SENKRON MOTORLAR
Senkron makinalar, frekans ve kutup sayısıyla orantılı olarak sabit bir
hızda çalışan alternatif akım elektrik makinalarıdır. Hem generatör
olarak mekanik enerjiyi elektrik enerjisine, hem de motor olarak
elektrik enerjisini mekanik enerjiye çevirirler. Senkron makinada enerji
dönüşümü için gerek ve yeter şart makinanın rotorunun senkron
hızda dönmesidir.
Senkron motorların çalışma prensibi asenkron(indüksiyon) motorlarınkinden farklıdır.
Asenkron motorlarda stator’a alternatif akımın(AC) uygulanması ile döner
bir manyetik alan oluşmakta, bu manyetik alan rotordaki iletken
çubukları indükleyerek ikinci bir manyetik alanın oluşmasına sebep
olmakta ve bu iki manyetik alanın etkisi ile rotor, döner manyetik
alanla aynı yönde dönmekteydi. Asenkron motorların çalışması esnasında
rotorun devir sayısı her zaman döner alanın devir sayısından küçük
olduğu için(kaymadan dolayı) senkron bir şekilde çalışmadığını ve bu
yüzden asenkron motor adı ile anıldığını söylemiştik. Senkron motorlarda
senkronizasyon gerçekleştiği için, yani döner alan ile rotorun hızları
eşit olduğu için bunlara da senkron motorlar denir ve çalışma prensibi
ise bu temele dayanır.
Asenkron motorlarda stator’a 3 fazlı alternatif akım uygulanarak döner
manyetik alan oluşturulur. Aynı şekilde senkron motorlarda da bu işlem
uygulanır. Fakat asenkron motorlardan farklı olarak bu sefer rotordaki
kutuplara doğru akım(DC) uygulanır. Doğru akım yön değiştirmediğinden
dolayı, kutuplar çalışma süresince özelliklerini aynen korurlar ve N
kutbu daima N kutbu olarak, S kutbu ise daima S kutbu olarak kalır.
Stator’a uygulanan 3 fazlı akım bu sargılarda bir döner alan oluşturur
ancak statörün döner alan kutupları ile rotorun sabit kutupları rotorun
ataletinden dolayı kilitlenemez ve bu sebeple motor dönmez.
Rotor ve statorda zıt kutuplar birbirlerini iter, aynı kutuplar
karşılıklı geldiklerinde ise birbirlerini çekerler. Bu itme ve çekme
olayı sonucu rotor başlangıçta duruyorsa, motor hep durur, rotor
başlangıçta dönüyorsa rotor hep döner. Bundan dolayı rotora dışarıdan
yardımcı bir kuvvetle hareket verilir. Bu hareket verildiği anda rotorun
dc gerilim verilen kutupları ile statorun ac gerilim verilen
kutuplarının oluşturduğu alanlar birbiri ile kilitlenir ve senkronize
bir dönme işlemi başlar. Bu senkronizasyon sonucu senkron motorlarda
asenkron motorlardaki gibi kayma olayı gerçekleşmez.
Senkron motorları hareket eder hale getirmek için farklı yöntemler vardır.
1- Senkron motor başlangıçta asenkron motor olarak çalıştırılıp daha
sonra rotor kutuplarına dc gerilim uygulandığında rotor kutupları ile
döner alan kutupları birbiri ile kilitlenerek senkronize çalışmaya
başlar.
2- Döndürme amaçlı olarak yardımcı bir makine ile çalışmayı başlatmak
3- Şebeke ile senkronize ederek çalışmayı başlatmak
4- Uyartım dinamosu ile çalışmayı başlatmak
Senkron makinaların sabit bir dönme hızında çalışmaları , endüstride
elektrik motoru olarak kullanılmasını kısıtlar. Senkron makinalar ,
elektrik enerjisi üretiminde generatör olarak en yaygın kullanılan
makinalardır. Senkron motorlar, yaklaşık yüzde 90 oranla generatör
olarak kullanılır. 2000 MVA güçlere kadar üretilebilmektedirler. Birim
güç başına maliyetlerinin düşük olması, artan güç ile verimlerinin
yükselmesi, ayrıca bakım ve kontrol işlemlerinin az olması çok büyük
güçlerde üretilmelerini ve enerji üretiminde kullanımını sağlamaktadır.
Senkron Makinaların Yapısı ve Kullanım Alanları
Senkron makinalar, duran kısım stator (endüvi) ve hareketli kısım rotor
olmak üzere iki kısımdan oluşur. Stator sac paketlerinden yapılmış olup
iç kısmına sargıların yerleştirilmesi için oluklar açılmıştır. Senkron
makinalar, uyarma sargılarını taşıyan rotorun yapısına göre iki gruba
ayrılır. Stator ve rotor arasındaki hava aralığının her yerde sabit
olduğu makinalara “Yuvarlak Rotorlu (turbo) Senkron Makinalar” ve stator
iç çevresinin düzgün olmasına karşın rotor dış çevresinin düzgün
olmadığı makinalara da “Çıkık Kutuplu Senkron Makinalar” denir.
