Asenkron Motorların Çeşitleri ve Bunlara Ait Yol Verme Yöntemlerinin Simülasyon Ortamında İncelenmesi ve Analizi
T.C MARMARA ÜNİVERSİTESİ
TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ
Kemal Yiğithan ÇAPRAZ
ELEKTRİK VE ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ PROGRAMI
DANIŞMAN
Prof. Dr. Necibe Füsun OYMAN SERTELLER
ÖNSÖZ
Asenkron motorların çeşitleri ve bunlara ait yol verme tekniklerinin simülasyon ortamında incelenmesi ve analizi hakkında gerçekleştirdiğim bitirme projesini akademik ve meslek hayatım için güzel bir temel ve tecrübe oluşturmasını diliyorum. Bitirme projemin konusunda çalışan meslektaş ve öğrenci arkadaşlarıma faydalı olmasını temenni ederim.
Öğrenciliğim boyunca her türlü konuda yardımlarını esirgemeyen bütün hocalarıma ve değerli bitirme projesi danışmanım Prof. Dr. Necibe Füsun OYMAN SERTELLER’ e teşekkürlerimi sunarım.
Son olarak, hayatımda bir şekilde yer almış değerli arkadaşlarım ve hayatımın her aşamasında bulunan ve desteklerini asla esirgemeyen canım aileme sevgilerimi sunarım.
HAZİRAN 2023 KEMAL YİĞİTHAN ÇAPRAZ
İÇİNDEKİLER
KISALTMALAR VE SEMBOL LİSTESİ……………………………………………………. 6
ÖZET………………………………………………………………………………………………………… 8
SUMMARY………………………………………………………………………………………………. 9
1.BÖLÜM: GİRİŞ………………………………………………………………..
- GİRİŞ………………………………………………………………………………………………….. 10
- ASENKRON MOTORLAR VE ÇEŞİTLERİ………………………….. 11
- ÜÇ FAZLI ASENKRON MOTORLARININ ÇALIŞMA PRENSİBİ VE EŞDEĞER DEVRESİ 16
- ASENKRON MOTORLARDA YOL VERME YÖNTEMLERİ….. 20
- ASENKRON MOTORLARDA YOL VERME YÖNTEMLERİİNİN SİMÜLASYON ORTAMINDA GERÇEKLEŞTİRİLMESİ 23
B : Manyetik akı yoğunluğu (Tesla)
V : Gerilim(V)
I : Akım(Amper,A)
R : Direnç (W)
T : Tork(Nm)
P :Toplam Kutup sayısı
f : Frekans(Hz)
ns : Senkron hız(d/dak)
nr : Rotor hızı (d/dak)
Iyv : Yol verme akımı(Amper,A)
s : Kayma
AC : Alternatif Akım
DC : Doğru Akım
Şekil Listesi
Şekil 2.1: Asenkron motor parçaları………………………………………………………………………… 11
Şekil 2.2: Statorun üretim aşamaları (a) stator sac levhası (b) stator oluk ve sargıları (c) stator manyetik gövdesi (d) stator manyetik ve dış gövdesi……………………………………………………………………………………………………………………….. 12
Şekil 2.3: Kısa devre rotor veya sincap kafesli rotor………………………………………………………. 13
Şekil 2.4: Sarglı rotor yapısı…………………………………………………………………………………….. 13
Şekil 2.5:3 fazlı asenkron motor etiketi………………………………………………………………………. 14
Şekil2.6:Asenkron motor çeşitleri tablosu…………………………………………………………………… 15
Şekil 3.1: Stator üzerindeki bobinlere uygulanan aralarında 120 derece faz farkı bulunan üç faz.16 Şekil 3.2: Üç faz uygulanan motorda farklı zamanlarda stator sargılarından geçen alternatif akımın oluşturduğu kutuplar ve bileşke manyetik alan yönü………………………………………………………………………………………………………………………… 17
Şekil 3.3: Üç faz uygulanan motorda farklı zamanlarda stator sargılarından geçen alternatif akımın oluşturduğu kutuplar ve bileşke manyetik alan yönü………………………………………………………………………………………………………………………… 18
Şekil 3.4: Asenkron motor eşdeğer devresi………………………………………………………………….. 19
Şekil 4.1: Yol verme akımının ve devir hız değişim grafiği……………………………………………… 20
Şekil 4.2: Motor sargılarının Yıldız ve üçgen bağlantı……………………………………………………. 21
Şekil 4.3: Tristör tetikleme açısı………………………………………………………………………………… 22
Şekil 5.1: Doğrudan yol vermeye ait MATLAB-Simulink devresi…………………………………….. 23
Şekil 5.2: Doğrudan yol vermeye ait rotor hızı ve akım değer grafiği………………………………… 24
Şekil 5.3: Doğrudan yol vermeye ait RMS akım grafiği………………………………………………….. 24
Şekil 5.4: Yıldız-Üçgen yol vermeye ait MATLAB-Simulink devresi………………………………… 25
Şekil 5.5: Yıldız-Üçgen yol vermeye güç devresi………………………………………………………….. 25
Şekil 5.6: Yıldız-Üçgen yol vermede sargı uçlarına uygulanan gerilim……………………………….. 26
Şekil 5.7: Yıldız-Üçgen yol vermeye ait rotor hızı, Elektromekanik tork, Stator akımı…………… 27
Şekil 5.8: Yıldız-Üçgen yol vermeye ait ait RMS akım grafiği…………………………………………. 27
Şekil 5.9: Oto Transformatör ile yol vermeye ait MATLAB-Simulink devresi……………………… 28
Şekil 5.10: MATLAB-Simulink Oto Transformatör için yazılmış function…………………………… 28
Şekil 5.11: Oto Transformatör ile yol vermede sargı uçlarına uygulanan gerilim…………………… 29
Şekil 5.12: Oto Transformatör ile yol vermeye ait rotor hızı, Elektromekanik tork, Stator akımı………………………………………………………………………………………………………………………… 30
Şekil 5.13: Oto Transformatör yol vermeye ait RMS akım grafiği…………………………………….. 30
Şekil 5.14: Direnç ile yol vermeye ait MATLAB-Simulink devresi…………………………………… 31
Şekil 5.15: Direnç ile yol vermede şebeke gerilimi motor sargısı ile direnç uçlarına düşen gerilim………………………………………………………………………………………………………………………… 32
Şekil 5.16: Direnç ile yol vermeye ait rotor hızı, Elektromekanik tork, Stator akımı………………. 33
Şekil 5.17: Direnç ile yol vermeye ait RMS akım grafiği………………………………………………… 33
Şekil 5.18: Softstarter ile yol vermeye ait MATLAB-Simulink devresi………………………………. 34
Şekil 5.19: Softstarter tristör ateşleme açısı…………………………………………………………………. 35
Şekil 5.20: Softstart 3faz gerilim ve akım grafiği………………………………………………………….. 35
Şekil 5.21: Softstarter ile yol vermeye ait RMS akım grafiği…………………………………………… 36
Şekil 5.22: Softstarter ile yol vermeye ait RMS akım grafiği…………………………………………… 36
Şekil 5.23: Inverter ile yol vermeye ait MATLAB-Simulink devresi………………………………….. 37
Şekil 5.24: Inverter ile yol vermeye ait rotor hızı, Stator akımı, Elektromekanik tork…………….. 37
Şekil 5.25: Inverter ile yol vermeye ait RMS akım grafiği………………………………………………. 38
ÖZET
Asenkron motorlar ilk kez 1883 yılında Nikola Tesla tarafından döner manyetik alana dayanarak icat edilmiş, zaman içinde farklı gelişmeler geçirerek günümüzde birçok alanda kullanılmaktadır. Asenkron motorların diğer motorlara göre avantajları onların endüstride en çok kullanılan motor tipinden biri yapmıştır. Bu avantajlar;
Maliyetlerinin ucuz olması, az bakım gerektirmesi, fırçasız olmasından dolayı kıvılcım ortaya çıkarmayıp tehlikeli ortamlarda da kullanılması, yüksek başlangıç torku, devir sayısını kolay ayarlanabilmesi, yük altında devir sayılarının fazla değişmemesi sayılabilir, endüstride konveyör bantlarda, kompresörlerde, kırıcılarda, asansörlerde, vinçlerde, fanlarda santrifüj pompaları gibi birçok yerde bu avantajlardan dolayı asenkron motorlar tercih edilir.
