8. ÜNİTE

8. ÜNİTE

SENKRON MOTORLAR

KONULAR1. Senkron Motorların Yapıları ve Çalışma Prensipleri

2. Senkron Motorlara Yol verme

3. Senkron Motorların Kullanıldıkları Yerler

4. Senkron Makinelerde Kayıplar ve verim

221

1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞIELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI

Üç Fazlı Senkron MotorlarSenkron devirle dönen motorlara senkron motor denir. Senkron devir, 3 faz

alternatif manyetik döner alanın devir sayısıdır. Asenkron motorlarda rotor, döner alan devrinden bir miktar (kayma oranı kadar) yavaş döner. örneğin senkron devri 3000 d/d olan bir asenkron motor %5 kayma ile dönerse rotor devri 2850 d/d olur. Senkron motorlar da ise rotor devir sayısı döner manyetik alan devir sayısına eşittir. örneğin senkron devri 3000 d/d olan bir senkron motorun rotor devri de 3000 d/d olur.

Senkron devir aşağıdaki formül ile bulunabilir.

: Senkron devir sayısı

f : Çalışma frekansı

2p : Kutup sayısı

8.1. SENKRON MOTORLARIN yAPILARI VE ÇALIşMA PRENSİPLERİ

Senkron motorlar, yükü değiştiği halde devir sayısı sabit kalan motorlardır. Eğer yükün momenti, motorun en yüksek momentinden büyük olursa motor durur. Motor senkron hızda döndüğü için devir sayılan yalnız frekans ve kutup sayılarına bağ lıdır.

Bu sebeple bu motorları senkron motor adı verilmiştir.

Bir senkron motorla asenkron motorun karşılaştırmasını yapalım:• Senkron motorlarda iki cins kaynak vardır. Bunlarda stator alternatif akım la

beslenir. • Asenkron motorlarda ise tek kaynak olup, yalnız stator alternatif akımla

beslenir.• Güç katsayısı asenkron motorlarda daima endüktiftir. Senkron motorlarda

ise, kutupların az veya çok uyartılışına göre omik, endük tif veya kapasitif olabilir.

• Asenkron motorların devir sayısı yükle değişir. Senkron motorların ise daima sabittir.

8.1.1. Senkron motorların yapılan Senkron motorların yapılan aynen senkron generatörler gibi olup aralarında he-

men hiç fark yoktur. Doğru akım makineleri hem motor ve hem de dinamo olarak çalıştırıla-biliyordu. Senkron makineler de ayni şekilde motor veya generatör olarak çalıştırılabilir.

222


Nitekim, şebekeye paralel bağlı bir alternatörün döndürücü motorunu durdur duğumuzda, alternatörün durmadığı ve senkron hızla çalışmasına devam ettiği görü lür.

Yalnız senkron motorlar kendi kendilerine harekete geçemediklerinden kutup larına kısa devre çubukları ve hatta bazılarında sargı dahi yerleştirilmiş olabilir. Böyle ce motor ilk anda aynen bir asenkron motor gibi yol alır.

8.1.2. Senkron motorların çalışma prensibi

Senkron motorların ilk hareket momentleri yoktur. Bu bakımdan senkron mo-torlar kendi kendine yol alamaz.

Senkron motorun yol alma anını şekil: 8.1 a da inceleyelim. Burada kutup lar sabit, sargılar hareketli kabul edilmiştir. Kutuplara doğru akım, sargılara alternatif akım uygulandığı ilk anı ele alalım. Sargılardaki akım ilk anda a kenarında giriş (+),

şekil 8.1 Senkron motorun yol alma anındaki durumu

223


b kenarında çıkış ( . ) olsun. Sol el kuralına göre bobin sağa doğru itilecektir. Fakat bobin harekete geçmek isterken a - b kenarlarındaki akım yön değiştirecek ve a kena rında çıkış, b kenarında giriş yönünde olacaktır. Akımın hemen yön de-ğiştirişi ile bo bin kenarları bu defa sola doğru itilecektir. Arkasından akım yine yön değiştireceğin den itilme sağa doğru olacaktır.

