BÖLÜM-I... 1 BÖLÜM III LİTERATÜR... 5 ŞARJ SİSTEMLERİ SEMBOLLER 1-GİRİŞ... 4 BÖLÜM-II...5

Transkript

1 ŞARJ SİSTEMLERİ İÇİNDEKİLER Sayfa no: SEMBOLLER BÖLÜM-I GİRİŞ... 4 BÖLÜM-II LİTERATÜR ŞARJ DİNAMOLARI KLASİK TİP ALTERNATÖRLER Yapısı ELEKTRO MEKANİK REGÜLATÖRLER Tek Platinli Regülatörler İki Platinli Regülatörler REGÜLATÖRÜN ÖZELLİKLERİ Histerisis (Voltaj azalması) özellikleri: Sıcaklık özelliği: LAMBA RÖLELİ ŞARJ SİSTEMİ UYARTIM DİYOTLU ALTERNATÖRLER KOMPAKT ALTERNATÖRLER Özellikler Yapısı IC (ENTEGRE DEVRE) REGÜLATÖRLERİ IC Regülatörünün Çalışma Prensibi IC Regülatörünün Özellikleri A TİP IC REGÜLATÖRLERİ B TİP IC REGÜLATÖRLERİ A devresinin görevleri M-TİP IC REGÜLATÖR Sıcaklık özellikleri Çalışması BÖLÜM III

2 3.1-TEORİ FARADAY IN ELEKTRİK ÜRETME PRENSİBİ ALTERNATİF AKIM JENERATÖRLERİ ELEKTROMOTOR KUVVET YÖNÜNÜN BULUNMASI ELEKTROMOTOR KUVVET MİKTARI ALTERNATÖRÜN ÇALIŞMA PRENSİBİ Üç fazlı alternatif akım Yıldız bağlantı Üçgen bağlantı ATERNATİF AKIMIN DOĞRULTULMASI BÖLÜM-IV MATERYAL METOD BÖLÜM- V SONUÇ VE ÖNERİLER TABLO- 5.1 OCTOPUS CİHAZI TEST SONUÇLARI Tablo-5.2 THEPRA test cihazı test sonuçları KAYNAKLAR EKLER EK-1 ARIZACILIK EK.1.1- ŞARJ SİSTEMİ PROBLEMLERİN SINIFLANDIRILMASI EK.1.2-ARIZACILIK PROSEDÜRÜ Ek Zayıf Veya Boşalmış Akü Ek Alternatörde Aşırı Gürültü EK.1.3-ARAÇ ÜSTÜ KONTROLLER Kontrol Sırasında İzlenecek Yollar Ek Batarya Yoğunluk Kontrolü Ek Akü Kutup Başlarının Sigorta Ve Bağlantılarının Kontrolü Ek Tahrik Kayışının İncelenmesi Ek Alternatör Kablolarının Kontrolü Ve Anormal Gürültünün Dinlenmesi Ek Şar Uyarı Lamba Devresinin İncelenmesi Ek Şarj Devresi Yüksüz Kontrolü Ek Şarj Devresinin Yük Altında Kontrolü

3 EK.1.4-ALTERNATÖR REGÜLATÖRÜNÜN İNCELENMESİ Ek Voltaj Regülatörünün Ayarlanması EK.1.5-REVİZYON Ek Anormal Gürültü Testi Ek Süreklilik Testi Ek Negatif Uç Doğrultucu Diyotunun Kısa Devre Testi Ek Pozitif Uç Diyotlarının Kısa Devre Testi Ek Rotor Sargıları Direnç Testi EK.1.6-KLASİK TİP ALTERNATÖRÜN İNCELENMESİ Ek Rotorun Açık Devre Kontrolü Ek Kayar Bileziklerin Ölçülmesi Ek Statorun Kontrolü Ek Kömür Çıkma Boyunun Ölçülmesi EK.1.7-DOĞRULTUCU DİYOTLAR Ek Pozitif Doğrultucu Diyotların İncelenmesi Ek Negatif Doğrultucu Diyotların İncelenmesi EK RULMANLAR EK.1.8-YÜKSEK HIZLI KOMPAKT TİP ALTERNATÖRÜN İNCELENMESİ Ek Kömürler Ek Arka Rulmanların İncelenmesi EK.1.9-DİYOTLARIN OSİLOSKOP GÖRÜNTÜLERİ VE İNCELENMESİ

4 BÖLÜM-I 1-GİRİŞ Araç üzerinde bulunan şarj sisteminin amacı, elektrik alıcılarına (far, sinyal, cam sileceği, radyo v.b) akım vererek beslemek ve araç bataryasını devamlı şarjda tutmaktır. Otomobil bataryasının görevi marş motorunu,farlar ve silecekler gibi otomobil alıcılarına yeterli miktarda elektrik sağlamaktır. Bununla beraber batarya, kapasitesiyle sınırlıdır ve devamlı olarak otomobilin tüm elektriksel güç ihtiyacını karşılayabilecek kapasiteyi sağlayamaz. Her elektrik alıcısına gerektiği zaman ve miktarda elektriği sağlamak için, bataryanın daima tam şarjlı kalmasını sağlamak gerekir. Bunun için otomobillerde elektrik üretmek ve bataryayı tam şarjda tutmak için bir şarj sistemine gerek duyulmaktadır.. Alıcıları besleme işlemi batarya, alternatör, alternatör regülatörü ve devre kablolarından meydana gelen parçalarla gerçekleşmektedir. Şarj sistemi şarjı, motorun bir kısım mekanik enerjisini elektrik enerjisine çevirerek yapar. Araç motoru çalışmadığı zamanda kullanılan bütün alıcılar batarya tarafından beslenir. Motor çalıştığında bu görevi şarj sistemi yapar. Araç motoru düşük devirlerde çalışırken şarj sisteminin vereceği akım alıcıları beslemeye yetmeye bilir. Bu durumda alıcıların beslenmesini alternatör, batarya ile birlikte yapar. Araç motoru yüksek devirlerde çalışırken şarj sisteminin vereceği akım, elektrik alıcılarının harcadığından fazla olabilir. Bu durumda sistemin ürettiği akımın bir kısmı alıcılara giderken, diğer bir kısmı da bataryanın şarj edilmesini sağlar. Araç motoru çok yüksek devirlerde çalışırken elektrikli alıcılar kullanılmayabilir. Şarj voltajı da batarya voltajından daha yüksek olacağından bataryayı aşırı şarj ve yüksek voltajla şarjdan korumak için alternatörlü şarj sistemlerinde mekanik regülatörler yanında günümüzde yaygın olarak elektronik regülatörler kullanılmaktadır. 4

5 BÖLÜM-II 2-LİTERATÜR Elektrik ile ilk keşifi yapan İngiliz bilim adamı Michael Faraday 19.uncu yüzyılın ilk yarısında yaptığı deney ve çalışmalar sonucunda manyetik enerjiden elektrik akımı elde edilebileceğini keşfetmiş ve ilk elektrik dinamosunu yapmıştır. O zamandan bu güne kadar çeşitli aşamalardan geçen dinamolar, otomobilin icat edilmesiyle otomobile de şarj sistemi olarak yerleşmiştir. Otomobille birlikte gelişen şarj sisteminde önce üç fırçalı dinamolar ve daha sonrada iki fırçalı şönt dinamolar kullanılmıştır. 2.1-ŞARJ DİNAMOLARI İkaz sargıları sabit manyetik alanı oluşturmak için düzenlenir. Pabuçların kutupları hafifçe mıknatıslanmıştır. Dinamo endüvisinde akım meydana gelmesi için endüvi sargılarının manyetik alana ait kuvvet hatlarını kesmesi gerekir. Bu manyetik alan, kutuplarda var olan kalıcı mıknatıslık tarafından sağlanır. Dönmekte olan endüvi zayıf kuvvet hatlarını kesince endüvi sargıları üzerinde bir akım indüklenir. Akımın endüviden, kömürler üzerine kollektöre ve ikaz sargılarına geçmesi sağlanır. Akımın geçmesi, endüvideki manyetik kuvvet hatlarını kuvvetlendirir. Böylece endüvide daha yüksek bir akım meydana gelir. Kollektör ve fırçalar endüvi sargılarına gerilimin tek yönde akmasını sağlar. Dinamolar dış devreye doğru akım verirler. Dinamolar sabit bir manyetik alan içersinde hareket ettirilen bir iletkende akım indüklenir prensibiyle çalışır. Dinamonun verimi; manyetik alanın kuvvetine, iletkenin manyetik kuvvet hatlarını kesme hızına ve endüvinin her bobindeki iletken sayısına bağlıdır (1). Ancak günümüz otomobil motorları çok daha yüksek devirli olup, araçlarda elektrik alıcısı sayıları da artmıştır. Ayrıca motorlu araç sayısının artması ile şehir içi trafiğine yavaşlattığından dinamolar alçak hızlarda alıcıları besleyemez duruma 5

