Elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren makinalardır.
Her elektrik motoru biri sabit (Stator, Endüktör) ve diğeri kendi çevresinde dönen (Rotor, Endüvi) iki ana parçadan oluşur.
1821 de İngiliz bilim adamı Michael Faraday elektrik enerjisinin mekanik enerjiye dönüşümünü akım taşıyıcı bir iletkeni manyetik alanın içine koyarak, elektrik akımı ve alanının beraber dönme momenti üretmesi sonucunda iletkenin hareket etmesi ile açıklamıştır.
Onun prensibine dayanarak en ilkel makine olan D.C (doğru akım) makinesi 1832 de William Sturgeon tarafından tasarlanmıştır. Ancak bu model pahalı ve herhangi bir pratik amaç için kullanılamayan bir araçtı.
Daha sonra 1886 yılında ilk elektrikli motor Frank Julian Sprague tarafından üretildi. Bu makine belli bir yükün altında sabit hızda dönebiliyordu ve böylece hareket elde ediyordu.
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.
- Fırçalı DC Motorlar: En temel çeşit DC motor tipidir. Redüktör ile beraber veya redüktörsüz şekilde birçok projede kullanılırlar. Avantajları kolay bir şekilde sürülebilmeleri, dezavantajları ise fırça ya da kömür ismi verilen aşınan parçalarının periyodik olarak değiştirilmesi gerekliliğidir.
- Fırçasız DC Motorlar: Fırçalı DC motorların yerini almaları için tasarlanmıştır. Çalışmaları için ESC ismi verilen özel sürücü devreleri kullanılır. Avantajları, sürtünmenin en az düzeyde olması sayesinde verimliliklerinin çok yüksek olması ve fırça gibi aşınan parça olmaması sayesinde yüksek performans ihtiyaç duyulan uygulamalarda kullanılır. Dezavantajları ise sürücü ile sürülmek zorunda olmasıdır.
- Step Motorlar: Konumlama hassasiyeti en yüksek motor çeşididir. 2 ve 3 boyutlu yazıcılarda kullanılırlar. Çok hassas konumlama yapabilmelerine karşın fazla akım çekerler ve hareket hızları fırçalı ve fırçasız motorlara göre daha yavaştır.
- Servo Motorlar: 0 ile 180 derece arasında istenilen konumda yapabilecek motorlardır. RC (uzaktan kumandalı) araçlarda kullanılması için tasarlanmıştır. Sürekli dönebilen tipte servo motorlar piyasada bulunsa da, asıl amaçları RC uçak, helikopter, araba gibi araçlarda kanat, direksiyon, kontrol yüzeyi gibi parçaların açısını kontrol etmektir. Avantajları, harici bir sürücü devresine ihtiyaç duymamaları; dezavantajları ise hareket ettirmek için bir mikrokontrolcü veya RC kumanda alıcısına gerek duymalarıdır.
Fırçasız motorların, fırçalı motorlardan farkı; yüksek hıza sahip olmaları, torkları fazla, elektriksel gürültü meydana getirmez, sessiz çalışır, uzun ömürlüdür ve bakımları kolaydır.
DC motorların temel özellikleri
Yön : DC motorlara bir güç kaynağı bağlandığında DC motorun dönüş yönü akımın yönüne bağlıdır. Akımın yönü terslendiğinde DC motorun dönüş yönü de terslenmiş olur.
Hız : Bir motorun hızı rpm (rotations per minute – bir dakikada tamamlanan devir sayısı) ile ölçülür. Motorun hızı voltaja ve yüke bağlıdır.
Bir DC motorun hızının voltaja ve yüke göre değişimini değerlendirmek için iki durum düşünülebilir. Bunlardan ilki; DC motora yük binmeyen ya da sabit bir yükün olduğu bir sistemdir. Böyle bir sistemde DC motorun hızı uygulanan voltaja bağlıdır ve voltaj arttıkça hız da artar. İkinci durum ise; DC motora binen yükün zamana ya da gerçekleştirilen göreve göre değiştiği bir sistemdir. Bu durumda DC motorun hızı yüke bağlı olacaktır. Yük arttıkça uygulanan güç de artar ve güç arttıkça hız azalır.
Voltaj : Küçük DC motorlar 1,5 V ile 48 V arasında değişen voltaj değerlerine sahip olarak bulunabilirler. Her bir DC motor için belirtilen voltaj değeri, o DC motorun kendi verilen hız, güç ve akım değerlerinde stabil çalıştığı voltaj değeridir. Robotlarda ve diğer sistemlerde DC motorları kullanırken de bu voltaj değeri, DC motora verilecek maksimum çalışma voltajını belirlediği için önemlidir.
Akım : Bir DC motor belirtilen voltaj değerinde çalıştırıldığında DC motorun çekeceği akım yüke bağlıdır. Yük arttıkça DC motorun çektiği akım da artar. DC motor, maksimum akım sınırının aşılacağı fazla bir yükle çalıştırılmamalıdır. Böyle bir durumda DC motor kısa devreye neden olur ve uygulanan güç ısıya dönüşür. Bu durum uzun sürerse DC motor yanabilir. Genellikle DC motorların uygulama akımı aralığı 50 mA den başlayıp 2A üzerine kadar çıkabilir.
Güç : Güç bir motorun akımı ve voltajının çarpım değeridir. Ancak robot projelerinde ve mekanik sistemlerde bir motorun ürettiği kuvvetin tork (motorun dönme momenti) cinsinden değerlendirilmesi normaldir.
