T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi. Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü 150 HZ GENERATÖR. Biltuğ ÇEŞMECİ

Transkript

1 T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü 150 HZ GENERATÖR Biltuğ ÇEŞMECİ Ahmet Vahap EMMİOĞLU Prof. Dr. Cemil GÜRÜNLÜ Mayıs, 2013 TRABZON

2

3 T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü 150 HZ GENERATÖR Biltuğ ÇEŞMECİ Ahmet Vahap EMMİOĞLU Prof. Dr. Cemil GÜRÜNLÜ Mayıs, 2013 TRABZON

4

5 LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU Biltuğ Çeşmeci ve Ahmet Vahap Emmioğlu tarafından Prof. Dr. Cemil GÜRÜNLÜ yönetiminde hazırlanan 150 Hz Generatör başlıklı lisans bitirme projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak kabul edilmiştir. Danışman : Prof. Dr. Cemil GÜRÜNLÜ Jüri Üyesi 1 : Prof. Dr. Sefa AKPINAR Jüri Üyesi 2 : Prof. Dr. İsmail H. ALTAŞ Bölüm Başkanı : Prof. Dr. İsmail H. ALTAŞ iii

6

7 ÖNSÖZ Gerçekleştirdiğimiz bu çalışma transformatör tip testlerinden olan endüklenen gerilim testi gerçekleştirilmesine yönelik bir deney setidir. Uygulamadaki endüklenen gerilim testi generatörlerinden farklı olarak asenkron generatör kullanılarak yapılan bu deney seti, bölümümüz laboratuvarında mevcut olan deney setlerine katkı sağlamak ve yüksek frekanslı enerji üretiminin gerçekleştirilmesi amacıyla yapılmıştır. Bitirme çalışmamızın hazırlanmasında yol gösteren kıymetli hocamız Sayın Prof. Dr. Cemil Gürünlü ye bitirme çalışmamıza büyük desteklerinden dolayı Gamak firmasına, emekleriyle bitirme çalışmamıza büyük katkıda bulunan bölümümüz teknisyenlerinden Sayın Yüksel Salman a şükranlarımızı sunmak istiyoruz. Ayrıca bu çalışmayı destekleyen Karadeniz Teknik Üniversitesi Rektörlüğü ne Mühendislik Fakültesi Dekanlığına ve Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölüm Başkanlığına içten teşekkürlerimizi sunarız. Her şeyden öte, eğitimimiz süresince bizlere her konuda tam destek veren ailelerimize ve bize hayatlarıyla örnek olan tüm hocalarımıza saygılarımızı ve sevgilerimizi sunarız. Biltuğ ÇEŞMECİ Ahmet Vahap EMMİOĞLU Trabzon 2013 v

8

9 İÇİNDEKİLER Lisans Bitirme Projesi Onay Formu Önsöz İçindekiler Özet Semboller ve Kısaltmalar Sayfa No iii v vii ix xi 1. Giriş Endüklenen Gerilim Testi Asenkron Motorlara Yol Verme Yöntemleri Hz Generatör Deney Seti Elektriksel Tasarımı Ve Teorik Altyapısı Kutuplu Asenkron Motor Asenkron Motor Devir Sayısının Değiştirilmesi Asenkron Frekans Değiştiriciler Kutuplu Asenkron Generatör Döner Demirli Ampermetre Döner Demirli Voltmetre Döner Bobinli Ampermetre Döner Bobinli Voltmetre Dijital Frekansmetre Kontaktör Kondansatör Optik Takometre Yıldız Üçgen Paket Şalter Zaman Rölesi Start Stop Butonu Varyak Güç Faktörü Kontrol Rölesi Bağlantı Elemanları Hz Generatör Deney Seti Mekanik Tasarımı Pano 45 vii

10 Sayfa No 3.2. Kaplin Motor Kaidesi İşkence Mekanik Bağlantı Elemanları Hz Generatör Deney Seti Deneysel Çalışmalar Kutup Asenkron Motor Elektriksel Bağlantıları Kutup Asenkron Generatör Elektriksel Bağlantıları Endüklenen Gerilim Testi Kumanda Ve Güç Devresi Bağlantıları Hz Generatör Deney Setinin Çalışması Kutup Asenkron Motor Boşta Çalışma Deneyi Kutup Asenkron Motor Boşta Çalışma Deneyi Sonuçlar Asenkron Generatör Kritik Uyartım Deneyi Asenkron Generatör Sürekli Uyartım Deneyi Yorumlar ve Değerlendirmeler 77 Kaynaklar 79 Ekler 81 Özgeçmiş viii

11 ÖZET Günümüzde elektrik enerjisi çoğunlukla alternatif akım ile üretilir, iletilir ve dağıtılır. Alternatif akımda generatörler enerji üretiminde, transformatörler ise enerjinin istenilen seviyedeki gerilimlere dönüştürülmesinde hatlar ise enerjinin taşınması ve dağıtılmasında görev alırlar. Dünyada alternatif akımda enerji üretimi 50 ile 60 Hertz frekansta gerçekleştirilir. Ancak bazı uygulamalar için bu frekanslar yeterli değildir. Elektronik cihazlarda frekans artırma işlemi elektronik devrelerle gerçekleştirilebilirken, bu işlem gerilim ve akım seviyelerinin artmasıyla beraber bu elektronik devreleri yetersiz kılmıştır. Tüm bu sebeplerden dolayı frekans artırma işlemi için farklı sistemler türetilmiştir. Güç elektroniğindeki gelişmelerle beraber, yüksek akım ve yüksek gerilimde frekans artırımı daha etkili bir şekilde yapılmaktadır. Transformatör endüklenen gerilim testi, uzay, havacılık ve denizcilik alanındaki yüksek frekans gerektiren cihazların beslenmesinde, askeri radar, füze, yer tespiti alanlarında yüksek frekanslı enerjiye ihtiyaç vardır. Bitirme çalışmamızda, enerji iletiminin en önemli elemanı transformatörlerin tip yalıtım testi olan endüklenen gerilim testi için bir deney seti tasarlanmıştır. Uygulamada 100 ile 400 Hz frekans aralığında test gerçekleştirilerek, transformatörün bağlantı terminalleri ile bunlara bağlı sargıların topraklanmış kısımlara ve diğer sargılara karşı, gerek fazlar arasında ve gerekse sargı boyunca dayanımının doğrulanması için yapılır. Testi geçen transformatörler diğer testleri de geçmesi halinde işletmeye alınabilir. Ayrıca asenkron generatörün devir sayısı frekans karakteristiğinin incelenmesi ve yüksek frekansta asenkron generatör uyartımının incelenmesi amacıyla kullanılabilecek bu deney seti bölümümüz laboratuvarı için iyi bir deney düzeneği olması amacıyla yapılmıştır. ix

12

13 SEMBOLLER VE KISALTMALAR Hz: Hertz ac: Alternatif akım f: Frekans t: Test süresi R: R fazı T: T fazı V1 (V): V fazı stator sargı giriş ucu U2 (X): U fazı stator sargı çıkış ucu W2 (Z): W fazı stator sargı çıkış ucu Δ: Üçgen bağlantı F: Farad fs: Stator frekansı nr: Rotor devir sayısı i: Akım B: Manyetik alan şiddeti n: Devir sayısı A: Amper %: Yüzde n1: Asenkron frekans değiştirici motor devir sayısı C: Uyartım kondansatörü kapasitesi cos(φ): Güç katsayısı mm: Milimetre Ih: Hat akımı If: Faz akımı Qc: Kondansatör reaktif gücü n : Asenkron frekans değiştirici döner alan devir sayısı ZR: Zaman rölesi mm 2 : Milimetrekare V: Volt xi

14 pc: Pikocouloumb ft: Test frekansı µ: mikro S: S fazı U1 (U): U fazı stator sargı giriş ucu W1 (W): W fazı stator sargı giriş ucu V2 (Y): V fazı stator sargı çıkış ucu Y: Yıldız bağlantı kvar Kilo voltamper reaktif ns: Senkron devir sayısı p: Çift kutup sayısı d/d: Devir/dakika l: Uzunluk F: Kuvvet s: Kayma Nm: Newtonmetre kg: kilogram N: Nötr K: Kontaktör π: Pi sayısı n2: Asenkron frekans değiştirici bilezikli generatör rotor döner alan devir sayısı Uh: Hat gerilimi Uf: Faz gerilimi Xc: Kondansatör reaktansı dc: Doğru akım xii

15 1.GİRİŞ Enerji üretimi ilk yıllarda bireysel dinamoların beslediği ark lambaları ile başlamıştır. Edison un ampulü bulması ile birden çok lamba bir dinamo ile beslenmiştir. Ardından dünyanın birçok yerinde şehir aydınlatma sistemi kurulmuştur. Transformatörün icadı ile birlikte alternatif akımın faydalarından olan yüksek gerilim ile enerji iletiminin önü açılmıştır. Alternatif akımda enerji iletiminin doğru akımda enerji iletimine belli mesafeye kadar ekonomik olması sebebiyle alternatif akımda enerji üretilmiş ve iletilmiştir. Alternatif akımda işletme frekansı ilk yıllarda sorunlara sebep olmuştur. Kuzey ve Orta Amerika Ülkeleri 60 Hz frekansta, Güney Amerika, Asya, Avrupa ve Afrika Ülkeleri 50 Hz frekansta üretim ve iletime adapte olmuşlar ve sistemlerini buna göre tasarlamışlardır. Ülkemizde 1 faz tüketici gerilimi 220 Vac 50 Hz, 3faz tüketici gerilim 380 Vac 50 Hz dir. Elektrik üretimi, iletimi ve tüketimi 50 veya 60 Hz sabit frekansta gerçekleşmektedir. Alçak frekanslı enerji üretimi ile generatörlerin ısınma sorunları azalmış, büyük çaplı generatörlerde ise ek soğutma sistemleri ile bu sorunlar giderilmiştir. Ayrıca yüksek frekansta oluşan deri olayı enerji iletiminde ek kayıplara sebep olur. Şebeke frekansından farklı frekans ihtiyacı gereken yerlerde ise frekans çeviricileri tasarlanmıştır. En çok kullanılan frekans çevirici tipi motor generatör frekans çeviricileridir. Dizel, benzinli veya asenkron makine motor olarak kullanılmaktadır. Generatör olarak senkron makine sıkça kullanılmaktadır. Bu motor generatör çiftleri 50/60 Hz, 60/50 Hz, 50/400 Hz, 50/150 Hz frekans çevirici olarak kullanılmaktadır. 50/60 Hz, 60/50 Hz frekans çeviriciler genellikle limanlarda gemilerin ihtiyaç duyduğu enerjinin karşılanması amacıyla kullanılmaktadır. 50/400 Hz, 60/400 Hz frekans çeviricileri uçakların ve uzay araçlarının ihtiyaç duyduğu 110 Vac 400 Hz frekanslı enerjinin karşılanması amacıyla kullanılmaktadır. Bu çeviricilere uçak yer destek üniteleri adı verilmektedir. 400 Hz frekanslı enerji beslemesi ile elektriksel elemanların boyutları küçülmüş, yerden ve ağırlıktan tasarruf edilerek hava araçlarının daha hafif olması sağlanmıştır. Uçak yer destek üniteleri dizel/benzinli motor senkron generatör çiftleri kullanmaktadırlar. Gerçekleştirdiğimiz deney seti 150 Hz generatör olup, yüksek frekansta enerji üretme amacıyla yapılmıştır. 150 Hz generatör deney seti Hz frekans çevirici olarak da düşünülebilir. Piyasadaki benzerleri gibi senkron generatör ile değil, asenkron generatör ile 1

