asenkron motorlarda v / f oranı tutularak hız ayarı yapılması

asenkron motorlarda v / f oranı tutularak hız ayarı yapılması

1
Konu
: ASENKRON MOTORLARDA V / F
ORANI TUTULARAK HIZ AYARI
YAPILMASI
İÇİNDEKİLER
SAYFA
1
ASENKRON
MOTORLAR GENEL BİLGİ
SAYFA
2
ASENKRON MOTORLARIN ÇALIŞMA
PRENSİBİ
SAYFA
5
ASENKRON MOTORLARDA V/ F ORANI
SABİT TUTARAK HIZ AYARI YAPILMASI
SAYFA
6
STATORA UYGULANAN GERİLİM FREKASININ
DEĞİŞTİRİLMESİ
SAYFA
13
DİNAMİK FREKANS DEĞİŞTİRİCİLER
SAYFA
13
1 – SENKRON FREKANS DEĞİŞTİRİCİ
KULLANMAK
SAYFA
15
2 - ASENKRON FREKANS DEĞİŞTİRİCİ
2
KULLANMAK
SAYFA
18
ASENKRON FREKANS DEĞİŞTİRİCİNİN
ASENKRON MOTORLA TAHRİKİ
SAYFA
22
3 - SERBEST UYARTIMLI FREKANS DEĞİŞTİRİCİ
SAYFA
23
4 - YARI İLETKEN ( TRİSTÖR VEYA IZGARA
AYARLI GAZLI REDRESÖRLERİ ) KULLANMAK
ASENKRON
MOTORLAR
GENEL BİLGİ
GİRİŞ
Elektrik enerjisinin kural olarak üç fazlı
tasıma ve dağıtımı
A.C. motorların
A.C. şeklinde üretim ,
elektrikle tahrikinde geniş ölçüde
kullanılmalarının başlıca nedeni olmuştur.
Elektrikle tahrik sisteminde kullanılan
şönt ve seri karakterislikli
pek çok çeşit A.C. motoru vardır. Özellikle yapısı basit
olduğu için
ve ucuz , pratik
son derece kullanışlı olduğundan dolayı irili ufaklı bir çok
tahrikte üç fazlı asenkron motorlar kullanılır.
Üç fazlı asenkron motor üç
fazlı dağıtım sisteminde dengeli endüktif bir yük teşkil eder. Asenkron
motorun farklı iki yapısı vardır.
1 - ) Kısa devre rotorlu ( Sincap Kafesli ) asenkron motorlar
2 - ) Rotoru sargılı ( Bilezikli ) asenkron motorlar
Bu iki tip asenkron motorun statorlarını tamamen
aynı , yalnız
rotorların yapı tarzları farklıdır. Normal olarak statorlarında yıldız veya
üçgen olarak
rotorlu
bağlanabilen üç
fazlı bir sargı
mevcuttur. Kısa devre
asenkron motorun rotorunda kısa devre halinde
sincap kafesli ;
3
bilezikli tip asenkron motorun rotorunda ise kural olarak yıldız bağlı üç
fazlı diğer bir sargı bulunur.
Her iki tip asenkron motorda üç fazlı stator sargısının uçları ( üç
giriş ile üç çıkış ) bir bağlantı kutusuna bundan ayrı olarak sadece rotoru
yıldız bağlı olan rotor sargısının sadece
sargılı üç fazlı asenkron motorun
üç giriş ucu bilezik ve fırça takımı üzerinden diğer bir bağlantı kutusuna
taşınmıştır.
Çünkü
asenkron
motorlarda
Us = k * F1 * ø
anlaşılacağı gibi manyetik alanın değişmesi için
bağıntısından
U / f oranın sabit olması
gerekmektedir.
Demek ki primer
aynı oran dahilinde
olarak
şebeke frekansı ile birlikte şebeke gerilimi de
değiştirildiğinde motorun manyetik alanı ve netice
devrilme momenti ve yüklenilebilirlik kabiliyeti sabit kalır. Aslında
düşük frekanslarda statordaki gerilim
düşümünün
artmasından
dolayı
devrilme momentinde bir miktar düşme görülür.
Endüstride birçok makinesi , değişik birkaç dönme sayısı yada
çoğu zaman sürekli hız ayarı yapılabilen motora ihtiyaç gösterir. Tahrik
motorlarına olan bu talep tahrik makinelerine olan ihtiyacı artırmıştır.
Elektrik
enerjisinin
üretilmesi
ile
birlikte
elektrik
makineleri
önem
kazanmıştır. Elektriğin kolayca taşınması , istenildiği zaman kullanılması ,
elektrik makinelerin verimini diğer makinelere göre yüksek olusu , elektrikle
çalışan makinelerin daha fazla kullanılmasını şağlamıştır.
Günümüzde
endüstride en çok
kullanılan
hareketli
elektrik
makinesi asenkron motorlardır. Çalışma ilkesi bakımından bu makinelere
endüksiyon
makinesi de denilebilir.
bulunmaması
nedeni
uygulamalarda
kullanılmalarına
makinelerinden
olan
Ucuz olması , fırça
ile az arıza
asenkron
yaparak
sebep
çalışmaları
olmuştur.
motorların
ve kollektörün
daha
Alternatif
üretimleri
doğru
sık
akım
akım
makinelerine göre daha ucuz ama kontrol edilmeleri daha zor ve pahalıdır.
Bir asenkron makinenin devir sayısı kontrolü için
( mil momenti
sabit kalmak ) şartı ile diğer asenkron makineye yada güç elektroniği
elemanlarına ihtiyaç vardır. Gelişmiş birçok ayar sistemi arasında son
4
yıllarda endüstride yaygın olarak kullanılan
kontrollü diyotlar
( tristörler )
asenkron motor hız ayarı alanında hiç kuşkusuz yeni bir çığır açmıştır.
