Trifaze asenkron motor, sanayide dönen her makinenin arkasındaki en yaygın tahrik elemanıdır. Üç fazlı beslemenin kendiliğinden ürettiği döner alan, rotoru dışarıdan hiçbir bağlantı olmadan sürükler.
Döner alanın kurulması
Statorun üç sargısı, birbirine yüz yirmi derece kaydırılmış üç faz akımıyla beslenir. Her sargının ürettiği manyetik alan sırayla tepe yapar ve bileşke alan stator çevresinde döner. Bu döner alan, dışarıdan hiçbir yardımcı sargı ya da kondansatör gerektirmez. Tek fazlı bir motorda ise döner alan yapay yollarla kurulmak zorundadır. Trifaze motorun yapısal sadeliği ve güvenilirliği bu farktan doğar.
Senkron hız ve kutup sayısı
Döner alanın hızı, şebeke frekansı ile stator sargısının kutup sayısına bağlıdır. Elli hertz beslemede iki kutuplu bir motorun senkron hızı dakikada 3.000 tur, dört kutuplunun 1.500 tur, altı kutuplunun 1.000 tur, sekiz kutuplunun 750 turdur. Kutup sayısı büyüdükçe senkron hız aynı oranda düşer. Yükün istediği devir, kutup sayısının seçimini doğrudan belirler.
Kayma ve gerçek devir
Rotor, döner alanla tam aynı hızda dönseydi iletkenlerinde gerilim indüklenmezdi. Bu yüzden rotor daima döner alanın biraz gerisinde kalır ve aradaki fark kayma olarak adlandırılır. Kayma, boşta neredeyse sıfırdır ve yük arttıkça büyür. Tam yükte kayma çoğu sanayi motorunda yüzde bir ile beş arasındadır. Dört kutuplu bir motorun anma devri bu nedenle 1.500 değil 1.440 tur dolayındadır.
Kalkış akımı
Motor durur hâldeyken rotorun döner alana göre bağıl hızı en yüksektir. Bu anda rotorda indüklenen akım ve dolayısıyla statorun çektiği akım büyüktür. Doğrudan yol vermede kalkış akımı, anma akımının altı ile sekiz katı arasına çıkar. Akım, motor hızlandıkça hızla anma değerine iner. Kalkış süresinin uzun olduğu yüksek ataletli yüklerde bu akım sargıyı ısıtır.
Rotor yapısı
Sanayide yaygın kullanılan rotor, sincap kafesi biçimindedir. Rotor saclarının oluklarına dökülen alüminyum ya da bakır çubuklar, iki uçtaki halkalarla kısa devre edilir. Rotorda ne sargı ucu ne fırça ne de bilezik bulunur. Bu yapı, motorun bakım ihtiyacını en aza indirir. Çubukların kesiti ve derinliği, motorun kalkış torkunu ve kalkış akımını doğrudan belirler.
Yalıtım sınıfı ve sıcaklık
Sargı yalıtımının dayanabileceği sıcaklık, yalıtım sınıfıyla tanımlanır. Sanayi motorlarında F sınıfı yalıtım yaygındır ve azami sargı sıcaklığı 155 santigrat derecedir. Motorun sıcaklık artışı ise ayrı bir sınıfla verilir; F sınıfı yalıtımlı bir motor çoğunlukla B sınıfı artışa göre çalıştırılır. Bu iki sınıf arasındaki fark, motora ısıl bir güvenlik payı bırakır. Anma değerleri, kırk santigrat derece ortam sıcaklığı için geçerlidir.
Koruma sınıfı ve soğutma
Motorun katı cisim ve su girişine karşı korunması, IP kodu ile tanımlanır ve IEC 60034-5 standardında açıklanır. Sanayi tipi motorlarda IP55 yaygın bir asgari seviyedir. Soğutma ise çoğunlukla mil ucundaki fanın gövde kanatçıkları üzerine üflediği havayla sağlanır. Fan mile bağlı olduğundan düşük devirde soğutma da zayıflar. Kanatçık aralıklarının tozla dolması, ısı atmayı doğrudan engeller.
