btn bu gelimelerden sonra artk A A ,B Bbirletirilmesi yaplabilir. E1 = E20 olmal yan 3.3 Eitliinin kullanlmas ile; E20'= g . E20 olur.(3.7)ve(3.9)Eitliklerindengrleceizere,rotorustatoraindirgenmi makinedeR2yerineR s2'/ ,s X 2yerinedeX2'gelecektir.imdirotorustatora indirgenmi makinedeki, indirgenen dier parametreleri belirleyelim. Elektrik makinelerinin temel mmk eitlii; F1 F2 ;m I k m I kw w 1 1 1 2 21 2 = olup akmlarn oran; (3.9) (3.7) (3.10) (3.8) (3.11) (3.12) 22 IImmNNkkaww= = 12212121 ndirgenmi durumdaki I2 akm yaklak olarak I1 stator akmna eit olmaldr: a =IIII1222 ndirgenmi durumdaki bakr kayplarnn korunumu;m I R m I R1 222 1 222 = '' olup, RmmIIR2212222'= olur. 3.13 ifadesi 3.15 deyerine yazlrsa, Rmmm N km N kRww2211 1 12 2 222'= olur ve (3.3) Eitlii ile ksaltma yaplrsa; Rmm Rg 21222'= olur.ndirgenmiveindirgenmemidurumdaki,rotorreaktifgleriyazlpbenzeri ilemler yaplrsa; Xmm Xg 21222 '= Rs2' kaymaya baml diren ierisindeki bakr kaybn ayrmak iin ( ) Rsden R kartlrsaRsRR ss222221'''''' = olur. Yani; ( ) RsRR ss2221'''= +

edeeri,artkedeerdevredeyerinekonulabilir.Transformatrdeolduugibi, demirvealternatifaknnyanyanaolduubiryerdedemirkaybdaolacandan bunuifadeetmekiinmknatslamareaktansnaparalelolarakRfeizilirsetam (3.17) (3.18) (3.16) (3.13) (3.14) (3.15) edeer devre (T tipi) ekil 3.3 Asenkron makinenin ekil 3.4 Asenkron makinenin Bylelikleasenkronmakinebirtrafovebirkaymayabamldirenolarak gsterilmi olur (ekil 3.4). ekil3.3dekidevreiin;(I),(II)evreleri gerilim ve akm denklemleri yazlrsa; (I) evresinden (II) evresinden &'E20 =(A) dmnden &I1 =(B) dmnden ise &I 3.2.Asenkron Makinenin Yukardakieitliklerdeakmlar gerekir.Bununyerineyaklakedeerdevreileakmlarkolaycabulunur.Bunun iinmknatslamareaktansvedemirdirenciterminaletanrsa(ekil3.5)evresinden; (I)R&I1 &V1edeer devre (T tipi) elde edilmi olur (ekil 3.3). makinenin tam (T tipi) edeer devresi makinenin bir trafo ve kaymaya baml bir yk direnci ile temsiliBylelikleasenkronmakinebirtrafovebirkaymayabamldirenolarak gsterilmi olur (ekil 3.4). ekil3.3dekidevreiin;(I),(II)evreleri-A,veBdmlerineilikinKirchoff gerilim ve akm denklemleri yazlrsa; ( )& & &V E I R j X1 1 1 1 1= + + ( )&( / )' ' 'I R s j X2 2 2= + & &'I I0 2= +ve& & &I I I0 = + olur. Makinenin Yaklak Edeer Devresi Yukardakieitliklerdeakmlarbulmakiin3bilinmeyenli3denkleminzlmesi gerekir.Bununyerineyaklakedeerdevreileakmlarkolaycabulunur.Bunun iinmknatslamareaktansvedemirdirenciterminaletanrsa(ekil3.5)Asenkron Makine (I) &I0 R1jX1jX2' R2' Rfe jXm &I &I &'I2 &'E20 (II) A B &E1R ss21'( ) 23 yk direnci ile temsili Bylelikleasenkronmakinebirtrafovebirkaymayabamldirenolarak A,veBdmlerineilikinKirchoff bulmakiin3bilinmeyenli3denkleminzlmesi gerekir.Bununyerineyaklakedeerdevreileakmlarkolaycabulunur.Bunun iinmknatslamareaktansvedemirdirenciterminaletanrsa(ekil3.5),(I) (3.19) (3.20) (3.21) (3.22) ) 24 ( )I IVRRsX X1 211221 22 =++ +'' elde edilir. ekil 3.5 Asenkron makinenin yaklak (L tipi) edeer devresi HesaplarkolaylatranbudevreyeLedeerdevresiyadayaklakedeerdevre denir (ekil 3.5). 3.3.Asenkron Makinenin Fazr Diyagram Fazr diyagramlarn izmek iin 3.19 ve 3.20 ifadelerini ele alalm: & & & &E V jI X I R1 1 1 1 1 1= ,0120 2 2 2 2 22= & & &'&' ( )E jI X I R IR ssve & &E E1 20= , & & &,& & &I I I I I I1 0 2 0= + = +

ifadelerini kullanlp &V1 referans alnarak( &V10), ekil 3.6daki fazr diyagram eldeedilir.Buradajoperatrnnarpldelemannfazn90ilerlettii unutulmamaldr (90 jI ; I). &I0 R1 jX1 &V1 jX'2R'2 R ss' ( )21 Rfe jXm'&I &I & I2 &E20 &I1 ( ) I(3.23) 25 ekil 3.6 Asenkron makinenin T tipi edeer devresine ait fazr diyagram 3.4.Sincap KafesliRotora AitParametrelerin ndirgenmesi ekil 3.7 Sincap kafesli rotorun iletken aksam I =ubuk akm Ih =halka segman akm Aksiyelyndekiubuklar,kiksadevrehalkasilebirletirilipsincapkafes oluturulmutur. Bu konstrksiyonda rotoru evresel olarak kesip aarsak; ekil 3.8 Sincap kafesteki ubuk ve halkalarn evresel alm hali &V1 jI X&1 1 &I R1 1jI X&' 2 2 &' I R2 2 &' ( ) IR ss221 & &E E1 20= 1&I1 & I2 &I1 & I2 &I0 &I &I m &V1 & &E E1 20= 012 0(a) (b) a b c d e f g h Ksa devre halkalar Ksa devreubuklar aceg bdfh IhbdIhdfIhfhIhcaIhecIhgeIabIcdIefIghubuk Halka segman 26 ekil3.7ve3.8degrldgibi,ksadevrehalkasegmanlarveubuklarolmak zere karmza iki ksm kar. Rotorzerindekiubuklarnhavaaralndakikonumlarfarklolduuiin ubuklardaendklenengerilimlerfarkldr.Yanikataneubukvarsa;okadarfaz vardr( ) m Q N2 2 2= = .Sincapkafeslimakinestatorufazl(ounlukla)rotoru-daha- ok fazl ( ) m2 bir makinedir. ekil 3.9 Halka ve ubuk akmlar arasndaki iliki ubuk saysQ2, rotor faz saysm2 ye eittir. HalkaakmIh,ubukakmI'denoldukabykolup;kutupbanadenoluk (ya da ubuk) says ne kadar byk olursa, bu fark da o kadar byr. ubuklararasndakiaye2ilegsterelim(ekil3.9).Ksadevrekafesinin simetrikolmasnedeniyleubuklardanakanakmgenlikitibarylabirbirineeit, fakate2kadarfazfarkldr.Ayndurumubuklararasndaakanhalkaakmlarnda da vardr. ekil3.9'dangrleceizereubukakmikikomuhalkasegmanakm arasndaki farka eittir. Q2oluklu(ubuklu)ksadevresargs,doalolarakm2fazlolacandan,pift kutuplu makinedee2 ; m QQpe 2 2222= = 'dir. faz farklarna gre akmlar izilirse; (3.25)e2 IhIh I 27 ekil 3.10 Halka akmlar ile ubuk akmlar arasndaki iliki I I Sinabhbde= 222 , I I SinQp h= 22 olup, IISinh e=1222 olur . Sincapkafesteubukbanaikiadethalkasegmandmektedir.Dolaysylarotor direncinibulmak,yadaubuk-halka-segmankombinasyonunuyapmakiin(halka segmanlarndanveubuklardanakanakmlaraynfazdaolmad,kesitlerdefarkl olduu),halkadirenciniubukdirencineindirgememizgerekir.Edeerrotorfaz direnci ;R R R h 22 = + ' olacaktr.ndirgemeiin(rotorusarglmakinedeolduugibi)bakrkayplarnn korunumundan gidilirse; I R I R RIIRh h h hhh2 22 = = ' '3.26 ifadesi 3.27de ( IIh )yerine yazlrsa ; RSinRheh'= 1422 2 R R R h 22 = + ' = + R RRSinhe222422ya daSinhe=1222

