Elektrik motorlarının nasıl çalıştığını biliyor musunuz? Cevap muhtemelen evet ve hayır! Birçoğumuz basit bilim kitaplarından ve bunun gibi web sayfalarından temel bir motorun nasıl çalıştığını öğrenmiş olsak da, fabrika makinelerinden elektrikli trenlere kadar her gün kullandığımız motorların çoğu aslında hiç bu şekilde çalışmıyor. Kitapların bize öğrettiği şey, kalıcı bir mıknatısın kutupları arasında dönen bir tel döngüsüne sahip olan basit doğru akım (DC) motorları ; Gerçek hayatta, yüksek güçlü motorların çoğu alternatif akım (AC) kullanır ve tamamen farklı bir şekilde çalışırlar: Bunlar asenkron motorlar dediğimiz şeydir ve dönen bir manyetik alanı çok ustaca kullanırlar. Hadi daha yakından bakalım!
Sıradan bir DC motor nasıl çalışır?
Bilim kitaplarında anlatılan basit motorlar, bir mıknatısın kutupları arasında asılı duran dikdörtgen bir halka şeklinde bükülmüş bir tel parçasına dayanmaktadır. (Fizikçiler buna manyetik alanda oturan akım taşıyan bir iletken derler.) Böyle bir teli bir pile bağladığınızda , içinden bir doğru akım (DC) akar ve çevresinde geçici bir manyetik alan oluşturur. Bu geçici alan, orijinal alanı kalıcı mıknatıstan uzaklaştırarak telin ters dönmesine neden olur. Normalde tel o noktada durur ve sonra tekrar geri döner, ancak komütatör adı verilen ustaca, dönen bir bağlantı kullanırsak, tel her ters döndüğünde akımı tersine çevirebiliriz ve bu, akım akmaya devam ettiği sürece telin aynı yönde dönmeye devam edeceği anlamına gelir. 1820’lerde Michael Faraday tarafından tasarlanan ve yaklaşık on yıl sonra William Sturgeon tarafından pratik bir buluşa dönüştürülen basit DC elektrik motorunun özü budur .
AC motorlara geçmeden önce burada neler olduğunu hızlıca özetleyelim. Bir DC motorda, mıknatıs (ve manyetik alanı) yerine sabitlenir ve motorun dış, statik kısmını ( stator ) oluştururken, elektrik akımını taşıyan bir tel bobini motorun dönen kısmını ( rotor ). Manyetik alan, rotoru oluşturan bobine elektrik gücünü beslerken, kalıcı bir mıknatıs olan statordan gelir. Statorun kalıcı manyetik alanı ile rotor tarafından üretilen geçici manyetik alan arasındaki etkileşim, motorun dönmesini sağlayan şeydir.
AC motor nasıl çalışır?
Oyuncakların ve el fenerlerinin aksine çoğu ev, ofis, fabrika ve diğer binalar küçük pillerle çalıştırılmaz: DC akımıyla değil, yönünü saniyede yaklaşık 50 kez değiştiren alternatif akımla (AC) beslenirler. 50 Hz’lik bir frekansla). DC pil yerine evinizin AC elektrik kaynağından bir motor çalıştırmak istiyorsanız, farklı bir motor tasarımına ihtiyacınız vardır.
Bir AC motorda, dönen bir manyetik alan üretmek üzere tasarlanmış, dış çevresinde ( statoru oluşturan) düzenlenmiş bir elektromıknatıs halkası vardır. Statorun içinde, sağlam bir metal aks, bir tel halkası, bir bobin, metal çubuklardan ve ara bağlantılardan yapılmış bir sincap kafesi (insanların bazen evcil fareleri eğlendirmek için kullandıkları dönen kafesler gibi) veya serbestçe dönen başka bir metal parça vardır. elektriği iletir. İç rotora güç gönderdiğiniz bir DC motorun aksine, bir AC motorda statoru oluşturan dış bobinlere güç gönderirsiniz . Bobinlere sırayla çiftler halinde enerji verilir ve motorun dışında dönen bir manyetik alan üretilir.
