Elektrik Motoru Nasıl Yapılır

Bilmekte Fayda Var!

Elektrik Motorları Nasıl Çalışır?

Elektrik enerjisini hareket enerjisine dönüştüren elektrik motorları elektromanyetizmanın temel ilkelerine göre çalışır. Bilindiği gibi, akım geçen bir iletken, manyetik alan içerisinde bulunuyorsa iletkene bir kuvvet etki eder. Bu durum Şekil 1’de görülüyor. İletkene etki eden kuvvetin şiddeti akım değerinin, manyetik alan büyüklüğünün ve iletken uzunluğunun çarpımı ile hesaplanır. Kuvvetin yönü ise akım yönü ile manyetik alan yönünün vektörel çarpımı ile belirlenir.

Elektrik motorunun tasarımı uygun şekilde gerçekleştirildiğinde, iletkene etki eden bu manyetik kuvvet motorun dönmesini sağlar. Akım geçen iletken ile manyetik alan kaynağı arasındaki etkileşim, iki mıknatısın birbirine etkisine çok benzer. Şekil 2 ve 3’te de görüldüğü gibi, mıknatısların zıt kutupları birbirini çekerken, aynı kutupları birbirini iter. Mıknatısın akım geçen iletkene uyguladığı kuvvet de aynı şekilde düşünülebilir.

Bir doğru akım motoru, stator ve rotor olarak adlandırılan iki kısımdan oluşur. Düşük güçlü motorlarda stator olarak genellikle sabit mıknatıs kullanılır. Rotorda ise sarımlar yer alır. Akımın sarımlardan geçişini sağlamak üzere motor üzerinde fırça-kollektör yapısı bulunur. Bu yapı, motorun dönüşü sırasında sarımlardan geçen akımın belirli zamanlarda yön değiştirmesini de sağlar. Böylece rotordaki iletkenlere etki eden manyetik kuvvet hep aynı yönde olur. Şekil 4-8’de bir doğru akım motorunun çalışma prensibi görülüyor.

Statorda yer alan mıknatıslar manyetik alan sağlar. Manyetik alanın yönü N kutbundan S kutbuna doğrudur (Şekil 4).

Fırça-kollektör yapısı sayesinde iletken çerçeveden akım geçer (Şekil 5).

Manyetik alan içinde akım geçen iletken çerçeveye bir kuvvet etki eder. Bu kuvvet, çerçevenin bir tarafında yukarı doğru iken, diğer tarafında aşağı doğrudur (Şekil 6).

Manyetik kuvvetin etkisiyle, iletken çerçeve dönmeye zorlanır (Şekil 7).

Fırçalara gerilim uygulandığı sürece dönme hareketi devam eder (Şekil 8).

Bu temel bilgilerin ardından basit bir elektrik motoru yapımına geçebiliriz.

Nelere İhtiyacımız Var?

• 1 adet mıknatıs
• 1,5 m emaye kaplı bakır tel
• 1 adet 1.5V’luk kalem pil (AA, C veya D türünde)
• 2 adet çengelli iğne veya ataş
• 2 adet boncuk veya tespih tanesi
• Tahta plaka
• Maket bıçağı
• Pense
• Krokodil kablo veya zil teli

Mıknatıs olarak Şekil 9’da görülen yuvarlak veya dikdörtgen prizma şeklindeki ferrit mıknatıslar kullanılabilir.

Şekil 9: Mıknatıslar

Sarımlar için emaye kaplı bakır tel gerekli. Bu teller, elektrik-elektronik malzemeler satan yerlerden temin edilebilir. Motorun dönen kısmının sağlam olması için telin çapı çok ince olmamalı. 0,65 mm, 0,80 mm veya 1 mm çaplı emaye kaplı bakır teller kullanılabilir. Sarım sayısı çok önemli olmamakla birlikte en az 10 sarım yapılmalı. Sarım yapılırken kolaylık sağlaması için kalem pil kullanılabilir. Şekil 10’da görüldüğü gibi 0,65 mm çaplı bakır tel pil üzerine 10 tur sarılır. Ardından sarımlar pilin üzerinden dikkatlice çıkarılarak Şekil 11’deki hale getirilir. Sarımların her iki tarafında 2-3 cm’lik düz iletken parçası olmalı.

Farklı çaptaki tellerden yapılan sarımlar ise Şekil 12 ve 13’te görülüyor.