16 gerçekleştirilen bu deney seti, yüksek frekanslı enerji üretimi, asenkron generatörün kendi kendini uyartımının incelenmesi, devir sayısı frekans karakteristiği incelenmesi endüklenen gerilim deneyinin yapılması amacı ile gerçekleştirilmiş, çok yönlü bir deney setidir. Gerçekleştirilen 150 Hz generatör deney seti elektrik ve mekanik olmak üzere iki ana kısımdan meydana gelmektedir. Mekanik kısım asenkron motor asenkron generatör çiftini taşıyan motor kaidesi, mekanik sıkıştırma ve bağlantı elemanları, kaplin, panodan meydana gelmektedir. Elektriksel kısım ise ölçü aletleri, röleler, elektriksel bağlantı elemanları, kontaktör, buton, kapasitör grupları, yıldız üçgen paket şalter, varyak, asenkron motor ve asenkron generatörden oluşmaktadır. 150 Hz generatör deney seti gerçekleştirilirken elektriksel malzemeler temin edildikten sonra, motor kaidesi hazırlanmış, pano imal edilmiş ve asenkron motor ile asenkron generatörün millerine kaplinlerin montajı yapılmıştır. Ardından, asenkron motor ve asenkron generatörün motor kaidesine montajı yapılmıştır. Mekanik kısımda bulunan motor kaidesi ve pano yerel marangozlar tarafından yapılmış, kaplinlerin mile montajı ise yerel tornacılarda yapılmıştır. Mekanik kısım gerçekleştirildikten sonra, ölçü aletleri, röleler, kontaktör, yıldız üçgen paket şalter, start stop butonu ve elektriksel ara bağlantı elemanlarının panoya montajı bölümümüz laboratuvarında gerçekleştirilmiştir. Ardından gelen aşamada ise; ölçü aletleri, yıldız üçgen paket şalter, röleler, kontaktör, start stop butonu, asenkron motor ve asenkron generatörün panoya elektriksel bağlantıları pano arkasından yapılmış, panonun ön yüzü bağlantıları için ara bağlantı elemanlarının montajı gerçekleştirilmiştir. Elektriksel bağlantıları tamamlandıktan sonra 150 Hz generatör deney seti çalıştırılmış, test aşamasına geçilmiştir. Test sonuçları elde edildikten sonraki aşamada ise bu sonuçlar yorumlanarak bitirme tezi hazırlanmıştır. Yüksek frekanslı enerji elde edilmesi, asenkron generatör kendi kendini uyartım davranışlarının incelenmesi, frekans devir sayısı karakteristiği, endüklenen gerilim testi deneyinin gerçekleştirilmesine yönelik, seri üretimi yapılabilecek bir deney seti tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. 150 Hz generatör deney setinin gerçekleştirilmesinde Çizelge 1.1 deki programa uyulmuştur. Çizelge 1.1. de deney setinin gerçekleştirilmesine ilişkin iş zaman çizelgesi gösterilmiştir. 2

17 Çizelge Hz generatör deney seti iş zaman çizelgesi. Proje Başlangıç Bitiş Şubat Mart Nisan Mayıs Haziran Adımları Zamanı Zamanı Elektriksel Malzemelerin Siparşinin verilmesi ve Alımı Mekanik Kısım İmalatı ve Kaplin Montajı Elektriksel Kısım Montajı Elektriksel Kısım Bağlantıları Deney Düzeneğinin Testi Test sonuçlarının Alınması Bitirme Tezinin Yazımı Bitirme Projesinin Sunumu ve Teslim Edilmesi 01/02/ /04/ /03/ /04/ /04/ /04/2013 1/05/2013 7/05/2013 7/05/ /05/ /05/ /05/ /04/ /05/ /05/ /06/2013 3

18 1.1.Endüklenen Gerilim Testi Transformatörün rutin testleri: sargı direnci testi, gerilim çevirme oranı ve vektör grubu testi, kısa devre empedans ve yükte kayıp testi, boşta çalışma akımı ve boşta çalışma kayıp testi, uygulanan gerilim testi ve endüklenen gerilim testidir. Transformatörün rutin testlerinden olan bu test, transformatör izolasyonunun sağlamlığının gözlenmesi için en önemli testtir. Test boyunca diskler arası, sarımlar arası ve faz-faz arası izolasyon sistemleri aynı anda çalışma koşullarında daha farklı koşullarda zorlanmaktadır. Dielektrik tasarımdaki bir aksaklık veya uygun olmayan montaj test esnasında kısmi boşalmalara, daha da kötüsü kısa devre oluşumuna sebep olur. Bu test manyetik indüksyon ile istenen gerilimleri üretir. Transformatörün sargılarına uygulanan gerilim nominal geriliminin iki katıdır. Çekirdek doymasından kaçınmak için test frekansı 100 Hz ile 400 Hz arası olmalıdır. Test süresi nominal frekansın 120 katının test frekansına bölümüdür. 150Hz için test süresi Denklem (1.1) e göre bulunur. (1.1) Denklem (1.1) kullanılarak test süresi 40 saniye olarak bulunur. Dağıtım transformatörlerinde endüklenen gerilim testi 40 saniye boyunca uygulanır ve kısa devre olup olmadığına bakılır. Dağıtım ve güç transformatörlerinde TS 267 EN , DIN 42500, HD 428, IEC ve IEC standartlarına göre endüklenen gerilim testi yapılmaktadır. Güç transformatörlerinde ise dağıtım transformatörleri testlerine ek olarak yüksek gerilim sargılarına yüksek frekansta nominal gerilimin 1.5 katı uygulanır. Transformatörün kısmi deşarjı gözlemlenir. Kısmi deşarj, kısmi deşarj ölçen cihazlar ile yapılır. Bu cihazlara RIV (radio influence voltage) metre (radyo etkili voltmetre) adı verilir. Bu cihazlar transformatördeki pc mertebesindeki yükleri ve µv mertebesindeki gerilimleri algılayabilir. Geniş bant ve yakın bant olmak üzere iki ölçüm bandı aralığı vardır. Geniş bant ölçüm aralığında pc mertebesindeki yükler gözlemlenir. Yakın bant ölçüm aralığında ise µv mertebesindeki gerilimler gözlemlenir. Eğer kısmi deşarj gözlenmez ise gerilim nominal gerilimin 1.73 katına çıkarılır. Bu gerilim 7200 çevrim boyunca uygulanır. Ardında 1 saat boyunca nominal gerilimin 1.5 katı gerilime tabii tutulur. Bu süre boyunca kısmi deşarj gerilimi 100 µv ( 500 pc) düşük olacak. Kısmi deşarj sabitlendiğinde kısmi deşarjdaki aktivite artışı 30 µv (150 pc) geçmeyecek. 1 saat 4

19 süre boyunca kısmi deşarj seviyeleri artış biçimi göstermeyecek. Testin son 20 dakikası devamlı kısmi deşarj artışı olmayacak. Bu koşulları sağlayan güç transformatörleri ancak diğer testleri de başarı ile geçmiş ise işletmeye alınabilir Asenkron Motorlara Yol Verme Yöntemleri Asenkron motorlar üç fazlı sistemden beslenir. Sargıları 220 Vac veya 380 Vac değerindeki gerilime göre sarılırlar. Motor sargıları tam yük altında çalışacak şekilde imal edilmişse, motor stator sargıları direkt olarak 380 Vac gerilime göre sarılırlar. Motor sargıları tam yük altında yıldız çalışacak şekilde imal edilen motorların stator sargıları 220 Vac gerilime göre sarılırlar. Motorun sargılarına doğrudan anma gerilimi uygulandığında, stator sargı empedanslarının küçük olması sebebiyle çok fazla akım çekilmesine neden olur. Motor kalkış anında rotoru dönmediği için, sekonderi kısa devre edilmiş transformatör gibi davranır. Dolayısıyla stator devresinden nominal akımın 4 ila 8 katı arasında bir kalkış akımı çekilir. Kalkma momenti tam yük momentinin 2 ila 3.5 katı arasında olmaktadır. Bundan dolayı asenkron motorlar boşta çalıştırılıp, anma hız değerinde yüklenirler. Motorun kalkış anındaki akımı sınırlamak için, yıldız üçgen yolverme, stator sargılarına öndirenç bağlama, stator sargılarını ayarlı bir güç kaynağından besleme ve rotoru sargılı asenkron motorlar için rotor sargılarına bilezik bağlama yöntemleri ile kalkış akımı belli değerde tutulur. Yıldız üçgen yolvermede motor sargıları doğrudan üçgen bağlamada maruz kalacağı akım ve gerilim zorlanmalarından ilk anda kurtulmaktadır. Yıldız bağlantıdaki sargı gerilimi ve sargı akımı, üçgen bağlantıdaki sargı gerilimi ve sargı akımının köküçte biri kadardır. Yıldız bağlantıdaki hat akımı, güç ve kalkma momenti, üçgen bağlantıdaki hat akımı, güç ve kalkma momentinin üçte biri kadardır. Dolayısıyla motora çalışma gerilimi ve akımının doğrudan verilmesi durumunda oluşacak akım ve gerilim zorlanmalarından kaçınılmaktadır. Yıldız üçgen yol verme kontaktörler üzerinden veya yıldız üçgen paket şalter ile yapılmaktadır. Asenkron motora ait yıldız üçgen yol verme güç devresi Şekil de gösterilmiştir. Stator sargılarına ön direnç ekleyerek yol vermede ise motora uygulanan gerilim, ayarlı veya kademeli dirençlerin kontrolü ile ayarlanarak, motorun statoruna uygulanan kalkış akımının belli değerde tutulması sağlanır. Ayarlı dirençler el ile kontrol edilerek, kullanıcı tarafından, kalkış akımına göre ayarlanır. Kademeli dirençler, hem kullanıcı 5

20 tarafından hem de kumanda devresi ile otomatik veya yarı otomatik olarak motorun statoruna uygulanan gerilim kontrol edilerek yol verme sağlanır. Stator sargılarını ayarlı üç fazlı kaynaktan besleyerek yol verme yönteminde, motorun statoruna ayarlı üç fazlı kaynağın çıkışından besleyerek, ayarlı güç kaynağının geriliminin kullanıcı tarafından ayarlanıp, kalkış akımının istenen seviyede tutulması sağlanır. Ayarlı üç fazlı kaynak olarak ototransformatör yaygın olarak kullanılmaktadır. Rotor sargı dirençlerinin artırılması ile yol verme yönteminde rotor dönmediği anda, rotorda endüklenen yüksek gerilimin, rotor fırçalarına bağlı ayarlı dirençler üzerinden sınırlandırılarak, rotordan akan akımın sınırlandırılması ile yol verme yapılır. Ayarlı dirençler üzerinden veya kademeli dirençler üzerinden kullanıcı kontrollü olarak veya kademeli dirençler üzerinden kumanda devreleri ile asenkron motora yol verme işlemi yapılır. Asenkron motorların yol verme işlemi ile ilgili daha fazla bilgiye Kaynak [1] den ulaşılabilir. Şekil Asenkron motora ait yıldız üçgen yol verme güç devresi. 6

21 HZ GENERATÖR DENEY SETİ ELEKTRİKSEL TASARIMI VE TEORİK ALTYAPISI 150 Hz generatör deney seti uygulamada asenkron motor senkron generatör olarak yapılmaktadır. Yurtiçi ve yurtdışı piyasasından 150 Hz generatör için maliyet araştırması yapılmıştır. Yurtiçi firmalarının 150 Hz generatör imalatı konusundaki kar amacı gütmesi, istediğimiz güçteki 150 Hz generatörün fiyat araştırması esnasında, firmalara birçok defa telefon ve elektronik posta yolu ile irtibata geçmemiz halinde ilgisiz bir tavır takınmalarından dolayı yurtiçi firmalardan fiyat teklifi alınamamıştır. Yurtdışı firmalar istediğimiz 150 Hz generatör için elektronik posta yolu ile azami ölçüde yardımcı olmaya çalışmışlar, istediğimiz 150 Hz generatörü imal edemeyen firmalar bizi başka firmalara yönlendirerek yardımda bulunmuşlardır. İrtibata geçilen yurtdışı firmalardan alınan fiyat tekliflerinde teslim sürelerinin çok uzun olması, vergi ve gemi taşıma ücretlerinin pahalı olması sebebinden dolayı 150 Hz generatör setinde kullanılacak olan generatörün asenkron generatör olarak kullanılması kararlaştırılmıştır. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan asenkron makineler maliyetler ve performansları göz önüne alınarak, Gamak firmasından özel teşebbüsler sonucunda bölümümüze hibe edilmiştir. Piyasa araştırmaları sonucunda, maliyetler ve doğruluk sınıfları göz önüne alınarak, döner demirli, döner bobinli ölçü aletleri ve dijital frekansmetre Doğa Enerji firmasından, banan jak, banan fiş, optik ve temaslı takometre Yıldırım Elektronik firmasından Mühendislik Fakültesi Dekanlığı tarafından ayrılan ödenek ile alınmıştır. Güç faktörü kontrol rölesi, 1 kvar, 1.5 kvar kondansatör grupları, yıldız üçgen paket şalter maliyetler göz önüne alınarak piyasadan doğrudan satın alma yolu ile temin edilmiştir. Kontaktör, varyak, start stop butonu, zaman rölesi, bağlantı kabloları, klemens, pabuç elemanları bölümümüz laboratuvarından karşılanmıştır. Gerçekleştirilen bu deney setinde kullanılan mekanik ve elektriksel malzeme fiyat analizi Çizelge 2.1. de gösterilmiştir. Çizelge 2.1. de doğrudan satın alınan, Mühendislik Fakültesi Dekanlığı tarafından satın alınan, bölümümüz laboratuvarından temin edilen, hibe yolu ile temin edilen malzemelerin fiyatları ayrı ayrı belirtilmiş ve toplam maliyet hesaplanmıştır. 150 Hz generatör deney seti temel olarak asenkron generatörün kendini uyarması ve asenkron generatörün kendi uyartımını gerçekleştirdikten sonra elde edilen çıkış gerilimine 7

