Elektrik motoru, elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren elektrik makinesidir. Elektrik motorlarının birçoğu döner düzeneklidir. Yani bunlar ben birçoğu döner düzeneklidir. Yani bunlar benzerleri olan üreteçler gibi, bir çekirdek aralığıyla ayrılmış bir sabit (stator) öbürü hareketli (rotor) silindirsel, eş eksenli iki ferromanyetik armütürden oluşur.
Yaygın kullanılan bir aygıt olan elektrik motoru buzdolabının kompresörünü, çamaşır makinesinin pompasını, mutfak aspiratörünün pervanesini çalıştırır. Saniyede uygulanan hassas, tekrarlamalı ve süratli işlemler için kullanılan elektrik motorlarında, geleneksel sargılar (bobin) yerine, samaryum-kobalt mıknatısı gibi nadir, toprak metallerinden yapılmış sabit mıknatıslardan yararlanılır. Elektrik motorlarının titreşim yapmayışı, bu aygıtları özellikle hassas yörüngelerin izlenmesi ve lazerle işaretleme gibi uygulamalarda tercih edilir kılınmıştır. Günümüzde elektrik motorları çoğunlukla mikro işlemcilerle donatılmış ve böylece çalışması kullanıcının ihtiyaçlarına göre ayarlanabilir duruma getirilmiştir. Elektrik motorları doğru akım motorları veya alternatif alan motorları, senkron motorlar veya asenkron motorlar gibi çeşirlere ayrılır. Bunların her birinin kendine özgü uygulama alanları vardır.
Takım tezgâhlarında elektrik motorlarında dönme hızını, işleyen malzemenin çelik, aleminyum veya titan oluşuna göre ayarlar; bunun için, standart asenkron motora mikro işlemcili bir frekans dönüştürücü bağlanmıştır. Bir silahın optronik nişan sistemini çok büyük bir hassasiyetle hedefe doğrultabilmek için, sisteme takılı olan doğru akım motoru, rotorunun kesin konumunu ölçen bir algılayıcıyla ayarlanır.
DOĞRU AKIM MOTORLARI
Hareketleri düzgün, kesin ve güçlüdür. Hızları kolaylıkla değiştirilebilir; ama bunlar çalışırken kıvılcım çıkarır. Eğer bir motor hem sık sık durup çalışacak, hem hassas hız ayarlarına elverişli olacak hem de yük altındayken ani frenlemeler yapacaksa, böyle bir motorun seçimi kolay değildir. Bu koşullar, en yüksek verimin istendiği uygulamalrda aranır. Bu durumda, güçleri onlarca megawatta ulaşan doğru akım motorları kullanılır.
Bu tip motorun en büyük kusuru, bir kolektörü akımla besleyebilmek için fırçaların kullanılması zorunluluğudur.; fırçalar bu işi kolektöre sürtünerek gerçekleştirir, dolayısıyla da kolektörü hem aşındırır, hem de kıvılcım üretir. Bu nedenle doğru akım motorları tümüyle kapalı bir çerçevenin içinde bulundurulur ve içeriye toz veya nem girmesine izin verilmez. Akaryakıt deposu gibi patlama tehlikesinin bulunduğu yerlerde bu tip motorlar kullanılmaz. Buna karşılık, doğru akım motorlarının çok geniş bir çalışma düzenine sahip olma gibi bir üstünlüğü vardır. Bu motorların hızı, bağıl değer olarak 1 ile 300 arasında değişebilir, oysa aynı güçteki bir asenkron motorun çalışma aralığı üç kez daha dardır.
Bir doğru akım motorunun elektronik hız değiştiricisi basittir, hız değişim komutlarına ve ani yüklere kusursuz cevap verir. Doğru akım motorları, düz malzemelerin yüksek bir duyarlılıkla sarılması veya açılmasının gerektiği her yerde kullanılır. Konum kesinliliğinin ve düzenli hareket tekrarının önemli olduğu alanlarda bu tip motorlardan yararlanılır. Otomobil sanayinde son derece gelişkin deneme tezgâhlarında, açılır-kapanır köprülerde ve teleferiklerde hâlâ elektrik motoru kullanılmaktadır. Metalürji sanayiinde son derece gelişkin işlemlerde, mesela metal ambalaj yapımında kullanılan saçların üretiminde, metalin hem işlenme hızı dakikada 800 m’ye ulaşır, hem de kalınlığı 0,17 mm’ye kadar incelir; işte çok duyarlı bir denetim sistemi gerektiren bu tip uygulamalarda doğru akım motorları tereddütsüz tercih edilir.
ALTERNATİF AKIM MOTORLARI
Bu motorların asenkron tipleri standart bir aygıt olmuştur. Senkron tipleriyse, büyük güç gerektiren yerlerde kullanılabilir. Alternatif akım motorları iki grupta toplanabilir: asenkron motorlar (indüksiyon motorları) ve senkron motorlar. Bütün bu motorların temel ilkesi, metalden yapılmış bir kütlenin, döner bir elektromanyetik alan yardımıyla sürüklenmesine dayanır.
Bu iki grup motorlarda da eksenli iki armütür bulunur: bunların ilki olan stator sabit, ikincisi rotorsa hareketlidir. Senkron motorun statoru asenkron motorun statoruyla aynı şekilde ve aynı yapıdadır; birbirinden vernikle yalıtışmış manyetik saçlardan oluşan bir bilezik biçimindedir; bu saçların üzerindeki yivlere üç fazlı akımlarla beslenen bir sargı sarılmıştır.