olarak tanmlanrsa;(3.27)(3.26)(3.28)(3.27)(3.28)e2 Ihdf Ihbd Icd Ief Iab e22 28 R R R h h 222 = + R RRSinhe22222= + Rotordirencibulunmuoldu.Fakatbunuedeerdevreyeyazmakiinstatora indirgemek gerekir. imdi bu direnci statora indirgeyelim. Rotorusarglmakinedekullanlan(3.16)ifadesiilem R I m I R2 2 221 222 = ' (rotordakitoplambakrkaybnnkorunumu)ifadesininkullanmiinI I =2 olacaktr. RmmIIR '2212222= kar. IImmN kN kww22121 12 2 = idi. RmmmmN kN kRmmN kN kRwwww'22112221212222222121 12 222= = m2 Q2 sincap kafesli makinede (ubuk says = rotor oluk says) olup, N21 2 = /Sarm (Bir sarm iki iletkenden olumaktayd. Dolaysyla, 1 ubuk 1/2 sarmdr) olur. Herhangibirubukbirfaztemsilettiivetekparaolanbirubuundatlmas veya kirilenmesi sz konusu olmadndan; k k kw p d 2 2 2= =1.1=1 3.31 ve 3.32 ifadeleri, 3.30 ifadesinde yerine yazlrsa; RmmN kw'( / )2121 121 2 1= ( ) RmQN k Rw 2121 1224 = Burada ; ( ) mQN kS w= 4121 12 ye (3.32)(3.33)(3.30)(3.29.a,b)(3.31) 29 sincap kafes evirme oran denir. ndirgenmi rotor direnci; R RS'2 2= R R R h h 222 = + idi. ( )R R R S h h'222 = + olur. Sincapkafessargsndakw2=1olduundan,rotordaendklenecek-titreimeneden olan-harmonikgerilimleriyoketmekiinyaplacakzm,ubuklareik yapmaktr. Bu da rotora yeni bir faktr getirir; keik (eiklik faktr). ekil 3.11 a) Eik kafes sarglar, b) Eik ve eik olmayan sarg arasndaki iliki Eiklik faktr ekil 3.11den; kAB kiriiAB yaye ik =olup,e. rotor uzay harmonii iin; kSin e be be ikep( )= 2 olarak elde edilir ve 3.30 daki sincap kafes evirme oran aadaki hali alr: mQN kkSwe ik=4121 12olur . Reaktanslarda; direnlerin benzeri ekilde; (3.34.a)(3.34.b)b e bp 2AB kirii; eilmemi ubuk AB yay; eilmi ubuk AB (a)(b) (3.35)(3.36) 30 X X X X X h h h 222 2 = + = + = X XS 2 2 ve ( ) = + X X X S h h 222

olarak elde edilir. 3.5.Edeer Devre Parametrelerinin Belirlenmesi in Yaplan Deneyler Edeerdevreparametrelerininbelirlenmesiiinaadakibalamaemas kullanlr. ekil 3.12 Asenkron motorun a) Bota alma, b) Ksa devre / kilitli rotor deneyi iin balama emas (a) (b) (3.37)(3.38)(3.39) 3.5.1.Bota alma Deneyi nnsolacandans alnrsa T tipi edeer devre ekil 13teki gibi basitlekil 3.13 Asenkron makinenin Ttipiedeerdevrede tanmlanrsa; & &I I0 10 m1faziinbotaalmadaekilengbirfaziinolandeerinmP m I R I0 1 0212= + (ve Q10 ihmaledilebilir. Bylelikle; P P0 yazlabilir. P m0 = veya 3 fazl sistemde hat parametreleri cinsinden; P0 = olup, burada 0 = zetlenecek olursa; bota alma deneyinde ekil 3.12.adaki balant yaplr ve VP0, I10 llp, Rfe ve X0 = CosR1 &V1& &I I1 0=Bota alma Deneyi{ } P V Vm n= = 01 1,olacandans0alnabilir.Dolaysile Rs'2okbykolduuiin alnrsa T tipi edeer devre ekil 13teki gibi basitleir. makinenin bota almada edeer devresi Ttipiedeerdevrede & &I I0 1= olur. &Z R jX1 1 1= +, &Zm =&& &VZ Zm 1+ olur. faziinbotaalmadaekilengbirfaziinolandeerinmRfe )yaniP P Pcu fe 010= +olur. I0 akm kk olduundan Pihmaledilebilir. Bylelikle;Pfe ,Q Qm 0 m V I1 1 10 0 cos , Q m V I Sin0 1 1 10 0= veya 3 fazl sistemde hat parametreleri cinsinden; V IL L 1 10 03 cos ,Q V I SinL L 0 1 103 = 1 10V I ;dir. bota alma deneyinde ekil 3.12.adaki balant yaplr ve Vve Xm aadaki 3.42 - 3.47 bantlar ile hesaplanr:1011 10CosPmV I &I0 jX1Rfe jXm &I &I & = I2031 okbykolduuiin I20 R jXR jXfe mfe m+olarak faziinbotaalmadaekilengbirfaziinolandeerinm1katolacaktr: akm kk olduundan Pcu10 0bota alma deneyinde ekil 3.12.adaki balant yaplr ve V1, 3.47 bantlar ile hesaplanr: (3.41) (3.43) (3.40) (3.42) 32 I I Cos = 10 0I I Sin = 10 0 RVIfe =1,XVIm =1 3.46 - 3.47de E1 V1 alnmtr; bu 3.40 ifadesindeki kabule dayanmaktadr. Dier bir yolda aadaki gibidir: 1021mPVRfe = , 1021mQVXm = , 3.5.2.Ksa Devre / Kilitli Rotor Deneyin V VkIkIn= ==01 11 1, Bualmadurumunda;n=0,s=1vedolaysile ( )Rss'210 = olduundan makineebeketarafndanbakldndaminimumempedansasahipolur.Bunedenle makineyenominalgerilimiuygulanmaz,aksihaldenominalakmnokstndebir deerdeakmekilirvemakineksasredezarargrr.Bunedenlemakinenin nominalakmekmesiniteminetmekiin,oto-trafozerindenV1k0 dr) GrleceizeremutlakdeercebykkaymalardaPcu2(I1artacandanPcu1de) artmaktadr. Buyzden verimli ve snmayayol amayan bir almay temin etmek iin kk kaymalarda (mutlak deerce) allmaldr. d) Elde edilen noktalar asenkron makinenin d karakteristiinde iaretlersek; diyagram elde edilir. (bu10Inolup, uzunsregeerse sarglariinzararl olacaktr) s M [Nm] -0.1 0 sn=0.05 1 1.4 Mn 29.92 39.7 -44.7 0sd sd' ekil5.6Bilezikliasenkronmakinerotorunailavedirenbalayarakyolvermededkarakteristik deiimi (5.12) (5.13), (5.14) 61 ekil 5.7 Bilezikli asenkron makine rotoruna ilave diren balayarak yolvermeye ilikin balantemas 5.2.7Asenkron Motora Yumuak Yolverici ile Yolverme ekil 5.8 AC Kyc ile asenkron motora yumuak yolverme Gnmzdeelektroniksistemlerinmaliyetlerinindmesiile,100kW-500kWaras Tristrkatoukez mikrobilgisayarkontroll olduuiin,sistembirok ileviinprogramlanabilir. Kullanlacaktasarmile;ar akmkoruma,hzlanmasresi belirleme,deviryn deiimi,frenleme,frenleme sresi belirleme, hata kontrol gibibirokilem gerekletirilebilmektedir. 