Sonuç olarak a — b iletkenleri, uygulanan alternatif gerilimin frekansına göre (f =50 Hz. ise) saniyede 50 defa sağa, 50 defa sola itilecektir. Bu durumda bobin veya üzerinde bulunduğu demir kütle, ataletinden dolayı, olduğu yerde kalarak bir tit-reşim yapar.

şimdi biz, bobine dışardan bir kuvvet uygulayarak öyle bir hız verelim ki, me-sela bobinin a kenarındaki akım yön değiştirdiği an bu kenar diğer kutbun altına gel miş olsun.şekil: 8.1 b de a kenar giriş, b kenar çıkış olduğuna göre sağa doğru itilir. Bobini dış etki ile itelim ve a kenar S, b kenar N kutbu altına geldiği an akım yön de ğiştirmiş olsun. Bu durumda bobin yine sağa doğru itilecektir. Böylece bobin veya üzerinde bulunduğu kütle dönüşüne devam eder.

Motor bir defa yol aldıktan sonra, hep aynı yönde itilme meydana geleceğin-den, dönen kısımda döndürücü bir kuvvet veya moment doğar ve çalışmasına de-vam eder.

Burada inceleme tek bobin için yapılmıştır. Statoruna üç fazlı alternatif akım uygulanan ve döner alan meydana gelen motorda da durum aynıdır. Mesela iki kutup lu bir makinede f =50 Hz. için statorda meydana gelen döner alanın hızı da-kikada 3000, saniyede 50 devirdir. Bu değişim anında stator döner alan kutupları (Asenkron motor ların aynıdır), rotor kutuplar ile kavrama yapıp rotoru döndüremez. Çünkü rotorun ve kutupların ataleti, saniyenin 1/50 sinde senkron hıza çıkmasına engel olur. Ancak dışardan bir etki ile rotor senkron hıza veya ona çok yakın bir hıza çıkarılırsa, rotorun N kutbu statorun S kutbu ile birleşir. Bir defa bu manyetik kavra-ma olduktan sonra, artık rotor stator döner alanı ile birlikte dönüşüne devam eder.

Senkron motorların çalışma prensibini açıklayınız?

8.2.SENKRON MOTORLARA yOL VERME

Yukarıdaki açıklamalardan da anlaşılacağı üzere senkron motorlara, asenkron motorlarda olduğu gibi, doğrudan doğruya yol verilemez. Bu sebeple senkron mo-torları çalıştırmak için, çeşitli metotlarla rotorunun devrini senkron veya ona yakın hıza çıkarmamız gerekir.

8.2.1.yardımcı motor kullanarak senkron motorlara yol verme

224


8.2.1.1.Asenkron motorla

Senkron motora yol verebilmek için yardımcı bir kuvvete ihtiyaç vardır. Bu dön dürücü kuvvet genellikle senkron motorla sağlanır. Motorun gücü, senkron motor gücü nün % 5 —10’u dolayındadır. Senkron motora yol verileceği zaman ay-nen alternatörün çalıştırılması ve dev reye paralel bağlanması gibi hareket edilir.

Senkron motora yol verme işlemi şöyle yapılır:

Yardımcı motor çalıştırılarak senkron motorun devir sayısı, döner alan devir sa-yısına veya yakın bir değere çıkarılır. Kutupları uyartılarak senkron motorun gerilim vermesi sağlanır. Alternatörlerin paralel bağlanmasında olduğu gibi söner ışık veya diğer bir bağlantı ile senkronizm anı tespit edilir ve şalter kapatılır. Soma yardımcı motor devreden çıkarılarak, mekanik bir (üzenle senkron motor milinden ayrılır.

Senkron motor devreye Ok defa bağlanıyorsa, faz sıralarının aynı olman gere-kir. Bunun için yine alternatörlerde olduğu gibi yardımcı motor kullanılır.

