MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 1

Transkript

1 Elektrik : Maddenin en küçük yapıtaşına atom denir Atom, merkezindeki proton ve bu merkez etrafında yörüngelerinde dönen elektronlardan oluşmuştur Normal koşullarda atomlardaki proton ve elektron sayıları eşittir yani nötrdür Eğer bir atom elektron kaybederse + (artı) yüklü, elektron kazanırsa - (eksi) yüklü hale geçer (+) Yüklü atomlar elektron almaya, (-) yüklü atomlar ise elektron eksiltmeye çalışırlar Bu durumda (-) yüklü atomlardan (+) yüklü atomlara elektron geçişi olur Çok sayıdaki elektron akışı elektrik akımını meydana getirir Elektron akışını sağlayabilmek için atomların elektron kaybetmesini (veya kazanmasını) sağlayan kuvvete ise elektrik gerilimi denir Bir atom üzerine uygulanan ısı, ışık veya basınç etkisi ile elektron kaybedebilir veya kazanabilir Fakat bu elektron geçişleri az sayıda olması, düzenli ve tek yöne olmaması nedeni ile elektrik akımı şeklinde olmaz Çok sayıdaki elektron dinamolar ve alternatörler konusunda görüleceği gibi manyetik alan kuvveti ile elektrik akımı şeklinde hareket ettirilebilir Elektrik akım şiddeti birimi AMPER dir ve katları biner biner büyür veya küçülür 1 Mega Amper (MA) = Amper (A) 1 Kilo Amper (KA) = Amper (A) Mili Amper (ma) = 1 Amper (A) Mikro Amper (μa) = 1 Amper (A) Direnç : Elektrik akımına karşı gösterilen zorluğa direnç denir Elektrik akımına karşı zorluk nasıl olur? Elektronlar çekirdek etrafında yörüngeler Halinde dönerler yörünge sayısı arttıkça son yörüngedeki elektronun çekim gücü azalır ayrıca son yörüngede dolaşan elektron sayısı azaldıkça da atomun bu elektronu verme veya bu yörüngeye elektron alma eğilimi artar İşte iletken maddelerin içerisinden aynı miktarda akım geçirmek için uygulanan kuvvet (gerilim) Örneğin, Krom gibi bazı metallerde fazla olması gerekirken Bakır gibi metallerde daha az olabilir Atom yapılarından dolayı elektron geçişi zor olan Malzemelerin direnci yüksek elektron geçişi kolay olanların ise direnci düşüktür MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 1

2 Ohm Kanunu : Elektrik enerjisinin elde edilmesi : Elektrik enerjisi her ne kadar aküler ve güneş pilleri gibi kaynaklardan doğru akım Olarak elde edilebilse de dünya üzerinde kullandığımız enerjiyi karşılamada bu kaynaklar yetersiz kalmaktadır Kullandığımız elektrik enerjisinin büyük bir bölümü sudan elde edilir Suyun, barajlarda biriktirilerek seviye farkı (su düşüşü) ile hidroelektrik santraller, ısıtılıp buhar haline getirilerek termik santraller, enerji dönüşümünü sağlarlar Bunların dışında yenilenebilir enerji kaynağı olan rüzgar santralleri de güncel üretim şeklidir Barajlarda temel prensip bir jenaratörün döndürülmesi sureti ile alternatif akım elde etmeye dayanır Hidro elektrik santrallerinde, seviyesi baraj gövdesi ile yükseltilen su borular yardımıyla düşük seviyelere tahliye edilir ve suyun hareket enerjisi ile Jenaratör döndürülür Termik ve nükleer santrallerde ise ısıtılarak buhar haline Getirilen suyun basınç ve hareket enerjisi ile jenaratörler döndürülür 1-pervane 2-pervane göbeği 3-alternatör yuvası 4-ana yatak 5-rotor mili 6-dişli kutusu 7-güvenlik freni 8-alternatör kavraması 9-alternatör 10-havalandırma-soğutma sistemi 11-havalandırma sensörü 12-alternatör kontrol ünitesi 13-hidrolik sistem 14-yön dönderme sistemi 15-ön dönderme dişlisi 16-alyernatör yuvakapağı 17-kule MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 2

3 OTOMASYON ATÖLYESİ DERS NOTLARI Manyetizma : Sabit mıknatıslar doğal ve yapay olmak üzere iki çeşittir Doğal mıknatıslar magnet adı verilen bir cevher olup yer altından çıkarılırlar Yapay mıknatıslar ise mıknatıs olmadıkları halde nikel, demir ve kobalt gibi bazı metallerin manyetikleştirilmesi ile oluşurlar Doğal mıknatısların rengi siyah olup kırılganlığından dolayı işlenmesi oldukça zordur Mıknatıslarda N ve S isimleri verilen 2 kutup bulunur ve N kutbundan S kutbuna Doğru bir kuvvet çizgisi oluşur Bu manyetik alan içerisine giren demir (veya Mıknatıslanma özelliği olan) metaller mıknatıs tarafından çekilirler Mıknatıslarda aynı adlı kutuplar birbirlerini iterken farklı adlı kutuplar birbirlerini çekerler N ve S isimleri sabit mıknatıslar havada asılı kaldıkları zaman yerin manyetik özelliğinden dolayı kuzey ve güney doğrultusuna dönmelerinden dolayı verilmiştir Elektronlar hem çekirdeğin hemde kendilerinin etrafında dönmektedir - (eksi) yükünden dolayı elektronlarda elektriksel çekim ve kendi etrafında dönüşlerinden dolayı da manyetik çekim meydana gelmektedir Manyetik maddelerin atomlarında dönen elektronların manyetik çekimleri bütün elektronlarda birbirlerini takviye edici yönde olduklarından bu maddeler manyetik veya mıknatıslanma özelliğine sahiptirler elektriksel çekim manyetik çekim elektriksel ve manyetik çekim beraber MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 3

4 Elektro manyetizma : Eğer bir iletkenin içerisinden elektrik akımı geçirilecek olursa bu iletkenin etrafında Bir manyetik alanın oluştuğu görülür Bu manyetik alanın yönü sağ el yöntemi ile Bulunur Sağ elin baş parmağı iletkenden geçen akım yönünde tutulup iletken Kavrandığında diğer parmaklar manyetik alan yönünü gösterirler Aslında manyetik alan yönünden çok varlığı ve iletkenden geçen akım şiddeti ile doğru orantılı bir şekilde değiştiği unutulmaması gereken noktalardır Kesiti verilmiş bir iletkende eğer akım sizden sayfa düzlemine doğru gidiyorsa + artı (okun arkadan görünüşü) sayfa düzleminden size doğru ise nokta (okun önden görünüşü) şeklinde gösterilir Tek bir iletkenin içerisinden geçen akımın oluşturduğu manyetik alan çok büyük değerde değildir Manyetik alanının şiddetini arttırabilmek için ya iletkenden geçen akımın değerini büyütmemiz gerekir ki buda çok büyük akım değerlerinin elde edilmesi ve taşınması zor olduğu için pratikte mümkün değildir Yada küçük akımlarda iletken sayısını arttırmamız gerekecektir İletken sayısı ise oluşturulan bobinler ile arttırılabilir Yine içinden akım geçen bobinin etrafında bir manyetik alan oluşur ve yönü İletkende olduğu gibi Sağ el yöntemi ile bulunur Bitişik dört parmak bobinden Geçen akım yönünde tutulduğunda baş parmak N kutbunu verecektir (Şekilde akım yönü yerine elektron yönü kabul edildiğinden sol el kullanılmıştır Elektrik akımının akış yönü kabulü elektron akımına göre terstir) Bir bobinin içerisinden akım geçirmekle elektro mıknatıs oluşur Yolunu havadan tamamlayan kuvvet çizgileri için havanın manyetik geçirgenliği iyi değildir kuvvet çizgilerinin geçişini kolaylaştırmak ve sayısını arttırmak için elektro mıknatısların kuvvet çizgisi yollu olarak demir kullanılır Demirin manyetik geçirgenliği havaya göre yaklaşık 1500 kat daha iyidir Bu nedenle bobinler demir nüve üzerine sarılırlar MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 4

