GEÇİCİ OLAYLARI GELİŞTİRİLMİŞ SAYKIL-SEÇME METODU İLE TEK-FAZLI ASENKRON MOTORLARIN HIZ KONTROLU

Geçici Olayları Geliştirilmiş Saykıl-Seçme Metodu ile Tek-Fazlı Asenkron Motorların Hız Kontrolü*

UDK: 62U16.72

C. ARIKAN, A. UÇANTEKİN ODTÜ

ÖZET

Bu araştırmada tristörlü gerilim kontrol sistemleriyle tek fazlı asenkron motorların hız kontrolü incelenmiş ve mevcut sistemlerden daha iyi karakteristiğe sahip olan geliştirilmiş bir saykıl-seçme sistemi ortaya çıkarılmıştır.

Tek fazlı bir asenkron motorun değişik geri Hm kontrol sistemlerine, başlarken ve kararlı durumda, gösterdiği davranış önce bilgi sayarla daha sonra da özel olarak geliştirilmiş bir güç değiştirici ile deneysel olarak incelenmiştir. Teorik ve deneysel sonuçlar arasında iyi bir uyuşum elde edilmiştir.

Dcnevsel sonuçlar, geliştirilmiş saykıl-seçme sisteminin normal saykıl-seçme sisteminden daha iyi karakteristiğe sahip olduğunu ve az radyo frekans kaı ısımı meydana getirdiği için de fazkontrolü metodu ile mukayese edilebilir du runıda olduğunu göstermiştir.

Anahtar kelimeler: Gerilim kontrolü, motor hız kontrolü, saykıl-seçme.

SUMMARY in this research the speed control of a singlepha.se induction motor by thyristorized voltage control schemes has been investigated, and a modifieâ cycle-selection system has been developsd with better performance characteris tic<; than existing systems.

The start-up and sleady-state performances of a single-phase induction motor has been investigated for different voltage control schemes first by a digital computer and the by experimental work usırtg a specially designed convertor. Good correlation betvoeen theoretical and practical results have been obtained.

The experimental results shovved that the modified cycle-selection system gives better performance charactcristics than the normal cycleselection system and it is comparable to the phase-cont.'ol system with less radio frequency interference noise.

1. GiRiŞ

Terminal gerilimini değiştirerek tek-fazlı asenkron motorların hız kontrolü birkaç yayında incelenmiştir.

Asenkron motorların başlarkenM geçici olay performansı ve yeniden anahtarlama geçici olayları incelenmiş ve zıt paralel tristörler kullanan bir gerilim kontrol sistemi ile asenkron motorların kontrolü sırasında elde edilen bilgiler bir konferans makalesinde verilmişti.

Bu yazıda, saykıl-seçme (SS) ve faz-kontrolu

* Odamızın hazırladığı dizi teknik konferanslar serisinden 28 Aralık 1972 Perşembe günü saat 14'de Mimarlar Odası Konferans Salonu'nda verilmiştir.

(FK) işletme tarzlarını içme alan melez bir gerilim kontrol sistemi tartışılacak ve tek-fazlı asenkron bir motorun başlarken ve kararlı durumda iken, mümkün olan çeşitli gerilim kontrol sistemleri ile elde edilen geçici olay performansı verilecektir. Daha sonra, makinanın bilgi sayarla yapılan teorik analizinden faydalanılarak, saykıl-seçme işleme tarzı kullanan geliştirilmiş bir sistem tartışılıp deneysel sonuçlar verilecektir.

Gerilim değişimi ile kontrol edilen tek-fazlı asenkron motorun devre şekli bloklar halinde Şekil l'de görülmektedir. Geliştirilen sistem mo. tora uygulanan gerilimi SS, FK ve ikisinin karışımı olan merkez işleme tarzları ile kontrol etmeye yeteneklidir. Böylece motorun hızını devamlı olarak veya basamak basamak değiştirme olanağı vardır.

j Mantık dtvrttarı

Şekil 1.

