Rotor
Rotor nedir?
Makinelerin dönen bölümlerine rotor (endüvi) denir. Genellikle bir aks veya mil etrafında yapılanmış başka mekanik düzenekleri anlatır. Asenkron motorun dönen bölümü rotordur. Rotor elektrik motorunda, elektrik jeneratöründe veya alternatör de elektromanyetik bir sistemin hareketli bir bileşenidir. Rotorun dönmesi, sargıların ve rotorun ekseni etrafında bir tork üreten manyetik alanlar arasındaki etkileşime bağlıdır.
Genellikle sincap kafesli ve sargılı rotor imalatı iki çeşit yapılır. Her ikisi de üzerine oyuklar açılıp paketlenmiş silisli sacların bir mil üzerine sıkıca yerleştirilmesinden oluşmuştur. İndüksiyon (asenkron) motorlar, jeneratörler ve alternatörler (senkron) bir stator ve rotordan oluşan elektromanyetik bir sisteme sahiptir.
Asenkron motorun rotoru;
- Sargılı rotor (bilezikli rotor)
- Kısa devreli rotor (sincap kafesli rotor)
olmak üzere iki çeşittir. Asenkron motor, rotorun yapısına göre bilezikli rotor ve sincap kafesli rotor olarak ifade edilir. Jeneratörler ve alternatörler de, rotor tasarımları belirgin kutup veya silindiriktir.
Sincap Kafesli Rotor
Rotoru sincap kafesli motorun asenkron motorun ve bilezikli asenkron motorun statoru aynı şekilde yapılmıştır. Yapısal olarak bir fark yoktur. Ancak bu iki tip motoru birbirinden ayıran özellik rotorlarının yapısal olarak farklı olmasıdır.
Sincap kafesli asenkron motorda, rotor sac paketinin dış yüzeyine açılan oyuklar içine pres döküm ile eritilmiş alüminyum veya bakır konulur. Rotor çubukları kısa devre edilir. Montajda bir bükülme vardır: çubuklar manyetik hum (uğultu, vızıltı) ve slot (yiv, yuva) harmoniklerini azaltmak ve kilitleme eğilimini azaltmak için eğiktir.
Sanayide ve diğer birçok alanda kullanılan sincap kafesli rotor imalatı ve yapımı kolay, dayanıklı, işletme güvenliği yüksek, bakım gereksinimi az ve yaygın kullanılan elektrik motorlardır. Sincap kafesli (kısa devre rotorlu) asenkron motorun sakıncası kalkış momentinin nispeten küçük kalkış akımının büyük olmasıdır. Kalkış akımları anma akımının 8-10 katı olabilmektedir. Bu sakıncayı gidermek için asenkron motorlarda kafes yüksek çubuklu,çift çubuklu gibi özel biçimlerde yapılır. Geçit momentini (motorun yol almasından sonra ortaya çıkan en küçük moment) küçük tutmak amacıyla rotor çubukları yatık veya V basamakları halinde düzenlenirler. Kendinden yol verme dirençli olan bu rotorlarda ilk devreye alma anında akım küçük ve döndürme momenti büyük olmaktadır. Bunun sonucu motor daha yumuşak yol alır. Motor yüksek devire ulaştığında rotor direnci kendiliğinden küçülür ve yüklenmeler karşısında devir sayısı değişikliklerini büyük ölçüde önler.
Sargılı Rotor ( Bilezikli Rotor )
Bu tip asenkron motorlarda stator sargılarında olduğu gibi rotor oyuklarına sargılar yerleştirilir. Sargıların uçları üç bakır bileziğe bağlanır. Bileziklerle akım devresi arasındaki bağlantı kömür fırçalar ile sağlanır. Böylece sargı uçları dışarı taşınır. Rotor sac paketi üzerine açılmış oluklarda ki rotor sargılarında genellikle üç faz sargısı bulunmaktadır. Genel olarak bu sargılar yıldız bağlanırlar. Bazı durumlarda rotorda çift faz sargısına da rastlanmaktadır.
Bu tür sargılar motor içinde “V” şeklinde bağlanırlar. İster 3 faz sargılı, ister çift faz sargılı olsun sargı uçları rotor üzerinde bulunan döner bileziklere bağlanır. Bilezikli asenkron motorlarda devir sayısı ile döndürme momenti rotor devresine bağlanan dış dirençlerle ayarlanabilir. Bu dirençlere yol verme dirençleri denir. Yol verme dirençleri ile kalkış akımının istendiği kadar azaltılabilmesi, alkış ve frenleme momentinin arttırılabilmesi mümkün olur. Bilezikli asenkron motorun döndürme momenti, stator ve rotorda oluşan döner alanların manyetik akılarına bağlıdır.
