Frenli elektrik motoru, enerji kesildiğinde milini kendiliğinden kilitleyen bir asenkron motordur. Fren, yay kuvvetiyle kapanır ve elektromıknatıs enerjilendiğinde açılır.
Yay baskılı frenin yapısı
Fren, motorun arka kapağına monte edilmiş bir elektromıknatıs gövdesinden oluşur. Gövdenin içinde baskı yayları ve bu yayların ittiği hareketli bir çelik disk bulunur. Motorun miline kama ile geçirilmiş balatalı fren diski, hareketli disk ile arka kapak arasında sıkışır. Enerji yokken yaylar diski bastırır ve mil dönemez. Bobin enerjilendiğinde manyetik alan hareketli diski yaylara karşı geri çeker ve mil serbest kalır.
Enerji kesildiğinde kapanan fren
Bu yapıda fren, elektrikle kapanmaz; elektrikle açılır. Elektrik kesintisinde, kablo kopmasında ya da sigorta atmasında bobin enerjisiz kalır ve yaylar freni kapatır. Yükü tutma görevi bu yüzden enerjinin varlığına bağlı değildir. Kaldırma ve taşıma düzeneklerinde bu davranış bir güvenlik gereğidir. Frenin kapanması için ayrı bir kumanda ya da yardımcı besleme gerekmez.
Fren torkunun seçimi
Fren torku, motorun anma torkuna göre belirlenir. Kaldırma ve malzeme taşıma düzeneklerinde fren torku, motor anma torkunun yaklaşık iki katı dolayında seçilir. Düşük fren torku, yükün frenli durumda yavaşça kaymasına yol açar. Aşırı yüksek fren torku ise duruşu sertleştirir ve mil ile kaplin üzerinde darbe yaratır. Doğru değer, tutulacak yükün momenti ile duruş süresinin birlikte değerlendirilmesiyle bulunur.
Fren torku, baskı yaylarının ön yükü değiştirilerek ayarlanır. Ayar halkası kademeli olarak döndürülür ve her kademe tork değerini belirli bir miktar kaydırır.
Doğru akım ve alternatif akım freni
Fren bobini doğru akımla ya da alternatif akımla beslenir. Doğru akım freni, motorun klemens kutusuna yerleştirilen bir doğrultucu üzerinden beslenir. Bu tip daha sessiz çalışır, daha uzun bobin ömrü verir ve manyetik gürültü üretmez. Alternatif akım freni ise daha hızlı açılır ve ek doğrultucu gerektirmez. Sanayi uygulamalarının çoğunda doğru akım freni tercih edilir.
Doğrultucunun bağlantı biçimi
Doğrultucunun alternatif akım girişi, motorun sargı uçlarına ya da ayrı bir beslemeye bağlanır. Sargı uçlarına bağlanan bir doğrultucu, motorla birlikte enerjilenir ve devreyi sadeleştirir. Ayrı beslemeli bir bağlantı ise motoru durdurmadan freni açık tutmaya olanak tanır. Frekans invertörüyle sürülen motorlarda doğrultucu, invertör çıkışına değil şebekeye bağlanır. İnvertör çıkışındaki değişken gerilim, bobinin doğru çekmesini engeller.
Frenin açılma ve kapanma süresi
Bobin enerjilendiğinde manyetik alanın kurulması belirli bir süre alır. Bu süre boyunca fren hâlâ kapalıdır ve motor freni sürüklemeye çalışır. Kapanma süresi ise bobinin enerjisi kesildikten sonra alanın sönmesiyle belirlenir. Doğru akım devresine eklenen hızlı kesme düzeneği, bobin akımını daha çabuk düşürüp frenin kapanmasını hızlandırır. Konumlandırma gereken düzeneklerde bu süre doğrudan konum hatasına dönüşür.
Elle boşaltma kolu
Kimi frenli motorlarda gövdeye bir elle boşaltma kolu takılır. Kol çekildiğinde yaylar geri itilir ve fren enerji olmadan açılır. Bu düzenek, elektrik kesintisinde yükün elle indirilmesine olanak tanır. Kolun serbest hareket payı, fren torku ayarlandıktan sonra yeniden düzenlenir. Kolun yanlışlıkla açık kalması, frenin sürekli boşta kalmasına yol açar.
