ELEKTRİK MAKİNELERİ I GENEL TANIM VE KAVRAMLAR

Transkript

1 1 ELEKTRİK MAKİNELERİ I GENEL TANIM VE KAVRAMLAR

2 ELEKTRİK MAKİNELERİ I YILSONU NOTU KATKI ORANLARI Dersin Adı Dönemi Dersin Kredisi AKTS Elektrik Makineleri I Güz Dönemi Başarı Değerlendirmesi Yılsonu Notuna Katkısı Vize (Ara) Sınav %40 Kısa Sınav %10 Deney Föyü ve Uygulamalar YOK Final Sınavı %50 2

3 ELEKTRİK MAKİNELERİ I DERS İÇERİĞİ Haftalık Ders Planı I.Hafta Temel Tanım ve Kavramlar: Makine ve Motor Kavramı ARA SINAV Ara (Vize) Sınavları Kasım 2016 II.Hafta Doğru Akım Makinelerine Giriş: Doğru Akım makinesinin yapısı, temel parçaları ve görevleri. Mıknatıslık, manyetik akı ve indükleme olayı, elektro motor kuvvetin (emk) X.Hafta Bir Fazlı Transformatörlerin Yapısı, Özellikleri ve Çalışma Prensipleri III.Hafta Doğru Akım Makinelerinin Çalışma Prensipleri: Doğru Akım Generatörleri Doğru Akım Motorları XI.Hafta Bir fazlı transformatörlerde sargılarda indüklenen emk nın hesaplanması, dönüştürme oranı ve Problem Çözümleri IV.Hafta Doğru Akım Makinelerinde Endüvi Reaksiyonu ve Komitasyon Doğru Akım Makinelerinde Kayıplar ve Verim XII.Hafta Transformatör boşta ve yüklü çalışması, fazör diyagramları, eşdeğer devrelerinin elde edilmesi, demir ve bakır kayıpları, örnek problem çözümleri. V.Hafta Doğru Akım Generatörleri ve Karakteristikleri. Seri, şönt ve kompunt uyartımlı generatör karakteristikleri. XIII.Hafta Transformatörde regülasyon, kayıplar ve verim. VI.Hafta Doğru Akım Generatörlerinde Verim ve Problem Çözümleri XIV.Hafta Üç Fazlı Transformatörlerin Yapısı, Özellikleri ve Çalışma Prensipleri VII.Hafta Doğru Akım Motorları ve Karakteristikleri. Seri, şönt ve kompunt uyartımlı motor karakteristikleri. XV.Hafta Üç Fazlı Transformatörlerin Paralel Bağlanmaları ve Yük Dağılımı. VIII.Hafta Doğru Akım Motorlarında Güç ve Moment Doğru Akım Makinelerinde Arızalar, Bakım ve Onarım FİNAL SINAVI Yarıyıl Sonu (Final) Sınavları 9-20 Ocak

4 Mekanizma: Belli bir sonuca ulaşmak için karmaşık bir biçimde düzenlenmiş organ veya parçalar birleşimi, sistem, düzenek Makine: Bir makine; herhangi bir faaliyeti gerçekleştirmek amacıyla enerji kullanan bir cihazdır. Daha farklı bir tanımda; herhangi bir enerjiyi başka bir enerji şekline dönüştüren aletlerdir. Basit yada karmaşık çeşitli şekillerde makineler mevcuttur. Makineler iki gruba ayrılırlar. Kuvvet (enerji üreten) makineleri: Doğal kaynaklardaki mevcut enerjiyi, günlük yaşamda ve endüstride kumanda edilebilir olarak kullanılabilir hale getiren makinelerdir. İş makineleri Motor: Herhangi bir enerjiyi (elektrik, ısı, kimyasal, hidrolik vb.) yararlı mekanik enerjiye dönüştürmek için kullanılan bir makinedir. Motorlar kuvvet makinalarıdır. 4