ASENKRON MOTORLARIN ÇALIŞMA PRENSİBİ
Asenkron motorlar stator ve rotordan ibaret olup stator ve rotor
üzerine
açılan
oluklara
yerleştirilen
sargılardan
oluşur. Stator üzerine
yerleştirilen sargılar ya üçgen şeklindeki sargılardan yada yıldız bağlı
sargılardan oluşmaktadır.
Stator
sargılarından
geçen
akım alternatif
manyetik devrede periyodik olarak değişen
alana alternatif
akım
olduğundan
bir alan meydana getirir. Bu
alan denir. Bu alternatif alanı fourier serisi ile yazmak
mümkündür. Alternatif alanın her bir harmoniğini iki döner alana ayırabiliriz.
Bu döner alanlardan birisi saat ibresi yönünde dönüyorsa diğeri saat ibresi
tersi yönünde döner ve her ikisinin de dönüş açısal
hızı aynıdır. Üç fazlı
asenkron motorlarda birbirinden 120 derecelik farklı olan akımlar stator
sargılarından geçerek üç adet alternatif alan meydana getirecektir. Üç
alternatif alanın sadece birinci harmoniğini dikkate alırsak altı adet döner
alan meydana gelir. Bu altı adet döner alandan üçü saat ibresi yönünde ,
üçü de saat ibresinin tersi yönündedir. Bunların açısal hızları aynı olup Ws
tir. Sağa doğru dönen döner üç alan çakışık olarak döndüğü taktirde sola
döner alanlar arasında 120 derecelik faz farkı olduğu için bileşke değeri
sıfır olur, ve motor sağa doğru dönen çakışık üç döner alanın oluşturduğu
moment ile sağa doğru döner . bu açıklamadan anlaşılabileceği gibi stator
sargılarından geçen akımlar Ws açısal hızı ile döner stator alanı oluşturur.
Motora ilk gerilim uygulandığı anda motor duracaktır. ns
hızıyla
dönen stator döner alanı durmakta olan rotor iletkenini aynı hızda keser
ve rotor alternatif gerilimin oluşmasını sağlar. Bu gerilim frekansı f1 olup bu
değer şebeke frekansına eşittir.
Motor senkron
devir sayısında
dönseydi bu taktirde
senkron
devirde dönen stator alanı rotor iletkenlerini kesmeyecekti. Son uçta rotor
sargılarında alternatif gerilim meydana gelmeyecektir. Akım geçmeyince
döndürme
momenti
de
sıfır
olacaktır. Bu nedenle
rotor
devir
sayısı
5
senkron devir sayısını altında olacaktır. Bu açıklamadan anlaşılacağı gibi
asenkron
motorun
motor
halinde
çalışması
halinde
rotorun
senkron
devirde dönmesi mümkün değildir. Rotor senkron devirde daha küçük olan
ve yük ile değişen devirde döner.
Elektrik
ile tahrikte geniş bir
uygulama alanına sahip olan
asenkron motor esas itibariyle şönt karekterislikli
tahrik
makinesidir.
Genellikle
motor
olarak
sabit devir sayılı
kullanılmakla
birlikte
bir
bazı
koşulların sağlanması ile birlikte generatör olarak çalışabilirler.
Asenkron motorlar eş zamanlı olmayan makinelerden , yani stator
sargılarının oluşturduğu döner alan hızı ile rotorun dönme hızı birbirinden
farklıdır. Rotor dönme hızı motor çalışmada asenkron hızdan küçük ,
generatör
çalışmada
ise
senkron
hızdan
büyüktür. İşletme
özellikleri
bakımından doğru akım şönt motoru ile boy ölçüşebilecek şekilde değilse
bile sürekli devir sayısı ayar imkanına sahiptir.
Bir, iki, üç ve çok fazlı olarak imal edilebilirler. En fazla kullanılan motorların
birisi yukarıda da belirtildiği gibi
kısa devre rotorlu
veya
sincap kafesli
asenkron motor ve de rotoru sargılı veya bilezikli asenkron motorlardır.
Bilezikli asenkron makinelerin rotor oluklarına genellikle
üç fazlı
sargılar yerleştirilir. Üç fazlı rotor sargısı yıldız olarak bağlanır ve yıldız
noktası dışarı çıkartılmaz . Mil üzerine bağlı ve milden yalıtılmış üç bilezik
rotor ile birlikte döner. Bilezikler üzerinde sabit duran fırçalar yardımı ile
dış kaynaktan gerilimi ve frekansı değiştirilebilen gerilim uygulanabildiği gibi
sargılara dışarıdan
empedansa bağlanabilir. Rotor bileziklerine yol alam
direnci
yol
bağlayarak
alam
akımı
büyütülebilir. Ayrıca rotora frekans
ve
sınırlayarak
yol
alam
direnci
güç faktörü kontrolü yapılabilir.
Rotoru sargılı asenkron makinelere uygulanan
bu kontrol
sistemi sincap
kafesli motora uygulanan hız kontrolün den daha ucuzdur. Bununla rotor
sargıları rotorda oldukça yer kapladığı için
sincap kafesli motorlara göre
bilezikli asenkron motorlardan daha az güç elde edilir.
Sincap
kafesli
asenkron
motorların
statorlarında
döner
alan
oluşturan sargılar vardır. Rotor kısa devre çubuklarının oluşturduğu hacim
sincap kafesinkine benzediği için
motora bu isim verilmiştir. Normal
çalışma şartlarında rotor çubuklarında endüklenen gerilim 10 V altındadır.
6
Bu yüzden kısa devre çubukları rotor saç paketinden yalıtılmaz . Rotorda
yalıtkan malzeme için
yer kaplanmadığı için
bu motorda birim hacime
düşen güç bilezikli asenkron motorlardan daha fazladır.
