Elektrik Motorları ve Çeşitleri

27 Dec 2017

Derleyen: Hüseyin Bulgurcu 

1. Elektrik Motorlarında Verim

İklimlendirme sektörü kısaca ısıtma, soğutma ve klima işlemlerini kapsamakta, evlerdeki soğutuculardan, binalarda konfor ve iç hava kalitesine kadar insan yaşamının her alanını etkilemektedir. Her sektörde olduğu gibi iklimlendirme sektöründe de yoğun şekilde kontrol ve otomasyon teknikleri kullanılmaktadır. Kontrol ve otomasyon sayesinde cihazlarımız, araçlarımız, iş makinelerimiz ve binalarımız “daha akıllı” hale gelmektedir. Otomatik kontrolün uygulama ayağında mutlaka sürücülere (aktüatör, operatör) ihtiyaç bulunmaktadır. Sektörde kullanılan sürücüler arasında elektrik motorları önemli bir yer işgal etmekte ve sistem verimliliğini doğrudan etkilemektedir.

Son yıllarda güç elektroniği alanındaki gelişmeler sayesinde daha verimli, gücüne göre daha az hacim işgal eden elektrik motorları üretilmiştir. Bu yazının ana hedefi bu yeni teknolojileri, enerji verimliliğini de ön plana çıkaracak şekilde tanıtmaktır.

Türkiye’de değişim devam ediyor. Sanayi Bakanlığının aldığı karar ile mekanik sektöründe köklü bir değişime gidildi. IE1 elektrik motorları yerini IE2 yüksek verimli motorlara bıraktı. Ayrıca yapılan planlama ile 2015 yılında 75 kW-375 kW arası, 2017 yılında ise 0.75 kW-375 kW arası motorlarda IE3 seviyesine geçilecek. IE2 motorlar yalnızca frekans invertörü ile kullanılabilecek. Sektörde enerji verimliliğinin sağlanması halinde Türkiye’de bir Keban Barajı’nın ürettiği kadar enerji boşa çıkacak.

Standart bir AC motorun toplam çalışma süresi boyunca hesaplanan masraflarının %97’si enerji giderleridir. İlk alım maliyeti ise %2’den az bir oranı oluşturmaktadır. Burada görülmektedir ki motor seçiminde asıl önem verilmesi gereken konu motorun verim değeridir. Bu konuda yol gösterecek olan verim sınıfları yetkili kurumlar tarafından tanımlanmıştır. CEMEP’in (Avrupa Elektrik Makineleri ve Güç Elektroniği İmalatçıları Komitesi) tanımına göre IE1, IE2, IE3 ve IE4 motor verimlilik sınıflarını ifade etmektedir [1].

elektrik motoru sekil 1 

Şekil 1. IE1, IE2, IE3 ve IE4 Motor Verimlilik Sınıfları [1]

Ülkeler piyasada satışı yapılan motorların asgari verimlilik sınıfını kademeli olarak yükseltmektedir. Türkiye’de Avrupa Birliği’ne paralel olarak IE1 sınıfı motorların satışı 2012 yılında yasaklanmıştır. 2015 yılında ise değişken hız sürücüsü ile çalışmayan IE2 motorların satışı durdurulmuştur. Günümüzde şebekeden beslenerek çalıştırılacak motorlardan IE3 ve IE4 verimlilik sınıfı motorların satışı serbesttir.

Yüksek verimli motorların kullanımı dünyada birçok ülkede çeşitli teşviklerle desteklenmektedir. Türkiye’de de bu konuda teşvik programları bulunmaktadır. Bunlardan en öne çıkanlar Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığının Verimlilik Artırıcı Proje programı ve Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığının yürüttüğü verimli motor değişim programıdır.

Standart bir asenkron motorun içerisinde oluşan kayıplar ve motor verimi şu şekilde gösterilebilir:

Verim = Mil Gücü / Şebekeden Çekilen Güç

Mil Gücü = Şebekeden Çekilen Güç – Motor Kayıpları

Motor Kayıpları = Bakır Kayıpları + Demir Kayıpları + Sürtünme Kayıpları

Yeni nesil motorların özelliklerine bakacak olursak, IE2 motorları gövde büyüklüğü (tip) olarak IE1 motorlar ile tamamen aynı özelliklere sahip. IE1 motorlardan farkı ise sağladığı enerji tasarrufu. Bu tasarruf ile aradaki fiyat farkını kısa sürede amorti ederek, işletmenin enerji giderlerini azaltıp ülke ekonomisine katkıda bulunmaktadır.

