Yapısı, Çeşitleri, Yol verme yöntemler, Çalışması, Ölçün ve Kontrolleri

Elektrik enerjisinin mekanik enerjiye dönüştürülmesinde kullanılan elektrik motorları, sanayinin ve teknolojinin temel yapı taşlarından biridir. Endüstriyel tesislerde, enerji üretim santrallerinde, büyük fanlarda, kompresörlerde, pompaj sistemlerinde ve hassas hız kontrolü gerektiren uygulamalarda yaygın olarak kullanılan motorlardan biri de senkron motorlardır.

Senkron motorlar, adından da anlaşılacağı gibi şebeke frekansı ile senkron olarak çalışan motorlardır. Bu motorlarda rotor hızı, döner manyetik alanın hızı ile tamamen aynıdır. Bu özellik sayesinde yük değişimlerinde bile hız sabit kalır ve yüksek verim elde edilir.

Günümüzde özellikle büyük güçlü uygulamalarda kullanılan senkron motorlar, güç katsayısını düzeltme özelliğine sahip olmaları nedeniyle de enerji verimliliği açısından büyük avantaj sağlar.

Senkron Motor Nedir?

Senkron motor, stator tarafından oluşturulan döner manyetik alan ile rotorun oluşturduğu manyetik alanın aynı hızda dönmesi prensibine göre çalışan alternatif akım motorudur.

Asenkron motorlardan farklı olarak rotor ile döner manyetik alan arasında kayma (slip) yoktur.

Rotor hızı aşağıdaki formül ile hesaplanır:

ns=120fPn_s=\frac{120f}{P}ns​=P120f​

Burada;

• ns = Senkron hız (d/dk)
• f = Şebeke frekansı (Hz)
• P = Kutup sayısı

Örneğin;

• 50 Hz
• 4 kutuplu

bir motorun senkron hızı:

1500 dev/dakika olur.

Bu nedenle senkron motor yük altında çalışırken bile hızını değiştirmez.

1. Senkron Motorların Yapısı

Senkron motorlar temel olarak iki ana bölümden oluşur:

1.1 Stator

Stator motorun duran kısmıdır.

Yapısal olarak asenkron motor statoruna oldukça benzer.

Görevleri:

• Döner manyetik alan oluşturmak
• Üç fazlı sargıları taşımak
• Rotorun hareket etmesini sağlamak

Stator üzerinde:

• R fazı
• S fazı
• T fazı

olmak üzere üç fazlı sargılar bulunur.

Bu sargılara uygulanan alternatif akım döner manyetik alan meydana getirir.

1.2 Rotor

Rotor motorun dönen kısmıdır.

Senkron motorlarda rotor üzerine doğru akım uygulanır.

Bu nedenle rotor bir elektromıknatıs gibi davranır.

Rotorun görevleri:

• Manyetik kutupları oluşturmak
• Stator alanına kilitlenmek
• Sabit hızda dönmek

Rotor akımı genellikle:

• Fırça ve bilezik sistemiyle
• Ya da fırçasız uyartım sistemiyle

sağlanır.

1.3 Mil ve Rulmanlar

Motorun mekanik hareketini sağlar.

Görevleri:

• Dönme hareketini yük sistemine aktarmak
• Rotorun merkezde dönmesini sağlamak

1.4 Gövde ve Soğutma Sistemi

Büyük güçlü senkron motorlarda:

• Hava soğutma
• Su soğutma
• Fanlı soğutma

sistemleri kullanılır.

2. Senkron Motor Çeşitleri

Senkron motorlar rotor yapılarına göre farklı türlere ayrılır.

2.1 Çıkık Kutuplu Senkron Motorlar

Bu motorlarda rotor kutupları dışarı doğru çıkıntılıdır.

Özellikleri:

• Düşük devirlerde çalışırlar
• Çok kutupludurlar
• Hidroelektrik santrallerde kullanılırlar

Kullanım alanları:

• Su türbinleri
• Büyük pompalar
• Enerji üretim sistemleri

2.2 Silindirik Rotorlu Senkron Motorlar

Rotor yüzeyi düzdür.