Bilezikli asenkron motorlarda rotorun sargılı olması ile bileziklerin
getirdiği
avantaj
devir
sayısının
kolaylıkla
ayarlanmasını
kalkış
momentinin değiştirilebilmesi üstünlüğünü sağlar . Sincap kafesli makinede
ise
rotor sayısı yerine
kısa devre edilmiş
iletken çubukların bulunuşu
makinenin hem kalkış momentini , hem de devir sayısı ayarı yapabilme
yeteneklerini kısıtlamaktadır. Bu nedenle sincap kafesli makineler
çok kalkış momenti değişmeyen
daha
ve devir sayısı mümkün olduğu kadar
sabit olan iş makinelerinin tahrikinde kullanılır. Ancak yapım kolaylığından
dolayı bilezikli makineye göre iki kat daha ucuzdur.
ASENKRON MOTORLARDA V/ F ORANINI SABİT TUTARAK HIZ
AYARININ YAPILMASI
GİRİŞ:
Asenkron motorlarda normal çalışma bölgesinde dönme sayısı sabit
kalmaktadır. Endüstride birçok iş makinası , değişik birkaç dönme sayısı ya da
çoğu zaman sürekli hız ayarı yapılabilen motorlara ihtiyaç gösterir. Ayrıca hava
kirlenmesi nedeni ile elektrik motorlu taşıt araçlarında, yakıt bataryası almak ve
elektrik motorunun kullanılması öngörülmektedir. Asenkron motorun ucuz
olması fırça ve kollektorunun
bulunmaması nedeni ile az arıza
yaparak
çalışma olanağının bulunması, bu motorların yaygın olarak kullanılmasına ve
hız ayarının gene asenkron motorlar yardımı ile yapılmasına yol açmıştır.
Geliştirilmiş birçok ayar yöntemi arasında son yıllarda endüstride
yaygın
olarak kullanılan kontrollu diyotlar ( Tristör ) asenkron motorların hız ayarı
alanında , hiç kuşkusuz yeni bir uygulama alanı açmıştır.
Elektrikle tahrikte önemli bir uygulama alanına sahip bulunan üç fazlı
asenkron motor esas itibariyle şönt karakteristikli sabit devir sayılı bir tahrik
makinasıdır. İşletme özellikleri bakımından her ne kadar doğru akım
şönt
7
motoru ile bot ölçüşecek boyutta değilse de kademeli ve sürekli devir sayısı
ayar imkanlarına sahiptir. Bu nedenle devir sayısı ayarı istenen bazı tahrik
sistemlerinde de kullanılmaktadır .
ASENKRON MOTORLARDA HIZ AYAR İLKELERİ
Asenkron motorlarda hız ayar ilkeleri aşağıdaki gibi sıralanabilir.
1-) Statora uygulanan gerilim frekansının değiştirilmesi
2-) Statora uygulanan gerilim değerinin değiştirilmesi
3-) Stator sargısı kutup sayısının değiştirilmesi
4-) Rotora bağlanan direncin değiştirilmesi
5-) Rotor sargılarına dış kaynaktan uygun gerilim uygulanması
STATORA UYGULANAN GERİLİM FREKANSININ DEĞİŞTİRİLMESİ
Bir asenkron motorun senkron hızı yada
teorik boşta çalışma hızı
stator sargılarına uygulana gerilimin frekansı fσ ve kutup sayısı 2p olduğuna
göre aşağıdaki bağlantı ile verilir.
nσ= 60*fσ
p
o halde asenkron motorun senkron hızı belli bir p kutup sayısında stator
gerilimin fσ
frekansı ile
değiştirilip kontrol edilebilir. Frekansı değiştirerek
yapılan hız kontrolun da asenkron motorun momentinin maksimum değerinin
sabit kalması sağlanır. Bu amaç için Vσ/fσ oranı yaklaşık olarak sabit tutulur,
gerçekten statora uygulanan gerilim Vσ ; yaklaşık olarak statorda endüklenen
Eσ gerilimine eşit kabul edilebilir. Vσ ~ Eσ Statorda endüklenen gerilim ise :
Eσ = K*fσ*Ø
( K sabit )
dır. Moment ise :
M = λ* Ø *sin Ø *I ve maksimum moment için :
I = Eσ
Σ XσØ
I=
Eσ
K*fσ*(LσØ+LrØ)
8
M= λ
K
( Eσ )² sin Ø
fσ
olarak verilir. Buradan momentin maksimum değerinin yaklaşık olarak sabit
kalması için Eσ / fσ nin yada (Øσ) in sabit kalması gerekir. O halde statora
uygulanan gerilim
frekansını değiştirerek
hız ayarı yapılırken , gerilim
kaynağının Vσ / fσ oranı sabit tutulur ve öylelikle momentin maksimum değeri
sabit tutulmuş olur. Bu amaç için statora uygulan gerilim kaynağı özel bir gerilim
kaynağı olmalıdır.
Bu özellikte olan gerilim kaynakları su yollarla elde edilir.
a) Hızı değiştirilebilen bir senkron generatörün uyarma akımı sabit tutulursa
Vσ / fσ oranı sabit tutulmuş ve aynı zamanda Vσ geriliminin frekansı da
ayarlanmış olur.
b) Son zamanlarda geliştirilmiş olan tristörlü özel inverterler kullanılarak hem
Vσ geriliminin frekansı değiştirilir ve hem de Vσ / fσ de sabit tutulur.
c) Rotoru sargılı asenkron motorun rotor gerilimi de frekansı değiştirilebilen bir
gerilimdir ve hız kontrol unda kullanılabilir.
Asenkron motorun bu yöntemle yapılan hız kontrolü
ve momentin
maksimum değerinin sabit tutulması , doğru akım serbest uyarmalı motorunun
Ward – Leonard
düzeni ile hız ayarına benzemektedir. Şekil 1 de stator
frekansının değiştirilmesi
ile
yapılan hız kontrol una ilişkin
M=f(n)
karakteristiği gösterilmiştir.