Elektrik motorlarında yapılacak bir dönüşümün enerji verimliliğinin artırılmasında en kısa yollardan biri olduğu düşüncesiyle, Onuncu Kalkınma Planında bu konuya özel yer verilmiştir. Onuncu Kalkınma Planı kapsamında “Sanayide Enerji Verimliliği” bileşeni kapsamındaki eylemlerin yürütülmesinden Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı sorumludur. Bileşen kapsamında yer alan politikalar aşağıdaki gibidir[3]:

Politika 1: Düşük verimli AC elektrik motorlarının daha yüksek verimli olanlarıyla değiştirilmesi.

Politika 2: KOBİ’lerin enerji verimliliği konusundaki eğitim, etüt ve danışmanlık hizmetlerinin desteklenmesine yönelik mekanizmaların iyileştirilmesi.

Politika 3: Enerji verimliliği alanındaki teknolojilerin ve iyi uygulama örneklerinin KOBİ’lerde yaygınlaştırılması.

Bu bileşen kapsamındaki en önemli politika başlığı, düşük verimli AC elektrik motorlarının daha yüksek verimli olanlarıyla değiştirilmesidir. Bu çerçevede Verimlilik Genel Müdürlüğü, “Sanayide Kullanılan Düşük Verimli AC Elektrik Motorlarının Daha Yüksek Verimli Olanlarıyla Değiştirilmesi” başlığı verilen politikayı, bir program çerçevesinde yürütme kararı almıştır. “Sanayide Elektrik Motorlarının Dönüşümü Programı”nın amacı, “Türk sanayisinin enerji verimli üretim yapmasına ve karbon salımının azaltılmasına katkı sağlamak üzere üretimde kullanılan bağımsız ve akuple 7.5 kW ve üzeri elektrik motorlarının verimli motorlarla değiştirilmesi ve gerek elektrik motoru üreticileri gerekse nihai kullanıcıların teknolojik gelişiminin desteklenmesi”dir. “Sanayide Kullanılan Verimsiz Elektrik Motorlarının Dönüşümü Programı” çok taraflı ve katılımcı bir bakış açısıyla uzun vadede nihai hedeflerine ulaşabilecektir.

Verimlilik Genel Müdürlüğü tarafından yürütülecek olan bu program kapsamında gerçekleştirilmesi planlanan faaliyetler 5 ana bileşen etrafında oluşturulmuştur:

1. Sanayide kullanılan 7,5 kW ve üzeri AC motorlarına ilişkin envanterin çıkarılması,

2. Enerji verimli elektrik motorlarına ilişkin mevzuatın ve denetim mekanizmalarının güçlendirilmesi,

3. Sanayideki elektrik motorlarının dönüşümünün hızlandırılması için finansal destek modellerinin geliştirilmesi,

4. Elektrik motoru üreticilerinin teknoloji düzeylerinin ve üretim kapasitesinin geliştirilmesi,

5. İşletmelerde enerji verimli motorlara ilişkin farkındalığın artırılması.

 
2. Elektrik Motorlarının Seçimi [4]

Uzun ömürlü, müşteri beklentilerini karşılayan, düşük maliyetli, rekabetçi makine üretmenin en önemli şartı; elektrik motorunun doğru seçilmesidir. Doğru elektrik motoru seçiminde en önemli etkenler ise işin ve makinenin çalışacağı ortamın özellikleridir. Her müşteriye veya benzer uygulamaya aynı tip motor vermek her zaman doğru sonuç vermeyebilir. Bizlerin ve siz kullanıcıların yapması gereken en önemli şey, sistemin neye ihtiyacı olduğunu optimum şekilde bulup ortaya koymaktır. Bu anlamda satış sonrası ve teknik destek hizmetleri büyük önem taşımaktadır.

Ortam sıcaklığı, ortamdaki nem oranı, ortamda parlayıcı ve patlayıcı gaz olup olmaması, makinenin toza, suya ve tropik koşullara maruz kalıp kalmayacağı ortamı belirleyen en önemli parametrelerdir.

Makinenin günde kaç saat çalışacağı fasılalı ya da sürekli çalışma durumu, hareketin hassasiyeti, enerji kaynağının özellikleri, sistemden beklenen verim, sistemin komutlara cevap verme süresi gibi özellikler de işin özelliklerini belirleyen parametrelerdir. Bu özelliklere bağlı olarak elektrik motorunun yalıtım sınıfı, koruma sınıfı, türü, gücü ve devir sayısı belirlenmelidir. Aksi takdirde sistem ya çok pahalı ve verimsiz olur ya da kısa sürede arıza yaparak müşteri memnuniyetsizliğine sebep olur.

