Bir AC motorun sürekli dönüş yapabilmesinin nedeni, elektromanyetik indüksiyon prensibini ve dönen bir manyetik alanın etkisini kullanması ve elektrik enerjisini mekanik enerjiye istikrarlı bir şekilde dönüştüren özel bir yapısal tasarıma sahip olmasıdır. Temel yapıları ve çalışma prensipleri aşağıdaki iki açıdan incelenebilir:
1. Temel Yapılar: Rotasyonu Destekleyen "Donanım Temeli"
Bir AC motor esas olarak iki ana parçadan oluşur: stator ve rotor. Bu iki parçanın birlikte çalışması, dönme hareketinin gerçekleşmesi için ön koşuldur.
- StatorMotorun sabit parçası olan statorun çekirdek bileşenleri, stator çekirdeği ve stator sargısıdır. Stator çekirdeği genellikle, girdap akımı kayıplarını etkili bir şekilde azaltabilen silikon çelik sacların lamine edilmesiyle oluşturulur. Çekirdeğin iç kısmı, stator sargısının yerleştirilmesi için yuvalarla eşit olarak dağıtılmıştır. Stator sargısı genellikle emaye bakır tellerden yapılır ve belirli kurallara göre üç fazlı bir sargıya bağlanır (çoğu endüstriyel AC motor üç fazlıdır). Bu sargı da üç fazlı bir AC güç kaynağına bağlanır. Sargıdan akım geçtiğinde, stator dönen bir manyetik alan oluşturur ve bu alan, motoru döndüren "güç kaynağı" görevi görür.
- Rotor: Rotor, motorun dönen kısmıdır ve genellikle iki türe ayrılır: sincap kafesli rotor ve sargılı rotor. Sincap kafesli rotor, bir rotor çekirdeği, rotor sargıları (bakır veya alüminyum çubuklar) ve uç halkalarından oluşan basit bir yapıya sahiptir. Rotor sargıları, çekirdeğin yuvalarına bir "kafes" gibi gömülür ve uç halkaları aracılığıyla her iki uçtan kısa devre yapılır. Diğer yandan sargılı rotor, çekirdeğin yuvalarına gömülü yalıtım katmanlarına sahip sargılara sahiptir. Sargıların iki ucu kayar halkalar ve fırçalar aracılığıyla dışarı çıkarılır ve motorun performansını ayarlamak için harici dirençler bağlanabilir. Rotorun temel işlevi, statorun dönen manyetik alanının etkisi altında indüklenen bir akım üretmek ve ardından elektromanyetik kuvvetle dönmeye itilmektir.
2. Çalışma Prensibi: Elektromanyetik Kuvvetle Hareket Eden "Dönme Mantığı"
Bir AC motorun dönüşü, "dönen manyetik alan üretimi - indüklenen akım oluşumu - elektromanyetik kuvvetle yönlendirilen dönüş" sürecinin tamamına dayanır. Örnek olarak üç fazlı asenkron AC motoru (en yaygın kullanılan tip) ele alalım:
- Dönen Manyetik Alanın Oluşumu: Statorun üç fazlı sargıları simetrik bir üç fazlı AC güç kaynağına bağlandığında, sargının her fazı zamanla sinüzoidal olarak değişen bir alternatif akım üretir. Üç fazlı akımlar arasındaki 120°'lik faz farkı nedeniyle, stator çekirdeğinde birlikte uyardıkları birleşik manyetik alan sabit değildir, motor ekseni etrafında sabit bir hızda (senkron hız olarak bilinir) dönerek bir "dönen manyetik alan" oluşturur. Senkron hızın büyüklüğü, güç kaynağı frekansı ve motorun stator sargısının kutup çifti sayısı tarafından şu formülle belirlenir: n₀ = 60f/p (burada n₀, devir/dakika cinsinden senkron hızdır; f, Hz cinsinden güç kaynağı frekansıdır; p, kutup çifti sayısıdır).
- Rotor Endüklenen Akım ve Elektromanyetik Kuvvet:Dönen manyetik alanın manyetik alan çizgileri, rotor sargılarını (veya rotor çubuklarını) kesecektir. Elektromanyetik indüksiyon yasasına göre, rotor sargılarında indüklenen bir elektromotor kuvveti oluşur. Rotor sargıları, uç halkaları (veya dış devreler) aracılığıyla kapalı bir devre oluşturduğundan, indüklenen elektromotor kuvveti, rotor sargılarında bir akımın akmasını sağlayarak "rotor indüklenen akımı" oluşturur. Bu noktada, indüklenen akıma sahip rotor iletkenleri statorun dönen manyetik alanı içindedir. Fleming'in Sol El Kuralı'na göre, rotor iletkenleri elektromanyetik kuvvetin etkisine maruz kalır. Bu elektromanyetik kuvvetlerin motorun rotor eksenine uyguladığı toplam torka "elektromanyetik tork" denir.
- Sürekli Dönme ve “Asenkron” Karakteristik: Elektromanyetik torkla tahrik edilen motorun rotoru, dönen manyetik alan yönünde dönmeye başlar ve kademeli olarak hızlanır. Ancak, rotor hızının (rotor hızı n olarak adlandırılır) statorun dönen manyetik alanının senkron hızı n₀'ye asla ulaşamayacağı unutulmamalıdır. Bunun nedeni, rotor hızı senkron hıza eşitse, rotor iletkenleri ile dönen manyetik alan arasında bağıl bir hareket olmayacağı ve manyetik alan çizgilerinin rotor iletkenlerini kesemeyeceğidir. Sonuç olarak, hem rotor indüklenen akımı hem de elektromanyetik tork ortadan kalkacak ve rotor direnç nedeniyle yavaşlayacaktır. Bu nedenle, rotor hızı her zaman senkron hızdan daha düşüktür. Bu "hız farkı", rotorun indüklediği akımı ve elektromanyetik torku korumak için gerekli bir koşuldur ve aynı zamanda "asenkron motor" adının da kaynağıdır (hız farkının senkron hıza oranına kayma oranı s denir, burada s = (n₀ – n)/n₀'dir ve normal çalışma sırasında s genellikle 0,01 ile 0,05 arasındadır). AC motor, "rotoru çalıştıran dönen manyetik alan ve gücü koruyan hız farkı" mekanizması sayesinde sürekli ve kararlı bir dönüş elde eder ve böylece çeşitli mekanik ekipmanların çalışmasını sağlar.