8.2.1.2.Uyartım dinamosunu motor olarak kullanmakGenellikle her senkron motorun miline bağlı bir uyartım dinamosu vardır, öy-

leyse bu dinamodan motor olarak faydalanmak mümkündür. Yol verme şöyle yapılır:

Dışardan bir doğru akım kaynağından beslenen uyartım dinamosu, motor ola-rak çalıştadır. Senkron motorun senkron hıza çıkması sağlanır. Senkron hıza ulaşıl-dığında motor statoruna alternatif akım uygulanır. Döner alan etkisi ile kutuplarda tesirle mıknatıslanma olur ve rotor döner alan tarafından çekilerek dönmeye başlar. Uyartım dinamosu doğru akım kaynağından ayrılır ve dinamo olarak senkron moto-run kutupları uyartılır. Uyartım akımı yavaş yavaş arttırılır. Eğer döner alan kutupları ile, rotor kutupları karşılıklı aksi adlı değilse, rotor geriler ve bir sonraki kutupla kilit-lenerek dönmesine devam eder. Bu tip yol verme daha çok başta yol alan ve çıkıntılı kutuplu senkron motor lara uygulanır.

8.2.2.Senkron motoru asenkron motor gibi çalıştırarak yol verme

8.2.2.1.Sincap kafesti asenkron motor olarak yol vermeSenkron motorlara yol verme için en çok uygulanan yol budur. Bunun için ro-

torun kutup ağızlarına kısa devre çubukları yerleştirilir. Bu çubuklar aynen asenk ron motorlarda olduğu gibi pirinç, bronz veya bakırdan yapılmış ve iki tarafından kı sa devre edilmiştir.

Senkron motor statoruna bir gerilim uygulandığında, rotor aynen sincap ka-

225


fesli bir asenkron motor gibi dönmeye başlar ve senkron hıza çok yakın bir devir sayı sına çıkar.

Senkron motor yol alırken, aynen asenkron motor gibi devreden normal akı-mının 3 - 6 katı arasında akım çeker. Bu akımı azaltmak için, asenkron motorlara uy gulanan yol verme sistemleri, senkron motorlarda da kullanılır. Mesela, bu mo-torlara yıldız - üçgen şalterle veya oto transformatörle yol verilir. Senkron motor yol aldıkça yol alma akımı azalır. Senkron hıza yakın devirler de akım, normal akımın yansı dolayına düşer.

Asenkron motor olarak yol vermede ilk anda kutup sargıları doğru akım kaynağından ayrılır ve bir direnç üzerinden kısa devre edilir. Çünkü ilk hareket-te döner alan kutup sargılarını büyük bir hızla keseceğinden, uyartım devresinde bir gerilim endüklenir. Kutup sargılarının sarım sayısı fazla olduğundan endükle-nen gerilim çok yüksek olur. Bu gerilimin bazen 35 000 volta kadar yükseldiği gö-rülmüştür. Bunun için de kutup sargılarının yalıtkanlığının çok iyi olması gerekir.

Kutup sargılarının kısa devre edilmesinde küçük bir direnç kullanılır. Devre-den geçen akım, gerilimin büyük kısmının sargılar üzerinde düşmesini sağlar. Motor senkron hıza yaklaştığında kesme hızı azaldığı için kutuplarda endük lenen gerilim çok düşer. Bu an kısa devre direnci devreden çıkarılır ve kutuplara doğru akım uygu-lanır. Böylece kutupların döner alanla manyetik kilitlenmesi kolaylaşır.

Senkron motora yol vermede uyartım devresi niçin bir direnç üzerinden kısa devre edilir?

8.2.2.2.Bilezikli asenkron motor olarak yol vermeYük altında yol alması gereken yerlerde, daha yüksek kalkınma momenti sağ-

lamak için senkron motorun kutuplarına sargılar yerleştirilir. Bu sargıların yapılışı ay-nen sargılı rotorlu asenkron motorlarda olduğu gibidir. Senkron motora yol verme direnci kullanarak yol verilir. Böylece yüksek kalkınma momenti sağlanır.