6 gelmişlerdir. Bundan dolayı günümüzde dinamolar yerine alternatörlü şarj sistemleri kullanılmaktadır. Alternatörlü şarj sistemlerinde kontak açıldığında bataryadan gelen akım regülatörden geçtikten sonra alternatörün uyartım sargılarına gelir ve oradan da şasiye gider. Bu nedenle daha başlangıçta güçlü bir manyetik alan oluştuğundan alternatörler, dinamolardan daha düşük devirlerde akım üretirler. Bundan başka alternatörler, yüksek devirlerde dinamolardan daha dayanıklı ve hafif olduklarından dolayı kasnak çapları küçük yapılarak devirleri arttırılmıştır. Bu, alternatörün düşük motor devirlerinde yüksek akım vermesinde önemli rol oynamaktadır (2). 2.2-KLASİK TİP ALTERNATÖRLER Alternatör motordan gelen mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirir. Mekanik enerji motordan bir kasnak vasıtasıyla alınır ve rotor döndürülerek,stator sargılarında alternatif üretilmesi sağlanır. Bu alternatif akım diyotlar tarafından doğru akıma çevrilerek bataryaya gönderilir. Alternatörün temel parçaları elektro mıknatıslanmayı oluşturan rotor, elektrik akımını üreten stator ve akımı doğrultan diyotlardır. Bunlara ek olarak, aynı zamanda manyetik oluşturulması için rotora akım geçiren fırçalar, rotorun yumuşak bir şekilde dönmesini sağlayan rulmanlar ve rotoru, statoru ve diyotları soğutmak için bir fan bulunmaktadır. Tüm bu parçalar ön ve arka kapak tarafından birleştirilir (2) 6

7 2.2.1-Yapısı Klasik tip alternatörün parçaları (Şekil -2.1) ; Şekil -2.1 Klasik tip alternatörün yapısı Rotor; Rotor, kutup çekirdekleri (manyetik kutuplar) bir manyetik alan bobini(rotor) kayar bilezikler ve bir rotor milinden meydana gelmiştir. Manyetik alan bobini, dönme yönüyle aynı yönde sarılmıştır ve bobinin her iki ucu bir kayar bileziğe bağlanmıştır. Bobinin her iki ucuna manyetik alan bobinini kuşatacak şekilde kutup çekirdeği başlanmıştır. Manyetik alan, akımın bobin üzerinden geçmesiyle ve kutuplardan birinin N kutbu, diğerinin kutbu olmasıyla oluşturulmaktadır. Kayar bilezikler, kömür temas yüzeyleri yüksek kalitede işlenmiş, paslanmaz çelik gibi metallerden yapılırlar. Bunlar rotor milimden yalıtılmışlardır. (Şekil -2.2) 7

8 Şekil -2.2 Rotorun yapısı Şekil -2.3 Statorun yapısı Stator; Stator, stator çekirdekleri ve stator bobinlerinden meydana gelmiştir ve, ön ve arka kapaklara tutturulmuştur. Stator çekirdeği, çelik kaplanmış ince plakalardan meydana gelir. Şekil-2.3 de görüldüğü gibi statorun yapısında çok uzun iletkeni bobin haline getirmek için kangallar kullanılmıştır. Bir çok bobinlerde bir araya gelerek sargıyı meydana gerdirmektedir. Bu, sargı tekniğine uyun şekilde yerleştirilmiştir. Çok az gerilim sağlayan bir kangal kullanacağımız yerde bobin yapmak için birçok kangal bir araya getirilir. Her kangal kendi başına seri olarak diğerlerine ekli olduğundan, bunların her birinde indüklenen gerilim, eklenerek bobinin toplam gerilimi meydana gelir. 8

9 Bundan sonra, şekilde gösterilen yedi bobin birbirine seri bağlanarak yani gerilimleri eklenerek sargı gerilimi meydana gelir. Her bir bobin için bir çift N, S kutbu gerektiği için, 14 kutup kullanılmıştır (Şekil -2.3) (1). Diyotlar; Eş yüklü diyot tablaları içinde, üç adet pozitif ve üç adet negatif diyot bulunur. Alternatör tarafından üretilen akım, uç kapaklardan yalıtılmış pozitif yönlü diyot tablalarından verilir. Doğrultma sırasında diyotlar ısınırlar, diyot tablaları bu ısıyı yayacak ve diyotların aşırı ısınmasını önleyecek şekilde dizayn edilirler ELEKTRO MEKANİK REGÜLATÖRLER Alternatörlü şarj sistemlerinde akım ve gerilimin düzenlenmesinde değişiklikler olmuştur. Dinamolu sistemde kullanılan akım regülatörü ve devre kesici alternatörlü sistemlerde kullanmaya gerek kalmamıştır. Çünkü alternatör çıkış gücü üç faktöre bağlı olarak değişmektedir. Bunlar; stator sargılarının boyu ve kesiti, alternatör rotorunun dönüş hızı ve rotor sargılarının oluşturduğu manyetik alandır. Stator sargılarının sayısı değiştirilemediğinden ve alternatör rotoru hareketini motordan aldığından rotorun hızı da kontrol edilemez. Alternatör çıkış akımının kontrol edilebilmesi için manyetik alanı oluşturan rotor sargılarının çektiği akım şiddeti kontrol edilebilir. Alternatör, motor relanti de çalışırken amper akım üretir. Motor devri arttırıldığında da çıkış akımı da artmaktadır. Devrin armasıyla birlikte akım artışı yavaşlar ve 5000 d/dak da sonra devir arttırılsa bile akımda büyük bir değişiklik meydana gelmez. Bu nedenle alternatörlü şarj sistemlerinde akım sınırlayıcı regülatörler kullanılmaz. Alternatörlü şarj sistemlerinde bataryanın aşırı şarjını önlemek için sadece gerilimi sınırlayan voltaj regülatörleri kullanılmaktadır. Alternatörlerde gerilim regülatörü olarak ilk olarak elektro mekanik (alan röleli) bir ve iki kontaklı gerilim regülatörleri kullanılmıştır (3). 9

10 Regülatör, alternatör tarafından üretilen voltajı miktar miktarını kontrol etmek için, rotora gelen manyetik akım miktarını arttırır veya azaltır. Regülatör platinler, bir manyetik ve bir dirençten meydana gelir (Şekil -2.4). Şekil -2.4 Elektro mekanik regülatör Şekil -2.5 Tek platinli tip regülatör Tek Platinli Regülatörler Tek platinli regülatör; rotorun manyetik alan bobiniyle (F) seri olarak bağlanmış bir (R) direncine sahiptir. Bu direnç, motor düşük hızlarda çalışırken, platinler tarafından by-pas geçilir. Alternatör voltajı düşük olduğunda, manyetik bobinin (M) manyetik kuvveti zayıf olduğu için, platinler kapalıdır ve manyetik alan bobininin akımı platinlerden geçer (Şekil 2.5). Voltaj yüksek olduğunda, manyetik kuvvet büyüktür ve platin açıktır. Platin açık olduğu zaman, akım (R) direnci üzerinden geçer ve böylece, manyetik alan bobinine gelen akım düşer. Manyetik alan bobinine gelen akımın düşmesiyle alternatör voltajı düşer ve platinler kapanır. Platinlerin tekrar kapanmasıyla, akım yükselir ve voltaj yükselerek platinler açılır. Bu şekilde saniyede defalarca, platinler devamlı olarak açılıp kapanır. Platinler açıkken, manyetik alan akımı (R) direnci üzerinden geçer. Regülatörün, alternatör voltajını yüksek hızlarda kontrol etmesini sağlamak için (R) direncinin daha büyük olması gerekmektedir. Bununla beraber, eğer (R) direnci 10

