Asenkron motorlarda elektriksel arızalar

Asenkron motorların elektriksel yapılarını temeli oluşturan stator ve rotor, yine arızaya en yatkın elektriksel aksamdır. Stator ve rotorda görülen elektriksel arızalar motor için çoğu zaman geri döndürülemez seviyede gerçekleşir. Dahası stator ve rotorun motorun devamlı olarak çalışabilmesi için temel yapı olması bu arızaların gelişmeden belirlenmesi açısından daha büyük önem taşır. Stator arızaları sürücülerden ve sargıların yarattığı sorunlardan dolayı oluşurken, rotor arızaları rotor çubuğu ve elementlerinin hasar görmesi sonucu ortaya çıkar. 

Stator Arıza Nedenleri

Stator arızaları dört ana temel grupta incelenebilir. Bunlar ısısal etkiler, elektriksel etkiler, çevresel etkiler ve mekanik etkilerdir.

Asenkron motorlarda stator arıza nedenleri

Stator arızaları asenkron motorlarda yaşanan arızaların yüzde onaltısını oluştururlar. Titreşim, Akım İmza ve Durum Bazlı izleme ile stator arızaları saptanabilir. Stator akımının ölçülmesi ve analizi ile birlikte arıza teşhisi yapılmaktadır. Stator arızalarının saptanması önemlidir. Çünkü aşağıdaki görüleceği gibi stator sargılarında oluşabilecek arızaların geri dönüşü çok zordur.

Sürücü Arızaları

Güç elektroniğinin gelişmesiyle birlikte asenkron motorların kontrolü de olumlu biçimde gelişti. Asenkron motorların zor kontrolü, kıvılcım çıkaran fırçalı kontrol düzenekleri işletmeleri sürücü kullanmaya zorladı. Sürücüler sayesinde hız ve ivme kontrolü, üretim hızını ayarlama, kalkış ve duruşlarda mekanik şokun azaltılması mümkün hale geldi. Bugün pompa, konveyor, fan gibi birçok asenkron motor ile tahrik edilen sistem için sürücüler kullanılmaktadır. Özellikle fan ve pompa uygulamalarında sürücüler sayesinde yüzde yirmi ile yüzde otuz arasında enerji tasarrufu yapılmaktadır.

İlginizi Çekebilir: Harmonik Nedir?

Motor sürücüleri şebekeden aldıkları sinüzodial gerilimi, doğru gerilime dönüştürür. Daha sonra bunu darbe genişlik modülasyonu tekniğiyle tekrar alternatif gerilime dönüştürerek, değişken frekanslı bir işaret elde ederler. Aşağıdaki görselde örnek bir sürücünün prensip şeması verilmiştir. Buna göre bir sürücü sisteminde asenkron motor, evirici, akım sensörü, hız kodlayıcı, kontrol bölgesi ve kablo ve bağlantılar muhtemel arıza yerleridir.

Sürücülerin çalışırken gerilim yükselme hızının artışının çok hızlı olması nedeniyle stator ve motor arasında bir kondansatör etki meydana gelir. Bu nedenle bir kondansatör gibi davranan motor mili üzeri üzerinde gerilim indükler. Bu gerilim rulmanda bulunan yağın delinme gerilimini aşana kadar artar ve yağın delinme sınırında boşalma gerçekleşir. Bunun sonucunda rulman akımı oluşur. Motor çalıştığı sürece devam eden bu olay aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi iç ve dış bileziklerde aşınmaya neden olur. Bunun önüne geçilebilmesi için sürücünün anahtarlama frekansı akustik gürültü seviyesine yakın seçilmesi gerekmektedir.

Aşırı rulman akımı nedeniyle rulmanda meydana hasar.

Bunun yanında darbe genişlik modülasyonu için kullanılan eviricilerin neden oldukları arızalar sürücü arızalarında önemli yer tutar. Bu arızaların aşağıdaki gibi tanımlanmıştır.