62 motorlarnyolverilmesindeyumuakyolvericilerenekonomikveesnekzm olmaya balamtr. 5.3.Asenkron Motorlarda Hz Ayar Bilindiizereasenkronmotorunrotorhz,dneralanhzn(ns)yakalamaya almaktadr. O halde dner alan hz deitirilebilirse rotor hz da deiecektir. nfps =601. olduundan, nS e etkiyen parametreler p ve f1 dir. Bu parametrelerin deitirilmesi, ykl yada bota alma durumunda da rotor hzn deitirir. Devirsaysayaryntemlerindenbirdierideretilenmomenteetkietmektir. Moment ifadesi genel halde;

Mm pR RsVf RR RsXyvyvk=+ ++|\

|| +

((12121 122 22' '' olacandan,f1vepharicindedardandeitirilebilecekparametrelerV1veRyv'dr (bilezikli makinede). Bu moment ifadesi bir My 0 yk momentine eitlenip V1 yadaRyv'deitirilirse, eitlii salayacak farkl bir s kaymas elde edilir. Bylelikle motorundevriayarlanmolunur.imdibuparametrelerindeitirilerekhzn ayarland yntemleri inceleyelim. 5.3.1.Kutup Says Deitirilebilen Sarg Kullanarak Hz Ayar zelolaraksarlm,kutupsaysdeitirilenbiroksarmtrolmasnaramen, kolaylasndanenyaygnolarakDAHLANDERSARGIkullanlmaktadr.Bu sarmtekniindekutupsays2/1orannda(gen/ift-Yldz),dolaysiledner alan hz da 1/2 orannda deitirilebilmektedir. 8Kutuplumakinede,birfazaaitsarg,normalsargdaekil5.8adakigibi yerletirilmiken,Dahlandersargdabobinarabalantlarekil5.8bdekigibi (5.16) (5.15) 63 dzenlenmi olup, sarg ortasndan bir u kartlmtr. u x8 KutupARBRCRDR a) Normal Sarg u2x2 u18 KutupARBR CRDR b)Dahlander Sarg; u2 ve x2 den beslenmi u1 x14 KutupluARBRCRDR c) Dahlander Sarg; u1 ve x1 den beslenmi ekil 5.9 Bir faz sargsnda Dahlander balantnn elde edilmesi Dahlandersargdabykkutupsays/alakdevireldeetmekiinu2 ilex2den besleme yaplr. Kk kutup says/yksek devir says iin ise u2 ile x2 birletirilip; x1 diye adlandrlp u1 ile x1 den besleme yaplr. Bu durumda sarglarn yarsndaki akm yn deiir, bylece kutup says da yarya iner (ekil 5.9c). Makinenin fazl olduu kabul edilirse, faz sarglar kendi iinde gen balanr ve aada grlecei zere dar 6 u kartlr (ekil 5.10). 64 ekil 5.10 gen ve YldzYldz bal 3 fazl makinede sarglar aras balantlar; a) gen balant: bykkutup/alakdevir,b)YldzYldzbalant:kkkutup/yksekdevir,c)Terminal kutusu Dahlandersargdafazsarglarnormaldegenbalanrveu2v2w2denbesleme yapldnda motor alak devirde dner. ki kat devir says elde etmek iin (yksek devir) u2 v2 w2 birletirilip, u1 v1 w1 den beslemeyaplr.Budurumdasarglarnbalantsekil5.10bdekiift-yldz balantdaki gibi olur. 5.3.2.Frekans Deiimi le Devir Says Ayar Buyntemde, f1 ebeke frekans deitirilerek dner alan hznn deimesi salanr ve bylelikle rotor hz ayarlanr. Fakat T tipi edeer devreden (ekil 3.3), IEXEf Lm m= = 1 112 olduundanf1deitikeIdedeiir.f1nominaldeerinegreazaltlrsaXm kleceindenIartar.Innartmasmakinenindoymasvelineerliinin kaybolmas anlamnagelir. Doymaya sebebiyet vermemek iin E1 / f1 orannn sabit tutulmasgerekir.E1insabittutulmasmklatkartacandan(V1E1kabul ile) V1 / f1 orann sabit tutulmas yoluna gidilir. (5.17) 65 Diertaraftanalmablgesigreceliolaraksabitkalacandan(s=sbt),frekans arttka makine empedans artacak, V1 / f1 oran sabit tutulduundanI'2de yaklak olarak sabit kalr. Bu ilikiler Biot-Savart Kanunu (F B I = . .l ) gerei, retilen momentin sabit kalaca anlamna gelir. D karakteristik ekil 5.11daki gibi deiir. sns''ns'nsMdMf1f1'f1''f f f1 1 10'' '> > =10 ekil 5.11 f1 deitirildiinde d karakteristiin deiimi (V1/f1 = sbt) Bu teknik, D.A. yada D.G. ara devreli 3 fazl darbe genilik modlasyonlu eviriciler kullanlarak gerekletirilir (ekil 5.12). (a) (b) ekil 5.12 a) Evirici zerinden beslenen asenkron motor, b) V1/f1 orannn deiimi f1 deitirildii iin etiket hznn stne kabilir. Bu durumda frekansa bal demir _ _ M 3 R S T D.G. DorultucuEvirici u v w 66 kayplarnnartacavemakineninsnacagzardedilmemelidir.Nominal frekans altnda sabit moment kipinde allr V1/f1 oran sabittir. Nominal frekansn zerine klmas durumunda makine g snrnn almamas iin sabit g kipinde allr, bu blgede artan frekans ile V1/f1 oran azaltlr (ekil 5.12b). 5.3.3.BilezikliAsenkronMotorunRotorDevresineDirenlaveEderekHz Ayar Buyntemdedneralanhznaetkiedilmez,dolaysilebotahzayaryaplamaz; sadece senkron alt devirlerde ayar yaplabilir. Ykl durumda motor alma noktas bir kaymadan dierine deiir. Kayma deitiinde rotor hz da deimi olur. (5.16) ifadesinde Ryv deitirilirse eitlik farkl bir s deeri iin salanr.Kayma ve hz Ryvile deitirilmi olur. BuesnadaRyvbyrkenSddebyyecektir.UygunRyvseimiile(Myv=Md) yolverme momenti maksimum momente eitlenerek motorun yksek kalk momenti ile yolalmas salanabilir. D karakteristik ekil 5.13deki gibi deiir. s0sssR Ryv 2' '+R Ryv 2' ''+R Ryv 2' '''+My MdM10 ekil 5.13 Bilezikli asenkron motorda rotor devresine diren ilave edildiinde d karakteristiin deiimi. Arzu edilen s1 kaymasndan, s2 kaymasna gemek iin rotor devresine ilave edilecek diren: RsR Rsyv'' '2122=+ eitliinden bulunur. (5.18) 67 Devrebalamaemas,bilezikliasenkronmotorayolvermedekullanlanemaile ayndr (ekil 5.7). 