Yuvarlak rotorlu senkron generatörler küçük kutup sayısı ve yüksek
senkron devir sayısı için üretilmekte ve yüksek devirli buhar
türbinlerinde kullanılmaktadır. Yüksek devirli buhar türbini
uygulamasında kullanılan makinaların rotor boyları uzun ve çapları
küçüktür. Çıkık kutuplu senkron generatörler ise genellikle çok kutuplu
olarak ve düşük senkron devir sayısı için üretilmektedirler. Bu tip
senkron makinaların rotor boyları kısa, çapları ise geniş olmaktadır.
Hidroelektrik santrallerde elektrik üretimi için çıkık kutuplu senkron
makinalar kullanılır. Şebekenin güç faktörünün düzeltilmesinde senkron
motorlar kullanılır.
Elektrik motorların asenkron tipleri standart bir aygıt olmuştur.
Senkron tipleriyse, büyük güç gerektiren yerlerde kullanılabilir.
Alternatif akım motorları iki grupta toplanabilir: asenkron motorlar
(indüksiyon motorları) ve senkron motorlar. Bütün bu motorların temel
ilkesi, metalden yapılmış bir kütlenin, döner bir elektromanyetik alan
yardımıyla sürüklenmesine dayanır. Bu iki grup motorlarda da eksenli iki
armütür bulunur: bunların ilki olan stator sabit, ikincisi rotorsa
hareketlidir. Senkron motorun statoru asenkron motorun statoruyla aynı
şekilde ve aynı yapıdadır; birbirinden vernikle yalıtışmış manyetik
saçlardan oluşan bir bilezik biçimindedir; bu saçların üzerindeki
yivlere üç fazlı akımlarla beslenen bir sargı sarılmıştır. Bir bağımsız
senkron motorda manyetik alanı, rotorun sargısını besleyen bir doğru
akım yaratır; burada rotorun çalışma hızı vardır. Bu tip motorların
başlıca yetersizliği, rotorun kendi başına harekete geçmemesi sorunudur.
senkron makinenin çalışma ilkesi iki farklı çalışma türü için
açıklanabilir; bunlardan birinde makine generatör, diğerinde ise motor
olarak çalışır. Makinenin çalışması için var olması gerekekn büyüklükler
farklıdır fakat her ikisinde de gereken ve ortak olan manyetik akıdır.
Senkron Makinanın Generatör Olarak Çalışması
Manyetik alan kutup sargısının bulunduğu makinenin hareketli parçası
olan rotorda üretilir. Kutup sargısı doğru akımla beslenerek hava
aralığında zamana göre değişmeyen, genliği sabit olan doğru manyetik
alan meydana getirir ve bu alan rotorun döndürülmesi ile statora
yerleştirilmiş sargının düzlemlerinden değişik açılarda geçer ve gerilim
endükler. Bu sargıda endüklenen gerilim alternatif gerilimdir, yani
zamana göre değişir.
Senkron Makinanın Motor Olarak Çalışması
Motor çalışma ise makinenin elektrik enerjisini kullanarak, manyetik
alan yardımıyla mekanik enerji üretmesidir.Gereken elektrik şebekeden
çekilir. Manyetik alan ise generatörde olduğu gibi rotordaki kutup
sargılarının doğru akımla beslenmesi ile elde edilir. makinenin motor
çalışabilmesi için şebekeden çekilen elektrik akımının stator
sargılarında dönen manyetik alan meydana getirmesi gereklidir. Sargılar
kaç fazlıysa o kadar fazlı akım uygulanması gerekir. Böylece elde edilen
manyetik alanın dönme hızı ile içinden doğru akım akan kutup
sargılarının dönme hızı eşitlenir. İki döner alan beraber hareket eder
ve bunun sonucunda elde edilen kuvvet rotorun sürekli senkron devir
sayısında kalmasını sağlar. Böylece makine şebekeden çektği elektrik
enerjisini mekanik enerjiye dönüştürür.
Çalışma esnasında üzerine çok fazla yük verildiyse, stator döner alanı
ile uyarma işini gerçekleştiren rotor kutuplarının manyetik alanı
birbirinden kopar, bu da senkronizmadan kopmadır ve sonuçta motor durur.
Bu iyi bir özelliktir, çünkü senkron motor hiçbir zaman “yanmaz”,
sadece durur ve de üzerine (motor mili) aldığı yükü sakince bırakır.
Asenkron motorda ise bu hadise içler acısıdır, durmadığı için tüm yüke
yüklenir ve şebekeden çok yüksek akım çeker ve sonuçta etrafa yanık
bobinlerdeki iğrenç vernik kokusu yavaş yavaş dolmaya başlar.(Vernik
bobinlerdeki telleri yalıtmak amacıyla kullanılır)
Asenkron motorlarla arasındaki en önemli fark iki ayrı manyetik alana sahip olmasıdır.