5 Kuvvet makinaları yakacak maddelerini (kömür, benzin, motorin, LPG) veya doğal enerji kaynaklarındaki (akarsular, rüzgar) enerjiyi mekanik enerjiye dönüştüren makinelerdir. Taşıtlarda, jeneratörlerde kullanılan kuvvet makineleri ısı makinalarıdır. Isı pompası çevrim şeması: 1. Yoğuşturucu (Kondansör) 2. Genişleme vanası (Kısılma vanası) 3. Buharlaştırıcı (Evaporatör) 4. Kompresör 5

6 Isı makineleri, içten yanmalı (benzinli ve dizel motorlar) ve dıştan yanmalı motorları (buhar türbinleri) içine alan, ısı oluşturmak ve sonrasında hareket elde etmek için bir yakıt yakarlar. Elektrik motorları elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürürler, pnomatik motorlar sıkıştırılmış hava ve diğerlerini, kurmalı oyuncaklar elastik enerjiyi kullanır. Myosin (kasların kasılmasını sağlayan proteinler) gibi biyolojik sistemler hareket üretmek için kimyasal enerjiyi kullanır. 6

7 Çıkrık (Yün eğirme, iplik üretimi, kuyudan su çekme) Çark ve Dişliler (Mekanik saatler, buharlı gemiler, hız ve moment ayarında) 7

8 Kayış kasnaklı sistemler (hız ve moment ayarı, hareket dönüşümü, merkezden tahrik sistemleri, otomatik kapılar) Palanga, makara (basit yük taşımacılığı, vinç) Yelkenli araçlar (rüzgar gücünün kullanımı) 8

9 Pervane (Havacılık sanayinde, elektrik üretimi, kuyudan su çekimi, değirmenler) Flaplar ve Dümen (Deniz ve hava araçlarının yönlendirilmesi) 9

10 Kaldıraç (Basit yük taşımacılığı, el arabaları) Kriko (Yük kaldırma) Vida (Enerji aktarımı) 10

11 Yay (Sıkıştırma Kuvveti) Pantograf (Enerji aktarımı, asansör) Elektrik makinesi (Enerji dönüşümü) 11

12 Hidrolik makine (Sıkıştırılmış Sıvı - Mekanik güç dönüşümü) Mekanik makine (Mekanik Elektrik güç dönüşümü) Bilgisayar makinesi (Enerji dönüşümü) Pnömatik makine (Sıkıştırılmış Hava - Mekanik güç dönüşümü) 12

13 Dizel ve Benzinli makine (Isı Mekanik Elektrik güç dönüşümü) Isı pompası (Isı enerjisi ile iş üretimi, soğutma tekniği) Türbinler (Mekanik güç üretimi) 13

14 Saatler (Elektronik ve mekanik) Biyolojik Makine (İnsan) Elektronik malzemeler (Analog dijital dönüşümler) 14

15 Chambers ın ansiklopedisinden basit makineler tablosu, 1728 Basit makineler daha karmaşık makineleri anlamada bilgi verir. 15

16 16

17 Elektrik Makinesi Bir elektrik makinesi mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmek, elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürmek yada alternatif akımı bir gerilim seviyesinden farklı gerilim seviyesine değiştiren aygıt için kullanılan genel isimdir. Mekanik olarak elektrik makineleri iki ana parçadan meydana gelir. Mekanik anlamda elektrik makinesinin dönen kısmı rotor ve elektrik makinesinin duran kısmı statordur. 17

18 Elektrik Makinelerinin Genel Sınıflandırılması 18

19 Elektrik Makineleri DC Elektrik Makineleri Elektrik Makineleri AC Elektrik Makineleri 19

20 Elektrik makineleri endüstride kullanım olarak enerjiyi değiştirme şekillerine göre üç kategoriye ayrılır. Generatörler mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Motorlar elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürür. Transformatörler alternatif akımın gerilimini değiştirirler. 20

21 Elektrik Generatörü Elektrik generatörü, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren bir aygıttır. Elektrik enerjinin mekanik enerjiye dönüşümü, elektrik motorları tarafından gerçekleştirilir ve generatörler ile benzer özelliklere sahiptir. Aslınca çoğu motor elektrik üretmek için mekanik olarak sürülebilir ve çok sıklıkla uygun generatörlerde yapılabilir. Generatör elektronları harici bir elektrik devresine doğru akmaya zorlar. Bu durum, su akışını meydana getiren ama içeride su oluşturmayan bir su pompasına biraz benzer. Ana güç olan mekanik enerjinin kaynağı pistonlu veya türbinli buhar makinesi, bir türbine veya su çarkına düşen su, içten yanmalı bir motor, rüzgar türbini, el manivelası, sıkıştırılmış hava yada herhangi bir mekanik enerji kaynağı olabilir. 21

