Yrd.Doç.Dr. Engin HÜNER

Transkript

1 Yrd.Doç.Dr. Engin HÜNER

2 ENERJİ DÖNÜŞÜMÜ DC MAKİNALARA GİRİŞ DC MAKİNALARIN UYARMA ŞEKİLLERİ VE ELEKTRİKSEL EŞDEĞER DEVRELERİ DC MAKİNALARIN GEÇİCİ REJİM GERİLİM DENKLEMLERİ DC MAKİNALARIN SÜREKLİ ÇALIŞMASINA İLİŞKİN MONTAJ ŞEMASI DC MAKİNALARIN SÜREKLİ ÇALIŞMA GERİLİM DENKLEMLERİ PROBLEMLER

3 TRANSFORMATÖRLERLE İLGİLİ AÇIKLAMA BİR FAZLI TRANSFORMATÖRLERİN İNCELENMESİ (İDEAL TRAFO VE KAYIPLARIN DİKKATE ALINARAK İNCELENMESİ) BİR FAZLI TRAFOLARIN BOŞTA ÇALIŞMASININ İNCELENMESİ YÜKLÜ ÇALIŞAN BİR TRAFODA SEKONDER BÜYÜKLÜKLERİNİN PRİMERE İNDİRGENMESİ SEKONDER BÜYÜKLÜKLERİN PRİMERE İNDİRGENMİŞ TRAFONUN İNCELENMESİ BİR FAZLI TRAFONUN KISA DEVRE ÇALIŞMASI TRAFONUN GERİLİM DEĞİŞİMİNİN İNCELENMESİ KAPP DİYAGRAMI İLE GERİLİM DEĞİŞİMİNİN İNCELENMESİ İKİ BİR FAZLI TRAFONUN PARALEL ÇALIŞMASI OTOTRANSFORMATÖRLER PROBLEMLER

4 1. Yabancı Uyartımlı Dinamo Boş Çalışma Karakteristiği 2. Yabancı Uyartımlı Dinamo Yük Karakteristiği 3. Yabancı Uyartımlı Dinamo Dış Karakteristiği 4. Yabancı Uyartımlı Dinamo Ayar Karakteristiği 5. Şönt Dinamo Boş Çalışma Karakteristiği 6. Şönt Dinamo Yük Karakteristiği 7. Şönt Dinamo Dış Karakteristiği 8. Şönt Dinamo Ayar Karakteristiği 9. Kompound Dinamo Dış Karakteristiği 10. Şönt Motor Dış Karakteristiği 11. Şönt Motor Yük Karakteristiği 12. Şönt Motor Ayar Karakteristiği 13. Seri Motor Dış ve Moment Karakteristiği 14. Kompound Motor Dış Karakteristiği

5 Trafo Deneyleri 1. Transformatörlerde Sargı Direncinin Ölçülmesi 2. Transformatörlerde Dönüştürme Oranının Bulunması 3. Transformatörlerin Boş Çalışması 4. Transformatörlerin Kısa Devre Çalışması 5. Transformatörlerde Polarite Tayini 6. Transformatörlerin Yüklü Çalışması 7. Transformatörlerde Regülasyon ve Verimin Bulunması 8. Transformatörlerde Birinci ve İkinci Sargı Gerilimleri Arasındaki Faz Farkının Osilaskopla Ölçülmesi 9. Bir Fazlı Transformatörlerin Paralel Bağlanması 10. Üç Fazlı Transformatörlerin Paralel Bağlanması

6 Elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren elektrik makinesine motor, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren elektrik makinesine de generatör denir. Motor için Giriş Elk. Enerjisi Çıkış Mekanik Enerji Elk ve Many. alandan depo edilen enerji Isıya dönüşen enerji Sürtünme ve Vantilasyon Kayıpları Bakır ve Demir Kayıpları Isıya dönüşen enerji Generatör için Giriş Mekanik Enerjisi Çıkış Elk. Enerjisi Elk ve Many. alandan depo edilen enerji Isıya dönüşen enerji

7 Lineer Sistemlerde Enerjinin Depo Edilmesi Bir elektrik sisteminde akı ile akım arasındaki bağıntı (mıknatıslanma eğrisi) Ψ=L.i şeklinde 1. dereceden ise bu sistemler lineer sistemlerdir. Sistemde dorunun eğimi L ise öz endüktanstır. Ψ α tgα=l= Ψ / i i Endüktansın değişimi depo edilen enerjinin doğrusal değişimini verir. Endüktans arttıkça depo edilen enerji miktarı artar.