• Giriş geriliminde Faz-Toprak Hatası F1
• Alıcı diyotta kısa devre hatası F2
• Doğru akım barasında topraklama hatası F3
• Doğru akım bağlantı kapasitesinde kısa devre hatası F4
• Transistör bazında hata F5
• Transistör kısa devre hatası F6
• Terminalde oluşan hat-hat arızası F7
• Terminalde oluşan tek hat toprak arızası F8
•  Terminalde oluşan tek faz toprak arızası F9
• Tek faz hatası F10

Bu hataların nerede gerçekleştiği aşağıda verilmiştir.

 Eviricilerde meydana gelen arızaların yerleri.

Sargı Arızaları

Stator sargı arızalarındaki ortaya çıkan en sık arıza yalıtım sorunlarıdır. Stator arızaları yüksek akım akmasına neden olur. Bunun neticesinde sıcaklık artışı meydana gelir ve yalıtım bozulur. Dahası sargılarda sınır sıcaklığı aşan her 10 derece yalıtımın ömrünü yarı yarıya azaltır. Stator meydana gelen kuvvet sargılardaki bobinler üzerinde akımın karesi ile doğru orantılı bir biçimde artar. Bu kuvvet geçici aşırı yüklenmeler durumunda kuvvetli darbelere neden olur. Bu darbeler yalıtım sistemine zarar verebilir.

Temel olarak stator hataları bobin-bobin hatası, sargı-sargı hatası, açık devre hatası, faz-faz hatası ve bobin-toprak hatası olmak üzere 5 kısma ayrılır. 

Stator hatalarının oluşum yerleri.

Statorda oluşan sargı arızalarının nedenlerini 2 ana grupta inceleyebiliriz.

Isısal Gerilmeler

Yüksek sıcaklık stator sargı ve yalıtımlarına en çok zarar veren etkidir. Her 10 derecelik artış yalıtım ömrünü %50 düşürür. Normal çalışma koşullarında, yalıtımın yaşlanması arızalara neden olmazken, yalıtımın diğer gerilimlere karşı güçsüzleşmesi statorda hatalara neden olabilmektedir. Bunun önüne geçilebilmesi için sıcaklık artışının önüne geçilmeli ve yüksek sınıf yalıtım kullanılmalıdır. Simetrisiz faz gerilimleri, aşırı yüklenme, engellenmiş havalandırma, aşırı çevre sıcaklığı gibi olumsuz koşullar ısısal gerilmeleri artırırlar. Örneğin %3.5 düzeyinde bir gerilim simetrisizliği en yüksek akımın aktığı fazda %25’lik bir sıcaklık artışına neden olur. Bu da stator sargılarında ani sıcaklık artışlarına yol açarak aşağıdaki şekilde olduğu gibi yalıtımın bozulmasına neden olabilir.

Stator sargılarında yalıtımın bozulması ile sargılarda oluşan hata.

Elektriksel Gerilmeler

Elektriksel gerilmeler birçok nedenden ötürü stator hatasına yol açarlar. Dielektrik etkiler, gevşeklik, geçici gerilim koşulları ve korona bunların başında gelir. Faz-toprak, sarım-sarım ve faz- faz arasında kullanılan dielektrik madde gerilim altında yalıtım hatalarına yol açabilir. Bu nedenle burada kullanılan materyal yalıtımı yüksek sınıf seçilmelidir. Geçici gerilim değişikleri ise etkisini uzun yıllarda gösterir. Bu geçici etkiler yıldırım darbeleri, sürücülerin neden olduğu gerilim değişiklikleri, hızlı bara değişimleri, devre kesicilerin devreye girmesi veya çıkması, kapasitörlerin devreye girip çıkması sayılabilir. Bu geçici etkiler giderek yalıtımın daha kötüye gitmesine neden olurlar. Nihayetinde sarım-sarım, hat-toprak, sarım-toprak hatalarına neden olabilirler.

Mehmet Cem Ateş | Elektrik Mühendisi