Manyetik akılar sargılardan geçen akımlarla doğru orantılı olduklarından, döndürme momentinin motorun akımına bağlı olduğu gerçektir. Asenkron motorlarda, motorun sukünet durumundan çıkarmak için gerekli moment ilk döndürme momenti ve en büyük döndürme momenti devrilme momenti olarak tanımlanır. Motorun nominal devri ile dönmesi anında milinden uygulanacağı döndürme momentine ise motorun nominal momenti denilir. Devrilme momenti nominal momentin en az 1,6 katı büyüklüğünde olmalıdır.
Rotor döner alan yönünde döndürüldüğüne rotor akımının frekansı küçülmeye başalar. Bununla birlikte rotor sargısının ensdüktansı azalır ancak direncinde bir değişiklik olmaz. Bunun sonucu faz farkı küçülerek döndürme momenti büyür. Rotor sargılarındaki akım ile gerilim arasındaki faz farkı ne kadar küçük olursa döndürme momenti o kadar büyük olur.
Döner bilezikler kısa devre edildiği taktirde, rotor devresinde rotor sargılarının endüktansı nedeniyle, rotorda endüklenen gerilim ile rotor akımı arasındaki faz farkı 90 derece olmaktadır. Ortaya çıkan bu faz farkı rotor döner alanını 90 derece kaydırır. Rotor döner alan kutupları ile stator döner alanın aynı kutupları tam olarak karşı karşıya gelir. Bunun sonucu yalnızca rotor mili yönünde etkiyen bir kuvvet ortaya çıkar ve rotorun dönmesi söz konusu olmaz yani rotor dönmez.
Rotoru bilezikli asenkron motorlarda kömür ve fırçalar üzerinden rotor akımı geçerken, güç kayıpları oluşur. Ayrıca kömür fırçalar ve döner bilezikler devamlı aşınır. Yol verme dirençlerinin üzerinden geçen akım nedeniyle ısı kayıplarının ortaya çıkması istenmeyen bir durumdur.
Rotoru bilezikli asenkron motorların kalkış akımları, nominal akımlarından çok büyük olmadığı için bu motorlar büyük su pompaları, taş kırma makineleri ve büyük takım tezgahları gibi yüksek güç isteyen makinelerin işletmesinde tercih edilir. Ayrıca kalkış momenti çok büyük olduğundan, büyük vinçler gibi çok kuvvetli yükler altında devamlı çalışacak makinelerin güç üreten kısımlarında bu motorlardan yararlanılmaktadır. Ayrıca devir sayıları ayarlanabildiği için kren ve ayarlı makine tezgahlarında sık sık kullanılmaktadır.
DC Motorda Rotor
Rotor (Endüvi)
Endüvi, iletkenleri taşıyan ve gerilim indüklenen bölümdür. Doğru akım motorlarının dönen kısmına endüvi (rotor) denir. Rotor milinden mekanik enerji alınır. Rotor mıknatıs alanında döner. Stator ile rotorun bir ortak yönü vardır. Her ikisinde de saç paket ve bobinler bulunur. Rotor, çelik bir mil üzerine preslenmiş rotor sac paketlerinde, bu sac paketi oluklarına döşenmiş endüvi sargılarından ve sargı uçlarının bağlandığı bir kollektörden oluşur. Rotor akımı, fırça adını verdiğimiz (yayların bastırdığı) kömür çubuklarla kollektör denilen bakır lamalardan meydana gelen kısımdan verilir.
Dinamo saçlarından yapılan rotorun kalınlığı 0,30-0,70 mmdir. İstenildiği biçimde ve ölçülerde presle kesilen dinamo saçları, tavlanır ve birer yüzeyleri yalıtılır. Yalıtma sırasında kağıt, lak kullanılarak bir oksit katman meydana getirilir. Rotorun üzerine iletkenlerin yerleşmesi için oluklar açılır. Rotor üzerindeki oluklara yerleştirilecek rotor sargıları bandajları yapıldıktan sonra oluklara yerleştirilir.
Açılan olukların sayıları ve biçimleri makineye bağlı olarak büyüklüğü, devir sayısı, sarım sayısı ve sarım biçimine göre farklılık gösterir. Oluklar açılırken küçük makinelerde oval ya da yuvarlak, büyük makinelerde ise tam açık olarak yapılmalıdır.
Yara Rotoru
Kutuplu Rotor
Rotor, rotor göbeğinden çıkıntı yapan çelik laminattan yapılmış kutuplu büyük bir mıknatıs. Kutuplar doğrudan akımla veya sabit mıknatıslarla manyetize edilir. Üç fazlı sargıya sahip armatür, üzerine fırçalar sürülmüş ve şaft üzerine monte edilmiş üç kayma halkasına monte edilmiştir. Alan sargısı, manyetik alanı üreten rotor üzerine sarılır ve armatür sargısı, voltajın başlatıldığı statorda bulunur.