8 Ψ = N. Φ = N.B.S Ψ : Akı (Toplam akı) Φ : Bir sarımı halkalayan akı (wb) B : Manyetik akı yoğunluğu (wb/m^2)(tesla) S : Manyetik devrenin kesiti (m^2) B = μ.h H : Manyetik alan şiddeti

9 Manyetik alan ve akı İçinden elektrik akımı geçen bir iletkenin çevresinde manyetik alan (H) doğar. Bu manyetik alanın içine manyetiklik özelliğine sahip bir malzeme konacak olursa manyetik alan şiddeti daha da artar ve kuvvet çizgileri sıklaşır. malzeme varlığından doğan ek manyetik alan artımı manyetik akı yoğunluğudur (B). m^2 deki değeridir.

10 μ : Mutlak manyetik geçirgenlik katsayısı μr :Bağıl manyetik geçirgenlik katsayısı (havaya göre ne kadar geçirgen olduğunu gösterir normalde kullanılan malzemeler mesela 6000 kat daha geçirgen olabilir)

11 Özendüktansı L, direnci R olan N sarımlı içi boş (çekirdeksiz) bir bobine v(t) gerilimi uygulayalım. Yukarıdaki görülen bobinin elektriksel eşdeğer devresine Kirchoff un gerilimler kanunu uygularsak; v(t) = R i(t) + e(t) (1) i(t) : Akımın ani değeri v(t) :Gerilimin ani değeri R :N sarımlı bir bobinin direnci L :N sarımlı bir bobinin özendüktansı e(t) :Bobinde endüklenen gerilim Ψ :Toplam akıyı gösterir (Bazı yerde λ olarakta gösterilir) Küçük harfler zamana bağlıdır, yani ani değerleri gösterir

12 Güç P = v.i olduğuna göre (1) denklemi i akımı ile çarparsak sisteme verilen toplam güç bulunur. (2) Δt= t2-t1 zaman aralığında (2) denkleminin integrali alınırsa (3) (3) Denklemi Δt zaman aralığında sisteme verilen toplam enerjiyi gösterir. (3) denkleminin sağındaki integrallerden birincisi N sarımlı bobinin direncinde harcanan ve ısıya dönüşen enerjiyi gösterir. Bu terim ihmal edilirse bobinin Δt zaman aralığında bobine iletilen enerjisi (4) olur. Ayrıca bir bobinde endüklenen gerilim Faraday (manyetik endüksiyon) kanununa göre;

13 (5) olduğuna göre (5) eşitliği (4) integralinde kullanılırsa (6) bulunur. (7) olur Denklemi bobinin manyetik alanında depo edilen enerjiyi gösterir. Yani Δwe= Δwf dir (sistem lineer olduğunda bobine iletilen enerji miktarı manyetik alanda depo edilen enerjiye eşittir) integral çözülürse ; (8) Grafiği şekil 1 deki gibidir.

14 Şekil 1 deki eğride Ψ1 =0, Ψ2 = Ψ alınırsa (8) denklemi (9) olur. (9) denkleminin grafiği Şekil 2, N sarımlı bir bobinin manyetik alanında depo edilen enerjiyi gösterir.

15 Co Enerji: Şekil 2 de P noktasının altıda kalan alana co enerji denir Co enerji wf ile gösterilir (şekil 3)

16 Lineer sistemlerde manyetik alanda depo edilen enerji co enerjiye eşittir. Enerjilerin toplamıda wf+wf = Ψ.i dir. Sonuç olarak Lineer sistemlerde a) bobine iletilen elektrik enerjisi, manyetik alanda depo edilen enerjiye eşittir. we=wf b) Manyetik alanda depo edilen enerji co enerjiye eşittir. wf=wf c) İki enerjinin toplamı Ψ.i dir. (wf+wf = Ψ.i ) d) co enerji hesaplanırsa wf =1/2 L i^2 den endüktanslar hesaplanabilir. (bazı programlar bunu kullanır)

17 Lineer olmayan sistemlerde enerjinin depo edilmesi N sarımdan oluşan bir bobin ele alalım. Fakat bu kez bobinin içinin boş olmadığı ve saçlardan meydana gelen bir nüve ile (ferromanyetik malzeme cinsi) doldurulduğunu kabul edelim. Bu durumda sargıdan geçen akım şiddeti arttıkça akının orantılı olarak artmadığı görülür. Bu nedenle bu sistemlere lineer olmayan sistemler denir. Devreden geçen akımın artmasıyla çekirdek doyacağından akı akıma nazaran daha az artacaktır ve mıknatıslanma eğrisi aşağıdaki gibi olacaktır(şekil 4).