22 göre uygun transformatörün otomatik olarak test aşamasına geçmesi için yapılmış bir deney setidir. Çizelge Hz generatör deney setinde kullanılan malzemeler ve fiyat analizi. Malzeme Adedi/Miktarı Fiyatı(TL) 2 Kutup Asenkron Motor 1 Adet Kutup Asenkron Generatör 1 Adet 650 Döner Demirli Ampermetre 1 Adet 80 Döner Demirli Voltmetre 1 Adet 70 Döner Bobinli Ampermetre 1 Adet 50 Döner Bobinli Voltmetre 1 Adet 50 Dijital Frekansmetre 1 Adet 70 Kontaktör 2 Adet 60 4 µf Kondansatör 3 Adet 20 5 µf Kondansatör 3 Adet 20 6 µf Kondansatör 3 Adet 20 1 kvar Kondansatör 1 Adet kvar Kondansatör 2 Adet 90 Optik Takometre 1 Adet 70 Yıldız Üçgen Paket Şalter 1 Adet 25 Zaman Rölesi 1 Adet 25 Start Stop Butonu 1 Adet 10 Varyak 1 Adet 500 Güç Faktörü Kontrol Rölesi 1 Adet 800 Banan Jak 30 Adet 30 Banan Fiş 30 Adet 30 Kablo 30 Metre 45 Pano 1 Adet 20 Avometre 1 Adet 300 Kaplin ve Montajı 1 Adet 50 Motor Kaidesi 1 Adet 20 İşkence 2 Adet 30 8

23 Çizelge 2.1. in devamı. Malzeme Adedi/Miktarı Fiyatı(TL) Cıvata 8 Adet 10 Somun 8 Adet 10 Pul 8 Adet 5 Dekanlık Tarafından Alınan 450 Hibe Olan 1000 Bölümümüz Laboratuvarından Karşılanan 940 Doğrudan Satın Alınan 1160 Toplam Kutuplu Asenkron Motor Döner alan ile çalışan ilk indüksiyon motorları Galileo Ferrarris ve Nikola Tesla tarafından birbirlerinin icadından haberleri olmadan icat edilmiştir. Ardından indüksiyon motoru Dolivo Dobrovolsky tarafından icat edilmiştir. Dolivo Dobrovolsky ilk üç fazlı transformatörün de mucididir Asenkron motorlar endüstride en sık kullanılan motorlardır. Asenkron motorların devir sayıları yükle çok az değişmektedir. Bu motorlar sabit devirli motorlar sınıfına girerler. Devir sayısının kontrolü doğru akım şönt motoruna göre daha zordur. Fakat asenkron motorların bakıma az ihtiyaç duymaları, ucuz olmaları ve çalışmaları esnasında elektrik arkı meydana getirmemeleri asenkron motorun endüstride sıklıkla kullanılmasını sağlamıştır. Asenkron makineler stator ve rotor olmak üzere iki ana kısımdan oluşmaktadırlar. Stator asenkron makinenin duran kısmıdır. Stator nüvesi ince silisyumlu demir saclardan yapılır. Nüve oluklarına üç fazlı stator sargıları yerleştirilir. Sargı uçlarının 6 ucu gövdeye tutturulmuş klemens tablosuna bağlanır. Klemens tablosunda sargılar yıldız veya üçgen bağlanır. Ardından şebeke gerilim uygulanır. Klemens tablosunda üçgen ve yıldız bağlantı Şekil ve Şekil de gösterilmiştir. 9

24 Şekil Asenkron motorun klemens kutusu üçgen bağlantı şekli. Şekil Asenkron motorun klemens kutusu yıldız bağlantı şekli. Rotor asenkron makinenin döner kısmıdır. Sincap kafes rotor ve sargılı (bilezikli) rotor olmak üzere iki çeşittir. Sincap kafes rotor, rotora kafes şeklinde konulan alüminyum veya bakır çubuklar birleştirilerek yapılır. Bilezikli rotorda ise aralarında 120 o faz farkı bulunan, rotora üçgen veya yıldız şeklinde bağlanan rotor sargıları rotor milinden yalıtılmış 3 bileziğe bağlanır. 3 fazlı asenkron motorun statoruna aralarında 120 o faz farkı olan 3 faz sargısı yerleştirilmiştir. Bu sargılardan akım akıtıldığında, üç fazlı alternatif akımdaki bir periyotluk değişim statorun oluşturduğu elektromıknatısın elektromıknatıs kutuplarının 1 devir yapmasına sebep olur. Alternatif akımın frekansı 50 Hz ise saniyede 50 devir ile 10

25 elektromıknatıs kutupları döner. Denklem (2.1.1) kullanılarak motorun senkron devir sayısı bulunur. Denklem (2.1.2) kullanılarak rotor devir sayısı bulunur. (2.1.1) (2.1.2) 150 Hz generatör deney setinde kullanılan asenkron motor 2 kutuplu olduğuna göre Denklem (2.1.1) kullanılarak motorun senkron devir sayısı 3000 d/d olarak bulunur. Statordaki sargılara gerilim uygulandığında sargılardan geçen akımlar dönen elektromıknatısın kutuplarını meydana getirirler. Dönen elektromıknatıs kutupları rotor çubuklarını keserek çubuklarda bir gerilim endüklenmesi sağlanır. Kısa devre rotor çubuklarından indüklenme akımları geçer. Denklem (2.1.3) e göre rotora bir manyetik kuvvet etki eder. Rotor bu kuvvet sonucunda döner. Rotor devir sayısı arttıkça döner alan rotor çubuklarını kesmesi azalır. Rotorda endüklenen gerilim ve kısa devre çubuklarından akan akımlar azalır. Dolayısıyla rotoru döndüren moment azalır. Rotor devir sayısında artış olmaz. (2.1.3) Motor boşta çalıştığında rotor devir sayısı senkron devir sayısına yaklaşır. Senkron devir ile rotor devri arasındaki farka kayma denir. Denklem (2.1.4) kaymanın bulunması için kullanılmaktadır. (2.1.4) Çizelge de verilen motor devir sayısı ve Denklem (2.1.4) kullanılarak 150 Hz generatör deney setinde kullanılan asenkron motorun kayması olarak bulunur. Kayma 0 olduğunda motor moment üretemez. Kayma 0 ile 1 arasında iken asenkron 11

26 makine motor olarak çalışır. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan motora ait veriler Çizelge de verilmiştir. Çizelge kutup asenkron motora ait veriler. Üretici Firma GAMAK Model AGM 90 S 2 Hız 2835 d/d Akım 3.45 A Moment 5.05 Nm Güç Katsayısı (cosφ) 0,83 Verim (%100 yüklenmede) %79.2 Ağrılık 11.4 kg Çizelge de verilen değerlerdeki 2 kutuplu asenkron motor, motor kaidesi üzerine mil dengeleme aparatı üzerine somun ve cıvata ile bağlantısı yapılmıştır. Miline kaplin ile bağlı olan 8 kutuplu asenkron motoru generatör olarak çalışması için gerekli dönme hareketini sağlamak amacıyla 150 Hz generatör deney setimizde kullanılmıştır. 2 kutuplu asenkron motorun devri varyak ile stator giriş gerilimi değiştirilerek yapılmaktadır. Ayrıca yıldız üçgen şalter ile motorun devri ve çektiği akım artırılarak miline aktarılan güç artırılmaktadır. Panodaki döner bobinli ölçü aletleri ile gerilim ve akımı gözlemlenmektedir. Şekil de 150 Hz generatör deney setinde kullanılan 2 kutuplu asenkron motor gösterilmiştir. Şekil de 150 Hz generatör deney setinde kullandığımız asenkron motorun etiket değerleri görülmektedir. Şekil de 150 Hz generatör deney setinde kullanılan 2 kutuplu asenkron motorun klemens kutusu ve bağlantıları gösterilmiştir. 12

27 Şekil Hz generatör deney setinde kullanılan 2 kutuplu asenkron motor. Şekil Hz generatör deney setinde kullanılan 2 kutuplu asenkron motor etiket değerleri. 13

28 Şekil Hz generatör deney setinde kullanılan 2 kutuplu asenkron motora ait klemens kutusu ve sargı bağlantıları Asenkron Motor Devir Sayısının Değiştirilmesi Asenkron motorların devir sayıları doğru akım motorlarında olduğu gibi kolayca değiştirilemez. Doğru akım şönt motorunun devir sayısı uyartım reostası ile çok geniş sınırlar içerisinde değiştirilebilmektedir. Asenkron motorlarda devir sayısı ayarı kademeli ve küçük sınırlar içerisinde yapılmaktadır. Asenkron motorların döner alan devir sayısı Denklem (2.1.1) kullanılarak, rotor devir sayısı Denklem (2.1.2) kullanılarak bulunmaktadır. Bu formüllere bakarak asenkron motorun devir sayısı şebeke frekansına, çift kutup sayısına ve kaymaya bağlı olduğu görülür. Bu üç parametreden herhangi birini değiştirdiğimizde asenkron motorun devir sayısını değiştirmiş oluruz. Kutup sayısını değiştirme yöntemi ile devir sayısını ayarlamada asenkron motorun statoruna 4 kutuplu üç fazlı sargı yerleştirildiğini varsayalım. Seri bağlı bobinlerden faz akımı geçtiğinde 4 kutup meydana gelir. Seri bağlı bobinlerden fazla kutup sayısına sahip motorun seri bağlı bobinlerinden faz akımı geçtiğinde motor nominal devrinde çalışır. 14

29 Fakat, bobinlerden zıt yönlü akım geçirildiğinde Bu sargı bir kutup oluşturur. Dolayısıyla kutup sayısı yarıya düşer. Bu motorlara endüstride çift devir sayılı motorlar denmektedir. Asenkron motorların devir sayısının değiştirilmesinde kullanılan diğer bir yöntem de Frekans ile devir sayısının değiştirilmesi yöntemidir. Denklem (2.1.1) de görüldüğü gibi asenkron motorların devir sayısı frekans ile doğru orantılıdır. Dolayısıyla asenkron motorun stator frekansı değiştirilerek devir sayısı değiştirilebilir. Uygulamada özel kullanım amaçları için çok yüksek devir istenen yerlerde motora uygulanan frekans 400 Hz e kadar çıkarılarak asenkron motorların devir sayısı mekanik dayanımı izin verdiği takdirde d/d hızına çıkabilmektedir. Benzer şekilde şebeke frekansının altındaki frekanslar motora uygulanarak motorun devir sayısı azaltılmaktadır. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan Gamak firması tarafından imal edilmiş 2 kutuplu asenkron motorun çıkabileceği maksimum devir sayısı 6000 d/d olarak belirlenmiştir. Stator gerilimini değiştirerek devir sayısı değiştirme yöntemi ise asenkron motorun kaymasını değiştirerek yapılan bir hız kontrol yöntemidir. Stator gerilimi bir varyak üzerinden değiştirilerek hız ayarı yapılır. Bu yöntemde asenkron motorun hızı sabit yapılamamakla beraber düşük devirlerde motorun gerilim frekans oranının düşmesi sonucu üretilen momentin düşmesi ve motorun veriminin azalması, motorun sargılarından yüksek akımlar akması gibi sebeplerden dolayı pek tercih edilmeyen bir yöntemdir. Bununla beraber çalışma geriliminin altında olan yakın değerlerde varyak gerilimi azaltılarak az da olsa devir sayısı ayarlanabilir. Asenkron motor hız kontrolü için daha fazla bilgiye Kaynak [1] ve Kaynak [2] den ulaşılabilir Asenkron Frekans Değiştiriciler Kutup sayıları farklı sincap kafes asenkron motor ile bilezikli asenkron motor milleri akuple edildikten sonra, sincap kafes asenkron motor stator uçları şebekeye bağlanıp, bilezikli asenkron motorun fazları, R, S, T fazlarına kontaktörler üzerinden şebekeye bağlanınca asenkron frekans değiştirici elde edilmiş olur. Sincap kafes asenkron motor, bilezikli asenkron motorun rotorunu saat yönünde döndürünce, R, S, T fazlarının oluşturduğu döner alan eğer saat yönünde ise bilezikli asenkron motorun sargılarında oluşan frekans motorların devirleri biliniyorsa Denklem (2.1.2) ve Denklem (2.1.1) kullanılarak bulunur. Motor dönüş yönleri zıt ise Denklem (2.1.2) işlem toplama, aynı ise 15

