Frenleme Teknikleri

Elektrik motorlarında fren sistemlerinin başlıca görevi; motorun hareketli kısmı olan rotoru güç kesildikten sonra güvenli ve daha kısa sürede durdurup belirli bir konumda tutarak güvenli durdurmayı sağlamaktır.

Motorun geç durması hem döndürdüğü
yükün gereksiz yol almasına hem de seri kullanımlarda bir
sonraki başlatma anının gecikmesine yol açacaktır.

Manyetik alan prensibi ile çalışan frenleme sistemlerinin iki alt türü bulunmaktadır: Elektromanyetik fren sistemleri ve girdap akımları
fren sistemi. Elektromanyetik fren sistemlerinde manyetik kuvvet mekanik durdurma aksamlarına yardımcı kuvvet olarak kullanılırken girdap akımları fren sistemlerinde manyetik kuvvet ana durdurma kuvveti olarak kullanılır.

Bu frenleme sürecinde, rotorun kinetik enerjisi, bir aracın tekerleğine veya fren kampanasına sürtünen mekanik balatanın fren pabuçları tarafından
ısı şeklinde dağıtılır. Bu durumda motor, motorun hareketli parçası ile fren pabucu arasındaki sürtünme nedeniyle durdurulur.

Kampana Fren: Fren kampanası adı verilen dönen silindir şeklindeki bir parçaya dışarı doğru bastıran bir dizi pabuç veya balatadan oluşan sürtünmeyi kullanan mekanik bir fren sistemidir.

Disk Freni: Sürtünme oluşturmak için bir diske veya rotora karşı balata çiftlerini sıkıştırmak için bir sıkıştırma düzeneği kullanan mekanik bir fren sistemidir.

Elektrikli frenleme sistemlerinin mekanik frenleme sistemine göre avantajları şöyle sıralanabilir (Gadewar ve Jain, 2017):
1. Elektrikli frenleme yumuşak, hızlı ve güvenilirdir.
2. Daha yüksek hızlar korunabilir; bunun nedeni elektrikli frenlemenin oldukça hızlı olmasıdır. Bu, sistemin daha yüksek kapasitesine yol açar.
3. Elektrikli frenleme daha ekonomiktir. Bu durum, mekanik frenleme sistemlerindeki fren bloklarındaki aşırı aşınma ve fren balatasının sıklıkla değiştirilmesi gerekliliğinden kaynaklanır.
4. Elektrikli frenlemede üretilen ısı daha azdır ve zararlı değildir, ancak mekanik frenleme arızaya neden olur.
Elektrikli frenlemede, bazen frenleme süresi boyunca elektrik enerjisinin besleme sistemine geri beslenmesi mümkündür. Bu, işletim maliyetinden tasarruf sağlar. Mekanik frenleme durumunda bu mümkün değildir.

Elektrikli frenleme sistemlerinde frenleme süresince, çekiş motoru jeneratör gibi çalışır ve elektrikli frenler motoru neredeyse durdurabilir ancak sabit tutamaz. Bu nedenle elektrikli frenlemeye ek olarak mekanik frenleme kullanmak gerekir.
2. Elektrikli frenleme sistemlerinin kurulum maliyeti daha pahalıdır. Buna ek olarak vinç gibi ağır iş makinalarında elektrikli fren sistemi mevcut olsa bile mekanik fren sistemi kullanmak mecburidir.

Genel olarak mekanik direnç bir diğer deyişle sürtünme uygulamak için elektromanyetik kuvvet kullanarak hareketi yavaşlatır veya durdurur.

Tasarımlarındaki farklılıklara bağlı olarak aşağıdaki alt türlere sahiptir:
1. Tek yüz freni
2. Güç kapatma freni
3. Parçacık freni
4. Histeresiz güç freni
5. Çoklu disk freni

Armatür, bobin, göbek (şekil 7.7)

2 ana tip güç kapatma freni vardır. İlki yaylı frenlerdir. İkincisi, kalıcı mıknatıs frenleridir.

Histeresiz güç frenleri, parçacık frenleri gibi son derece geniş bir moment aralığına sahiptir. Bu frenler uzaktan kontrol edilebildiğinden, değişen moment gerektiren test standı uygulamaları için idealdirler. Sürtünme momenti minimum olduğundan, en geniş moment aralığını sunar.

Endüksiyon freni olarak da bilinen girdap akımı freni, hareket eden bir nesneyi kinetik enerjisini ısı olarak dağıtarak yavaşlatmak veya durdurmak için kullanılan bir cihazdır.

Girdap akımı frenleri, yüksek hızlı trenleri ve hız trenlerini yavaşlatmak için kullanılır. Ayrıca, fren aşınmasını ve aşırı ısınmayı önlemeye yardımcı olmak için yarı römork kamyonlarda sürtünme frenlerinin tamamlayıcısı olarak da kullanılırlar. Ek olarak, güç kapatıldığında ve elektrik hizmetleri tarafından kullanılan elektrik sayaçlarında elektrikli aletleri hızlı bir şekilde durdurmak için kullanılırlar.

Girdap akımı frenleri iki geometriye sahiptir:
• Doğrusal girdap akımı freninde iletken parça, mıknatısın hareket ettiği düz bir raydır.
• Disk veya döner girdap akımı freninde iletken, mıknatısın kutupları arasında dönen düz bir disk rotordur. Fiziksel çalışma prensibi her ikisi için de aynıdır.

Rejeneratif frenleme, hareket halindeki bir aracı veya nesneyi kinetik enerjisini hemen kullanılabilecek veya ihtiyaç duyulana kadar saklanabilecek bir forma dönüştürerek yavaşlatan bir enerji geri kazanım
yöntemidir. 

Rejeneratif frenlerden farklı olarak üretilen artık enerji, fren ızgara dirençlerinde ısı olarak dağıtılır.

Ters akım frenleme işlemi yapılmadan önce, iki
önemli konu göz önünde bulundurulmalıdır:
1. Tekrarlanan işlemler ve DA motorlarda izin verilen maksimum akımları sınırlandırma yöntemlerinin gerekli olup olmaması,
2. Tekrarlanan ters akım frenlemenin motora zarar verip vermemesidir

Yük tarafından sağlanan güce ek olarak, kaynak tarafından sağlanan güç de dirençte boşa harcanır. Dolayısıyla enerji israfı açısından en
dezavantajlı frenleme sistemidir.