Asenkron Motorlar Genel Bilgi

6ASENKRON FREKANS DEĞİŞTİRİCİNİN ASENKRON MOTORLA TAHRİKİ

Kademeli devir sayısının yeterli olduğu tahriklerde kural olarak asenkron frekans değiştirici kutup sayısı değişebilen ( iki , üç , veya dört devirli ) kd rotolu bir senkron motorla tahrik edilir Burada asenkron tahrik makinesi için iki farklı besleme şekli mümkündür:
Doğrudan doğruya primer şebekeden besleme
Frekans değiştiricinin sekonderinden besleme

Şekil 10 Asenkron frekans değiştiricinin
Primer şebekeden
Sekonder şebekeden beslenen asenkron motorla tahriki
İlk olarak ilk bağlantı sekli etüt edilirse : Kayıplar hesaba katılmadığı taktirde üç fazlı TM asenkron tahrik makinesi asenkron frekans değiştiriciyi boşta senkron devir sayısı ile tahrik eder Asenkron frekans değiştirici ve asenkron tahrik makinesinin çift kutup sayıları sıra ile Pfd ve Ptm ile gösterilirse her iki makinenin senkron devir sayıları :
nsfd = 60 f1 ve nstm = 60 f1
Ptm Ptm
Olup boşta yaklaşik nstm devir sayısı ile çevrilen frekans değiştiricinin dönüş yönüne bağlı olrak sekonder ve primer frekansları arasında :
f2 = ( 1+(-) Pfd )
f1 Ptm
bağıntısı elde edilir Buna göre devir sayısı ayarlanan M tahrik motorunun ( veya tahrik motorlarının ) boşta ideal devir sayısı :
nm =( 1+(-) Pfd ) nsm
Ptm
olur Burada nm tahrik makinesinin f1 frekanslı şebekeye direkt bağlantısındaki - senkron devir sayısıdır
TM tahrik makinesi asenkron frekans değiştiriciyi döner alan yönünde çeviriyorsa yukarıdaki denklemlerde parantez içindeki işaret döner alana zıt yönde tahrik ediliyorsa + dır
Asenkron frekans değiştirici tek devreli kd rotorlu bir asenkron motorla tahrik edildiği taktirde üç devir sayısı kademesi , kutup değiştirme sayısı k olan çok devirli bir asenkron motorla tahrik halinde 3k+1 devir sayısı kademesi elde edilir Örneğin çift kutup sayısı Pfd =1 olan bir asenkron frekans değiştirici çift kutup sayısı Ptm =2 olan tek devirli bir asenkron makine ile tahrik edilirse elde edilen devir sayısı kademeleri nm / nsm = 0,5 - 1 - 1,5 olur Çift kutup sayıları 2 ve 4 olan çift devirli bir asenkron tahrik makinesi kullanıldığında nm / nsm = 0,5 - 0,75 - 0,875 -1 -1,125 - 1,25 - 2 devir sayısı kademesi elde edilir
Şimdi şekil 10’daki ikinci baglanti ele alinirsa : Bu ikinci baglanti şeklinde TM tahrik makinesi asenkron frekans degiştiricinin sekonderinden beslenmektedir Kayiplar hesaba katilmadigi taktirde bu baglanti şeklinde esas güçler arasinda :
Pfd + Ptm = P2fd = Pm + Ptm
veya
Pfd = Pm = P2fd - Ptm
Bağıntısı yazılabilir Diğer taraftan
Pfd = 2π nsfd Mfd
60
Pm = 2π nm Mm ve ;
60
P2fd = 2π ( nsfd - ntm ) Mfd
60
Ptm = 2π ntm Mfd dir
60
Bu bağıntılardan nm , tahrik makinesinin devir sayısı olup , şayet tahrik makinesi frekans değiştiriciyi döner alan yönünde çeviriyorsa ntm pozitif , döner alan ters yönde çeviriyorsa negatiftir