30 çıkarma olarak yapılır. Bulunan devir sayısı Denklem (2.1.1) de kullanılarak asenkron makinenin ürettiği frekans belirlenir. (2.1.2) Benzer şekilde kutup sayıları farklı iki tip sincap kafes asenkron motorun milleri akuple edildikten sonra, düşük kutuplu sincap kafes asenkron motor tahrik motoru, yüksek kutuplu sincap kafes asenkron motor generatör olmak şartıyla, uyartım kapasitörleri yüksek kutuplu asenkron generatöre uygulanarak asenkron frekans değiştirici elde edilmiş olur. 150 Hz generatör deney setinde gerçekleştirilen deney düzeneği tipik bir asenkron frekans değiştiricidir. Asenkron frekans değiştiriciler için daha fazla bilgiye Kaynak [1] ve Kaynak [2] den ulaşılabilir Kutuplu Asenkron Generatör Asenkron makine hem generatör hem de motor olarak çalıştırılabilen bir makinedir. Denklem (2.1.4) e göre kayma negatif olduğunda asenkron makine generatör olarak çalışmaktadır. Dolayısıyla rotor döner alandan daha hızlı dönmektedir. Döner alan hızına kadar motor olarak çalışan asenkron makine, döner alan hızı aşıldığında gerekli uyartım akımı makineye uygulanınca devir asenkron makine generatör olarak çalışmaya başlar. Uyartım akımı, şebeke ve harici kondansatör grupları tarafından olmak üzere iki yolla sağlanmaktadır. Stator sargılarına kondansatörler bağlı olan bir asenkron makine miline akuple edilmiş bir motor ile döndürüldüğünde, stator sargı direnci ihmal edildiğinde, stator sargı uçlarında Denklem (2.2.1) e göre belirlenen devir sayısında gerilim ölçülür. (2.2.1) Boşta çalışma noktası hıza ve kondansatör değerine yani stator frekansına bağlıdır. Kendi kendini uyarma olayının başlaması, asenkron makinede kalıcı mıknatıslığın olmasına, belli hız sınırlarında boşta çalışma noktasının olmasına bağlıdır. Uyartım oluştuğundaki stator frekansı Denklem (2.2.1) ve Denklem (2.2.2) kullanılarak bulunur. 16

31 Uyartımın başladığı kritik devir sayısı ise Denklem (2.2.1) ve Denklem (2.2.2) birbiri ile eşitlenerek Denklem (2.2.3) elde edilir. Denklem (2.2.3) uyartımın başladığı kritik devir sayısıdır. Buna bağlı olarak herhangi bir devirde belli kondansatör grupları ile uyartımı sağlanan asenkron generatörün üreteceği yüksek frekansın hangi devirde üretileceği Denklem (2.2.3) ile bulunur. (2.2.2) (2.2.3) Asenkron generatör kendi kendini uyartımını yaptıktan sonra, rotorun dönmesi ile aldığı mekanik güç sonucunda, rotorun iletkenleri döner alanı keser. Böylece rotor sargılarından stator sargılarına doğru, endüksiyon yolu ile bir güç akışı olur. Böylece stator sargılarında rotor hızı ve uyartım kondansatörlerine bağlı olarak bir gerilim endüklenmiş olur. Sincap kafes asenkron generatörler uygulamada rüzgar enerjisinden elektrik enerjisi elde etmede sıklıkla kullanılmaktadırlar. Doğru akım makineleri ve senkron makinelerdeki gibi ek uyartım sargıları ve ek uyartım kaynaklarına ihtiyaç duymamaları, uyartımı için harici kondansatör gruplarına ihtiyaç duymaları ve kendi kendini uyartım gerçekleşince her devirde enerji üretmeleri yönünden asenkron makineler rüzgar enerji santrallerinde kullanılmaktadırlar. 150 Hz generatör deney setinde asenkron generatör olarak kullandığımız asenkron motor 8 kutupludur. Asenkron motora ait veriler Çizelge de verilmiştir. Asenkron generatör ile ilgili daha fazla bilgiye Kaynak [3] ve Kaynak [4] ten ulaşılabilir. Çizelge kutup asenkron motora ait veriler. Üretici Firma GAMAK Model AGM 112 M 8 Hız 705 d/d 17

32 Çizelge in devamı. Akım 4.6 A Moment 20.3 Nm Güç Katsayısı (cosφ) 0.64 Verim (%100 yüklenmede) %77.6 Ağrılık 26.5 kg Kullandığımız asenkron generatör kaplin ile mili 2 kutuplu asenkron motor ile akuple edilmiştir. Senkron devir sayısı üzerindeki devirlerde generatör olarak çalışması sağlanmıştır. Mıknatıslanma akımı için gerekli olan uyartım akımı harici kondansatör grupları tarafından sağlanmaktadır. Statorun ürettiği enerjinin frekansı frekansmetre ile gözlemlenebilmektedir. Döner demirli ölçü aletleri ile ürettiği gerilim ve akım değerleri gözlemlenmektedir. Kaplinindeki devir sayısı optik takometre ile ölçülmektedir. Şekil de 150 Hz generatör deney setinde kullanılan 8 kutuplu asenkron generatör gösterilmiştir. Şekil de 150 Hz generatör deney setinde kullandığımız asenkron generatörün etiket değerleri görülmektedir. Şekil de 150 Hz generatör deney setinde kullanılan 8 kutuplu asenkron generatörün klemens kutusu ve bağlantıları gösterilmiştir. Şekil Hz generatör deney setinde kullanılan 8 kutuplu asenkron generatör. 18

33 Şekil Hz generatör deney setinde kullanılan 8 kutuplu asenkron generatörün etiket değerleri. Şekil Hz generatör deney setinde kullanılan 8 kutuplu asenkron generatöre ait klemens kutusu ve sargı bağlantıları. 19

34 2.3. Döner Demirli Ampermetre Döner demirli ölçü aletlerin çalışma prensibi: demir bir nüveye içinden akım geçen bobinin manyetik alanının yaptığı mekanik etki ile çalışmaktadırlar. Döner demirli ölçü aletleri çekici ve itici tip olmak üzere ikiye ayrılırlar. Temel olarak yassı sabit bir bobinin, üzerinde ibre bulunan hareketli demir parçayı bobinden akım geçince hareketli demiri çekerek üzerinde bulunan ibre skala üzerinde yer değiştirir ve ölçme yapılır. Hem doğru akımda hem de alternatif akımda ölçme yapabilen bu aletler çok yüksek frekanslara dayanabilmektedir. İmalatı kolay ve ucuzdur. Skalaları döner bobinli ölçü aletleri gibi eşit aralıklı değildir. Ayrıca döner bobinli ölçü aletlerine göre çok daha fazla enerji harcamalarından dolayı özel amaçlar için kullanımda bu tip ölçü aletlerinden faydalanılmaktadır. Kullandığımız döner demirli ampermetre Doğa Enerji firmasından alınan 96*96 mm ebatında 0 10 A ölçme aralıklı analog ampermetredir. 400 Hz frekans için tasarlanmıştır. Doğruluk sınıfı TS 5590 standardına göre 1.5 tur. İki adet bağlantı ucu bulunmaktadır. 8 kutup asenkron generatörün yüke aktardığı yüksek frekanslı akımı ölçmek için kullanılmıştır. Devreye Şekil deki gibi bağlanan ampermetre 1 faza ait akımı ölçmektedir. Genel kullanım amacı yer destek ünitelerinden 110 Vac 400Hz gerilim altında beslenen uçakların çektiği akımı ölçmek içindir. Akım işareti Şekil de, sembolü Şekil de gösterilmiştir. Şekil te 150 Hz generatör deney setinde kullanılan döner demirli ampermetre gösterilmiştir. Döner demirli ampermetre ile ilgili daha fazla bilgiye Kaynak [5] ten ulaşılabilir. Şekil Ampermetrenin devreye bağlantısı. 20

35 Şekil Döner demirli ölçü aletleri için akım işareti. Şekil Döner demirli ölçü aletlerinin sembolü. Şekil Hz generatör deney setinde kullanılan döner demirli ampermetre Döner Demirli Voltmetre Döner demirli bir başka ölçü aleti olan voltmetre tıpkı önceki sayfada anlatılan döner demirli ölçü aletlerinin bütün özelliklerini taşır. Hem alternatif akım hem de doğru akımda 21

36 ölçme yapabilmektedir. Dayanıklı, imalatı kolay ve ucuzdur. Skalası lineer değildir. Enerji sarfiyatı fazladır. Özel kullanım amacına yönelik yapılmıştır. 150 Hz generatör deney setinde kullandığımız döner demirli voltmetre Doğa Enerji firmasından alınmıştır. 96*96 mm ebatında Vac ölçme aralığında faz faz ve faz nötr arası gerilimleri ölçmektedir. 400 Hz frekans için tasarlanmıştır. Doğruluk sınıfı TS 5590 standardına göre 1.5 tur. İki adet bağlantı ucu bulunmaktadır. 8 kutup asenkron generatörün ürettiği yüksek frekanslı faz faz veya faz nötr gerilimi ölçmek için kullanılmıştır. Devreye şekil deki gibi bağlanmaktadır. Genel kullanım amacı yer destek ünitelerinden 110 Vac 400 Hz gerilim altında beslenen uçakların çektiği akımı ölçmek içindir. Akım işareti Şekil de, sembolü Şekil de gösterildiği gibidir. Şekil te 150 Hz generatör deney setinde kullanılan döner demirli voltmetre gösterilmiştir. Döner demirli voltmetre ile ilgili daha fazla bilgiye Kaynak [5] ten ulaşılabilir. Şekil Voltmetrenin devreye bağlantısı. 22

37 Şekil Hz generatör deney setinde kullanılan döner demirli voltmetre Döner Bobinli Ampermetre Döner bobinli ölçü aletleri, içinden ölçü akımı geçen ve sürekli mıknatıs alanı içinde dönen bir bobinden oluşmuştur. U şeklinde daimi mıknatısın uçlarına iki adet silindir biçimli, yumuşak demir malzemeden yapılma kutup pabuçları yerleştirilmiştir. Ölçü aletinin döner kısmı alüminyum çerçeve üzerine bakır telden sarılı bobinden oluşur. Bu bobin kutup pabuçlarının orta kısmındadır. Bobinin serbest hareketi için kutup pabuçları ile arasında boşluk bulunmaktadır. Döner bobinden akım geçtiğinde Denklem (2.1.3) e göre bobine bir manyetik kuvvet etki eder. Bu kuvvet dahilinde ölçü aletinin ibresi skala üzerinde hareket eder. Ölçüm gerçekleşir. Bu ölçü aletinde hareketli kısım çok hafif ve ani değişimlere çok duyarlıdır. Duyarlılıkları hava aralığındaki manyetik indüksiyona bağlı olarak değiştirilebilmektedir. Duyarlılıklarının yüksek oluşu ve enerji kaybının az olması nedeniyle ölçme işlemlerinde sıklıkla kullanılırlar. Ancak yüksek frekanslarda deri olayı ve kutup pabuçlarının doymaya gitme olasılığından dolayı yüksek frekansta ölçme yapamazlar. 50 ila 60 Hz şebeke frekansları için tasarlanmışlardır. Skalaları doğrusaldır. Bu da ölçülen değeri okumada kullanıcıya kolaylık sağlar. Kullandığımız döner bobinli ampermetre 96*96 mm ebatında 0 10 A ölçme aralıklı Doğa Enerji firmasından alınan analog ampermetredir. 50 ila 60 Hz frekans için 23

38 tasarlanmıştır. İki adet bağlantı ucu bulunmaktadır. Doğruluk sınıfı TS 5590 standardına göre 1.5 tur. 2 kutup asenkron motorun şebekeden çektiği alçak frekanslı akımı ölçmek için kullanılmıştır. Devreye Şekil deki gibi bağlanan ampermetre 1 faza ait akımı ölçmektedir. Akım işareti Şekil de, sembolü Şekil de gösterildiği gibidir. Şekil te 150 Hz generatör deney setinde kullanılan döner bobinli ampermetre gösterilmiştir. Döner bobinli ampermetre ile ilgili daha fazla bilgiye Kaynak [5] ten ulaşılabilir. Şekil Döner bobinli ölçü aletleri için akım işareti. Şekil Döner bobinli ölçü aletlerinin sembolü. Şekil Hz generatör deney setinde kullanılan döner bobinli ampermetre. 24