Şekil 1 Asenkron motorun stator gerilimi frekansının değiştirilmesi ve Vσ/fσ in
sabit tutulması halinde moment -dönme sayısı karakteristikleri
9
Hızı değiştirilebilen
bir senkron generatör
yardımı ile asenkron
motorun Vσ / fσ oranı sabit olması koşulu altında hız kontrolu pratikte büyük
bir uygulama alanı bulmaz. Çünkü her asenkron motor için hızı ayarlanabilen
bir asenkron generatöre ihtiyaç vardır. Asenkron motorun bu yolla hız kontrolu
yapılırken , öte yandan hızı kontrol edilen bir tahrik makinesi
zorunluluğu doğmaktadır. Bununla beraber
gemilerde pervaneleri
sağlanmak
buhar türbini ile çalışan bazı
tahrik eden sincap kafesli asenkron motorlar , hızı
ayarlanabilen buhar türbinin tahrik ettiği senkron generatöre bağlanabilir.
Böylece asenkron motorun hız ayarı yapılabilir.
Sincap kafesli asenkron
motorlar ucuz ve az arıza
yaptıklarından
çoğu zaman değişken frekanslı kaynaklar pahalı olsa da frekans değiştirerek
yapılan hız kontrolu uygulama alanı bulabilmektedir.
Ayrıca
rüzgar tünellerinde uçak modellerini kontrol etmek için yüksek hızlı
sincap kafesli asenkron motorlar kullanılır. Bunun için statora 50 Hz ‘e göre
yüksek frekanslı gerilim uygulanır.
Statora uygulanan gerilim frekansını değiştirilmesinde asenkron
motorun senkron hızı belirli bir p kutup sayısında stator gerilimin fσ frekansı ile
değiştirilip kontrol edilebilir. Normal yükleme sınırları içinde kalmak koşulu ile
kontrol edilen devir sayısı yük momentinden bağımsızdır.
Şekil 2 Asenkron motorda gerilim frekansı parametre olmak üzere momentin
devir sayısı ile değişmesi
10
Asenkron motorlarda frekansı değiştirerek yapılan hız kontrolunda ,
asenkron motorun devrilme momentinin değerinin sabit kalması sağlanır. Bu
amaç için Vσ / fσ oranı sabit tutulur.
Buradan
Vσ / fσ
M(max)=( Vσ )²
fσ
ile
büyüdükçe
olduğu hatırlanır.
momenti arasındaki bu bağlantıdan dolayı
devrilme
frekans
uygulan gerilimin etkin değeri değişmezse devrilme momenti
küçülür. Yani hava aralığındaki
akı yoğunluğu azalır. Aynı şekilde
düşük
hızlara indikçe de devrilme momenti yükselir. Bu ise stator artması gibi bir
sakınca yaratır. Oysa
devrilme momentinin
sabit tutulması
yani frekans
değerine
f2
f1
= u2
u1
olacak şekilde bir u stator gerilimi karşı düşürüp moment hız karakteristiklerini
hız düştükçe sola doğru paralel olarak kaydırmak motorun hızını senkron hızla
sıfır değeri arasında değiştirmek mümkün olur.
Buradan görüldüğü gibi asenkron makineye uygulanan gerilim ve ya
akımın frekansını değiştirerek yapılan hız kontrolu hem geniş bir kontrol aralığı
sağlaması hem de hız kontrol
bölgesinde devrilme momentinin sabit
tutulmasına olanak verdiğinden en uygun yöntemdir.
Pratikte bu hız kontrol yönteminin sağladığı güç elektroniği devreleri,
besleme biçimlerine göre iki gruba ayrılırlar.
a) Doğrudan şebekeden çevirici
b) Dolaylı olarak şebekeden çevirici
a)Doğrudan şebekeden çevirici adından anlaşılacağı gibi birinci gruba dahil
olup bir frekanstaki
giriş gerilimini başka bir frekanstaki değişen gerilime
çevrilir. Diğer frekans çeviricilere göre en önemli farkı bu gerilim ve frekans
değiştirme işlemi giriş gücünde doğrudan yapılmasıdır.
Çevirme işlemi,
tristör
elemanlarının
uygun tetiklenmesi ile
gerçekleşir.
Frekans çeviricinin çalışma ilkesi istenen frekansta çıkış gerilimi
oluşturacak şekilde
giriş geriliminden
yararlanarak
tristörlerin
uygun
11
anlarda
tetiklenmesine
dayanır. Bu
amaçla çeviricinin
her fazına
birbirine zıt paralele bağlı iki tane üç fazlı tam dalga kontrollu doğrultucu
bağlanır.
ise
Bu doğrultuculardan biri çıkış akımın yarı periyodunda , diğeri
negatif yarı periyodunda doğrultma ve evirme modunda çalışarak
istenen
frekansta
çıkış
gerilimi
temel bileşen yanında
harmonikleride
kapsar.
Çıkışta
elde edilen
frekans
frekansının altındadır.
şebeke
Bu
nedenle düşük devir sayılarında çalışmak söz konusudur.
Dolaylı olarak
frekanslarda
çalışma
kullanılan
dalga şeklinin
çeviricilerde
kare
dolaylı olarak
şeklinde olması
düşük
asenkron
motorlarda olumsuz etki yapar. Bundan dolayı üç faz için toplam 36 tristör
kullanıldığından
maliyet açısından olumsuz oluşu büyük güçlü motorların
düşük hızlarda kullanılması hali için uygundur.
