Asenkron Motor Kayıpları

Asenkron motor kayıpları

Asenkron motor kayıpları

Asenkron motorlar da iki temel kayıp, rotor stator sargılarındaki bakır kayıpları ile değişken manyetik alanların sebep olduğu sac paketlerindeki demir kayıplarıdır.  Asenkron motorlar da demir kayıplarının iki temel kaynağı vardır. Bunlardan birincisi olan histerezis kayıpları, elektrik motorlarının manyetik devrelerinde kullanılan ferromanyetik malzemelerin özelliğinden kaynaklanır. Asenkron motordaki güç kayıpları elektrik ve mekanik olarak iki kısımda incelenir.

Elektrik Kayıpları

• Stator bakır kayıpları (Pscu)
• Rotor bakır kayıpları (Prcu)
• Demir kayıpları (Pfe)

Mekanik Kayıplar (Döner Kayıplar)

• Sürtünme ve rüzgar kayıpları (PF&W)
• Kaçak yük kayıpları (Pkaçak

Elektrik Kayıpları

• Stator Bakır Kayıpları (Pscu)

Stator sargılarının iç direncinden dolayı oluşan kayıplardır. Stator sargı direnci Rs ve statordan geçen akım Is ise bir faz ve toplam stator bakır kayıpları şu şekilde bulunur.

𝑷_{𝒓𝒄𝒖,𝒇𝒂𝒛} = 𝑰_𝒔 ^𝟐 . 𝑹_𝒔 (Faz başına stator bakır kaybı)

𝑷_𝒔𝒄𝒖 = 𝟑. 𝑰_𝒔 𝟐 . 𝑹_𝒔 (Toplam stator bakır kaybı)

• Rotor Bakır Kayıpları (P_rcu)

Rotor sargılarının iç direnci nedeni ile sargılardan geçen akım rotor bakır kaybına sebep olur. Bir faz eşdeğer devresinde rotor sargı direnci 𝑹’_r olarak verilmiştir. Rotordan geçen akım I’_R bir faz ve toplam rotor bakır kayıpları şu şekilde bulunur.

𝑷_{𝒓𝒄𝒖,𝒇𝒂𝒛} = 𝑰_𝒓 ′^𝟐. 𝑹’_𝒓  (Faz başına rotor bakır kaybı)

𝑷_𝒓𝒄𝒖 = 𝟑. 𝑰_𝒓 ′^𝟐. 𝑹’_𝒓 (Toplam rotor bakır kaybı)

Rotor bakır kaybı rotor akımı ve etkin rotor direncine göre değişir. Etkin rotor direnci kayma ile değiştiği için rotor bakır kayıpları rotor akımı ve motor kaymasına göre değişir. Etkin rotor direnci;

gibi iki şekilde yazılabilir.

𝑹’_r değeri rotor bakır kayıplarını, kayma ile değişen ikinci bölüm ise elektrikten mekaniğe dönüştürülen gücü (𝑷_𝒎𝒆𝒌 ) yani rüzgar, sürtünme, kaçak yük kayıpları ve mil gücünün toplamını gösterir.

𝑹’_r değeri rotor bakır kayıplarını, kayma ile değişen ikinci kısım ise elektrikten mekaniğe dönüştürülen gücü (𝑷_𝒎𝒆𝒌 ) yani rüzgar, sürtünme, kaçak yük kayıpları ve mil gücünün toplamını temsil eder.

Bir faz rotor giriş gücü etkin rotor direncinden;

olarak bulunur.

Mekanik güç rotor döndüğü süre boyunca vardır. Bir faz gücü aşağıdaki formül ile hesaplanır.

Bu güç aynı zamanda rotor çıkış gücünü de verir.

MANYETİK MALZEMELER

Manyetik malzemeler üç bölüme ayrılırlar.

• Ferromanyetik malzemeler
• Paramanyetik Malzemeler
• Diyamanyetik Malzemeler

Ferromanyetik malzemeler:

Nikel, çelik, demir, alniko, kobalt,  gibi iyi mıknatıslanma etkisine sahip malzemelerdir. Manyetik alandan uzaklaştırılsalar da mıknatıslık özelliği gösterirler. Bu tür maddeler mıknatıs, elektrik motoru, jeneratör, elektrik trafoları ve sabit disk gibi araçların yapımında kullanılır.

Paramanyetik Malzemeler:

Ferromanyetik malzemelerin tersine yalnızca manyetik alan altında iken mıknatıslanırlar. Bu manyetik malzemeler kalsiyum, krom, tungsten, magnezyum, alüminyum, platin gibi malzemelerdir.

Diyamanyetik Malzemeler:

Diyamanyetik maddeler, herhangi bir mıknatıs tarafından, o mıknatısın manyetik alanı içerisindeyken manyetik alan çizgilerine zıt yönde mıknatıslaştırılmaya uğrayabilen altın, bakır, bizmut, elmas, gümüş, kurşun, silikon, civa v.s. gibi maddelere denir. Kendisini mıknatıslaştıran cisim tarafından itilirler.