5.3.4.Gerilimin Deitirilmesi le Hz Ayar V1ebekegerilimideitirildiindedneralanhzdeimeyeceinden,botaki devirsaysdeitirilemez.Dolaysilebutiphzayarsadeceykldurumda yaplabilir. (5.16)balantsndaV1deiince,(belirlibirykmomentivarken)eitliin salanmasiinskaymasbakabirs' deerineoturur.Bylecemotorundevri deitirilmiolur.Senkronaltdevirlerde;nsilendarasndaayaryaplabilir.V1 nominaldeerininzerinekartlmaz,aksihaldemotordoyar.Bykkaymalarda rotorsarglarnnsnacagzardedilmemelidir.Gerilimindeitirilmesiiin alternatifakmkycsyadaoto-transformatrlerkullanlabilir.ayetoto-trafo kullanlrsabalamaemas;oto-trafoileyolvermebahsindeverilenileaynolur (ekil 5.5a). D karakteristik ekil 5.14deki gibi deiir. s1 s1 0 s M My V1 V1 V1>V1 1 0 ekil 5.14 Gerilim deiimi ile hz ayarnda d karakteristik. 5.4.Asenkron Motorun Frenlenmesi eitli frenleme ekilleri olmasna ramen, en ok kullanlan tip verilecektir. 68 5.4.1.Mekanik Frenleme Buradamotormekanikfrenaralariledonatlr.rneinalmasresindebir elektromknatslakaldrlanmekanikfren,motorundevredenkmasilederek motorun durmas salanr. Frenlemeesnasndamotoru(elektrikselolarak)yklemezler.Mekanikfrenli motorlarnfrenleri;diskliveelektromknatslamelliolabileceigibikonikrotorlu olantiplerivardr.Asansrsistemleriveyksekhzlmatbaamakinelerinde kullanlrlar 5.4.2.Ters Akm ile Frenleme Kontaktrlvezamanrlelibirotomatikkumandadzeniilestatorfazlarndan herhangi ikisi yer deitirilerek dner alann yn ters deitirilir. Rotor, dner alan takipedeceinden,dnynn(biriktirdiikinetikenerjiyisyaevirdikten sonra)deitirmekisteyecekvedevirsayssfrdangeerkenotomatikkumanda dzeni motoru devre d brakacaktr. L1L2L3 M F e2 e1 1 3 5 2 4 6 1 3 5 2 4 6 1 3 5 2 4 6 M 3 u v w (a) 69 (b) ekil 5.15 Ters akmla frenleme;a) G devresib) Kumanda devresi 5.4.3.Doru Akm ile Frenleme BuyntemdemotorsarglaruygunekildebirletirildiktensonrabuularaVFd dorugerilimiuygulanr.Tabiikibuilemdenncemotorebekedenayrlm olmaldr. Sarglar genellikle aadaki gibi birletirilir. VFdR1IFd R1VFdIFd ekil 5.16 Stator sargsna doru akm uygulanrken kullanlan balamalar IFd akm ; IFd = kI1n olup,k;ekil5.15deki(a)balamasiin1.225,(b)balamasiin2.12olarak (5.19) 70 verilmektedir. Frenleme gerilimi; VFd = IFdRe

bantsilebulunur.Re ;(a)balamasnda1.5R1ve(b)balamasnda0.66R1 olacaktr. Balama emas aada verilmitir. ekil 5.17 Doru akm ilefrenleme; (a) G devresi, b) Kumanda devresiters akmlafrenlemeye ait kumanda devresi ile ayndr. (ekil 5.14b) (5.20) 71 EK 1. SORU ve CEVAPLAR Bublmdebazsnavlardakansorularvecevaplarverilmitir.zmlerde MCADpaketprogramkullanlmolup,zmktlarnnMCADten MsWORDedntrlmesindebazmetinkayplarveanlamdklolumu olabilir. SA.. MH. FAK. ELEKTRK MAKALARI III YIL SIAVI11.12.1996 1)500V,50Hz'likfazlebekedealan,yldzbal,8kutuplubir bilezikli asenkron motorun edeer devre parametreleri aada verilmitir. R R X X Xm 1 2 1 20 25 018 0 6 0 6 25 = = = = = . , . , . , . ,' ' Bu motor 175Nmmomentinde sabitbir yk tahrik etmektedir. a) Motorun bu yk hareket ettirip ettiremeyeceini belirleyiniz. b) Sistemi ivmelendiren momenti, c) Motorun alma hzn bulunuz. 2) Etiket deerleri; 132kW, 500V, 50Hz, 176A, 2970d/dak, GF=0.93, verimi 0.93olangenbal3fazls.k.'libirasenkronmotorunbotaalmadeneyinden P kW0 07 72 = = , oolaraklldnegreedeerdevreparametrelerini hesaplaynz (Pstv = 0 alnacaktr). 3)380V,50Hz'likbirebekedealanyldzbalve R R X X Xm 1 2 1 2036 0 4 0 42 0 42 158 = = = = = . , . , . , . , .' ' parametrelerine sahip 4 kutuplu bir s.k.'li bir asenkron motorun ; a) Motorun yol alma akmn ve momentini, b) devrilme momentini ve kaymasn bulunuz. c) Kaymann 0.08 olmas durumunda retilen momenti bulunuz. 4) Asenkron makinenin g bilanosunu diyagram halinde veriniz. 72 TM SORULARDA L EDEER DEVRES KULLAIIZ, SRE 90' DIR SA.. MH. FAK. ELEKTRK MAKALARI III YIL SIAVI ZMLER 11.12.1996 1. SORUV15003V (yldz) p 4 Xm25 f 50 Hz m13 m23R10.25 R'20.18 X10.6 X'20.6 My 175 Nma)M( ) s. . .m1pR'2sV12. . .2 f R1R'2s2X1X'22Myv M( ) 1 = Myv 352.611 NmMyv > My olduundan motor yk hareket ettirir.b)Ma Myv My = Ma 177.611 Nm olurc). . .m1pR'2sV12. . .2 f R1R'2s2X1X'22My.1.8 105s. . .2 50 0.250.18s2( ) 0.6 0.62175s1.1.02 102s1 0 ile 1 arasnda olduu iin seilir. s22.108ns.60fp= ns 750 d/dak n.ns 1 s1= n 742.35 d/dak olur. 73 SA.. MH. FAK. ELEKTRK MAKALARI III YIL SIAVI ZMLER 11.12.1996 2. SORUP 132000 W V1500 V I11733Asarg akm cinsinden GF 0.93 0.93gen bal m13 P07000W 0.72180 rad f 50 Hz Pstv 0n 2970 d/dakZM:ns.60fpns 3000.6050p3000 p 1 = ns 3 103d/d sns nns= s 0.01P035002RfeRfe.50023P0= Rfe 107.143 Q0.P0 tan 0= Q02.154 104VarQ035002XmXm.50023Q0= Xm 34.813 Pm P Pstv = Pm 1.32 105W I'2I1L tipi edeer devre = I'299.882 APm. . .m1I'22R'21 ssR'2.Pm31 ss1I'22= R'20.045 R1R'2= R10.045 PgP= Pg 1.419 105W acos( ) 0.93 Qg.Pg tan( ) = Qg 5.61 104VarZV1I1= Z 5.006 Z R1R'2s2( ) Xk25.006 20.246 ( ) Xk2Xk 2.194 X1Xk2= X11.097 X'2Xk2= X'21.097 74 SA.. MH. FAK. ELEKTRK MAKALARI III YIL SIAVI ZMLER 11.12.1996 3. SORUV13803V(yldz) p 2 Xm 15.8 f 50 Hz m13R10.36 R'20.4 X10.42 X'20.42 ZMa)I( ) sV1R1R'2s2X1X'22Iyv I( ) 1 = Iyv 193.676 AM( ) s. . .m1 pR'2sV12. . .2 f R1R'2s2X1X'22Myv M( ) 1 = Myv 286.558 Nmb)SdR'2R12X1X'22= Sd 0.438Md M( ) Sd = Md 360.815 Nmc) Moment denkleminde kayma yerine konulursa= M( ) 0.08 