Asenkron motorların verimliliği birçok elektriksel nedene bağlı olup, bu nedenlerin ortadan kaldırılması motorların verimli bir şekilde çalışması için önemlidir.
Asenkron motorların giriş gücü elektriksel bir güçtür. Bu gücü oluşturan akım ve gerilim asenkron motorun verimliliğini doğrudan etkiler. Özellikle son yıllarda artan enerji kalitesi sorunları asenkron motorların tam randımanlı çalışmasında önemli rol oynar. Gerilim dengesizliği, simetrisizlikler, harmonikler, motora farklı gerilim uygulanması motorun verimliliğini etkileyen önemli unsurlardır.
NEMA (Uluslararası Elektrik Malzemeleri Üretici Birliği) standartlarına göre ancak motorun anma geriliminin ±%10’u kadar farklı bir gerilim uygulanması gerekir. Anma gerilim değerinin dışına çıkıldığında motor verimi etkilenecektir. Örneğin motorun anma gerilimin altında çalıştığını varsayılırsa, gerekli yük momentini sağlamak için motor daha fazla akım çekecektir. Bu da akımın karesi ile değişen stator kayıplarını artıracaktır. Benzer şekilde nominal gerilim değerinin üzerindeki bir gerilimde çalıştırılması durumunda mıknatıslanma akımı gerilimin karesi ile orantı olarak artar. Motor parametrelerine bağlı olarak doyma meydana gelebilir. Bunun sonucunda stator ve rotor demir kayıpları artacağından verim düşer. Aşağıdaki görsellerde besleme gerilimindeki artış ve düşüşlerin motor verimi üzerindeki etkisi belirtilmiştir.
10 HP (Beygir Gücü) asenkron motor’a uygulanan farklı gerilimlere göre verimlilikleri.
100 HP Asenkron Motor’a uygulanan farklı gerilimlere göre verimlilikleri.
Gerilim Dengesizliği
Gerilim dengesizliği sonucu motorda pozitif ve negatif bileşen akımları akar. Bu da kayıpları arttırır. NEMA standartlarına göre gerilim dengesizliğinin nasıl bulunduğuna ilişkin denklem 2'de verilmiştir.
Vden= Gerilim Dengesizliği
Vmaks= Ortalama Değerden Sapan En Büyük Gerilim
Vort= Gerilimlerin Ortalama Değeri
Örneğin bir motordan 396 V, 415 V ve 399 V ölçülmüş olunsun. Ortalama değerden en fazla sapma gösteren 415 V dengesizliği belirler.
Oluşan gerilim dengesizliği negatif bileşene oluşturarak;
Motorun ısınmasına Negatif moment oluşturarak kalkış ve maksimum momentun azalmasınaKaymanın artmasınaKayıpların artmasına neden olur.
Asenkron motorlarda gerilim dengesizliğine bağlı olarak verim düşümü yaşanır.
Toplam Harmonik Bozunumu
Lineer olmayan yüklerin artışı ve güç elektroniği elemanları harmonikleri önemli bir biçimde arttırmıştır. Öyle ki mevcut güç titreşimleri elektrik motorlarının kayıplarını dahi önemli oranda artırır oldu. Harmonikler mekanik kayba neden olmasa da harmonik akımları demir ve bakır kayıplarını artırarak motorların ısınmasına neden olabilmektedir.
Yapılan ölçümlerde 2. ve 5. güç titreşiminin kayıpların yanı sıra motorlarda ters momente neden olduğu, yeterince büyüklüğe ulaşması halindeyse aşırı yüklemeye neden verdiği görülmüştür. 7. Harmoniğinse kayıpları arttırdığı, motorda ısınmaya neden olduğu, ancak yarattığı momentin temel harmonikle aynı yönde olduğu görülmüştür. Harmoniklerin genliğine bağlı olarak asenkron motorlarda kayıplar artar. Denklem 3'e göre güç azalma faktörü belirlenir . Bu model ısınma kısıtlamalarının ve hesabının yapılmasında önemlidir.
Pçıkışh= Harmonikli güç çıkışı
Pçıkış= Harmoniksiz ölçülen güç çıkışı
Dh= Azalma Faktörü
Asenkron motorlarda kayma rotor direncini dolayısıyla verimi etkiler. Denklem 2.4’de verildiği gibi harmonikler yine kaymayı değiştirerek, asenkron motorun verimini düşürürler.
h= Harmonik derecesi
s= Temel harmonik kayması
sh= h. harmonik kayması
Harmoniklerin açtığı sıcaklık artışı genelde 4-6 derecedir, bu motor izolasyonunu ve motor ömrünü etkiler. Aşağıdaki görselde deneysel olarak harmoniklerin yol açtığı sıcaklık artışları verilmiştir.
Özellikle 5. harmonik asenkron motorlarda ciddi anlamda kayıplara yol açar.