11 büyürse, düşük hızlarda platinler açılıp kapandıkça, voltajda daha büyük bir dalgalanma olacaktır (2) İki Platinli Regülatörler Tek platinli tip regülatörün dezavantajını ortadan kaldırmak için, farklı platinler kullanılarak, düşük hızlar için (P 1 ) ve yüksek hızlar için (P 2 ) olarak dizayn edilmiştir. Düşük hızlarda, tek platinli tipte olduğu gibi aynı şekilde hareketli platin, düşük hız platini (P 1 ) açıp kapatır. Bununla birlikte yüksek hızlarda voltaj düşük hız platini tarafından kontrol edilemediğinde, hareketli platin, kontak yapıp açar. Hareketli platin, yüksek hız platiniyle temas ettiği zaman, manyetik alan akımı kesilir. (Şekil-2.6) Şekil-2.6 İki platinli regülatör Şekil-2.7 Tek ve iki platinli tip karşılaştırılması İki platinli tip regülatörün özelliği, düşük hız ve yüksek hız çalışma aralığı bulunmasıdır. Bununla beraber, histerisis e bağlı olarak bir dezavantaj yüksek hız konumundan düşük hız konumuna geçerken voltajın hafifçe düşmesidir. Bununla beraber tek platinli ile karşılaştırıldığında (R ) direnci platinlerin açma- kapama sırasında daha az ark yaratacağı şekilde küçük tutulabilir. Böylece platinlerin daha uzun ömürlü olması sağlanır. İki platinli tip günümüz otomobillerinde en çok kullanılan regülatör tipidir (Şekil-2.7) (2) REGÜLATÖRÜN ÖZELLİKLERİ Regülatörün görevi, alternatör tarafından üretilen voltajı sabit seviyede tutmaktır. Bunula beraber, gerçekte jeneratörün özelliğine bağlı olarak voltaj sabit 11

12 kalmaz, dalgalanır. Platinli tip (Tirril) regülatörler için, voltajın dalgalanmasının çeşitli nedenleri olmakla birlikte, ilk nedeni regülatörün histerisis ve sıcaklık özelliklerine bağlı olmasıdır. Regülatörü ayarlamadan önce, bu özelliklerin bilinmesi gerekir (4) Histerisis (Voltaj azalması) özellikleri: Hareketli platin yüksek hız platininden düşük hız platinine geçerken bir voltaj azalması olur. Bu histerisis etkisi olarak isimlendirilir (Şekil-2.8.1). Voltaj Şekil Histerisis özellik Şekil İki platinli tip regülatör Hareketli platin düşük hız veya yüksek hız konumlarından birinde çalışırken, endüvi boşluğunda ve açısal boşlukta bir değişiklik olur ve bu değişiklik manyetik dirençte azalma veya çoğalmaya neden olur. Aynı zamanda hareketli platin, yüksek hız tarafından düşük hız tarafına geçerken, yüksek hız çalışmasında artan manyetizma, bobin çekirdeklerinde kalır ve devam eder. Bu iki olay alternatör voltajının zayıflamasına neden olur (Şekil-2.8.2) Sıcaklık özelliği: Voltaj regülatörünün manyetik bobininde bakır teller bulunur ve bu tellerin sıcaklığı yükselirse dirençleri artarak manyetik bobin çekme kuvvetinde bir düşme olacaktır (Şekil-2.9.1). 12

13 Şekil Voltaj regülatörü Bu da alternatör çıkış voltajında bir yükselmeye neden olacaktır. Voltaj da bu tip yükselmeleri önlemek için, regülatörde bir direnç veya bi- metal eleman bulunur. Bazı regülatörlerde her ikisi de bulunmaktadır (Şekil-2.9.2). Direnç, sıcaklık direnç katsayısı düşük bir nikel krom tel veya bir karbon elemana sahiptir, ve bobine seri olarak bağlanmıştır. Bu direnç, sıcaklık dalgalanmasıyla uyumlu olarak tüm direnç oranını düşürmektedir. (Şekil-2.9.3) V Şekil Sıcaklık özelliği Şekil Regülatörde voltaj dalgalanmaları Bi-metal eleman, hareketli platine yardım eden bir yay ile birlikte kullanılır. Bimetal elman sıcaklığın yükselmesiyle yay tansiyonunu düşürürü. Regülatör çalışmaya başladıktan sonra, sıcaklık sabitleninceye kadar voltaj dalgalanacaktır. Regülatör bir kez çalışmaya başladığında, akım manyetik bobin sıcaklığını ani olarak artmasına neden 13

14 olur. Bunula beraber bi-metal eleman sıcaklığındaki yükselme hafifçe ertelenir, dolayısıyla yay tansiyonu yükselir ve voltaj artar (4). 2.4-LAMBA RÖLELİ ŞARJ SİSTEMİ Alternatörün motor çalıştıktan sonra şarj edip etmediğini anlamak için lamba rölesi kullanılmıştır (4). Şekil-2.10 Lamba röleli şarj sistemi şarj lambasının yanması Kontak anahtarı açık ve motor çalışmadığı zaman akım, bataryanın pozitif kutbundan sigorta bağlantısına, kontak anahtarı üzerinden rotor akım sigortasına gelir. Buradan regülatörün IG terminalinden geçerek PL 1 platinine gelir. Bu esnada alternatör akım üretmediği için PL 1, PL 0 platini ile temas halindedir. Akım PL 0 platini üzerinden geçerek regülatörün F terminaline gelir. Bu uç alternatörün F terminaline bağlıdır ve akım alternatörün F terminali üzerinden kömürlere gelir, oradan kayar bileziğe gelerek rotor sargıları üzerinden geçer. Buradan geçtikten sonra alternatörün E terminalinden çıkan akım şasilenir ve böylece rotor sargıları bataryadan gelen akımla uyarılmış olur. Bu esnada bataryadan gelen akım şarj uyarı lambasının üzerinden geçerek regülatörün L terminalinden P 0 platinine gelir. Alternatör akım üretmediği için bobin 14

15 mıknatıslanamaz ve P 0 ile P 1 platinleri temas durumunda kalır. Akım buradan E terminali üzerinden şasilenir ve şarj uyarı lambası yanar (Şekil-2.10). Şekil Lamba röleli şarj sisteminde lambanın sönmesi ve şarja başlama Motor çalıştıktan ve rotor döndükten sonra, stator sargılarında gerilim üretilir. Bu gerilim alternatörün N terminalinden çıkarak regülatörün N terminaline, oradan voltaj rölesine gelir. Rölede meydana gelen manyetik alan P 0 platinini P 2 platini ile temas ettirerek şarj uyarı lambasını her iki tarafına pozitif eşit voltaj uygulanacaktır. Böylece şarj uyarı lambasından akım geçmeyecek ve lamba sönecektir. Bununla beraber alternatörün akım üretmesiyle, alternatörün B terminalinden çıkan akım, regülatörün B terminaline gelerek P 2 platin ve P 0 platini üzerinden geçer. Akım buradan voltaj regülatörü manyetik bobin üzerinden geçerek regülatörün E terminali üzerinden şasilenir. Alternatör düşük veya orta hızda döndüğünden üretilen akım az olur. Voltaj regülatörü bobini yeterince mıknatıslanamayarak PL 0 platini PL 2 platinine temas etmeyecektir. Yine bu esnada alternatörün ürettiği akım B terminalinden çıkarak bataryanın pozitif kutbuna gelerek bataryayı şarj eder. Akım bataryanın pozitif ucundan kontak anahtarına, oradan regülatörün IG terminaline gelir ve R yük direnci üzerinden regülatörün F terminaline, oradan da alternatörün F terminaline gelerek rotor sargılarını uyamaya devam eder (Şekil ). 15