Elektrik Motoru seçerken mutlaka göz önünde bulundurulması gereken parametreler:

- İşletme gerilimi ve frekansı (1 faz, 3 faz, 220V, 380V, 400V, 440V, 50 Hz, 60 Hz, D.C.)

- Motor hızı

- İnşa tipi: Ayaklı B3, Flanşlı B5, Ayaklı Flanşlı B3 B5

- Eksenel yükün büyüklüğü

- Radyal yükün büyüklüğü

- Çalıştırılacağı ortamın sıcaklığı

- Çalıştırılacağı ortamın rakımı

- Koruma tipi: IP54, IP55 gibi

- Saatteki şalt sayısı: Start/h.

- İşletme tipi (Çalışma rejimi ) : S1, S3, S5 gibi

- Çalışma katsayısı(ED faktörü) : %100, 60, 40, 25 gibi

- Çalıştırılacağı ortamın rutubet derecesi: Isıtıcı ve kondense deliği istenip istenmediği

- Sistem güvenliği açısından termistör PTC termik gerekip gerekmeyeceği
 
3. Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması [4]

Uygulamada kullanılan başlıca elektrik motoru çeşitleri şunlardır:

3.1. Alternatif Akım Elektrik Motorları (A.C. Elektrik Motoru)

3.1.1. Asenkron (Endüksiyon) elektrik motorları

- Kısa devre-rotorlu elektrik motorları (sincap kafesli motor)

      - Üç fazlı asenkron elektrik motorları (Trifaze Asenkron Elektrik Motoru )

      - Değişebilir hızlı kutup anahtarlamalı

      - Tek fazlı asenkron motorlar (Monofaze Asenkron Motor)

             - Daimi kondansatörlü
             - Çift kondansatörlü
             - Yardımcı direnç sargısı olan tek fazlı motorlar
             - Gölge kutuplu motorlar (verimleri %40,%50 civarındadır)

- Döner bilezik-rotorlu motor (rotoru sargılı asenkron motor, bilezikli asenkron motor)

3.1.2. Senkron elektrik motorları

3.2. Doğru Akım Elektrik Motorları (D.C Elektrik Motoru)

- Şönt motor (paralel sarımlı motor)
- Seri motor (seri sarımlı motor)
- Sabit mıknatıslı (PM)
- Fırçasız doğru akım motorları (BLDC)

3.3. Üniversal Motor

3.4. Servo Motorlar

- Fırçalı DC Servo Motorlar
- Fırçasız AC Servo Motorlar

3.5. Step motorlar

3.6. Relüktans motoru

3.7. Tork motorları

3.8. Frenli motorlar

3.9. Redüktörlü motorlar

3.10. Ex-proof motorlar (Explosion proof motorlar)

4. Konvansiyonel Elektrik Motorları

4.1. Kısa Devre Kafesli Asenkron Elektrik Motorları (Sincap Kafesli Motor, İndüksiyon Motoru)

Asenkron Elektrik motorları;

- Diğer motor türlerine göre daha ucuzdur.

- Şebekeye bir şalter üzerinden bağlanıp doğrudan çalıştırılabilirler.

- Birkaç Watt’tan 3500 kW’a kadar güçte imal edilirler.

- Sürekli bakım istemez. Uygun bir ortamda çalışan bir asenkron motor yaklaşık 10 yıl sonra rulman değişimine ihtiyaç duyar.

- Yük altında devir sayıları çok değişmez.

- Hız kontrol cihazıyla (sürücü, driver, inverter) devir sayısı kolayca ayarlanabilir.

- Çalışma anında ark (kıvılcım) üretmez.

Bu sebeplerden dolayı Asenkron elektrik motorları, uygulamada en fazla kullanılan elektrik motorlarıdır, kullanılma oranı en yüksek olup % 90’lar seviyesindedir. Asenkon Elektrik motorları IP54 IP55 IP56 ve IP66 gibi koruma sınıflarında ve B3 B5 B14 B34 B35 gibi yapı şekillerinde üretilmekte olup her tür montaj şeklinde çalışabilme avantajına sahiptirler

Bununla birlikte endüksiyon elektrik motorlarının hız kontrolü daha pahalıdır ve hassas pozisyon kontrolünde kullanılması pek doğru değildir. Bu işler için servomotor ya da step motor kullanılması daha uygundur.