18 Manyetik alanda depo edilen enerji ve co enerji lineer sistemlerde depo edilen enerjiyi ve co enerjiyi veren integraller yardımıyla bulunur. Sonuçta 1-) manyetik alanda depo edilen enerji co enerjiye eşit değildir (wf=wf ) 2-) iki enerjinin toplamı Ψ.i dir (wf+wf = Ψ.i ).

19 DOĞRU AKIM MAKİNALARI

20 Doğru akım makinaları genel olarak aşağıdaki sınıflara ayrılır. 1-) Doğru akım generatörleri (dinamo) 2-) Doğru akım motorları 3-) Doğru akımla çalışan özel makinalar Doğru akım motor ve generatörlerinde endüktör (stator )ve endüvi (rotor) sargılarına ek olarak bazı sargılar kullanılır. Bu sargı kutuplara göre sınıflandırılırsa; a) Komütasyon kutuplu (yardımcı kutuplu) b) Komütasyon kutupsuz (yardımcı kutupsuz) c) Kompanzasyon sargılı (kutuplu) olarak sıralanır

21 Doğru akım makinalarında uyarma sargısı değişik şekillerde bağlanabilir. Uyarma şekillerine göre; a) Serbest uyarmalı b) Kendi kendine uyarmalı 1- Şönt uyarmalı 2- Seri uyarmalı 3- Kompound uyarmalı şeklinde sınıflandırılır. Küçük güçlü makinalarda (0,5-3 kw) komütasyon kutupları (yardımcı kutuplar) bulunmaz. Yardımcı kutupları olmayan makinalar genellikle küçük gerilimlerde çalıştırılırlar ( V)

22 Orta ve büyük güçteki doğru akım makinalarında komütasyon kutupları (yardımcı kutuplar) vardır. Bunların sayısı ana kutup sayısı kadardır ve karkas (statorun gövdesi) çevresince ana kutupların aralarına yerleştirilmiştir. Bu sargılar endüvi sargıları ile seri bağlanmıştır. Görevleri komütasyonu azaltmaktır. Aynı zamanda endüvi reaksiyonunun etkisini azaltmakta büyük önemi vardır. D.A makinalarında kutuplar manyetik alanın meydana geldiği kısımdır. Bu kısma endüktör denir. Endüktör 2,4,6,8 ve daha çok kutuplu olabilir.

23 Endüktörler 0,6-1,4mm kalınlığındaki saçların preslenerek istenilen şekilde elde edilir. Kutuplar tek parça yapılsaydı makinanın kayıpları ve ısısı artardı. Çünkü meydana gelecek olan fuko akımları artardı. Endüktör ana kutuplardan oluşur. Makine büyük güçlü ise yardımcı kutuplarda bulunur. Dış gövde Endüktör ve yardımcı kutupların bağlandığı çerçevedir. Gövde çelik dökümdür. Makinanın taşıyıcısı ve dış etkenlere karşı koruyucusudur.

24 Endüvi ve Göbek Endüvinin makinanın dönen kısmıdır. Gerilim endüklenen iletkenleri taşıyan kısma endüvi denir. Endüvi kalınlığı 0,3-0,7 mm arasında değişen dinamo saçlarından oluşur. Dinamo saçları istenen şekil ve ölçülerde preslerle kesildikten sonra tavlanır ve birer yüzeyleri yalıtılır. Yalıtma işleminde kağıt veya oksit tabakası kullanılır.

25 Soğutma için mile vantilatör takılır. Endüvi saçları üzerine iletkenleri yerleştirmek için oyuklar(oluk) açılmıştır. Bu oyukların şekil ve sayıları makinanın devir sayısına, büyüklüğüne sarım tipine ve şekline göre değişir. Oluklar presbant veya mika ile yalıtılır.

26 Kollektör ve Fırçalar Endüvide indüklenen gerilimi (EMK yı) doğrultmaya yarar. Kollektör dilimi sert bakırdan preslenerek yapılır. Bakır dilimler arasına 0,5-1,5mm arasında mika yalıtkan konur. Kollektör sayısı ne kadar fazla olursa elde edilen akımdaki dalgalanmada o kadar az olur. Doğru akım makinalarında endüvide indüklenen akımı dış devreye alabilmek için fırçalar kullanılır. Fırçalar karbon ve bakır alaşımdan yapılır.

27 Yatak Kapak Ve Öteki Parçalar Yataklar boru şeklindeki gövdenin iki yanına bağlanan kapaklar üzerine yerleştirilir. Genellikle döküm yapılır.