16 Şekil Bataryanın yüksek şarjdan korunması Motor devrinin artmasıyla alternatörün ürettiği voltaj daha da artarak B ucundan çıkıp regülatörün B ucuna gelir. Buradan geçerek voltaj regülatörü manyetik bobininde kuvvetli bir manyetik alan oluşturarak PL 0 platini PL 1 platini ile teman durumuna getirerek, F ucundan rotor sargılarına giden uyartım akımını kesilir ve alternatör akım üretmez. Böylece batarya yüksek voltajlı şarjdan korunmuş olur (Şekil ). Röle kontakları zamanla ark yapıp yandığından ve sık sık ayarlarının bozulması gibi olumsuzluklar hem regülatör alan rölesini hem de lamba rölesinin kullanımdan kalkmasına neden olmuştur. Ancak daha sonraları lamba rölesinin görevini uyartım diyotları almıştır. 2.5-UYARTIM DİYOTLU ALTERNATÖRLER Şekil-2.11 Uyartım diyotlu şarj sistemi 16

17 Kontak anahtarının açılmasıyla şarj kontrol lambasından geçen çok küçük bir akım regülatör birinci kontağından ve rotor sargılarından geçerek devresini tamamlar. Ve şarj kontrol lamba sı yanar. Bu anda rotor sargılarında çok küçük şiddette manyetik alan oluşmuştur. Motorun çalışmasıyla rotor sargılarındaki çok küçük şiddetteki manyetik alan stator sargılarında 3-5 voltluk gerilim oluştura bilir. 3-5 voltluk gerilim bataryayı şarj edemeyecektir. Bu gerilim uyartım diyotları tarafından doğrultularak rotor sargılarına gönderilir. Manyetik alanın kuvvetlenmesiyle birlikte alternatör gerilimi de yükseleceği için şarj başlamış olacaktır. Şarj işlemi sırasında uyartım diyotları üzerinden gelen voltluk şarj gerilimi şarj kontrol lambasının sol ucunu etkileyecektir. Ayrıca alternatörün 30 nolu ucundan ve kontak anahtarı üzerinden gelen aynı şarj gerilimi şarj kontrol lambasının sağ ucunu da etkiler. Her iki pozitif gerilim birbirini nötrleştireceklerinden, şarj kontrol lambası sönecektir (Şekil-2.11) (5) lı yıllardan sonra elektroniğin daha da gelişmesi ile elektronik regülatörler kullanılmaya başlanmıştır. Böylece regülatör bakımı ortadan kalkmıştır. Elektronik regülatörler oldukça kararlı bir yapıya sahiptir. Çıkış voltajları sabit bir değerde olup bataryayı çok kararlı bir değerde şarjlı tutarlar. Günümüzde en son kullanılan alternatörlü şarj sistemlerinde elektronik regülatörler alternatör ile birlikte kompakt olarak imal edilmektedirler. 2.6-KOMPAKT ALTERNATÖRLER IC (Entegre devre) regülatörlü bir kompakt (küçük ve hafif) alternatör, standart büyüklükteki bir alternatörden %17 daha küçük ve %26 daha hafiftir.(şekil-2.12) 17

18 Şekil-2.12 Kompakt alternatörün kesiti IC regülatörlü alternatör, standart ölçüdeki bir alternatörle aynı şekilde üretilir. Fakat şüphesiz IC regülatörünün çalışması klasik platinli tip bir regülatörün çalışmasından farklıdır (4) Özellikler a- Daha küçük ve daha hafiftir. Küçüklüğü ve hafifliği arttırmak için, manyetik devrede,j rotor stator arasındaki boşluğun azaltılması gibi, gelişmeler ve rotor kutup çekirdeklerinin şeklindeki değişiklikler yapılmıştır. b-fan ve motor birleştirilmiştir. Kompakt alternatörün dönme hızı standart ölçülerdeki alternatörden daha fazladır.bu değişikliği karşılamak için, klasik tipte alternatörün dışında yer alan fan soğutma verimini ve emniyeti arttırmak için alternatör içinde rotorla birleştirilmiştir. 18

19 c- Servis kolaylığı arttırılmıştır. Doğrultucu, kömür tutucusu ve IC regülatör, kolay sökme takmayı sağlamak için cıvatalarla arka kapağa bağlanmıştır. d- Şarj sistemi basitleştirilmiştir. Çok fonksiyonlu IC regülatörünün kullanımı şarj sistemini basitleştirerek güvenliği arttırmıştır Yapısı Rotor; Rotor, bir manyetik alan mıknatısı gibi çalışır ve mille beraber döner. Bu tip alternatörlere Dönel manyetik alan mıknatıslı alternatör de denilir. Rotor gurubu, bir manyetik alan bobini, kayar bilezik mili ve fandan meydana gelir. Klasik tip alternatörden farklı olarak, rotorun her iki tarafında birer fan bulunur. (Şekil-2.13) Şekil-2.13 Kompakt alternatör rotorun yapısı Ön ve arka Kapaklar; Kapakların iki görevi vardır; rotora yataklık yapmak ve bir motor bağlantısı gibi çalışmak. Her iki kapakta, soğutma verimini arttırmak için çeşitli hava geçitleri bulunur. Doğrultucu, kömür tutucuları, IC regülatör, vs. arka kapağın arkasında yer alır. Stator; Stator gurubu, stator çekirdeği ve stator bobininden oluşur ve ön kapağa sıkı gemedir. Stator tarafından üretilen ısı, soğutma verimini arttırmak amacıyla ön kapağa takılır. 19

20 Doğrultucu; Doğrultucu çıkış akımına bağlı olarak üretilen ısının yayılmasına yardımcı olmak amacıyla, dış yüzeyinde bir çıkıntı olacak şekilde tasarlanmıştır. Aynı zamanda tek parça gövde yapısı ve diyot elemanları arasındaki yalıtılmış terminal bağlantılarına bağlı olarak doğrultucu oldukça küçülmüştür. V- Kanallı Kasnak; Daha iyi bir yüksek hız verimini sağlayan V kanallı kasnak kullanımıyla kasnak oranı yaklaşık %2.5 arttırılmıştır. 2.7-IC (ENTEGRE DEVRE) REGÜLATÖRLERİ Alternatör, beraber üretilen kompakt bir IC regülatörünün iç devresinde güvenilirliği ve şarjı arttırmayı sağlamak için yüksek kaliteli tek parça entegre devre (IC) bulunur (Şekil 2.14). Şekil-2.14 IC Regülatörünün görünüşü Platinli tip regülatörün ve IC regülatörünün, ikisinin de amacı aynıdır; Rotor bobin üzerinden geçen manyetik alan akımını kontrol ederek,alternatör tarafından üretilen voltajı sınırlamaktır. Aralarındaki temel fark, platinli tip regülatördeki röle yerine IC regülatörde, manyetik alan akımını kesmek için IC (Entegre devre) bulunur. 20

21 IC regülatör küçük ve hafif olup, mekanik nokta bağlantılarına bağlı olarak mükemmel bir güvenilirliği vardır. Platinli tiple karşılaştırıldığında aşağıdaki özelliklere sahiptir (4). Avantajlar Dar bir çıkış voltaj aralığı ve çıkış voltajında zamanla küçük değişmeler. Titreşime karşı dirençli veya hareketli parçaların azalmasıyla sağlanan kaybına rağmen uzun ömürlü olması. Sıcaklığın yükselmesiyle çıkış voltajı azaldığından, batarya için gerekli şarj gerçekleştirile bilecektir. Dezavantajı Olağan olmayan yüksek voltaj ve sıcaklıklarda hassastır IC Regülatörünün Çalışma Prensibi Şekil-2.15 teki IC regülatörünün devre şemasında, B terminalinde çıkış voltajı düşük olduğunda, akü voltajı R direnci üzerinden Tr 1 transistörü nün beyzine uygulanır ve Tr 1 devresi açılır. Aynı zamanda rotor sargılarına gelen manyetik alan akımı, B den rotor bobininden F den Tr 1 den E, üzerinden geçer. Şekil-2.15 Regülatörün çalışma prensibi 21

