Elektrik Motoru Çeşitleri: AC-DC, Asenkron-Senkron ve Hangisi Hangi İşe Uygun?

Bir CNC tezgâhının içine bakıldığında tek bir makinede üç farklı motor ailesi görülebilir. Talaş konveyörünü döndüren sade bir trifaze asenkron motor, eksenleri milimetrenin altında konumlandıran servo motorlar ve soğutma sıvısı pompasını çeviren küçük bir motor. Hepsi elektrik enerjisini dönme hareketine çevirir ama birbirinin yerine kullanılamaz. Elektrik motoru çeşitleri arasındaki farkı bilmek, "hangi motor en iyisi?" sorusunu "bu iş için hangi aile?" sorusuna çevirmeyi sağlar.

Birinci ayrım: alternatif akım mı, doğru akım mı?

Motorlar önce besledikleri akıma göre ayrılır.

• DC motorlar doğru akımla çalışır. Hızları gerilimle kolayca ayarlandığı için uzun yıllar hız kontrollü tahriklerde, vinçlerde ve haddelerde kullanıldılar. Fırçalı tiplerde kollektör ve fırçalar aşınır ve düzenli bakım ister. Bugün sanayide yerlerini büyük ölçüde frekans konvertörlü AC motorlara bırakmış durumdalar; akülü araçlar, forkliftler ve küçük cihazlarda ise yaygın olmaya devam ederler.
• AC motorlar şebekenin alternatif akımıyla doğrudan çalışabilir. Fırça ve kollektör gerektirmeyen yapıları nedeniyle sanayideki motorların büyük çoğunluğu bu gruptadır.

AC motorların içinde: asenkron ve senkron

Alternatif akım motorlarını ayıran asıl soru, rotorun döner manyetik alanla aynı hızda dönüp dönmediğidir.

Asenkron (endüksiyon) motor

Statorun ürettiği döner alan, rotorda akım indükler ve rotoru peşinden sürükler. Rotor bu alanın biraz gerisinde döner; bu farka kayma denir. Rotorun yapısına göre iki tipi vardır:

• Sincap kafesli (kafes rotorlu): Rotorda kısa devre edilmiş alüminyum ya da bakır çubuklar bulunur. Dışarıya çıkan bir bağlantısı, fırçası veya bileziği yoktur. Basit, sağlam ve ucuzdur; pompa, fan, kompresör, konveyör ve kırıcı gibi uygulamaların büyük çoğunluğu bu motorla çalışır.
• Bilezikli (rotoru sargılı): Rotor sargıları bilezikler ve fırçalar üzerinden dışarı alınır, kalkışta rotor devresine direnç eklenebilir. Çok ağır kalkışlı büyük tahriklerde kullanılırdı; frekans konvertörleri ve soft starter'lar yaygınlaştıkça yeni projelerde nadir görülür hâle geldi.

Senkron motor

Rotor, döner alanla tam aynı hızda döner. Rotorda kalıcı mıknatıs bulunan tipler (PM senkron) yüksek verim sunar ve genellikle bir sürücüyle çalışır. Senkron relüktans motorlar ise mıknatıs kullanmadan, rotorun manyetik biçimi sayesinde senkron döner. Her iki tip de çoğu zaman frekans konvertörü olmadan şebekeye doğrudan bağlanamaz; bu nedenle motor ve sürücü birlikte seçilir.

Asenkron motorun devri kutup sayısına bağlıdır ve 50 Hz şebekede 2, 4, 6 ve 8 kutup için yaklaşık 3000, 1500, 1000 ve 750 d/d civarındadır. Ayrıntılar kutup-devir tablosu yazımızda yer alıyor.

Besleme türüne göre: monofaze ve trifaze

Asenkron motorlar şebeke bağlantısına göre de ikiye ayrılır. Monofaze motorlar 220 V'luk tek faz hattan çalışır; kendi başlarına kalkış momenti üretemedikleri için bir yardımcı sargı ve kondansatör kullanırlar. Ev tipi şebekenin olduğu yerlerde küçük pompa, kompresör ve atölye makinelerinde tercih edilirler; HEM Motor monofaze serisi 0,18–5,5 kW aralığındadır. Trifaze motorlar ise üç fazlı sanayi şebekesinden beslenir, daha yüksek güçlere çıkar, daha düzgün tork üretir ve aynı güçte daha küçüktür. Hangisinin seçileceğini monofaze mi trifaze mi yazısında karşılaştırdık.

Konumlama ve hassas hareket için özel motorlar

Bazı motorlar sürekli dönmek için değil, belirli bir açıya gitmek ve orada durmak için tasarlanır:

• Servo motor: Mil konumunu okuyan bir geri besleme elemanı (enkoder veya resolver) ve kendi sürücüsüyle çalışır. CNC eksenleri, robotlar ve paketleme makinelerindeki hızlı, hassas hareketler için kullanılır.
• Step (adım) motor: Her darbede belirli bir açı kadar döner. Geri beslemesiz çalışabildiği için basit konumlama işlerinde, 3D yazıcılarda ve dozaj cihazlarında yaygındır. Yüksek hızda ve yüksek yükte adım kaçırabilir.
• Fırçasız DC (BLDC): Elektronik komütasyonlu, kompakt ve verimli motorlardır. Fanlar, küçük pompalar ve taşınabilir ekipmanlarda sık görülür.