156.153 Nmyada Kloss dennkleminden yaklak olarakM.Md 20.08SdSd0.08= M 127.634 Nm bulunur 75 94 ubat SAU FBE Y.Lisans Snav Sorusu ve zm:Yldz bal, 220V (hat gerilimi), 10hp, 60Hz'lik rotoru sargl bir asenkron motorun faz bana devre parametreleri, stator tarafna irca edilmi hali ile aada verilmitir.V12203p 3 Xm13.25 f 60 Hz m13 m23R10.294 R'20.144 X10.503 X'20.209 Mekanik ve demir kayplarnn toplam btn hzlar iin 403 W' tr. Aadaki sorular motorun yaklak edeer devresini kullanarak cevaplaynz.a) Motor n 1164 d/dak hzla alrsa kayma ne olur ? Mekanik ve elektriksel kayplar ihmaledilirse,motorbota alrken kayma ve hz ne olur.ns.60fp= ns 1.2 103d/d sns nns= s 0.03Btn kayplar ihmal edilirse botaki devir says ns 'e gider. Dolays ile kayma da sfr olacaktr.b) Motorun yolalma momentini bulunuz.Bunun iin moment bantsnda s=1 konulur:M( ) s. . .m1pR'2sV12. . .2 f R1R'2s2X1X'22= M( ) 1 79.369 Nmc) Maksimum yol alma momentini elde edebilmek iin rotor devresine ilave edilecek yolverme direncini bulunuz.(stator/rotor dnm oran 2 dir.)SdR'2R12X1X'22= Sd 0.187Moment formlnde Sd=1 konursa: = M( ) Sd 180.941 NmMaksimum moment ile kalk yapabilmek iinMk(R'yv)=Mdolmaldr.. . .m1pR'2R'yv1V12. . .2 f R1R'2R'yv12X1X'22M( ) Sd. . .3 30.144 R'yv116133.3. . .2 60 0.2940.144 R'yv12( ) 0.503 0.2092180.934Bu direnlerin ikisi de tutarl olduundan daha kk kalk akm iinbyk olan seilebilir. Gerek Ryv ise;R'yv, 1 2.618.634Ryv. .m2m1120.634 ifadesinden = Ryv 0.159 olarak elde edilir.NOT: Hesaplarda virglden sonra az ondalk yada yuvarlamalar yapldnda R`yv karmak say olarak kmaktadr. Bu durum bu problemde yanltc olmaktadr. 76 KAYAKLAR [1] http://webex.adamyo.sakarya.edu.tr/moodle/ (Eriim: 20 Ocak 2009) [2]Mergen,A.Faik;Zorlu,Sibel,ElektrikMakineleriIIAsenkronMakineler, Birsen Yaynevi, 2005, stanbul [3]Mergen,A.Faik;Zorlu,Sibel,ElektrikMakineleriIIISenkronMakineler, Birsen Yaynevi, 2005, stanbul [4]Mergen,A.Faik;Gizlier,Ediz;Bac,Nilfer;ElektrikMakineleri Transformatrler ve Asenkron Makinelerde zml Problemler, Birsen Yaynevi, 2005, stanbul [5]Mergen,A.Faik;Kocaba,A.Derya,Gizlier,Ediz;SenkronMakinezml Problemler; Birsen Yaynevi, 2005, stanbul [6]Sen,P.C.,PrinciplesofElectricMachinesandPowerElectronics,John-Wiley & Sons, 1989. [7] Fitzgerald, A. E., Kingsley, Jr. C., Umans, Jr. S., Umans, S, Electric Machinery, 6th Edition, Mc Graw - Hill, 2003 716.SENKRON MAKNALAR 6.1.Giri Kkglerdekutuplarsabitmknatsl,bykglerdeelektromknatslolarak imaledilirler.Kutuplarrotorayerletirilmiolup,statoruna(asenkronmakinada olduugibi)okfazlalternatifakmsargsyerletirilmitir(ekil2.3).Senkron makinageneratryadamotorolarakaltrlabilir.ebekeyebalolarakalan senkronmakinaiinenerjidnmnnartmakinannsenkrondevirde dnmesidir. Enerji reten bir makina; nfps= 601 sabithzndadner.Bu,kutuptekerleininstatordakidneralanhzylasenkron olarak dnmesi anlamna gelir. Bu yzden senkron makina olarak anlr. ounlukla generatrolarakkullanlansenkronmakinalarngleribugnlerde2000MVAe kadar ulamtr. Stator hat gerilimleri ise 6, 15, 20, 27 kVtur. Senkronmakinalarhava,suveyadirekhidrojensoutmalolabilmektedirler. Hidrojenli soutma 1000 MVA den byk glerde kullanlmaktadr. 72 7.SENKRON MAKNALARIN YAPISI VE ALIMA PRENSB 7.1.Giri Yapitibariyledoruakmmakinasnntamtersidir.DoruAkmmakinasnda kutuplarduranksmdavehareketlirotordaalternatifakmretilirken(kollektrile dorultulmakta idi), senkron makinada alternatif akm reten sarglar statora alnm vekutuplarisehareketliolanrotorayerletirilmitir(ekil7.1).Bununnedeniorta gerilim reten yksek gl, ok fazl alternatif akm sarglarnn rotorda izolasyonun salanmasnn g olmasndandr. Hareketlikutuptekerleine,yaltlmfra-bilezikdzenizerindendoruakm verilerek, zamana gre yn deitirmeyen doru bir alan retilir. ekil 7.1 kk kutuplu senkron makina 7.2.alma Prensibi Senkronmakinalaraynkonstrksiyonilehemmotorvehemdegeneratrolarak iletilebilirler.Biot-Savartyasas(E=B.l.v)uyarnca,magnetikalanveyastatora yerletirileniletkenlerhareketetmeyinceiletkenlerdegerilimendklenmez.Bu 73nedenlerotorbirtahrikaractarafndandndrlr.Bylecekutuplardaoluturulangenlii deimeyen bu doru alan, rotorun (kutup tekerlei) dndrlmesi ile hareket ederekstatordakiiletkenlerikeservebuiletkenlerdegerilimendkler.Generatr iletmesiniaklayanbualmada,doruakmileuyartlmkutuptekerleine (rotor) mekanik enerji verilip, statordan elektrik enerjisi (alternatif akm) elde edilir. Rotorundndrlmesisuretiylegenliideimeyenvehareketetmeyenalandner alanhalinegelir.ayetstatordakiokfazlalternatifakmsargsnaokfazl alternatif akm uygulanrsa, statorda dner bir magnetik alan oluur. Bu alann hz; nfps= 601 olur. Kutup tekerleinin doru akm ile uyartlm ve bir d tahrik arac ile ns devrine getirilip serbest brakld dnlrse (bu olaya senkronlama denir), stator ve rotor alanlarbirbirinekenetlenecekverotorstatoruns hzndatakipedecektir. Bu takipte rotorbirdfrenmakinasileazmiktardayklenecekolursa,rotorunSkutbukenetlenmiolduustatorunNkutbundankkbirafarkilegeridekalr.Bu motoralmadrvedahasonraykasolaraktanmlanacakolanykasnn negatif olacan gsterir (rotor geriden gelmektedir). Generatrdeisedurumtersinedir.Rotoralan,statordaykakmlarnnoluturduu dneralandanileridedir.Zirarotordanverilenmekanikg,statordanekilen elektrikgcfrenlenir.Dolaysile,aynenmotordaolduugibi,rotorunbelirlibir moment ile tahrik edildii dnlrse, statordan ekilen elektrik gc arttka stator alan kutup tekerlei alann gerisinde kalacaktr. Bu nedenle yk as >0 olacaktr. 