Tesla'nın " Dönen Manyetik Alan" projesi, alternatif akım (AC) kullanarak elektromekanik dönme hareketi sağlamak amacıyla geliştirdiği ve modern elektrik motorlarının temelini oluşturan bir teoridir. Tesla, bu proje ile elektromanyetik endüksiyon ve dönen manyetik alanlar kullanarak dönen bir motor yaratmayı başarmıştır. Bu prensip, üç fazlı akımların bir bobin setine uygulanması ile elektriksel enerjiyi mekanik enerjiye çevirerek, dönen bir manyetik alan üretmekte ve böylece rotor adı verilen hareketli kısmın dönmesini sağlamaktadır.

Bu proje, özellikle Tesla'nın asenkron motor ve AC sistemlerinin gelişmesine katkıda bulunarak modern elektrik motorlarının temelini atmıştır. Aşağıda Tesla'nın dönen manyetik alan projesinin bilimsel detayları ve formüllerle açıklamaları sunulmaktadır.

1. Dönen Manyetik Alan Prensibi

Tesla, üç fazlı alternatif akımlar kullanarak stator adı verilen sabit bir kısımda dönen bir manyetik alan oluşturmayı başardı. Stator üzerindeki bobinler üç fazlı akım ile beslenerek, manyetik alanın sürekli olarak yön değiştirmesine neden olur. Bu değişen manyetik alan, rotor adı verilen hareketli kısımda dönen bir manyetik alan oluşturur ve böylece rotorun dönmesi sağlanır.

Üç Fazlı Alternatif Akım

Tesla'nın sisteminde kullanılan üç fazlı alternatif akım dalga fonksiyonları:

Bu üç fazlı akımlar, bobinler aracılığıyla manyetik alanlar oluşturur ve farklı faz farkları sayesinde stator üzerinde dönen bir manyetik alan meydana gelir. Burada:

• I₀: Maksimum akım genliği,
• ω: Açısal frekans,
• t: Zaman.

2.Stator Üzerindeki Manyetik Alanın Oluşumu

Stator üzerindeki manyetik alan, bu üç fazlı akım sayesinde rotorda bir dönen alan meydana getirir. Bu alanın büyüklüğü ve yönü, üç fazlı akımların faz farklarına bağlı olarak değişir. Stator üzerinde belirli bir manyetik akı yoğunluğu ( B) ve açısal hız (ω ) yaratılır.

Dönen manyetik alanın açısal hızı (senkron hız) şu formülle hesaplanabilir:

• n_s: Senkron hız (d/dk),
• f: Elektriksel frekans (Hz),
• p: Kutup çifti sayısı.

Senkron hız, stator üzerindeki manyetik alanın dönme hızını belirtir ve bu hız, rotorun senkron hızına ulaşması için gereklidir.

3.Rotor Üzerindeki İndüksiyon ve Kayma Kavramı

Rotor, stator tarafından oluşturulan dönen manyetik alanla karşılaştığında, Faraday Yasası'na göre bir elektromotor kuvvet (EMF) indüklenir. Bu EMF, rotor sargılarında bir akım oluşturarak bir manyetik alan yaratır. Rotor alanı, stator alanıyla etkileşime girerek dönme hareketi meydana getirir. Ancak rotor, senkron hızın biraz altında döner, buna "kayma" adı verilir.

Kayma, şu şekilde tanımlanır:

• s: Kayma,
• n_r: Rotor hızı.

Kayma, rotorda indüklenen EMF ve akım büyüklüğünü etkiler; bu da rotor tarafından üretilen torku belirler. Kayma miktarı, motorun yüküne bağlı olarak değişir.

4. Endüksiyon ve Faraday Yasası ile Rotor Hareketi

Faraday Yasası'na göre, statorun dönen manyetik alanı rotor sargılarında bir EMF indükler. Bu EMF, rotorda bir akım oluşturarak manyetik alan yaratır. Rotorun manyetik alanı, statorun manyetik alanıyla etkileşime girerek Lorentz kuvveti aracılığıyla bir tork oluşturur. Bu tork, rotorun dönmesine neden olur.

Endüklenen EMF şu formülle hesaplanabilir:

• N : Sargı sayısı,
• dΦ / dt: Manyetik akının değişim hızı.

Bu EMF ile indüklenen akım, rotorun dönmesi için gereken torku sağlar.

5.Tork Üretimi ve Lorentz Kuvveti

Dönen manyetik alanın rotor üzerindeki etkisi, rotorun elektromanyetik tork üretmesine neden olur. Tork (T) şu şekilde hesaplanır:

• k : Motor sabiti,
• Φ : Manyetik akı,
• I_r: Rotor akımı.

Bu tork, rotoru döndürür ve motorun mekanik iş yapmasını sağlar. Tork büyüklüğü, rotorun manyetik alan ve akım ile etkileşiminden doğrudan etkilenir.

6. Tesla'nın Katkısı ve Dönen Manyetik Alanın Modern Kullanımı

Tesla'nın dönen manyetik alan prensibi, günümüzde elektrikli araçlarda, endüstriyel makinelerde ve birçok elektromekanik sistemde kullanılan AC indüksiyon motorlarının temelini oluşturur. Tesla'nın bu çalışması, sadece elektromekanik alanında değil, aynı zamanda elektrik mühendisliği ve enerji dönüşüm sistemlerinde çığır açıcı bir buluş olarak kabul edilir.

Tesla'nın dönen manyetik alanı, modern enerji ve makine mühendisliğinde önemli bir yer tutmakta ve özellikle verimli enerji dönüşümü ve yüksek performans gerektiren sistemlerde sıklıkla tercih edilmektedir. Tesla'nın üç fazlı akım teorisi ve indüksiyon prensipleri, enerji verimliliği ve iş gücü açısından da oldukça değerli bir çözüm sunar.

Bu proje, Tesla'nın mühendislik dehasının bir kanıtı olarak günümüzde dahi birçok bilimsel çalışmaya ilham kaynağı olmaya devam etmektedir.