Asenkron motorun yükle nasıl dengelendiğini anlatan tek eğri, tork-devir eğrisidir. Kayma bu eğrinin yatay eksenidir; motorun kalkışı, çalışma noktası ve durma sınırı hep bu eğri üzerinde okunur.
Kaymanın tanımı
Kayma, döner alanın hızı ile rotorun hızı arasındaki farkın senkron hıza oranıdır. Rotor dururken kayma birdir, senkron hızda dönseydi sıfır olurdu. Rotor alanla aynı hıza ulaşamaz, çünkü bağıl hareket bitince çubuklarda gerilim indüklenmez ve tork üretilmez. Kayma bu nedenle asenkron çalışmanın zorunlu koşuludur. Boşta kayma binde birkaç düzeyindeyken tam yükte yüzde bir ile beş arasına çıkar.
Kayma ve gerçek devir
Dört kutuplu bir motorun senkron hızı elli hertz beslemede dakikada 1.500 turdur. Tam yükteki gerçek devri, kayma nedeniyle 1.440 tur dolayına iner. Yük hafiflediğinde devir senkron hıza yaklaşır. Hat hızı ya da debi hesabı senkron hız üzerinden yapılırsa gerçek değer beklenenin altında kalır. Hesap, motor plakasındaki anma devriyle yapılır.
Kalkış torku
Motor durduğu anda ürettiği tork, kalkış torku olarak adlandırılır. Bu tork, yükün duran ataletini ve statik direncini yenmeye yetmelidir. Kalkış torku çoğu standart motorda anma torkunun bir buçuk ile iki buçuk katı arasındadır. Kalkışta çekilen akım ise anma akımının altı ile sekiz katına çıkar. Yüksek kalkış torku isteyen yüklerde rotor geometrisi değiştirilir.
Devirme torku
Motorun üretebileceği en büyük tork, devirme torku olarak adlandırılır. Bu değer, tork-devir eğrisinin tepe noktasıdır ve anma torkunun iki ile üç katı dolayındadır. Yük bu tepeyi aşarsa motor devrini toparlayamaz, yavaşlar ve durur. Devirme torku, şebeke geriliminin karesiyle orantılıdır. Gerilimin yüzde on düşmesi, devirme torkunu yaklaşık yüzde on dokuz azaltır.
Eğrinin kararlı bölgesi
Devirme torkunun sağında kalan bölge, motorun kararlı çalıştığı bölgedir. Bu bölgede yük arttığında devir bir miktar düşer, kayma büyür ve motor daha çok tork üretir. Denge, motorun ürettiği torkun yükün istediği torka eşitlendiği noktada kurulur. Devirme torkunun solunda ise yük arttıkça motorun torku azalır ve denge kurulamaz. Bu yüzden çalışma noktası daima kararlı bölgede tutulur.
Kalkış sırasında eğrinin izlenmesi
Motor enerjilendiğinde çalışma noktası eğrinin en solundan, yani kalkış torkundan başlar. Rotor hızlandıkça nokta eğri boyunca sağa doğru ilerler ve devirme torkunun tepesinden geçer. Ardından kararlı bölgeye girip yükün tork eğrisiyle kesiştiği noktada durur. Bu yolculuk boyunca çekilen akım kademeli olarak anma değerine iner. Yükün tork eğrisi motorunkinin üzerinde kalırsa motor hızlanamaz.
Yükün tork eğrisiyle kesişme
Konveyör gibi sabit torklu bir yükün eğrisi yataydır. Santrifüj pompa ve fan gibi kare torklu yüklerde ise eğri devrin karesiyle yükselir. Kare torklu yükler düşük devirde küçük tork istediğinden kalkışta motoru zorlamaz. Sabit torklu yüklerde ise kalkış torku baştan tam değerinde gerekir. Motorun eğrisi, yükün eğrisinin her noktada üzerinde kalmalıdır.