Tork motorun dönme momentidir. Torku yüksek olan motor düşük olana göre daha güçlüdür. Tork motorun elektriksel ve mekanik karakteristiklerine ve motor şaftının yarı çapına bağlıdır. Bir motorun torku motora bağlanan dişli kutularıyla (redüktör) değiştirilebilir. Dişli kutuları hızın azaltılmasını ve gücün arttırılmasını sağlar.
Örneğin; motor şaftının yarıçapının 10 katı yarıçapa sahip bir dişli motora eklendiğinde, motorun hızı 10 kat düşer ve gücü de 10 kat artar.
ALTERNATİF AKIM MOTORLARI
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 motorların asenkron tipleri standart bir aygıt olmuştur. Senkron tipleriyse, büyük güç gerektiren yerlerde kullanılabilir.
Bu iki grup motorlarda da eksenli iki armatür 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 alüminyum 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.
AC Motor DC Motor Farkı Nedir?
AC motorlar da DC motorlar da aynı çalışma prensibinde, elektrik enerjisini hareket enerjisine çeviren aygıtlardır. İki motor tipini ayıran özellik: AC motorlar alternatif akım ile, DC motorlar ise doğru akım ile çalışırlar. AC motorlar güç performansının uzun süre arandığı uygulamalarda ihtiyaç duyulurlar. DC motorlar tek fazlı olmalarına karşın AC motorlar tek fazlı veya üç fazlı olabilirler. En belirgin farkladan bir diğeri ise AC motor sürücü ile DC motor sürücüler arasındaki farktır. AC ve DC motor sürücüler hem yapısal olarak hem de çalışma prensiplerine bakıldığında birbirlerinden farklıdır. DC motor sürücüleri akım değerlerin, AC motor sürücüleri ise frekans değişimi ile motor kontrolünü sağlarlar. Senkron AC motor sürücülerde frekans değeri arttıkça motorun devri artar, frekans değeri azaldıkça devir düşer. Asenkron AC motor sürücüler ise bu işlemde ters orantılıdır. Frekans değeri arttıkça motor devri azalır, frekans değeri düştükçe motorun devri de düşer.
ÜNİVERSAL MOTORLAR
Stator ve rotor manyetik gövdeleri sac paletlerinden oluşan hem alternatif hem de doğru akım ile belli karakteristik özellik göstererek çalışan motorlara üniversal motor denir. Üniversal motorların kutup ve endüvi sargıları birbirlerine seri olarak bağlı olduğundan seri motorların karakteristiklerini de taşımaktadır. Bu nedenle bu motor tiplerine üniversal seri motorlarda denmektedir.
Üniversal seri motorlar hem alternatif akım hemde doğru akım ile çalışırlar. Bu motor tiplerinde doğru akım motorlarındaki gibi kollektör ve fırçalar bulunur. Alternatif akımda komütasyon Doğru akıma göre daha kötü olduğundan fırçalarda fazlası ile ark olmaktadır. Bu sebeple üniversal seri motorlarda yüksek dirence sahip fırçalar tercih edilmektedir. Üniversal motorlarda kollektör ve fırça olmasından dolayı kayıplar artmaktadır.
Üniversal Seri Motorların Özellikleri
- 1/500 – 2/3 Hp arası küçük güçlerde üretimi yapılabiliyor olması
- Kalkış ve dönme momentleri yüksektir
- Boşta çalışmasındaki devir sayıları çok yüksektir
- Üniversal motorların devirleri Doğru akım motorlarındaki gibi yükle değişir
- 15000-20000 d/dk kadar devirleri çıkabilir
- Yük altında olan üniversal seri motorun devir sayısı gerilim değiştirilerek ayarlanabilir.
Üniversal Motorların Kullanım Alanları
Çamaşır ve bulaşık makinası ,Blender, mikser vb gibi mutfak robotları, Elektrik süpürgesi, Vantilatör ve Aspiratörlerde, Küçük el aletlerin ( Matkap vb. gibi),Fön makinası, Dikiş makinalarında ve bir çok alanda kullanılmaktadır.
Uygulamalarda Kullanılan Başlıca Elektrik Motoru Çeşitleri
- Alternatif Akım Elektrik Motorları (A.C. Elektrik Motoru)
- Asenkron (Endüksiyon) elektrik motorları
- Kısa devre-rotorlu elektrik motorları (sincap kafesli motor)
- Üç fazlı asenkron elektrik motorları (Trifaze Asenkron Elektrik Motoru )
- Değişebilir hızlı kutup anahtarlamalı
- Tek fazlı asenkron motorlar (Monofaze Asenkron Motor)
- Daimi kondansatörlü
- Çift kondansatörlü
- Yardımcı direnç sargısı olan tek fazlı motorlar
- Gölge kutuplu motorlar
- Döner bilezik-rotorlu motor (rotoru sargılı asenkron motor, bilezikli asenkron motor)
- Kısa devre-rotorlu elektrik motorları (sincap kafesli motor)
- Senkron elektrik motorları
- Asenkron (Endüksiyon) elektrik motorları
- Doğru Akım Elektrik Motorları (D.C Elektrik Motoru)
- Şönt motor (paralel sarımlı motor)
- Seri motor (seri sarımlı motor)
- Sabit mıknatıslı (PM)
- Fırçasız doğru akım motorları (BLDC)
- Üniversal Motor
- Servo Motorlar
- Fırçalı DC Servo Motorlar
- Fırçasız AC Servo Motorlar
- Step motorlar
- Relüktans motoru
- Tork motorları
- Frenli motorlar
- Redüktörlü motorlar
- Ex-proof motorlar (Explosion proof motorlar)