2. TEK-FAZLI ASENKRON MOTORLARIN MATEMATİKSEL İNCELENMESİ

Bilgi sayarların, asenkron motorların geçici olaylara gösterdiği davranışı incelemekteki rolü çok büyüktür. Bilgi sayarları kullanabilmek için de makinanın modelinin birkaç tek-fazlı asenktron motor tipini analiz edebilecek şekilde geliştirilmesi gerekmektedir.

br-

4 a-

2 fazlı asimetrik asenkron motorların teori ve işlemesi birçok tek fazlı asenktron motorlara uygulanabilmektedir. Bundan dolayı, bu araştırmada 2 fazlı asenkron makinanın matematiksel modeli çıkarılmış ve çeşitli tek fazlı asenkron makinalara göre düzeltilmiştir. 2.1 Temel denklemler : Birbirinden aynı iki rotor sargısına sahip, fakat stator sargılan asimetrik olan 2 fazlı asenkron makinalar «asimetrik 2 fazlı asenkron makina» olarak adlandırılırlar. Bu tip makinalann analizinde genel olarak şu şartlar önceden kabul edilir. a) herbir stator sargısının uzayda sinusoidal bir mmf dalgası meydana getirecek şekilde da ğılmış olması, b) rotor sargıları veya baralaruım, herhangi bir sabit zamanda, mukabil stator mmf dalgası ile aynı sayıda kutup sayısına sahip bir mmf dal gası meydana getirecek şekilde düzenlenmiş ol ması, c) hava boşluğunun muntazam olması. d) manyetik devrenin (nüvenin) lineer olması.

ar-ekseni

Stator

eksen ı

ekseni

Şekil 2. 2 fazlı, 2 kutuplu, asimetrik asenkron makina.

Stator sargılarının eksenleri (Şekil 2) birbirine diktir ve 'm' sargısı ve 'a' sargısı olarak isimlendirilmişlerdir. Rotor sargılarının eksenleri de birbirine diktir ve bu sargılar birbirinin aynıdır. Stator gerilim denklemleri şu şekilde yazılabilir:

Vm = P Xm + İm rta

(D

va = PXa + iar,a Rotor gerilim

(2)

denklemleri de

Var = P Xar +!„ ^

(3)

Vbr = P Xbr + V r22

(4)

Burada X belli bir sargıdan geçen toplam akı, r]m, rla ve rn sırası ile 'm' sargısı, 'a' sargısı ve rotor sargılarının rezistanslarıdır, p türev ope> ratörü (d/dt)'dir.

Akı (X) denklemleri şu şekilde yazılabilir, Xm = Lm \m + Mm2 coş @. i^ — M^ sin ©. ibr (5)

Xa = La 'a + Ma2 SİI1 ©• İar + Ma2 COS @- 'br

Xbr = Mm2 Sİn ©•

Mo2 COS ©• 5a M

Xbr = MmZ Sİn ©• (6)

Burada :

^ • İ.ı (7)

a2 ^i\r (8)

@ = Elektriki radyan cinsinden ifade edilen stator ve rotor eksenleri arasındaki açısal sapma

Lm = m sargısının şelf endüktansı La = a sargısının şelf endüktansı LZ = herbir rotor sargısının şelf endüktansı

M^ = rotor sargılan ile m sargısı arasındaki karşılıklı endüktansm büyüklüğü

M^ = rotor sargılan ile a sargısı arasındaki karşılıklı endüktansm büyüklüğü

dürler

22 Değişkenlerin transferi :

Görülüyor ki, yukarıdaki denklemlerin katsayıları rotor pozisyonuna, dolayısı ile zamana bağlı olarak değişmektedir. Bu durum denklemlerin çözümünü zorlaştırmaktadır. Fakat değişkenlerimizi statorda sabit referans eksenlerine (Şekil 3) transfer edersek bu durum ortadan kalkmakta ve basit denklemler karşımıza çıkmaktadır. Değişkenleri stotordaki sabit eksenlere aktaracak denklemler aşağıdaki gibi olabilir:

br- ekseni

a-ekseni

ar-ekser»

m-eks«n ve q-eksen

1 d-eksen»

Şekil 3. 2 fazlı, 2 kutuplu asimetrik, asenkron motorun eksenleri.

Stator değişkenleri için

(9) (10)

Rotor değişkenleri için

fqr = far coş 0 - fbr sin 0

(11)

fdr = — far SÜl © — fbr COS ©

(12)

sıfır zamanında, keyfi olarak, m, ar ve q eksenlerinin çakıştığı kabul edilmiştir.

Burada f herhangibir değişkeni temsil etmektedir (gerilim, alam v.b.) meselâ

Vqs = Vm

(13)

Xqs = X»

(15)

(9)'dan (12)'ye kadar olan denklemleri kullanarak stator ve rotor gerilim ve akmdaroı seçtiğimiz eksenlere aktanrsak aşağıdaki denklemler elde edilir.