Gerilim düşümünün etkisi
Motorun ürettiği tork, uçlarındaki gerilimin karesiyle orantılıdır. Uzun bir kabloda ya da zayıf bir şebekede kalkış anındaki gerilim düşümü büyür. Düşen gerilim kalkış torkunu da karesel oranda azaltır ve motor yükü kaldıramayabilir. Kalkış süresi uzadıkça sargı ısınır ve akım daha uzun süre yüksek kalır. Kablo kesiti ve trafo gücü bu nedenle kalkış koşuluna göre denetlenir.
Çekme torku ve eğrinin çukuru
Kalkış torku ile devirme torku arasında kalan en düşük değer, çekme torku olarak adlandırılır. Eğri bu noktada bir çukur yapar ve motor hızlanmakta zorlanır. Yükün tork eğrisi bu çukurun üzerinde kalırsa motor orada takılıp kalır. Devir yükselmez, akım yüksek kalır ve sargı ısınır. Çift kafesli rotorlarda bu çukur belirginleşebilir. Devreye almada motorun beklenen sürede anma devrine ulaşması, çukurun aşıldığını doğrular.
Kayma ve kayıp ilişkisi
Rotorda harcanan güç, kaymayla doğru orantılıdır. Kayma büyüdükçe rotor çubuklarındaki bakır kaybı artar ve rotor ısınır. Yüksek kaymalı bir motor, yüksek kalkış torku verir ama sürekli çalışmada verimini yitirir. Bu yüzden yüksek kaymalı tasarımlar, kısa süreli ve darbeli yüklerde kullanılır. Verimli bir motorda tam yük kayması küçük tutulur. Yüksek verim sınıfındaki motorların anma devri, aynı kutup sayısındaki standart bir motordan bu nedenle biraz yüksektir.
Kilitli rotor akımı ve süresi
Rotor dönemeyecek biçimde kilitlendiğinde motor kalkış akımını sürekli çeker. Sargı bu akımda hızla ısınır ve belirli bir sürenin ardından zarar görür. Bu süre, kilitli rotor dayanım süresi olarak katalogda verilir ve çoğu motorda saniyeler mertebesindedir. Uzun kalkışlı bir tahrikte bu süre, kalkış süresinin üst sınırını belirler. Aşırı yük rölesi, bu süre dolmadan açacak biçimde seçilir.
Boşta ve tam yükte akım
Boşta dönen bir motor, yalnızca manyetik alanı kurmaya ve sürtünmeyi yenmeye yetecek akımı çeker. Bu akım, anma akımının üçte biri ile yarısı arasında kalır. Yük arttıkça aktif bileşen büyür ve akım anma değerine yaklaşır. Boşta çekilen akımın büyük bölümü reaktiftir ve işe dönüşmez. Motorun boşta uzun süre dönmesi, hem verimi hem güç katsayısını düşürür.
Generatör bölgesi
Rotor, döner alandan hızlı döndürülürse kayma negatif olur. Motor bu bölgede tork üretmez, aksine yükü frenler ve şebekeye enerji basar. Eğimli bir konveyörde yük indirilirken ya da bir vinçte kanca aşağı inerken bu bölgeye girilir. Frekans invertörüyle sürülen bir tahrikte geri gelen enerji ara devrede birikir. Fren direnci bu enerjiyi ısıya çevirir.
Eğrinin seçime etkisi
Yükün istediği kalkış torku, motorun kalkış torkunun altında kalmalıdır. Yükün tepe torku ise devirme torkunun altında, güvenli bir payla seçilir. Yüksek ataletli yüklerde kalkış süresi hesaplanır ve sargının ısıl sınırıyla karşılaştırılır. Rotor geometrisinin bu eğriye etkisi rotor tasarım sınıflarında ele alınmıştır. Motorun genel seçimi ise trifaze elektrik motoru çerçevesiyle yapılır.
Kayma, asenkron motorun tork üretmesinin bedeli ve koşuludur. Tork-devir eğrisi okunmadan bir motorun bir yükü kaldırıp kaldıramayacağı, kaldırsa bile hangi devirde dengeleneceği bilinemez.