22 B terminalinde çıkış voltajı yüksek olduğunda Zener diyota (ZD) uygulanan voltaj büyüktür ve bu voltaj Zener diyot voltajına ulaştığında, (ZD) iletken olur. Buna paralel olarak Tr 2 nin devreye girmesiyle Tr 1 kapanır. Bu manyetik alan akımını keserek, çıkış voltajını düzenler (4). Zener Diyot Zener diyotuna ileri yönde A dan B 2 ye bir voltaj uygulandığında,akım normal diyotlarda olduğu gibi geçer. Bununla beraber, eğer ters yönde B den A ya belirli bir voltajın altında voltaj uygulanacak olursa Zener diyot iletken olmayacaktır. Zener diyot ile normal bir diyot arasındaki fark, ters yönde belirli bir voltajın üstünde voltaj uygulandığı zaman Zener diyot un iletken olması ve akımın geçmesine izin vermesidir. Şekil-2.16 Zener diyotun çalışma prensibi Zener diyotun ters yönde, iletken olmadığı durumdan iletkenliğe geçtiği andaki voltaj, Zener açma voltajı olarak anılır (Şekil-2.16) (6) IC Regülatörünün Özellikleri Akü yük özellikleri; Alternatör hızındaki değişme ile birlikte, çıkış voltajında ya çok az veya hiç voltaj değişmesi yoktur(0,1 ile 0,2 volttan fazla değil) ve platinli tipte olduğu gibi histerisis özelliği yoktur (Şekil-2.17). 22

23 Şekil-2.17 IC Regülatörünün akü yük özelliği Dış yük özellikleri; Çıkış voltajı,yük yükselmesiyle beraber azalır. Platinli tip regülatörde olduğu gibi histerisis özelliği yoktur. Oranlı yüklerde bile voltaj değişmesi veya alternatörün maksimum çıkış akımı 0.5 ile 1 V arasındadır. Eğer alternatörün kapasitesini geçecek bir yük uygulanırsa,çıkış voltajı platinli regülatörde olduğu gibi aniden düşecektir. Bu nedenle çıkış voltajını kontrol ederken kesinlikle aşırı bir yük uygulanmamalıdır. Sıcaklık Özellikleri; Çıkış voltajının düzenlenmesi için kullanılan Zener diyot,ortam sıcaklığının artışıyla daha iletken olmaya meyilli olduğundan dolayı,sıcaklığın yükselmesiyle birlikte çıkış voltajı genellikle azalır. Çıkış voltajının yüksek sıcaklıklarda düşmesi (Yaz mevsiminde) ve düşük sıcaklıklarda artmasından (Kış mevsiminde) dolayı, akü özelliklerine uygun gerekli şarj her zaman gerçekleştirilir (4). 2.8-A TİP IC REGÜLATÖRLERİ Bu tip alternatörde, alternatörü uyaran manyetik alan bobin diyotlarıyla birlikte, nötr nokta diyotları bulunur ve bunlarla beraber bulunan IC regülatörü, basit bir A tip regülatördür. A tip IC regülatör iki transistor, üç direnç ve iki diyottan meydana gelen tek parça bir ünitedir. Regülatörün görevi alternatörün çıkış voltajını spesifik değerler 23

24 içindeki bir bölgede tutmaktır. Bu manyetik alan bobininden geçen akımın kontrol edilmesiyle gerçekleştirilir (4). Manyetik alan akımı kontrolü; Manyetik alan akımı, rotor bobinin şasi tarafında (terminal F) Tr 1 vasıtasıyla keserek kontrol edilir. Tr 1 devreye girdiğinde ve şasi devresi kapandığı zaman, uyarıcı akım rotor bobininden geçer. Şasi devresi açıldığı zaman, uyarıcı akımın rotor bobininden geçişi kesilir. Çıkış voltajının algılanması; Alternatör çıkış voltajı,bir R direnci üzerinden Zener diyotuna uygulanır. Eğer çıkış voltajı daha önceden belirlenmiş voltajın üzerine çıkarsa, Zener diyotu Tr 2 ye bir sinyal geçmesine izin verir. Bu sinyal Tr 2 ve Tr 1 üzerinden geçerek rotor bobininin şasi devresini keser (Şekil-2.18) (8). Şekil-2.18 Çıkış voltajının algılanması 2.9-B TİP IC REGÜLATÖRLERİ B Tip IC regülatörler,nötr nota diyotları bulunan manyetik alan bobin diyotlarıyla uyarılan bir alternatördür. B tip IC regülatör A tip regülatörün geliştirilmiş şeklidir. Şarj lamba ve rölesi için genellikle kullanılan tip olduğu için açık/kapalı platinli tip olarak tanımlanmaktadır. 24

25 B tip IC tip regülatör için devre itibariyle A tip IC regülatör temel alınmıştır. Fakat aşağıdaki temel farklılıkları bulunmaktadır. *A tip regülatör,alternatörün B terminalindeki voltajı kullanırken,b tip akü kutup başındaki voltajı kullanır. Ek olarak,terminal L deki voltajı (uyarı voltajı) kullanmayı sağlamak için B tipe bir R direnci ve bir D 3 diyotu eklenmiştir. *Bunun yanında, rotor bobini devresindeki bir açıklığı tespit edebilmek için, bir Rd direnci sağlanmıştır (Şekil-2.19) (4). Şekil-2.19 B Tip IC regülatör devre şeması A devresinin görevleri a. İlk uyarı sırasında, ilk uyarı akımının azalmasını önlemek için, Rd direncinden geçen akımı durdurmak amacıyla Tr 3 kapatılır. b. L terminal voltajı yaklaşık 8 voltu geçtiği zaman, A devresi Rd tarafından tüketilen akım miktarını düşürmek amacıyla, Tr 3 ün titreşmesine neden olur. c. L terminal voltajı yaklaşık 8 voltun altına düştüğü zaman A devresi Tr 3 ün devamlı On açık konumda tutar ve L terminal voltajını 8 voltun altına düşürür. Bu,A terminal voltajını düşük tutarak şarj lamba rölesini çalıştırır ve şarj uyarı lambası yanar. Eğer güç üretimi sırasında rotor bobininde b,r açıklık oluşursa L terminal voltajı R 1 ve Rd arasında bölünerek yaklaşık 3 volt olur. R 1 =19 ohm Rd=5,4 ohm 25

26 d. Güç üretimi sırasında S terminalinden hiç voltaj girişi olmadığı zaman (akü voltaj algı devresi açıldığı zaman ) A devresi Tr 2 ye bir açılma sinyali gönderir. Bu yukarıda (c) maddesinde olduğu gibi aynı amaçla şarj uyarı lambasını yakmak için L terminal voltajını düşük tutar. e. Kontak anahtarını On açık konuma getirilmesi L terminal voltajının bir an için yaklaşık 8 volttan daha yüksek bir değerde olmasına neden olur. Bununla beraber, eğer L terminal voltajı belirli bir zaman içinde yaklaşık 8 volttan daha yüksek bir değere çıkmıyorsa, A devresi Tr 3 ün titreşmesine izin vermez (4) M-TİP IC REGÜLATÖR Bu tip regülatörler, nötr nokta diyotlu kompakt regülatörlerdir. B tip IC regülatörle aralarındaki fark,üç manyetik alan bobin diyotunun ve ilk uyarı direncini kaldırılmış olmasıdır. Ayrıca IC regülatör uyarı akımını kontrol etmek için yapılmıştır. IC regülatörü için çok amaçlı M tip kullanılmaktadır. Günümüzün bir çok aracında M tip regülatör kullanılmaktadır. M tip IC regülatör, imalatta içine yerleştirilen bir tek parça entegre devreden meydana gelir. MIC (Monolithic İntegrated Circuit) M tip regülatör B tipinden, IC in görevi açısından ayrılır. IC rotor bobini açık devre tespit elemanı ve şarj lamba uyarısı gibi çalışır. Manyetik alan bobin diyotlarının ve ilk uyarı direncinin kaldırılmasına bağlı olarak, şarj sistemi daha basitleştirilmiştir. Aşağıdaki problemlerden herhangi biri oluşursa M tip IC regülatör şarj lambasının yanmasına neden olur. Rotor bobin devresinde açıklık Regülatör algılayıcısı (S terminali )devresinde açıklık Terminaldeki voltajın 13 voltun altına düşmesi 26