Asenkron motorlar kalkış anında nominal akımın 4-8 katı arasında akım çekerler. Çekilen bu akım motorun büyüklüğüne göre motora veya şebekeye olumsuz etkiler yaratır. Bu sebeple Asenkron motorlara uygun bir şekilde yol vermek hem bağlı olduğu şebekeyi hem de motoru olumlu yönde etkileyecektir. Bu çalışmanın ilk kısımda çalışmanın amacından, ikinci kısımda asenkron motorların yapısından ve çalışma prensibinden bahsedildikten sonra üçüncü kısımda asenkron motorların yol verme yöntemlerinin incelenmesi yapılmıştır. MATLAB-Simulink ortamında bu çalışmaların simülasyonunu gerçekleştirilip grafikleri verilmiş ve incelenmiştir. Son olarak çalışmadan çıkan sonuç ve çalışmanın gerekliliğinden bahsedilmiştir.
Anahtar kelimeler: Asenkron Motor, Matlab, Simülasyon, Yol verme
SUMMARY
Asynchronous motors were first invented by Nikola Tesla in 1883 based on a rotating magnetic field, and have undergone different developments over time and are used in many fields today. The advantages of asynchronous motors over other motors have made them one of the most widely used engine types in the industry. These advantages are;
Due to the low cost, low maintenance, brushless, it does not cause sparks and is also used in dangerous environments, high starting torque, easy adjustment of the speed, not changing the speed under load, asynchronous motors are preferred in many places such as conveyor belts, compressors, crushers, elevators, cranes, centrifugal pumps in fans in the industry due to these advantages.
Asynchronous motors draw a current between 4-8 times the rated current at the moment of Deceleration. This drawn current creates negative effects on the motor or network depending on the size of the motor. For this reason, giving way to Asynchronous motors in a suitable way will positively affect both the network to which it is connected and the engine. After mentioning the purpose of the study in the first part of this study, the structure and working principle of asynchronous motors in the second part, an investigation of the methods of giving way of asynchronous motors was carried out in the third part. A simulation of these studies was performed in the MATLAB-Simulink environment, and graphs were given and examined. Finally, the conclusion from the study and the necessity of the study were mentioned.
Keywords: Asenkron Motor, Matlab, Simülasyon, Yol verme
-
BÖLÜM 1: GİRİŞ
Elektrik tüketiminin büyük bir çoğunluğunu oluşturan asenkron motorlar hayatımızın çoğu yerinde görmemiz mümkündür ancak endüstride asenkron motorlar çok önemli bir yere sahiptir. AC motorların büyük bir kısmını asenkron motorlar oluşturmaktadır. Diğer motorlara göre çok daha fazla avantaja sahip olması asenkron motorların bakım ve maliyetlerinin az olması, kıvılcım oluşturmaması ve daha nice avantajları nedeni ile endüstride en çok tercih edilmesini sağlamıştır[9].
Asenkron motorlar genellikle üç fazlı sistemlerde tercih edilir. Üç fazlı şebekenin oluşturduğu döner manyetik alan içinde olan rotor sargıları Faraday’ın değişken manyetik alan içerisinde iletkenler üzerinde gerilim indüklenmesi, ve indüklenen gerilimin direnç yüzünden bir akım oluşturması ve akım akan telin ise manyetik alan oluşturup oluşan bu manyetik alan sayesinde iki manyetik alanın sayesinde mili döndürecek kuvvetin oluşmasını motorun basitçe çalışma prensibi olarak nitelendirebiliriz[10].
1.1 Tezin Amacı
Asenkron motorlar kalkış anında nominal akımından 4-8 katı akım çeker ve bu çektiği akım şebekeye veya motora olumsuz etkiler yaratabilir. Bu olumsuz etkileri önlemek için motor bazı teknikler uygulanır. Bu çalışmamızda bazı yol verme teknikleri olan doğrudan yol verme, yıldız üçgen yol verme, soft starter gibi yol verme yöntemleri incelenecek ve bunlara ait grafik yorumlamalarını yapacağız.
Asenkron motorlar günümüzde tüketilen enerji miktarının yaklaşık %40’ına karşılık gelmektedir[11]. Genellikle sanayide elektrik enerjisini dairesel harekete çevirerek mekanik enerjiye dönüşmesi sağlanır.
Bir elektrik makinesinin girişine elektrik enerjisi verip çıkışından mekanik bir enerji alınma durumu motor çalışma olarak adlandırılır. Elektrik makinalarının çalışması her zaman manyetik alan ile alakalıdır. Döner manyetik alan olmadan elektrik makinaları çalışmaz.
Asenkron motorlar çalışırken ark oluşturmazlar, fazla bakım gerektirmez, çok küçük güçlerden son derece yüksek güçlere kadar üretilmesi, momentlerinin yüksek olması, devir sayısının geniş bir skalada değiştirilmesi, maliyetlerinin düşük olmaları, farklı faz sayılarında üretilmesi gibi avantajlarından dolayı diğer elektrik motorlarına kıyasla daha çok kullanılmaktadır.
2.2 Asenkron Motorun Yapısı ve Parçaları
Şekil 2.1: Asenkron motor parçaları[1]
Yukarıdaki şekilde genel olarak bir asenkron motorun parçaları görülmektedir bunlar sırasıyla:
Stator: Asenkron motorun sabit duran kısmıdır bu kısım 0.35-0.8 mm ince silisyum katkılı bir tarafı yalıtılmış iç yüzeyine oluklar açılmış saçların preslenerek bir araya gelmesiyle oluşan kısımdır. Açılan oluklara bobinler sarılır.