Bir senkron motorda manyetik alanı, rotorun sargısını besleyen bağımsız bir doğru akım yaratır; burada rotorun çalışma hızı vardır. Bu tip motorların başlıca yetersizliği, rotorun kendi başına harekete geçmemesi sorunudur. “Özsenkron” denen motorlarda, rotorun sargısı yerine sabit mıknatıslar kullanılır.
Asenkron motorun çalışması oldukça farklıdır: rotorun sargısı çok fazladır ve rotora yalnız statordan kaynaklanan tek alan akım indükler. Rotor başka hiçbir enerji kaynağına bağlı değildir. Dönme hızı ne olursa olsun (ilk çalışmada bile), mekanik bir kuvvet çifti sağlar; düzenli çalışma sırasında bu hız senkron hızından (yani döner alan hızından) farklıdır; bu hız farkı motorun üzerindeki yüke bağımlıdır.
Sincap kafesli motorlarda sargı, yapraklı bir rotorun yivlerine yerleştirilmiş bakır veya aleminyum çubuklardan oluşur; bu yapı basit, sağlam ve ucuzdur. Bu tip motorlar, imalat sanayiinde, pompaların ve vantilatörlerin çalıştırılmasında veya ambalajlamada çok yaygın olarak kullanılan standart aygıtlardır. Bu aygıtlar artık, mikro işlemciyle denetlenen frekans dönüştürücüsü sayesinde doğru akım motoruyla rekabet edebilecek güçtedir.
Gücü 10 megawatta kadar çıkabilen doğru akım motoru (1), çok hassas ayarları mümkün kılan güç değiştiricisinin basitliğiyle üstünlük sağlamıştır. En önemli olumsuzluğu ise üstünde sürtünen fırçalar nedeniyle aşınan ve kıvılcım üreten bir kolektörünün bulunmasıdır. Sincap kafesli üç fazlı asenkron motor (2), sağlam, basit ve ucuz olması nedeniyle sanayide yaygın olarak kullanılır. Başka hiçbir güç kaynağına bağlı olmayan rotoru, dönme hızı herne olursa olsun bir kuvvet çifti üretir. Ama dönme hızı da statik bir frekans dönüştürücüyle ayarlanabilir. Nominal hızı dakikada 58,5 devir olan 12 MW’lik bu senkron motor (4), Belçika’da Sidmar çelik fabrikasında sıcak hadde makinesini çalıştıran ve tirostorlar aracılığıyla alternatif akımla beslenen iki dev motordan biridir. Hadde dizisi içine giren 23 cm. kalınlığında 23 t’luk çelik levhalar bu haddeden, yüksek kalitede ince saç bobinler olarak çıkmaktadır. Dev veya minik hangi güçte olursa olsun elektrik motorlarından her alanda yararlanılabilmektedir. Bunun bir örneği yaklaşık 60 kere büyütülmüş, sabit mıknatıslı ve pille çalışan şu minik kol saati motorudur (3). Sürtünmesiz çalışması ve düşük tüketimi bu motora neredeyse sınırsız bir ömür kazandırmaktadır.
HIZ DEĞİŞİMİ
Bir elektrik motorunu istenen hızda döndürmek için, motora mikro işlemcili elektronik bir hız değiştiricisi takmak gerekir.
Değişen hızlar kullanmak söz konusu olduğunda, ilk seçim doğru akım motoru olur. Bu tip motorlarda sabit uyarı altında dönme hızı rotor üzerine uygulanan gerilimle doğru orantılı olarak değişir, kuvvet çifti ile rotordan geçen akımın şiddeti arasındaki oran aynı kalır. Bunun için motora bir redresör (doğrultucu) takmak gereklidir.
Asenkron motorun hız değiştiricisi çok daha karmaşıktır; bu iş için statik frekans dönüştürücüsü kullanılır. Dönüştürme işi iki aşamada yapılır ve ilk aşama sabit bir doğru akımın elde edilmesidir. Dolaylı dönüştürücü denen bu dönüştürücü (konversitör), diyotlu bir redresör ile düzenleyci bir filtreden oluşur bu bileşim bir doğru akım kaynağı işlevi görür. Bunun ardından, yarı iletekn bir dalga üretecinden aluşan doğru akım-alternatif akım dönüştürücüsü gelir. Bu işlem için çoğunlukla, tam olarak bir sinüzoidal akım oluşturma üstünlüğüne sahip darbe genişliği modülasyonu tekniği uygulanır; elbette bu durumda sayısal işlemler için mikro işlemciler kullanmak gerekir.
Günümüzde işlemler dizisinin giderek kusursuz hale getirilmesine yönelik çabalar yoğunlaştırılmış ve bu amaçla “vektörel denetim” denilen yöntem geliştirilmiştir; bu yöntemde, bir başka modülleme tekniğiyle asenkron motorun denetimi basitleştirilmiştir. “Park dönüşümü” denen bir değişkenler değişimiyle, üç fazlı motorun statorundan geçen üç ani akıma tekabül eden iki akımdan yararlanılır; Park stator akımını oluşturan bu iki bileşen, mıknatıslama akımı ve etkin akımdır. Akı, kuvvet çifti ve dönme hızı buna bağlı olarak değişir. Böylece, doğru akım motoru ile artık onun kadar kolay denetlenebilen bu asenkron motor arasında benzerlik kurulabilir.