22 Mekanik yada elektriksel olarak açıklanabilen generatörün iki ana kısmı vardır. Mekanik anlamda rotor, elektrik makinesinin dönen ve stator elektrik makinesinin duran kısmıdır. Elektriksel anlamda endüvi (armatür), elektrik makinesinin güç üreten kısmıdır. Endüvi (Armatür), rotor yada stator olabilir. Kutup, elektrik makinesinin manyetik alan bileşenidir. Manyetik alan, elektomıknatıs yada rotor veya statora monte edilmiş kalıcı mıknatıs tarafından üretilebilir. Generatörler iki tipte sınıflandırılır. AC Generatörler DC Generatörler 22

23 Elektrik motoru: Elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren elektromekanik sistemlerdir. Elektrik generatörlerinin tersi bir sürece sahip çoğu elektrik motoru, manyetik alan ve akım taşıyan iletkenlerin etkileşimi yoluyla dönme kuvveti oluşturur. Motor ve generatörler benzerliğe sahiptir ve elektrik motorlarının bir çok çeşidi generatör olarak yani tam tersi şekilde çalıştırılabilir. Elektrik motorları, endüstriyel fanlar, üfleyiciler ve pompalar, takım tezgahları, elektrikli ev aletleri, elektrikli el aletleri ve disk sürücülere kadar uygulamalarda bulunur. AC motor ve DC motor olarak iki ana sınıfa ayrılmasına yol açan Doğru yada Alternatif akım ile enerjilendirilebilirler. 23

24 Transformatör: Parçaları arasında bağıl hareket gerektirmeden elektrik enerjisini manyetik kuplaj yoluyla bir devreden bir değerine aktaran makinelerdir. Genellikle iki veya daha fazla bağlantılı sargılardan ve çoğu durumda manyetik alanın yoğunlaştığı bir nüveden oluşur. Alternatif akım uygulanmış bir sargı manyetik nüve üzerinde diğer sargıda gerilim indükleyen zamana göre değişen bir manyetik akı meydana getirir. Primer ve sekonder sargılar arasındaki sarımların sayısı arasındaki değişken oran giriş ve çıkış gerilimleri arasındaki oranı belirler. Bu yüzden gerilim devreler arasında kademeli şekilde aşağı yada yukarı değerlere dönüştürülür. 24

25 Elektrik Makineleri Transformatörler 25

26 Generatörlerde Tarihsel Gelişmeler Manyetizma ve elektrik arasındaki bağlantı keşfedilmeden önce elektrostatik prensipleri kullanan elektrostatik generatörler icat edilmişti. Bunlar çok yüksek gerilim ve düşük akımlarda üretim yapabilen makinelerdi. Makineler elektriksel olarak yüklenmiş yüksek potansiyelli elektrota yükleri taşımak için hareketli kayışlar, plakalar ve diskler kullanarak çalışıyordu. Yük iki mekanizmadan herhangi birini kullanarak üretiliyordu: Elektrostatik İndüksiyon (Etki ile elektriklenme) Yüklerin iki yalıtkan arasında temas etmesi ile ayrıldığı Triboelektrik Etki (Sürtünme ile elektriklenme). İnsanlık tarafından saptanan ilk elektriksel olaydır. 26

27 27

28 Çok yüksek gerilim üreten makinelerin yalıtım zorlukları ve verimsiz olmaları nedeniyle elektrostatik generatörler düşük güç değerlerine sahipti ve elektrik gücünün önemli miktarlarının ticari olarak üretilmesi için asla kullanılmadılar. Wimshurst makinesi ve Van de Graaff jeneratörü bu makinelerden günümüze ulaşanlarıdır. İki Leyden şişesi ile Wimshurst makinesi Van der graaff jeneratörü 28