39 2.6. Döner Bobinli Voltmetre Döner bobinli bir başka ölçü aleti olan voltmetre tıpkı önceki sayfada anlatılan döner bobinli ölçü aletlerinin bütün özelliklerini taşır. 50 ila 60 Hz alternatif akımda da ölçüm yapabilmektedir. Duyarlılığı fazladır. Skalası lineerdir. Enerji sarfiyatı azdır. 150 Hz generatör deney setinde kullandığımız döner bobinli voltmetre Doğa Enerji firmasından alınmıştır. 96*96 mm ebatında Vac ölçme aralığında faz faz ve faz nötr gerilimleri ölçmektedir. 50 ila 60 Hz frekans için tasarlanmıştır. Doğruluk sınıfı TS 5590 standardına göre 1.5 tur. İki adet bağlantı ucu bulunmaktadır. 2 kutup asenkron motora uygulanan faz faz veya faz nötr gerilimi ölçmek için kullanılmıştır. Devreye şekil deki gibi bağlanmaktadır. Genel kullanım amacı pano ve laboratuvar ölçme işlemleri içindir. Akım işareti Şekil de, sembolü Şekil de gösterildiği gibidir. Şekil de 150 Hz generatör deney setinde kullanılan döner bobinli voltmetre gösterilmiştir. Döner bobinli voltmetre ile ilgili daha fazla bilgiye Kaynak [5] ten ulaşılabilir. Şekil Hz generatör deney setinde kullanılan döner bobinli voltmetre. 25

40 2.7. Dijital Frekansmetre Frekansmetreler, bağlı olduğu sistemdeki gerilimin frekansını ölçmek için yapılmış ölçüm aletleridir. Analog ve dijital olmak üzere 2 tipte imal edilmektedirler. Analog ampermetreler endüstriyel uygulamalarda yerlerini yüksek doğrulukla ölçüm yapabilen dijital frekansmetrelere bırakmışlardır. Mikroişlemci ile çalışan dijital frekansmetreler endüstriyel uygulamalarda şebeke frekansının hassas bir biçimde ölçümü için tasarlanmıştır. Temel olarak tekrarlanan bir işaretin ve frekansı ölçülecek işaretin karşılaştırıcı ile karşılaştırılması yapılarak elde edilen dalga sayısı bir sayıcıya gönderilir. Bu sayıcı karşılaştırıcının verdiği işaretleri sayar ve çıkışındaki değeri göstergeye aktarır. Aktarılan değerler göstergede kullanıcının okuyabileceği şekilde şebeke frekansını gösterir. 150 Hz generatör deney setinde kullandığımız frekansmetre Doğa Enerji Firmasından alınan 0 ila 400 Hz şebeke frekansı ölçebilen, 4 haneli, 96*96 mm ebatında0.2 doğruluk sınıflı bir frekansmetredir. Frekansmetre ölçümü yapabilmesi için ek bir besleme kaynağına ihtiyaç duyar. Besleme kaynağı giriş gerilimleri Vac dir. Frekansmetre dijital olduğundan dolayı enerji sarfiyatı azdır. Giriş gerilimleri faz nötr gerilimleri olup, faz faz geriliminde frekansmetrenin beslemesi yapılamamaktadır. 150 Hz generatör deney setinde kullandığımız frekansmetre 8 kutup asenkron generatörün ürettiği yüksek frekanslı enerjinin frekansını ölçmek için kullanılmıştır. Devreye bağlantısı Şekil deki gibidir. Şekil de 150 Hz generatör deney setinde kullanılan dijital frekansmetre gösterilmiştir. Dijital frekansmetre ile ilgili detaylı bilgi için Kaynak [6] dan yararlanılabilir. 26

41 Şekil Dijital frekansmetrenin devreye bağlantısı. Şekil Hz generatör deney setinde kullanılan dijital frekansmetre Kontaktör Kontaktörler, büyük güçlü elektromanyetik şalterlerdir. Otomatik kumanda kontaktörler sayesinde yapılmaktadır. Kontaktörler, elektrik motorları, kompanzasyon, 27

42 ısıtma gibi alanlarda kullanılırlar. Kontaktörler enerji bobini, normalde açık kontaklar, normalde kapalı kontaklar ve paletten oluşur. Kontaktör bobinine gerilim uygulandığında bobin enerjilenir ve mıknatıslanır. Mıknatıslanan bobin paleti çeker, böylece normalde kapalı kontaklar açılır, normalde açık kontaklar kapanır. Bu durum bobin enerjisi kesilinceye kadar devam eder. Kontaktörler aynı anda birçok çıkışı kontrol edebilir. Kumanda ve enerji devrelerinde sıklıkla kullanılırlar. Mekanik ve elektriksel ömürleri uzundur. Enerji bobinleri alternatif akım veya doğru akım ile enerjilenebilir. 150 Hz generatör deney setindeki kontaktörler iki ayrı amaçla kullanılmaktadır. Kontaktörün kumanda devresine ilişkin normalde açık kontak, normalde kapalı kontak, enerji bobini gösterimi Şekil dedir. Şekil Kontaktörün kumanda devresine ilişkin normalde açık kontak (a), normalde kapalı kontak (b), enerji bobini (c) gösterimi. Birincisi 8 kutup asenkron generatörün ürettiği yüksek frekanslı enerjiyi zaman rölesi ve start stop butonları kumanda etmesi ile endüklenen gerilim testine geçecek transformatörün otomatik olarak teste alınıp, testten çıkarılması amacıyla anahtarlama elemanı olarak kullanılmıştır. Kontaktör bobin uçları ve normalde açık kontakları deney seti üzerinde gösterilmiştir. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan kontaktör Şekil de gösterilmiştir. Kontaktörlerin 150 Hz generatör deney setindeki diğer bir kullanım amacı ise, güç faktörü kontrol rölesinin kumanda uçlarından gelecek komuta göre, kontaktörün enerji bobinini kumanda uçlarına bağlayarak kontaklarına bağlı kondansatör gruplarının devreye alınıp, devreden çıkarılması amacıyla kullanılmıştır. Kontaktörler ile ilgili detaylı bilgi için Kaynak [7] den yararlanılabilir. 28

43 Şekil Hz generatör deney setinde kullanılan kontaktör Kondansatör Alçak gerilim güç kondansatörleri endüktif reaktif yüklerin kompanzasyonunu sağlayan devre elemanlarıdır. Kompanzasyon sistemlerinde kullanılacak kondansatörlerin açma kapamaya hem mekanik hem de elektriksel olarak dayanıklı olması gerekir. Terminallerine uygulanan gerilim ile birlikte devreye reaktif akım verirler. Çalışma gerilimleri Vac dir. Tüp veya kutu şeklinde genellikle üçgen bağlı olarak imal edilirler. Deşarj olmaları için terminalleri arasına direnç bağlanmaktadır. Kullanılmadan önce mutlaka terminaller birbiri arasında ve toprak ile deşarj olması için kısa devre edilmelidir. Böylece temas anında yaşanacak yük akışından kaçınılmış olunur. Üçgen bağlı kondansatörlerin gücünü belirlemek için Denklem (2.9.1), Denklem (2.9.2), Denklem (2.9.3) ve Denklem (2.9.4) kullanılarak kaç µf kondansatör kullanılacağı veya kaç kvar kondansatör grubu kullanılacağı belirlenir. (2.9.1) 29 (2.9.2)

44 (2.9.3) (2.9.4) 150 Hz generatör deney setinde kullandığımız kondansatör grupları 1 adet 3x4 µf, 1 adet 3x5 µf, 1 adet 3x6 µf, 1 adet 1 kvar, 2 adet 1.5 kvar, olup, 8 kutup asenkron generatörün kendi kendini uyartması için 3x4 µf, 3x5 µf ve 3x6µF kullanılmıştır. Bu kondansatör grupları 8 kutup asenkron generatörün uyartım akımını sağlarlar. Frekansın artması ile birlikte, Denklem (2.9.4) e göre kapasitif reaktansı düşecek ve ürettiği akım değeri artacaktır. 50 Hz frekansa göre tasarlanmış kondansatör grubunun gücü 150 Hz frekansta teorik olarak 1/3 oranında azalacaktır. Bununla beraber kondansatörün çekeceği akım artacak, kondansatörler gereğinden fazla zorlanacaktır. 8 kutup asenkron generatöre kondansatörlerin bağlantısı Şekil deki gibidir. Şekil de 150 Hz generatör deney setinde kullanılan kondansatör grupları gösterilmiştir. Şekil Üçgen bağlı kondansatörlerin 8 kutup asenkron generatör sargı uçlarına bağlantısı. 30

45 Şekil Hz generatör deney setinde kullanılan kondansatör grupları Optik Takometre Takometreler, dönen bir mekanik sistemin 1 dakikadaki devir sayısını ölçen cihazlardır. Takometreler tıpkı frekansmetreler gibi analog ve dijital olmak üzere iki tipte imal edilirler. Analog takometreler, yaygın olarak otomotiv sanayiinde kullanılmasına rağmen, elektrik makinelerinin kullanıldığı veya hassas ölçüm yapılmak istenen endüstriyel yerlerde dijital takometreler daha yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Elektriksel uygulamalarda kullanılan takometreler, elektriksel ve optik takometreler olmak üzere ikiye ayrılmaktadırlar. Elektriksel takometreler, devir sayısı ölçülecek makinenin devir sayısının uzaktan ölçülmesi gereken yerlerde kullanılırlar. Bu takometreler, devri ölçülecek makinenin miline doğrudan veya kayış ile akuple edilmiş küçük bir alternatif akım generatörü ile uçlarına bağlanmış bir voltmetreden oluşurlar. Alternatif akım generatörünün hızı gerilim ile orantılı olduğundan, voltmetrenin skalası devir sayısı skalası yapılarak devir ölçme işlemi gerçekleşir. Optik takometreler, makinenin döner kısmına temas etmeden, makinenin devir sayısının hassas bir biçimde ölçülmesini sağlayan aletlerdir. Çok yüksek devirler, yüksek doğruluklu bir biçimde optik takometre ile ölçülmektedir. Optik takometreler, fotosel veya 31

46 lazer ölçme başlığı, ölçüm devresi ve göstergeden oluşmaktadır. Miline reflektör bant yerleştirilmiş makinenin belli bir devir sayısında dönmesi halinde, optik takometre ölçüm başlığı mile bir ışık gönderecektir. Reflektör banttan yansıyan ışık optik alıcı tarafından alınır. Takometre içindeki sayıcıya gönderilir. Sayıcı ise bu yansımaları sayarak çıkış değerini göstergeye iletir. Gösterge bu değeri alarak kullanıcının okuyabileceği bir biçimde devir sayısını göstermiş olur. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan takometre Konstar firmasına ait DT 2236B model hafızalı optik ve temaslı dijital takometredir. Optik ölçüm lazer ile yapılmaktadır. Takometrenin alt bölümüne yerleştirilen aparat ile mil ile temaslı bir şekilde devir sayısı ölçümü yapılmaktadır. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan takometre, miline reflektör bant yapıştırılmış, milleri kaplin ile akuple edilmiş 2 kutup asenkron motor ve 8 kutup asenkron generatörün devir sayısını optik ölçüm yaparak kullanıcıya aktarılması amacıyla kullanılmaktadır. Şekil de 150 Hz generatör deney setinde kullanılan optik ve temaslı takometre gösterilmiştir. Optik takometre ile ilgili detaylı bilgiye Kaynak [8] den ulaşılabilir. Şekil Hz generatör deney setinde kullanılan optik ve temaslı takometre. 32