Trifaze asenkron elektrik motoru 0.12 kW’dan 3500 kW’a kadar üretilebilen ve piyasada yaygın olarak bulunabilen bir motor olup imalat sanayisinde, pompalarda, hidroforlarda, kompresörlerde, vantilatörlerde asansörlerde, vinçlerde, konveyörlerde, değirmenlerde, zımpara ve taşlama makinelerinde, tornalarda, frezelerde, preslerde, işleme merkezlerinde ve hidrolik ünitelerde çok yaygın olarak kullanılır (Şekil 2).

elektrik motoru sekil 2

Şekil 2. Sincap kafesli asenkron motor (Üç Fazlı)

elektrik motoru sekil 3 

Şekil 3. Üç fazlı motorlarda kutuplarda faz değişimi
 

Üç fazlı elektrik motorlarının, tek fazlı motorlardan daha iyi çalışma performansı olmasına rağmen, trifaze şebekenin bulunmadığı yerlerde mecburen monofaze motor kullanılır.

Yaygın olarak kullanılan monofaze asenkron elektrik motorları; daimi devre kondansatörlü, start + daimi devre kondansatörlü ve gölge kutuplu asenkron motorlardır.

elektrik motoru sekil 4 
Şekil 4. Yardımcı sargılı motorlarda yardımcı sargının ilk hareket esnasında oluşturduğu faz farkı[3]
 

Çift kondansatörlü ya da start + daimi devre kondansatörlü monofaze elektrik motorları 0.12 ilâ 3 kW aralığında üretilir ve yüksek kalkış momenti gerektiren vinç, kompresör gibi uygulamalarda kullanılır. Daimi kondansatörlü monofaze elektrik motorları 0.12 ilâ 3 kW aralığında üretilirler ve fan, pompa gibi kalkış momenti gerektirmeyen uygulamalarda kullanılırlar (Şekil 4).

elektrik motoru sekil 5 

Şekil 5. Daimi ve start kapasitörlü tek fazlı indüksiyon motoru

Yaklaşık 50 W’a kadar üretilen gölge kutuplu asenkron motorlar ise küçük fan ve aspiratörlerde, çamaşır makinesi, bulaşık makinesi pompaları gibi kalkış momentine ihtiyaç duyulmayan yerlerde kullanılırlar.

4.2. Rotoru Sargılı Asenkron Elektrik Motorları

Yükü hareketlendirmek için gereken kalkış momentinin çok yüksek olması veya yük ataletinin büyük olması veya motorun çektiği kalkış akımının şebeke kapasitesinin üzerinde olması durumlarında bilezikli asenkron motorlar kullanılır. Bilezikli asenkron motorun yararı, ek dirençler yardımıyla kalkış akımının istendiği kadar azaltılabilmesi, kalkış ve frenleme momentinin artırılabilmesidir. Şebekelerin çok güçlenmesi ile kalkış akımını sınırlamanın önemi azalmıştır. Sürücü ve yumuşak yol vericilerin (soft starter) yaygınlaşmasıyla bilezikli asenkron motorun yerine daha ucuz olması ve bakım gerektirmemesi sebebiyle kısa devre kafesli asenkron motor kullanımı da yaygınlaşmıştır.

elektrik motoru sekil 6 

Şekil 6. Bilezikli üç fazlı motor[3]

4.3. Senkron Elektrik Motorları

Devir sayısının yükle değişmesinin istenmediği bazı özel uygulamalarda kullanılır. Yol vermesi özel düzenekler gerektirir. Rotorda doğru akım sargısı bulunduğundan kısa devre kafesli asenkron motora göre daha karmaşık ve pahalıdır. Bazı özel kompresör sistemleri ve zamanlama donanımlarında ve konvertisörlerde uygulamaları vardır. Senkron makineler uygulamada karşımıza daha ziyade jeneratör olarak çıkarlar.

4.4. Doğru Akım Elektrik Motorları (D.C. Motor):

Hareketleri düzgün, kesin ve güçlüdür. Hızları kolaylıkla değiştirilebilir; bir doğru akım motorunun elektronik hız değiştiricisi basittir, hız değişim komutlarına ve ani yüklere kusursuz cevap verir.

elektrik motoru sekil 7

Şekil 7. Doğru akım (DC) motoru

Eğer bir motor sık durup çalışacak, hassas hız ayarlarına elverişli olacak ve yük altındayken ani frenlemeler yapacaksa, bu durumda, güçleri onlarca megavata ulaşan doğru akım motorları kullanılır. Doğru akım motorları, düz malzemelerin yüksek bir duyarlılıkla sarılması veya açılmasının gerektiği her yerde kullanılır. Konum kesinliliğinin ve düzenli hareket tekrarının önemli olduğu alanlarda bu tip motorlardan yararlanılır. Otomobil sanayisinde, açılır-kapanır köprülerde ve teleferiklerde hâlâ d.c elektrik motoru kullanılmaktadır. Sürücü teknolojisinin gelişmesi ve fiyatlarının ucuzlamasına bağlı olarak d.c motorlar yerini asenkron motorlara bırakmıştır. Ancak alternatif akımın bulunmadığı; otomotiv sektöründe ve küçük teknelerde hâlâ yoğun bir şekilde kullanılmaktadır.