7.3.Stator Yaps Statorvestatordabulunanokfazlendvisargsyapitibarileaynasenkron makinadakigibidir(bkz.Ksm1-Blm1.3,2.3).Stator;statormagnetik malzemesinindeikenmagnetikakiindebulunmasnnnedenolacademir kayplarnazaltmakiin,magnetikdomenleriynlendirilmemi0.5mm kalnlndaki silisyumlu salarn paketlenmesi ile uluturulur. (7.1) 74 Makina gc arttka, akmn ve dolays ile kayplarn artmamas iin stator m1 fazl veortagerilimliolaraktasarlanr.m1fazlalternatifakmsisteminde,stator evresinde her bir faza 2/m1 radyanlk blgeler tahsis edilir (ekil 2.3). Ardl stator oluklar arasndaki geometrik a gQ= 21 [ rad ] ( Q1: Stator oluk says) iken d tahrik makinas tarafndan dndrlen p ift kutuplu kutuptekerleininardlstatoroluklarndaendklediigerilimlerarasndaki elektriki a ;e = p. g =p. 21 Q[ rad] olurvestatorfazsarglarnnular, 21 mkadarelektrikiafarkloluklardan kartlr. fazl stator iin faz sarglar ular (asenkron makinada olduu gibi) u-x, v-y, w-zolarak adlandrlp bir terminal kutusunda toplanlr. 7.4.Rotor Yaps Kutuplar(d.a.makinalarndaolduugibi)dkmeeliktenveyastatoryapsnda bahsedilensilisyumlusalardanyaplmaktadr.Ayrcakkglsenkron makinalarn kutuplarnda sabit mknatslarda kullanlmaktadr. Kutuptekerlekleritipbakmndan,kkkutuplurotorveyuvarlakkutuplurotor olmak zere ikiye ayrlr. 7.4.1.Senkron generatrde rotor hznn seilmesi Elektromekanikenerjidnmdzeneklerindeyksekveriminsalanmasiin senkrongeneratrnhz,tarikmakinasverimininyksekolduublgede(hzda) planlanr. (7.2) 75Tahrik makinas, Francis veya Kaplan trbini (Hidrolik santrallar) olduunda yksek verimli devir saylar 60 - 300 dev / dak arasndadr. (7.1) nolu bantdan; pfns= 601 olacandan,kknslerdebykiftkutup(p)saylargerekmektedir.Byk kutupsaylarndarotorevresinesinsoidalyaylmbirmagnetikendksiyon retebilmek iin uygun rotor yaps, kk kutuplu rotordur. ok sayda kk kutuplu rotorekirdeievresinemontajlanmasdurumundarotorapoldukabymekte (bykglmakinalarda10-16m)vemakinannsabitletirilmesidikrotor durumundakolayolabilmektedir.Buyzdenhidroliksantrallerderotordikeyolarak dnmektedir. Bu rotorlarda aksiyel uzunluk apa gre kktr. Buhartrbinleriiseyksekdevirlerde(ounlukla3000dev/dak)verimli almaktadr.Yksekdevirdealacaksenkrongeneratrnrotorununevresel hznn,atalet(savrulma)momentininkktutulmasiinrotorapnnkk yaplmasgerekmektedir.Buartlartatminedenrotor tipi, yuvarlak rotorlu yapdr. Makinagcnnteminiiinaksiyeluzunlukapagrebyktr.Tipikbirrnek verilirse, 1200 MVA lik bir yuvarlak rotorlu bir senkron generatrn rotoru 100 ton, ap1250mm,aksiyeluzunluu8mdir.Yuvarlakrotorlumakinalarounlukla yksekdevirsaylariintasarlandklarndan,butipmakinalaraturbo generatr/motor da denilir. Paralel alan generatrlerden biri ar yklenmeden dolay senkronizmadan karsa busenkrongeneratrnrotoruambaleolurvenominalhznn%180-250katna kar.Budurum,savrulmakuvvetlerinedeniilekutuptekerleiniciddiekilde zorlayanbirolaydr.Generatrparalelalmadankartlmaldr.ayet kartlmazsa,ebekeyedahayksekfrekanslgenlikmodlasyonlubirakmverir. Ambaleolmadurumusistemindnermakinaaksamvehareketaktarmaorganlar iin ciddi tehlikeler dourabilir. Aryktendolaysenkronizmaskrlanbirsenkronmotormomentretemezve rotor durmaya giderken ebekeden de ar akm ekilir.76 7.4.2.kk kutuplu rotor ekil 7.2 Kutup ekirdei, kk kutup, montajlanm rotor ve amortisr sarglar ekil 7.3 a) kk kutup ve endvinin erilik yaraplarnn farkll b) kk kutuba ait evresel magnetik endksiyon dalm Havaaralendksiyonununsinsoidaldalmasiinkutupbalarnazelekiller verilir(ekil7.3).Endksiyondabulunabilecekyksekharmonikdneralanlarve mekaniktitreimleribastrmakiinkutupbalarnaalanoluklaraksadevre 77amortisrsargsyerletirilirvebusarglarevreboyuncaksadevrehalkalarile birletirilir(sincapkafesliasenkronmotorlardakigibi).kkkutuplumakinalarda hava aral kutup taksimatnn 150160ile kadardr. kk kutuplar evresine sarlan uyarma sarglar aralarnda seri balanldktan sonra, milden izole edilmi bilezik-fra dzeni ile ayr bir terminal kutusuna kartlr ve I - K harfleri ile adlandrlrlar. 7.4.3.Yuvarlak rotor ekil 7.4 a) Yuvarlak rotorlu bir senkron makinann uyarma sargsna ait kuvvet izgileri dal b) Byle bir kutup tekerleine ait mmk erisi ekil 7.5 Oluk aralklar birbirinden farkl yuvarlak kutup tekerlei Yuvarlak rotorlu generatr ounlukla 3000 dev / dak yada bazen 1500 dev / dak iin tasarlandklarndanbugeneratreturbogeneratr(turboalternatr)dedenilir.Bu 1 0 < 0 ekil 8.1 Omik, kapasitif ve endktif yklerde V-I fazrleri imdikkkutuplusenkronmakinannendvisindekidekisarglardanfarkl V V V II I 80 karakterdeykakmlarnngetiinidnerek,makinaierisindekimmk deiimlerini generatr ve motor iletme durumlar iin inceleyelim. 8.1.Generatr letmesi Bunun iin senkron generatrn ns hznda tahrik edildiini, kutup tekerleinin doru akmileuyartldnvestatoraaadakikarakterlerdeyklerbalandnkabul edelim. 8.1.1.Omik yk durumu Endklenengerilimilesargdaakanakmarasndafazfarkyoktur.Yanigerilimin maksimumolduuyerdeakmdamaksimumolur.Budurum ise iletken tam boyuna eksendeikenmeydanagelir.nkakkavramasnnsfrolduuyerdegerilim maksimumolur.ekil8.2dekibobineakmynvesaeltirbuonkaidesi uygulanarak endvi ve bileke alann yn bulunur.