5 İçinden akım geçen iletkenin etrafında manyetik alan oluştuğu gibi tersi manyetik alan içerisinde kalan iletkende gerilim indüklenir Burada şart manyetik alanın değişken olmasıdır Bunun için ya şiddeti değişen bir manyetik alan uygulanır yada sabit manyetik alan içerisinde iletken hareket ettirilir Yatayda kutupların veya iletkenin hareketi ile, iletken üzerinde bir gerilim indüklenir Fakat tabiatta yatayda ileri-geri hareketin olması, kullanılması ve çok büyük güçler elde edilmesi imkansızdır Bu nedenle iletken bir bobin haline getirilerek kutuplar arasında dairesel hareket ettirilir Peki manyetik alan içerisinde buluna bir iletkenin içerisinden akım geçirilirse ne olur? İletken manyetik alan içerisinden dışa doğru itilir Hareket yönünü yine sağ el kuralı ile bulmak mümkündür Avuç içi N kutbuna bakacak şekilde tutulduğunda bitişik dört parmak akım yönünü gösterecek olursa baş parmağın yönü itilme yönünü verecektir Aşağıdaki ilk şekilde (a) iletkenin sol tarafında zıt gelen manyetik alanlar birbirlerini zayıflatırken sağ tarafında manyetik alan kuvvetlenmekte ve iletken alanı zayıflayan sol tarafa doğru itilmektedir Eğer iletken bir merkez etrafında yuvalanacak olursa dönme hareketi oluşur Manyetik alan içerisindeki iletkenin akım geçirildiğinde hareketi, elektrik motorlarının temellerini oluşturur Tersi durumda manyetik alan içerisinde hareket ettirilen iletkenin üzerinde gerilimin indüklenmesi ise dinamo ve jeneratörlerin temellerini oluşturur MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 5

6 Manyetik alan içerisinde kalan iletkende indüklenen gerilim: e = B l v sinα Formülü ile bulunur burada e = İndüklenen gerilim (volt) B = Manyetik akı yoğunluğu l = Manyetik alan içerisinde bulunan iletkenin uzunluğu v = iletkenin manyetik alan içerisindeki hızı α = İletkenin manyetik akıyı kesme açısı Formüldeki sinα ibaresi nedeni ile elde edilecek olan gerilim sinüzoidal şekilde olacaktır Peki formülde neden sinα vardır ve sinüzoidal dan başka bir gerilim şekli olabilir mi? Yukarıdaki şekilde iletkenin kutuplar arası dairesel hareketinin bir parçası büyütülerek alınmıştır Hatırlarsanız indüklenme yatay hareket şeklinde olmaktaydı iletken her ne kadar dairesel çevre kadar hareket gerçekleştirse de bu hareketin sadece yatay bileşeni gerilim indüklenmesini sağlamaktadır İletkenin dikey kuvvet çizgileri ile α açısı yapan hareketinin yatay bileşeni sinα ile bulunmaktadır Bu α açısı 360 O lik hareket boyunca değişmekte ve sinüzoidal bir çıkış gerilimi elde edilmektedir Cosinüs Dikey alınan yol Gerçek alınan yol Yatay alınan yol Sinüs N KUTBU MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 6

7 Elde edilen gerilim sinüzoidaldır ve doğru akım dinamolarında kollektör ve fırçalar yardımı ile bu gerilim doğru akıma çevrilir Dinamo olarak çalışmada elde edilen gerilimin değerini motor olarak çalışmada ise döndürme kuvvetini arttırmak için manyetik alan içerisinde birden fazla bobin ve her bobinde birçok iletken bulunur Ayrıca manyetik geçirgenliği arttırmak içinde bobinler dönen bir demir nüve üzerine sarılır Doğru Akım Makineleri : Doğru akım makinelerinde manyetik alan endüktör dediğimiz gövdede bulunur Sabit mıknatıs olabileceği gibi doğru akım verilen bobinlerden elektro mıknatıs olarak oluşabilir Motor olarak çalıştığında içerisinden akım geçirilerek manyetik alan dışına itilen ve bu sayede dönme hareketini gerçekleştiren veya manyetik alan içerisinde hareket ettirilerek üzerinde gerilim indüklenerek dinamo olarak çalışmasını sağlayan iletkenler endüviyi oluşturur İletkenler üzerine oluklar açılmış saç paketleri üzerine sarılırlar ve birer uçları kollektörlere çıkarılmıştır MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 7

8 OTOMASYON ATÖLYESİ DERS NOTLARI Fırçalı doğru akım motorları 5-10 W dan yüzlerce KW a kadar imal edilirler Çalışma gerilimleri 5-10V dan 700V a kadar çok çeşitli değerlerde olabilse de genellikle V gibi standart değerlerde üretilirler imalat geriliminin çok küçük değerlere düşmesini engelleyen fırça ve kolektör düzeneğindeki oluşan gerilim düşümüdür 700V un üzerine çıkılması durumunda kolektör dilimleri arası yalıtım problemleri çıkacak ve dilimler arası çalıştıkça kömür tozu dolması ile birlikte elektrik atlamaları olacaktır Her ne kadar küçük güçlü fırçalı doğru akım motorları devirlere kadar imal edilse de fırça kolektör düzeneğindeki mekaniki arızalar nedeni ile güçleri büyüdükçe 3000 devir/dk da imal edilirler Doğru akım motorlarında devir asenkron motorlarda olduğu gibi kutup sayısına bağlı olmayıp kutup sayıları tamamen imalat yöntemlerine dayanır 2 kutuplu bir motorda 2 adet fırça, 4 kutuplu bir motorda 4 adet fırça bulunur yani fırça sayısı kutup sayısı ile aynıdır Küçük güçlerde endüvi reaksiyonu ve komitasyonu için genelde 4 kutuplu imal edilirler Daha büyük güçlerde kutuplara sarılan iletkenin boyunu kısaltmak dolayısı ile maliyeti azaltmak için çok daha fazla kutup sayısında imal edilebilirler Doğru akım makinelerinin kutuplarına doğru akım uygulandığı için dökme demirden yapılabilirler Fakat endüvi kısmında alternatif akım indükleneceğinden fuko ve histerisiz kayıplarını azaltmak için endüvi kısmı tek tarafı yalıtılmış silisli saçlardan yapılırlar Demir Kayıpları : Elektrik makinelerin de alternatif alan içerisinde kalan makinenin demir aksamında genel adıyla demir kayıpları denen kayıplar oluşur Makine gücünün %2-3 lük gibi küçük değerlikli olan demir kaybı iki şekilde oluşmaktadır Fuko kaybı : Değişen bir manyetik alana maruz kalan iletkende gerilim indüklendiğini görmüştük Aynı şekilde makinenin demir aksamı da bu manyetik alana maruz kalmakta ve demir aksam üzerinde de bir gerilim indüklenmektedir Demir aksamda indüklenen bu gerilim demir aksam içerisinde kapalı bir devre akımı dolaştıracaktır (tek parça olduğundan) Demir aksam üzerinde oluşan bu girdap akımlarını küçültmen için elektrik makinelerinin değişen manyetik alana maruz kalan kısımları tek parça değil de mm kalınlığındaki tek tarafları yalıtılmış (yalıtım püskürtülmüş ince lak tabakası ile sağlanmaktadır) soğuk çekme sac parçalarının peş peşe dizilmesi ile oluşturulur Demir aksam birbirinden yalıtılmış ince parçalardan oluştuğunda içerisinde dolaşan fuko (kısa devre) akımları da en aza indirilmiş olur Histeresiz kaybı: Bir mıknatıs ne kadar küçük parçalara bölünürse bölünsün elde edilecek en küçük parçada bile N-S kutupları ile kendi başına bir mıknatıs oluşur Demirin elektro mıknatıslanması da moleküler olarak küçük mıknatıslar halinde olacaktır Sinisoidal eğrinin her (+) ve ( ) alternansında bu küçük mıknatıslar kutup olarak yön değiştireceklerdir bu da 50Hz lik bir Alternatif gerilimde küçük mıknatısların 100 kez yön değiştirmesi anlamına gelir Bu yön değiştirme sırasında oluşan moleküler sürtünme kendisini ısı olarak gösterecektir İşte adına histeresiz kaybı dediğimiz bu kaybı en aza indirmek için saç paketlerini oluşturan demirin içerisine imalatı sırasında %2-3 lük silisyum katılır Sacın kırılganlığını arttırıp işlemesini zorlaştıracağı için silisyum miktarı daha fazla arttırılmaz MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 8