Bu dönen alan motoru nasıl hareket ettirir? Manyetik alanın içinde asılı duran rotorun bir elektrik iletkeni olduğunu unutmayın. Manyetik alan sürekli değişiyor (çünkü dönüyor) bu nedenle, elektromanyetizma yasalarına göre ( kesin olarak Faraday yasası ), manyetik alan rotor içinde bir elektrik akımı üretir (veya Faraday’ın kendi terimini kullanırsak indükler ). İletken bir halka veya tel ise, akım etrafından bir döngü halinde akar. İletken sadece katı bir metal parçasıysa, bunun yerine girdap akımları döner. Her iki durumda da, indüklenen akım kendi manyetik alanını üretir ve başka bir elektromanyetizma yasasına göre ( Lenz yasası) ona neden olan her neyse – dönen manyetik alanı – aynı zamanda dönerek durdurmaya çalışır. (Rotorun, aralarındaki hareket farkını ortadan kaldırmak için çılgınca dönen manyetik alanı “yakalamaya” çalıştığını düşünebilirsiniz.)
AC motorun hızını ne kontrol eder?
Senkron AC motorlarda rotor , dönen manyetik alanla tam olarak aynı hızda döner; bir asenkron motorda, rotor her zaman alandan daha düşük bir hızda döner, bu da onu asenkron AC motor denen şeyin bir örneği yapar. Bir asenkron motorda rotorun teorik hızı, AC kaynağının frekansına ve statoru oluşturan bobinlerin sayısına bağlıdır ve motor üzerinde yük yokken dönen manyetik alanın hızına yaklaşır. Pratikte, motora binen yük (her ne kullanıyorsa onu) da rol oynar – rotoru yavaşlatma eğilimi gösterir. Yük ne kadar büyükse, dönen manyetik alanın hızı ile rotorun gerçek hızı arasındaki “kayma” o kadar büyük olur. Bir AC motorun hızını kontrol etmek (daha hızlı veya daha yavaş çalışmasını sağlamak) için, değişken frekanslı sürücü denilen şeyi kullanarak AC kaynağının frekansını artırmanız veya azaltmanız gerekir. . Bu nedenle, AC endüksiyon motoruyla çalışan fabrika makinesi gibi bir şeyin hızını ayarladığınızda, motoru yukarı veya aşağı hareket ettiren akımın frekansını çeviren bir devreyi gerçekten kontrol ediyorsunuz.
AC motorun “fazı” nedir?
Burada anlatıldığı gibi rotoru dört bobinle (iki karşıt çift) sürmek zorunda değiliz. Her türlü diğer bobin düzenlemeleri ile asenkron motorlar yapmak mümkündür. Ne kadar çok bobininiz varsa, motor o kadar düzgün çalışacaktır. Bobinleri adım dışı olarak bağımsız olarak enerjilendiren ayrı elektrik akımlarının sayısı motorun fazı olarak bilinir , bu nedenle yukarıda gösterilen tasarım iki fazlı bir motordur (iki akım, iki çiftte adım dışı çalışan dört bobine enerji verir). ). Üç fazlı olarak bir, iki veya dört bobinin birlikte açılıp kapatıldığı, stator çevresinde bir üçgen şeklinde düzenlenmiş üç bobine, altı eşit aralıklı bobine (üç çift) veya hatta 12 bobine (dört bobinden oluşan üç set) sahip olabiliriz. üç ayrı, faz dışı akımla.
Asenkron motorların avantajları ve dezavantajları
Avantajlar
AC endüksiyon motorlarının en büyük avantajı, saf basitlikleridir. Tek bir hareketli parçaya sahiptirler, bu da onları düşük maliyetli, sessiz, uzun ömürlü ve nispeten sorunsuz yapan rotordur. Buna karşılık DC motorlarda, zaman zaman yıpranan ve değiştirilmesi gereken bir komütatör ve karbon fırçalar bulunur. Fırçalar ve komütatör arasındaki sürtünme, DC motorları nispeten gürültülü (ve hatta bazen oldukça kokulu) yapar.
Dezavantajları
Bir endüksiyon motorunun hızı, onu çalıştıran alternatif akımın frekansına bağlı olduğundan, değişken frekanslı bir sürücü kullanmadığınız sürece sabit bir hızda döner; DC motorların hızı, besleme voltajını yukarı veya aşağı çevirerek kontrol etmek çok daha kolaydır. Nispeten basit olmasına rağmen, asenkron motorlar, bobin sargıları nedeniyle oldukça ağır ve hacimli olabilir. DC motorlardan farklı olarak, bir invertör (DC’yi AC’ye çeviren bir cihaz) kullanmadan pillerden veya başka herhangi bir DC güç kaynağından (örneğin güneş panelleri) çalıştırılamazlar. Bunun nedeni , rotoru döndürmek için değişen bir manyetik alana ihtiyaç duymalarıdır .