Motorda yapılan diğer işlemler, aynen sincap kafesli motorda olduğu gibidir.

Asenkron motor prensibiyle yol vermede, motor senkron hıza ulaştıktan son-ra, yol verme sargısı ve çubuklar üzerinde artık gerilim endüklenmez. Çünkü rotor senkron hızla döndüğünden kısa devre çubukları veya sargıları döner alan tarafın-dan kesilmez. Bu sebeple bu sargıların motora bir etkisi olmaz.

Senkron motoru asenkron motor gibi çalıştırarak nasıl yol veririz?

8.2.3.Küçük frekansla yol vermeBu metot, motorun bağımsız bir alternatörü varsa uygulanır. Motor ve alterna tör be-

raber çalıştırılır. Alternatörün frekansı yavaş yavaş artacağından, devresine bağlı senkron

226


motorun statorundaki döner alanın hızı da sıfırdan başlayarak artar. Böylece rotor senkron hıza çıkarılır.

8.3. SENKRON MOTORLARIN KULLANILDIĞI yERLER 8.3.1.Genel kullanma yerleri

Senkron motorlar, hızlan mutlak olarak değişmemesi istenen yüklerde kullanı-lır. Bu motorlar güçleri 20 BG. (Beygir gücü) ve daha yüksek güçlerde yapılırlar. Küçük işletmelerde senkron motordan, hem bir iş tezgahının çalıştırılmasında ve hem de işletmenin güç kat sayısının düzeltilmesinde faydalanılır.

Büyük elektrik tesislerinde yalnız şebekenin Cos sini düzeltmek amacı ile senkron motorlar kullanılır. Bunlar boşta çalışır ve şebekenin durumuna göre oto-matik olarak uyartım akımları ayarlanır. Bu motorlara senkron kapasitör adı da ve-rilir. Senkron kapasitörler herhangi bir mekanik yükü beslemez. Bu sebeple yapılan narindir ve normal bir senkron motora oranla daha ucuzdur.

Senkron kapasitörler KvA cinsinden sıfır ileri güç katsayısına göre değerlendi-rilirler.

8.3.2. Senkron motorlarla güç katsayısının düzeltilmesi

8.3.2.1. Güç katsayısının düzeltilme ihtiyacıBir şebekede yükün önemli bir kısmı asenkron motorlardan oluşur. Asenkron

motorlar endüktif karakterde akım çektiklerinden şebekenin Cos sini bozarlar.

Güç katsayısının birin altına düşmesi, şebekede bulunan alternatör, transfor-matör ve enerji iletim hatlarının gereksiz yüklenmesine ve buralarda meydana ge-len kayıpların artmasına sebep olur. Bütün bunlar şebekede bulunan makine ve ile-tim sistemlerinden ekonomik olarak tam faydalanmamıza engel olur. Bir problemle durumu inceleyelim.

8.3.2.2 Senkron motorla Cos ‘nin düzeltilmesiBir senkron motor, öncede belirtildiği gibi, devrede iki şekilde çalışır. Senkron

kapasitör olarak çalıştıklarında güç katsayıları sıfır olup çektikleri akım kapasitiftir. Diğer senkron motorlar ise, genellikle aşın uyartımda çalıştırılırlar. Bunlar Cos = 1 veya 0,8 ileri güç katsayısında çalışacak şekilde düzenlenirler.

Bir devrenin güç katsayısının ileri veya geri oluşuna göre aktif, reaktif ve görü-nür güçlerinin vektöryel durumu şekil: 8.2 de görülmektedir.

