Üç Fazlı Motor Seçimi ve Kumanda Devreleri

Konu Anlatımı

Üç Fazlı Motor Seçimi ve Kumanda Devreleri

Üç fazlı motorlar, endüstriyel üretimde en yaygın kullanılan elektrikli çeviricilerdir. Stator sargılarına üç fazlı gerilim uygulandığında belirli bir hızda dönme alanı oluşur ve rotor bu alanda döner. Motorun devri, besleme frekansı ve statorun kutup sayısıyla doğrudan ilişkilidir.

Devre Bağlantısı ve Devir Hesabı

Devir sayısı, frekansın kutup çifti sayısına bölünüp dakikadaki tur sayısına çevrilerek bulunur. Kutup sayısı arttıkça devir azalır. Devre bağlantısının değiştirilmesi (yıldız-üçgen) devri değiştirmez, sadece yol verme anındaki akım ve momenti etkiler. Devir kayması ise yük arttıkça devrin bir miktar düşmesidir.

Anma Akımı ve Güç Değerleri

Anma akımı, motorun etiketinde yazılı güç, gerilim, güç faktörü ve verim değerlerinden hesaplanır. Hesapta kök üç katsayısı kullanılır. Anma akımı, termik koruma elemanlarının ayarı ve kablo kesitinin seçimi için temel değerdir. Görünür güç ise gerilim ile akımın çarpımından bulunur ve tesisat kapasitesini belirler.

• Anma akımı koruma ayarı ve kablo kesiti için esastır.
• Anma gücü etiket değeri, kısmi yükteki gerçek çıkış gücünü göstermez.
• Motor seçiminde iş koşulları ve çalışma rejimi hesaba katılır.

Yol Verme Yöntemleri

Doğrudan yol vermede motor şebekeye ani olarak bağlanır; başlatma akımı anma akımının birkaç katına çıkabilir. Yıldız-üçgen yol vermede sargılar önce yıldız bağlanır, akım ve moment düşük başlar, ardından üçgen bağlantıya geçilir. Yumuşak yol vericiler ise başlangıç akımını ve momenti kademeli biçimde sınırlar. Hangi yöntemin seçileceği yükün karakterine ve tesisat kapasitesine göre belirlenir.

Kumanda Devresi Elemanları

Kumanda devresi; çalıştırma ve durdurma butonları, selektör, acil durdurma butonu, sinyal lambaları ve röle kontaktlarından oluşur. Güç devresi ise kontaktör, motor koruma şalteri, termik röle, sigorta ve motorun kendisinden kurulur. Kontaktör, kumanda sinyaline göre ana güç devresini açar ve kapatır. Acil durdurma butonu ana beslemeyi doğrudan kesmelidir.

Koruma ve Emniyet

Koruma; kısa devre, aşırı yük, faz kaybı, topraklama hatası ve aşırı sıcaklık başlıklarında yapılır. Termik röle ayarı anma akımının belirli bir katı üzerinde seçilir; çok yüksek ayar motoru korumaz, çok düşük ayar ise gereksiz devreye girme yaratır. Devreye girmeden önce sıfır gerilim ölçülmeli ve bakımda kilitleme uygulanmalıdır.

Güvenli Çalışma Kuralları

Bakım ve arıza tespiti öncesinde devre kesici açılır, kilitleme etiketi asılır ve sıfır gerilim doğrulanır. Yön kontrolü üretim başlamadan önce yapılır; ters dönüşte yön değiştirici düzenek kullanılır. Faz sırası kontrolü ve motor etiketindeki değerler, devre tasarımının temel girdileridir. Tüm ayar ve koruma değerleri yazılı olarak saklanmalıdır.

Ne Öğreneceğiz

Üç fazlı asenkron motorun çalışma ilkeleri, devir ve akım hesapları, yol verme yöntemleri ile koruma ve kumanda devresi elemanlarının seçimini kapsar. Bu konuda ögrenme çıktıları:

• Üç fazlı motorun stator, rotor ve dönme alanı yapısını açıklar.
• Devir sayısı, anma akımı ve mekanik güç hesaplarını yapar.
• Doğrudan yol verme ile yıldız-üçgen yol vermeyi karşılaştırır.
• Kontaktör, termik röle, koruma şalteri ve butonları görevlerine göre ayırır.
• Yol verme, koruma ve kumanda devresini güvenli biçimde kurgular.

Ön Bilgi

Bu konuya başlamadan önce temel kavram ve ön koşulları kavramanız yardımcı olacaktır. Konunun çerçevesinde şu kavramlar dikkat ister:

• Devir sayısı frekans ve kutup çifti sayısına bağlıdır; bağlantı değişimi devri değiştirmez.
• Anma akımı, etiket değerleriyle hesaplanır ve koruma ayarı ile kablo seçiminin dayanağıdır.
• Çok küçük motor aşırı yüklenip ısınır, çok büyük motor yüksüz çalışıp verim kaybı yaratır.
• Doğrudan yol vermede başlatma akımı anma akımının birkaç katına çıkabilir.
• Yıldız bağlantıda sargılara düşen gerilim, başlangıç momentini ve akımı düşürür.
• Acil durdurma butonu ana besleme devresine bağlanmalı, yalnız kumanda hattına bağlanmamalıdır.
• Faz kaybı ve akım dengesizliği sargıları aşırı ısıtır; faz koruma zorunludur.
• Bakım öncesi kilitleme ve sıfır gerilim doğrulaması, enerji altında çalışmayı engeller.