Şönt (paralel), seri uyartımlı tiplerinin yanı sıra sabit mıknatıs uyartımlı tipleri vardır, özellikle küçük güçlerde sabit mıknatıslı (PM) tiple kullanılır (Şekil 8 ve Şekil 9).

elektrik motoru sekil 8 
Şekil 8. Paralel (şönt) motor
 

elektrik motoru sekil 9 
Şekil 9. Seri motor
 

DC motorun en büyük kusuru, kolektör ve fırçaların kullanılması zorunluluğudur. Fırçalar kolektöre sürtünerek çalışırlar, dolayısıyla da kolektörü hem aşındırır hem de kıvılcım üretir. Bu nedenle doğru akım motorları tümüyle kapalı bir çerçevenin içinde bulundurulur ve içeriye toz veya nem girmesine izin verilmez. Akaryakıt deposu gibi patlama tehlikesinin bulunduğu yerlerde bu tip motorlar kullanılamaz. Fiyatları aynı güçteki asenkron motora göre daha pahalıdır ve fiziksel olarak daha büyüktür, bakım gereksinimi yüksektir.

4.5. Üniversal Motorlar

Hem alternatif hem doğru akım ile ve benzer karakteristik özellikler göstererek çalışabildiğinden bu motorlara Üniversal Motorlar denilir.

Üniversal motorlar 1 / 500 HP ilâ 2 HP arasında küçük güçlerde imal edilir. Kalkış ve döndürme momentleri yüksektir. Devirleri 15000 - 20000 d/dk’ya kadar çıkarılabilir.

Yüksek devirli olduğundan elektrik süpürgelerinde, mikserlerde (karıştırıcı), dikiş makinelerinde, saç kurutma makinelerinde, seyyar taşlama ve zımpara makinelerinde, el matkapları, çamaşır ve bulaşık makinelerinde kullanılır.

5. Yeni Teknoloji Elektrik Motorlar

5.1. Fırçasız Doğru Akım Motorları
 
Bu motorlarda elektrik gücü iletimi, fırça ve kolektör yerine elektronik anahtarlar ile sağlanır. Böylece ark olayı önlenmiş olur. Motor, yüksek hızlara ulaşabilir. Kaynak gerilimleri düşüktür. Yaygın olarak kullanılan kaynak gerilimi 24 volttur. Hassas hız kontrolü, yüksek verim ve uzun ömürlü olması bu motoru yaygın olarak kullanılır hâle getirmektedir. Uygun sürücüler yardımıyla hız, moment ve devir yönü kontrol edilebilir. Küçük boyutlarda üretilebilir. Verim, hız ve moment gibi faktörler dikkate alındığında alternatif akım motorlarına göre üstünlükler gösterir. En önemli dezavantajı, ekstradan yarı iletken malzeme ve duyargalar gerektirmesidir. Böylece motorun maliyeti artmaktadır.

elektrik motoru sekil 10
 Şekil 10. Fırçasız DC motorda kutup ve statorlar
 
Fırçasız DC Motorların Avantajları
 
- Yüksek verim
- Doğrusal moment-hız ilişkisi
- Yüksek moment-hacim oranı (Az bakır gerektirir.)
- Fırçaların ve kolektörün olmayışı (daha az bakım, tehlikeli ortamlarda kullanılabilme)
 
Fırçasız DC Motorların Dezavantajları
 
- Harici güç elektroniği gerektirir.
- Uygun çalışma için rotor konum bilgisi gerektirir.
- Hall-etkili duyargalara gerek vardır.
- Algılayıcısız yöntemlerin kullanımı ilave algoritmalar gerektirir.
 
5.2 Servo Motorlar
 
Servo motorlar AC ya da DC motorlardan türetilmiş, pozisyon kontrolü için mutlaka bir encoder ve sürücü gerektiren sistemlerdir. Dolayısıyla bir encoder takılmış ve hız kontrolü yapılan bir asenkron motor da sevo motor olarak adlandırılabilir. Servo motorlar mutlaka bir geri beslemeye ve sürücüye ihtiyaç duyarlar. Servo motorlar yüksek hızlarda kullanılabilirler, hassasiyetleri kullanılan encoderin hassasiyetine bağlıdır. Sürücüden gelen komutlara biraz gecikmeyle cevap verirler.
 