Bakır telin üzeri emaye kaplı olduğu için yalıtkan özellik gösterir. Elektrik akımının iletilebilmesi için, bir maket bıçağı yardımıyla sarımların uç kısımlarındaki emaye kaplama kazınır. Bu işlem sırasında önemli bir noktaya dikkat etmek gerekir. Şekil 14’te görüldüğü gibi, iletkenin sol tarafındaki kaplama tamamen kazınır. Sağ tarafta ise sadece iletkenin üst kısmı kazınır. Alt yarısında emaye kaplama aynen kalır. Yapılan bu işlem motorun dönmesini sağlamak için mutlaka gerekli.

Şekil 14: Emaye kaplamanın kazınması

Şekil 15: Yalıtkanın altındaki bakır iletken

İki adet çengelli iğne veya ataş kullanılarak sarımların oturtulacağı destekler hazırlanır.

Şekil 16: Çengelli iğne

Bir tahta plaka üzerine pense yardımıyla iğneler Şekil 17’deki gibi sabitlenir. Sarımların her iki ucuna birer boncuk ya da tespih tanesi geçirilir. Ardından, sarımlar çengelli iğne üzerindeki halkalara yerleştirilir.

Şekil 17: Motorun son hali

Krokodil kablo veya zil teli yardımıyla motorun uçları pile bağlanır. Pil olarak 1.5V’luk AA boyutunda kalem pil kullanılabilir. Sarımların direnci çok düşük olduğu için motor birkaç amper seviyesinde akım çeker. Bu nedenle pil bağlantısı yapılırken kıvılcım oluşabilir. Motorun daha hızlı dönmesi istenirse yüksek akım verebilen C veya D boyutunda piller kullanılabilir.

Şekil 18 ve 19’da dikdörtgen mıknatıs kullanılarak yapılan motorlar görülüyor.

Şekil 18

Şekil 19

Motorun dönüşü esnasındaki görüntü Şekil 20’deki gibi.

Şekil 20: Motorun dönüş hareketi

Basit elektrik motoru, manyetizma ilkelerinin anlaşılması için hayli yararlı bir uygulama. İnternetten erişilebilecek kaynaklarda rastlanan farklı tür motor örneklerini Şekil 21-24’te görebilirsiniz.

Elektrik enerjisini döner bir mekanik enerjiye dönüştürmeye yarayan araçlara elektrik motoru denir. Asenkron motorlar, sabit duran bir dış bölümden ve dönen bir iç bölümden oluşur. Sabit bölüme “stator” , dönen bölüme ise “rotor” denir. Her iki bölüm manyetik akıyı ileten demir saç paketinden yapılırlar.

STATOR VE ROTOR SAÇ PAKETİ

Stator ve Rotor saç paketleri için manyetik saçlar, uygun kalıplarla laminasyon presinde kesilir ve uygun boyutlarda dizilerek paketlenir.

Rotorun tipine göre elektrik motorları;

-         Kafes rotorlu motorlar

-         Sargılı rotorlu ( bilezikli ) motorlar

Sargılı rotorlu asenkron motorlar özel amaçlar için yapılırlar. Pazarda sunulan hemen hemen tüm motorlar ve Volt Elektrik’in ürettiği motorlar Sincap Kafes Rotorlu motorlardır.

Asenkron motorların kalkış momenti, rotor kafesinin direncine bağlıdır. Dirençleri büyük rotorlu motorların, kalkış momentleri büyük, kalkış akımı küçüktür. Direnci küçük rotorlu motorların, kalkış momentleri küçük, kalkış akımı büyüktür.

Asenkron motorları çalışma ilkesi, döner alan ve manyetik indüksiyon olayının varlığına dayanır.

Üç fazlı asenkron motorların statorunda sarım sayıları ve iletken çapları olan üç ayrı faz sargısı vardır. Bir fazlı motorlarda ise sarım sayıları ve iletken çapları farklı iki ayrı sargı ( ana sargı ve yardımcı sargı ) bulunur. 

Asenkron Elektrik Motoru Seçiminde Gerekli Standart Tanımlar:

Anma Değeri: Bir motorun, normal çalıştırma koşulları için verilen ve etiketinde belirtilen anma gerilim ve frekansında elektriksel ve mekanik büyüklüklerin sayısal değerlerinin tümüdür.

Giriş Gücü (P1): Motorun şebekeden çektiği elektrik gücüdür. Birimi Wat “W” veya KiloWat “kW” ‘tır.

Anma Gücü (PN): Anma gerilim ve frekansında tam yükünde çalışan motorun , milinden alınan mekanik güçtür. Birimi Wat “W” , KiloWat “kW” veya Beygir Gücü “HP” ‘dir.