(17)

la ds

(18)

vqr = P Xqr — XdrP @ + r22 Vjj. = P Xds + Xqr P © + r22

(19)

Burada (20)

Xqs = L qs

^ qr

(21)

Xds = L İd. + Ma2 İdr qr + Mm2 'ps 'dr + Ma2 İds (22)

Xqr = L Asenkron makina denklemlerini (23) çıkarırken bütün değişkenleri

Xdr = L stator sargılarına göre elde et menin faydalan vardır. Eğer makina simetrik olsa idi değişkenler herhangibir stator sargısına göre hesaplanabilirdi. Asimetrik 2 fazlı asenkror makinadâ stator sargılarının sanm sayılan bir birine eşit değildir. Bu uygulamada q değişken leri m sargısına, d değişkenleri ise a sargısına göre hesaplanacaktır. Bu bir tercih meselesidiı

Elektrik Mühendisliği 195

ve ortaya çıkacak olan denklemlerin kullanılmasını sınırlamaz. Eğer bütün q değişkenleri m sargısına (Nm sanm sayılı) ve bütün d değiş, kenleri a sargısına (Na sanm sayılı) taşınacak olursa, gerilim denklemleri aşağıdaki gibi ifade edilebilir:

V'dr = PX'dr

rlm

(24)

J Tla

(25)

N.

"'qr= PX'qr~ -/- X'dr P © + ^m İ'flr

(26)

Burada

N. -i-X'qr P

r2mi'dr (27)

r*qs

im *q

Mm

+İ'dr)

Xdr' — ve (28)

(29)

(iqt + i'qr)

(30)

_

(İQS + i'dr)

(31)

Yukarıdaki denklemlerde Llmq 'm' sargısının kaçak endüktansı, L)aq 'a' sargısının kaçak endük-tansı ve N2 rotor sargılannm sanm sayısıdır.

,

(32)

(33)

Aşağıdaki denklemler, 24'den 31'e kadar olan denklemlerde statora taşman değişkenleri tarif etmektedir.

Var = - ^ - v a r

(34)

*'« = ~^-V

(35)

r2m - • )2 ra

(36)

^*m \-> T

Lzm = -ZT~V LB

/'3'7\ (37>

vdr i'dr =

N, (39) (40) (41)

= (- N,

N, Burada, LJJ rotor sargılannuı N. kaçak endüktan-sidir.

Eğer 28'den 31'e kadar olan denklemler 24'den 27'ye kadar olan denklemlerde yerlerine konup matris halinde yazılırsa, gerilim denklemleri aşağıdaki şekli alır:

İ'd

(Llm + LMm> P O

LMm P 0

(Lla + ^a) P + rla

N -H~

P©

(^m + N

P+

+ L^) p Q

Ani elektromanyetik dönme momenti için bir ifade yukandaki matristen (42) elde edilebilir:

T = [i]' [G] [i]

(43)

Burada G matrisi 42 nolu matrisin sadece

hız Elektrik Mühendisliği 199

(p®) ihtiva eden terimlerini alarak kurulur, t bir matrisin transpose'unu ve p®m'de mekanik şaft hızını göstermektedir. Eğer P kutup sayısı ise (p@ = Pp®m/2 olduğunu bilerek) denklem 43'ü kullanarak.

0 0 0

Na Nm LM*

NT^

o,

Nm

PQ

İ'.

' Matris çarpmalarını yaparak Aqs qr]

İ'dr] İ'qr'

(44)

elde edilir.

tdeal bir asimetrik 2 fazlı aseakron makinanın geçici ve kararlı durum karakteristiği 42'inci ve 44'üncü denklemler vasıtası ile ..tasvir edilebilir. Tam bir dinamik analizi ise elektromanyetik moment, yük momenti ve hız arasında bir bağıntı kurarak yapılabilir.

2.3 Tek fazlı asenkron makinenin denklemleri:

2 fazlı asenkron maMnana denklemleri hiçbir özel uygulama düşünülmeden çıkarılmıştır. Fakat 2 fazlı asimetrik asenkron makinalar esas olarak tek fazlı makina uygulamalarında kullanılırlar. Dolayısı ile, m sargısı ana sargı, a sargısını da yardımcı sargı olarak düşünürsek, çıkarılan denklemleri düzelterek birkaç tip tek fazlı asenkron makinaya uygulamak murakıbıdür

2.3.1 Tek fazlı stator sargısı kullanan asenkron makina:

Tek fazlı asenkron makinayı temsil eden denklemler önceki yolu kullanarak çıkarılabilir veya asimetrik 2 fazlı makina için çıkarılan (24)' den (31)'e kadar yazılmış olan denklemlerden bütün ds değişkenlerini yok ederek ve bütün değişgenleri 'm' sargısına taşıyarak doğrudan elde edilebilirler.