Şekil 2.2: Statorun üretim aşamaları (a) stator sac levhası (b) stator oluk ve sargıları (c) stator manyetik gövdesi (d) stator manyetik ve dış gövdesi[2]
İnce olukları açılmış stator sacının bir araya getirilip preslendikten sonra oluklara sargıları yalıtmak için presbant yerleştirilerek sargılarım sarılmasından sonra sargıların dağılmaması için sabitleme işlemi yapılır. Daha sonra ünite içine çakılır ve verniklenir. Vernikleme soğutmaya, yalıtma ve sargı bütünlüğünü sağlar. Stator sargısında çokça manyetik akı aktığından bu ferromanyetik ortam kayıplara maruz kalır bu kayıplara ise demir kayıpları denir.
-
- Gövde: Stator saç paketinin sıkıca yerleştirildiği bölümdür. Asenkron motorun en dış kısmıdır, genellikle alüminyumdan yapılır. Gövde üzerinde birbirine paralel halde bulunan soğutma kanalları bulunmaktadır. İki yan tarafına motor kapakları monte edilir.
- Kapaklar: Gövdenin her iki tarafına monte edilen orta kısmında yataklar bulunur bu yataklara uygun rulman, burçlar takılır. Elektrik motorların arızalarının büyük bir kısmı rulman kaynaklı oluşup daha maliyetli arızaların önüne geçilmesi için periyodik rulman bakımları önem arz etmektedir.
- Pervane: Motoru soğutmak için kullanılır, genellikle plastikten oluşur motorun arka tarafındaki rotor mili çıkışına takılır, Genellikle gövde bağlanan bir demir muhafaza ile korunur.
- Rotor: Asenkron motorun dönen kısmıdır. İki farklı tipte rotor vardır:
Kısa devre rotor veya sincap kafesli rotor: Saç paketini tam ortasından rotor mili bulunur rotor oluklarındaki çubuklar kısa devre edilir, kısa devre halkalarının üzerine küçük kanatçıklar yapılır.
Şekil 2.3: Kısa devre rotor veya sincap kafesli rotor yapısı[3]
Sargılı rotor veya bilezikli rotor: Statorda olduğu gibi oluklar açılır açılan oluklara sargılar 120 derece farkla yerleştirilir yıldız veya üçgen bağlantı yapılarak bileziklere bağlanır.
Şekil 2.4:Sargılı rotor[4]
- Klemens tablosu: Statora yerleştirilen sargıların bağlantı uçları klemens tablosuna çıkarılır ve burada bağlantıları yapılır. Burada yapılacak bağlantılar ile ilgili bilgiler motor yol verme yöntemleri denenirken daha detaylı bir anlatım yapılacaktır.
Motor Etiketi: Motor etiketinde motor ile ilgili bilgiler yazmaktadır. Örnek olarak tezimizde kullanacağımız motorun etiket değerini inceleyip özelliklerine bakalım.
Şekil 2.5:3 fazlı asenkron motor etiketi
Şekil 2.5’de tezimiz için kullanacak olduğumuz motorun etiket değerleri(a) ve yanında da örnek bir motor etiketi görülmektedir(b).
VOLT ELEKTRİK: Firma ismi
3 ~ MOTOR: Motor 3 fazlıdır
TİP VM 112-4: Motorun model tipi, Gövde büyüklüğü 112, kutup sayısı 4
TSE: Türk standartları Enstitüsü onaylı EFF: Verimlilik sınıfı; Orta verimli S1: İşletme türü; sürekli çalıştırma
IMB3: Yapı biçimi; Ayaklı tip normal kalıplı
IP 55: Koruma tipi; Toz birikimine ve fışkıran suya karşı korumalı
I.CL.F: Sargı yalıtım sınıfı; F sınıfı
V(Δ380V/ Ү440V): Anma çalışma; Üçgen bağlantıda 3faz 380 volt ,Yıldız bağlantıda 3faz 440 volt
HZ(50HZ/60HZ): Anma çalışma frekansı; Üçgen bağlantı 3faz 380 volt da 50 hz; Yıldız bağlantı 3faz 440 volt da 60 hz
A(8.6A/8.6A): Anma hat akımı; Üçgen bağlantı 3faz 380 volt da 8.6 amper; Yıldız bağlantı 3faz 440 volt da 8.6 amper
kW(4kW/4.63kW): Anma gücü; Üçgen bağlantı 3faz 380 volt da 4kW; Yıldız bağlantı 3faz 440 volt da 4.63Kw
cos φ(0.85/0.85): Anma güç katsayısı; Üçgen bağlantı 3faz 380 volt da 0.85; Yıldız bağlantı 3faz 440 volt da 0.85
1/min(1425/1715): Anma devir hızı; Üçgen bağlantı 3faz 380 volt da 1425 d/d; Yıldız bağlantı 3faz 440 volt da 1715 d/d
Seri No: Bu kısımda motorun seri numarası ile üretim yılı ve haftası yazar.
TS3067: 3 Fazlı motor standartı
2.3. Asenkron Motor Çeşitleri
Şekil 2.6’da asenkron motor faz ve yapısına göre çeşitleri görülmektedir.
Şekil 2.6:Asenkron motor çeşitleri tablosu
Biz tezimiz için üç fazlı sincap kafesli asenkron motor ile çalışacağız.
-
ÜÇ FAZLI ASENKRON MAKİNE ÇALIŞMA PRENSİBİ VE EŞDEĞER DEVRESİ
Asenkron motorlar döner bir bölüm (rotor) ve sabit bir bölümden oluşur (stator) sabit kısımda preslenmiş saç kısımda oluşturulan oluklar arasında yerleştirilmiş bobinlerden oluşur. Döner bölümde ise asenkron motorun türüne göre değişiklik gösterir, asenkron motorlar iki tipte üretilir;
1-) Bilezikli asenkron motor
2-) Sincap kafesli asenkron motor
Bilezikli asenkron motorlarda rotor üzerine oyuklar açılır ve aynı stator gibi bu oluklar sargılardan oluşur ve sargıların uçları rotor milinin üstünde bulunan bileziklere bağlanır. Sincap kafesli asenkron motorlarda ise rotor uçlarının birbiri ile kısa devre edilmesi ile oluşur. Biz tezimizde daha önceden de belirttiğimiz gibi sincap kafesli asenkron motor çeşidi kullanarak çalışmamızı gerçekleştireceğiz.
3.1 Üç Fazlı Asenkron Motorlarda Döner Manyetik Alan
Üç fazlı asenkron motorlarda statorundaki oyuklara arasında 120 derece faz farkı bulunan üç fazlı sargılar yerleştirilir. Birinci sargının başlangıç ucunda U, bitiş ucuna X, ikinci sargının başlangıç ucuna V, bitiş ucuna Y, üçüncü sargının başlangıç ucuna W, bitiş ucuna Z ile adlandırılır. Bu sargıların uçları kendi aralarında yıldız veya üçgen bağlantı yapılarak çalıştırılır. Bu sargılara aralarında 120 derece faz farkı bulunan bir alternatif gerilim uygulandığında her bir faz sargısında alternatif bir alan meydana gelecektir.