29 Güç anlamındaki Yunanca dinamik kelimesinden gelen Dinamo, aslında elektrik generatörünün diğer ismidir, genel olarak komütatörün kullanımı ile doğru akım üreten bir generatördür. Dinomalar, endüstri için güç verme kapasitesine sahip ilk elektrik generatörleriydi ve alt yapısı elektrik motorları, alternatif akım alternatörü ve döner dönüştürücüleri içine alan daha sonraki birçok elektrik güç dönüşüm makinesinin temelidir. Günümüzde daha basit yapıda olan Alternatörler; verimli, güvenilir ve maliyet sebeplerinden dolayı geniş ölçekli güç üretiminin hakimidir. Dinamo mekanik komütatörün dezavantajlarına sahiptir. Aynı zamanda güç doğrultma aygıtları kullanarak alternatif akımın doğru akıma dönüşümü verimli ve genelde ekonomiktir. Kelime generatör kelimesi için hala bazı bölgesel kullanıma sahiptir. 29

30 AC aygıtlar her zaman var olmasına rağmen, güç lambaları için bisiklet tekerleğine takılan küçük bir elektrik generatörü Hub Dinamosu olarak adlandırılır. 30

31 Dinamonun Tarihi Dinamo, Faraday indüksiyon prensibine göre mekanik dönme hareketini titreşen doğru akıma dönüştürmek için dönen tel bobin ve manyetik alanları kullanan makinelerdir. Dinamo, sabit manyetik alanı meydana getiren ve stator(endüktör, kutup) olarak adlandırılan sabit bir kısım ve bu manyetik alan içinde dönen, endüvi (armatür) olarak adlandırılan döner sargılardan meydana gelir. Manyetik alan içindeki tellerin hareketi ile metaldeki elektronları iten manyetik alan telde elektrik oluşmasına neden olur. Küçük makinelerde sabit manyetik alan bir veya biden fazla kalıcı mıknatıs ile sağlanabilir; daha büyük makineler alan sargıları olarak adlandırılan sabit manyetik alanı sağlayan bir veya birden fazla elektromıknatısa sahiptir. Doğru akım üretmek için komitatöre ihtiyaç vardır. 31

32 Lenz Kanunu: İndüklenen I akımı mıknatısın yaklaşmasına karşı koyacak şekilde N kutbu oluşturmak için böyle bir doğrultuda akar Her bir durumda indüklenen akımın gösterilmesi a) Mıknatısın bobine yaklaşması durumunda b) Mıknatısın hareketsiz olması durumunda c) Mıknatısın bobinden uzaklaşması durumunda Tel, manyetik alan içinde bir tur döndüğünde alternatif bir akım üreten her bir yarım turunda kendisine ters yönde gerilim indükler. (Lenz KANUNU) Ancak elektrik üzerine yapılan ilk çalışmalarda alternatif akım genelde bilinen kullanıma sahip değildi. 32

33 Bir bobin boyunca indüklenen akım S N N S I I Mıknatısın N kutbu bobin içine doğru hareket ettiğinde indüklenen I akımı mıknatısın yaklaştırılmasına karşı koyacak bir N kutbu oluşturmak için şekilde gösterildiği gibi bir doğrultuda akar. Mıknatıs hareket ettirilmediği indüklenen akım Sıfır olur. Mıknatısın S kutbu bobinden ayrılıyorken, indüklenen I akımı mıknatısın ayrılmasına karşı koyacak bir N kutbu oluşturmak için şekilde gösterildiği gibi bir doğrultuda akar. 33

34 Dağınık likit piller tarafından sağlanan doğru akım galvanoteknikte gerekli olan elektrik için kullanılmaktaydı. Dinamolar, pillere yedek olması için icat edilmişti. Komitatör aslında döner bir anahtardır. Fırçalar olarak adlandırılan makinenin miline monte edilmiş grafit blok sabit kontaklar kümesini içerir, sabit olan bu kontaklar ilk zamanlarda metal fırçalardı. Komitatör, gerilim yön değiştirdiğinde harici devredeki devrenin sargı bağlantısını ters çevirir, bu yüzden alternatif akımın yerine titreşen bir doğru akım üretilir. 34