Şekil 3 50 Hz lik sabit frekanslı
alternatif gerilim kaynağı kullanarak
değişken frekanslı (0-40 Hz) bir gerilim kaynağı veren cycloconverter
dener doğrudan frekans değiştirici ile asenkron motorun ayarı
Beslemesi dolaylı olarak şebekeden sağlanan rekans çeviriciler
şekil 4 de görüldüğü gibi dört kısımdan oluşur.
1- Doğrultucu
12
2- Ara
devre
3- Çevirici
4- Kontrol ünitesi
Ara
Devre
Doğrultucu
Evirici
Motor
Kontrol Ünitesi
Şekil 4 Frekans çeviricinin çalışma ilkesi
Frekans çeviriciler kullanılan ara devre tipine göre iki ana grupta
toplanabilir. Ara devre sadece seri bir endüktanstan oluşuyorsa çevirici
akım ara devreli olarak tanımlanır.
Doğrultucu tarafından
motor akımının
kontrol edildiği bu düzen
bir motorlu tahrik sistemleri için elverişlidir. Akım
ara
devreli çeviriciler
alan zayıflama bölgesinde kullanılmaya uygun değildir.
a) Akım ara devreli
b) Kontrollu doğrultucu ile denetlenebilen gerilim ara devreli
c) Doğru akım kıyıcı ile denetlenebilen gerilim ara devreli
d) D.G.M. lu sabit ara devreli
13
Özellik
Salımın momentleri
Ağır yükte kalkış
Ani yükte davranış
Kontrol hızı
Şebeke kesintisinde
kısa süreli çalışma
Frenleme
Akım ara
devreli
Gerilim ara
Gerilim ara
St. Gerilim ara
dev. (kontr. Doğ.) dev. (D.A kıyıcılı) dev. (DGM)
f<5 Hz te
fazla
iyi
iyi
iyi
olanaksız
f<5 Hz te
fazla
kötü
orta
orta
olanaklı
Ek devre
f<5 Hz te
fazla
kötü
orta
orta
olanaklı
minimum
çok iyi
çok iyi
çok iyi
olanaklı
ek evirici veya frenleme direnci gerekli
gereksiz
Güç faktörü
0-0,9 frekans 0-0,9 frekans
yaklaşık bir
yaklaşık bir
uygun
uygun
ve yüke bağlı ve yüke bağlı
Çok motorlu tahrik
sistemine uygunluk
uygun değil
uygun
Tablo 1 de çeşitli frekans çeviricilerin karşılaştırılması yapılmıştır.
Asenkron ve senkron motorlarda 50 Hz lik frekansla erişeli bilecek
maksimum devir sayısı 3000d/d dır. Halbuki bazı tezgah ve makinelerde ;
örneğin marangoz tezgahları ve delme makinelerinde çok daha yüksek devir
sayısına ihtiyaç
vardır. Buna karşılık bazı tahriklerde de
; örneğin hadde
tesisleri , taşıma yolları , seri halinde çalışan bazı tezgahlar , matbaa ve
tekstil makinelerde düşük devir sayıları kullanılır.
Asenkron
ve senkron
motorların
primer
şebeke frekansını
değiştirerek devir sayılarını geniş bir alan içinde iki yönlü sıhhatli bir şekilde
ve stabil olarak ayarlamak mümkündür.
Yüksek
hızlı
tezgahlarda
150/300
Hz ,
hadde
tahrikinde 15/60 Hz arasında değişen frekanslara ihtiyaç
ve gemilerin
duyulmaktadır.
Düşük hızlı tahriklerde de 5 Hz lik frekanslar kullanılır.
Asenkron motorların
yüklenilebilirlik
kabiliyetinin
devir sayısı
ayarında
değişmemesi istenir. Bu ise
çoğu
zaman
primer
şebeke
frekansı değiştirirken manyetik lanın sabit tutulması ile gerçekleşir. Bilindiği
gibi asenkron motorlarda :
Vσ =c * fσ *Ø bağıntısı geçerlidir. Buna göre manyetik alanın değişmemesi
için ;
14
Vσ
=c * Ø = sabit
fσ
oranını sabit kalması gerekir. Buradan primer şebeke frekansı ile birlikte
şebeke gerilimi de aynı
manyetik
oran dahilinde değiştirildiği taktirde , motorun
alanı ve netice olarak
devrilme momenti
ve
yüklenilebilirlik
kabiliyeti sabit kalır. Aslında düşük frekanslarda stator gerilimi düşümünün
artmasından dolayı devrilme momentinde bir miktar düşme görülür.
Şekil 5 Şebeke frekans ve gerilimin aynı oran kabilinde değiştirildiği asenkron
motorlarda n= f(M) karakteristikleri
Şekil 5 de primer şebeke frekans ve şebeke gerilimini birlikte aynı
oran dahilinde değiştirildiği bir asenkron motorda
elde edilen
(n = f(M) )
ayar karakteristiği gösterilmiştir.
Üç fazlı asenkron ve senkron motorların primer şebeke frekansını
değiştirerek
devir
gerektirir. Aşağıda
sayısı
bu
ayarı
dinamik
ve statik frekans
maksatla
en fazla
kullanılan
frekans
değiştiricileri
değiştirme
sistemleri ele alınacaktır.
DİNAMİK FREKANS DEĞİŞTİRİCİLER
Uygulamalarda , üç
fazlı asenkron ve senkron motorların
devir
sayıları ayarı için dinamik frekans değiştirici olarak daha çok senkron ve
15
asenkron
frekans değiştiriciler (motor
ve generatör grupları )
ile serbest
uyartımlı frekans değiştirici kullanılır.
1-) Senkron Frekans Değiştirici Kullanmak
senkron ve asenkron frekans değiştiriciler daha çok yüksek güçlü
tahriklerde ; örneğin gemiler , seri halinde çalışan makineler ve hadde
tesislerinde kullanılır. Özellikle düşük frekans doneleri için uygundur.