Tek fazlı asenkron makina için aşağıdaki gerilim denklemleri elde edilir:

= P Xqs

Vqs

lm

V'«r = P X'qr — X"dr P0 + I

V"dr = P X"dr + X"qr P© +

burada •

(45) (46)

(47)

X ar — X"dr =

(49)

(50)

Yukarıdaki denklemlerde iki üssü (") ana

sargıya (m sargısına) taşman d değişkenleri için

kullanılmıştır. Böylece,

(53)

Bu

^'

(51) (52)

halde elektromanyetik moment

denklemi P (Var İ"dr - X"dr İ'dr) (54)

olur. X'lan yerine

koyarsak P

(55)

olur.

Eğer motor hali incelenecekse, rotor sargılarının kısa devre yapılması lâzımdır. Dolayısı ile

v»* = v'qr = O

(56)

(57)

olur. Burada vm makinanın ana sargısına uygulanan hakiki kaynak gerilimidir.

2.3.2 Kondansatör başlatmalı ve kondansatör başlatmalı, kondansatör işlemeli tek fazlı asenkron motorlar:

Yardımcı sargıya seri olarak bağlı bir kondansatörle aşağıdaki denklemler

v'a = v yazılabilir.

Burada vn

(58)

= Rc i. +

i.

(59)

Yukandaki denklemlerde vc = kondansatörün üzerindeki gerilim v'a = seri bağh olan kondansatörle yardımcı • • sargıya uygulanan gerilim

Rc = kondansatörün rezistansı X0

= kondansatörün reaktansı

Wc = nominal frekansa tekabül eden elektriki açısal hız

- v,

(60)

vds

olduğu için ve eğer

v'ds = v'.

(62)

ise vds gerilimi aşağıdaki

gibi yazılabilir.

wexc;

(63)

'ds

Kondansatör

başlatmalı

asenkroa motorun bilgi sayar modeli denklem

(63)'ü asimetrik 2 fazlı asenkron maklna için

çıkarılan denklemlerle birlikte kullanarak elde

edilir. Motor işlemesi incelenecekse rotor

sargılan kısa devredir.

Dolayısı ile,

v'dr = v'gr = O

(64) (65)

V'ds = vds = vm Görülüyor ki kondansatör modelde direk olarak girmektedir. Bunun için, değeri, transfer denklemler; kullanılmadan istenildiği gibi değiştirilebilir.

Yardımcı sargının belli bir hızdan sonra gerilim kaynağından açılmasını bölüm (2.3.1 )'de özetlenen metodlan kullanarak simule edebiliriz.

Kondansatör başlatmalı - kondansatör yol almalı asenkron motorların bilgi sayar modeli ise kondansatör değerinin belli bir hızdan sonra değiştirilmesi ile elde edilir. Görüldüğü gibi önce 2 fazlı asimetrik asenkron bir motorun geçici ve kararlı durumunu tasvir eden denklemler çıkarılmış ve sonradan çeşitli tek fazlı asenkron motor işleme tarzlarına göre bu denklemler düzeltilmiştir. Çıkarılan denklemler ve moment, açısal sapma (©) ve yük momenti ile ilişki kuran

T = dt*- + T L

L (66)

denklemini kullanarak makinanın bütün dinamik karakteri tasvir edilmiş olur. Yukarıdaki denklemde J yük ve rotorun toplam ataleti ve P kutup sayısıdır.

Bahsedilen, bir veya 'iki stator sargısının açılmasını temsil edecek olan metodla da, devamlı olmayan stator gerilimlerinde (saykıl seçme işleme tarzında olduğu gibi) makinanın performansının incelenmesinin kolaylıkla yapılacağı görülmektedir.

3. SAYKIL — SEÇME METODUNUN TEK FAZLI ASENKRON MOTORLARA UYGULANMASI

Asenkron motorların teorisinden meydana gelen dönme momentinin, yaklaşık olarak, statora uygulanan gerilimin karesi ile orantılı olduğunu biliyoruz. Dolayısı ile terminal gerilimini değiştirerek moment-mz karakteristiğini değiş, tirmek ve yükün tabiatına bağlı olarak hızı değiştirmek mümkündür. Saykıl seçme metodu kullanılmış ise hız alınan saykıl sayısının (N) bir periyottaki saykıl sayısına (T) bölümü ile orantılıdır (N/T).