35 Dinamo, endüstri için güç sağlayabilen ilk elektrik üretecidir. Dinamolar, mekanik dönem hareketini komütatör ile dalgalanan doğru akıma dönüştürmek için elektromanyetik prensipleri kullanır. İlk dinamo 1832 de Hippolyte Pixxi tarafından inşa edildi. Pixii tarafından inşa edilen alternatif akım elektrik üretecinin ilk şekli 35

36 Bir dizi rastlantısal buluşlar sayesinde dinamo, DC elektrik motoru, AC alternatör, asenkron motor ve döner dönüştürücüyü içeren daha sonraki pek çok buluşun kaynağı oldu. Dinamo makinesi sabit manyetik alanı oluşturan sabit yapı ve sabit alan içerisinde döner sargılar kümesini içerir. Küçük makinelerde sabit manyetik alan bir veya daha fazla kalıcı mıknatıs tarafından sağlanabilir; daha büyük makinelerde sabit manyetik alan genelde alan sargıları olarak adlandırılan bir yada daha fazla elektromıknatıs tarafından saplanır. Büyük güç üreten dinamolar günümüzde güç dağıtımında alternatif akımın kullanılması ve katı hal elektroniği ile AC nin DC ye dönüştürülmesi ile şimdilerde nadiren görülmektedir. Ama alternatif akım prensipleri keşfedilmeden önce güç üretimi ve dağıtımının tek yolu çok büyük doğru akım dinamolarıydı. Şimdilerde güç üreten dinamolar çoğunlukla deneysel amaçlıdır. 36

37 Alternatör Komütatörü olmayan bir dinamo, senkron şekilde beslenen generatör olan alternatör olur. Alternatör elektrik güç şebekesini beslemek için kullanıldığında güç şebekesinin elektrik frekansına tam olarak senkronize olması için sabit hızda çalıştırılmalıdır. Doğru akım generatörleri mekanik sınırlar içinde herhangi bir hızda çalıştırılabilir ama çıkışları doğru akımdır. Tipik alternatörler doğru akımla uyartılan döner alan sargıları kullanır ve alternatif akımın üreten sabit sargılar(stator) dur. Rotor alanı için makine tarafından üretilen gücün sadece küçük bir kısmı gerektiğinden alan teması için fırçalar görece küçük olabilir. Fırçasız uyartım durumunda fırçalar kullanılmaz ve rotor mili ana alan sargısı uyartımı için doğrultucuları taşır. 37

38 Tarihsel Kilometre Taşları Mıknatıs kutupları arasında dönen bakır disk olan ilk elektrik generatörü Michael Faraday tarafından 1831 de icat edildi. Komitatör kullanılmaması nedeniyle bir dinamo değildi. Ama yine de Faraday Diski manyetik alan üzerinden tek akım yolu olması nedeniyle çok düşük gerilim üretebiliyordu. Faraday ve diğerleri bir bobine dönüştürülmüş çoklu sipirli sarımlar tarafından üretebilen daha yüksek, daha yararlı gerilimlerin temelini attılar. Tel sarımlar sipir sayısını değiştirerek istenilen herhangi bir gerilimi üretilebilir, bu yüzden doğru akım üretmek için komitatör gerektirmesi bütün generatör tasarımlarının özelliği olmuştur. 38

39 Elektrik enerjisinden manyetik alan elde edilmesinden sonra bilim adamlarının en büyük düşüncesi, "Manyetizmadan elektrik enerjisi elde edilebilir mi?" sorusu olmuştu. Michael Faraday, zaman zaman bu mesele üzerinde çalıştı. Bu arada ilk ilmi keşfini de gerçekleştirmiş oldu. Bir mıknatıs etrafında, tersine karşılıklı dönebilen bir kablo sistemi geliştirdi ve böylece ilk defa elektrik enerjisi mekanik enerjiye dönüştürülmüş oldu. Bu keşif, elektrik motorlarının esası kabul edildi. Michael Faraday