Şekil 3.1: Stator üzerindeki bobinlere uygulanan aralarında 120 derece faz farkı bulunan üç faz[5]
Şekil 3.2: Üç faz uygulanan motorda farklı zamanlarda stator sargılarından geçen alternatif akımın oluşturduğu kutuplar ve bileşke manyetik alan yönü[6]
Yukarıdaki şekil incelendiğinde stator sargıları içerisinden akan alternatif akım ile N-S kutupları oluşur stator dönmeyip sabit kaldığı için oluşan bu kutuplar alternatif akımın zamana bağlı değişmesiyle onlarda bir değişime uğrar. Alternatif akımın, her bir periyotluk değişimi N-S kutuplarının da bir devir oluşturmasını sağlar. Şebeke frekansına bağlı olarak bu devirlenme sayısı değişir eğer frekansımızı 50Hz olarak kabul edersek saniyede 50 kez devir ettiği anlama gelir. Alternatif akımın statorda meydana getirdiği döner manyetik alan hızına senkron hız denir(ns .) Senkron hız frekansa(𝑓) ve çift kutup sayısına(P) bağlı olarak değişim gösterir.
𝑛𝑠= 60𝑓/𝑝
Asenkron motorlar kullanım yerine göre farklı senkron hızlarda üretilir. Burada şebeke frekansı aynı olduğu için senkron hız değişimini kutup sayısının değişimi ile elde ederiz. Piyasada yaygın olarak bulunan senkron hızlar 2,4,6,8 kutup sayısına ait senkron hızlardır.
Stator sargıları üç fazlı alternatif gerilim ile beslendiğinde stator sargılarından geçen akım, döner manyetik alan oluşturur. Bu alan içerisinde bulunan rotor sargılarında ise döner manyetik alana bağlı olarak bir gerilim indüklenir ve rotor sargılarının uçları kendi arasında kısa devre edildiği için içerisinden kısa devre akımı akar. Rotor sargıları üzerinden geçen bu akım sebebi ile rotorda bir döner alan oluşur. Rotor döner alanı ile stator döner alanı etkileşime girmesi ile iletkene bir itme kuvveti oluşur bu da rotorun dönme hareketini sağlar ve rotor bir nr devir sayısına ulaşır.
Rotor döner alanı her zaman stator döner alanının gerisinden hareket eder. Döndürme momenti motorun çalışma döner alan yönünde ve rotoru döner alan hızına yaklaştırmaya çalışmaktadır. Rotor hızı senkron hızına yaklaştıkça döner alan hızına göre bağıl değeri düşeceğinden rotor üzerinde indüklenen gerilim düşer. Rotorda oluşan devir sayısı döner alanın devir sayısından yani senkron hızın sayısından daha azdır. Elektrik motoru senkron hıza ulaşmadığından bu motorlara asenkron motor denir. Senkron hız ile rotor hızı (nr) arasındaki farkın, senkron hıza oranına kayma (s) denir.
𝑠 = (𝑛𝑠−𝑛𝑟)/ns
Şekil 3.3: Döner alan içerisinde rotorun dönüşü[1]
Kayma genellikle % cinsinden gösterilir ve kayma değerinin artması yani senkron hız ile rotor hızının arasındaki farkın artması rotor üzerinde indüklenen gerilimin de artmasına sebep olur ve gerilim artışı akım artışına neden olur rotorda akan akımın büyümesi döndürme momentinin artmasına neden olacak rotor momenti belirli bir hıza kadar artacağı için bu değerden sonra motor durur.
3.2. Asenkron Motorların Eşdeğer Devresi
Asenkron motor aslında transformatörlerin en genel halidir. Motor dönmüyor ve sargılarda gerilim uygulanıyor ise kısa devre, motor boşta çalışıyor ise transformatörün boşta çalışması gibi davranır. Asenkron motorları stator ve rotor olmak üzere iki sargıdan oluştuğu kabul edilmektedir. Üç fazlı asenkron motorlarda bir fazın eşdeğer devresi diğer fazlar içinde geçerli sayılır. Asenkron motor eşdeğer devresi çıkarılırken farklı türde çalışma koşulları göze alarak modellenir bunlar; DC deneyi, boşta çalıştırma ve mile tam yük binmesi durumu yani kilitli rotor deneyi olmak üzere üç farklı koşulda incelenir biz boşta çalışmaya göre modelleme yapacağız.
Şekil 3.4: Asenkron motor eşdeğer devresi[7]
Boşta çalışma sonucu elde edilen eşdeğer devresinde transformatör eşdeğer devre parametreleri bulunur. Boşta çalışmada rotor hızı senkron hızına çok yakın bir hızda döndüğü için kayma çok azdır (0.001). O yüzden R2 direnci sonsuza yakın olacağı için I2 den akım akmaz ve sekonderden akım geçmez. Şebekeden çekilen akım ise primerdeki sargı empedansı mıknatıslanma reaktansı ve demir direncinde harcanır ve bu akıma boşta çalışma akımı denir.
Ancak asenkron motorlarda ilk kalkış anında kayma 1 olacağı için R2 direnci küçük veya sıfıra yakın olur bu nedenle ilk kalkış anında asenkron motor normal çalışmasından 4-8 katı arasında bir akım çeker ve bu durum şebeke veya motor için olumsuz etkiler yaratacağı için bazı özel yol verme yöntemleri kullanılır.
Asenkron motora yol vermeyi tanımlayacak olursak motorun durma anından nominal hızına çıkması olarak nitelendirebiliriz. Şekil 3.3’te göreceğimiz gibi 𝑅2= (1−𝑠)/s elemanın kalkışa başlama anında (s=1) değeri 0’dır.Bu değerin 0 olması motorun empedansının minimum olmasına yol açar ve kalkma anında rotor dönmediği için asenkron motor sanki sekonderi kısa devre edilmiş bir transformatör gibi davranır. Motora uygulanacak gerilim nominal değerinde olduğunda ise şebekeden 4-8 kat fazla kadar akım çeker. Bu Akıma yol verme akımı denir.
Yol verme akımının şebekeye ve motora olan etkilerinden dolayı 5 kW gücünden büyük motorlarda doğrudan yol verme yönteminin kullanılması olumsuz etkiler yaratır. Yol verme akımı anma akımına oranı büyüdükçe motor kalkışında ısınması da büyür, şebekeyi zorlar ve hız ayarın yapılması zorlaşacaktır. Bununla beraber kalkış momenti de önemli bir kavramdır. Kalkış momenti ile anma momenti arasındaki oran ne kadar azalırsa motor kalkışta o kadar zorlanacak ve hareketsiz kalacaktır. Burada yol sorunun çözümü için önerilebilecek yollar:
1-) Anma kayma değerinin değiştirilmesi: Anma kayma değerinin uygulamada yalnızca arttırılabilir buda kalkış momentini büyütür. Fakat bu durumda elektriksel kayıplar artacağından motorun verimi düşer.