Boşta Çalışma: Motorun anma gerilim ve frekansında , milinde bir yük olmadan yüksüz çalışmasıdır.

Kalkış Akımı: Motora anma frekansında anma gerilimi uygulandığında rotor hızı sıfır iken motorun şebekeden çektiği en büyük kalkış akımı değeridir.

Kalkış  Momenti: Motora anma frekansında anma gerilimi uygulandığında, rotorun ilk kalkışı anında oluşturduğu kalkış momenti değeridir.

Anma Döndürme Momenti: Anma gücünde ve anma devir hızında çalışan motorun milinden elde edilen anma moment değeridir.

Devrilme Momenti: Anma gerilim ve anma frekansında çalışan motorda oluşan en büyük moment değeridir.

İşletme Türü : İşletme türleri IEC 60034-1 standartında aşağıdaki şekilde ayrıştırılmıştır. İşletme türü belirtilmeyen motorlar, S1 sürekli çalışma türündedir.

            S1: Sürekli Çalışma

            S2: Kısa Süreli Çalışma

            S3: Kesintili Periyodik Çalışma

            S4: Yol Vermeli Kesintili Periyodik Çalışma

            S5: Elektrikle frenlemeli Kesintili Periyodik Çalışma

            S6: Sürekli Periyodik Çalışma

            S7: Elektrik Frenlemeli, Sürekli Periyodik Çalışma

            S8: Yük/Hız Değişmesiyle ilgili Periyodik Sürekli Çalışma

            S9: Periyodik Olmayan Yük ve Hız Değişimleriyle Çalışma

            S10: Kesik Sabit Yüklerle ve Sabit Hızlarda Çalışma

Standart Ortam Koşulları:

TS 3205 EN 60037-1 standartına göre üretilen Volt Elektrik Motorları ; en yüksek 40 °C ortam sıcaklığında ve deniz seviyesinden 1000 m’ye kadar yükseklikte ve S1 işletme türünde anma güçlerinde çalışırlar. 40 °C’lik ortam sıcaklığını aşan ve 1000 m’yi geçen yüksekliklerde motor anma güçlerinde belirli oranlarda düşme görülecektir.

Mekanik Koruma Dereceleri (IP Kodu) :

Standart mekanik korumanın iki amacı vardır.

a.     Gerlimli bölümlere olan temasa ve yaklaşmaya ve gövdenin içindeki döner bölümlere karşı kişilerin koruması ve katı yabancı maddelerin girmesine karşı makinenin korunması

b.     Suyun girişinden dolayı olan zararlı etiklere karşı elektrik aksam ve bağlı makinelerin korunması

Bu iki korumayı gerçekleştiren koruma türleri IP ( İnternational Protection) kodu ile birlikte yanyana iki rakamla berlitilir.

TS 3209 EN 60034-5 standartına göre ; birinci karakteristik sayı , ürünün katı cisimlere karşı, ikinci karakteristik sayı ise sıvılara karşı sağlanan koruma sınıfını ifade eder. Volt Elektrik Motorları’nın standart üretimi IP55 koruma sınıfındadır.

Soğutma Türleri ( IC Kodu ):

Soğutma, motorda oluşan ve ısıya dönüşen kayıpların dış çevreye iletilmesidir. Amaç, yalıtkan malzemelerin sıcaklığını sınır değerlerin altında tutmaktır.

Elektrik motorlarında uygulanan soğutma türü, TS 3210 EN 60034-6 standartına göre IC ( International Cooling) kod harflerini izleyen 1-9 arası rakamlar ile ifade edilir. Yapı büyüklüğü ( gövdesi) 63-450 arasında olan motorlar, koruma kapağı içinde çalışan soğtucu bir pervane ile dış yüzeyden soğutulur. Volt Elektrik Motorları, tam kapalı dış yüzeyden pervane soğutmalı motorlar olduğundan soğutma türü IC 411 ‘dir.

Elektrikli arabalar yakıt verimliliği, çevre duyarlılığı ve performans anlamında yeni deneyimler sunan bir motor teknolojisiyle çalışıyor. Çamaşır makinesinden küçük fanlara kadar çoğu elektronik eşyadan aşina olunan bu elektrik motorlar, otomobillerde daha verimli bir çalışma prensibinin parçası olarak ortaya çıkıyor.

Elektrikli Araba Motorunun Bileşenleri Nelerdir?