27 Sıcaklık özellikleri M tip regülatörün sıcaklık özellikleri, A ve B tip regülatörün özelliklerinden basamak şekliyle farklıdır. Bu şarj kapasitesini arttırır Çalışması Şekil-2.20 M Tip IC regülatörde şarj lambasının yanması Kontak anahtarını On açık durumuna getirmekle akü voltajı IC regülatörünün IG terminaline gelir. Bu akü voltajı MIC tarafından alınır ve Tr 1 devreye girerek, ilk uyarı akımını akü ve B terminali üzerinden rotor sargılarına geçmesini sağlar. Bu anda kontak anahtarının ON konumuna alınmasıyla aküden boşalan akımı azaltmak için MIC, Tr 1 i aralıklı olarak açıp kapayarak uyarı akımını yaklaşık 0,2 A gibi küçük bir değerde tutar. Elektrik üretimi henüz başlamadığından dolayı P terminal voltajı sıfır dır. Bu MIC tarafından tespit edilerek, Tr 3 açılıp Tr 2 kapatılarak şarj uyarı lambasının yanması sağlanır (Şekil-2.20) (4). 27

28 Şekil M tip regülatörde şarj lambasının sönmesi Alternatör akım üretmeye başladığı ve P terminal voltajı yükseldiği zaman, MIC, Tr 1 in Beyzini tetikleyip iletime geçirir ve bataryadan gelen akım Tr 1 transistörü nün iletime geçmesiyle rotor sargılarını uyararak Tr 1 in kollektör ucundan geçerek devresini tamamlar.böylece üretilen akım yükselmeye başlayacaktır. P terminal voltajı yükseldiği zaman, MIC Tr 3 ün beyz akımını keserek Tr 3 ün yalıtıma geçmesini sağlar. Bununla beraber Tr 2 (PNP) transistörü iletimde tutulup alternatörün ürettiği akım bataryanın pozitif kutup başlığından gelerek Tr2 nin kollektöründen geçecek ve şarj uyarı lambasının her iki ucunda potansiyel fark olmayacağından lamba sönecektir. (Şekil ) Şekil M tip regülatörün şarj yapması 28

29 Tr 1 açık kaldığı ve S terminal voltajı standart voltaja ulaştığı zaman bu durum MIC tarafından tespit edilir ve Tr 1 transistörünün beyz akımını keserek yalıtıma geçirir. S terminal voltajı standart değerine altına düştüğünde MIC bu düşmeyi belirler ve Tr 1 i tekrar iletime geçirir. Bu işlem tekrar edilerek S terminal voltajı standart voltaj değerinde tutulur. D terminal voltajı yüksek olduğundan MIC Tr 3 ü kapalı ve Tr 2 yi açık tutar. Böylece şarj uyarı lambası yanmadan bekler (Şekil ). Eğer alternatör çalışırken regülatör algı devresinde bir açıklık meydana gelirse, MIC tarafından S terminalinden giriş olmadığı algılanır ve Tr 1 açılıp kapatılarak B terminal voltajının 13,3 ve 16,3 voltları arasında tutulması sağlanır. Bu çıkış voltajını normal olmayan bir şekilde yükselmesini önler. Böylece alternatör, IC regülatör ve diğer elektrik parçalarını korur. MIC S terminalinden giriş olmadığını hissettiği zaman,tr 2 yi kapalı ve Tr 3 ü acık tutar. Bu şarj uyarı lambasını yanmasına neden olur. Akü şarjı yapılamaz, böylece MIC, Tr 1 i açıp kapayarak P terminal voltajını temel alarak B terminal voltajını 20 voltta tutar. Bu çıkış voltajının normal olmayan bir şekilde yükselmesini önler. Böylece alternatör ve IC regülatörünü korur. Eğer akünün şarjı devamlı olarak gerçeklettirilemezse, akü voltajı zamanla düşecektir. S terminal voltajı (akü voltajı) 13 voltun altına düştüğü zaman MIC tarafından hissedilerek, Tr 2 yi kapalı ve Tr 3 ü kapalı tutar. Bu şarj uyarı lambasının yanmasına neden olur. Eğer rotor sargısı devresinde bir açıklık meydan gelirse, elektrik üretimi durur. Aynı zamanda P terminal çıkış voltajı sıfır olur. Bu durum MIC tarafından algılanarak Tr 2 yi kapalı ve Tr 3 ü açık tutarak şarj uyarı lambasının yanmasını sağlar (4). 29

30 BÖLÜM III 3.1-TEORİ FARADAY IN ELEKTRİK ÜRETME PRENSİBİ Bir manyetik alan içersinde hareket eden bir iletken, manyetik kuvvet hatlarını kestiği zaman illetken üzerinde elektro motor kuvveti (indüksiyon voltajı) oluşur ve iletken devrenin bir elemanı durumunda ise üzerinden bir akım geçer. Şekil-3.1 de görüldüğü gibi çok az bir akımla bile hareket edebilen bir ampermetre olan galvanometrenin ibresi, mıknatısın kuzey (N) ve güney (S) kutupları arasında bir iletkenin ileri-geri hareket ettirilmesiyle doğan elektro motor kuvvetine bağlı olarak hareket eder. Şekil-3.1 Elektrik üretme prensibi Eğer herhangi bir nedenle iletken manyetik alan içinden geçmeye zorlanırsa, iletkende elektro manyetik kuvvet oluşacaktır. Bu özelliğe elektro manyetik indüksiyon adı verilir. Jeneratör, elektro motor kuvvetini elektro manyetik indüksiyon yardımıyla üretir ve bunu elektrik gücüne çevirir. Her ne kadar, tek bir iletken bir manyetik alan içinde döndürüldüğünde elektromotor kuvveti üretilse de, gerçekte üretilen kuvvet çok düşüktür ( Şekil-3.2) (6). 30

31 Şekil-3.2 Tek iletkende akım indüklenmesi Eğer iki iletken uç uca birleştirilecek olursa, her ikisinde de elektromotor kuvveti üretilecek ve iki katı şiddetinde olacaktır. Böylece manyetik alan içinde daha çok sayıda iletkenin döndürülmesiyle, daha fazla elektromotor kuvveti üretilecektir. (Şekil-3.3). Şekil-3.3 Bir halkada akım indüklenmesi Eğer iletken bir bobin şeklinde ise üretilen elektromotor kuvvetinin toplam değeri, üretilen elektrik (voltaj ve akım) miktarı kadar büyük olacaktır. Jeneratör, bir manyetik alan içinde bir bobinin döndürülmesiyle elektrik üretilir (Şekil-3.4) (6). Şekil-3.4 Bobinde akım indüklenmesi 31

32 3.1.2-ALTERNATİF AKIM JENERATÖRLERİ Şekil-3.5 Alternatif akım jeneratörlerinde EMK nın oluşumu Elektrik,kayar bilezik ve kömürler(böylelikle bobin dönebilecektir)üzerinden beslenen bir bobin tarafından üretildiği zaman lambadan geçen akım miktarı ve aynı zamanda akımın yönü de değişecektir. Bobinin dönmesiyle, ilk yarım turda üretilen akım, A tarafındaki kömürden verilecek, lambadan geçecek ve B tarafındaki kömüre dönecektir. Diğer yarım turda ise, akım B tarafından verilip A tarafına geri dönecektir (Şekil-3.5) (7). Şekil-3.6 Alternatif akım eğrisi Bu yöntemle alternatif akım jeneratörü, bir manyetik alan içindeki bobin tarafından üretilen akımı yaratır. Bir otomobilin şarj siteminde kullanılan alternatör, şarj sistemine akımı vermeden hemen önce akımı doğrultmak için diyotlar kullanılır. (Şekil-3.7) (8). 32

33 Şekil-3.7 Diyotun akımı doğrultması ELEKTROMOTOR KUVVET YÖNÜNÜN BULUNMASI Şekil-3.8 EMK yönünün bulunması Manyetik alan içindeki bir iletkende üretilen elektromotor kuvvetinin yönü, manyetik akışın yönündeki değişme ile birlikte değişecektir. Eğer bir iletken manyetik kuzey (N) ve güney (S) kutupları arasında Şekil-3.8 deki gibi okla gösterilen yönde hareket ederse, elektromotor kuvveti (EMK) sağdan sola doğru akar. (Manyetik akımın yönü N den S kutbuna doğru olur.) EMK nın yönü Fleming in sağ el kuralı kullanarak anlatılabilir. 33