Endüstriyel kontrol alanındaki teknolojik gelişmeler; birçok özel motorun ortadan kalkmasına, uygulamaların çoğunun nispeten az sayıda motor tipiyle gerçekleşmesine, dikkatin motordan kaynak ve kontrol düzenlemelerine kaymasına neden olmuştur. Böylece üstün bir performans ve esneklik sağlanmıştır.
 
Ancak sabit hızlı bir motordan daha fazlası gerekli ise örneğin, pozisyonlama, yüksek kararlılık, periyodik çalışma, dinamik yük ve hız değişikliği isteniyorsa kullanıcının bir motor ve sürücü devresini satın alması gerekir. Burada servo motor ve sürücüleri hakkında bilgi sahibi olmanızı ve bir sistem için en iyi servo motor ve sürücüsünü seçmenize, sistemin gerektirdiği parametre değişikliğini yapmanıza, kontrol programlama yazılımını hatasız olarak yapmanıza yardımcıdır.
 
Hassas devir, hız veya konum kontrolü gerektiren işleme tezgâhı gibi nispeten küçük güç gereken uygulamalarda kullanılırlar. Özel sürücü ve kontrol donanımları gerektirirler, bu nedenle pahalı uygulamalardır.
 
Servo motorlarda kendi aralarında; düşük atalet, orta atalet ve yüksek performans olarak sınıflara ayrılırlar.
 
Servo Motor Çeşitleri
 
- DA (doğru akım) servo motor
- AA (alternatif akım ) servo motor
 
Servo motor AA ya da DA olarak bulunur. İlk zamanlarda servo motor genelde DA motorlardı. Çünkü uzun yıllar yüksek akımlar için tek kontrol yöntemi tristör kullanılmaktaydı. Transistörler yüksek akımları kontrol etme yeteneği kazandıkça ve yüksek akımları yüksek frekanslarda anahtarladıkça servo motorlar daha sık kullanılmaya başladı. İlk servo motor özellikle güçlendiriciler için tasarlanmıştı. Step motor kullanılmayan kapalı devre (çıkışın kontrol edildiği) sistemler, servo sistem diye adlandırılmaktadır. Bu yüzden hız kontrolcüye bağlanmış basit bir AA endüksiyon motorunu da servo motor olarak adlandırmak mümkündür.
 
Servo motor olarak tasarlanmış bir motorda yapılması gereken değişiklikler; ısıtma yapmadan bir hız aralığında çalışma kabiliyeti, rölantide çalışırken yükü belirli bir pozisyonda tutmaya yeterli momenti sağlama yeteneği ve uzun süreler için aşırı ısınmadan çok düşük hızlarda çalışma kabiliyetidir. Eski tip motorlarda doğrudan motor şaftına bağlanmış bir motor fanı bulunur.

elektrik motoru sekil 11
Şekil 11. Servo motorlar[8]

Motor düşük hızda çalışırken fan, motoru soğutmak için yeterli havayı hareket ettiremez. Daha yeni motorlarda ayrı bir fan monte edilmiştir. Bu fan, ideal soğutucu havayı sağlar. Bu fan sabit bir gerilim kaynağıyla güçlendirilmiştir. Böylelikle servo motorun hızından bağımsız olarak her zaman maksimum devirde döner.
 
Servo motor, bir mekanizmada son kontrol elemanı olarak görev yapan motordur. Genellikle güç sağlayan motorlar belirli bir hızda dönmeye göre tasarlanırken servo motorlar çok geniş bir hız komutunu yerine getirecek şekilde tasarlanır. Servo motorlar kullanıcının komutlarını yerine getiren motorlardır. Komutlar, pozisyon ve hız komutları veya hız ve pozisyonun birleşimi olabilir. Bir servo motor şu karakteristiklere sahip olmalıdır:
 
- Geniş bir hız sınırı içinde kararlı olarak çalışabilmelidir.
- Devir sayısı, hızlı ve düzgün şekilde değiştirilebilmelidir. Yani küçük boyuttan büyük moment elde edilebilmelidir.

5.3. Step (Adım) Motorlar

Açısal konumu adımlar hâlinde değiştiren, çok hassas sinyallerle sürülen motorlara adım motorları denir. Adından da anlaşılacağı gibi adım motorları, belirli adımlarla hareket eder. Bu adımlar, motorun sargılarına uygun sinyaller gönderilerek kontrol edilir. Herhangi bir uyartımda motorun yapacağı hareketin ne kadar olacağı motorun adım açısına bağlıdır. Adım açısı, motorun yapısına bağlı olarak 90°, 45°, 18°, 7.5°, 1.8° veya daha değişik açılarda olabilir. Motora uygulanacak sinyallerin frekansı değiştirilerek motorun hızı kontrol edilebilir. Adım motorlarının dönüş yönü, uygulanan sinyallerin sırası değiştirilerek saat ibresi yönü (CW) veya saat ibresinin tersi yönünde (CCW) olabilir.