3.1 Motorun teorik incelenmesi:

Kondansatör başlatmalı asenkron bir motor önce normal bir sinüsoidal gerilim uygulayarak daha sonra da saykıl-seçme metodu ile elde edilen gerilim uygulanarak incelenmiştir.

Teorik sonuçlar, genel olarak çıkarılmış olan 42. ve 44. denklemleri kondansatör başlatmalı motor içn çıkarılan 58'den 65'e kadar olan denklemlerde ve 66. denklemle birlikte kullanıp bilgi sayarla çözerek elde edilmiştir (Şekil 4 ve 5).

Elde edilen teorik sonuçlara göre, normal bir sinüsoidal dalga uygulandığı zaman,, motor yumuşak bir şekilde başlamaktadır. Momentin darbeler halinde olduğu fakat işleme hızına yakın hızlarda negatif değerlere geçse bile (motor yüksüz olduğu için, net momentin sıfır olması için böyle olması lâzım) derin negatif momentlerin bulunmadığı görülmüştür. Bundan dolayı ivme çoğu zaman pozitif olmakta ve motor kararlı işleme hızına çabucak ulaşmaktadır.

Yapılan analiz saykıl-seçilmiş dalga şeklinin her periyodunun başlangıcında motor akımlarında geçici olayların meydana geldiğini göstermiştir. Tristörler bu şekilde (gerilimin sıfır olduğu yerlerde) ateşlendiği zaman lineer bir endüktif yük üzerinden geçen akımı hesaplarsak (i (0) = O için)

i ( t ) = izi

[sin (wt

-f- sin Q . e - — @) R

. (67)

bulunur. Burada Vm giriş geriliminin genliği, Z yük empedansı, 0, R ve L de, sırası ile, yükün faz açısı, rezistansı ve endüktansıdır. Şüphesiz, asenkron motor lineer bir yük değildir, fakat hız sabit olduğu zaman, yaklaşık olarak, lineer kabul edilebilir ve bu denklem meydana gelebilecek akım geçici olayları hakkında bilgi verebilir.

Motorun meydana getirdiği moment akımlara bağlı olduğu için saykıl-seçilmiş dalga ile yapılan teorik incelemede, bilhassa yardımcı sargı açıldıktan sonra büyük negatif moment geçici olaylarının meydana geldiği görülmüştür. Moment negatif olduğu zaman dönme yönüne zıt olduğu için motor yavaşlamaktadır. Sonuç olarak motorun hızlanması, normal sinusoidal

dalga ile mukayese edildiğinde, çok daha uzun zaman almaktadır.

Rotor ataleti yeteri kadar büyük olduğu için, gerilim olmadığı zamanlarda, motorun hızının esas olarak değişmediği görülmektedir, ki bu da saykıl - seçme metodunun asenkron motorlara uygulanabileceğini göstermektedir.

150 100

ıZ

9270 1280

-50

-100 -

132 L33

I

ZAMAN(ml)

1.35 (36

•c-

' '»

•zu f 10 1 0

\ / \ /

/\ -

\\ /

\ 'J

/x \

^^^

iı

Vy

w

ZAMAN Ont)

İ

r\

AA

ıu

5 •E 1-5 İ10

-11

\\

l^

U

vr

/ ^/

J

ZAMANtmı)

960 İ

;9£0-

1.29

ZAMAN(mt)

fr.

133 134

Şekil 4. 3/41ük saykıl seçilmiş dalga uygulanarak tek fazlı, kondansatör başlatmalı, 4 kutuplu asenkron motorun bilgi sayarla elde edilen analiz sonuçlarının bir kısmı (yardımcı sargı açıldıktan sonra).

o/s

TA 2C

-c

-20

/"\

'" "

>

S"^

/^s /^\

X _/

_/

^

/^

ZAMAN tr<

75C700 ş 600 — S 550-

45C

iOO

ZAMAN (m)

0.3!

0.32

033 0.34 035 036 ar

Şekil 5. 3/41ük saykıl-seçihnlş dalga uygulanılarak tek fazlı, kondansatör başlatmalı, 4 kutuplu asenkron motorun bilgi sayarla elde edilen analiz sonuçlarının bir kısmı (yardımcı sargı açılmadan).