Bu motorlar kendi sürücüleriyle bir sistem olarak satılır ve bir sanayi asenkron motorunun yerine kullanılmaz; tersi de geçerlidir.

Sanayi asenkron motorunun kendi alt çeşitleri

Üç fazlı kafes rotorlu motora karar verildiğinde çeşitlilik bitmez, sadece başka eksenlere taşınır. Katalogda aynı temel motorun farklı versiyonları şu özelliklerle ayrılır:

• Verim sınıfı: IE3, IE4 ve IE5. Aynı güçteki motorların kayıpları farklıdır; örneğin 7,5 kW 4 kutuplu motorda sınır verimler sırasıyla %90,4, %92,6 ve %94,0'dır. Yatırım farkının nasıl geri döndüğünü IE3 mü IE4 mü yazısında hesapladık.
• Gövde malzemesi: Pik döküm gövde ağır sanayi ve zorlu ortamlar için, alüminyum gövde ise seçili küçük güçlerde hafiflik için tercih edilir.
• Montaj şekli: Ayaklı (B3), flanşlı (B5, B14) ya da ikisi birden (B35, B34); dikey çalışmada V1, V5 gibi konumlar.
• Koruma sınıfı: IP55 standart; ortama göre IP44, IP56 veya IP65.
• Uygulamaya özel versiyonlar: Kırıcı ve değirmen gibi yüksek kalkış torku isteyen yükler için ağır hizmet motorları, elek ve besleyicilerde titreşim üreten vibrasyon motorları, düşük çıkış devri gereken yerlerde redüktörlü motorlar.

Motorun kalkış karakteri de bir ayrım ölçütüdür. Aynı güçteki iki kafes rotorlu motor, rotor çubuklarının tasarımına göre farklı kalkış momenti sunabilir. Bu konuyu moment sınıfları yazısında ele aldık.

Hangi iş, hangi motor ailesi?

Aşağıdaki eşleştirme kesin kural değil, ilk yönelim içindir:

• Sabit devirde sürekli dönen yük (pompa, fan, kompresör, konveyör): trifaze sincap kafesli asenkron motor.
• Devri sık değişen yük (debi ayarlı pompa, hız kontrollü konveyör): frekans konvertörüyle sürülen trifaze asenkron motor; yüksek verim hedefinde PM veya relüktans motor ve uygun sürücüsü.
• Ağır ve darbeli kalkış (kırıcı, değirmen): yüksek kalkış torklu ağır hizmet asenkron motor.
• Yavaş ve yüksek torklu hareket (karıştırıcı, tambur): redüktörlü motor ya da ayrı motor ve redüktör.
• Hassas konum ve hızlı dur-kalk (robot, CNC ekseni): servo sistem.
• Yalnızca tek faz şebeke (küçük atölye, tarım): monofaze motor.

Sonuç

Elektrik motoru çeşitleri ilk bakışta kalabalık görünse de sanayide karşılaşılan işlerin büyük bölümü üç fazlı kafes rotorlu asenkron motora düşer; asıl seçim, bu motorun güç, devir, verim, gövde ve montaj seçenekleri arasında yapılır. Konumlama ve sürücüye bağlı özel motorlar ise ayrı bir sistem olarak değerlendirilmelidir. Uygulamanıza uyan versiyonu üç fazlı elektrik motorları sayfamızdan inceleyebilirsiniz.

Sıkça Sorulan Sorular

Sanayide en çok hangi elektrik motoru kullanılır?

En yaygın tip, üç fazlı sincap kafesli asenkron motordur. Fırça ve bilezik gibi aşınan parçaları olmadığı için bakımı azdır ve pompa, fan, kompresör ile konveyör gibi uygulamaların büyük çoğunluğunda kullanılır.

Asenkron ile senkron motor arasındaki fark nedir?

Asenkron motorda rotor, döner manyetik alanın biraz gerisinde döner ve bu kayma sayesinde tork üretir. Senkron motorda ise rotor alanla tam aynı hızda döner; bu motorlar çoğunlukla bir frekans konvertörüyle birlikte çalıştırılır.

Servo motor yerine asenkron motor kullanılabilir mi?

Sürekli dönen ve konum hassasiyeti gerekmeyen işlerde asenkron motor yeterlidir. Belirli bir açıya hızla gidip durması gereken eksenlerde ise servo sistemin geri beslemesi ve sürücüsü gerekir; asenkron motor bu işi aynı hassasiyetle yapamaz.

DC motorlar artık kullanılmıyor mu?

Sanayideki hız kontrollü tahriklerde DC motorların yerini büyük ölçüde frekans konvertörlü AC motorlar aldı. Akülü araçlar, forkliftler ve küçük cihazlar gibi doğru akım kaynağının bulunduğu uygulamalarda ise hâlâ yaygın olarak kullanılırlar.

HEM Motor’un trifaze asenkron motorları için alüminyum gövdeli (0,25–11 kW) ve pik döküm gövdeli (0,55–355 kW) modellere bakabilirsiniz.