Özellikleri:

• Yüksek hızda çalışırlar
• Mekanik dayanımları yüksektir
• Türbin sistemlerinde kullanılırlar

Kullanım alanları:

• Buhar türbinleri
• Gaz türbinleri
• Termik santraller

2.3 Sabit Mıknatıslı Senkron Motorlar (PMSM)

Rotor üzerinde kalıcı mıknatıslar bulunur.

Avantajları:

• Yüksek verim
• Düşük bakım
• Kompakt yapı

Günümüzde:

• Elektrikli araçlarda
• Servo sistemlerde
• Robotik uygulamalarda

yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bu yapıların çalıştırılmasında kullanılan sürücüler hakkında daha detaylı bilgi için Motordersi.com’daki Konvertör ve İnvertör Sistemleri makalesini inceleyebilirsiniz.

3. Senkron Motorlara Yol Verme

Senkron motorların en önemli özelliklerinden biri kendi kendilerine kalkış yapamamalarıdır.

Çünkü rotor dururken statordaki döner alan sürekli yer değiştirir ve rotor bu alanı takip edemez.

Bu nedenle özel yol verme yöntemleri kullanılır.

3.1 Yardımcı Motorla Yol Verme

Motor önce harici bir motor yardımıyla senkron hıza yakın değere çıkarılır.

Daha sonra rotor uyartımı verilerek senkron çalışmaya geçilir.

Avantajları:

• Güvenilir yöntemdir
• Büyük güçlü makinelerde kullanılır

3.2 Amortisör Sargılarıyla Yol Verme

Rotor üzerine kısa devre edilmiş çubuklar yerleştirilir.

Bu sistem asenkron motor kafesine benzer.

İlk kalkışta motor:

• Asenkron motor gibi davranır
• Senkron hıza yaklaşınca rotor uyartılır
• Senkron çalışma başlar

Günümüzde en yaygın kullanılan yöntemlerden biridir.

3.3 Frekans Konvertörü ile Yol Verme

Modern endüstride en çok kullanılan yöntemdir.

Motor bir sürücü üzerinden çalıştırılır.

Frekans yavaş yavaş artırılır.

Böylece:

• Yumuşak kalkış sağlanır
• Akım darbeleri azalır
• Mekanik zorlanmalar önlenir

Bu sistemlerde kullanılan güç elektroniği devreleri hakkında detaylı bilgi için Motordersi.com’daki Konvertör ve İnvertör Sistemleri konusunu inceleyebilirsiniz.

4. Senkron Motorların Çalışması

Senkron motorun çalışması üç aşamada incelenebilir.

4.1 Döner Manyetik Alanın Oluşması

Üç fazlı gerilim stator sargılarına uygulanır.

Bu durumda statorda döner manyetik alan oluşur.

Bu alan senkron hızda döner.

4.2 Rotorun Manyetik Alan Oluşturması

Rotor sargılarına doğru akım uygulanır.

Rotor:

• Kuzey kutbu
• Güney kutbu

oluşturur.

4.3 Kilitlenme (Senkronizasyon)

Rotor kutupları statorun dönen alanına kilitlenir.

Bu andan itibaren:

• Rotor hızı
• Manyetik alan hızı

eşit olur.

Kayma sıfırdır.

Motor senkron olarak çalışır.

Senkron Motorların Avantajları

• Sabit hız sağlar.
• Güç katsayısını düzeltir.
• Yüksek verimlidir.
• Büyük güçlerde ekonomik çalışır.
• Reaktif güç kompanzasyonunda kullanılabilir.
• Frekans değişmediği sürece hız değişmez.

Senkron Motorların Dezavantajları

• Kalkış sistemi gerekir.
• Yapısı daha karmaşıktır.
• İlk yatırım maliyeti yüksektir.
• Rotor uyartım sistemi gerektirir.

Doğru Akım Motorları ile Karşılaştırma

Senkron motorlar ile doğru akım motorları arasında bazı önemli farklılıklar bulunmaktadır.