Isınma ve çalışma rejimi
Her fren kapanışında, hareket enerjisi balata yüzeyinde ısıya döner. Sık kalkıp duran bir düzenekte bu ısı balatayı ve fren gövdesini ısıtır. Saatteki kalkış sayısı, frenin ısıl kapasitesini belirleyen ana etkendir. Sıcak bir balatanın sürtünme katsayısı düşer ve fren torku azalır. Motor gövdesi de sık kalkışın getirdiği yüksek akım nedeniyle ayrıca ısınır.
Balata aşınması ve hava aralığı
Balata her kapanışta bir miktar aşınır ve kalınlığı azalır. Balata inceldikçe elektromıknatıs ile hareketli disk arasındaki hava aralığı büyür. Aralık büyüdüğünde manyetik alan diski çekmekte zorlanır ve fren geç açılır. Belirli bir sınırın ötesinde fren hiç açılmaz ve motor freni sürükleyerek çalışır. Hava aralığının ölçülüp ayarlanması, konusunda frenli motorda hava aralığı ayarı yazısı ayrıntılı bilgi verir.
Fren diskinin mil üzerindeki bağlantısı
Fren diski, mil üzerindeki kama ya da dişli göbek üzerinde eksenel olarak kayabilecek biçimde oturur. Bu serbestlik, frenin kapanırken diski balataya bastırmasını sağlar. Göbeğin dişleri toz ve pasla dolduğunda disk kayamaz ve fren tam kapanmaz. Bu bölge, bakımda temizlenir ve yağlanmaz. Yağ, balata yüzeyine geçtiğinde fren torkunu düşürür.
Gürültü ve titreşim
Fren kapanışında hareketli disk gövdeye çarparak metalik bir ses üretir. Bu ses, yayların ön yükü ve hava aralığıyla birlikte değişir. Sessiz çalışması gereken ortamlarda gövde ile disk arasına susturucu yastık konur. Frenin açılırken çıkardığı uğultu ise alternatif akım bobinlerinde görülür. Doğru akım freni bu uğultuyu üretmez ve daha sessiz kalır. Sessiz çalışma, asansör makine dairesi gibi insanların bulunduğu hacimlerde belirleyici bir seçim ölçütü olur.
Frenin acil durdurma devresindeki yeri
Acil durdurma butonuna basıldığında motorun beslemesi kesilir ve fren kapanır. Fren bobininin beslemesi de aynı anda kesilmelidir. Bobin ayrı bir hattan beslenip acil durdurmadan bağımsız kalırsa, fren açık kalır ve yük serbest hareket eder. Bu yüzden fren beslemesi, güvenlik devresinin kesme noktasının altına bağlanır. Devre şeması, bu bağlantının doğruluğu bakımından ayrıca denetlenir.
Kullanım alanları
Frenli motor, yükün durdurulduğu anda tutulması gereken her yerde kullanılır. Vinçler, asansörler, kaldırma düzenekleri, otomatik kapılar ve konumlandırmalı konveyörler bu gruba girer. Ortak yan, serbest kalan bir yükün kendi ağırlığıyla hareket edebilmesidir. Redüktörün kendinden kilitleme direnci bu görev için yeterli sayılmaz. Frenli motor, yük tutmayı mekanik bir güvenlik işlevine bağlar.
Seçim ölçütleri
Seçim, tutulacak yükün momentiyle ve saatteki kalkış sayısıyla başlar. Fren torku bu momente göre belirlenir, ısıl kapasite ise kalkış sayısına göre denetlenir. Motorun gücü ve devri, yükün kendi ihtiyacına göre ayrıca seçilir. Ortam tozlu ya da nemliyse frene ek koruma kapağı takılır. Motorun bu grup içindeki yeri özel amaçlı sanayi motorları yaklaşımıyla değerlendirilir.
Frenli elektrik motoru, enerjinin kesilmesini bir arıza değil bir kapanma komutu olarak yorumlar. Doğru fren torku, uygun doğrultucu bağlantısı ve düzenli hava aralığı denetimi, bu güvenlik işlevinin sürekliliğini sağlar.