9 Endüvi sargıları çeşitli verilere göre yapılacak hesaplama ve şema çizimi ile bobinajcılar tarafından yapılacaktır Endüvi sarımına bir örnek Doğru akım makinelerinin parçalarını şu şekilde sayabiliriz - Endüvi - Endüktör - Fırçalar - Fırça taşıyıcıları - Kollektörler - Yataklar - Kapaklar - Gövde - Cıvata ve saplamalar - Klemens (Bağlantı) tablosu Çok çeşitli yapıda doğru akım makinesi bulunabilmektedir İlk görünüşte bu makineleri asenkron motorlardan ayıran özellik gövdelerinde petek şeklinde soğutucu olmayışıdır Asenkron motorlarda, gücün karşılanması gerekli işi yapılması için gövdedeki stator sargıları akım çekerek ısınırlar Fakat doğru akım makinelerinde gövdeye bağlı olan kutup sargıları sadece sabit bir manyetik alan oluşturmakla görevli olduklarından yükten bağımsızdır ve bu nedenle ısınmazlar Doğru akım makinelerinde yüke bağlı olarak akım çeken kısım endüvi sargılarıdır bu nedenle büyük güçlü doğru akım makinelerinin endüvilerinin soğutulması için harici sistemler kullanılır Bu doğru akım motoru harici bir fan motoru tarafından soğutulmaktadır MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 9

10 Komütasyon : Doğru akım makinelerinde, endüvideki bir bobinde akımın, kollektör ve fırçalar yardımı ile yön değiştirmesi olayına komütasyon denir Komütasyonu Bozan Etkenler : Komütasyonu bozan etkenler yalnız elektriki değildir Fırçaların bastığı kolektörlerde şerare olarak görülen arkın nedeni mekaniki de olabilir Bu bakımdan fırçalarda arkın görüldüğü zaman, mekanik nedenlerin var olup olmadığı kontrol edilmelidir Mekanik arızaların en çok rastlananı, kollektörün yuvarlak olmamasıdır Bu durum özellikle büyük kollektörler için çok önemlidir Çalışma anında kollektörde meydana gelen ısınmalar sonunda dilimlerde gevşemeler ve yuvarlaklığında bozulmalar olabilir Bu bakımdan zaman zaman kollektör kontrol edilmeli, gerektiğinde torna edilmeli veya taşlanmalıdır Bazı hallerde kollektör soğukken yuvarlak olur ve fakat ısınınca yuvarlaklığını kaybeder Bu durumda kollektör ısıtılarak kontrol ve torna edilmelidir Diğer bir mekanik hata da, dilimler arasındaki yalıtım mikalarının kolektör yüzeyinden taşmış olmasıdır Bu gibi hallerde fırçalar kollektör yüzeyine iyi basamayacağından ark meydana gelir Bunu önlemek için mikaların bakır yüzeyden 1 1,5mm aşağıda olması sağlanmalıdır Bu durum daha çok yumuşak fırçalı makinelerde olur Fırçaların fırça tutucusuna bağlanışındaki bir hata veya kömür ile fırça yuvası arasındaki boşluğun fazla oluşu da arka neden olur Fırça ile yuva arasındaki boşluğun fazla oluşu titreşimlere, az olusu ise kömürün ısınması sonunda sıkışmasına yol açar Bu boşluk 0,2 0,4mm, dolayında olmalıdır Fırçaların kollektör yüzeyine belirli bir basınçla basması gerekir, Bu basınç normal olarak gr/cm² dolayındadır Baskı bir yay ile sağlanır İsletmede yay basıncı zamanla azalır ve arklara yol açar Bunun için arada bir yay basıncı kontrol edilerek yeniden ayarlanmalıdır Kollektörün düzgün dönüsü için, endüvinin dinamik balansının yapılmış olması ve yataklarının iyi durumda bulunması gerekir Bu husus özellikle Yüksek devirli makineler için çok önemlidir Fırçalar arasındaki uzaklığın eşit olmaması ve kutuplarla endüvi arasındaki hava aralığının farklı olması, komütasyonun bozulmasına ve kollarda endüklenen geriliminlerin farklılığına, dolayısıyla iç devrede sirkülasyon akımlarının doğmasına neden olur İyi bir komütasyon için fırçaların uygun nitelikte seçilmiş olması çok önemlidir Komütasyonun zor olduğu hallerde geçiş direnci yüksek olan fırçalar kullanılır Böylece komütasyondaki bobinde akımın yön değiştirmesi çok kolaylaşır Ayrıca, fırçaların kollektör yüzeyine uyacak şekilde alıştırılmış olması gerekir Yukarıda bahsi geçen balans olayını kısaca açıklayalım Doğru akım motorlarında olduğu gibi dönen kısımlarında sargı olan elektrik motorlarında bobinlerin üst üste binmesinden dolayı her sargının iletken boyu dolayısıyla ağırlığı eşit olmayacaktır Bu nedenle endüvinin çevresel merkezkaç kuvveti her yerde eşit olamaz MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 10