Basit Örnek ve Günlük Yaşam

Günlük yaşamda ve mesleki bağlamda bir uygulama:

Soru: 50 Hz şebekede 4 kutuplu (2 kutup çifti) bir motor çalışıyor. Tam yük devri yaklaşık kaç d/dk'dır?

1. Adım 1: Kutup sayısından kutup çifti sayısını belirle.
2. Adım 2: Devir bağıntısında frekans ile kutup çiftini yerleştir.
3. Adım 3: Sonucu d/dk cinsinden yaz.

Sonuç/cevap: 60 × 50 = 3000 değerinin 2'ye bölünmesi devri 1500 d/dk olarak verir.

İleri Örnek

Daha ileri bir uygulama:

Soru: Momenti 20 N·m olan bir motor 1500 d/dk devirde çalışıyorsa yaklaşık kaç kW mekanik güç üretir?

1. Adım 1: Devri saniyedeki dönüşe çevirerek açısal hızı bul.
2. Adım 2: Açısal hızı momentle çarp.
3. Adım 3: Sonucu kW cinsine çevir.

Sonuç/cevap: Açısal hız yaklaşık 157 rad/s olur; 20 × 157 çarpımı gücü 3,14 kW olarak verir.

Adım Adım Çözülmüş Örnek

Örnek 1: Tam Yük Devri Hesabı konusunun adımları:

1. Adım 1: Kutup sayısından kutup çifti sayısını belirle.
2. Adım 2: Devir bağıntısında frekans ile kutup çiftini yerleştir.
3. Adım 3: Sonucu d/dk cinsinden yaz.

Karşılaştırma Tablosu

Sık Yapılan Hatalar

Devir bağıntısında kutup sayısını kutup çifti olarak almak: Bağıntıdaki değer kutup çiftidir; kutup sayısı doğrudan yazılırsa devir iki katı hatalı bulunur.

Anma akımı hesabında verim ve güç faktörünü ihmal etmek: Verim ve güç faktörü paydadadır; atlandığında akım gereğinden büyük hesaplanır ve koruma gereksiz çalışır.

Termik röleyi anma akımına eşit ayarlamak: Anma akımı sürekli çalışma akımıdır; aynı değere ayarlanan koruma elemanı yanlışlıkla devreye girebilir.

Acil durdurma butonunu yalnız kumanda hattına bağlamak: Kumanda hattı arızalıysa buton işlevini yitirir; emniyet için ana besleme devresine bağlanmalıdır.

Motor seçiminde en büyük güçlü motoru tercih etmek: Yüksüz çalışan büyük motor yüksek kayıp yapar, küçük motor ise aşırı yüklenip yanar; ikisi de verimsizdir.

Özet

Üç fazlı motorlarda stator sargıları üç fazlı gerilimle beslenir ve rotor oluşan dönme alanında döner. Devir sayısı n = 60 × f / p bağıntısıyla bulunur; 50 Hz ve 2 kutup çiftinde devir 1500 d/dk, 50 Hz ve 3 kutup çiftinde 1000 d/dk olur. Bağlantı değişimi devri değiştirmez. Anma akımı In = P / (√3 × U × cosφ × η) bağıntısından hesaplanır; 5,5 kW, 400 V, cosφ 0,85 ve η 0,87 için 10,7 A bulunur. Görünür güç S = √3 × U × I ile 400 V ve 10,7 A için yaklaşık 7,4 kVA olarak hesaplanır. Mekanik güç P = T × ω bağıntısıyla bulunur; 20 N·m moment ve 1500 d/dk devirde yaklaşık 3,14 kW elde edilir. Termik röle ayarı anma akımının 1,05 ile 1,20 katı arasında seçilir; 10,7 A için 1,15 katsayısıyla 12,3 A ayar yapılır. Doğrudan yol vermede başlatma akımı anma akımının birkaç katına çıkarken yıldız-üçgen yol vermede başlangıç akımı ve momenti düşüktür; geçiş motor akımı anma değerine yaklaştığında yapılır. Kumanda devresinde çalıştırma ve durdurma butonları ile selektör, güç devresinde kontaktör, koruma ştereri, termik röle ve sigorta bulunur. Acil durdurma butonu ana beslemeye bağlanır. Faz kaybı ve akım dengesizliği sargılarda aşırı ısınmaya yol açacağı için faz koruma zorunludur. Bakım öncesi kilitleme ve sıfır gerilim doğrulaması zorunludur.

Kendini Dene

Soru: Yönerge: Bir üretim hattındaki üç fazlı motor için devir, anma akımı ve görünür güç hesaplarını etiket değerlerinden yap; termik röle ve koruma elemanlarının uygun seçimini gerekçelendir.

Örnek cevap: Puanlama anahtarı: kutup sayısı ve frekansla devrin hesaplanması 4 puan; anma akımının doğru hesaplanması 5 puan; görünür gücün hesaplanması 3 puan; termik röle ayarının gerekçelendirilmesi 4 puan; koruma elemanı seçiminin gerekçelendirilmesi 4 puan. Toplam 20 puan.