34 Şekil-3.9 Fleming in sağ el kuralı Sağ elin baş parmağı, işaret parmağı ve orta parmağını bir birine dik olacak şekilde açılması ile, işaret parmağı manyetik akışın yönünü (manyetik kuvvet çizgilerini), baş parmak hareket yönünü ve orta parmak ise EMK nin yönünü gösterir (Şekil-3.9) (3) ELEKTROMOTOR KUVVET MİKTARI Şekil-3.10 Bir halkada EMK nın üretilmesi Şekilde görüldüğü gibi N ve S kutuplarından meydana gelen homojen manyetik alanın içinde bulunan iletken, kuvvet çizgilerini dik kesecek şekilde hareket ettirildiğinde, iletkende bir EMK indüklenir. Ölçü aletinin ibresi sapar. İletken ters yönde hareket ettirildiğinde ölçü aletinin ibresi ters sapar. İndüklenen EMK in yönü 34

35 değişir. İletken manyetik kuvvet çizgilerine paralel olarak iki kutup arasında hareket ettirildiğinde ölçü aletinin ibresi sapmaz yani iletkende bir EMK indüklenmez (6). Manyetik alan; N ve S kutuplarının oluşturduğu N den S e doğru olan kuvvet hatlarının etki ettiği alandır. Manyetik akı(φ m ); Manyetik akı,bir yüzeyden geçen (tel, levha v.b.) manyetik alan çizgilerinin bir ölçüsüdür. Birimi Weber (Wb) dir. Manyetik akı yoğunluğu (B); birim alana düşen manyetik alan çizgisi miktarıdır. Birimi Weber/ m 2 = Tesla(T) Düzgün bir manyetik alan içerisinde ileri geri hareket eden tel halkada indüklenen EMK nın değeri; Manyetik akı yoğunluğu, manyetik alan içinde kalan iletkenin boyu ve iletkenin hareket halindeki hızı ile tanımlanır. İletkenin birim saniyede tarayacağı alan; A=(L.V) (3.1) ile tanımlanır. Burada; A: Taranan alan (m 2 ) L: Manyetik alan içindeki iletkenin boyu (m) V: İletkenin hızı (m/sn) İletkende indüklenen EMK ; E=B.L.V (3.2) eşitliği ile verilmektedir. 35

36 E: İndüklenen gerilim (Volt) B: Manyetik akı yoğunluğu (W/m 2 ) (14) Şekil-3.11 N sarıma sahip, manyetik alan içinde ω açısal hızıyla dönen iletken Şekil-3.11 de görüldüğü gibi A alanına ve N sarıma sahip, manyetik alan içinde ω sabit açısal hızıyla dönen bir halka görülmektedir. Manyetik alan ile halka düzleminin normali arasındaki açı θ ise, herhangi bir (t) anında halkadan geçen manyetik akı φm; φm= B.A.Cos θ (3.3) eşitliği ile verilir. θ= ω.t (3.4) ve ω açısal hız olmak üzere, ω=2πf (3.5) f: Frekans böylece (3.3) eşitliği; φm= B.A.Cosω.t (3.6) şeklinde yazılabilir. t= 0 anında θ=0 olacak şekilde belirli bir zaman sonunda halkada oluşan indüksiyon gerilimi; N.dφ E= - dt m (3.7) formülü ile ifade edilebilir. Bu formülde φm değeri yerine yazılarak; 36

37 E= - N.A.B d (Cos ωt) dt (3.8) şeklini alır. d (Cos ωt) nin integrali alınırsa (3.8) eşitliği sonuçta; dt olur. E=N.A.B.Sinωt (3.9) EMK nin maksimum değeri ise; E max : E max =N.A.B. ω (ωt=90 o veya270 o olduğu anda) (3.10) ωt=0 o veya ωt=180 o olduğunda B nin halka düzlemine dik ve akının zamanla değişim hızının sıfır olduğu anda EMK sıfır olur (6) ALTERNATÖRÜN ÇALIŞMA PRENSİBİ Şekil-3.12 Alternatörün çalışma prensibi 37

38 Bobin, bir manyetik alan içersinde döndürüldüğünde elektrik üretir. Bu elektrik akımının tipi, akımın yönünü sabit bir şekilde değiştiği alternatif akımdır. Bu akımın doğru akıma çevrilmesi için bir komitatör ve kömürlerin kullanılmasına gerek vardır. Yani, her stator bobininde üretilen elektrikten doğru akımı elde etmek için komitatörü olan bir endüvi, bobinlerin içinde döndürülmelidir. Bununla beraber, endüvinin yapısı karmaşık olacak ve yüksek hızlarda döndürülemeyecektir. Akımın komitatör ve kömürlerin üzerinden geçmesinden dolayı bir diğer dezavantaj daha olacaktır. (Şekil-3.13) (2). Şekil-3.13 Komitatör (kollektör) Şerarelere bağlı olarak daha kolay aşınacaktır. Bununla beraber, stator bobinde üretilen alternatif akım dışarı çıkmadan önce bir doğrultucuyla doğru akıma çevrilirse ve stator bobini döndürülmesi yerine, mıknatıs bobin içinde döndürülecek olursa, aynı şekilde bobin de elektrik üretebilir. Bobinde daha fazla elektrik üretilirse, geçen akıma bağlı olarak, daha fazla ısı açığa çıkmasına neden olacaktır. Bu nedenle, eğer stator sargıları çevrede tutulup rotor sargıları içinde dönecek şekilde yapılırsa, daha iyi soğutma sağlanır. Böylece, otomobiller için kullanılan tüm alternatörler, bir döner mıknatıs (rotor sargıları) ile alternatör (stator) sargılarından, meydana gelmektedir (Şekil- 3.12). 38

39 Bobin yapılı elektro mıknatıs; Şekil-3.14 Bobin yapılı elektro mıknatıs Normal olarak bir otomobilin elektrik alıcıları 12 veya 24 volt arasında elektrik kullanılırlar ve şarj sisteminde kullanılan alternatör bu voltajı sağlamalıdır. Bir mıknatıs bir bobin içinde döndürüldüğünde elektrik üretilir ve bu elektriğin miktarı mıknatısın dönüş hızına bağlı olarak değişir. Böylece, elektro manyetik indüksiyon boyunca mıknatısın yarattığı manyetik kuvvet çizgilerinin daha hızlı kesilmesi, bobinin ürettiği elektro motor kuvvetinin daha çok artmasına neden olur. Daha sonra, mıknatısın dönme hızına bağlı olarak voltajın, değiştiğini görebiliriz. (Şekil-3.14) (2). Buna bağlı olarak sabit bir voltaj elde etmek için, mıknatısın sabit bir hızla döndürülmesi gerekir. Bununla beraber motor yol koşullarına bağlı olarak değişik hızlarda çalıştığında alternatörün hızı sabit tutulamaz. Bu zorluğu çözmek için, sabit bir voltaj sağlamak amacıyla daimi bir mıknatıs yerine bir elektro mıknatıs kullanılabilir. Elektro mıknatıs, manyetik akış miktarını (manyetik kuvvet çizgileri sayısını) değiştirir. Elektro mıknatıs, üzerine bobin sarılmış bir demir çekirdektir. Bobinlerden akım geçtiğinde, çekirdek mıknatıslanır. Meydana getirilen mıknatıslanmanın derecesi, bobinden geçen akımın miktarıyla değişir. Böylece, alternatör düşük hızlarda dönerken 39

40 akım arttırılır, bunun tersi de, alternatör yüksek hızlarda dönerken akım azaltılır. Elektromıknatıstan geçen akım, batarya tarafından beslenir ve miktarı voltaj regülatörü tarafından kontrol edilir. Bu regülatör sayesinde alternatör motor hızına bağlı olmak sızın sabit voltaj üretir (2) Üç fazlı alternatif akım Bir bobin içinde bir mıknatıs döndüğünde,bobinin uçları arasında bir voltaj yaratılacaktır. Bu alternatif akıma bir artış sağlayacaktır (Şekil ). Şekil Bobin mıknatıs ilişkisi Şekil Bobin içinde üretilen akım Bobin içinde üretilen akım ve mıknatısın konumu arasındaki ilişki Şekil de gösterildiği gibidir. Mıknatısın N ve S kutupların bobine en yakın konumda olduklarında en fazla akımı üretirler. Bununla beraber, yarım dalga boyu oluşturan akım tek fazlı alternatif akım olarak isimlendirir. Grafikteki 360 o değişiklik bir çevrim (saykıl) olarak alınır ve bir saniyedeki değişim sayısı frekans olarak adlandırılır. Daha verimli şekilde elektrik üretmek için, otomobil alternatörleri Şekil-3.16 da gösterildiği gibi yerleştirilen üç bobin kullanılır. Her bobin A, B ve C, 120 o lik aralıklarla dizilirler. Mıknatıs bunların arasında döndüğü zaman her bobinde alternatif akım üretilir. Şekilde üç alternatif akım ve mıknatıs arasındaki ilişki gösterilmektedir. Bunun gibi üç alternatif akıma sahip elektrik Üç fazlı alternatif akım olarak anılır. Otomobil alternatörleri üç fazlı akım üretirler. 40