Gemilerde
frekans
değiştirici
olarak
büyük güçlü
bir senkron
alternatör ile tahrik makinası olarak devir sayısı geniş sınırlar
içinde
ekonomik olarak değişebilir bir ısı kuvvet makinası ; çoğunlukla bir buhar
türbini kullanılır. Türbine
gönderilen buhar
çoğunlukla
kısıldıkça
devir
sayısı ile birlikte alternatörün frekansı ve bir netice geminin pervanelerini
tahrik eden senkron ve asenkron motorların devir sayıları düşer. Türbinin
devir sayısını değiştirirken alternatörün ikazı sabit tutulursa frekansla birlikte
gerilimi de aynı oran dahilinde değişeceği için
devrilme momenti yaklaşık olarak
Sanayide
çok sayıda
esas tahrik motorunun
sabit kalır.
seri halinde çalışan makineler
ve hadde tesislerinde
tahrik motorunun devrini birlikte kontrol etmek için
frekans değiştiriciyi tahrik etmek üzere belirli güçlere kadar
rotorundan beslenen üç
fazlı
senkron
stator veya
kolektörlü şönt motor ( Schrage-Richter
motoru ) büyük güçler için kural olarak WARD- LEONARD tahriki kullanılır.
16
Şekil 6 W-L Ayar sistemi ile ayar edilen büyük güçlü bir senkron frekans
değiştiricinin esas bağlantı şeması
Şekil 6 da frekans değiştiricinin tahrik makinesi olarak
WARD-
LEONARD sisteminin kullanıldığı büyük güçlü bir senkron değiştiricinin üç
fazlı asenkron
motorları (esas tahrik motorlarını ) içine alan esas bağlantı
gösterilmiştir. Bu
şeması
bağlantı
şemasında
FD
senkron
frekans
değiştirici , TM2 bunun tahrik makinesi ,TM1 de D.A. kontrol generatörün
tahrik makinesi , İD ikaz dinamosu , M1 , M2 , M3 , devir sayısı ayarlanan
üç fazlı asenkron motorlar (esas tahrik motorları ) dır.
Böyle bir tahrik sisteminde FD nin gücü tahrik motorları güçleri
toplamına
eşittir. Tahrik
kullanılması halinde
makinesi
olarak
bir
ayar sisteminin toplam gücü
ısı
kuvvet
makinesi
esas tahrik motorları
toplam gücünün %300 ‘ne , WARD-LEONARD sistemi kullanıldığı taktirde
%500 ‘ne ulaşır.
Bu nedenle böyle bir ayar sisteminin verimi düşük, tesis ve
işletme giderleri yüksektir. Buna karşılık ayar aralığı oldukça geniş ayrıca
ayar sürekli ve stabildir. Alternatörün devir sayısı ve frekansı değiştirilirken
ikaz akımı sabit tutulmak suretiyle üç fazlı asenkron ve senkron motorun
devri
geniş bir alanda değişirken devrilme momenti yaklaşık olarak sabit
kalır., yüklenilebilirlik kabiliyeti değişmez.
17
Şekil 7 Üç fazlı bilezikli tip asenkron makinenin frekans değiştirici olarak
kullanılması
2-) Asenkron Frekans Değiştirici Kullanmak
Üç fazlı asenkron motorların kademeli ve sürekli devir sayısı
ayarı için asenkron frekans değiştiriciler de kullanılır. Şekil 7 de asenkron
frekans
değiştirici
olarak
kullanılan
üç
fazlı
bilezikli
makinenin esas bağlantı şeması gösterilmiştir. Burada
bir
asenkron
FD asenkron
frekans değiştirici , TM tahrik makinesi , M devir sayısı ayarlanan motordur.
Frekans değiştirici , tahrik makinesi tarafından döner alan yönünde ;
ntm = 60 *fσ =nsfd
p
senkron devir sayısı ile döndürülürse sekonder
frekansı
f2fd= f1m ;
döner alana zıt yönde ise nsfd hızıile tahrik edilirse f2fd = f1m = 2f1 olur.
Buradan frekans değiştiricinin devir sayısı + nsfd ile - nsfd arasında
değiştirilerek f 2fd sekonder frekansı 0 ila 2f1 arasında ayarlanır.
Asenkron frekans
değiştiricinin sekonder ve primer frekansları
arasında ;
f 2fd =
f1
nsf – ntm
nsf
bağıntısı yazılabilir. Frekans değiştiricilerin sekonderinden beslenen esas
tahrik motorunun boşta ideal devir sayısı ise ;
n = f2fd nsm = nsfd - ntm
f1
nsfd
n sm
olur.
18
Bu
nsm
denklemlerde
frekansındaki
M
senkron devir
esas
tahrik
sayısıdır.
motorunun
Asenkron
frekans
f1
şebeke
değiştiricilerin
sekonder gerilimi frekansla orantılı değiştiği için devir sayısı ayarlanan M
tahrik motorunun döner alanı ve devrilme momenti yaklaşık olarak
sabit
kalır. Asenkron frekans değiştiricileri güç kayıpları hesaba katılmadığı
taktirde esas güçler için ;
Pm = Pfd + Ptm
bağıntısı
yazılabilir. Buradan
değiştiricinin stator
döner
alan
M tahrik
gücü
motoruna
ile
tahrik
verilen
güç
frekans
makinesinin mil
gücü
toplamına eşittir. Diğer taraftan bilindiği gibi kayıplar hesaba katılmadığı
taktirde bir asenkron makinenin stator döner alan gücü ile rotor mekanik
gücünün döndürme momentine göre ifadeleri ;
P fd = 2π *nsfd Mfd ,
60
P tm =
2π * n tm
60
Mfd
olum güçlerin bu değerleri önceki formüllerde yerine konursa ;
Pm =
2π *nm
60
Mm = 2π ( nsfd – ntm )
60
Mfd
bağıntısı elde edilir. Bu denklemler ile frekans değiştirici ve devir sayısı
ayar edilen M tahrik motoru momentleri arasında ;
Mfd = nsm
nsfd
Mm
bağıntısına ulaşılır. Bu denklem , frekans değiştirici döndürme momentinin
motor milinde ki yük momenti ile orantılı değiştiğini , ayarlanan sekonder
frekansına bağlı olmadığını gösteren önemli bir neticedir.