32 Deneysel sonuçlar:

Deneyler 230 V, 0,9 A tek fazlı bir asenkron motorla yapılmıştır. Tristörleri tetikleyen devre

hem saykıl-seçme hem de faz-kontrolü içki darbe meydana getirebildiği için, her işleme tarzı için başlarken ve kararlı durumda iken motor test edilebilmiştir.

3.2.1 Yüksüz başlama performansı:

Başlarken ve kararlı durumda iken normal sinusoidal dalga, faz kontrolü ve saykıl-seçme işleme tarzları ile elde edilen moment/zaman osilogramlan Şekil 6'da görülmektedir. Metodlan birbiri ile mukayese edebilmek için bütün osilogramlar terminal gerilimini 197 V'a indirerek alınmıştır.

Normal sürusoidal dalga ile başlama çok yumuşaktır. Şekil öa'dan da görüldüğü gibi, stator gerilimi normal sinüs olduğu için, moment/zaman karakteristiği darbeler halinde fakat büyük negatif veya pozitif moment tepeleri yoktur. Dolayısı ile makina oldukça sessiz ve hızlanma muntazamdır. Başlama zamanı 175 ms olarak ölçülmüştür.

d)

(3/4

a) Slnusoidat dalga, 197 V, 50 ms/blrim.

b) Faz kontrolü, 197 V, (tt = 98°), 50 ms/blrim.

c) Saykü - seçme, 197 V, (3/4 seçim, 100 ms/ birim.

Geliştirilmiş saykıl - seçme, çim), 50 ms/blrim. Şekil 6. Tek fazlı, 230 V, Alik asenkron bir motorun yüksüz moment/zaman osilogramlan. 436

Şekil öb'de de faz kontrolü işleme tarzı ile elde edilen moment/zaman osilogramı görülmektedir. Bu osilogram 197 V'a karşı gelen a = 98° için alınmıştır. Şekilden görüldüğü gibi moment dalgalanmaları oldukça muntazam ve hemen hemen her zaman negatif geçmektedir. Hızlandırıcı moment bir önceki halden daha azdır. Moment negatif olduğu zaman makina yavaşladığı için başlama zamanı normal sinüsle elde edilen zamandan daha uzundur ve 225 ms olarak ölçülmüştür.

Faz kontrolü işleme tarzında gecikme açısı «,' nın büyük değerleri için başlama çok yavaş olmakta ve a'nın belli bir değerinden sonra motor dönememektedir.

Şekil öc'de görülen moment/zaman osilagramı, terminal gerilimi olarak saykıl-seçme metodu ile 3/4 seçimlik bir dalga şekli uygulanarak elde edilmiştir. Bu şekilde görülen moment geçici olayları, akımlardaki geçici olaylardan meydana gelmektedir ki bunlar da, makina endük-tif bir yük olduğu için, tristörlerin her periyodun başında gerilimin sıfır olduğu noktada ateşlenmesinden meydana gelmektedir. Sonuç olarak çok derin negatif momentler meydana gelmekte ve bunun için başlama zamanı 650 ms gibi bir zaman almaktadır ki, diğer metodlarla mukayese edildiğinde çok uzundur. Büyük moment dalgalanmalarından dolayı makina gürültülüdür ve kısa zaman ısınmaktadır.

2/4 ve 1/4 seçimlerle yapılan deneylerde, şiddetli akım (dolayısı ile moment) geçici olaylardan, motorun hızlanamadığı veya hiç dönmediği tesbit edilmiştir.

322 Yüklü başlama ve kararlı durum performansı:

Başlarken ve kararlı durumda, motor yüklendiği zaman elde edilen moment/zaman osilogramlan daha önce sunulan gerilim kontrol tarzları için Şekil 7'de görülmektedir.

Şekil 7'den de görüldüğü gibi, normal sinusoi. dal dalga, faz-kontrolü ve saykıl-seçme işleme tarzları ile başlama zamanlan belirgin bir şekilde, sırasıyla, 290, 450 ve 600 ms*ye yükselmiştir.

Normal sinusoidal dalga ile motor yumuşak bir şekUde kalkmaktadır.

