Frenleme teknikleri

Frenlemede kullanılan yöntemlerden biri mekanik frenlemedir. Mekanik fren sistemleri ile motor devreden ayrıldıktan sonra balata düzeneğiyle yavaşlatılır. Hızlı durdurma yöntemi ile tahrik düzeninin boşta çalışma ve ölü zaman bölgelerinin azaltılması ile sistem verimi daha da artırılır. Asenkron motorlarda mekanik frenlemenin dışında elektriksel frenleme de kullanılmaktadır.

Frenlemenin Önemi ve Frenleme Çeşitleri

Motorların enerjisi kesildikten sonra rotor kendi ataletinden dolayı bir süre daha dönüşünü devam ettirir. Yani motorun durması için durdurma butonuna basıldığı zaman motor durmayıp bir süre daha azalan bir hızla dönmeye devam eder ve sonra durur. Büyük güçlü motorların ebatları da büyük olduğu için, durma süreleri uzundur. Özellikle  seri imalat yapılırken motorların durma süresi oldukça önemlidir.

Çünkü seri imalat sırasında kullanılan bir tezgâhta durdurma butonuna basıldıktan sonra parçayı değiştirmek için motorun durması beklenir. Bu durum zaman kaybına ve de bazı iş kazalarına sebep olur. Oysa  motor kısa sürede durdurulursa zamandan kazanılır ve daha çok iş yapılır. AC motorun durdurma butonuna basıldığı zaman hemen durması için yapılan uygulamaya frenleme denir. Motoru daha kısa zamanda durdurma veya yükün yer çekimi sebebiyle motor devrinin artmasına neden olduğu anlarda elektriksel frenleme yapılır.

Frenleme Çeşitleri

Elektriksel frenleme:

• Balatalı frenleme (Mekanik frenleme)
• Dinamik frenleme
• Ani durdurma

BALATALI FRENLEME

İki adet balata yardımı ile motor kasnağının sıkılarak durdurulmasına balatalı frenleme veya mekanik frenleme denir. Genel olarak vinç fren sistemleri ve asansör fren sistemlerinde kullanılan balatalı frenleme, motor fabrikaları tarafından özel olarak imal edilen motorlara uygulanır.

Balatalı frenlemede güç ve kontrol devresi

Balatalı frenlemede motorun kasnağı bir yay yardımıyla iki balata tarafından sıkılır. Balatalı frende bulunan elektromıknatıs enerjilendiği zaman balataları açarak motor kasnağını serbest bırakır. Balatalı frenin ( A ) bobini frenleyeceği motorun uçlarına bağlanır. Motor çalışmaya başladığı zaman elektromıknatısın bobini enerjilenir. Balatalar motor kasnağından ayrılır. Bu sırada motor şebekeye bağlandığı için yol alarak normal çalışmasına başlar. Durdurulmak istendiği zaman ise motor elektriksel olarak şebekeden ayrılır. Aynı anda (A) fren bobininin de enerjisi kesilir.

Mekanik frenlemede balataya sürtünmeden dolayı toz ve koku oluşur. Bundan dolayı genel olarak insansız ortamlarda kullanılır. Asansör veya vinç gibi sistemlerde motorların kapalı alanda frenlenmesi için tercih edilirler. Balatalı fren bobinleri alternatif akımla kullanılabilse de, genel olarak doğru akımda kullanılırlar.

Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi “Y” yayının etkisiyle balatalar motor kasnağını sıkar. Motor kasnağı ile balatalar arasındaki mekanik sürtünme kuvveti, motoru çok kısa bir zaman içinde durmasını sağlar. Mekanik frenlemede balataya sürtünmeden dolayı toz ve koku meydana gelir. Bundan dolayı genellikle insansız ortamlarda kullanılır. Asansör veya vinç gibi sistemlerde motorların kapalı alanda frenlenmesi için tercih edilirler. Balatalı frenler vinç fren sistemleri ve asansör fren sistemleri benzeri düzeneklerde kullanılan motorların frenlenmesinde sık olarak kullanılır. Balatalı fren bobinleri alternatif akımla kullanılabilse de, genel olarak doğru akımda kullanılırlar.

Elektromıknatıs ile çalışan balatalı bir fren düzeneği

Stator ve rotor normal bir asenkron motorlardaki gibi yapılır. Buna mekanik bir frenleme düzeneği eklenir. Elektrik ile beslenen frenleme bobini ile çalışan frenleme düzeneği motordan ayrıdır. Bu çeşit motorlar dış yüzeyden soğutmalıdır.

3 fazlı asenkron motorlar standart parçalardan yapılır. Kuru tipte çalışan bir fren düzeni, elektromanyetik bir cihazdır. Bobinden akım geçince meydana gelen manyetik alanın çekim kuvveti, yay kuvvetini yener ve fren bırakılır. Fren düzeneği havalandırıcının bulunduğu arka kapak kısmına yerleştirilir. Sabit kısım fren yanındaki motor kapağına, hareketli kısım ise motor miline bağlanır. Frenleme tepsisinin iki tarafında balata vardır.

Balatalar, motorun aşınmaya dayanıklı şekilde yapılan motor yatak kapaklarına sürtünerek frenleme yapılır. Sabit kısımda bulunan çekim tepsisi cıvatalar üzerinden kapağa sabitlenir. Sınırlı eksenel hareket yapabilir. Ayrıca dönemez ve arasında elektromıknatısın boyuna göre 0,2 ~ 0,5 mm mesafe vardır. Motor akımı kesildiği zaman elektromıknatıs bobininden de akım geçmez. Baskı yayları çekim tepsisi üzerinden frenleme tepsisini yatak kapağı üzerine bastırır. Bu durumda bir fren momenti oluşur ve mil frenlenir.