2-) Direnç değeri değiştirilir: Kalkışta seri dirençler bağlanarak kalma tamamlandıktan sonra dirençlerin devreden çıkarılmasıdır. Ancak uygulamada çok kullanışlı değildir
Yukarıdaki şekilde devir hızının sıfır anında maksimum akım çekilir ve devir sayısının nominal değere yaklaşması ile çekilen akım değeri azalmaktadır.
Kalkış anında motorun nominal akımının 4-8 katı akım çekmesinin iki duruma etkisi mevcuttur:
1-) Şebekeye Etkisi: Kalkış anında asenkron motor sekonderi kısa devre edilmiş bir transformatör gibi davranır. Motor güç sayısında düşmeler olur örneğin 0.75-0.9 olan güç sayıları 0.4-0.5’lere düşer. Motor sayısı veya motorun gücüne bağlı olarak çekilen akım artması durumunda gerilim düşüşleri meydana gelir. Çok kısa süren bu gerilim düşüşlerinde ısı probleminin pek bir önemi olmaz asıl problem gerilim düşmesidir.
Normal şartlarda sistemdeki gerilim düşümü %5 ten fazla olmamalıdır, bu durumun aşılması halinde bazı donanımlarda zarar meydana gelebilir. Gerilim düşüşlerinin elektronik cihazlara zarar vermesi gibi birçok olumsuz etkileri bulunmaktadır.
2-) Motora Etkisi: Özelikle sincap kafesli motorlarda sargılarından geçen yüksek akım ısıya sebep olup sargı izolasyonlarının zarar görmesi motor veriminin düşmesi.Bu olumsuz etkilerden kaçınmak için bazı yol verme metotları vardır.
Doğrudan yol verme küçük güçte şebekeye olumsuz etkiler yaratmayacak motorlar için kullanılan yol verme metodudur. Ayrıca yol verme diğer yol verme yöntemlerinde yumuşak bir kalkışa neden olacağı için yol alma momenti düşer. Ucuz ve kolay bir yöntemdir. Kalkış momentin büyük olmasını sağlar ve motor devir hızına kısa bir sürede ulaşır.
Bu yol verme metodu genellikle boşta çalışan veya az yüklenmiş olan motorlarda kullanılır. Çünkü motora düşük bir gerilim uygulandığında buna bağlı olarak momenti de düşer. Eğer yük altında çalışırsa yükü karşılayabilmek için daha fazla akım çekmek zorunda kalacak ve kalkamayacaktır. Birden farklı düşük gerilim ile yol verme yöntemi bulunmaktadır bunlar:
En kullanılan ve en ekonomik düşük gerilim ile yol verme yöntemlerinden biridir. Burada motor kalkmaya başladığı andan nominal hızına kadar motora uçları yıldız bağlantı ile çalıştırıldıktan sonra nominal hızına ulaşmasından sonra motor üçgen bağlantı ile çalıştırılır. Bu yöntemle yol verebilmek için motorun üçgen bağlantı çalışma gerilimi 380 volt olmalıdır, ve bu bilgiyi motor etiketinden edinebiliriz. Bu bağlantının gerçekleştirilmesi için klemens kutusunda bulunan köprü bağlantıların çözülmesi gerekmektedir.
Şekil 4.2: Motor sargılarının Yıldız ve üçgen bağlantı
Yukarıdaki resimlerden de görüleceği gibi yıldız ve üçgen bağlantılarda motor sargılarına uygulanan gerilim farklıdır. Yıldız bağlantıda sargılara 220 Volt AC gerilim düşerken üçgen bağlantıda bu durum 380 Volt AC dir . Yani yıldız çalıştırmada motorun sargılarına düşen gerilim üçgen bağlantıya göre U/√3 tür. Ve motorun şebekeden çektiği akım 1/3 oranında düşer. Motor sargılarına uygulanan gerilim azaldığı için momentte azalır. Yıldız-üçgen yol vermede yıldız bağlantı süresinin iyi ayarlanmasıdır. Bu zaman genel olarak 5-10 saniye olur. Bu süre güzel ayarlanırsa motorun üçgene geçişi darbesiz olur.
Bu yöntem motorun üçgen çalışma değerinin şebeke değeriyle aynı olmadığı durumlarda kullanılır. Basitçe motor sargıları çalışma geriliminin %50 veya biraz daha fazla bir değer uygulanarak nominal çalışmasına ulaşınca normal çalışma gerilimi uygulanması olarak nitelendirebiliriz. Burada gerilim ayarlanması bir oto-transformatör yardımı ile gerçekleştirilir. Diğer yöntemlere göre en az akım bu yöntem ile çekilir.
Asenkron motorlarda dirençle yol vermenin amacı sargı üzerine düşen gerilimin bir kısmını direnç üzerinde düşürerek gerilimin düşürülmesidir. Bu yöntemle ilk kalkınma anında çekilecek olan akım düşer. Genellikle ayarlı dirençler (reosta) kullanılarak yol verme yapılır. Motor yol almasını tamamladıktan sonra dirençler devreden çıkarılır.
Büyük güçlü motorlarda direnç yerine reaktörlerde kullanılabilir
Bu yöntem diğer yöntemlere göre daha maliyetlidir ancak kullanış bakımından daha fazla avantaja sahiptir. Motorların vuruntu yapmadan daha yumuşak bir kalkış yapması sağlanır. Motorun devirlerinin ayarlanması daha basittir. Güç elektroniği ile farklı yol verme yöntemleri vardır, bunlar:
Bazı motorların yumuşak yol alması istenir bu durumlarda softstarter kullanılır. Softstarterlar motordaki tork ile akım arasındaki ilişkisini hassas bir şekilde ayarlayarak motorun devreye girip çıkmasını darbe oluşturmadan yumuşak bir şekilde yapmasını sağlar. Bu cihazlar motor güçlerine göre seçilerek kullanılır.
Şekil 4.3: Tristör tetikleme açısı
En yaygın yöntemi ise üç çift tristörün çiftlerin birbiriyle ters olarak bağlantı yapılarak üç fazlı hatta bağlanmasıyla yapılır. Şekil 4.3’te görüldüğü üzere çift Tristörlerin tetiklenme açısı değiştirilerek gerilim değeri değiştirilir ve bu sayede yumuşak ve darbesiz bir yol verme oluşturulur.
Asenkron motorlarda ınverter ile yol vermek verimli ve kolaydır ayrıca asenkron motorun hızı motorun kutup sayısı ve uygulanan frekansa bağlıdır. 𝑛𝑠 = (60. 𝑓)/𝑝 frekans değiştiricilerin asıl amacı yol vermek değil motor hızının ayarlanmasıdır. Diğer yöntemlere göre en pahalı yöntem olduğu için hız ayarı gerekmeyen yerlerde tercih edilmez. Inverterin yapısında bulunan mikroişlemciler ile statora uygulanan gerilim frekans oranı değiştirilerek istenilen devirde istenilen moment uygulanır.