Şekil 8 de yük momentinin sabit değeri için esas güçlerin ( P, Ptm
Pm güçlerinin
) f2fd / f1 frekanslar oranına
bağlı olarak değişimleri
gösterilmiştir. Frekanslar oranının 0 ile 2 arasında değişen ayar alanı için ;
Pfd = Ptm = Pm/2 olup tesisin toplam gücü tahrik motoru gücünün 2
katıdır. Bu
bakımdan
asenkron frekans
frekans değiştiriciye göre daha avantajlıdır.
değiştirici
kullanmak
senkron
19
Şekil 8 Yük momentinin sabit değeri için asenkron frekans değiştirici
kullanarak devir sayısı ayarında güçlerin değişimi
Tahrik
makinesi
olarak,
sürekli
devir
sayısı
ayarı
için
belirli
güçlere kadar aynı şebekeden beslenen üç fazlı kolektörlü alternatif akım
şönt motoru büyük güçlerde WARD-LEONARD tahriki kullanılır. Kademeli
devir sayısı ayarı ile
yetinildiği taktirde , tahrik makinesi kural olarak çok
kutup sayısına haiz üç fazlı k.d. rotorlu bir asenkron motordur.
Şekil 9 da WARD-LEONARD sistemiyle tahrik edilen büyük güçlü
bir asenkron frekans değiştiricinin esas bağlantı şeması gösterilmiştir. Bu
bağlantının normal bağlantıdan olan farkı , rotorun f1 frekanslı şebekeye
bağlanışı , statorun ise sekonder olarak kullanılmasıdır.
Bu bağlantıda vantlı gücün yanında, gerek Fd gerekse M tahrik
motorları döner alanları için lüzumlu
reaktif
güç
FD nin rotorundan
statora aktarılır.
Burada sekonder
ayarlanır.
Sükunet
üstünde daha
frekansı
durumunda
yine
FD nin
devri
değiştirilerek
f2fd = f1 dir. Sekonder frekansını f1
büyük bir değere ayarlamak için frekans değiştirici rotor
döner alan yönünde daha küçük frekanslar için rotor döner alanına zıt
20
yönde çevrilir. Böyle bir ayar sistemiyle tahrik motorlarının devir sayıları
birlikte sıhhatli ve stabil olrak geniş bir alan içinde ayarlanabilir. Ayar oranı
10:1 hatta 12:1 ‘e kadar çıkar.
Şekil 9 daki montaj şeklinde
alanı için
0 ile 2f1
tesisin toplam gücü devir
arasındaki frekans ayar
sayıları ayarlanan esas tahrik
motorları toplam gücünün 4 katıdır. Bundan
dolayı
bu ayar sisteminde
kuruluş ve işletme maliyetleri oldukça yüksektir.
ŞEKİL 9
WARD –LEONARD ayar sistemiyle tahrik edilen bir asenkron
frekans değiştiricinin esas bağlantı şeması
ASENKRON FREKANS DEĞİŞTİRİCİNİN ASENKRON MOTORLA TAHRİKİ
Kademeli devir sayısının yeterli olduğu tahriklerde
asenkron frekans değiştirici kutup sayısı değişebilen
devirli ) k.d. rotolu bir
senkron
motorla
tahrik
( iki , üç , veya dört
edilir. Burada asenkron
tahrik makinesi için iki farklı besleme şekli mümkündür.:
a) Doğrudan doğruya primer şebekeden besleme
kural olarak
21
b)
Frekans değiştiricinin sekonderinden besleme
Şekil 10 da her iki besleme şekline ait esas bağlantı
şemaları
gösterilmiştir.
Şekil 10 Asenkron frekans değiştiricinin
a) Primer şebekeden
b) Sekonder şebekeden beslenen asenkron motorla tahriki
olarak
İlk
ilk
katılmadığı taktirde
bağlantı
sekli
etüt
üç fazlı TM asenkron
edilirse
: Kayıplar
hesaba
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
nstm = 60 f1
ve
Ptm
Olup
Ptm
boşta yaklaşık 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
bağlantısındaki - senkron devir sayısıdır.
f1
frekanslı
şebekeye
direkt
22
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 bağlantı ele alınırsa : Bu ikinci
bağlantı
şeklinde TM tahrik makinesi asenkron frekans değiştiricinin sekonderinden
beslenmektedir. Kayıplar hesaba katılmadığı taktirde bu bağlantı şeklinde
esas güçler arasında :
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.
23
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
f1
60 P1m
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 karakteristiği halinde
şekil 10 b deki ayar bağlantısı için Pm , Pfd , ve Ptm güçlerinin f2 / f1
frekanslar oranına bağlı olarak bu
oranın 0 ile 2 sınır değer arasındaki
değişmeleri gösterilmiştir.
Şekil 11 , Şekil 10 b deki kaskat bağlantı ile
sabit moment altında devir
sayısı ayarında Pm , Ptm , P2fd güçlerinin frekanslar oranına bağlı olarak
değişimi
24
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.