40 Elektromanyetik yolla elektrik enerjisinin mekanik enerjiye dönüşümünü İngiliz Bilim Adamı Michael Faraday 1821 yılında göstermiştir. Serbest asılı bir tel, kalıcı bir mıknatıs yerleştirilmiş içinde civa olan bir havuza daldırılır. Kablodan bir akım geçtiğinde kablo mıknatıs etrafında dolanır. Bu da elektrik akımının tel yakınlarında dairesel manyetik alan oluşturduğunu gösterir. Bu motor okullardaki fizik derslerinde sıklıkla gösterilir, ama tuzlu su zehirli olan civa yerine kullanılır. Bu yapı Homopolar (Eş Kutuplu) Motor olarak adlandırılan aygıt sınıflarının en basit biçimidir. Faraday ın elektromanyetik deney şeması,

41 Barlow Tekerleği Faraday ın yaptığının daha gelişmiş örneği 1822 yılında yaptığı Barlow Tekerleğidir. Bunlar sadece ilkel yapılarından dolayı pratik uygulamalara elverişli olmayan gösteri araçlarıydı. Peter Barlow İngiliz Matematikçi ve Fizikçi

42 Jedlik in Dinamosu 1827 de Macar Anyos Jedlik Elektromanyetik Self-rotor olarak adlandırdığı elektromanyetik olarak dönen aracıyla denemelere başladı. Tek kutuplu elektrik yol vermeli prototipinde hem sabit hem de dönen parçaları elektromanyetikti. Siemens ve Wheatstone dan yaklaşık altı yıl önce dinamo kavramı ifade etti ama patentini almadı, bu düşündüğü ama gerçekleştirmeği ilk düşünce değildi. Dinamosunda sabit mıknatıslar yerine rotor etrafında manyetik alan indüklemek için birbiri ile karşılıklı iki elektromıknatıs kullandı. Bu aynı zamanda kendinden uyartımlı dinamo prensibinin keşfiydi. Jedlik in elektromanyetik kendi kendine dönen, hala bugün de çalışan Dünyanın ilk elektrik motoru, Bir DA motorun stator, rotor ve komitatörden meydana geldiğini göstermiştir. 42

43 Faraday Diski yıllarında Michael Faraday elektromanyetik generatörlerin çalışma prensiplerini keşfetti. Daha sonraları Faraday Kanunu olarak adlandırılan prensibe göre, elektromotor kuvvet, değişken manyetik alanın çevrelediği elektrik iletkenlerinde üretilir. Faraday diski olarak adlandırılan, at nalı mıknatıs kutupları arasında dönen bir bakır diskin kullanıldığı tek kutuplu generatör olan ilk elektromanyetik üreteci de inşa etmişti. 43

44 Makine küçük bir DC gerilim üretmekteydi. Bu tasarım manyetik alan etkisinde olmayan bölgelerdeki akımın tersi yönde kendisini engellemesinden dolayı verimsizdi. Akım mıknatıs altında doğrudan indüklenmekteyken, manyetik alanın etkisinin dışındaki bölgelerde geriye doğru dolaşımda olacaktı. Bu karşı akış, alıcı için çıkış gücünü sınırlar ve bakır diskte ısı kaybı oluşturur. Daha sonraki tek kutuplu generatörlerde bu problem akımın akış doğrultusunda manyetik alan etkisini sürekli sürdürmek için sabit disk çevresi etrafına yerleştirilen bir dizi mıknatıs kullanılarak çözüldü. Bir diğer dezavantajı manyetik akı boyunca tek akım yolu olmasından dolayı çıkış geriliminin çok küçük olmasıydı. Kullanışlı daha yüksek gerilim elde edilebilmesi için çok sipirli bobin kullanılması gerektiği bulundu. Çıkış gerilimi sarım sayısı ile orantılı olduğundan, generatörler çeşitli sarım sayıları ile kararlaştırılan gerilimi üretmek için kolaylıkla tasarlanabilirdi. Sarım sayıları sonraki bütün generatör tasarımlarının temel bir özelliği oldu. 44

