AC Makinelerde Dönen Manyetik Alan Nasıl Çalışır? 

AC makinelerinin temel çalışma prensibi , rotorun manyetik alanın dönme hızına bağlı bir hızda dönmesine neden olan dönen bir manyetik alanın oluşturulmasıdır.

 

AC Makinelerde Dönen Manyetik Alan Nasıl Çalışır?

Bu yazımda, alternatif akımlar aracılığıyla bir AC makinesinin stator ve hava boşluğunda dönen bir manyetik alanın nasıl üretilebileceğini açıklamaya çalışacağım.

Şekil 1 - İki kutuplu üç fazlı stator

Şekil 1'de gösterilen, aa′, bb′ ve cc′ sarımlarını destekleyen statoru düşünün. Bobinler geometrik olarak 120◦ aralıklıdır ve bobinlere üç fazlı bir gerilim uygulanır. Üç fazlı bir kaynak tarafından üretilen akımlar da aşağıdaki Şekil 2'de gösterildiği gibi 120◦ aralıklıdır.

Şekil 2 - Üç fazlı stator sargı akımları

Burada ωe, AC beslemesinin frekansı veya hat frekansıdır. Her bir sargıdaki bobinler, herhangi bir sargı tarafından üretilen akı dağılımının yaklaşık olarak sinüzoidal olacağı şekilde düzenlenir.

Böyle bir akı dağılımı, stator yüzeyi üzerindeki her bir sarım için bobin gruplarının uygun şekilde düzenlenmesiyle elde edilebilir. Bobinler 120◦ aralıklı olduğundan, üç sargının katkılarının toplamından kaynaklanan akı dağılımı, Şekil 3'te gösterildiği gibi ayrı sargılardan kaynaklanan akıların toplamıdır.

Şekil 3 - Üç fazlı bir stator sargısında dönme açısının bir fonksiyonu olarak akı dağılımı

Böylece, üç fazlı bir makinedeki akı, Şekil 4'teki vektör diyagramına göre uzayda döner ve akı, genlikte sabittir. Makinenin statorundaki sabit bir gözlemci, Şekil 3'te gösterildiği gibi sinüzoidal olarak değişen bir akı dağılımı görecektir.

Şekil 4 - Üç fazlı bir makinede dönen akı

Şekil 3'ün sonuçta ortaya çıkan akısı, Şekil 2'deki akımlar tarafından üretildiğinden, akının dönme hızı, sinüzoidal faz akımlarının frekansı ile ilişkili olmalıdır. Şekil 1'deki stator durumunda, sargı konfigürasyonundan kaynaklanan manyetik kutup sayısı 2'dir.

Bununla birlikte, sargıları daha fazla kutba sahip olacak şekilde yapılandırmak da mümkündür. Örneğin, Şekil 5, dört kutuplu bir statorun basitleştirilmiş bir görünümünü tasvir etmektedir.

 

Şekil 5 - Dört kutuplu stator

Genel olarak, bir döner manyetik alanın hızı uyarım akımın frekansı “f” tarafından belirlenir ve stator içinde mevcut kutup sayısı “p” ise:

Burada n_s (veya ω_s) genellikle senkron hız olarak adlandırılır.

Burada sargıların yapısı, AC makinesinin bir motor veya bir jeneratör olup olmadığına bakılmaksızın aynıdır. İkisi arasındaki ayrım, güç akışının yönüne bağlıdır. Bir jeneratörde, elektromanyetik tork, makinenin dönüşüne karşı çıkan bir reaksiyon torkudur; bu, ana hareket ettiricinin çalıştığı torktur.

Bir motorda armatürde üretilen rotasyonel (hareketli) gerilim, uygulanan gerilime karşı çıkar. Bu gerilim, sayaç (veya geri) emf'dir. Bu nedenle, şimdiye kadar verilen dönen manyetik alanın açıklaması, AC makinelerde hem motor hem de jeneratör hareketi için geçerlidir.

Yukarıda açıklandığı gibi, stator manyetik alanı bir AC makinesinde döner ve bu nedenle rotor stator alanına "yetişemez" ve sürekli onu takip eder. Rotorun dönme hızı bu nedenle stator ve rotorda bulunan manyetik kutupların sayısına bağlı olacaktır.

Makinede üretilen torkun büyüklüğü, stator ve rotor manyetik alanları arasındaki γ açısının bir fonksiyonudur. Bu tork için kesin ifadeler, manyetik alanların nasıl üretildiğine bağlıdır ve senkron ve indüksiyon makinelerinin iki durumu için ayrı ayrı verilecektir.

Tüm dönen makinelerde ortak olan şey, herhangi bir tork üretilecekse stator ve rotor kutuplarının sayısının aynı olması gerektiğidir. Ayrıca, her bir kuzey kutbu “N” için karşılık gelen bir güney kutbu”S” olması gerektiğinden, kutup sayısı eşit olmalıdır.

Bir elektrikli makinede istenen önemli bir özellik, sabit bir elektromanyetik tork üretme yeteneğidir.

Sabit torklu bir makineyle, motorun kendisinde ve motora bağlı diğer mekanik bileşenlerde (örneğin, miller veya kayış tahrikleri gibi mekanik yükler) istenmeyen mekanik titreşime yol açabilecek tork titreşimleri önlenebilir. Sabit bir tork her zaman elde edilemeyebilir, ancak uyarma akımları çok fazlı olduğunda bu hedefe ulaşmanın mümkün olduğu gösterilecektir.

Bu bağlamda genel bir kural, kutup başına sabit bir akı üretmenin mümkün olduğu ölçüde istenmesidir.

KAYNAK: Electrical Engineering Portal

<script async src="https://pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js?client=ca-pub-7872010420348031"

     crossorigin="anonymous"></script>