5. ASENKRON MOTORLARDA YOL VERME YÖNTEMLERİİNİN SİMÜLASYON ORTAMINDA GERÇEKLEŞTİRİLMESİ
Bu kısımda asenkron motorun MATLAB-Simulink ortamında yol verme yöntemlerinin gerçekleştirilmesi için ilgili devreyi kurarak motor parametresine bağlı grafikler incelenmiştir.
Şekil 5.1: Doğrudan yol vermeye ait MATLAB-Simulink devresi
Şekil 5.1’de modelin kurulumunda ilk önce 3 faz gerilim kaynağı oluşturularak asenkron motor yerleştirilmiştir. Asenkron motor :
| Kutup Sayısı | Gerilim | Hz | 1/min | kW |
| 2 | 400 | 50 | 1430 | 4 |
Şekil 5.2: Doğrudan yol vermeye ait rotor hızı ve akım değer grafiği
Şekil 5.2’den görüleceği gibi motor harekete geçmeden rotor hızı sıfırdır. Motor enerjilendirildikten sonra senkron hıza ulaşmak için ani hareket olacaktır,yani kayma 1 değerinden nominal değerine doğru gitmek isteyecektir, bu yüzden de başlangıç anında çok yüksek akımlar çekilecektir. Bu akım değeri Şekil 5.2’de görüleceği üzere nominal hız değerine ulaştıktan sonra akım düşmüş ve sabit nominal değerde seyretmiştir. Motora uygulanan tork değerinde veya yük değerinde herhangi bir değişiklik olmazsa bu değerde devam edecektir.
Şekil 5.3: Doğrudan yol vermeye ait RMS akım grafiği
Üç fazlı asenkron fazının a fazından geçen RMS akım grafiği bakıldığında kalkış akımının yaklaşık 48 amper olduğu görülmüş ve motor senkron hıza ulaştıktan sonra motor akımı 6.76 amper olduğu gözlemlenmiştir. Motorumuzun kalkış anında nominal akımının yaklaşık 7 katı bir akım çekmekte oluğu görülmüştür. Kullandığımız motorun gücünün düşük olması nedeniyle şebekeye etkisi az gibi görünse de daha büyük motorlarda bu akım değerleri fazla olacağından şebekeye ve motora olumsuz etkiler yaratacaktır bu yüzden farklı yol verme metotları ile bu akım değerleri düşürülmek istenmektedir. Bu yöntemin tek avantajı maliyet bakımından ucuz olmasıdır.
Düşük Gerilim İle Yol Verme Simülasyonları
Yıldız-Üçgen Yol Verme Simülasyonu
Şekil 5.4: Yıldız-Üçgen yol vermeye ait MATLAB-Simulink devresi
Şekil 5.5: Yıldız-Üçgen yol vermeye güç devresi[12]
Yıldız üçgen yol vermede asıl temel mantık yıldız bağlantı ile sargı uçlarına uygulanan gerilimin azaltılmasıdır yıldız üçgen yol vermede motor güç devresi aşağıdaki devrede görüldüğü gibi 3 kontaktör ile gerçekleştirilir burada ilk kontaktör ana kontaktör olarak adlandırılarak yıldız ve üçgen bağlantının gerçekleştirildiği üçgen kontaktör ve yıldız kontaktör bulunmaktadır. Kolayca anlatılacak olursa motor klemens kutusunda gerçekleştirilen bağlantılar kontaktörler üzerinde gerçekleştirilerek zaman rölesi veya pako şalter aracılığı ile motor start edildikten sonra ana kontaktör ile yıldız kontaktör motordaki kayma değeri sıfıra yaklaştığında ise yıldız kontaktör devreden çıkarak motora nominal gerilim uygulanması için üçgen kontaktör devreye girer simülasyonda da buna benzer bir devre gerçekleştirilmiştir ancak burada motor bağlantısı değil motorun yıldız bağlantı sonucu sargılara uygulanan gerilim simülasyon başlatıldığında devre girdikten sonra kayma sıfıra yaklaştığında motor sargılarına üçgen bağlantıda olduğu gibi şebeke gerilimi verilmektedir. Şebeke geriliminin 400 V olduğu ortamlar için burada yıldız bağlantıda uygulanan gerilim şebeke gerilimin 𝑈𝑦 = 400/√3
Şekil 5.6: Yıldız-Üçgen yol vermede sargı uçlarına uygulanan gerilim
Şekil 5.6’da ki üst grafik yıldız üçgen bağlantının motora uygulanan gerilim zaman onun altında bulunan gerilim zaman grafiği ise sadece yıldız bağlantının motora uygulanması ile oluşan gerilim grafiğini en alttaki grafik ise sadece üçgen bağlantının motora uygulanması sonucu oluşan gerilim zaman grafiğini göstermektedir.
Şekil 5.7: Yıldız-Üçgen yol vermeye ait rotor hızı, Elektromekanik tork, Stator akımı
Şekil 5.8: Yıldız-Üçgen yol vermeye ait RMS akım grafiği
Şekil5.5 incelendiğinde motor grafikte 0.5 anında yıldız bağlantıdan üçgen bağlantıya geçiş yapmıştır. Şekil 5.7’daki akım grafiği incelendiğinde ise kalkış anındaki maksimum çektiği akım yaklaşık 32 amperdir bu da doğrudan yol verme kalkış akımına göre 1/3 azaldığını göstermiştir. Motor yıldız bağlantıdan üçgen bağlantıya geçiş süresi önemlidir. Motor yıldız bağlantıda anma hızına ulaştığı anda üçgen bağlantıya geçmelidir yoksa Şekil5.7’de görüldüğü gibi geçiş anında akımda geçici artış görülür ve olumsuz etkiler yaratabilir. Yıldız üçgen yol verme yüksek başlangıç akımlarını sınırlanmak amacıyla uygulanan bir yöntemdir. Yumuşak yol vericilere kıyasla daha ucuz bir çözümdür. Hafif yüklü motorlarda iyi çalışır. Motorların fazla ısınmasını engeller ve motor üzerindeki mekanik stresi azaltır.
Oto Transformatör İle Yol verme Simülasyonu
Şekil 5.9: Oto Transformatör ile yol vermeye ait MATLAB-Simulink devresi
Şekil 5.3’teki devrede motor uçlarına uygulanan gerilimi küçülterek yol verme akımını sınırlandırılmıştır burada oto transformatör oluşturmak için matlab function ile kod yazılmıştır. Oto transformatör ile yol verme yol verme akımını düşük tutmak için statora düşük gerilim verilmesidir. Oto-transformatör ile yol vermede ise şebeke geriliminin 0.5, 0.8 katı gibi değerlerle arttırılır. Burada kademe sayısı ve zaman ayarlaması motordaki geçişin darbesine etki eder.