45 Pixii Dinamosu Faraday prensiplerine dayanan ilk dinamo 1832 yılında alet üreticisi Fransız Hippolyte Pixii tarafından inşa edildi. Bir krank ile döndürülen kalıcı mıknatıs kullandı. Dönen mıknatısın kuzey ve güneş kutuplarına yalıtılmış tel ile sarılmış demir parçası yerleştirilmişti. Pixii dönen mıknatısın her seferde bir kutbun bobinden geçmesiyle telde titreşen akım ürettiğini buldu. Ancak mıknatısın kuzey ve güney kutupları ters yönde akımlar indüklemekteydi. Pixii, alternatif akımı doğru akıma dönüştürmek için mil üzerinde metal silindir üzerine sıkıca bastırmak amacıyla iki yaylı metal kontak olan ayrık metal silindir şeklindeki komitatörü icat etti. Pixii dinamosu. Komitatör döner mıknatısların 45 aşağısındaki mile yerleştirilmişti.

46 Pacinotti Dinamosu İlk tasarımlarda bir problem vardı: Ürettikleri elektrik akımı düşük güç çıkışı ile sonuçlanan akımın ani yada darbe dizilerini içermekteydi. Dönemin elektrik motorlarındaki gibi, tasarımcılar manyetik devredeki hava aralığının ciddi şeklideki zarar verici etkilerinin tamamıyla farkına varamadılar. İtalyan fizik profesörü Antonio Pacinotti 1860 yıllarında dönen iki kutuplu eksenel bobini sürekli sargılarla demir bileziğe sararak oluşturduğu çok kutuplu toroidi, bilezik etrafında eşit olarak noktalarda komitatöre bağlanmış pek çok parçaya bölünmüş olan komitatör ile değiştirerek bu problemi çözdü. Bobinin bazı kısımlarının mıknatısların önünden sürekli olarak geçişi, çıkış akımını düzgünleştirilmesi anlamına geliyordu. Pacinotti dinamosu,

47 Siemens ve Wheatstone Dinamosu (1867) Dinamolar için uygulamaya yönelik ilk tasarımlar birbirinden bağımsız olarak ve aynı anda Dr. Werner Siemens and Charles Wheatstone tarafından duyuruldu. 17 Ocak 1867 de Siemens stator manyetik alanı oluşturmak için kalıcı mıknatıslar yerine elektromanyetik alan sargılarını kendi kendine enerjilendiren bir «Dinamo- Elektrik Makinesini (Terimin ilk kez kullanılması)» Berlin Akademisinde duyurdu. Charles Wheatstone aynı günde benzer tasarımını açıklayan bir bildiriyi okuyarak Royal Society de duyurdu. İcadın Siemens tasarımında stator elektromıknatısı rotor ile seri ama Wheatstone nun tasarımında paralel bağlıydı. Kalıcı mıknatısların yerine elektromıknatısların kullanımı dinamoların çıkış gücünü ve ilk kez yüksek güç üretimi olanağını büyük ölçüde arttırdı. Örneğin 1870 lerde Siemens metal ve diğer malzemelerin üretimi için elektrik ark fırınlarına güç vermek için elektromanyetik dinamoları kullandı. 47

48 Gramme Bilezik Dinamosu 1870 lerde Paris te işletilen ilk ticari elektrik santralleri tasarlanırken Zénobe Gramme 1871 de Pacinotti dinamosunu tekrar icat etmişti. Gramme ın tasarımının avantajı sabit ve dönen kısımlar arasındaki hava aralığının en küçük ve demir nüve ile manyetik alan tarafından işgal edilmiş boşluğu dolduran manyetik akı için daha iyi bir yola sahip olmasıydı. Gramme dinamosu endüstride ticari miktarlarda güç üretmek için kullanılan ilk makineydi. Daha sonraki geliştirmeler Gramme bileziğinde yapıldı, ama dönen sonsuz tel sarımları temel kavramı bütün modern dinamoların kalbinde kalmıştır. Gramme dinamosunun düzgün çıkış dalga şekli üretmek için nasıl çalıştığını gösteren şema Küçük Gramme Dinamosu, 1878 yılları 48