11 Bu savrulma özellikle yüksek hızlardaki dönüşlerde rulmanlara dengesiz kuvvet uygulanmasına ve çok daha kısa sürede bozulmalarına neden olacaktır Bu nedenle endüvilerin balans ayarı yapılarak ağır olan kısımların demir aksamından talaş kaldırarak hafifletilmesi veya hafif olan kısımlara çelik macunu ile ağırlık ilave edilerek dengesiz savrulmalar engellenmeye çalışılır Komütasyonu Kolaylaştırıcı Önlemler : Fırçaları kaydırmak, Yardımcı kutup kullanmak Fırça kaydırılarak komütasyonu kolaylaştırmak, daha çok küçük güçlü makinelerde yapım kolaylığı ve maliyet bakımından uygulanır Endüvi Reaksiyonu : Endüvi manyetik alanın, kutup alanına gösterdiği tepkiye endüvi reaksiyonu denir Endüviden geçen akımın meydana getirdiği manyetik alan ana kutupların oluşturduğu manyetik alanın bir bölümünde alan zayıflaması oluştururken, diğer bölümünde kuvvetlenme meydana getirir Doğru akım makinesinin kutuplan arasındaki kuvvet çizgilerine dik olan eksene nötr ekseni denir Normal olarak fırçalar, nötr ekseni üzerine konur Fakat endüvi reaksiyonundan dolayı kutuplar arasındaki nötr ekseninde bir kayma meydana gelir Dikkat edilirse nötr ekseni endüvi dönüş yönünde (α) açısı kadar kaymıştır Bu durum dinamo hali içindir Motorlarda kayma, dönüş yönünün aksi yönündedir Endüvi Reaksiyonuna Karsı Alınan Önlemler: Kutup ayaklarını tarak şeklinde yapmak Kutup ayaklarına oluklar açmak Yardımcı kutup kullanmak Kompanzasyon sargısı kullanmak Yukarıda sayılan önlemler motorun imalatı ile ilgili olup motor bakımı sırasında yapılması gereken dinamo çalışma sırasında dönüş yönünde motor çalışmasında dönüş yönünün aksi yönde fırçalar ark en aza inecek şekilde kaydırılmalıdır Eğer doğru akım makinesini dinamo olarak çalıştırıyorsam benim için önemli olan elde ettiğim gerilim, eğer motor olarak çalıştırıyorsan devir sayısı önemlidir Doğru akım dinamolarında endüvide endüklenen gerilim: E = Kθ n E = Endüvide endüklenen gerilim K = Sabit sayı θ = Kutup (endüktör) manyetik akısı n = Devir sayısı p Z 2 8 K = a Doğru akım motorlarında devir sayısı: V n = a I K θ a R n = Devir sayısı Va = Endüviye uygulanan gerilim Ia = Endüvi akımı Ra = Endüvi iç direnci K = Sabit sayı θ = Kutup (endüktör) manyetik akısı a MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 11

12 Doğru akım motorlarında devir sayısını değiştirmek için: Va Ia Ra n = Kθ Endüviye uygulanan gerilim değiştirilir Endüvi iç direnci değiştirilir Kutup sargılarının gerilimi değiştirilerek manyetik alan şiddeti değiştirilir Endüvi gerilim ve akımı büyük olan motorlarda bu değerlerin değiştirilmesinin zor olması, Endüvi iç direncinin arttırılması durumunda ısı kayıplarının artması, Nedenlerinden dolayı devir sayısının değiştirilmesinde daha çok endüvi akımına göre oldukça küçük değerlerde olan kutup gerilimi ile manyetik alan şiddeti değiştirilir Burada manyetik akı ile devir sayısının orantılı olduğuna dikkat ediniz Sabit mıknatıslı DA motorlar : Kutup sargıları yerine manyetik alan sabit mıknatıslar tarafından sağlanmaktadır Kutup manyetik akısı sabit olacağından dolayı devir sayısı endüvi gerilimi değiştirilerek ayarlanır Dışarıdan uyartımlı DA motorlar ve şönt DA motorlar : Aralarındaki tek fark dışarıdan uyartımlıda kutuplar ayrı bir DA güç kaynağı ile beslenirken şönt motorda kutuplar endüviye uygulanan gerilim kaynağından beslenirler Kutup sargısının özelliği ince kesitli çok sipirli (sarımlı) olmasıdır Devirleri daha çok kutup gerilimi ile oynanarak manyetik alan şiddetinin değiştirtmesi ile ayarlanır Seri DA motorlar : Endüvi sargıları ile kutup sargıları seri bağlanmıştır bu nedenle Seri motorun kutup sargıları şönt motorun kutup sargılarına kıyasla kalın kesitli az sipirli (sarımlı) dır Devir sayısını değiştirmek için kutup manyetik akısı değiştirilir Bunun için ya kutup sargılarına paralel yol verme direnci bağlanarak kutuplardan geçecek akımın şiddeti iki kola ayrılarak değiştirilir veya kutup sargıları kademeli yapılırlar MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 12

13 Kompunt DA motorlar : Kompunt motor da kutup sargısı olarak şönt ve seri olmak üzere iki tip sargı bulunur Kompunt motor istenirse şönt veya seri motor olarak da çalışabilir Şönt sargı, endüviye paralel, seri sargı endüviye seri bağlandığında kompunt bağlantı yapılır Kompunt motorda seri sargının manyetik akısı genellikle sadece devirdeki düşmeyi regüle edebilecek kadar birkaç sipirliktir Seri sargı, sönt sargıyı destekleyecek veya azaltacak yönde bağlantı yapılarak kompunt motorların çalışma şekli (tipi) değiştirilebilir İster şönt, ister seri, ister sabit mıknatıslı, isterse kompunt olsun tüm motorların endüvi yapıları aynı olup aralarındaki fark kutup (endüktör) bağlantıları ile oluşmaktadır Peki aralarındaki fark ne? Bu motorlar arasındaki fark döndürme kuvvetlerinden yani momentlerinden kaynaklanmaktadır Doğru akım motorlarının devir regülasyonu açısından değerlendirilmesi : Va Ia Ra n = K θ Motor miline bağlı olan yükü arttıkça motorun şebekeden çekmiş olduğu akım Ia da artacaktır Motor yükü arttıkça; Şönt ve dışarıdan uyartımlı motorlarda, IaRa değeri artarak kesrin payını küçülteceğinden devir sayısı düşecektir Seri motorlarda kutup akımı ile endüvi akımı aynı olacağı için IaRa değeri payı küçülttüğü gibi Ia akımı ile Θ değeri büyüyerek paydayı büyütecektir Bu durumda yüke bağlı olarak devir çok fazla düşecektir Kompunt motorlarda seri ve paralel sargı iki şekilde bağlanabilir her iki bağlantı türü için devir regülasyonu ayrı ayrı değerlendirilmelidir MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 13

14 Eklemeli kompunt : Paralel sargı ile seri sargının manyetik alanları aynı yönde olup birbirlerini takviye etmektedir V n = a I a( Ra + Rs ) K( θ +θ ) Eklemeli kompuntta motor akımı arttıkça Ia (Ra + Rs) kesrin payını küçültecektir Ayrıca Ia nın artması ile seri sargının manyetik alanı yani Θs de artacağından (Θş+Θs) payda büyüyecek sonuçta n devir sayısı düşecektir ş s Ters kompunt : Paralel sargı ile seri sargının manyetik alanları zıt yönde olup birbirlerini azaltmaktadır V n = a I a( Ra + Rs ) K( θ θ ) Ters kompuntta motor akımı arttıkça Ia (Ra + Rs) kesrin payını küçültecektir Ayrıca Ia nın artması ile seri sargının manyetik alanı yani Θs de artacağından (Θş-Θs) den toplam manyetik alan azalacaktır ve payda da küçülecektir Sonuçta pay ve paydadaki bu iki azalma kısmen birbirini dengeleyeceği için n devir sayısı yüke bağlı olarak çok fazla değişmeyecektir Doğru akım motorlarında devir yönünün değiştirilmesi: Devir yönü iki şekilde değiştirilebilir ş s Kutup akım yönü sabit tutularak endüvi akım yönü Endüvi akım yönü sabit tutularak kutup akım yönünü değiştirilerek değiştirerek Kutup akım değeri endüvi aklım değerine göre oldukça küçük değerde olduğu için kutup akım yönü değiştirilerek devir yönü değiştirme tercih edilen bir yöntemdir Sabit mıknatıslı motorlarda kutup yönü değiştirilemeyeceği için endüvi akım yönü değiştirilir Doğru akım motorlarında klemens adlandırması şu şekildedir; Endüvi ( Armatür ) uçları : A1 A2 Şönt sargı uçları : E1 E2 veya F1 F2 Komitasyon sargı uçları : B1 B2 ve C1 C2 Seri sargı uçları : D1 D2 veya S1 S2 Yarı iletkenler ile hız kontrolü : Kontrollü doğrultucu tiristör: Doğrutma devrelerinde kullandığımız diyotlar Anod bacağına artı, Katod bacağına eksi polarite verildiğinde iletime geçmekteydi Tiristörlerde ise doğru polarite vermek tristörü iletime geçirmek için yeterli değildir Tiristörü iletime geçirebilmek için geyt bacağına da artı polarite verilmesi gerekmektedir Alternatif gerilimin doğrultulması sırasında geyt bacağına verilecek olan tetikleme sinyali zamanının (açısının) değiştirilmesi sayesinde elde edilecek tam veya yarım dalga doğrultulmuş gerilimin dalga şekli değiştirilerek geriliminde değeri değiştirilmiş olur MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 14