47 2.11. Yıldız Üçgen Paket Şalter Bir eksen etrafında dönebilen, ard arda dizilmiş, birkaç dilimden oluşan, çok konumlu şalterlere paket şalter denir. Elektrikle çalışan aygıtların kumanda edilmesinde kontaktörlere veya rölelere göre daha maliyetli olduğu yerlerde paket şalterler kullanılır. Devreye bağlanış şemaları basit ve kolay kumanda sağlamaktadırlar. Paket şalterlerin her diliminde birden fazla kontak bulunur. Kontakların açılmaları ve kapanmaları içindeki dilimler sayesinde olur. Paket şaltere ait çalışma şekli, paket şalterin kullanma kılavuzunda vardır. Şalterin kontak konumları ve nasıl bağlanacağı bilgisi bulunmaktadır. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan yıldız üçgen paket şalter Metop firmasına ait MT 031 model 16 A yıldız üçgen paket şalterdir. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan yıldız üçgen paket şalter 2 kutuplu asenkron motorun stator sargı bağlantısını değiştirerek, yol verme amaçlı kullanılmıştır. Ayrıca stator sargılarına uygulanan gerilimin, varyak ile değiştirilerek iki aşamalı yol verme işlemi ve 2 kutuplu asenkron motorun devir sayısının kontrolü de sağlanmış olur. Ayrıca 2 kutup asenkron motorun açma kapana şalteri olarak da görev yapmaktadır. Yıldız üçgen paket şalterin kontak konumları Şekil de gösterilmiştir. Şekil Yıldız üçgen paket şalter kontak konumları. 33

48 Şekil de gösterilen U, V, W uçları sırasıyla stator sargı giriş uçları olan U1, V1, W1; X, Y, Z, uçları sırasıyla stator sargı çıkış uçları olan U2, V2, W2 uçlarını göstermektedir. R, S, T, faz giriş uçlarıdır. Yıldız üçgen paket şalter 0 konumunda iken hiçbir kontak temas halinde değildir. R, S, T uçlarında enerji vardır. Yıldız üçgen paket şalter yıldız konumuna gelince 1 2, 5 6, 7 8, 11 12, kontakları kapanır. Böylece sargılar Şekil deki gibi yıldız bağlanmış olur. Yıldız üçgen paket şalter üçgen konumuna getirilince 1 2, 3 4, 5 6, 9 10, 13 14, kontakları kapanır. Böylelikle sargılar Böylece sargılar Şekil deki gibi üçgen bağlanmış olur. Şekil de 150 Hz generatör deney setinde kullanılan yıldız üçgen paket şalter gösterilmiştir. Yıldız üçgen paket şalterler ile ilgili daha detaylı bilgiye Kaynak [9] dan ulaşılabilir. Şekil Hz generatör deney setinde kullanılan yıldız üçgen paket şalter Zaman Rölesi Bobini enerjilendikten veya bobinin enerjisi kesildikten sonra kontakları durum değiştiren rölelere zaman rölesi denir. Zaman röleleri normalde açık kontak, normalde kapalı kontak, bobin ve bir zamanlayıcıdan oluşur. Çalışma şekillerine göre zaman röleleri düz röleler ve ters zaman röleler olmak üzere iki kısma ayrılırlar. 34

49 Bobini enerjilendikten sonra gecikme yapan zaman rölelerine düz veya çekme gecikmeli tip zaman rölesi denir. Düz zaman röleleri, bobini enerjilendikten belli bir süre sonra normalde kapalı kontaklarını açar, normalde açık olan kontaklarını kapatır. Bobin enerjisi kesildikten sonra kontaklar eski haline döner. Bobinin enerjisi kesildikten sonra gecikme yapan zaman rölelerine ise ters veya düşmede gecikmeli tip zaman rölesi adı verilir. Ters zaman rölesinde bobin enerjilendiği anda normalde kapalı kontağını açar, normalde açık konağını kapatır. Bobinin enerjisi kesildikten belli bir süre sonra, kontaklar eski halini alır. Zaman rölesine ilişkin normalde açık kontak, normalde kapalı kontak ve çekme gecikmeli zaman rölesi kumanda devresi gösterimi Şekil de gösterilmiştir. Şekil Zaman rölesi normalde açık kontak (a), normalde kapalı kontak (b), çekme gecikmeli zaman rölesi (c) kumanda devresi gösterimi. Uygulamada zaman röleleri motorlu, termik, termistörlü, elektronik ve programlı olarak imal edilmektedirler. Programlı ve elektronik zaman röleleri yüksek hassasiyetli, ucuz, küçük boyutlu, zaman ayarı değiştirebilme, bakıma az ihtiyaç duymaları gibi üstün özelliklerinden dolayı uygulamada sıklıkla tercih edilmektedirler. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan zaman rölesi Entes firmasına ait MCB 60 zaman rölesidir. Şekil de görülmektedir. Bu röle çekme gecikmeli tip röle olup, 4 60 saniye arası zaman ayarı yapılan, elektronik röledir. 220 Vac ve 24 Vdc besleme uçları, normalde kapalı, normalde açık kontaktan oluşur. Zaman rölesi 150 Hz generatör deney setinde, endüklenen gerilim testine tutulan transformatörün otomatik olarak 40 saniye boyunca teste alınıp, testten çıkarılması amacıyla kullanılmıştır. Zaman röleleri ile ilgili 35

50 detaylı bilgiye Kaynak [10] dan ulaşılabilir. MCB 60 zaman rölesi ile ilgili detaylı bilgi EK 4. tedir. Şekil Hz generatör deney setinde kullanılan elektronik zaman rölesi Start Stop Butonu Otomatik kumanda devrelerinde, devrenin başlatma ve durdurma amacı ile çift yollu butonlar kullanılmaktadır. Butonun üzerine baskı uygulanınca kontaklar konum değiştirirler. Üzerindeki baskı kalkınca eski konumunu alırlar. Start butonu ani temaslı, normalde açık kontaktan oluşan butondur. Butona basıldığında kontaklar kapanır, devre enerjilenir. Buton üzerindeki baskı kalkınca, kapanan kontak açılır. Kontaklar başlangıç konumunu alır. 36

51 Stop butonu ani temaslı, normalde kapalı kontaktan oluşan butondur. Butona basıldığı anda, kontaklar açılıp, devrenin enerjisi kesilir. Buton üzerindeki baskı kalktığında, açılan kontaklar kapanır. Şekil de start stop butonunun kumanda devresine ilişkin gösterimi verilmiştir. Şekil Start butonu (a), stop butonu (b) kumanda devresi gösterimi. Uygulamada start stop butonları kumanda devrelerinde kullanılmaktadırlar. Kumanda devresini enerjilendirerek, kumanda devresinin kontrol ettiği güç devresindeki elemanların, kumanda devresine uygun bir şekilde çalışmasını sağlamak ve kumanda devresini enerjisini istenilen zamanda keserek çalışmasını durdurmak amaçlı start stop butonları kullanılmaktadırlar. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan start stop butonları, endüklenen gerilim testine giren transformatörün, endüklenen gerilim testini başlatma ve durdurma amacıyla kullanılmıştır. Şekil de 150 Hz generatör deney setinde kullanılan start stop butonu gösterilmiştir. Şekil Hz generatör deney setinde kullanılan start stop butonu. 37

52 2.14.Varyak Ototransformatörler, standart transformatörler gibi iki sargılı değildirler. Ototransformatörler, bir sargılı olup, bu sargının orta ucu dışarı çıkartılmıştır. Bir fazlı veya üç fazlı olarak imal edilirler. Genellikle düşük güçlü sistemlerde ayarlı gerilim kaynağı olarak görev almaktadırlar. Ototransformatörler yalnızca üç fazlı asenkron motorlara yol vermek için değil, ayrıca üç fazlı sistemlerde nötr oluşturma, küçük motorların hız kontrolü, gerilimin yükseltilmesi ve alçaltılması amacıyla da kullanılmaktadırlar. Ototransformatörün sargısından çıkan orta uç fırçalar üzerinden sargı boyunca hareket ettirilirse sargı boyunca sıfırdan sargı anma gerilimine kadar değişken, sabit frekanslı bir gerilim elde edilir. Sargı geriliminin yüzde kaç oranında ayarlandığı bir skala üzerinde fırçaya bağlı bir buton ile kullanıcı hangi gerilimde çalıştığını hesaplayabilir. Ayrıca ototransformatöre konuşacak ampermetre, voltmetre gibi ölçü aletleri ve faz faz arası veya faz nötr arası ölçümler yapılabilmektedir. 150 Hz generatör deney setinde kullandığımız varyak Varsan firmasına ait Vac çıkış gerilim aralığına sahip, 0 22 A 3 fazlı varyaktır. Varyak 3 adet faz, 1 adet nötr, 1 adet toprak girişi olmak üzere 5 adet giriş ucu, 1 adet voltmetre, 1 adet faz faz ve faz nötr voltmetre seçim paket şalteri, 3 adet ampermetre, 3 adet faz çıkış ucu, 1 adet gerilim ayar skalası, 1 adet gerilim ayar butonu, 3 adet sigorta, 3 adet enerji lambası, 3 adet silindirik sargı, 3 adet fırça, fırçaların sargılar boyunca hareket ettiği butona bağlı mil ve dış kasadan oluşmaktadır. Varyak üzerindeki voltmetreden, paket şalter konumunu değiştirerek faz faz arası ve faz nötr arası gerilim okunmaktadır. Varyak üzerindeki ampermetreden faz akımları okunmaktadır. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan varyak, 2 kutuplu asenkron motorun sargılarına uygulanan gerilimi artırarak, hem asenkron motora yol verilmesi hem de asenkron motorun devir sayısının değiştirilmesi amacıyla kullanılmaktadır. Şekil de 150 Hz generatör deney setinde kullanılan varyak gösterilmiştir. Ototransformatörler ile ilgili detaylı bilgiye Kaynak [11] den ulaşılabilir. 38

53 Şekil Hz generatör deney setinde kullanılan varyak Güç Faktörü Kontrol Rölesi Güç faktörü kontrol röleleri, kondansatörler ile yapılan reaktif güç kompanzasyonunda, çeşitli yük durumları için, gerekli kondansatör grubunu devreye alarak, istenen güç katsayısının elde edilmesi için kullanılan rölelerdir. Güç faktörü kontrol rölesi kullanıcıya ekranından sisteme ait güç katsayısı, aktif gücü, reaktif gücü, görünür 39

54 gücü, güç katsayısı, sıcaklığı, toplam harmonik gerilim bozulması hakkında bilgi verir. Devreye faz faz ve faz nötr beslemeli olarak bağlanabilmektedir. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan güç faktörü kontrol rölesi Merlin Gerin firmasına ait NR6 güç faktörü kontrol rölesidir. Şekil de gösterilmiştir. Güç faktörü kontrol rölesinin besleme bağlantısı, akım ölçüm bağlantısı, kontaktör ve kapasitör grupları bağlantısı, fan ve alarm devreleri bağlantısı Kaynak [12] deki yönergelerde anlatıldığı gibi yapılmalıdır. Ardından, seçim tuşları ile Kaynak [12] deki yönergeler kullanılarak dil, akım trafosu, güç katsayısı, çalışma gerilimi girilerek reaktif güç rölesinin baz alacağı değerler belirlenmiş olur. Akım trafosu oranı 5 ile 120 arasında değişmektedir. Ölçüm ve besleme gerilimi kademeleri Vac, Vac, Vac olarak verilmiştir. Güç faktörü kontrol rölesi çıkışları 120 Vac / 5 A, 250 Vac / 2 A, 400 Vac / 1 A, 110 Vdc / 0.3A, 60 Vdc / 0.6 A, 24 Vdc / 2 A dir. Çalışma frekans aralığı Hz, Hz dir. Akım ölçümü 0 5 A arası gerçekleşmektedir. 6 kademelidir. Güç katsayısı aralığı 0.8 endüktif ile 0.9 kapasitif arasında 0.01 kademeli olarak ayarlanabilmektedir. Şekil Hz generatör deney setinde kullanılan güç faktörü kontrol rölesi. 40

