|
|
FREN MOTORU ve FREN DÜZENEKLERİ
GİRİŞ
Fren motorlarının başlıca görevi tahrik sistemini hızlı, güvenli bir şekilde daha kısa sürede durdurmak, belli bir konumda tutmak ve güvenli frenlemeyi sağlamaktır. Fren düzeneklerinin işletmelerde kullanılmasının gerekliliği artık tartışılmaz hale gelmiştir. Hızlı durdurma yöntemiyle tahrik düzeninin boşta çalışma ve ölü zaman bölgelerinin azaltılması ile sistem verimi daha da arttırılır.
Şekil 1. Frenleme yapılan ve yapılmayan sistemlere ilişkin grafikler
Fren motorlarının kumanda devrelerinde
- Balatalı frenleme,
- Dinamik frenleme,
- Ani durdurma,
olmak üzere üç çeşit frenleme düzeneği mevcuttur.
1. BALATALI FRENLEME
Bu çeşit frenlemede motorun kasnağı bir yay aracılığıyla iki balata tarafından sıkılır. Balatalı frende bulunan bir elektromıknatıs enerjilendiğinde balataları açarak motor kasnağını serbest bırakır. Balatalı frenin ( A ) bobini frenleyeceği motorun uçlarına bağlanır. Motor çalışmaya başladığında elektromıknatısın bobini enerjilenir. Balatalar motor kasnağından ayrılır. Bu anda motor henüz şebekeye bağlandığından, yol alarak normal çalışmasına başlar. Durdurulmak istendiğinde motor elektriksel olarak şebekeden ayrılır. Aynı anda (A) fren bobininin de enerjisi kesilmiş olur. Şekil 2 'de görüldüğü gibi (Y) yayının etkisiyle balatalar motor kasnağını sıkarlar. Motor kasnağı ile balatalar arasındaki mekanik sürtünme, kuvveti motoru çok kısa bir zaman içinde durdurur. Balatalı frenler asansör ve vinç benzeri düzeneklerde kullanılan motorların frenlenmesinde sıkça kullanılırlar.
Şekil 2. Elektromıknatıs ile çalışan balatalı bir fren düzeneği
Fren motorları yardımıyla iş makinalarının zorlanmadan ve ısınmadan frenlemesi sağlanır. Fren motorlarından beklenen başlıca özellikleri sıralayacak olursak : Fren balatasının az aşınması ve az bakım gerektirmesi, Küçük yer tutması, Basit olması, Korozyona dayanıklı olması, Yüksek işletme güvenliği sağlaması, Büyük savurma kütlelerini frenleyebilmesi, Durma esnasında fren kuvvetini sürekli koruyabilmeli, Minimum gürültü ile çalışmalı, Fren kuvveti mekanik olarak veya elektriksel olarak kolayca ayarlanabilmeli, Çok sık devreye girip çıkabilmelidir. Genellikle fren motorlarında bir asenkron motor ve bir fren donanımı ile birleştirilerek kullanılır.
Şekil 3. Tepsi rotorlu fren motoru
Stator ve rotor normal bir asenkron makinadaki gibi yapılır. Ancak mekanik bir frenleme düzeneği ilave edilir. Şebekeden beslenen bir frenleme bobini ile çalışan bu frenleme düzeni motordan ayrıdır. Bu tür motorlar genelde dış yüzeyden soğutmalıdır. Üç fazlı asenkron motorlar standart parçalardan yapışırlar. Kuru tipte çalışan bir fren düzeni elektromagnetik bir aygıttır. Bobinden akım geçince oluşan manyetik alanın çekim kuvveti yay kuvvetini yener ve fren bırakılır ve fren düzeni havalandırıcının bulunduğu arka kapak kısmına yerleştirilir. Sabit kısım fren yanındaki motor kapağını hareketli kısım ise motor miline sabitlenir. Frenleme tepsisinin iki tarafında balata bulunur. Balatalar motorun aşınmaya dayanıklı şekilde yapılan motor yatak kapaklarına sürtünerek frenleme yapılır. Sabit kısımda bulunan çekim tepsisi civatalar üzerinden kapağa bağlanır. Sınırlı eksenel hareket yapabilir. Ayrıca dönemez ve arasında elektromıknatısın boyuna göre 0,2 ~ 0,5 mm mesafe bulunur. Motor akımı kesildiğinde elektromıknatıs bobininden de akım geçmez. Baskı yayları çekim tepsisi üzerinden frenleme tepsisini yatak kapağı üzerine bastırır. Böylelikle bir fren momenti oluşur ve mil frenlenir.