15 V n = a I K θ a R Devir formülünden de görüleceği üzere motora uygulanan gerilimin arttırılması ile devir yükselmekte, azaltılması ile düşmektedir a Fırçasız doğru akım motoru (brushless dc motor) Fırça ve kollektör düzeneği mekanik sorunları yüzünden doğru akım motorları için bir dezavantaj oluşturmaktadır Peki fırçasız ve kollektörsüz doğru akım motoru olabilir mi? Eğer endüvi ve endüktörün görevleri (yerleri) değiştirilirse bu mümkün Endüktör (kutuplar) sadece manyetik alan oluşturmaktaydı Eğer Endüviyi (dönen kısmı) sabit mıknatıstan yapacak olursak endüviye fırça ve kollektör düzeneği ile akım vermek zorunluluğu ortadan kalkmış olur Normalde endüvide olması gereken sargılar da sabit kısma (endüktör) sarılarak fırçasız doğru akım motoru oluşturulur MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 15

16 OTOMASYON ATÖLYESİ DERS NOTLARI Fırçasız doğru akım motoru ile sabit mıknatıslı doğru akım motorunu birbiri ile karıştırmayınız Sabit mıknatıslı motorda sabit mıknatıs kutuplar duran kısım endüktörde, fırçasız doğru akım motorunda ise kutuplar sabit mıknatıs olarak dönen kısım olan endüvidedir sabit mıknatıslı doğru akım motoru fırçasız doğru akım motoru Doğru akım motorunun etiketinin okunması: MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 16

17 Niçin doğru akım motorları? Formülünden görüleceği üzere doğru akım motorlarının devir sayıları kolaylıkla değiştirilebilmektedir Yarı iletken teknolojisinin bu kadar gelişmiş olmadığı eski tarihlerde endüvi veya kutup sargıları önüne konan yol verme dirençleri (reosta) ile devir sayıları değiştirilmekteydi Yol verme sırasında dirençler üzerinde ısı şeklinde bir güç kaybı olsa da kağıt sarma, tel çekme haddeleme gibi devir sayısının değiştirilmesi gereken işletmelerde kullanılmaktalar dır Fakat doğru akım motorlarının verimlerinin düşük olması, doğru gerilimin iletim zorluğu, fırça ve kollektör mekanik yapısının çok çabuk yıpranması ve sık sık bakım gerektirmesi, bu bakımlar sırasında oluşan üretim kayıpları bu motorlar için çok büyük dez avantajlar oluşturmaktaydı Artık yarı iletken teknolojisindeki ilerlemeler ve yarı iletken fiyatlarındaki düşmeler nedeni ile doğru akım motorlarının yerini alternatif akım motorları almıştır Asenkron (indüksiyon) motorları ( Döner alan devri, rotor devrinden faklı olan motorlar ) Tek fazlı asenkron motorlar Yardımcı sargılı motorlar Kondansatörlü motorlar Kondansatör başlatmalı Daimi kondansatörlü Çift kondansatörlü Yardımcı direnç sargısı olan tek fazlı motorlar Gölge kutuplu motorlar Üç fazlı asenkron motorlar Döner bilezik-rotorlu motor (sargılı rotorlu motor) Kısa devre-rotorlu motor (sincap kafes motor) Senkron motorlar ( Döner alan devri, rotor devri ile aynı olan motorlar ) Tek / çok fazlı motorlar Alan sargılı Sabit mıknatıslı Relüktans Histeresis Değişebilir hızlı kutup anahtarlamalı Asenkron motorların yapısı: Asenkron motorlar bir ve üç fazlı olarak imal edilirler Asenkron motorlar yapı açıcından temelde Stator ve rotordan meydana gelmektedir Stator : Asankron motorun duran kısmıdır Silisli saç paketlerinden oluşmuştur ve motor sargıları açılan oluklar içerisine yerleştirilmiştir MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 17

18 3 fazlı asenkron motorlarda stator gövdesindeki oluklara her bir faz için bir grup olmak üzere toplam 3 grup sargı sarılır Stator sac paketler alüminyum dökümden yapılmış olan motor gövdeleri içerisinde bulunur Motor mil yükü arttıkça artan yükü karşılamak için motor bağlı olduğu elektrik şebekesinden daha fazla akım çekmeye başlayacaktır Artan akım yükü karşıladığı gibi stator sargılarında ısı olarak ta kendisini gösterecektir Isınan bu stator sargılarının ısısını kolaylıkla atabilmesi için alüminyum gövde hava yüzeyini arttırmak için petekli şekilde imal edilirler Ayrıca hava sirkülasyonunu arttırmak için motor miline soğutucu bir pervanede takılır MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 18

19 Örnek stator sarımları: - El tipi sarım : Bir bobinde bir oluk kenarı olan çok katlı sarım şekli - Yarım kalıp sarım : Bir bobinde bir oluk kenarı olan tek katlı sarım şekli - Tam kalıp sarım : Bir bobinde iki oluk kenarı olan tek katlı sarım şekli MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 19

20 Rotor: Asenkron motorun dönen kısmıdır Sac paketlerden oluşmuştur Kısa devre çubuklu ve sargılı olmak üzere temelde iki çeşittir Kısa devre çubuklu (Sincap kafesli) rotor: Üzerinde herhangi bir sargı yoktur Rotor üzerinde bulunan oluklara küçük güçlerde alüminyum büyük güçlerde bakır çubuklar yerleştirilmiş olup bu çubukların iki uçları rotor başlarında birbiri ile kısa devre edilmiştir Kısa devre çubuk başlarındaki küçük kanatçıklar motor içerisinde vantilasyon yaparak oluşan ısının eşit dağılımı ve soğutmayı sağlamak içindir Bu rotorlara sincap kafesi benzetmesinin yapılma nedenini yandaki şekil açıklamak için yeterli olacaktır Sargılı rotor : Kısa devre çubukları yerine üç grup halinde bobin sarılmıştır Bobinlerin bir uçları rotor üzerinde birbirine bağlanmış olup diğer 3 uç bilezikler yardımı ile dışarı çıkarılmıştır Bileziklerin kollektörden farkı dilimli olmayıp tek parça halinde olması ve her bir bobin ucu bir tek bileziğe bağlanmasıdır Bileziklerden ise akım fırçalar yardımı ile dışarı alınmaktadır MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 20