49 Brush Dinamosu Charles F. Brush 1876 yazında güçlendirmek için atlı pedal mili kullandığı ilk dinamosunu kurdu. U.S. Patent # "Improvement in Magneto-Electric Machines (Manyetoelektrik makinelerde geliştirmeleri)" 24Nisan 1877 de yayınladı. Brush kenarlarında tel ve bileziğin iç tarafında alanın etkin bölgesinin dışında ve çok fazla ısı alıkoyan temel Gramme tasarımı ile başladı. Bu tasarımı geliştirmek için bilezik armatürünü Gramme endüvisinin silindir şeklinin yerine bir disk gibi şekillendirdi. Alan elektromıknatıslarını çember etrafı yerine armatür diskinin yanlarına yerleştirdi. İkisi kuzey kutup ayağını ve ikisi güney kutup ayağını oluşturan dört elektromıknatıs vardı. Diski endüvinin her bir yanında olan benzer kutuplar birbiri ile karşılıklıydı de The Brush Electric Company dinamoları 89 inç uzunluğunda, 28 inç genişliğinde ve 36 inç yükseklikte ve 4800 paund ağırlığında ve dakikada yaklaşık 700 devir hızında çalıştığı bildirildi. O zamanda dünyanın en büyük dinamosu olduğuna inanılmaktaydı. 36HP güç gerektiren 40 ark lambasını besliyordu. 49

50 Komitatörlü DC Generatör Olarak Dinamo AC Generatörlerin keşfinden ve alternatif akımın bir şey için kullanılabilmesinden sonra ya bilezik yada hareketli mıknatıs kullanan AC elektrik generatörü alternatör olarak isimlendirilmekteyken Dinamo kelimesi sadece DC elektrik generatörleriyle ilişkilendirilmiş oldu Bilezik yada hareketli mıknatıs kullanan AC elektrik motorundan Senkron motor olarak bahsedilir, komitatörlü DC motoru her ne kadar prensipte generatör olarak çalıştırılabilen bir elektrik motorudur. 50

51 Modern Kullanımlar Dimamolar bir alternatörle yarı iletken doğrultucu bu uygulamalar için yetersiz olduğundan özellikle düşük DC gerilim gerektiren yerlerde düşük güç uygulamalarında bazen kullanıma sahiptir. El çevirmeli dinamolar, saat mekanizmalı radyolar, el ile çalıştırılan el feneri, cep telefonu şarjları, insan destekli diğer şarj edilebilir pil araçlarda doğru akım kullanılır. El ile şarj edilebilir el feneri 51

52 Elektrik Makine Çeşitleri Elektrik üreten elektrik makineleri (Generatörler) Doğru akım generatörleri (Dinamolar) Alternatif akım generatörleri (Alternatörler) Mekanik güç üreten elektrik makineleri (Motorlar) Doğru akım motorları Seri motorlar Şönt motorlar Kompunt motorlar Alternatif akım motorları Asenkron motorlar Senkron motorlar 52

53 Özel elektrik makineleri Üniversal motorlar Step motorlar Servo motorlar Gölge kutuplu motorlar Fırçasız doğru akım motorları Repülsiyon motorlar Relüktans motorlar Histerisiz motorlar Lineer motorlar Elektromanyetik güç dönüşümü yapan elektrik makineleri Transformatörler (Trafolar) Elektrik enerjisinin şeklini değiştiren elektrik makineleri Redresörler Konvertörler 53

54 54

55 55

56 56

57 Alternatif akım generatörleri (Alternatörler) 57

58 Asenkron Motorlar Senkron Motorlar Üniversal motor Adım (Step) motorlar 58

59 Servo motorlar Fırçasız DA motor Gölge kutuplu motor Repülsiyon motor Relüktans motor Histerisiz motor 59

60 Lineer motor Transformatörler 60

61 KAYNAKLAR OĞUZ, Necati; GÖKKAYA, Muhittin; Elektrik Makineleri I, MEB Yayınları, 1992 PEŞİNT, M.Adnan; ÜRKMEZ, Abdullah; Elektrik Makineleri II, MEB Yayınları, 1992 BAL, Güngör; Doğru Akım Makineleri ve Sürücüleri, Seçkin Yayıncılık, Ağustos 2001 ALTUNSAÇLI, Adem; Elektrik Makineleri I,