Adım motorlarının hangi yöne doğru döneceği, devir sayısı gibi değerler mikroişlemci veya bilgisayar yardımı ile kontrol edilebilir. Sonuç olarak adım motorlarının hızı, dönüş yönü ve konumu her zaman bilinmektedir. Bu özelliklerinden dolayı adım motorları çok hassas konum kontrolü istenen yerlerde çok kullanılır.

Adım (step) motorlarının kullanıldıkları yerlere örnek olarak; endüstriyel kontrol teknolojisi içerisinde bulunan bazı sistemler, robot sistemleri, takım tezgâhlarının ayarlama ve ölçmeleri verilebilir. Ayrıca adım motorları konumlandırma sistemlerinde, büro makineleri, klimalar ve teknolojisi alanında da kullanma alanı bulmaktadır.

Step motor nedir?

Step motor; elektrik enerjisini dönme hareketine çeviren elektromekanik bir cihazdır. Elektrik enerjisi alındığında rotor ve buna bağlı şaft, sabit açısal birimlerde (step-adım) dönmeye başlar. Step motorlar, çok yüksek hızlı anahtarlama özelliğine sahip bir sürücüye bağlıdırlar (step motor sürücüsü).

Bu sürücü, bir kodlayıcı veya PLC’den giriş palsları alır. Alınan her giriş palsında, motor bir adım ilerler. Step motorları, bir motor turundaki adım sayısı ile anılır. Örnek olarak 400 adımlık bir step motor, bir tam dönüşünde (tur) 400 adım yapar. Bu durumda bir adımın açısı 360/400 = 0.9 derecedir. Bu değer, step motorun hassasiyetinin bir göstergesidir. Bir devirdeki adım sayısı yükseldikçe step motor hassasiyeti ve dolayısıyla maliyeti artar.

elektrik motoru sekil 12 

Şekil 12. Step motorlar

Step motorlar, yarım adım modunda çalıştıklarında hassasiyetleri daha da artar. Örnek olarak 400 adım/tur değerindeki bir step motor, yarım adım modunda tur başına 800 adım yapar. Bu da 0.9 dereceye oranla daha hassas olan 0.045 derecelik bir adım açısı anlamına gelir. Bazı step motorlarda mikro step tekniği ile adım açılarının daha da azaltılması söz konusudur. Ancak moment kayıpları nedeniyle bu kullanım şekli etiketleme makineleri için pek uygun değildir. Step motorun adım açısı ile birlikte step motordan tahrik alan çekme silindirinin çapı, etiketleme hassasiyetini belirler. Yüksek hızlarda hassas bir etiketleme yapabilmek için bu değerlerinden uygun kombinasyonu gerekmektedir.

Adım motorlarının bu kadar çok kullanılma alanı bulmasının nedeni, bu motorların bazı avantajlara sahip olmasıdır.

Step Motorların Avantajları

- Geri beslemeye ihtiyaç göstermezler. Açık döngülü olarak kontrol edilebilirler.

- Motorun hareketlerinde konum hatası yoktur.

- Sayısal olarak kontrol edilebildiklerinden bilgisayar veya mikroişlemci gibi elemanlarla kontrol edilebilirler.

- Mekanik yapısı basit olduğundan bakım gerektirmezler.

- Herhangi bir hasara sebep olmadan defalarca çalıştırılabilirler.

- Adım motorlarının bu avantajları yanında bazı dezavantajları da aşağıdaki şekilde sıralanabilir:

- Adım açıları sabit olduğundan hareketleri sürekli değil darbelidir.

- Sürtünme kaynaklı yükler, açık döngülü kontrolde konum hatası meydana getirirler.

- Elde edilebilecek güç ve moment sınırlıdır.

Tipik Step Motorun Yapısı

Step motor statorunun birçok kutbu (genellikle sekiz) vardır. Bunların polaritesi elektronik anahtarlar yardımıyla değiştirilir. Anahtarlama sonucunda statorun ortalama güney ve kuzey kutupları döndürülmektedir. Rotorun güney kutbu, statorun kuzey kutbu sıralıdır.