41 Şekil-3.16 Üç bobinli alternatör Şekil-3.17 Fazların oluşumu I.faz sargısında oluşan gerilim şekilde görüldüğü gibidir.ii.faz sargısı I. Faz sargısından 120 o sonra yerleştirilmiştir (Şekil-3.17). I.Faz sargısındaki maksimum gerilim oluştuğu noktadan 120 o sonra II.Faz sargısında tepe gerilimi oluşacaktır. Aynı durum III. Faz sargısı ile II. Faz sargısı için de geçerlidir.ii. faz sargısında maksimum tepe gerilimi oluştuktan 120 o sonra III. Faz sargısında tepe gerilimi oluşur. Böylece alternatörün çıkış gerilimi daha kararlı olmaktadır. Üç faz akımı ayrı ayrı kullanılabildiği gibi istenirse aralarında müşterek bağ kurularak ek avantajlarda elde edilir. Bunlar yıldız (Y) ve üçgen ( ) bağlantılardır (7) Yıldız bağlantı AB faz hatları arasındaki E AB gerilimi, E AO ve E OB faz gerilimlerinin vektörel toplamına eşittir (Şekil-3.18). 41

42 Şekil-3.18 Yıldız bağlantı vektör poligonu E AB =E AO +E OB (3.11) E AB,E BC ve E CA fazlar arası gerilimlerinde (hat gerilimlerini) arasında 120 şer derecelik faz farkı vardır.e AB vektörünün mutlak değeri şekildeki vektör diyagramından hesaplana bilir. E AB =2. E OB Cos 30 = 2. E OB (3.12) E AB = 3 E OB (3.13) Faz gerilimleri birbirine eşit olduğu için fazlar arası gerilimlerde birbirine eşittir. E AB =E BC =E CA =E Fazlara arası gerilim faz geriliminin 3 katına eşittir. Bağlantıların omik dirençleri birbirine eşit olacağından (R 1 =R 2 =R 3 ) her fazdan çekilen I OA, I OB ve I OC faz akımları birbirine eşittir. Yük omik olduğu için her faz akımı kendi fazının EMK i ile aynın fazdadır. Faz EMK leri 120 şer derece faz farklı olduklarına göre, faz akımları arasında 120 şer derece faz farkı vardır (8). I OA = I OB = I OC =I F (3.14) I hat =I faz (3.15) 42

43 Üçgen bağlantı Şekil-3.19 Üçgen bağlantı Şekil-3.19 da görüldüğü gibi sargıların üçgen şeklinde bağlanmasıyla elde edilir. Bu bağlantı şeklinde toplam akım, 3.Faz akımı kadar artar. Toplam gerilimde bir değişiklik meydana gelmez. 100 A den büyük akım kapasiteli alternatörde uygulanan bağlantı şeklidir (8). Toplam akım = 3.Faz akımı 3.10 Toplam gerilim = Faz gerilimidir ATERNATİF AKIMIN DOĞRULTULMASI kullanılır. Alternatörlerde alternatif akımın doğrultulması için altılı diyot köprüsü Diyot; Diyot, bir yönde akım geçiren ve diğer yönde akım geçirmeyen bir devre elemanıdır.a elektrodu anot ve K elektrodu da katot olarak isimlendirilir. Anot a artı ve katot a eksi gelecek şekilde diyota gerilim uygulandığında (doğru polarize edildiğinde) akım geçirir,diğer durumda (ters polarize edildiğinde) akım geçirmez. Bu özelliğinden dolayı alternatif akımı doğru akıma çevirmede yani doğrultma amacıyla kullanılır. (Şekil-3.20) (7). 43

44 Şekil-3.20 Diyot karakteristiği Karakteristik eğrisinde görüleceği üzere diyot doğru yönde polarize edildiğinde çok düşük bir gerilimle iletime geçer ve üzerinden bir iletim akımı akar. Ters yönde polarize edildiğinde dayanma gerilimi veya delinme gerilimi tabir edilen noktaya kadar hiç akım geçirmezler. Bu gerilime ulaşıldığında diyottan ters yönde bir akım akar,bu anda diyot delinmiştir, yani bozulmuştur. Doğrultma ; Şekil-3.21 de gösterildiği gibi altı diyot kullanıldığında, üç fazlı alternatif akım doğru akıma, tam dalga boyu doğrultma ile çevrilir. Otomobil alternatörleri kendinden diyotlu üretildiklerinden elektrik çıktısı doğru akımdır. Şekil-3.21 Üç fazlı AC akımın doğrultulması Doğrultma sırasında A ve C sargılarındaki gerilim A ucundan doğrultucu diyotlara geçer. Bundan sonra akım geçmesine imkan verecek şekilde düzenlenen 44

45 diyottan geçmektedir. Akım bu diyottan alternatörün çıkışına oradan da bataryayı dolaşarak geriye gelmektedir (Şekil-3.22). Şekil-3.22 Alternatörde alternatif akımın oluşum aşamaları ve doğrultulması Doğrultucu diyottan ve ona bağlı C sargısından geçerek başlangıç noktası A ya dönmektedir. Aynı şekilde rotor dönmeye devam ederken diğer uçlarda da sırasıyla akım devesini tamamlayarak üç fazlı gerilimler meydana gelmiş olur (7). 45

46 BÖLÜM-IV 4- MATERYAL METOD Alternatörlerin test edilmesi için, öğretim amaçlı OCTOPUS test cihazı ve daha gelişmiş bir test cihazı olan THEPRA test cihazı kullanılmıştır. Bu cihazların her ikisinde de alternatörü motordaki şartlara uydurmak için bir elektrik motoru kullanılmıştır. Şehir şebeke gerilimi ile beslenen bu elektrik motorları bir anahtar ile kontrol edilmekte ve alternatör çeşitli devirlerde kullanılabilmektedir. OCTOPUS test cihazında bir takometre, alternatörün ürettiği akımı ölçmek için 2 amper hassasiyette bir ampermetre ve gerilimi ölçmek içinde 2 volt hassasiyette bir voltmetre bulunmaktadır. THEPRA test cihazında ise kendi üzerinde hazır bir alternatör bulunmaktadır. bu alternatörün diyot köprüsü devre dışı edilebilir ve cihaz üzerinde bulunan diyot köprüsüne U,V,W uçlarından kablolar yardımı ile bağlantı yapılabilmektedir. Cihazın üzerinden ayrıca alternatörün ürettiği gerilimi sınırlayan bir voltaj regülatörü,bir şarj uyarı lambası, alternatörü yüklemek amacıyla alcı olarak kullanılan lambalar, üretilen gerilimi ölçmek için 1,5 volt hassasiyette bir voltmetre ve alternatör çıkış akımını ölçmek için 2 amper hassasiyette bir ampermetre bulunmaktadır. Her iki cihazda alternatör, açık devrede ve yüklü olarak test edilebilmektedir. OCTOPUS cihazında alternatörü yüklemek için batarya test cihazı, THEPRA test cihazında ise alternatörü yükleme lambaları kullanılmaktadır. Bu durumda alternatörün ürettiği gerilim ve akım yüklü ve yüksüz olarak test edilebilmektedir. Gerektiğinde farkı tipte alternatör regülatörleri de kullanılarak alternatör ve alternatör regülatörleri arasındaki farklar gözlenebilmektedir. OCTOPUS test cihazında 12 voltluk iki batarya seri olarak bağlanmış ve devreye kaynak olarak kullanılmaktadır. Alternatörü cihazın mengenesine uygun adaptör yardımıyla, alternatöre zarar vermeyecek şekilde bağlanır. Cihazın DYN+ kablosu alternatörün çıkış ucuna (30) bağlanır. Cihazın DYN- kablosu alternatörün 46