Önceki denklemlerden asenkron frekans değiştiricinin döndürme momentleri için
Mfd = f2 nsm M
f1 nsfd
bağıntısı bulunur , ve devir sayısı ayarlanan M tahrik motoru milindeki yük momentinin sabit kalması halinde :
Mfd = f2 60 P1m
f1 2π nsfd
bağıntısı yazılabilir Mfd nin bu değeri önceki denklemlerde yerine konulduğunda :
P2fd = ( f2 )² * P1m ve Ptm = (1- f2 ) f2 P1m
f1 f1 f1
bağıntıları elde edilir
Şekil 11 de sabit kalan kren - moment yük karakteristigi halinde şekil 10 b deki ayar baglantisi için Pm , Pfd , ve Ptm güçlerinin f2 / f1 frekanslar oranına bağlı olarak bu oranın 0 ile 2 sınır değer arasındaki değişmeleri gösterilmiştir
3 - Serbest Uyartımlı Frekans Değiştiriciler Kullanmak
Serbest uyartımlı frekans değiştirici esas itibariyle bir tarafında üç bilezik , diğer tarafında komütatör ve üzerinde üç veya altı adet fırça takımı bulunan bir doğru akım endüvisinden meydana gelir Statorun üzerinde serbest ikaz sargısı bulunur
Endüvi sargısının uçları normal olarak kollektör dilimlerine ve bu sargının aralarına 120 derece E faz farklı üç noktası da bileziklere bağlıdır Bu yapıda bir doğru akım endüvisi , frekans transformatörü olarak kullanılabilir Bilezikler , en genel halde sürekli veya kademeli olarak ayarlanabilen üç fazlı bir transformatör üzerinden f1 frekanslı üç fazlı şebekeye bağlıdır
Şekil 12 serbest uyartımlı frekans değiştiricinin esas bağlantı şeması
Frekans değiştiricinin sekonderini oluşturan komütatör üzerindeki fırçalarda devir sayısı ayar edilebilecek asenkron motora bağlıdır
Bu yapıda bir endüvi komütatör ve fırçalar sistemiyle birlikte fırçalardaki gerilim sabit kalmak koşulu ile frekansın geniş sınırlar arasında değişimini mümkün kılar
Frekans değiştiricinin endüvisi transformatör ve bilezikler üzerinden f1 frekanslı ve üç fazlı şebekeden beslenirse endüvi sargısından geçen üç fazlı akımlar rotora nazaran :
nsfd = 60 f1
Pfd
hızıyla hareket eden bir döner alan meydana getirir Bu döner lalnın endüvi sargılarında meydana getirdiği EMK dalgası komütatöre göre aynı hızla hareket eder Eğer endüvi sabit tutulursa bu taktirde komitatör üzerindeki sabit fırçalarda fine f1 frekanslı üç fazlı bir gerilim sistemi elde edilir Şayet endüvi döner alan hızı ile döner alan yönünde çevrilirse elde edilen gerilim sisteminin frekansı sıfır , aynı hızla ve fakat döner alan zıt yönde çevrilirse 2f1 olur Demek ki tahrik motorunun devri +nsf ile - nsf arasında değiştirilmek suretiyle sekonder gerilimini değeri sabit kalmak suretiyle frekansı 0 ile 2f1 arasında ayarlanabilir Frekanstan bağımsız olarak gerilimin genliği ise TR ayar transformatörü ile değiştirilebilir
Serbest ikazlı frekans değiştiricide gerek frekans değiştirici ve gerekse besleme transformatörü devir sayısı ayar edilecek M tahrik edilecek motor büyüklüğünde , fakat TM tahrik makinesi ise sadece frekans değiştiricinin sürtünme ve vantilasyon kayıplarını karşılamaya yeter büyüklükte ufak güçlü bir makinedir
Bu faydasına karşılık serbest ikazlı frekans değiştiricinin güç alanı sınırlıdır Belirli güçlere kadar inşa edilip kullanılabilmektedirler

4 - Yarı İletken ( Tristör Veya Izgara Ayarlı Gazlı Deşarj Redresörleri ) Kullanmak
Güç elektroniğinde özellikle transistör ve tristörlerin yapı tarzlarında elde edilen son gelişmeler ; verimleri yüksek ve son derece ucuz olan bu statik cihazların doğru ve alternatif akımlı bir çok tahrik ve ayar sistemlerinde geniş ölçüde kullanılmalarına vesile olmuştur Bu ayar redresörleri doğru akımlı tahrik ve ayar sistemlerinden başka , üç fazlı asenkron motorlara yol verme , devir sayısı ayarında ve koruma işlerinde de kullanılmaya başlanmıştır Bunların kren işletimi , gemiler ve çeşitli iş makinelerinde her an rastlamak mümkündür