55 Belleğine girilen değerlere göre reaktif güç kontrol rölesi istenen güç katsayısını elde edebilmek için kondansatör gruplarına ait kontaktörlerin bobinlerini enerjilendirir. Bu kademelere ait kondansatör/kademe oranı otomatik olarak reaktif güç rölesi tarafından yapıldığı gibi manuel olarak da yapılabilir. Manuel kondansatör/kademe oranı Kaynak [12] deki bilgilere göre yapılır. 6 kademe için değişik tipte kademe ayarları vardır. Bunlardan en basit olanı dir kademesinde reaktif güç kontrol rölesi sabit basamak halinde kondansatör gruplarını devreye alır. İstenen güç katsayısını yakalamak için ilk olarak 1. kademe devreye alınır. 1. kademe devrede iken istenen güç katsayısı yakalanması için kondansatör grubu devreye alınması gerekiyorsa, 1.ve 2. kademe devreye alınır. 1. ve 2. kademe devrede iken istenen güç katsayısı yakalanması için kondansatör grubu devreye alınması gerekiyorsa, 1., 2. ve 3. kademe devreye alınır. 1., 2. ve 3. kademe devrede iken istenen güç katsayısı yakalanması için kondansatör grubu devreye alınması gerekiyorsa, 1., 2., 3. ve 4. kademe devreye alınır. İstenen güç katsayısı elde edilene kadar reaktif güç kontrol rölesi kondansatör gruplarını kademeye alınmaya devam eder. Tam tersi durumda ise reaktif güç kontrol rölesi istenen güç katsayısının elde edilmesi için kondansatörleri kademeli olarak devreden alır. Daha fazla ayrıntılı kademe grubu bilgisi için Kaynak [12] ye bakınız. Reaktif güç kontrol rölesi güç katsayısı, gerilim, sıcaklık, frekans, akım, toplam harmonik gerilim bozulması, bağlantı, kademe hataları ile ilgili kullanıcıya görsel, sesli veya ışıklı ikaz verecek şekilde tasarlanmıştır. Reaktif güç rölesi hata kodları, programlama, parametre girme, bağlantı şekilleri için Kaynak [12] ye bakınız. 150 Hz generatör deney setindeki reaktif güç kontrol rölesi varyakın çektiği endüktif akımın kompanzasyon yolu ile şebeke tarafından çekilen akımın küçük tutulması, şebekeden çekilen akımın etkin bir biçimde kullanılması amacıyla devreye alınmıştır. Kademelerine bağlı kondansatörler ile otomatik olarak giriş akımı istenen güç katsayısı altında çekilir. Ayrıca varyak ve 2 kutuplu asenkron motorun çektiği akımı, çalışma gerilimi, aktif gücü, reaktif gücü, görünür gücü, toplam harmonik gerilim bozulması, çalışma frekansı, ortam sıcaklığı hakkında kullanıcıyı bilgilendirmektedir Bağlantı Elemanları Bağlantı elemanları elektriksel devrelerin, ilgili oldukları devreyi tamamlaması için kullanılan iletken elemanlardır. Bu elemanlar kablo, lehim, iletken tel, pabuç ve çeşitli 41

56 şekilde yapılandırılmış fişlerden oluşmaktadır. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan bağlantı elemanları; banan jak, banan fiş, kablo, pabuç ve klemenstir. Kablolar, 150 Hz generatör deney setinde temel elektriksel bağlantı elemanı olup, lehim yolu ile banan jakların arka uçlarına bağlanarak, röle, ölçü aletleri ve klemenslere iletken kısmı doğrudan sıkıştırılarak, banan fişlere lehim ile bağlanarak elektriksel bağlantıların yapılması için kullanılmıştır. Kullanılan kablolar 2.5 mm 2 ve 1.5 mm 2 kesitli bakır iletkenli kablolardır. Banan jak, klemens, röle, ölçü aleti gibi bağlantılar, 150 Hz generatör deney setinin arka kısmından yapılmıştır. Banan fiş kablo bağlantısı yapılan kablolar ise 150 Hz generatör deney setinin ön kısmında kullanıcı tarafından belirtilen kısımlara bağlantıları yapılarak deney setinin çalışması için gerekli koşullar sağlanacaktır. Klemensler, 150 Hz generatör deney setinde ara bağlantı elemanları olup, dışı yalıtkan, iki bağlantı ucu bulunan, bağlantı ucundaki iletkenler vida ile sıkıştırılarak elektriksel bağlantıyı sağlayan elemanlardır. Klemensler basit olarak iki iletken arasında elektriksel bağlantıyı güvenle sağlar.150 Hz generatör deney setinde kullanılan klemensler, kablo iletkenlerinin lehim ile güvenli olarak bağlantısının sağlanamadığı yerlerde, iki iletkenin birbiriyle bağlantısının klemens haricinde mümkün olmadığı yerlerde kullanılmaktadır. Böylece gereken elektriksel bağlantılar güvenli bir biçimde yapılmaktadır. Banan fişler özel bağlantı elemanlarıdır. Deney setlerinde bağlantı ucu olarak sıklıkla kullanılmaktadırlar. Plastik dış izolasyon elemanı ve izolasyon elemanı içinde iletken kısmı bulunmaktadır. Deney setlerindeki panolarda, panonun arka kısmından sıkışması için somuna benzer bir sıkıştırma elemanı bulunur. Banan fişin arka kısmında elektriksel bağlantıyı yapacak elemanlar bulunur. Bunlar, cıvata üzerine somun ile sıkıştırılır. Bağlantı lehim ile yapılır. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan banan fişler, deney setinde gerekli olan panoda kullanıcının yapacağı görsel bağlantılar için yerleştirilmiştir. Banan fişlerin girmesi ve panonun arkasından bağlantıların yapılması için kullanılmıştır. Ara bağlantı elemanlarıdır. Banan fişlerin arka kısmından yapılan bağlantılar, kablolar ile ölçü aletlerine, motor terminal uçlarına, rölelere, kontaktöre, start stop butonuna, yıldız üçgen paket şaltere gitmektedir. Banan jaklar bir diğer özel bağlantı elemanlarıdır. Deney setlerinde bağlantı elemanı olarak kullanılmaktadırlar. Dışı izole ucu iletken ara bağlantı elemanıdır. İki ucu arasında kablo ile elektriksel iletim sağlanmaktadır. Kablo iletkeni lehim ile banan fişe bağlanır. İzole eleman banan fişe geçirilir. İki ucu veya bir ucu bağlandıktan sonra kullanıma hazır 42

57 hale gelir. Banan fişler deney setlerinde uyumlu banan jaklar ile kullanılarak elektriksel bağlantıyı sağlarlar. Banan fişlerin izole elemanının üzerinde bulunan delik içine bir başka banan fiş takılarak paralel bağlantı yapılmaktadır. 150 Hz generatör deney setindeki banan jaklar, kablolar ile bağlantıları yapılarak, deney setinde kullanıcının yapması gereken elektriksel bağlantılar için kullanılmıştır. Pabuçlar, ortası delikli veya deliksiz yassı iletken elemanlardır. Yassı ucu iletken, dışı izole eleman ile kaplanmış şekildedir. Pabuçlar, klemens, röle, kontaktör, motor terminal uçları, kondansatör uçları gibi yerlere bağlantı yapmak için kullanılmaktadırlar. Uçları yassı olduğundan, birden çok pabuç ile bağlantı yapılabilir. Aynı bağlantı kablo iletkeni ile yapıldığı zaman bağlantı daha çok yer kaplar. Pabuç ile kablo bağlantısı kablonun iletken kısmının pabucun içine sokulup, sıkıştırılması ile yapılır. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan pabuçlar, kondansatör uçlarının birbirleri ile bağlanması ve motor terminallerine deney setinden gelen kabloların bağlantısının sağlanması için kullanılmıştır. Böylece kablo ile güvenli bir biçimde yapılamayan bağlantı pabuçlar ile sağlanmıştır. 43

58

59 HZ GENERATÖR DENEY SETİ MEKANİK TASARIMI 150 Hz generatör deney seti mekanik tasarımında kullanılan malzemeler; pano, somun, cıvata, pul, işkence, motor kaidesi ve kaplindir. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan pano maliyetler ve taşınabilirlik göz önüne alındığında demir yerine mdf den yapılması uygun görülmüş, yerel marangozlarda pano imal edilmiştir. Motor kaidesi maliyetler, taşınabilirlik, gürültü seviyesi göz önüne alınarak demir kaide yerine mdf den yapılması kararlaştırılmış, yerel marangozlarda yapılmıştır. Somun, pul ve cıvatalar motor kaidesi ve motorların ayakları arasındaki mesafeler ve mekanik dayanım göz önüne alınarak demirden alınması kararlaştırılmış, yerel makine malzemeleri satan dükkanlardan temin edilmiştir. İşkence maliyetler ve mekanik dayanım göz önünde bulundurularak demirden alınması uygun görülmüş, yerel makine malzemeleri satan dükkanlardan alınmıştır. Kaplin ise mekanik dayanım, maliyetler göz önüne alınarak çok dişli kaplin yerine, az dişli arasında lastik darbe emici bulunan kaplin tercih edilmiştir. Kaplin, yerel makine malzemeleri satan dükkanlardan temin edilmiştir. Kaplinin motor millerine bağlantısı maliyetler göz önüne alındığında yerel tornacılarda yaptırılmıştır. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan mekanik malzemelerin tümü yurtiçi ve yerel piyasadan rahatlıkla temin edilmiştir. 150 Hz generatör deney setinde kullanım amaçları ve tasarımları ayrıntılı bir biçimde alt başlıklarda incelenmiştir Pano Panolar elektriksel sistemlerde ölçü, kumanda, bağlantı, ikaz elemanlarını bulunduran, sistemin çalışması hakkında genel bilgi veren bölümdür. Panolar elektriksel sistemlerin vazgeçilmez elemanlarındandır. Endüstriyel, evsel ve deneysel alanlarda kullanılmaktadırlar. Deneysel uygulamalarda deneyde ele alınan sisteme ilişkin, ölçme aletlerini, açma kapama elemanlarını, kumanda elemanlarını, bağlantı elemanlarını bulundurarak deneyin amacına yönelik eylemlerin gerçekleştirildiği, bağlantılarının yapıldığı bölümdür. Deneyde kullanıcıya ayrıca görsel olarak sisteme ilişkin bilgiler vermektedir. Böylelikle deneyi anlaşılması kolay bir hale getirmektedir. 45

60 150 Hz generatör deney setinde kullanılan pano 500 mm uzunluğunda, 1050 mm boyunda, 0.8 mm genişliğinde mdf sunta kullanılarak yapılmıştır.150 Hz generatör deney seti panosunun eğimli durması için iki yanına suntadan destek yapılmıştır. Böylelikle ölçü aletlerinin okunması, pano üzerindeki şekillerin ve bağlantı uçlarının görülmesi kolaylaşmıştır. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan pano üzerinde döner demirli ampermetre, döner demirli voltmetre, döner bobinli voltmetre, döner bobinli ampermetre, yıldız üçgen şalter, güç faktörü kontrol rölesi, dijital frekansmetre, start stop butonu, zaman rölesi, banan fişler, bağlantı kabloları ve kontaktör bulunmaktadır. Ölçü aletleri panoya 94*94 mm genişlikli, güç faktörü kontrol rölesi 140*140 mm genişlikli, zaman rölesi 19*45 mm genişlikli açıklıklardan konulmuş, start stop butonu ve yıldız üçgen şalter panoya matkap ile delinerek konulmuştur. Panoya ayrıca banan fişler için matkap ile delik açılmış ve bu deliklere banan fişler konulmuştur. Ölçü aletleri plastik sıkıştırıcıları ölçü aletinin üzerinde bulunan cıvataya geçirilip, somun ile sıkıştırılarak panoya sabitlenmiştir. Güç faktörü kontrol rölesi ve kontaktör üzerinde bulunan plastik yaylı sıkıştırma elemanı ile panoya montajı yapılmıştır. Panonun yan kısmına eklenen metal kısım ile kontaktörün panoya mekanik bağlantısı yapılmıştır. Banan fişler, arkasındaki somun ile panoya sabitlenmiştir. Panoda kullanılan elemanların banan fişler ve bağlantı uçları arasındaki bağlantılar panonun arka kısmından yapılmıştır. Panonun üzerinde ayrıca deney setinin adı, deney setine ilişkin şematik gösterim, bağlantı uçlarının isimleri, ölçü ve kumanda aletlerinin isimleri, deney setini tasarlayanların isimleri yazılmıştır. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan pano ile deneyin durumu gözlemlenmektedir. Ayrıca deneye ilişkin ölçümler yapılmakta, 150 Hz generatörün ürettiği yüksek frekanslı enerji gözlemlenmektedir. Panonun önden görünüşü Şekil de panonun arkadan görünüşü Şekil de gösterilmiştir. Panonun görsel bağlantılı hali EK 2. de, bağlantısız hali EK 3. te verilmiştir. 46

61 Şekil Hz generatör deney seti panosunun önden görünüşü. Şekil Hz generatör deney seti panosunun arkadan görünüşü. 47