21 Kısa devre çubuklu asenkron motorun parçaları : MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 21

22 Sargılı rotorlu asenkron motorun parçaları : MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 22

23 Yapıları birbirine çok benzeyen doğru akım motoru endüvisi ile sargılı rotoru birbiri ile karıştırmayınız Endüvi Faz kavramı: Her ne kadar evlerimizde bir fazlı alıcılar çalıştırsak ta endüstriyel tesislerde alıcılar (motorlar) üç fazla beslenirler Temel olarak neden üç faz? sorusuna kısaca şu cevap verilebilir 300 A lik bir motorumuz olsun bu motoru 300 A lik kesite göre çekeceğimiz iletkenle mi beslememiz daha kolay olurdu yoksa 100 A lik kesite göre çekeceğimiz üç iletken ile mi beslememiz daha kolay olurdu Ayrıca bir fazlı sistemlerde nötr hattına ihtiyaç duyacağımız için iki iletken çekilirken üç fazlı dengeli sistemlerde nötr hattına ihtiyaç duymadan sadece üç iletken çekmemiz yeterli olmaktadır İlerleyen konularımızda ele alınacak olsa da üç fazın motorlarda oluşturacağı döner alan bir faza göre daha dairesel olmaktadır Sargılı rotor Üç fazlı sistemlerde her faz bir iletken üzerinden taşınır Fazlar eski normlara göre R-S-T yeni normlara göre ise L1-L2-L3 isimlerini alırlar Türkiye şebekesi için söylersek fazların efektif değeri 220 V dur Umax=141xUef formülüne göre artı ve eksi alternanstaki maksimum değerleri 220x141=310 V u bulmaktadır (Umax=Uefx0707 formülünden) Ölçü aletleri efektif değeri ölçmektedir Her bir fazın sırası ile nötrle arasındaki gerilimi ölçecek olursak ( L1-L0 / L2-L0 / L3-L0 ) ölçü aletimizin göstereceği değer 220 V olacaktır MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 23

24 Efektif değer nedir? Kitaplarda alternatif akımın iş yapabilen kısmıdır şeklinde tanımlansa da anlaşılması zor bir tanımdır Sinüsoidal gerilim 0 ve Maksimum değerler arasında değişen sabit bir değeri olmayan gerilimdir Fakat toplamda alternatif akımın yapmış olduğu bir iş miktarı olmaktadır Efektif değerin anlaşılmasında şu örnek yararlı olacaktır Aynı miktarda iki kova suyu örneğin 20 O den 40 O ye 10 dakikada ısıtalım Birinci kovadaki ısıtıcıyı 220 V luk bir doğru akımla besleyelim Aynı iş miktarının yapabilmek için ikinci kova maksimum değeri 310 V olan alternatif akımla beslenmesi gerekecektir Efektif değer t 1 A 2 I A = t i Gerilimin anlık değeri U = Umax x sinωt formülü ile bulunur A 0 şimdi sırası ile derecelerdeki gerilimi bulalım U = Umax x sin0 Umax x 0 = 0 U = Umax x sin90 Umax x 1 = Umax U = Umax x sin180 Umax x 0 = 0 U = Umax x sin270 Umax x -1 = - Umax U = Umax x sin360 Umax x 0 = 0 dt formülü ile bulunur MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 24

25 Üç fazlı sistemlerde her faz bir iletken üzerinden taşınsa da fazların birbirinden farkı aralarında 120 şer derecelik faz farkı olmasıdır Ölçü aleti ile sırası ile her fazın kendi arasındaki gerilimi ölçecek olursak ( L1-L2 / L1-L3 / L2-L3 ) ölçü aletimizin göstereceği değer 380 V olacaktır Peki 380 değeri nereden gelmektedir? Üç faz grafiğinin başlangıcında L2 ve L3 fazları arasındaki gerilimi ölçelim U = Umax x sin ( ) = U = Umax x sin ( ) = Hatırlatma : Başlangıç noktasına göre L2 120 derece L3 240 derece geri fazlıdır ve arasındaki fark 173 dür ölçü aletleri efektif değeri ölçtüğü için iki faz arası olarak 220 x 173 = 380 V ölçülecektir Döner alan : Statora her bir faza ait sargılar 120 şer derecelik açı yapacak şekilde yerleştirilmiştir ve sinisoidal eğrinin her artı ve eksi alternanslarında bu sargılarda oluşan N-S kutuplarının yönü değişmektedir Sinisoidal eğri ve bobin kutup yönleri incelenecek olursa N den S e bir manyetik alan oluştuğu görülür L1 fazının artı alternansında A1 bobini N, A2 bobini S L1 fazının eksi alternansında A1 bobini S, A2 bobini N L2 fazının artı alternansında B1 bobini N, B2 bobini S L2 fazının eksi alternansında B1 bobini S, B2 bobini N L3 fazının artı alternansında C1 bobini N, C2 bobini S L3 fazının eksi alternansında C1 bobini S, C2 bobini N MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 25

26 Eğer bu döner alan içerisine bir mıknatıs konacak olursa farklı kutuplar birbirini çekeceği için mıknatıs döner alana takılıp beraberinde dönecektir Peki statorda oluşan bu döner alanın hızı nedir? 60 f n s = p Formülü ile bulunur burada, ns : Bir dakikada statorda oluşan döner alan devri f : Frekans p : Kutup çifti sayısıdır ( İki kutuplu motorda bir çift, dört kutuplu motorda 2 çift, Kutup bulunacaktır ) Buna göre motorların kutup sayıları ve stator döner alanı devir sayıları şu şekildedir 2 kutup 3000 d/dk 4 kutup 1500 d/dk 6 kutup 1000 d/dk 8 kutup 750 d/dk 10 kutup 600 d/dk 12 kutup 500 d/dk Stator döner alanına senkron devir denir ve ns harfleri ile gösterilir devir/dakika kısaca d/dk olarak gösterilir Asenkron motorun yapısını incelerken dönen kısım olan rotorda herhangi bir mıknatıs yoktu peki nasıl oluyor da rotor dönüyor? Rotorun içerisindeki kısa devre çubuklarını görmüştük Rotor, stator tarafından oluşturulan manyetik alan içerisinde kalmaktadır ve manyetik alan içerisinde kalan iletkende gerilim indüklenir Rotor çubuklarında indüklenen bu gerilim, çubuklar her iki taraftan kısa devre edildiğinden aralarında bir kısa devre akımının dolaşmasına neden olur MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 26