Sistemde elektromıknatısın akımı ayarlanarak baskı balatasının ve tepsinin birbirine karşı uyguladıkları kuvvet ayarlanarak fren momenti de ayarlanabilir. Fren bobini genellikle doğru akımla beslenir. Bunun sebebi ise alternatif akımdaki sıfır geçiş anlarındaki momentin de o anlarda sıfır olmasıdır. Bu ise istenen ayar fren momentinin de darbeli ve vuruntulu çalışmasına sebep verir. Eğer fren momenti ayarlanmayacak ve sadece açma kapama yaptırılacaksa elektromıknatıs bobini istenirse alternatif akımla da yapılabilir. Fakat yine de denilebilir ki açma kapama yaptırılacak olsa bile elektriksel bakımda iyi bir frenleme alternatif akımla yapılamaz. Zira alternatif akımda açma kapama süresi doğru akıma nazaran üç katı artar.
Frenleme momenti akımsız durumda ve yay kuvvetiyle sağlandığından tepsi fren aynı zamanda bir güvenlik frenidir. Zira motor çalışırken şebekeden elektrik enerjisi kesilse bile fren kendi kedini kilitler ve düzenek durur. Fren momenti motor momentinin yaklaşık iki katıdır.
My=2.Mn
2. DİNAMİK FRENLEME
Dinamik frenleme olarak adlandırılan bu tip frenleme, elektriksel frenleme olarak da adlandırılır. Elektriksel frenlemede maksat, motorun milinden gelen momenti kullanarak makinayı generatör olarak çalıştırarak ürettiği gücü, yine motor durumunda çalışırken bağlı olduğu şebekeye geri vermesidir. Burada dikkat edilmesi gereken bir husus, motorun beslendiği şebekenin bu ters gücü kabul edebilecek düzenekte olmasıdır. Eğer ki şebekeye verdiği bu gücü karşılayacak yani tüketecek bir başka yük yoksa frenlenmek istenen motor frenlenemeyecek ve dolayısıyla işlem başarısızlıkla sonuçlanmış olacaktır. Şayet bağlı bulunduğu şebekede böylesi bir durumla karşılaşılma söz konusu olabilecekse bu durumda elektriksel olarak frenlenen ve artık generatör olarak çalışan bu sistemin ürettiği elektriksel güç, bir direnç üzerinde tüketilir. Fakat eğer ki bu düzenekte kullanılan ve normal çalışmasında motor, frenleme anlarında generatör olarak çalıştırılacak olan makine bir senkron makine ve ayrıca enterkonnekte sistemden beslenmekteyse bu durumdan endişelenmemek gerekir. Çünkü frenleme anlarında üretilen bu elektriksel gücü tüketecek yük illa ki şebekede mevcut bulunacaktır. Burada endişe edilecek bir konu aranırsa o da şu olabilir; motor olarak çalışırken şebeke ile motor arasına konulan çeşitli dağıtım kademelerindeki koruma cihazlarının, herhangi bir arıza durumunda, frenleme esnasında generatör olarak çalışan düzenekten yükü de ayıracağından, bu duruma karşı da ayrıca önlem alınması gerekmektedir.
Şekil 4. Bir D.A. şönt motorun dinamik frenlemesine ait kumanda ve güç devresi.
Buradaki stop öncelikli kumanda devresinde frenleme direncine seri olan normalde kapalı (M) kontağı açar ve endüvi devresine seri olan (M) kontağı kapanır. Şönt sargı devreye devamlı bağlı olduğundan endüvinin devreye girmesiyle motor dönmeye başlar. Stop butonuna basılınca kontaktörün akımı kesilir. (M) kontakları normal hallerine geri dönerler. Dikkat edilirse stop butonuna basılmasıyla beraber endüvinin enerjisi kesilmekle beraber şönt sargı hala devrede olduğundan stop anından sonra rotor ve iş makinası tarafından gelen ataletiyle dönmeye devam eden makine generatör olarak çalışmaya başlar ve endüvisi uçlarında bir gerilim indükler. İndüklenen bu gerilim normalde kapalı (M) kontağı üzerinden frenleme direnci içinden bir akım dolaştırır. Bu akım generatör olarak çalışan makineyi yükler ve frenler. Burada kullanılan fren direnci ayarlanalı bir reosta olarak düşünülürse fren akımı ayarlanarak fren zamanı da uzatılıp kısaltılabilecektir. Milden gelen gücün kaynağı devamlı değilse düzeneğin ataletiyle makine çok kısa bir süre içinde durur. Burada bahsi geçen milden gelen gücün devamlılığı konusuna ise şöyle açıklık getirilebilir : Eğer bu motor bir vinç motoru olarak kullanılıyor ise bu durumda yük, yerçekimiyle devamlı olarak aşağıya doğru ineceğinden makine devamlı olarak generatör olarak çalışır ve belirli zaman sonra durmaz tam aksine yük herhangi bir şekilde durana kadar generatör çalışma devam eder.
