Elektrikli Araçlarda Kullanılan Motor Tipleri
Son yıllarda içten yanmalı motor kullanan araçlar, yerini elektrikli motor ile sürüşü gerçekleştiren Elektrikli Araçlar (EV)’a bırakmaya başlamıştır. Yakın gelecekte elektrikli araç kullanımının hızla artacağına kesin gözü ile bakılmaktadır.
Bu kapsamda elektrikli araçlarda kullanılan motor tiplerini, avantajları ve dezavantajları açısından inceleyeceğiz.
Fırçalı DC Motorlar (DCM)
DC Serisi’nin yüksek başlangıç tork kapasitesi, onu çekiş uygulaması için uygun bir seçenek haline getirir. Bu motorun avantajları hız kontrolünün kolay olması ve ani yük değişimlerine dayanmasıdır.
Üretilen tork, akımın karesiyle doğru orantılıdır. Tüm bu özellikler onu ideal bir çekiş motoru yapar. Bu motorlar yüksek güçlü olarak demiryollarında sıkça kullanılır.
DC motorun elektrikli araç uygulamalarında kullanımını sınırlayan dezavantajı ise mekanik fırçaların aşınmaya ve yıpranmaya elverişli olmaları nedeniyle arıza oranlarının yüksek oluşudur.
Asenkron Motorlar (ACIM)
Asenkron indüksiyon motoru, değişen manyetik alandaki iletkenlerin iletken boyunca bir EMF indüklediği elektromanyetik indüksiyon prensibine dayanmaktadır.
Motor, rotor ve stator akısının etkileşimiyle dönmektedir. Yaygın olarak sincap kafesli asenkron motorlar kullanılmaktadır. Asenkron motorun avantajları; yapısal basitlik, düşük maliyet ve düşük bakım ihtiyacıdır. Kıvılcım çıkaran fırçalar yoktur. Bu nedenle patlayıcı alanlar, su ve tozlu kirli ortamlarda çalıştırılabilir.
Dezavantajı ise hız kontrolünün zor olmasıdır. Motor düşük güç faktöründe çalışır. Bu nedenle bazı güç faktörü düzeltme cihazları gereklidir. Yüksek bakır kayıpları verimin düşmesine yol açar. Hava aralığının fazla olması verim düşmesine, bazen de mekanik sürtünmeye yol açabilir.
Kalıcı Mıknatıslı Senkron Motorlar (PMSM)
Kalıcı Mıknatıslı Senkron Motorların alan uyarımı, sabit mıknatıslar tarafından sağlanır. Bu motorlar temelde sinüzoidal zıt EMK dalga formuna sahip bir AC senkron motordur. PMSM, yapısal olarak fırçasız DC motor ile endüksiyon motorun birleşimidir. Fırçasız bir DC motor gibi, statorda sargıları ve kalıcı bir mıknatıs rotoru vardır.
Aynı zamanda, makinenin hava boşluğunda sinüzoidal bir akı yoğunluğu üretmek için yapılmış sargılı stator yapısı vardır. Bu yapı indüksiyon motorlara benzer. Rotor bakır kayıplarının olmaması soğutma açısından PM motorlara avantaj sağlamaktadır.
Dezavantaj olarak; yüksek ısı ve yük koşullarının mıknatıslanma özelliklerinin kaybolmasına neden olması örnek gösterilebilir.
Fırçasız DC Motorlar (PMBLDC)
Kalıcı mıknatıslı DC motor, rotorun stator ile aynı hızda döndüğü senkron bir motordur. Rotorun alan sargısının yerini sabit mıknatısla değiştirmesiyle geleneksel DC motordan farklılaşır. Kalıcı mıknatıslı senkron motor BLDC olarak da adlandırılır.
Küçük boyutları sayesinde güç yoğunluğu yüksektir. Alan sargıları olmadığından (bakır, ısı vb) kayıpları daha azdır ve verimi yüksektir. Kalıcı mıknatıs kullanılarak, motorların manyetik kutuplar üretmek için gerek duyduğu enerji ihtiyacı ortadan kaldırılır. Böylece DC motorlardan, endüksiyon motorlardan ve SRM’ler den daha yüksek verim elde edilebilir.
Dezavantajı ise motorun DC serisi ve AC endüksiyon motorlarından daha maliyetli olmasıdır.Mıknatısın pahalı olması, mıknatısın mekanik gücünün motorda büyük bir tork oluşmasını zorlaştırır. PMBLDC motorlarında hızı sınırlamak için fırça yoktur ancak iç rotor tipli motorlarda maksimum hızı kısıtladığı için mıknatısın sabitleme yoğunluğu konusundaki sorunlar devam etmektedir.
Anahtarlamalı Relüktans Motorlar (SRM)
Anahtarlamalı relüktans motorları, basit bir yapıya sahiptir. Hem statoru hem de rotoru çıkık kutuplu yapıdadır. Bundan dolayı motorlar çift çıkık relüktans motorlar olarak da adlandırılır.
Rotoru fırçasızdır ve yüksek hızda çalışabilir. Yüksek güç ve moment elde edilebilir. Sadece statorunda sargı olduğu için soğutması kolaydır. Fazlar birbirinden bağımsızdır ve bu sayede bir faz arıza yapsa bile motor çalışmaya devam eder. Verimi oldukça yüksektir.
SRM motorun dezavantajları; stator endüktansı büyüklüğü, anahtarlama anında sargı endüktansının uçlarında yüksek gerilim oluşumu, faz uyarımı sırasının belirlenmesi için motor miline sensör yerleştirilme gerekliliği ve bir fazdan diğerine geçerken gecikme olduğu zaman azalan moment nedeniyle yüksek gürültü çıkarması şeklinde sıralanabilir.