Şekil 5.10: MATLAB-Simulink Oto Transformatör için yazılmış function
Şekil 5.10’da kod her faz için a1,a2,a3 değişkenleri atanmış ve başlangıçta sıfır değeri verilmiştir. Fonksiyonda eğer zaman 0 ile 0.8 zamanında ise gerilim şebeke gerilim değerinin 0.5 değeri uygulanacak 0.8 ten sonra 1.5 e kadar ise gerilim şebeke gerilim değerinin 0.8 değeri uygulanacak daha sonra ise şebeke değeri uygulanacaktır. Bu fonksiyonda zamanda veya gerilim değerlerini değiştirilerek akım zaman grafiğinde değişim meydana getirilebilir. Fonksiyonumuzda iki kademeli olarak gerçekleştirmiş bulunmaktayız kademe değeri arttırılabilir veya azaltılabilir. Oto transformatör ile yol verme yöntemleri genellikle üçgen çalışma geriliminin şebekedeki gerilimle aynı olmaması durumunda yıldız-üçgen yol vermenin gerçekleştirilemediği durumlarda yapılır. Oto transformatör gerilim ayarı yapan bir transformatördür. Kademeli olarak sargısı gerçekleştirilen bu trafonun sekonder çıkışındaki gerilim motor uçlarına uygulanır.
Şekil 5.11: Oto Transformatör ile yol vermede sargı uçlarına uygulanan gerilim
Şekil 5.10’da motor uçlarına oto transformatör yardımı ile kademeli olarak arttırılarak uygulanan gerilim görülmektedir.
Şekil 5.12: Oto Transformatör ile yol vermeye ait rotor hızı, Elektromekanik tork, Stator akımı
Şekil 5.13: Oto Transformatör yol vermeye ait RMS akım grafiği
Şekil 5.2’de yol verme akımı maksimum 32 amper civarında olduğu görülmektedir. Buda doğrudan yol vermedeki değerin yaklaşık %66’sına denk gelmektedir. Zaten oto transformatörler ile yol vermede yol verme akımı normal yol verme akımının %65’ine kadar düşürülebilmektedir. Genellikle motor başlangıç değeri etiket değerinin 0.5 katında olmakla beraber bu değer biraz arttırılabilir biz devremizde şebeke geriliminin 0.5 ve daha sonra 0.8 katı gerilim ile iki kademeli olarak motor devrine ulaştığında ise şebeke gerilimi verilerek yol vermesi gerçekleştirilmiştir. Bu yöntemin en avantajlı yanı ise hattan çekilen akım diğer yol verme yöntemlerine göre en düşüğü olmasıdır.
Direnç İle Yol Verme Simülasyonu
Şekil 5.14: Direnç ile yol vermeye ait MATLAB-Simulink devresi
Şekil 5.14’te direnç ile asenkron motora yol verme devresi görülmektedir. Bu devrede rotor sargılarının her birine seri olarak bağlanan direnç yardımı ile rotorun direncinin artmasına buda şebekedeki empedans değerinin artmasına neden olur. Ohm yasasına göre sabit bir gerilim altında eğer direnç değeri artar ise akımda buna orantılı olarak azalır. Bu yöntemde dirençlerde birer yük olduğu için güç harcarlar ve bu durum güç kaybına yol açacağı için düşük bir verim elde edilir.
Şekil 5.15: Direnç ile yol vermede şebeke gerilimi motor sargısı ile direnç uçlarına düşen gerilim
Yukarıdaki gerilim zaman grafiği incelendiğinde şebeke motor yol vermeye başlandığı anda şebeke geriliminin tamamı motor sargı uçlarına uygulanmaz. Kirchhoff’un gerilimler yasasına göre devreye seri bağlanan direnç gerilimi bölerek diğer elamandaki gerilim değerini azaltır burada direnç değeri ne kadar artarda direnç üzerindeki gerilim de o kadar artar ve diğer eleman üzerindeki gerilim o kadar azalır. Grafikte tam olarak bu gözlenmektedir dirençlere paralel olarak bağlanan kesiciler devreye girmeden önce direnç üzerinde bir gerilim düşümü görülmektedir daha sonra bu dirençler kesici yardımıyla kısa devre edilerek gerilim değeri sıfır olur. Bu duruma bağlı olarak motor sargı uçlarına düşen gerilim azalır ve bu azalan gerilim ile orantılı motor yol verme akımının azaldığı da gözlemleniyor. Modellerde aynı motor kullanılmıştır. Devreye bağlanan direnç değerleri 4 ohmdur (W) . Bu değer sargı direncine göre seçilmektedir.
Şekil 5.16: Direnç ile yol vermeye ait rotor hızı, Elektromekanik tork, Stator akımı
Şekil 5.17: Direnç ile yol vermeye ait RMS akım grafiği
Şekil 5.17’deki akım zaman grafiği incelendiğinde motorumuzun yol verme akımının 30 Amper olduğu görülmektedir. Bu değer doğrudan yol verme akım değerinin yaklaşık
%62.5’uğuna denk gelmektedir. Dirençler devreden çıkarıldığı anda akım değerinde çok az bir artış olduğu gözükmektedir. Bunda seçilen direncin etkisi fazladır. Kalkma akımının daha az olması istenmesi durumunda motora bağlanan direnç değerini büyülterek yol verme akımı azaltılabilir. Burada direnç yerine reaktörde kullanılması mümkündür. Reaktör ile yol verme genellikle yüksek gerilimli ve büyük güçteki motorlarda enerji kaybını minimalize etmek amacıyla kullanılır.
Güç Elektroniği İle Yol Verme Simülasyonu
Yumuşak Yol Vericiler (Softstarter) İle Yol verme Simülasyonu
Şekil 5.18: Softstarter ile yol vermeye ait MATLAB-Simulink devresi
Bu Yöntem gerilim düşürülerek yapılan en gelişmiş yöntem olarak kabul edilir. Moment ve akım değerleri kontrol edilebilir ve motor ani olarak gerçekleşen sarsıntılardan korunmuş olur. Bu yöntemin en yaygın olarak kullanılanı Şekil 5.18’deki devrede kurduğumuz gibi 3 çift sırt sırta bağlanmış tristörlerin seri olarak faz hatlarına bağlanması ile oluşturulur. Bu yöntemin avantajlarının yanı sıra dezavantajları da bulunmaktadır en büyük dezavantajı ise motora uygulanan gerilimin tam bir sinüs dalga oluşturmamasıdır.
Şekil 5.19: Softstarter tristör ateşleme açısı
Şekil 5.19’da devredeki tristör ateşleme açısı zamanla azaltılarak gerilimi sıfırdan nominal gerilime kadar gelmesi sağlanmaktadır. Burada tristör ateşleme açısı değiştirilerek şebekedeki efektif gerilim değeri de değiştirilir. Motor yol almasını tamamlayınca kesiciler ile güç elektroniği ekipmanında ayrılarak güç elektroniği devresinden oluşacak kayıpların önüne geçilmesi sağlanmıştır.
Şekil 5.20: Softstart 3faz gerilim ve akım grafiği
Şekil 5.20’de softstarter ile üretilen gerilim gözükmektedir burada gerilim ve akımın tam bir sinüs oluşturmadığı görülmektedir ve oluşan gerilim şekli ve değeri tetikleme açısıyla değişmektedir. Gerişim kademeli olarak arttırılmış ve motor yol almasını tamamlayınca devreden çıkartılmıştır. Softstarter ile uygulanan gerilim belirli harmonikler içermektedir bu harmoniklere motor belirli bir düzeye kadar tolerans sağlamaktadır.