Tristör ve gazlı deşarj tüpleri , redresör olarak alternatif akımı doğru akıma , ondülör olarak doğru akımı alternatif akıma çevirme işini gördüklerinden başka frekans transformatörü olarak da kullanılmaktadır Bu ızgara veya kapı ayarlı yarı iletkenlerle şebeke frekansını doğrudan doğruya daha küçük bir frekansa , düşürmek mümkündür Fakat şebeke frekansının üstünde daha yüksek bir frekans elde etmek için önce alternatif akımı bir redresör grubu ile doğru akıma çevirmek , bundan sonra bu doğru akımı daha yüksek frekanslı alternatif akıma çevirmek için ikinci bir ondülör grubu kullanmak gerekir
Tristörlü üç fazlı köprüler kullanarak sincap kafesli asenkron motorun hız kontrolunu yapan inverter devre düzeni sekil 14 de gösterilmiştir Bu düzende sabit frekanslı bir alternatif akım kaynağının gerilimi üç fazlı tristör köprüsü yardımı ile doğru akıma çevrilir Bu doğru gerilim üç fazlı tristör köprüsüne uygulanır

Tristörler alternatif akımı bir yönde geçirdiği için motorun faz sargılarından her iki yönde de akım geçebilmek için , genellikle her faz için iki tristör kullanılır Tristörün tam ateşlemesinde , üzerinde gerilim ihmal edilecek kadar küçük olduğundan hiç geçirmediği zaman kaynağın bütün gerilimini üzerine alır Aşağıdaki şekilde sincap kafesli motorun bir faz sargısına uygulanan gerilimin tristör ile kontrolü gösterilmiştir
ŞEKIL - 15 Tam denetimli aa kıyıcı ile denetim
Hız denetimi yarım dalga denetimli bir aa kıyıcı ile gerçekleşebilir Ancak bu durumda kontrol edilen motorda gürültü gibi istenmeyen durumlar ortaya çıkabilir
Tam denetimli aa kıyıcı ile yapılan denetimde dört ilave tristör daha ilave edilerek faz sırasını değiştirme imkanı elde edilerek regeneratif frenleme ve ters yönde çalışma olanağı elde edilir Aşağıda bu durum incelenmiştir Tahrik ( sürücü ) sistemlerinde , bir frenleme sırasında motor kinetik enerjisinin kaynağa geri verilmesine regeneratif frenleme denir Ayrıca reküperasyon olarak adlandırılır

ŞEKIL - 16 Regeneratif frenleme ve ters yönde çalışma
Belirli bir hızda çalışmakta olan motorun besleme frekansı aniden düşürülecek olursa kayma negatif bir değer alır ve motor yeni bir değer alıncaya kadar yavaşlar Bu sırada motorun önceki çalışmasından biriken kinetik enerji kaynağa geri verilerek regeneratif frenleme sağlanmış olur Diğer taraftan stator döner alanının yönü faz sırası değiştirilerek değiştirilirse stator ve rotor döner alan yönleri birbirine ters olacağından kayma birden büyük olur ve motor frenleme modun da çalışmaya başlar Endüklenen motor moment rotor dönüş yönüne zıt olacağından motor çok hızlı şekilde yavaşlar Motor sıfır hıza ulaştığında kaynaktan ayrılmazsa bu kez ters yönde dönüş başlar

Diğer bir frenleme türü de stator uçları kaynaktan ayrılır ve iki faz birleştirilir Bu birleştirilen faz ucuna ve diğer faza bir doğru gerilim kaynağı bağlanırsa stator alanı hareketsiz kalacağından kayma doğrudan rotorun hızına bağlı olur Böylece frenleme sağlanmış olur

Tristörden kapılara uygun bir kontrol işaretleri verilerek çıkışından üç fazlı değişken frekanslı gerilim elde edilmiş olur Tristörler ters yönde enerji iletmeyeceğinden şekil 17 de motorun generatör olarak çalışması halinde enerji şebekeye geri verilemez