ekil 8.2 Omik ykl generatrde endvi reaksiyonu Yukardaki Ef ile I arasndaki aya () i faz as denir. Ef ; kutup tekerlei aksnn endvi sargsnn 1 faznda endklenen emkdr. Makinadaki bileke mmk; r r rF F Fa f= +olacaiin,deksenindensapanbilekeak,kutupayaklarndaaadakigibi (8.1) N S Fa . + Ff d ; ( Boyuna eksen) ns q ; ( Enine eksen) Fa Ff F Ef I = 0 81ylmalar ve doymalar oluturur (ekil 8.3). ekil8.3Senkrongeneratrdeendvireaksiyonusonucundaaknnyndeitirmesiylekutup ayaklarnda oluan ak ylma ve seyreklemeleri Ylmalardoymayanedenolacandandolay,akdantamistifadeedilemez.Bu nedenleomikyklalmada,generatrterminalgerilimindeazmiktardadme olur. Fa nn Ff ye 900 dik olmasndan dolay, omik ykl endvi alanna enine alan denir.Bualmadurumunda,kutupayaklarndaki(azmiktarda)ylmalar nedeniyle kutup alan endvi alan tarafndan az miktarda zayflatlr (ekil 8.2). 8.1.2.Endktif yk durumu r r rF F Fd f ad=

r r rF F Fd aq= + ekil 8.4 Endktif ykl senkron generatrde endvi reaksiyonu Akmgerilimegrednynndekadargerifazdadr.Yanigerilimmaksimum deerini boyuna eksende almken, akm bu noktadan as kadar sonra maksimum deerini almtr. Bu durumda Fa iki bileene ayrlr ; Fad, Faq . Fad ; Ff uyarma alanna tam zt ynde olup Fd diye anlan boyuna eksen bileke mmkini zayflatr (ekil 8.4). DiertaraftanFaqeninebileeni;bilekealanynnsaptrp,doymave seyreklemelere neden olur (ekil 8.3).Skma (Doyma) Seyrekleme N S Fa . + Ff d ns q d Fa Faq F q Fad Fd Ef I Ff 82 Yukardakinedenlerdendolayartanendktifykakmile(zellikle=900 ise) generatrnterminalgerilimiarderecededer.Yaniendktifalanesaskutup alann kuvvetlice zayflatr. 8.1.3.Kapasitif yk durumu r r rF F Fd f ad= + r r rF F Fd aq= +ekil 8.5 Kapasitif ykl senkron generatrde endvi reaksiyonu Endklenen emk d ekseninde maksimum olurken akm (dn ynne gre) akm as kadar nce maksimum deerini alr. Bunun neticesinde, kapasitif ykl senkron generatrdeendvialannndikeyboyunabileeniFad,Ffyidestekleyerek kuvvetlendirir (ekil 8.5). Bylelikle, generatr terminal gerilimi artar. 8.2.Motor letmesi Motoriletmesiiinendvireaksiyonukolaycagelitirilebilir.Motordaakmyn, generatregreztyndeolacaktr.Endktifmotoriletmesinialarakincelemeyi srdrelim. ekil8.6dangrleceizereendktifkarakterlimotorakmnnoluturduu endvireaksiyonuesasalandesteklemektevedolaysileFfyiarttrcetki oluturmaktadr.Endktifmotoriletmesindekireaksiyonkapasitifgeneratrdeki reaksiyona benzer olup, destekleme vardr. N S Fa . + Ff d ns q d Fa Faq F q Fad Fd Ef I Ff 83 r rr rr r rr r rF F SinF F CosF F FF F Fad aaq ad f adf aq= = = += + ekil 8.6 Endktif alan senkron motorda endvi reaksiyonu Kolayca gsterilebilir ki, kapasitif motor iletmesindeki reaksiyon, endktif generatr iletmesindekiendvireaksiyonunabenzerolup,iddetlezayflatcetkiyesahiptir. Omik motordaki durum ise omik generatrdeki ile ayndr (Hafif zayflama). N S Fa . + Ff d ns q d Fa Faq F q Fad Fd Ff 84 9.SENKRON MAKNANIN EDEER DEVRES 9.1.Endvi Sarglarnda Endklenen EMK Endvisarglarndaendklenengerilimkolaycagsterilebilirki;E B v = l (Biot-SavartYasas)hareketgerilimindeneldeedilip,neticeitibariyleasenkron makinalardaki ifadenin benzeridir (Eitlik 3.1): E f N kfe e e a wae= 4 44 .max Burada ; e: hava aral aksnn harmonik numaras, emax : Hava aral aksnn e. uzay harmoniinin maksimum deeri, fe: hava aral aks e. harmonik bileeninin frekans, Na: Endvinin bir fazndaki toplam sarm says, kwae : e. endvi sargs harmonii iin, endvi sarg faktrdr. 9.1nolubantdangrleceizere,kutuptekerleininreteceibtnharmonik aklar(e)endvideEfe gerilimiendkler.Kutuptekerleininreteceihavaaral aksnnsinzoidaldensapmas,endvideendklenengerilimindesinzoidalden sapmasna;harmonikiermesinenedenolacaktr.Bunedenlehavaaralaksnn olabildiincesinzoidaleyaknolmassalanmaldr.Kutupaksnnsafsinzoidal olduu kabul edilirse endvide retilen emk; E f N kf a wa= 4 441.max 9.2.Yuvarlak Rotorlu Senkron Makinann Edeer Devresi Daha nce bahsedildii gibi, endviye ok fazl ve simetrik sarg yerletirilmitir. Bu sarglarauygulananaynfazsaysndaveuygunfazfarklgerilimler,makinannfaz (9.1) (9.2) 85sarglarndansimetrikakmlaraktrlar.Hernekadarfazlardabtnbyklklerin birbirineeitolduukabuledilsebile,makinannelektromanyetiksistemolan yapsnelektrikselbirdevre(edeerdevre)iletemsiletmek,makinann performansnnveideikenlerininincelenmesindebykkolaylksalar.Ancak busayedemakinayailikinzmlerkolaylklaeldeedilir.okfazlvefazlar simetrikolanbirmakinannbirfaznntemsiliileedeerdevreeldeedilir.Tm hesaplar ncelikle bir faz iin yaplr ve daha sonra ok fazl sisteme geilir. Endviilekutuptekerleifarklikisargtadklargibi,busarglardangeen akmlarda karakter ynyle farkldrlar. Bylece makinada iki deiik alan mevcuttur. Bualanlararasndakiilikilerendvireaksiyonunudourur.Byleliklemakinada bileke bir alan sz konusu olur. O halde bu iki sargy ortak olarak kavrayan bu ak zincirlemesia,endvidengeenakmneticesindeortayaktiinbirz endktans tarif etmesi gerekir. a = La I1