Şekil 5. Üç fazlı bir asenkron motorun güç ve kumanda devresi
Şekil 5. 'de üç fazlı bir asenkron motorun çalıştırılması ve dinamik frenlemeyle durdurulmasına ait bir güç bağlantı şeması gösterilmiştir. Bu bağlantıda start butonuna basıldığında (M) kontaktörü enerjilenir ve motor çalışmaya başlar. Normal çalışması esnasında kumanda devresinden stop butonuna basıldığında ise (DF) kontaktörü enerjilenir ve (M) kontaktörünün enerjisi kesilir. (DF) kontaktörünün kontakları kapanınca transformatör şebekeye, köprü diyot çıkışları da motor uçlarına bağlanır. Stator sargılarında dolaşan doğru akım bir manyetik alan yaratır. Bu manyetik alanı kesen rotor çubuklarında bir gerilim indüklenir.eğer ki motor sincap kafesli rotorlu bir motor ise indüklenen bu gerilim kısa devre olan rotor çubuklarından akım dolaşır. Dinamik frenlemenin temel maksadı olan motorun milinden gelen atalet momentiyle generatör olarak çalıştırılması ve üretilen gücün bir direnç vasıtasıyla harcanması düşüncesindeki olayındaki dirençler bu devrede rotorun kısa devre çubuklarıdır.
Eğer bu devrede kullanılan motor bir bilezikli asenkron motor ise demek oluyor ki yol almada ve devir ayarında kullanılan bileziğe bağlı dirençlerin ayarı sayesinde dinamik frenleme sırasında bu dirençlerin ayarı da söz konusu olacaktır ve fren zamanı da ayarlanabilecektir. (M) ve (DF) kontaktörlerinin çok kısa bir süre bile beraber kapalı kalması demek, A.A. ve D.A. 'mın çakışması ve buna bağlı kısa devreye ve birçok arızaya sebep olacağı aşikardır. (M) ve (DF) kontaktörlerinin aynı anda kapalı kalmalarını önlemek için bu kontaktörlere elektriksel kilitleme yapılır.
3. ANİ DURDURMA
Ani durdurma yönteminin mantığı, motorun var olan döndürme momentini ters yönde çevirerek motorun miline ters döndürme momenti uygulamaktır. Motorun çeşidine göre A.A. veya D.A. , senkron veya asenkron, relüktans veya step motoru olmasına göre bu durum özel olarak her bir tip için ayrıca incelenebilir. Ancak temel olan mantık, döner alanı ters yönde çevirmektir. Frenleme zamanını en kısa sürede beceren yöntem ani frenleme yöntemidir. Ani durdurma sistemi güçlükle yol alan motorlarda ve büyük güçteki motorlarda uygulanmaz. Aksi takdirde motor şebekeden aşırı akım çeker ve döndürdüğü yükde sakıncalı değerlerde mekanik gerilimler doğar.
Elbette ki beraberinde birçok sorunları da getirmektedir. Bunların başında mekanik problemler oluşturmaktadır. Her şeyden önce milin veya bu mile bağlı diğer hareketli parçaların bu ani fren karşısında bir burulması göz önüne alınmalıdır. Motor yere iyice tesbit edilmiş olmalıdır, yoksa bu ani fren karşısında motoru yere sabitlemek için kullandığımız civataların kopması sonucunda statorun dönmesi bile söz konusu olabilecektir. Bir diğer mekanik sorun da motorun bağlı olduğu sistem, bu ani frenlemeye müsaade eder olmalıdır. Eğer bir bant sisteminde kullanılan bir motor ise ve ani durdurma sonucunda bu bant üzerindeki malzemeyi üzerinden fırlatıp atacaksa burada ani frenleme sakıncalıdır.