25
Frekans
değiştiricinin
f1
üzerinden
frekanslı
endüvisi
ve
üç
fazlı
transformatör
ve
bilezikler
şebekeden beslenirse
endüvi
sargısından geçen üç fazlı akımlar rotora nazaran :
nsfd = 60 f1
Pfd
hızıyla hareket eden bir döner alan
endüvi sargılarında
meydana getirir. Bu döner lalnın
EMK
meydana getirdiği
dalgası komütatöre göre
aynı hızla hareket eder. Eğer endüvi sabit tutulursa bu taktirde komitatör
fırçalarda fine f1 frekanslı üç fazlı bir gerilim sistemi
üzerindeki sabit
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
ile - nsf
2f1 olur. Demek ki tahrik motorunun devri +nsf
arasında değiştirilmek suretiyle
kalmak suretiyle frekansı
bağımsız
olarak
0 ile 2f1
gerilimin
genliği
sekonder gerilimini değeri sabit
arasında
ise
TR
ayarlanabilir. Frekanstan
ayar
transformatörü
ile
değiştirilebilir.
Serbest ikazlı frekans değiştiricide gerek frekans değiştirici ve
gerekse besleme transformatörü devir sayısı
edilecek
motor
büyüklüğünde
frekans değiştiricinin
, fakat
ayar edilecek M tahrik
TM tahrik makinesi ise sadece
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
tarzlarında
elektroniğinde
özellikle
transistör
ve
tristörlerin
yapı
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
26
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.
Şekil 13 iki farklı frekans değiştirme
metoduna ait şematik bağlantı
diyagramları
Tristörlü
motorun
hız
üç
fazlı köprüler kullanarak
kontrolunu
yapan
inverter
gösterilmiştir. Bu düzende sabit frekanslı
sincap
devre
kafesli asenkron
düzeni
sekil 14
de
bir alternatif akım kaynağının
gerilimi üç fazlı tristör köprüsü yardımı ile doğru akıma çevrilir. Bu doğru
gerilim üç fazlı tristör köprüsüne uygulanır.
27
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.
ŞEKİL – 14 Asenkron motorun
bir fazına uygulanan gerilimin tristör
yardımı ile değişimini gösteren prensip şema
Sincap kafesli asenkron motorun stator sargısının yıldız yada
üçgen olarak bağlanışı da mevcuttur. Bu bağlantılarda elde edilen gerilim
dalga şekli bozuk olduğu için asenkron motorlarda
yüksek harmonikler
oluşur. Gürültü ve ısınma meydana gelir. Bunun önlenmesi için tristörle
birlikte ototrafo da kullanılır.
Stator geriliminin
değiştirilmesinde
kullanılacak
çeviricisi a.a. kıyıcısıdır. Hız denetimi açısından
güç
elektroniği
en uygun olan a.a.
kıyıcısı her faza ters yönde paralel bağlanmış tristörlerden oluşan tam
dalga denetimli a.a. kıyıcısıdır.
ŞEKİL – 15 Tam denetimli a.a. kıyıcı ile denetim
28
Hız
denetimi
gerçekleşebilir.
yarım
dalga
denetimli
bir
a.a.
Ancak bu durumda kontrol edilen motorda
kıyıcı
ile
gürültü
gibi
istenmeyen durumlar ortaya çıkabilir.
Tam denetimli
a.a 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.
ŞEKİL – 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
değiştirilirse stator ve rotor döner alan
yönü
faz
sırası
değiştirilerek
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
29
Tristörden kapılara uygun bir kontrol işaretleri verilerek çıkışından
üç fazlı değişken
yönde
enerji
frekanslı
gerilim
iletmeyeceğinden
elde edilmiş olur. Tristörler ters
şekil 17 de motorun
generatör
olarak
çalışması halinde enerji şebekeye geri verilemez.
Şekil 17 Sabit frekanslı alternatif gerilimi doğru gerilime , doğru gerilimi
de alternatif gerilime çeviren inverter ile sincap kafesli asenkron motorun
hız ayarı
Doğru akım
biçiminde alternatif
ihtiva eder
basamaklı inverterin
çıkışı sinüs yerine dikdörtgen
gerilim verdiğinden bu gerilim yüksek harmonikleri
ve sincap kafesli asenkron motorun
çalışmasını kötü yönde
etkiler. Örneğin : ısınma ve gürültü v.b. Söz konusu inverterlerden 10 Hz
– 1000 Hz frekansları arasında değişen
frekanslı gerilim alma olanağı
vardır. Ayrıca dalga şeklinin kare şeklinde olması , düşük frekanslarda ,
asenkron motorun çalışması üzerinde daha da olumsuz etki yapar.
bakımdan
frekanslı
düşük
frekanslarda
alternatif gerilimi ,
cycloconverter
değişken
adı
frekanslı
verilen
alternatif
ve
Bu
sabit
gerilime
dönüştüren frekans değiştiriciler kullanılır.
Şekil 18 de cycloconverter
asenkron motorun
yardımı ile üç fazlı sincap kafesli
hızını kontrol eden düzen gösterilmiştir. Güçleri 10
kw’tan 10000 kw’a kadar olan motorların 0 - 40 Hz frekans aralığında hız
kontrolu ve ayarının yapılmasında bu yöntem kullanılır.
30
Şekil 18 50 Hz lik sabit frekanslı alternatif gerilim kaynağını kullanarak
değişken frekanslı ( 0 – 40 Hz ) bir gerilim kaynağı veren ve cycloconverter
dene frekans değiştirici ile asenkron motorun hız ayarı yapılması
vardır.
Frekans
değiştirilmesi
Örneğin
rotorunda
ile hız kontrolu yapan başka düzenler de
kollektör
,
bilezikler
ve
sargı
bulunan
,
statorunda üç fazlı sargısı bulunan bir converterin ( frekans değiştiricinin )
kollektör yanında bir indüksüyon regülatörü
verilirse ,
yardımı ile değişken gerilim
bileziklerden değişken frekans elde etem olanağı vardır. Bu
sistemde V / f sabit kaldığı gibi bileziklerden 5 – 45 Hz arasında değişken
gerilim elde edilebilir.
31
32