Doğru akım motorlarında hız kontrolü oldukça kolaydır. Senkron motorlarda ise hız doğrudan frekansa bağlıdır.

DC motorların yapısı ve çalışma prensipleri hakkında ayrıntılı bilgi almak isteyenler aşağıdaki konuyu inceleyebilir:

Elektrik motorları konusunda temel bilgileri pekiştirmek isteyenler, Doğru Akım Motorları (DC Motorlar) başlıklı detaylı makalemizi inceleyerek motorların yapısı, çalışma prensibi ve kontrol yöntemleri hakkında kapsamlı bilgi edinebilirler.

5. Senkron Motorlarda Ölçüm ve Kontroller

Senkron motorların uzun ömürlü çalışabilmesi için düzenli ölçüm ve bakım yapılmalıdır.

5.1 Görsel Kontrol

Kontrol edilmesi gereken noktalar:

• Gövde çatlakları
• Fan hasarları
• Kablo bağlantıları
• Fırça ve bilezikler
• Yağ kaçakları

5.2 Sargı Direnci Ölçümü

Ohmmetre ile yapılır.

Ölçüm amacı:

• Kopuk sargı tespiti
• Kısa devre kontrolü
• Fazlar arası denge kontrolü

Üç fazın dirençleri birbirine yakın olmalıdır.

5.3 İzolasyon Direnci Ölçümü

Megger cihazı kullanılır.

Ölçüm:

• Faz-gövde
• Faz-faz

arasında yapılır.

Düşük izolasyon değeri;

• Nem
• Kirlenme
• Yalıtım bozulması

olduğunu gösterebilir.

5.4 Rotor Uyartım Devresi Kontrolü

Kontrol edilir:

• Fırçalar
• Bilezikler
• Uyartım kabloları
• DC besleme ünitesi

Temassızlıklar motorun senkronizmadan çıkmasına neden olabilir.

5.5 Akım Ölçümü

Pens ampermetre ile yapılır.

Kontrol edilir:

• Faz akımları
• Yük dengesi
• Aşırı akım durumu

Fazlar arasındaki büyük farklar arızaya işaret eder.

5.6 Titreşim Kontrolü

Aşırı titreşim sebepleri:

• Rulman arızaları
• Rotor balans bozukluğu
• Mil eğriliği
• Gevşek bağlantılar

olabilir.

5.7 Sıcaklık Kontrolü

Motor çalışırken:

• Gövde sıcaklığı
• Rulman sıcaklığı
• Sargı sıcaklığı

takip edilmelidir.

Aşırı sıcaklık:

• Yalıtım ömrünü azaltır
• Verimi düşürür
• Arızalara yol açar

Senkron Motorların Kullanım Alanları

Günümüzde senkron motorlar;

• Hidroelektrik santrallerde
• Termik santrallerde
• Doğalgaz çevrim santrallerinde
• Kompresör sistemlerinde
• Büyük fanlarda
• Çimento fabrikalarında
• Demir-çelik tesislerinde
• Kağıt fabrikalarında
• Elektrikli araçlarda
• Robotik sistemlerde

yaygın olarak kullanılmaktadır.

Sonuç

Senkron motorlar, sabit hız gerektiren uygulamaların vazgeçilmez elektrik makineleridir. Rotor hızının döner manyetik alan ile tamamen senkron olması, bu motorlara yüksek verim ve kararlı çalışma avantajı kazandırmaktadır. Özellikle büyük sanayi tesislerinde hem mekanik güç üretmek hem de güç katsayısını düzeltmek amacıyla yaygın şekilde kullanılırlar.

Mesleki ve Teknik Anadolu Liseleri ile Mesleki Eğitim Merkezlerinde öğrenim gören öğrenciler için senkron motorların yapısını, çeşitlerini, yol verme yöntemlerini, çalışma prensibini ve bakım işlemlerini öğrenmek; elektrik makineleri, otomasyon sistemleri ve endüstriyel bakım alanlarında önemli bir mesleki kazanım sağlayacaktır.