Şekil 5.21: Softstarter ile yol vermeye ait rotor hızı, Stator akımı, Elektromekanik tork
Şekil 5.21’de rotor hızı ve torka bakıldığında diğer yol verme yöntemlerine göre daha iyi kontrol edilmiş ve motor yol almasında daha darbesiz bir çalışma gözükmektedir.
Şekil 5.22: Softstarter ile yol vermeye ait RMS akım grafiği
Şekil 5.22’de softstart ile yol verilen motorun rms akım zaman grafiğine bakıldığında yaklaşık yol verme akımı 24 amper olarak görülmektedir bu değer doğrudan yol verme akımının %50’sine denk gelmektedir. Softstar yol vermede akım ve momentin kolay kontrol edilmesi, gerilimde ve akımda ani değişimler yaratmadan çalışması, Farklı kalkış parametrelerinde çalışması gibi avantajlar sağlamaktadır.
Frekans Değiştirici (Inverter) İle Yol Verme Simülasyonu
Şekil 5.23: Inverter ile yol vermeye ait MATLAB-Simulink devresi
Şekil 5.23’te matlab üzerinde kurulmuş bir ayarlanabilir frekans sürücüsü kurulmuştur. Burada 3 faz alternatif gerilimi doğrultma devresiyle doğrultmak yerine direk doğru gerilim kaynağı kullanılmıştır. Inverteler de ilk önce alternatif gerilimi doğru gerilime daha sonra elde edilen doğru gerilimi ıgbtler yardımı ile istenilen gerilimde veya frekansta alternatif gerilime çevirirler. Bu yöntem diğer yöntemlerin aksine daha çok asenkron motorlarda hız ayarı yapılmak için kullanılır ve diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında maliyet bakımdan pahalı olsalar da motoru nominal torkla başlatarak hattan yüksek akım çekmezler.
Şekil 5.24: Inverter ile yol vermeye ait rotor hızı, Stator akımı, Elektromekanik tork
Şekil 5.25: Inverter ile yol vermeye ait RMS akım grafiği
Şekil 5.25’teki grafik gözlemlendiğinde ınverter ile yol vermedeki akım diğer yol verme yöntemlerine bakıldığında çok düşük olduğu gözlenmekle beraber motor yol verme süresi, Motor hızı motor yavaşlama süresinin ayarlanması da mümkündür. Bütün bu parametrelere bağlı olarak motor akım değerleri değişiklik gösterebilmektedir.
6. SONUÇLAR
Bu tezde asenkron motorlarda farklı yol verme metotları incelenmiş ve simülasyonu yapılmıştır. Yaptığımız simülasyon çalışmasında kullanılan motor doğrudan, yıldız- üçgen, dirençle, oto-transformatör, softstarter ve ınverter ile çalışmaya başlaması matlab ortamında devreleri kurularak karakteristik değerleri incelenmiştir. Bu çalışmada önce doğrudan bağlantı ile çalıştırılmış ve bu durumun yol verme esnasında çok yüksek akımlar çektiği gözlemlenerek şebeke ile motora olan zararların en aza indirgenmesi için farklı yöntemler çalıştırılmıştır. Ayrıca motor yol verme akımının büyük olması motor sargılarına da olumsuz etki edip, motorda arıza meydana getirebileceğinden ve motor sargılarına uygulanan gerilim değerinin azaltılması gerekliliğinden motor yol verme akımının azaltılması için belirli yöntemler başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir.
Yıldız-üçgen yol vermede sargı uçlarına şebeke gerilimin √3 katı katı kadar ve akımın buna bağlantılı olarak 1/3 kadar azalarak direk yol vermenin %33 kadar az bir değerde yol verme akımı geçmesi sağlanmıştır.
Oto-transformatör ile yol vermede ise şebeke gerilimi bir transformatör yardımı ile belirli kademler ile arttırılarak motor sargı uçlarına uygulanan gerilim ve dolayısıyla akım düştükten nominal değerlerine arttırılır. Bu yöntem yıldız-üçgenin kullanılmadığı durumlarda tercih edilebilir.
Direnç ile yol vermede ise motor üzerine düşen gerilimin ve dolayısıyla akımın azaltılması için motor sargılarına seri olarak direnç bağlanması ile oluşturulur. Motor yol verme işlemi tamamlanması ile dirençler kısa devre edilerek devreden çıkarılır.
Softstarter ile yol vermede ise gerilim tristörlerin tetikleme açısının değişmesi ile gerilimin düşürülmesi ile yol verme işlemi yapılır. Yol verme tamamlanması ile softstarter devre dışı bırakılarak güç elektroniği kayıplarının önüne geçilmiş olunur.
Inverter ile yol verme bu seçeneklerde en iyi yol verme yöntemidir ancak maliyet bakımından da bir o kadar fazladır[5]. genellikle motor hız ayarının olması istenildiği durumlarda tercih edilir motorun senkron hızı frekans veya kutup sayısına bağlı olarak değişmekte motordaki kutup sayısında sürekli bir değişiklik yapılamayacağı için frekans değiştirilerek senkron hız ayarlanmaktadır.
En verimli ve sağlıklı yöntem inverterdir. Fakat maliyeti yüksek olmasından dolayı özel durumlarda tercih edilir endüstride genellikle ucuz ve dayanıklı olması sebebiyle yıldız- üçgen yol verme kullanılmaktadır. Ancak son zamanlara softstarterda ki üstünlükler yüzünden softstarter kullanımı artmıştır.
- C Milli Eğitim Bakanlığı, Kumanda devre elemanları,2011
- https://www.youtube.com/watch?v=d9AkFdRkNaU
- https://www.elektrikport.com/universite/asenkron-motorlar-1-bolum/12177#ad-image-0
- Fehmi SEVİLMİŞ, Elektrik makineleri-2 laboratuvarı deney föyü
- Mehmet Onur GÜLBAHÇE, Elektrik Makineleri ve Sürücüler
- Yavuz Bahadır KOCA , Abdurrahman ÜNSAL, Asenkron motorların elektriksel ve mekaniksel arızalarının değerlendirilmesi
- https://tr.wikipedia.org/wiki/Asenkron_motor
- Ersagun Kürşat YAYLACI, Asenkron motorlarda kayan tip yöntemi ile hız kontrolü
- https://plcsitemiz.wordpress.com/2009/11/10/asenkron-motorlara-yol-vermek/ileri- vegeri-yonde-calisan-otomatik-yildiz-ucgen-calisma-guc-devresi-semasi/
- C Milli Eğitim Bakanlığı, Asenkron motorlara yol verme,2011
- Halil Halefşan SÜMER, Asenkron motörlerde yumuşak yol verme
- Çiğdem BEZEK, SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE ASENKRON MOTOR ANALİZİNİN MATLAB’DA GERÇEKLEŞTİRİLMESİ,2009