Ayrcaendvisarglarndadolaanbuakm;I,sarglarncephebalantlarnda, oluklardamuhtelifyerlerdedevresinikarsargykavramadanhavadankapayarak, endviilekutuptekerleininmanyetikolarakbalanmasnakatkdabulunmayan kaakaklardaoluturur.Bukaakaklarnda( )kendinezgbirendktansta olumas gerekir. = L I1 O halde endvinin bir faznn endktans (Senkron endktans : Ls) Ls = La + L olur.Buendktans,asalhzileberaberbirreaktanstanmlar.Bunasenkron reaktans denir: Xs = Ls = La + L = Xa + X kibileendenoluansenkronreaktansnkkksmnaX; kaakreaktans,byk ksmna ise Xa ile gsterilen endvi reaksiyonu reaktans denir. (9.3) (9.4) (9.5) (9.6) 86 Sargnn omik direnci Ra da hesaba katlmaldr. fazlbirmakinada,kutupsargsveendvisarglarnekil9.1dekigibitemsil edebiliriz.IKUWVL1L2L3L+L-V1V1LVfX, Y, ZI1IfRaXaX RfLf ekil 9.1 fazl senkron makinann sarglar, ular ve parametreleri Bu devrenin bir faznn temsili, senkron makinann edeer devresini verir. IKux+-RfLfXaXRaEfIfI1EV1+ Ea - fVf ekil 9.2 Yuvarlak rotorlu senkron generatrn edeer devresi (motor iletmesi iin endvi akmyn deitirir) Ea nn yn omik ve endktif alma iin ekil 9.2deki gibidir. Kapasitif ykte ise polarite deitirir. ekil9.2deEfbamlkaynanndeeriEitlik9.2deverilmitir.Ea=jXaI1 deerigerilimdmdeil,ynyknfazasnabalolarakdeien(Efye gre) endklenen bir gerilimdir. ekil 9.2de; Ea ya endvi reaksiyonu gerilimi, Ef ye bota endklenen gerilim, E ye ykte endklenen gerilim, V1 e ise bir faz sargsnn terminal gerilim denir. Generatralmahaliiinizilenekil9.2dekiedeerdevredeoluturulacak 87Kirchoff evrelerinden ; & & && &&.& &E E EE I R j I X Vf aa= = + +1 1 1 yazlr. Generatr alma durumuna tekabl eden bu devrede ; &( ) I R j Xa 1 +

bileenimakinannbirfazndakigerilimdmnverir.Endvireaksiyonu gerilimi; & &E j I Xa a= 1 Eitlik9.7a,bde yazlrsa; & & &( ) E V I R j X j Xf a a= + + + 1 1

haline gelir. Bu ifadedeX +Xa = Xs olarak ksaltlrsa (Eitlik 9.6); & & &( ) E V I R j Xf a s= + + 1 1 olur. Motor alma durumunda ise akm yn ters olduu iin ; & & &( ) V E I R j X j Xf a a 1 1= + + + yada; & & &( ) V E I R j Xf a s 1 1= + + elde edilir. Bu ifadenin her iki yan &I1 ile arplp reel ksmlar alnrsa ; Pe = Reel( & &) V I1 1 giri elektrik gc, Pmi =Reel ( & &) E If 1 endklenen mekanik gc, (9.7a) (9.7b) (9.8) (9.9) (9.10a) (9.10b) (9.11a) (9.11b) (9.12) (9.13) 88 Pcua = Reel ( (&( )) I R j Xa s 12 + Endvi sargsndaki bakr kaybn verir. Uyarma sargsndaki bakr kayb ise; P I Rcuf f f= 2 olur.Bilindiizerealternatifakmdabyklklerfazrselbyklklerolup, ilerinde alarn da barndrrlar. &V1 referans fazr alnrsa ; &V V1 10 = &I I1 1= &E Ef f= yazlr. O halde 9.11 ifadesi kutupsal koordinatlarda; E V I R j Xf a s = + + 1 1( ) olur. Burada akm endktif karakterli ise, < 0 olaca unutulmamaldr. 9.3.Yuvarlak Rotorlu Senkron Makinann Fazr Diyagramlar Makinann hangi iletme durumu olursa olsun fazr diyagramn izmek iin edeer devrede(ekil9.2)belirtilenbyklklerdenfaydalanmakgerekir.Bunedenlebaz lmlerin yaplmas gerekir. Yaplmas gereken lmler unlardr : 1Kutupgerilimiveyaebekegerilimininvoltmetreilellmesivebirfaz sargsnn geriliminin elde edilmesi (V1), 2 ebekeye verilen yada alnan I1 akmnn ampermetre ile llmesi 3 &I1 ile &V1 arasndaki faz farknn vatmetreler ile ; tekfazlglmyapldise(Pe1;birfazakmvefaz-ntrgerilimizerinden yaplan g lm olmak zere); = arccos (PV Ie11 1.) ile, eer iki vatmetre kullanlp 3 fazl g llrse (Aron montaj); = arccos [( ). .P PV IL L1 21 13 +] (9.15) (9.16) (9.17) (9.18) (9.19) (9.14) (9.20a) (9.20b) 89olur. Burada P1 ve P2 Aron bal vatmetrelerin ltkleri glerdir. 4Birfazaaitomikdiren;sargyadoruakmverilerek,ampermetre-voltmetre (nce balama) ile belirlenir. 5XkaakreaktansveXaendvireaksiyonununreaktansnnbilindiikabul edilirse(dahasonrabahsedilecektir)omik,endktifvekapasitifalangeneratrn fazr diyagramlar aadaki gibi izilir. 9.3.1.Generatr iletmesi 9.10anolueitlikte; & & & & &E V I R I j X I j Xf a a= + + + 1 1 1 1 , &V1referansalnp,buna paralel(=0) &I1fazrizilir.Dahasonrayukardakieitlikgerei &,& &I R j I X ve j I Xa a 1 1 1 gerilimleri &V1eilaveedilerek &Efeldeedilir.j arpan fazr 90o ileri atmaktadr. Dolaysylaj I I & &1 1 olur. 9.3.1.1.Omik alan generatr E 0; generatr jI1XajI1X I1Ra V1 I1 =0 Ff F Fa + Ef E = &,&V I1 1 ;g as, &,&E If 1 ;i g as, &, &V Ef 1 ;yk as, Ef bota endklenen emk, E ykte endklenen emk, V1;birfazsargsterminallerindeki gerilim, I1 ; bir faz sargs akm, &/ /&F Ia 1 , & &F E . 90 FEfendvireaksiyonukutupalannarttrc etki yapyor ekil 9.5 Kapasitif alan senkron generatrn fazr diyagramlar (gerilim ve mmk fazrleri) 9.3.2.Motor iletmesi 9.11anolueitlii; & & & & &V E I R I j X I j Xf a a 1 1 1 1= + + + eklindeap, &V1referans alnarak, &,& &I R j I X ve j I Xa a 1 1 1 gerilimleri &V1denkartlarak &Ef elde edilir. 9.3.2.1.Omik alan motor imdi =0 alarak yukarda bahsedilen admlar uygulayalm (bkz ekil 9.6). Ff Ef E V1 I1 Fa F jI1Xa jI1X I1Ra 0; generatr + jI1X jI1Xa I1Ra V1 E Ef I1 F Fa Ff >0; kapasitif, > 0; generatr + 91 F0 alarak yukarda bahsedilen admlar uygularsak ekil 9.8de grlen fazr jI1Xa jI1X I1Ra V1 Ef E ==0; omik, Endvialankutupalanndestekleyici etki yapmaktadr ekil 9.15 Endktif alan kk kutuplu senkron motorun fazr diyagramlar < 0 motor & && &E j I XE j I Xaq q aqad d ad= = 11 jI1X I1Ra V1 I1 Ef E d q I1d I1q Eaq Ead A B C O jI1Xaq < 0 motor & && &E j I XE j I Xaq q aqad d ad= = 11 jI1X I1Ra V1 I1 =0 Ef E = d q I1d I1q Eaq Ead A B C O jI1Xaq 98 9.5.2.3.Kapasitif alan motor & &E Ef