27 OTOMASYON ATÖLYESİ DERS NOTLARI İçerisinden akım geçen iletkenin etrafında manyetik alan oluşur rotor kısa devre akımı rotorun bir elektro mıknatıs halini almasını sağlar Rotorda, elektro mıknatıslanma ile oluşan bu kutuplar stator döner alanını takip ederek döner % S ns nr = 100 ns Rotorun dakikadaki devir sayısına rotor devri denir ve nr harfleri ile gösterilir Rotor devri hiçbir zaman senkron devre eşit olamaz (ns nr) Her zaman için rotor devri senkron devirden küçüktür (ns > nr) Senkron devirle rotor devri arasındaki farka kayma denir Formülü ile bulunur burada %S yüzde cinsinden kaymadır İsterseniz örnek olarak rotor devri 1430 olan 4 kutuplu (ns=1500 olur) asenkron motor milindeki yüzde kaymayı bulalım Bunun anlamı rotor devri stator devrinden %46 daha düşüktür % S = 100 = % Peki neden rotor devri ile senkron devir birbirine eşit değildir? Çalışma prensibinden hatırlayacağınız üzere rotordaki kutuplaşmayı stator manyetik alanı oluşturmaktaydı ve yine bir iletkende gerilim indüklenebilmesi için değişen bir manyetik alan içerisinde kalması gerekmekteydi Bir an için stator devrinin rotor devrine eşit olduğunu kabul edelim Bunu yan yana giden iki araba gibi düşünelim eğer arabalar aynı hızda olursa devamlı paralel gidecekler ve birbirlerine göre aynı konumda olacaklardır ns=nr olduğu taktirde rotor çubukları hep aynı manyetik alan altında kalacak ve manyetik alanda bir değişme olmadığı için rotor çubuklarında da gerilim indüklenmeyecektir Dolayısıyla kısa devre akımı oluşmayacağından rotorda bir kutuplaşmada olmayacak rotor dönmeyecektir Stator devri ile rotor devri farklı olduğu taktirde aradaki fark kadar rotor çubukları kesilecektir Bir önceki örnekte verdiğimiz ns=1500 ve nr=1430 olan motorda rotor kısa devre çubukları dakikada =70 kez stator manyetik alanı tarafından kesilecek ve bu rotor çubuklarında gerilim indüklenerek kısa devre akımlarının geçmesine dolayısıyla rotorun kutuplaşmasına neden olacaktır Bu sayede rotorda dönme sağlanacaktır Kayma sabit olmayıp yüke bağlı olarak değişmektedir Motor milinde yük azken rotor devri senkron devre yakın yani kayma küçükken, motor milindeki yük arttıkça rotor devri düşerek kaymanın da büyümesine neden olacaktır Yani rotor devirleri senkron devrin altında ve mil yüküne bağlı olarak yaklaşık d/dk lık değişimler MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 27

28 yapmaktadır Asenkron motorların devir sayıları doğru akım motorlarında olduğu gibi geniş aralıklarda değiştirilemez 60 f n s = p Formülünü daha önce görmüştük Formül incelendiğinde devrin sadece iki değişkene bağlı olduğunu görürüz Frekans (f) ve kutup çifti sayısı (p) Bizim şehir şebekemizin frekansı 50 Hz de sabit olduğu ve kutup çifti sayısının imalatta stator sarımı sırasında sabit yapıldığı düşünülürse Asenkron motorlar normal şartlarda devir sayıları değişmeyen motorlardır Detaylarını ilerleyen derslerimizde göreceğimiz dahlender veya çift sargılı motorlar ile kutup sayıları değiştirilmekte ve AC motor sürücüleri ile de frekans değiştirilerek asenkron motorların devir sayıları değiştirilebilmektedir Asenkron kelime anlamı olarak senkron olmayan anlamındadır Bu ismi ns ve nr devirlerinin eşit olmamasından dolayı almıştır Bu motorlar çalışma prensibi açısından düşünüldüğünde çalıştırılması en kolay olan motorlardır Elektrik makineleri konusunda uzman olan sayın hocam Adnan Peşint in tabiri ile çalışmak için bahane ararlar Yapısal olarak düşünüldüğünde ise çok fazla parçası ve mekanik aksamının olmadığı için arızalanma riski de azdır Devir sayısının ayarlanamaması dezavantajı yukarıda bahsedildiği üzere yarı iletken teknolojisi ile son dönemlerde çözüldüğü için endüstriyel ortamlarda en çok kullanılan motorlardır ns=nr yapmak mümkün mü? Daha önce anlatıldığı gibi asenkron motorlarda bunu yapmak imkansız Ama stator manyetik alanı tarafından rotorda oluşturulan kutuplaşmayı stator manyetik alanına bağlı kalmadan oluşturulabilirse ns=nr yapmak mümkün Rotor üzerindeki kısa devre çubuklarının yerine bobinler sarmak ve bu bobinleri dışarıdan bir doğru akım kaynağı ile beslemek suretiyle rotorda oluşan kutuplaşma statordan bağımsız hale getirilebilir Artık rotor kutupları stator döner alanını kayma yapmadan takip edebilir Rotoruna sargılar sarılarak doğru akım verilen bu tip motorlara senkron motorlar denir ve adından da anlaşılacağı üzere rotor devri senkron devre eşittir (ns=nr) Motor olarak devir sayısının sabit kalması istenen yerlerde kullanılırlar Şayet rotor sargıları doğru akım ile beslenip rotor mili dışarıdan bir kaynakla döndürülecek olursa bu kez de alternatif akım üreten alternatör (jenaratör) olarak kullanılırlar Barajlarda enerji üretiminde kullanılan alternatörlerin tamamı senkron makinelerdir Her ikisinin de rotorunda sargı olan rotoru sargılı asenkron motor ve senkron motoru karıştırmayınız Rotoru sargılı asenkron motorda üç adet bilezik bulunup rotor sargıları bir direnç üzerinden kısa devre edilir Senkron motorlarda ise iki adet bilezik bulunup rotor sargısı doğru akım kaynağı ile beslenir MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 28

29 rotoru sargılı asenkron motor senkron motor Her ne kadar devir formülünden kutup sayısı ile devirler bazı değerlerde elde edilebilse de çok küçük 60 f devir sayıları için kutup sayısını büyütmek bir çözüm p = = = = 100kutup olmaz Örneğin bir mikser veya otomatik kapı için 30 ns d/dk lık motora ihtiyacımız olsun bu devir için 100 kutuplu motor imal edilmez Ayrıca bu devirde bir motor imal edilse de devir çok düşük olacağından motor içerisindeki ve arka kapağındaki soğutma fanları yeterli hava sirkülasyonunu yapamayacağı için motor ısınacaktır Bu durumda yüksek devirli motorun miline devir düşürücü bir redüktör (dişli kutusu) bağlanır Bizim örneğimizde 1500 d/dk lık bir motorun miline 50/1 lik bir redüktör bağlanarak devir 30 d/dk ya düşürülebilir Çalışma ortamına, montaj şekline, çalışma gerilimine göre çok çeşitli asenkron motor üretilmektedir Genel düşük gerilim (380V) asenkron motorlar: Bu motorlar ayak montajlı olup kendinden soğutmalıdırlar Güç olarak 100 KW ın üzerine çıkılabilmektedir Orta gerilim asenkron motorlar: P=UI formülünden büyük güçlü motor yapabilmek için ya gerilimin veya akımın büyütülmesi gerekmektedir Akım değerini büyütmek motor iletken kesitlerini ve ısı kayıplarını arttıracağı için gerilim arttırılmıştır MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 29