Rotorun mıknatıslığı, bir sürekli mıknatıs veya dış uyarım metotlarıyla oluşturulabilir. Bu arada sürekli mıknatıs oluşacaktır. Adımları (stepler) vasıtasıyla ortalama stator alanı döner ve rotor da bunu benzer (adımlar) stepler arasında takip eder. Daha iyi bir seçicilik elde etmek için rotor ve stator üzerine küçük dişler yapılmaktadır. Bu dişler birbirleriyle temas etmemelidir.

Step Motorların Çalışma Prensibi

Step motora giriş darbesi (pulse) uygulandığı zaman, belli bir miktar döner ve durur. Bu dönme miktarı, motorun yapısına göre belli bir açı ile sınırlandırılmıştır. Step motorda rotorun dönmesi, girişe uygulanan darbe (pulse) adedine bağlı olarak değişir. Girişe tek bir darbe verildiğinde rotor, tek bir adım hareket eder ve durur. Daha fazla darbe uygulanınca darbe adedi kadar adım hareket eder.

Bütün step motorlarının çalışma prensibi bu şekildedir.

5.4. Ex-Proof Elektrik Motorları (Explosion Proof ) Patlama Korumalı Motorlar

Ex-proof elektrik motorları en temel tanımıyla; içindeki gaz veya buharın patlamasına dayanabilen ve bu patlama ya da kıvılcımla içinde bulunduğu ortamdaki gazın patlamasına sebep olmayan, herhangi bir durumda yüzey sıcaklığı ya da kıvılcımla bulunduğu ortamdaki gazın ya da karışımın ateşlenmesine sebep olmayan elektrik motorlarıdır. Herhangi bir patlama riski olmaması için motorun yüzey sıcaklığı her durumda ortamdaki patlayıcı gaz ya da karışımın ateşlenme sıcaklığının altında olmalıdır.

Ex-proof Elektrik Motoru Koruma Kategorileri:

EEx e (Increased Safety- Güvenliği artırılmış) Ex-proof Motorlar: Normal çalışma koşullarında ark çıkarmayan ve bulunduğu ortamdaki gazı tutuşturacak kadar aşırı ısınmayan motorlardır. Standart elektrik motorundan temel farkı; sıcaklık artışının ısınma sınıfından 10 K daha düşük olması ve klemens kutusunun herhangi bir kıvılcıma sebep olmayacak şekilde özel tasarlanmış olmasıdır.

EEx d (Patlama korumalı) Ex-proof Motorlar: Dâhili bir patlamanın ortama yayılmasına izin vermez. Motor tümüyle kapalı değildir, patlamanın önlenmesi için geçitler vardır. Ancak bu geçitler içerdeki patlamanın ve dış ortama yayılmasını engelleyecek şekilde tasarlanmıştır. Yüzey sıcaklığı ortamdaki gazın tutuşma sıcaklığının altındadır. Tüm parçalarıyla kıvılcım üretmeyecek şekilde tasarlanmıştır. Temel farklılıkları; kuvvetlendirilmiş gövde, klemens kutusu ve kaplar ve motor parçaları arasında daha sıkı bir temastır.

EEx de (Patlama korumalı) Ex-proof Motorlar: EEx d tipinin bütün özelliklerine ilaveten klemens kutusu ve rakorlar daha kuvvetli ve herhangi bir şekilde ark üretmeyecek şekilde tasarlanmıştır. Çift topraklama bağlantısı vardır.

EEx de piyasada bulunabilen ex-proof motorların en yüksek koruma sınıfı olup her türlü gaz ortamında güvenle kullanılabilir.

Kaynaklar:

[1] http://anahtar.sanayi.gov.tr/tr/news/elektrik-motorlari-ve-enerji-verimliligi/7381

[2] http://anahtar.sanayi.gov.tr/tr/news/sanayide-dusuk-verimli-elektrik-motorlarinin-donusumu-programi/7354

[3] Kalkınma Bakanlığı, “Onuncu Kalkınma Planı (2014-2018)”.

[4] http://www.elkmotor.com.tr/elkmotor-motor-cesitleri.aspx

[5] H. Bulgurcu, E. Şimşek, A. Basalak, İklimlendirme Soğutma Elektriği ve Kumanda Devreleri, 349 sayfa, ISKAV Teknik Kitaplar Dizisi No:07 ISBN:975-11-2142-6 İstanbul 2012.



Sektörle ilgili haber gönderin yayınlayalım.
Siz de iskteknik.com'un bir parçası olun.
Haber gönder
Sektördeki gelişmelerden haberdar olmak istiyorsanız e-bültenimize abone olun.

sosyal medyada takip edin: iskteknik.com