28 Doğru Akım Makinalarının Çalışma İlkesi a)gerilim indükleme yasası B :Manyetik akı yoğunluğu Tesla (weber/m^2) l= iletkenin uzunluğu (m) v=iletkenin hızı (m/sn) e= B.l.v.sinα Eğer cm olarak alınır ve B maxwell/cm^2 (gauss) seçilirse 10^-8 gelir.

29 Yukarıdaki şekilde görülen her noktasındaki manyetik akı yoğunluğu (B) aynı olan N-S mıknatıs kutuplarıyla uzunluğu l ve hızı v olan bir AB iletkeni alalım. İletkenin her iki ucuna sıfırı ortada olan anolog voltmetre bağlayalım ve iletkene aşağıdaki hareketleri yaptıralım. 1) iletkeni v hızı ile N-S kutupları arasına ilerlettiğimizde voltmetrenin ibresinin saptığını görürüz. Bu ibre örneğin sağa doğru olsun. 2) Kutuplar arasındaki iletkeni hiç hareket ettirmeyelim. Voltmetre ibresinin hiç sapmadığını görürüz. 3) Bu defa iletkeni kutuplar arasında N S ye veya S N ye doğru yani kuvvet çizgilerine paralel olarak hareket ettirelim voltmetre ibresinin yine hareket etmediğini görürüz. 4) iletkeni N-S kutuplar arasına bir α açısıyla ve v hızıyla hareket ettirirsek voltmetrenin saptığını görürüz. Ancak bu sapma değeri 1 e göre daha azdır. 5) kutuplar arasında bulunan AB iletkeni bu defa v hızıyla dışarıya doğru hareket ettirelim. İbrenin ilk duruma göre tam ters yönde saptığını görürüz. Not: iletken sabit N-S kutupları hareket ettirilseydi aynı sonuçlar elde edilirdi.

30 a) İndükleme EMK sının Yönü İndüklenen gerilimin yönü sağ el kuralı ile bulunur. Dinamolarda sağ el kuralı motorlarda ise sol el kuralı indüklenen emk nın yönünü tayin eder.

31 c) İndüklenen EMK nın değeri İndüklenen emk nın değeri birim zamanda iletkenin kestiği kuvvet çizgisi sayısı ile orantılıdır. e= B.l.v.sinα Örnek: kuvvet çizgilerine dik ve 45 derecelik açıyla çarpan bir iletkenin boyu l=40 cm, hızı v=250 cm/sn ve içinde bulunduğu alanın değeri gauss /cm^2 dir. Her iki durumda iletkende indüklenen gerilimi bulunuz.

32 Döner bir bobinde oluşan alternatif akım

33 Döner Bir Bobinde İndüklenen Alternatif EMK nın Doğrultulması

34

35 Endüvi Reaksiyonu: Endüvi manyetik alanının kutupların manyetik alanına gösterdiği tepkiye endüvi reaksionu denir. c a b d

36 Bir önceki slaytta görüldüğü gibi şekil a sadece kutupların oluşturduğu alandır. Şekil b endüviden geçen akımın meydana getirdiği alandır. Her iki alanın birleşmesiyle şekil c oluşur. Burada görüldüğü gibi a, b noktalarında alan çoğalması, c ve d bölgelerinde ise alan zayıflaması vardır. Bununla birlikte a,b bölgelerinde alan çoğalmasına karşılık nüvede doyuma gideceğinden bir miktarda toplam alanda zayıflama olur. Dolayısıyla endüvi alanının kutup alanına gösterdiği bu tepkiye endüvi reaksiyonu denir.

37 Endüvi Reaksiyonuna Karşı Alınan Önlemler 1) Kutupları tarak şeklinde yapmak 2) Kutuplara ayaklar açmak 3) Yardımcı kutup sargıları kullanmak 4) Kompanzasyon sargısı kullanmak 1) kutupları tarak şeklinde yapmak: kutup saçlarının bir ayağı kırılarak tarak şeklinde preslenir ve alan yoğunlaşması olan bölgelerdeki hacim düşürülür. 2) kutuplara oluklar açmak: kutup ayaklarına oluklar açılarak endüvi alanının yolu uzatılmış olur. Böylelikle endüvi alanı zayıflatılmış olur. 3) yardımcı kutup kullanmak : yardımcı kutuplar endüvi alanının etkisini yok eder. Ana kutupların arasına nötr eksenine konur ve endüviye seri bağlanır. 4) kompanzasyon sargısı kullanmak: kutuplara açılan oluklara sarım yapılır. Endüvi akımına ters yönde akım dolaştırılarak endüvi alanı yok edilir.