30 Bu tip motorlarda 3,5 KV gibi yüksek gerilimler kullanılmaktadır Soğutma için harici bir fan motoru ile motora hava üflendiği gibi stator gövdesine açılan kanallardan kapalı devre hermetik soğutucu gazlar veya su geçirilerek de soğutma sağlanabilir Ayak ve Flanş montajlı motorlar : Dikey Milli Pompa Motoru Yerin derinliklerinden suyu çıkartan derin kuyu dik türbin pompaları; zirai sulamada, içme ve kullanma suyu temininde en etkili ve en fazla kullanılan pompa türüdür VHS (dikey delik milli) tip motorlar özellikle derin kuyu pompaları için tasarlanmıştır Zor çalışma şartlarında, en az bakım ile uzun süre arızasız çalışabilirler Transformatör ( Trafo ): Manyetizmada gördüğümüz iki temel prensip vardı bunlar; İçinden akım geçen iletken manyetik alan oluşturur Değişen manyetik alan içerisinde kalan iletkende gerilim indüklenir Trafolar bu iki temel prensibi kullanarak çalışırlar Bir demir nüve üzerine iki ayrı bobin sarılır Bu bobinlerden birine alternatif bir gerilim uygulandığında demir nüve üzerinden dolaşan bir manyetik alan oluşturur Alternatif gerilim uygulandığı için oluşan bu manyetik alan değişken bir manyetik alandır Bu değişen manyetik alan diğer sargıyı da keseceği için diğer sargıda da bir gerilimin indüklenmesini sağlayacaktır Dışarıdan gerilim verilen bobine primer sargı, indükleme ile gerilim alınan sargıya sekonder sargı denir Trafolarda hareketli parça bulunmadığı için verimleri çok yüksektir (%97-99 civarı) Trafolarda temel formül dönüştürme oranı olan K dır V V 1 1 K = = = 2 N N 2 I I 2 1 V1 : Primer gerilimi I1 : Pirimer akımı N1 : Pirimer bobin sipir sayısı S1 : Pirimer gücü V2 : Sekonder gerilini I2 : Sekonder akımı N2 : Sekonder bobin sipir sayısı S2 : Sekonder gücü Eğer trafonun sekonder gerilimi pirimer geriliminden küçükse düşürücü (alçaltıcı), Sekonder gerilimi pirimer geriliminden büyükse yükseltici trafo adını alır MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 30

31 yükseltici trafo düşürücü trafo Trafoların gerilimi yüksek olan sargısının sipir sayısı, gerilimi düşük olan sargıdan daha fazla ve kesiti daha incedir Trafoların nüvesi iki tipte yapılır Çekirdek ve mantel tipi Kaçak manyetik akılar mantel tipinde daha az olduğu için verimleri de yüksektir Mantel tip nüve Çekirdek tip nüve Asenkron motorlarda kalkış akımı : Asenkron motorları durağan haldeyken harekete geçirmek için ilk enerji verildiğinde şebekeden çok fazla akım çekerler Bu akım motor imalat özelliklerine göre değişse de kaynaklarda genel olarak asenkron motorların ilk kalkış akımları anma akımının 6 misli olarak kabul edilir Kalkış akımı motor anma devrine (nr) yükseldikçe düşecek ve anma devirde motor akımı da nominal değerini alacaktır Yine bu yol alma zamanı da 6 sn olarak kabul edilmektedir MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 31

32 Her ne kadar teoride yol alma 6 misli ve 6 saniye olarak kabul edilse de motor mil yükü azaldıkça bu süre kısalacak, büyük güçlü (yüksek atalet gerektiren çalışmalarda) motorlarda bu sürenin çok fazla üzerine çıkılacaktır Ayrıca aynı güç ve yükteki rotor kısa devre çubukları basit kafesli olan bir asenkron motor 6 misli ile yol alırken yüksek çubuklu (yüksek reaktanslı) rotora sahip bir asenkron motor 4 misli ile yol alacaktır Pratikte motor yol alma akımı ve süresini bulmanın yolu motor milinde tam yükü varken motor besleme hattı üzerine ampermetre bağlayarak çalıştırmak ve ilk çalışma anındaki akım değerini ve motor akımının etiketinde yazan değere düştüğü andaki süreyi gözlemlemektir Motorlar devreye girerken neden yüksek akım çeker? Asenkron motorlar yapısal olarak benzemese de çalışma mantıkları açısından trafolara benzetilebilir Stator sargılarını Pirimer sargısına, rotor kısa devre çubuklarını da sekonder sargısına benzetebiliriz Senkron hızı ns=3000 olan bir motoru örnek olarak alalım Motora ilk enerji verildiği anda rotor duruyordur yani nr=0 dır Fakat ilk andan itibaren stator alanı ns=3000 devirde dönmektedir ve motor harekete başlayana kadar rotor çubukları 3000 devirlik (maksimum) manyetik alanla kesilecektir Bu manyetik alan rotor çubuklarında da maksimum bir gerilimin indüklenmesine neden olacaktır Bu gerilim ise kısa devre çubukları üzerinden maksimum kısa devre akımını geçirecektir Trafoların dönüştürme oranına ait bu formüle göre rotor akımının maksimum değere yükselmesi oranın sabit kalabilmesi için stator akımının da yükselmesi demektir Bu ise teoride motor nominal akımının 6 misli olarak kabul edilmiştir K I = I 2 I yani I 1 s Rotor dönmeye başladıkça ns ile nr arasındaki fark azalacak ve git gide rotor çubuklarını daha az manyetik alan kesecektir Bu durumda rotorda indüklenen gerilimin ve dolayısı ile rotor kısa devre akımının azalması anlamına gelecektir K oranı sabit kalacağından motorun şebekeden çektiği stator akımı da nominal değerine düşecektir Rotoru sargılı asenkron motorların yol alması sırasında rotorlara bağlı olan direncin değeri büyütülür bu sayede ilk anda rotor sargılarında maksimum gerilim indüklense de rotor sargılarının direnci yol verme direnci ile arttırıldığı için rotor kısa devre akımı çokfazla büyüyemeyecek ve stator akımı da yol alma sırasında sınırlandırılmış olacaktır rotor devri arttıkça rotor gerilimi de düşecek bu esnada rotora bağlı olan yol verme dirençleri kademe kademe küçültülecektir Rotor tam devrine ulaştığında ise devrede hiçbir direnç kalmayacak ve fırçalar üzerinden bobin uçları kısa devre edilecektir Ayrıca rotoru sargılı asenkron motorun rotor yol verme direnci ile rotor devrini ayarlamak mümkündür fakat yol verme direnci üzerinde oluşan ısı kayıpları motorun verimini düşürecektir r MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 32

33 Motorun kalkış akımının motor milindeki yüke bağlı olduğu zannedilir Halbuki motora ilk enerji verildiği anda milinde ister yük olsun ister yük olmasın rotor duruyordur ve o an için maksimum manyetik kuvvet çizgileri tarafından kesilerek maksimum gerilim indüklenecek ve maksimum kısa devre akımı geçecektir Yani ilk kalkış akımı rotor daha duruyorken oluşacaktır Mile bağlı yük yol alma süresini değiştirecektir Boş çalışan bir motor daha kısa sürede anma akımına düşerken mil yükü arttıkça motorun anma akımına düşme süresi uzayacaktır 3 fazlı asenkron motorların dönüş (devir) yönünün değiştirilmesi için döner alanın yön değiştirmesi gerekmektedir Bunun motor klemensine gelen herhangi iki fazın yerlerinin değiştirtmesi yeterlidir Asenkron motorlar her iki dönüş yönü içinde aynı özellikleri gösterirler Asenkron motor bobin bağlantı şekilleri : Asenkron motorlarda her bir faz için birer tane olmak üzere üç adet bobin grubu olduğunu görmüştük Bu bobinler yeni ve eski norm uç isimleri ile şekilde verilmiştir Bobinler şebekeye iki şekilde bağlanabilirler; - Yıldız bağlantı ile - Üçgen bağlantı ile Bobin uçlarının motor klemensinde karşılıklı çıkarılmadığına dikkat ediniz (çapraz çıkarılmıştır) bunun nedeni yıldız ve üçgen bağlantının köprülerinin kolay (aynı ölçüde) yapılması içindir MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ 33