Sistemde elektromıknatısın akımı ayarlanarak baskı balatasının ve frenleme tepsinin birbirine karşı uyguladıkları kuvvet ayarlanarak fren momenti de ayarlanabilir. Fren bobini genel olarak doğru akımla beslenir. Bunun nedeni ise alternatif akımdaki sıfır “(0)” geçiş anlarındaki momentin de o anlarda sıfır olmasıdır. Bu ise istenen ayar fren momentinin de darbeli ve vuruntulu çalışmasına neden olur.

Eğer fren momenti ayarlanmayacak ve sadece açma kapama yaptırılacaksa elektromıknatıs bobini istenirse alternatif akımla da uygulanabilir. Ama yine de denebilir ki açma kapama yaptırılacak olsa bile elektriksel bakımdan iyi bir frenleme  alternatif akımla yapılamaz. Çünkü alternatif akımda açma kapama süresi doğru akıma nazaran üç katı artar. Frenleme momenti akımsız durumda ve yay kuvvetiyle sağlandığı için tepsi fren aynı zamanda bir güvenlik frenidir. Çünkü motor çalışırken şebekeden elektrik enerjisi kesilse bile fren kendi kedini kilitler ve düzenek durur. Fren momenti motor momentinin yaklaşık iki katıdır. My=2.Mn

Yıldız-üçgen çalışan motorun balatalı frenleme durdurulmasına ait kumanda şeması

Yukarıdaki şekildeki devrede “b2” butonuna basıldığı zaman, “C” kontaktörü enerjilenerek kontaklarını kapatır. Mühürleme kontağı ve transformatöre seri bağlı kontak kapanarak motorun frenleme bobinini enerjilendirir. Nüvenin enerjilenmesi ile motor kasnağını sıkan balatalar, kasnağı serbest bırakır. Motor yıldız bağlı olarak çalışır. Bir süre sonra “d” zaman rölesi “Y” kontaktörünün enerjisini keserek “Δ” kontaktörünü enerjiler. Motor “Δ” olarak çalışmasını sürdürür. Motor durdurulmak istenirse “b1” butonuna basılır ve motorun enerjisi kesilir. Aynı zamanda fren bobini de enerjisiz kalır ve balatalar yay yardımıyla sıkılır. Motor balataların motor kasnağını sıkması ile frenleme gerçekleşir.

• Frenli Motorlar

Mekanik ve elektriksel özellikleri QS tip motorları ile aynıdır. Frenli motorların kasnak tarafı aksı motor kapağı pik dökümüdür. Frenli motorlarda standart olarak 100Volt, DC gerilim ile çalışan, güvenilir elektromanyetik fren mekanizması kullanılmaktadır. Özel uygulamalar için fren voltajı değiştirilebilir.

Enerji kesildiği zaman yay kuvveti ile fren balatasını sıkıştıran hareketli disk otomatik olarak frenlemeyi sağlar. Yeniden enerji verildiği zaman manyetik olarak geri çekilen disk fren balatasının serbest kalmasını sağlar. Milin hareketine olanak verir. Fren balatası asbestsiz malzemeden yapılır. Bundan dolayı uzun ömürlüdür. Ayar halkası vasıtasıyla fren momenti değiştirilebilir. Fren motorları vasıtasıyla iş makinelerinin zorlanmadan ve ısınmadan frenlemesi sağlanır.

Not: Qs= Step motorun adım açısını tanımlar.

Fren motorlarında aranan başlıca özellikler:

Fren balatasının az aşınması ve az bakım gerektirmesi, küçük yer tutması, basit ve korozyona dayanıklı olması, yüksek işletme güvenliği sağlaması, büyük savurma kütlelerini frenleyebilmesi, durma sırasında fren kuvvetini sürekli koruyabilmesi, minimum gürültü ile çalışması, fren kuvvetinin mekanik olarak ya da elektriksel olarak kolayca ayarlanabilmesi, çok sık devreye girip çıkabilmesiyle elverişlidir. Genel  olarak fren motorlarında bir asenkron motor ve bir fren donanımı ile birleştirilerek kullanılır.

• Yay Baskılı Elektromanyetik Frenler

Çok geniş bir uygulama alanına sahip olan elektromanyetik frenler, elektrik motorlarında hassas ve kararlı frenleme yapar. DC ve AC gerilimler ile çalışırlar. Genel olarak DC gerilim ile çalışır.

Yay baskılı fren bobini

Elektromanyetik frenlerin uygulama alanları; vinç, makineler, metal işleme makineleri, ağaç işleme makineleri, crane, ambalaj makineleri sanayi, konveyör sanayi, bant, değişik endüstriyel uygulamalardır.

• Çalışma Prensibi

Elektromanyetik frenlerin iki sürtünme yüzeyi vardır. Bu yüzeylerin arasında balata bulunur. Fren torku, bobine DC gerilim uygulanmadığında baskı yaylarının kuvveti ile balatanın sürtünme yüzeyleri, iki flanş arasında sıkıştırılması sonucunda meydana getirilir. Fren bobininin beslenmesi ile fren gövdesinde manyetik alan oluşturulur.

Fren baskı flanşı elektromıknatısa doğru çekilir. Bu halde rotor mili üzerine çoklu dişli düzenek ile takılmış olan balata serbest kalır. Gerilim kesilince manyetik alan yok olur. Yayların kuvveti ile baskı pleyti balatayı sıkıştırır. Bundan dolayı motor frenlenmiş olur. Frene gerilim uygulanmadığı sürece fren yayların yaptığı baskı sebebi ile kapalı durumdadır. Gerilim uygulandığı zaman elekromanyetik kuvvet yay baskısını yenerek freni açar.