• Fuko (Eddy) Kayıpları

Değişken manyetik alan içerisinde kalan demir nüvede endüklenen gerilim sebebi ile nüve üzerinde fuko akımları dolaşır. Bu akımlar nüve üzerinde ısı şeklinde bir enerji açığa çıkarak güç kaybı meydana getirirler.

• Nüve (Demir) Kayıpları

Asenkron motor nüve kayıpları hem stator hem de rotor da oluşur. Nüve kayıpları fuko akımları ve histeresis
kaybı olmak üzere iki kısımdan meydana gelir.

𝑷_𝒇𝒆 = 𝑷_{𝒆𝒅𝒅𝒚} + 𝑷_𝒉𝒊s

• Histeresis Kayıpları 

Zamana göre değişen manyetik akı yoğunluğu sebebi ile, nüvenin manyetik domainlerin deki her bir atomunun, manyetik akı yoğunluğunun pozitif ve negatif yarı saykılların da yön değiştirmesi sırasında ısı şeklinde harcanan güçtür.

Demir kayıplarını meydana getiren fuko ve histeresis kayıpları frekansla doğru orantılıdır. Ancak senkron hıza yakın değerlerde çalışan bir asenkron motorun kayması çok küçük olacağı için, rotorda oluşan nüve kayıpları da çok küçük olacaktır. Bundan dolayı rotor nüve kayıpları genelde stator nüve kayıpları ile beraber stator tarafında toplam nüve kaybı olarak hesaplanır. Asenkron motorun bir faz eşdeğer devre şemasına göre nüve kayıplarının R_c ve E_s cinsinden değeri;

olarak hesaplanır.

Mekanik Kayıplar (Döner Kayıplar)

• Sürtünme ve Rüzgar Kayıpları  ( P_F&W) (Mekanik Kayıpları)

Sürtünme kayıpları, bilye ve yataklarda oluşan ve motor geniş hız bandı içinde çalışmıyorsa sabit kabul edilen kayıplardır. Boş çalışma deneyi yapılarak hesap yapılabilirler. Rotorun hızına bağlı olan kayıplar, rüzgar kayıplardır. Asenkron motor boşta çalışırken rotor devresinden çok küçük bir akım geçeceğinden dolayı rotor bakır kayıpları önemsenmeyebilir.

Buna doğrultuda motorun boş çalışmada çektiği güç; stator bakır kaybı, toplam nüve kayıpları ve sürtünme ve rüzgar kayıplarına eşittir. Nüve kayıpları sabit kabul edilirse, nüve kayıpları ve sürtünme – rüzgar kayıpları döner kayıplar olarak alınabilir.

• Kaçak Yük Kayıpları (P_kaçak)

Kaçak yük kayıpları ekstra nüve kayıpları olup, yüke bağlı olarak artan hava aralığı kaçak akısı ve bu akıların yüksek frekanslı etkileri sonucu ortaya çıkar. Bir asenkron motorun kaçak yük kayıpları, motorun yüklü durumdaki toplam kayıplarından direk olarak hesaplanan kayıpların çıkartılması ile hesaplanır.

𝑷_{𝒌𝒂ç𝒂𝒌} = 𝑷_𝒕𝒌 – (𝑷_𝒇&𝑤 + 𝑷_𝒇𝒆) − 𝑷_𝒔𝒄𝒖 − 𝑷_𝒓𝒄𝒖

Kaçak yük kayıpları; asenkron motorun hem stator hem de rotorun da oluşan ekstra nüve kayıplarıdır. Kaçak yük kayıpları genel olarak motorun çıkış gücünün %1‘ i değerinde alınır.

DC MOTOR KAYIPLARI

 DC motorlarda meydana gelen DC motor  kayıp çeşitleri kayıplar üç kısma ayrılır.

1. Bakır Kayıpları
2. Demir Kayıpları
3. Rüzgar ve Sürtünme Kayıpları

1-Bakır Kayıpları

Bakır kayıpları akımdan dolayı meydana gelir. Akım geçen her kısımda bakır kayıpları vardır. DC motorlarda bakır kaybı, endüvi sargılarında, şönt sargılarında, seri sargılarında, yardımcı kutup sargılarında ve kompanzasyon sargılarında oluşur.

2-Demir Kayıpları

Kutupların manyetik alanından dolayı motorun hareket eden bölümlerinde meydana gelir. Endüvi manyetik alanından dolayı kutup uçlarında kayıplar oluşur. Bu çeşit kayıplara demir kayıpları denir. Demir kayıplaarından olan Histerisiz ve fukolt kayıpları, yük ile birlikte çok az değişme gösteren  sabit kayıplardır.

3-Rüzgar ve Sürtünme Kayıpları

DC motorlarında oluşan çeşitli sürtünme ve vantilasyon (rüzgar) nedeni ile enerji kaybı meydana gelir. Bu kayıplar, fırçalarda, yataklarda, endüvinin döner iken hava ile sürtünmesi ve motoru soğutmak için kullanılan vantilatörün oluşturduğu kayıpların bütünüdür. Sürtünme ve rüzgar kayıpları ne kadar sabit olsa da devir sayısıyla biraz değişir.