227


şekil 8.2 Güç katsayısının geri (a) veya ileri (b) oluşuna göre güç vektörleri

şekil: 8.2-a’da geri güç katsayılı, b de ise ileri güç katsayılı yükün vektör di-yagramları verilmiştir. Bilindiği gibi burada (Bir faz için):

Görünür Güç Pg = U.I

Hakiki Güç P=U.I. Cos =Pg. Cos w.

Kör Güç Pk= U.I. Sins =Pg.Sin vAR dır.

Görünür Güç Pisagor Teoreminden:

Bir Devrede Güç Katsayısı Cos :

şekil 8.2’deki vektör diyagramlarına dikkat edilirse, geri güç katsayısındaki ile, ileri güç katsayısındaki nin yönleri birbirine zıttır. Bu iki güç aynı devrede çalış-tıklarında devrenin toplam gücü :

Devrenin toplam görünür gücü;

Devrenin yeni güç katsayısı:

228


öRNEK:

Üç fazlı bir tesisin gücü 4000 kw. Olup güç katsayısı 0,8endüktiftir. Devreye bağlanacak olün senkron kapasitörün ( =0 ileri)gücü ne olmalıdırki devrenin güç katsayısı 1’e eşitlensin.

ÇöZÜM :

Sistemin reaktif gücü;

=

=5000.0,6=KvAR.

Bu devrede reaktif gücü yok etmek için kullanılacak senkron kapasitörün gücü P2=S3000 KvA olmalıdır. Devrenin müşterek vektör diyagramını çizersek şekil: 8.3 elde edilir. şekilden de görüleceği gibi senkron kapasitörün gücü P2, devrenin kör gücü e eşit ve ters yönde olmaktadır. Bu durumda devrede

şekil 8.3 Senkron kapasitör kullanıldığında devrenin vektör diyagramı

8.4. SENKRON MAKİNELERDE KAyIPLAR VE VERİM

8.4.1. Senkron makinelerde kayıplar Senkron makinelerin kayıpları da, diğer makinelerde olduğu gibi demir, bakır

ve sürtünme kayıpları olmak üzere üç ana grupta toplanır.

8.4.1.1. Demir KayıplarıStatorda ve kutup uçlarında meydana gelen Fuko ve Histerezis kayıplarıdır.

Kutup uçlarında meydana gelen kayıplar çok küçük olduğundan dikkate alınmasa da olur.

229


Demir kayıpları manyetik alanla oranlıdır. Manyetik alan sabit olduğuna göre statorda meydana gelen demir kayıpları da hemen hemen sabittir.

8.4.1.2. Bakır kayıplarıBakır kayıplarım uyartım devresi bakır kayıpları ve stator sargılarında meyda-

na gelen bakır kayıpları olarak ikiye ayırırız. Bunlardan uyartım devresi bakır kayıp-ları makine kutuplarını uyartmak için harcanan güçtür. Uyartım dinamosu kayıpları senkron makinenin kayıplarına eklenmez. Yalnız senkron makine uyartım direnci kaybı makine kayıplarına dahil edilir.

Endüvi devresi bakır kaybı ise, stator sargılarının etkin direncinden dolayı mey dana gelen bakır kayıpları olup üç fazlı makinelerde dir.

Senkron makinelerde meydana gelen kayıplar nelerdir?

8.4.1.3. Sürtünme ve rüzgâr kayıplarıBu kayıplar da yatak sürtünmesi, rotorun hava ile sürtünmesi ve soğutma için

kullanılacak pervanelerin meydana getirdiği kayıplardır. Sürtünme ve rüzgâr kayıp-la n devir hiç değişmediğinden sabittir.

8.4.2. Senkron makinelerde verim Senkron makinelerin verimi de, diğer elektrik makinelerinde olduğu gibi, di-

rek metotla veya kayıpların bulunması yolu ile hesaplanır.

8.4.2.1. Direk metotla verim hesabıDirek metotla alternatörün verimi bulunuyorsa, makine bir yükle yüklenir. Al-

ternatörün verdiği ve çevirici makinenin çektiği güç ölçülür. Çevirici makinenin ve-rim eğrisinden alternatöre verilen güç bulunur.