Faz kontrolü işleme tarzında, yüksüz başlama ile mukayese edildiğinde, motor a'nın daha küçük bir değerinden sonra hız alamamaktadır. Saykıl-seçme işleme tarzında ise motor çok gürültülüdür. Şiddetli moment dalgalanmalarından hızlanma çok yavaştır: Motor kısa zaman-

da ısınmakta, dolayısı ile devamlı işleme sağlanamamaktadır. Motor ,ağır yüklerle, 3/4 seçim ile dahi kalkmamaktadır.

a) Slnusoidal dalga, 197V, 100 ms/birlm.

b) Faz kontrolü, 197 V, 100 ms/blrlm.

c) Saykü - seçme, 197 V, (3/4 seçim), 100 ma/ birim.

d) Geliştirilmiş saykü - seçme, 197 V (3/4 seçim), 100 ms/blrlm.

Şekil 7. Tek fazu, 230 V, 0,9 Allk asenkron bir motorun yüklü moment/zaman osüog. ramları.

Kararlı dorumda, normal sinusoidal dalga ve fazkontrolu işleme tarzlarında moment dalgalanmaları muntazam ve motor oldukça sessizdir. Saykıl-seçme işleme tarzında ise moment dalgalanmalarından motor yine gürültülüdür. 3.3 Geliştirilmiş saykıl-seçme (GSS) işleme tarzı: Yukarıdaki sonuçlardan da anlaşılabileceği gibi, büyük geçici olaylardan dolayı, saykıl-seçme Elektrik Mühendisliği 199

işleme tarzı elverişli olarak tek fazlı asenkron motorlara uygulanamamaktadır. Bunun için, araştırma bu geçici olayları yok etmeye yöneltilmiş ve geliştirilmiş bir saykıl-seçme işleme tarzı ortaya çıkarılmıştır.

Denklem 67'den görüldüğü gibi tristörler gerilimin sıfır olduğu noktalarda ateşlendikleri zaman akım geçici olayları meydana gelmektedir. Akımın tepe değeri de yükün faz açısına bağlı olmaktadır.

Genel olarak, eğer giriş gerilimi a gibi bir gecikmeden sonra yüke bağlanırsa [yani v = Vm sin (wt + a)] 67. denklem aşağıdaki gibi [i(0) = O için] yeniden çıkarılabilir:

i (t) = [sin (wt + a — Ö)

+ sin (@ — a) • e-- (68)

GSS için temel fikir 68. denklemde yatmaktadır. Eğer giriş gerilimi, tristörleri <x gibi yükün faz açısına eşit açıda (a = 0) ateşleyerek yüke bağlanacak olursa, 68. denklemdeki eksporansiyel terim sıfır olmakta, dolayısı ile yük akımı geçici olay meydana getirmeden normal bir sinusoidal dalga olmaktadır.

GSS işleme tarzında, tristörlerin her işleme periyodunun sonunda, yükün faz-açısı ölçülmekte ve gelecek saykılın başında tristörler bu açıya eşit açıda ateşlenmektedirler. Motor lineer büyük olmadığı için, hız değiştikçe güç faktörü dolayısı ile faz açısı değişmektedir. Bunun için tetikleme devresinin, dışardan herhangi bir ayarlama istemeden, otomatik olarak, her istenilen anda, faz açısını ölçebilecek kapasitede olması lâzımdır. Böyle bir devre ile kararlı durumda olduğu kadar başlarken de hiç akım geçici olayı meydana getirmemek mümkündür.

Gerilim olmadığı zamanlarda motorun hızı esas olarak değişmemektedir. Dolayısı ile bu bölgelerde motoru Uneer olarak kabul etmek mümkündür. Eğer rotor ataleti yeteri derecede yüksek ve motor aşın yüklü değilse, tristörlerin işleme periyodunun sonunda ölçülen faz açısının gelecek saykılın başında kullanılabileceği ortaya çıkmaktadır. Makinanın bu özelliğinden faydalanarak GSS sisteminin tesirli olarak kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.

3.3.1 GSS -sistemi ile başlama ve kararlı durum performansı:

GSS işleme tarzı ile elde edilen, yüksüz ve yüklü iken, moment/zaman osilogramlan Şekil 6d ve 7d'de görülmektedir.

GSS sistemi ile elde edilen moment/zaman osi.logramlanndan da görüldüğü gibi akım geçici olayları olmadığı için moment geçici olayları da büyük ölçüde azalmıştır. Negatif moment değerleri normal saykıl-seçme sistemine göre çok azalmış olduğu için motor kısa zamanda hızlanmaktadır. Başlama yumuşak bir şekilde olmaktadır ve kararlı bir hıza erişme süresi 250 ms olarak ölçülmüştür. Motor saykıLseçme sistemine göre hem başlarken hem de kararlı durumda, çok daha sessiz olarak çalışmaktadır.