38 Komütasyon Doğru akım makinalarında endüvideki bir bobinde kollektör dilimleri ve fırçalar yardımıyla akımın yön değiştirmesi olayına komütasyon denir. Filmi göster

39 Enine ve Boyuna Eksenler

40 d: boyuna eksen (direct axis) q: enine eksen (quadrature axis) (yukarıdaki kutuplardan ve fırçalardan geçen enine eksendir. Ana kutuplardan geçen eksen de boyuna eksendir.) Yukarıdaki şekil yardımıyla makinaya ait sargıların oluşturduğu ik eksen tanımlanır. 1) Boyuna eksen (d): makinanın esas kutuplarından geçen ve esas kutupların oluşturduğu alan yönünde olan eksendir. Bu eksene d ekseni adı verilir. Bu eksen üzerindeki toplam alan endüvi gerilimini endükler. 2) Enine eksen (q) : Makinanın fırçalardan, yardımcı kutupların ortasından geçen ve boyuna eksene dik olan eksen q eksenidir. Yardımcı kutupların üzerindeki sargıların oluşturduğu alan endüvi sargılarının oluşturduğu alana ters yöndedir. d ekseni ile q ekseni arasında daima 90 derecelik bir elektriki açı vardır.

41

42 Ɣgeo= ana kutup ile onu takip eden yardımcı kutup arasındaki geometrik açıdır.

43 DOĞRU AKIM MAKİNALARININ UYARMA ŞEKİLLERİ VE ELEKTRİKSEL EŞDEĞER DEVRELERİ 1)Serbest Uyarmalı Generatörün Elektriksel Eşdeğer Devresi

44 i q (t) : Endüviden geçen çevre akımı. Boş çalışmada iq(t)=0 v q (t): Endüvi uçlarındaki gerilim (uç gerilimi) R q L q R c L c R K L K E q :Endüvi direnci (rotor sargı direnci) :Endüvi sargı endüktansı (rotor sargısı) :Komütasyon kutbu sargı direnci (yardımcı kutup sargısı direnci) : Komütasyon kutbu sargısı endüktansı : Kompanzasyon sargısı direnci : Kompanzasyon sargısı endüktansı :Uyarma sargısının meydana getirdiği uyarma alanının endüvi sargısında indüklediği hareket gerilimidir.

45 2) Serbest Uyarmalı Generatörün Yüklü Çalışmasına Ait Elektriksel Eşdeğer Devresi

46 ΔE q : Endüvi reaksiyonundan dolayı meydana gelen hareket gerilimidir. Eq gerilimini azaltacak yöndedir. iq(t) : Yük akımıdır. Generatör serbest uyartımlı olduğundan bu akım aynı zamanda endüviden geçen akımdır. i q (t) = i a (t) Not: Serbest uyarmalı generatör bir yüke bağlanırsa endüvi sargısından i q (t) akımını geçirir. Bu akım endüvi sargısında bir alan meydana getirir. Bu alana endüvi alanı denir. Endüvi alanı uyarma alanına tesir ederek uyarma alanının şeklinin bozulmasına ve bir miktar zayıflamasına neden olur. Endüvide endüklenen hareket gerilimi uyarma alanı tarafından meydana geldiği bilindiğine göre uyarma alanının zayıflaması hareket geriliminin bir miktar küçülmesine neden olur. Bu küçülme ΔE q ile gösterilir.

47 3) Şönt Uyarmalı Generatörün Elektriksel Eşdeğer Devresi Not: serbest ve şönt uyarmalı büyük güçlü makinalarda uyarma akımı endüvi akımının %(1-3) arasında küçük güçlü makinalarda %(1-5) arasında değişir.

48 4) Seri Uyarmalı Generatörün Elektriksel Eşdeğer Devresi

49 5) Kompound Uyarmalı Generatörün Elektriksel Eşdeğer Devresi Not: Bu elektriksel eşdeğer devreler geçici rejim denklemlerini çıkarmaya yarar.

50 DC Makinenin Geçici Rejim Denklemleri (Serbest uyartımlı makine için) Serbest uyartımlı bir dc makine için komütasyon ve kompanzasyon sargıları olmadığı ve iki eksen arasında (d-q) ϴr elektriksel açısının olduğunu kabul edersek stator ve rotor sargıları için kirchoff gerilim denklemleri aşağıdaki gibi yazılabilir.

51