Ayrıca alınması gereken diğer bir önlem ise elektriksel önlemlerdir. Durdurma için motora ters döndürme momenti uygulandığından motor durma anından sonra ters yönde dönmek isteyecektir. Eğer herhangi bir müdahelede bulunulmazsa motor durduktan sonra ters dönmeye başlar. Burada bazı algılayıcılarla bu anı tespit ederek durma anında motorun enerjisi kesilmelidir ve eğer gerekiyorsa durma anında mekanik bir kilitleme sistemiyle milin dönmesi engellenmelidir.
Ani durdurulacak motor ilk önce şebekeden ayrılır. Daha sonra ters yönde dönecek şekilde tekrar şebekeye bağlanır. Bu durumda motorda ters yönde bir döndürme momenti meydana gelir. Devir sayısı süratle düşer ve belirli bir zaman sonra da motor tamamen durur. Bu andan sonra motorun ters yönde dönmesine olanak verilmez ve hemen motor devreden çıkarılır.
Şekil 6. Şönt motorun ani frenlenmesine ait güç ve kumanda devresi.
Bir şönt motora ait yol verme ve ani frenleme devresi Şekil 6.'de verilmiştir. Bu devrede kullanılan ani durdurma anahtarı durdurmayı gerçekleştirir. Ani durdurma sırasında devreden iki kat bir güç çekileceğinden akımı sınırlamak için ani durdurma direnci kullanılır. Bu direncin değeri devre parametrelerine göre seçilir. Ani durdurma akımı yol alma akımının yaklaşık iki katına eşit olacağından ani durdurma direnci wattlı direnç olarak tabir edilen bir direnç olmalıdır. Başka bir deyişle bu ani durdurma akımını içinden sorunsuzca akıtabilecek bir direnç olmalıdır.
Start butonuna basıldığında normalde kapalı (G) kontağı üzerinden m kontaktörü enerjilenir ve motorun endüvisi şebekeye güç devresindeki (M) kontakları vasıtasıyla bağlanır. Şönt sargı devreye devamlı olarak bağlı olduğundan motor ileri yönde dönmeye başlar. Motor ileri yönde döndüğü sürece kapalı olabilecek bir düzenekle motorun miline tespit edilmiş olan ani durdurma anahtarı motor ileri yönde döndüğü sürece kapalı kalacaktır. Motor çalışırken stop butonuna basılınca (M) kontaktörünün enerjisi kesilir ve tüm kontakları normal konumlarına geri dönerler. Bu anda ani durdurma anahtarına seri olan (G) kontaktörü enerjilenir. Bu kontaktörün enerjilenmesiyle beraber güç devresindeki (G) kontakları da kapanır ve ileri yönde dönmekte olan motorun endüvisi, ters yönde kutuplayacak şekilde tekrar şebekeye bağlanır. Endüviden geçen akımın yönü değişir. Motor bu ters döndürme momentinin etkisiyle kısa sürede durur. Durduktan sonra, motorun ileri yönde dönesi halinde kapalı kalabilen ani durdurma anahtarı kendiliğinden açılır. Bu durumda (G) kontaktörünün enerjisi de kesilir ve motor tamamen şebekeden ayrılmış olur. Böylece motor geri yönde dönmesine müsaade edilmeden, çok kısa bir sürede durdurulmuş olur.
Şekil 7. Yol vermesiz, tek yönlü üç fazlı bir asenkron motorun ani durdurulmasına ait kumanda ve güç devresi.
Üç fazlı bir asenkron motorun çalıştırılması ve ani durdurulması Şekil 7. 'daki devrede gösterilmiştir. Çalışma durumunda stop butonuna basılması durumunda iki fazın yerinin değiştirilerek tekrar şebekeye bağlanması yöntemiyle motorda oluşturulan ters döndürme momenti, rotorun devir sayısını süratle düşürür. Devir sayısı sıfır olduğunda ani durdurma anahtarı açılır ve artık motorun bağlantısı şebekeden tamamen ayrılmış olur. Böylece motor ters dönmeden ani olarak durdurulmuş olur.
Yazan : Erhan TEKE
Yazı tarihi : Haziran 2000
İzmit