GSS sistemi diğer sistemlerle mukayese edilebilir bir durumdadır. En büyük avantajı ise faz kontrolü işleme tarzında meydana gelen radyo frekans karışımı bu metodda çok düşük bir seviyededir.

4. SONUÇ

Ortaya çıkan sonuçlan şöyle sıralayabiliriz:

a) Saykıl-seçme işleme tarzı, radyo frekans karışımı çok düşük olmasına rağmen, meyda na gelen geçici olaylardan dolayı motor uygu lamalarına elverişli değildir.

b) Faz kontrolü işleme tarzında, gerilim sııfr ile elde edilebilen en yüksek değer arasında muntazam olarak değiştirilebileceği için, mo torun hızı, yük ve motorun karakteristiğine bağlı olarak, muntazam bir şekilde değiştirile bilir. Moment dalgalanmaları aşın negatif de ğerlere ulaşmadığı için başlama zamanı oldukça kısa ve motor sessiz kabul edilebilir. Bu me todun en büyük dezavantajı radyo frekans kanşımı meydana getirmesidir, ki bazı uygulama larda önemli olabilir. Bu durumda çıkışa filtre devreleri koymak gerekir. Bu metod için olduk ça basit tetikleme devreleri yapılabilir.

c) GSS işleme tarzında ise negatif momentle rin büyüklüğü saykıl-seçme sistemine göre bü yük ölçüde azaldığı için, başlama zamanı faz kontrolü ile elde edilene çok yakındır. Makina saykıl-seçme işleme tarzına göre çok daha ses sizdir. Motorun performansı, biraz daha yük sek olan moment dalgalanmaları hariç, faz kontrolü işleme tarzına çok yakındır. Bu me todda radyo frekans kanşımı faz kontrolü işle me tarzına göre çok daha azdır.

GSS işleme tarzının tek dezavantajı belirli sayıda terminal gerilimlerinin elde edilebilmesidir ki bu da motoru ancak belirli birkaç hızda işletebileceğimiz! ortaya çıkarır. Bu işleme tarzında tristör tetikleme devresi oldukça kanşıktır.

Sonuç olarak faz kontrolü ve GSS işleme tarzlan tek fazlı asenkron motor uygulamalarında, yerine göre, elverişli bir şekilde kullanılabilirler.

KAYNAKLAR

1. G. S. Brosan, J. T. Hay den : «Advanced Electrical Power and Maclıines», Pitman, 1966.

2. D. W. Borst. E. J. Diebold, F. W. Paırish : «Voltage Control by Means of Power Thyristors», IEEE Trans, on Industry and Ge neral Applications, V IGA-2, n. 2, Mar/ Apr., 1966, p. 102.

3. W. Shepherd, J. Stanway : «The Silicon Controlled Rectifier a-c Switch for the Control of Single-Phase Series and Transformer Coupled Loads», 1964 Internat'l Conv. Rec., pt. 4, p. 155-163.

4. W. Shepherd ; «Steady-State Analysis of the Series Resistance-Inductance Circuit Controlled by Silicon Controlled Rectifiers», 1965 Internat'l Conv. Rec., pt. 8, p. 183-193.

5. D. Cooper : «SCR's and Triacs», Electro nics World, Vol. 80, n. 2, August, 1968, p. 25.

6. J. S. C. Htsui, W. Shepherd : «Starting and Steady-State Torcues and Currents in a Thyristor Controlled, Two-Phase Induction Motor», Electrical Machines m Seventies, a Conference Held in Dundee, lst -S-* July 1970, paper n. 32-1.

7. P. C. Krause : «Simulation of Unsyınmetrical 2-Phase Induction Machines», Trans. IEEE, Vol- PAS-84, no. 11, Nov. 1964, p 1025.

8. /. R. Smith, S. Sriharan : «Induction-Motor Reswitching Transients», PROC. IEE, Vol. 114, No. 4, April 1967.

9. C. Arıkan, A. Uçantekin : «Speed Control of Sngle-Phase Induction Motor Employing .Cycle-Selection With Improved Transient Performance», IEE 'Variable Speed Drives' Conference Raport, 1972, p. 249.

10. A. Uçantekin : «Tristörlerle AA'da gerilim kontrolü», Elektrik Mühendisliği, Ağustos 1972, C. 16, S. 188, s. 59.