Harici bir uyarıcıdan veya rotor şaftına monte edilmiş bir diyot köprüsünden gelen doğru akım (DC), bir manyetik alan oluşturur ve dönen alan sargılarına enerji verir. Alternatif akım da, armatür sargılarına aynı anda enerji verir.
(Armatür: Manyetik devreyi kapamak, mıknatıslanmayı korumak için, mıknatısın kutupları arasına yerleştirilen ve kutupları birleştiren yumuşak demir parçası.)
Silindirik Rotorlar
Silindirik biçimli rotor, yuvalara takılan lamine edilmiş bakır çubuklar olan ve kamalarla sabitlenen rotorun alan sargılarını tutmak için, silindirin dış uzunluğu boyunca uzanan yarıkları olan sağlam bir çelik milden imal edilmiştir. Yuvalar sargılardan izole edilmiştir ve kayma halkaları rotorun ucuna tutturulmuştur. Harici (DC) akım kaynağı, fırçalarla birlikte monte edilen kayma halkalarına bağlanır. Fırçalar, dönen kayma halkaları ile elektrik teması sağlar. Alternatif akımı, doğru akıma dönüştüren makine şaftına monte edilmiş bir redresörün fırçasız uyarımı ile DC akım sağlanır.
Çalışma Prensibi
Üç fazlı bir indüksiyon makinesinde, sabit sargılara verilen alternatif akım, dönen bir manyetik akı oluşturmak için enerjiye dönüştürür. Akı, stator ile rotor arasındaki hava boşluğunda bir manyetik alan oluşturur ve rotor çubukları boyunca akım üreten bir voltaj oluşturur. Rotor devresi kısa devre yapar ve rotor iletkenlerine akım akar. Dönen akı ve akım motoru çalıştırmak harekete geçirmek için tork üreten bir kuvvet oluşturur.
Bir alternatör rotoru, bir demir çekirdeğinin etrafına sarılan bir tel sargıdan meydana gelir. Rotorun manyetik bileşeni, belirli şekil ve ebatlarda iletken yuvaları için çelik laminasyondan yapılır. Bobin teli boyunca akımlar çekirdeğin çevresinde, alan akımı olarak adlandırılan bir manyetik alan oluşturulur. Alan akım gücü manyetik alanın güç seviyesini kontrol eder. Doğru akım (DC), alan akımını bir yönde yönlendirir ve bir dizi fırça ve kayma halkaları tarafından tel bobine iletilir. Herhangi bir mıknatıs gibi, üretilen manyetik alanın kuzey ve güney kutbu vardır. Motorun saat yönünde dönmesi, rotorun tasarımında takılmış mıknatıslar ve manyetik alanlar kullanılarak motorun tersine veya saatin ters yönünde hareket etmesini sağlar.
Rotorların Özellikleri
Sincap kafesli rotor
- Bu rotor, stator dönen manyetik alan veya senkron hızdan daha düşük bir hızda döner.
- Rotor kayma, motor torku için kaymaya orantılı olan rotor akımlarının gerekli indüksiyonunu sağlar.
- Rotor hızı arttıkça, kayma azalır.
- Kaymayı arttırmak motor akımını indükler ve rotor akımı artar ve yük taleplerini arttırmak için daha yüksek tork elde edilir.
Sargılı rotor (Bilezikli Rotor)
- Bu rotor daha düşük başlatma akımı ve sabit hızda çalışır.
- Rotor devresine eklenen dış direnç, başlatma torkunu arttırır.
- Motor hızı arttığında harici direnç azaldığı için motorun çalışma verimi artar.
- Daha yüksek tork ve hız kontrolü vardır.
Kutup rotoru
- Bu rotor 1500 dev / dak altındaki bir devirde (dakikada devir) ve tahrik momenti torkunun% 40’ında uyarı olmadan çalışır.
- Geniş bir çapa ve kısa eksenel uzunluğa sahiptir.
- Hava boşluğu düzensizdir.
- Rotorun düşük mekanik mukavemeti vardır.
Silindirik rotor
- Rotor, 1500-3000 rpm arasında bir hızda çalışır.
- Güçlü mekanik mukavemete sahiptir.
- Hava boşluğu üniform (üniform; düzgün, muntazam)
- Çapı küçüktür ve büyük bir eksenel uzunluğa sahiptir ve belirgin kutup rotorundan daha yüksek bir tork gerektirir.