Elektrikli araçların çalışma prensibini daha iyi anlamak için motorda yer alan parçaların ne işe yaradığını bilmekte yarar var. Bilindiği gibi elektrikli araba motorunda mekanik parçalar bulunmuyor. Elektromanyetik alan oluşturarak hareket enerjisi elde eden bu tip motorlarda iki ana bileşen bulunuyor: Stator ve rotor.

Stator

Kısaca elektrikli motorun statik ve hareket etmeyen parçası olarak tanımlanan stator, dönen manyetik alan oluşturmakla görevli bir bileşen. Stator çekirdeği, stator çerçevesi ve bobin gibi parçalardan oluşuyor. Yüksek kaliteli silikon çeliklerin lamine edilmesiyle üretilen stator çekirdeği içinden elektrik akımı geçen bobinleri koruma işlevi görüyor. Stator bobinleri ise elektromanyetik alan oluşturmakla görevli binlerce iletken telden oluşuyor.

Rotor

Elektrikli motorun hareketli parçası olan rotor, elektriğin kinetik enerjiye dönüşümünde önemli bir role sahip. Halka şeklindeki stator çekirdeğinin içine yerleştirilen bu parçanın üzerinde iletken çubuklar bulunuyor. Statordaki bobinlerin ürettiği elektromanyetik alan rotorun iletken telleri üzerinden geçerek bu hareketli parçanın dönmesini sağlıyor. Rotor döndükçe kendisine bağlı çark ve dişlileri de hareket ettirerek kinetik enerji elde edilmesini sağlıyor.

Elektrikli Motor Nasıl Çalışır?

İçten yanmalı motorlara göre daha az bileşene sahip olan elektrikli motorlar basit bir çalışma prensibine sahip.

• Elektrikli bir motorun çalışma serüveni bataryada depolanmış enerjinin motora iletilmesiyle başlıyor.
• Bataryadaki doğru akım motora verilmeden önce kontrol ünitesine gönderilerek alternatif akıma dönüştürülüyor.
• Kontrol ünitesinde dönüşüme uğrayan elektrik akımı ilk olarak motorun stator parçasına gönderiliyor.
• Statorun iç duvarlarında bulunan ve iletken tellerden oluşan karşılıklı dizilmiş üç ayrı bobin çifti bulunuyor.
• Karşılıklı dizilmiş bobin çiftlerinden sırayla geçen elektrik akımı üç fazda gerçekleştirilen bir turun ardından elektromanyetik alan oluşturuyor.
• Sabit statorun içinde oluşan elektrik akımı rotor üzerindeki iletken çubuklardan geçerek parçanın dönmesini sağlıyor.
• Rotorun dönmesi, araba dişlilerini hareket ettirerek sürüş için gereken mekanik enerjiyi yaratıyor.

Elektrikli Araçlar Kendini Nasıl Şarj Ediyor?

Dizel ve benzinle çalışan otomobillerde marşa basılması ve diğer elektronik donanımların çalışması için ihtiyaç duyulan enerji akü tarafından sağlanıyor. Gücü azalan akülerin şarj edilmesi ise araç hareket halindeyken mekanik enerjiyi alternatif akıma dönüştüren alternatör tarafından gerçekleştiriliyor. Peki herhangi bir alternatöre sahip olmayan elektrikli araçlarda batarya kendini nasıl şarj ediyor?

Elektrikli araçlarda kinetik enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi motor tarafından gerçekleştiriliyor. Bataryanın şarj edilmesi ve motorun alternatör işlevi görmesi gaz pedalı serbest bırakıldığında başlıyor. Sürücü gazı bıraktığında stator tarafından oluşturulan manyetik alan duruyor. Bu da rotorun mevcut manyetik alanın tersi yönde daha hızlı dönmesine neden oluyor. Elektrikli araçlarda ayak gazdan çekildiğinde frene basılmışçasına bir yavaşlama hissedilmesi de bundan kaynaklanıyor.

Elektrikli araçlardaki bu enerji dönüşümü kayıpsız gerçekleşmediği için bataryanın sürekli olarak şarj istasyonlarında doldurulması gerekiyor. Bazen saatler alan bu sürecin elektrikli otomobilleri dezavantajlı konuma düşürdüğü bir gerçek. Ancak elektrikli araç sınıfının bir diğer üyesi olan hibrit teknolojisiyle bu dezavantaj büyük ölçüde ortadan kaldırılmış durumda. Çünkü hibrit otomobiller harici olarak şarj edilmeye ihtiyaç duymayan bir elektrik motoruyla çalışıyor. Benzinli motorla birlikte uyum halinde çalışan elektrikli motor sürüş sırasında kendi kendini şarj edebiliyor.