Verim sınıfı
Motorun verimi, şebekeden çektiği elektrik gücünün ne kadarını mil gücüne çevirdiğini gösterir. Verim sınıfları IEC 60034-30-1 standardında IE1'den IE5'e doğru tanımlanır. Avrupa Birliği ekotasarım düzenlemesi, belirli güç aralığındaki motorlar için asgari sınıfı zorunlu kılar. Uzun saatli çalışan bir tahrikte verim farkı, satın alma bedelinden büyük bir gider kalemine dönüşür.
Kalkış akımının şebekeye etkisi
Kalkış akımı, besleme kablosunda ve trafoda geçici bir gerilim düşümü yaratır. Aynı hatta bağlı hassas cihazlar bu düşümden etkilenebilir. Büyük güçlü motorlarda bu etki, yol verme yönteminin seçimini belirler. Yumuşak yol verici gerilimi kademeli yükselterek akım tepesini sınırlar. Frekans invertörü ise frekansı düşürerek akımı anma değerine yakın tutar.
Motorun korunması
Termik röle, akımı ölçerek yavaş gelişen aşırı yükü algılar. Sargıya gömülü termistör ise sıcaklığı doğrudan ölçtüğü için sık kalkan tahriklerde daha güvenilirdir. Faz koruma rölesi, faz kaybını ve faz dengesizliğini yakalar. Bir fazın kopması, motorun iki fazda dönmeyi sürdürmesine ve sargının yanmasına yol açar. Koruma seçimi, tahrikin çalışma rejimine göre yapılır.
Bağlantı biçimi ve gerilim
Statorun üç sargısı yıldız ya da üçgen bağlanabilir. Yıldız bağlantıda her sargıya şebeke geriliminin kök üçte biri düşer, üçgende ise gerilimin tamamı düşer. Motor etiketi, hangi şebeke geriliminde hangi bağlantının kullanılacağını iki değer çiftiyle verir. Yanlış bağlantı, sargıya tasarım dışı gerilim uygulanmasına ve akımın hızla yükselmesine yol açar. Klemens kutusundaki köprüler bu seçime göre yerleştirilir.
Görev tipi
Motorun çalışma rejimi, IEC 60034-1 standardında görev tipi olarak sınıflandırılır. Kesintisiz çalışan bir pompa S1 rejimindedir ve motor ısıl dengeye ulaşır. Sık kalkıp duran bir vinç ise S3, S4 ya da S5 rejiminde değerlendirilir. Bu rejimlerde motor dinlenme aralıklarında soğuduğu için anma gücünün üzerinde bir yükü kısa süreli taşıyabilir. Görev tipi etikette belirtilir.
Etiket değerlerinin anlamı
Motor etiketi, anma gücünü, gerilimi, akımı, devri, frekansı ve güç katsayısını taşır. Yalıtım sınıfı, koruma sınıfı ve görev tipi de aynı etikette verilir. Anma devri, senkron hız değil kayma düşülmüş gerçek devirdir. Hesaplar bu gerçek devirle yapılır. Etiketteki değerler, belirli bir ortam sıcaklığı ve rakım için geçerlidir.
Trifaze motorda derinleşmek için
Motorun her bir davranışı ayrı bir ölçütle açıklanır. Döner manyetik alan ve senkron hız, devrin nereden geldiğini anlatır. Kayma ve tork-devir eğrisi, motorun yükle nasıl dengelendiğini açıklar. Sincap kafesli rotor ve tasarım sınıfları, kalkış torkunun rotor geometrisine bağlılığını ele alır. Yol verme yöntemleri, kalkış akımının nasıl sınırlandığını karşılaştırır.
Güç katsayısı ve kompanzasyon, reaktif gücün faturaya yansımasını açıklar. Yalıtım sınıfı ve sıcaklık artışı, sargı ömrünü belirleyen sınırları ele alır. Dönüş yönü ve faz sırası, yönün nasıl değiştirileceğini gösterir. Motor koruma ve termik röle ise koruma düzeninin nasıl kurulacağını anlatır. Verim sınıfı için IE3 yüksek verimli motorlar kategorisi başlangıç noktası verir.
Trifaze asenkron motor, üç fazın kendiliğinden ürettiği döner alan sayesinde sade ve dayanıklıdır. Kutup sayısı devri, rotor geometrisi kalkış torkunu, yalıtım sınıfı ise ömrü belirler; seçim bu üç ölçütün birlikte okunmasıyla yapılır.