Motor halinde ise, yine verim eğrisi bilinen bir yük makinesi ile motordan alı-nan güç bulunur. veya fren kullanarak motor milindeki moment ve devir sayısı öl-çülür.

Kw. Olarak alınan güç hesaplanır.

Motora verilen güç ise Watmetre veya Ampermetre, voltmetre ve metre yardımı ile ölçülür.

Alman ve verilen güçten verim :

Formülü ile bulunur.

230


Direkt metotla senkron makine verimi nasıl hesaplanır?

8.4.2.2. Endirek metotla verim hesabıBüyük güçlü senkron makinelerin verimi yükleme zorlukları ve maliyeti arttır-

ması sebebi ile direk metotla bulunmaz. Bunun için kayıplar hesaplanır ve endirek tmetot kullanılır.

Burada kayıpların bulunuşunda en basit yollan kullanacağız. Bu sebeple bulu-nacak verim biraz hatalı olacaktır.

Sürtünme ve demir kayıpları makinenin boş çalışmasından bulunur. Bunun için makine normal uyartımda motor olarak çalıştırılır. Makinenin devreden çektiği güç bu kayıplara sarf olduğu kabul edilir. Her nekadar stator bakır kayıpları ölçülen bu kaybın içindeyse de, normal uyartımda stator akımı çok küçük olduğun-dan dikkate alınmaz.

Uyartım devresi gerilimi ve akımı ölçülerek uyartım kayıpları bulunur.

Burada dir. Bu kayıpta uyartım akımına göre değişir. Fakat genel-likle normal uyartımdaki değer alınır.

Endüvi devresi bakır kaybı ise, Re hesaplanarak bulunur. Bunun için stator faz direncinin doğru akım değeri ölçülür. Bu değerden ile etkin direnç hesa-bedilir. Endüvi devresi bakır kaybı üç fazlı makine için olur.

Yapılan ölçmelerle kayıpları bulunan bir alternaatörün verimi:

Senkron Motorun verimi;

öRNEK :

100 KvA, 2400 volt, 50 Hz.’lik üç fazlı yıldız bağlı bir alternatörün etkin di renci 1,2 ohm dur. Alternatörün sürtünme ve demir kaybı 4 kw.’tır. Alternatör güç katsayısı 0,8 tam yükle yüklenmiştir. Bu durumda uyartım devresi gerilimi 110 volt, akımı 30 Amperdir. Alternatörün verimini bulalım.

ÇöZÜM :

231


Makine Yıldız bağlı olduğundan:

Stator bakır kaybı

Uyartım kaybı

Demir ve sürtünme kaybı

Alternatörden alınan güç:

Kayıplar

Alternatörün verimi

olur.

Senkron makine aynı şartlar altında motor olarak çalışsaydı verimi:

232


DEĞERLENDİRME SORULARI

Aşağıdaki soruları dikkatlice okuyunuz ve doğru seçeneği işaretleyiniz.

1. Senkron Motorlar;

a. Devir sayısı değişken motorlardır.b. Yük değiştiği halde devir sayısı sabit kalan motorlardırc. Güç katsayısı daima endüktif olan motorlardır.d. Hiçbiri

2. Senkron motorlara asenkron motorlara yol vermede asenkron motor gücü senkron motor gücünün yüzde kaçı olmalıdır?

a. % 2 si b. % 1 i c. % 5-10 u d. % 25 i

3. Senkron motor devreden ilk kalkınma anında normal akımın kaç katı akım çeker?

a. 2 - 3 katı b. 10 katı c. 3 - 6 katı d. 12 katı

Aşağıdaki cümlede boş bırakılan yerlere getirilecek bilgilerin bulunduğu seçeneği işaretleyiniz.

4. Büyük elektrik tesislerinde yalnız şebekenin………………………. düzeltmek amacıyla senkron motor kullanılır

.

Documents

8. ÜNİTE