62 3.2.Kaplin Kaplin, dönen bir mekanik sistemin milinin, diğer bir dönen mekanik sistemin miline mekanik bağlantısını sağlayan elemandır. İki döner mekanik sistem kayış kasnak ile, redüktör ile, kavramalı sistemler ile, kaynak ile bağlanabilir. Kayış kasnak, redüktör, kavramalı sistemlerle yapılan mekanik bağlantılarda güç, moment, sürtünme ve devir sayısı kayıpları vardır. Kaynak ile yapılan mekanik bağlantılar kaynağın dayanıklılığına bağlıdır ve ani yük değişimlerinde kaynak, mekanik olarak dayanmayabilir. Bu gibi durumların istenmediği yerlerde kaplinler tercih edilir. Kaplinler milleri doğrudan mekanik olarak bağlar. Dolayısıyla bir mekanik sistemdeki moment, devir sayısı, güç kayıp olmadan diğer bir mekanik sisteme aktarılır. Ayrıca kaplinler millerde oluşabilecek ani yük değişimlerine dayanıklıdırlar. Şekil Hz generatör deney setinde kullanılan lastikli kaplin. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan kaplin, az diş sayılı, arası lastikli kaplindir. Kaplinin az diş sayısına sahip olması ve arasında lastik bulunması ile kaplin ile lastik arası boşluklu akuple yapılma kolaylığı sağlar. Ayrıca lastik iki kaplin arası darbe emici görev yapmaktadır. 2 kutuplu asenkron motordan veya 8 kutuplu asenkron generatörden gelmesi 48

63 muhtemel ani yük değişimlerinde lastik kaplinler arası ani yük değişimini izin verdiği ölçüde emerek diğer kapline aktarır. Kaplin üzerine reflektör bant yapıştırılmıştır. Reflektör bank üzerine gelen ışığı yansıtarak, takometrenin optik algılama yapmasını sağlar. Böylece optik takometrenin devir sayısı ölçümü gerçekleştirilir. Optik ve değmeli takometre 2 kutuplu asenkron motorun kaplinine bağlı reflektör bant ile 2 kutuplu asenkron motorun milinin devir sayısını ölçer. Şekil de 150 Hz generatör deney setinde kullanılan kaplin gösterilmiştir Motor Kaidesi Motor kaidesi, motorların zemin ile temasını kesen, motor ayaklarının bağlantı elemanları ile bağlandığı elemandır. Motor kaidesi altında zemin ile irtibatını sağlayacak ayaklar ile motorların ayaklarına uygun, motorları mekanik olarak bağlamak için delinmiş deliklerden oluşur. Motor kaidesi ayaklı, ayaksız veya masa tipi olabilir. Motor kaidesine konan ve milleri akuple edilecek motorların mil boyları aynı olmayabilir. Bu nedenle motorların millerini aynı seviyeye getirmek gerekir. Motorların millerini aynı seviyeye getirmek için motor kaidesine ek olarak bir küçük kaide motor ayakları ile bağlanacak şekilde konmalıdır. Böylece motor millerini aynı seviyeye getirmek mümkün olacaktır. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan motor kaidesi 20 mm kalınlığında, 3 uzun ayaklı, 2 kutuplu asenkron motor ve 8 kutuplu asenkron generatörün mekanik olarak bağlanacağı ayaklara ait delikleri bulundurmaktadır. 316*660 mm ebatındadır. Ek kaide ile 2 kutup asenkron motor ile 8 kutup asenkron generatörün milleri dengeye getirilmiştir. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan kaide üzerindeki motorlar ile beraber Şekil de gösterilmiştir. 49

64 Şekil Hz generatör deney setinde kullanılan motorlar ve motor kaidesi İşkence İşkence, birden çok mekanik elemanın basit olarak sıkıştırılması gereken yerlerde kullanılan, biri sabit, diğeri oynar eklemden oluşan, sabit kısmın yüzeye temas eden yeri sabit, oynar eklemin yüzeye temas eden kısmı oynar ve sıkıştırma işlemi oynar kısımdaki döner sapın döndürülmesi ile yapılan mekanik elemandır. İşkence kullanılış bakımından taşınabilir bir mengeneye benzetilebilir. Makine, demir doğrama, ferforje, ağaç işleri, tekne imalatı alanında sıkıştırma elemanı olarak sıklıkla kullanılmaktadır. 150 Hz generatör deney setinde 2 adet işkence kullanılmıştır. Bu işkenceler 2 kutuplu asenkron motorun yüksek devirlerde çalışması sonucunda, oluşturduğu titreşim sebebiyle motor kaidesinin hareket etmesini önlemek, kaideyi sabitlemek ve motorların oluşturduğu gürültüyü azaltmak için kullanılmıştır. Şekil de 150 Hz generatör deney setinde işkence ile tutturulmuş motor kaidesi ve üzerindeki motorlar görülmektedir. 2 adet işkence Şekil deki gibi bağlanarak motor kaidesi ile masayı sıkıştırmıştır. 50

65 Şekil Hz generatör deney setindeki motorlar ve motor kaidesinin işkenceler ile deney masasına sabitlenmesi Mekanik Bağlantı Elemanları Mekanik bağlantı elemanları çok çeşitli olup, bu kısımda cıvatalar, pullar ve somunlar ele alınacaktır. Cıvata, pul ve somun mekanik sıkıştırma işlemlerinin vazgeçilmez elemanlarıdır. Döner veya duran mekanik parçaların sıkıştırılmasında çeşitli kombinasyonları kullanılmaktadırlar. Cıvata, üzeri altıgen biçimli, altı yuvarlak, tamamı veya belli bir kısmı kılavuzlanmış, bağlantı elemanıdır. Cıvatalar ingiliz anahtarı ile sıkılır veya gevşetilirler. Cıvatalar tek başına veya somunlar ile mekanik bağlantıları yapılır. Cıvataların tek başına bağlanabilmesi için cıvataya uygun kılavuzlanmış bir bağlantı deliği olmalıdır. Cıvataların üzerinde boylarını belirten metrik olarak adlandırılan sayılar bulunur. Makine, endüstri, elektrik, hidrolik, otomotiv gibi sayısız uygulama alanda kullanılmaktadırlar. Somun, dışı altıgen biçimli içi kılavuzlanmış bağlantı elemanıdır. Somunlar tıpkı cıvatalar gibi ingiliz anahtarı ile sıkılır veya gevşetilirler. Somunlar tek başına sıkıştırma elemanı olmayıp, mutlaka bir cıvata ile kullanılmaktadırlar. Tıpkı cıvatalar gibi somunlar 51

66 da çok geniş bir kullanım alanına sahiptirler. Somunlar cıvatalara doğrudan bağlantı yapıldığı gibi ara elemanlar kullanılarak da bağlantı yapılabilirler. Pul, ortası delik, kılavuzlanmamış, yassı ve geniş ara bağlantı elemanıdır. Somun ve cıvataların sıkma kuvvetini geniş yüzeye yaymak için kullanılırlar. Böylece yüzey deformasyonu engellenir. Pulun bir kısmı veya iki kısmı yassı olabilir. Pullar cıvata ve somunlar gibi geniş uygulama alanına sahiptirler. Pulların somun ve cıvata ile bağlantı şekli somun pul yüzey yüzey pul cıvata şeklindedir. Pulun yassı yüzeyi mutlaka yüzeye temas etmelidir. 150 Hz generatör deney setinde kullanılan somun, pul ve cıvatalar, motor ayakları ile motor kaidesinin sıkıştırılması amacı ile kullanılmıştır. 2 kutuplu asenkron motorun cıvataları uzun ve belli bir kısmı kılavuzludur. 8 kutuplu asenkron generatörün cıvataları kısa, ağzı 2 kutuplu asenkron motorun cıvata ağzına göre daha geniş ve tümü kılavuzludur. 2 kutuplu asenkron motorun somunları lastikli olup, cıvatayı daha iyi kavrayıp, daha kuvvetli bir sıkma işlemi gerçekleştirilmesi için kullanılmıştır. 8 kutuplu asenkron generatörde mil dengeleme kaidesi bulunmadığından dolayı lastikli somun yerine lastiksiz somun kullanılmıştır. 2 kutuplu asenkron motorda kullanılan pullar, geniş ve dar olmak üzere iki çeşittir. Dar pullar motor ayağı ile somun arasında, geniş pullar ise cıvata ile motor kaidesi arasında kullanılmıştır. 8 kutuplu asenkron generatörün pulları 2 kutuplu asenkron motorun pullarına göre daha geniştir. 52

67 HZ GENERATÖR DENEY SETİ DENEYSEL ÇALIŞMALAR 150 Hz generatör deney seti, yüksek frekansta enerji üretme, endüklenen gerilim testi yapma, asenkron generatörün kondansatörler ile kendi kendinin uyartımının inceleme, devir sayısı frekans karakteristiğinin inceleme amaçları ile tasarlanmış bir deney setidir. 150 Hz generatör deney seti, asenkron generatörün ürettiği yüksek frekansta üretilen gerilimin, üretilen akımın, üretilen frekansın ölçümünü sağlayan ölçü aletlerinden oluşmaktadır. 2 kutuplu asenkron motorun stator sargılarına uygulanan gerilimi, çektiği akımı, ölçen ölçü aletleri panoda, deneyi yapan kişilerin kullanımına sunulmuştur. Ayrıca, yıldız üçgen paket şalteri ile 2 kutuplu asenkron motora yol verme işlemi yapılmaktadır. Zaman rölesi, start stop butonu ve kontaktörün otomatik kumanda edilmesi ile, asenkron generatörün ürettiği 150 Hz frekanslı enerji, endüklenen gerilim testine tutulacak transformatöre otomatik olarak, 40 saniye boyunca enerji verilir. 40 saniye sonunda kontaktör zaman rölesinin kontak değiştirmesi sonucu otomatik olarak transformatöre uygulanan enerjiyi keser. 150 Hz generatör deney setinin elektriksel yapısı, yapılan deneysel çalışmalar alt başlıklarda ayrıntılı bir biçimde incelenmiş, deney setinin kullanımına ilişki kullanıcıya bilgiler verilmiştir. 150 Hz generatör deney setinin montajı ve elektriksel bağlantılarının tamamlanmasından sonra asenkron motor asenkron generatör çiftinin testi ve deneylerine geçilmiştir. Deneylerde elde edilen veriler sonucunda hesaplanan değerler bu başlık altındaki alt başlıklarda incelenmiştir Kutup Asenkron Motor Elektriksel Bağlantıları 150 Hz generatör deney setinin ana elemanlarından biri 2 kutuplu asenkron motordur. Kaplinine bağlı asenkron generatöre, ihtiyaç duyduğu mekanik gücü, istenen devir sayısı altında iletmektedir. 2 kutup asenkron motorun, 150 Hz generatör deney setinde bağlantıları kademe kademe yapılmaktadır. 2 kutup asenkron motor ve panonun enerji girişi için gerekli elektriksel bağlantı bu kısımda incelenmiştir. 150 Hz generatör deney setine tüm bağlantıları kontrol edilmeden asla enerji verilmemelidir. 53

68 İlk olarak 150 Hz generatör deney seti panosunun enerji ve nötr uçları kaynağa bağlanır. Kaynağa bağlanan bu uçlar pano arkasından bağlantıları yapılarak, kumanda devresi, frekansmetre ve güç faktörü kontrol rölesine enerji sağlamaktadır. Güç faktörü kontrol rölesinin gerilim ve akım uçlarına bağlantıları yapılmıştır. Enerji uçları EK 2. de görüldüğü gibi R, S, T, uçlarına arkadan bağlıdır. R fazından çıkan uç ile döner bobinli ampermetrenin girişine bağlantı yapılır. Ampermetrenin çıkış ucundan, varyakın R giriş ucuna bağlantı yapılır. S ve T fazları ve nötr uçları ise, sırasıyla varyakın giriş uçları olan S, T, nötr uçlarına bağlanmaktadır. Enerji giriş uçları ile varyak giriş uçlarının ikisinin de isimlerinin R, S, T olmasından dolayı bağlantı yapılırken dikkat edilmelidir. Kullanılan döner bobinli ampermetre, güç faktörü kontrol rölesinin akım uçlarından geçen akımı kontrol etme amaçlı olup, 5 A ve üzeri akımlar görüldüğü takdirde devrenin beslemesi kesilerek, güç faktörü kontrol rölesinin korunması amaçlanmıştır. Varyak çıkış uçları U, V, W dur. V ve W çıkış uçları doğrudan, yıldız üçgen paket şalter giriş uçları olan Y2 ve Y3 uçlarına bağlanmaktadır. U çıkış ucu dijital ölçü aleti olan avometrenin, akım giriş ucuna bağlanır. Avometre akım çıkış ucu, yıldız üçgen paket şalter giriş ucu olan Y1 ucuna bağlanmaktadır. Avometrenin ampermetre olarak kullanılması ile motorun çektiği akım gözlemlenmektedir. Motorun çektiği akımın izin verilebilir en son değeri, anma akım değerinin 1.2 katıdır. Bu nedenle anma akımının 1.2 katı ve üstü akım değerlerinde motor kısa süreli çalıştırılmalı, aksi halde stator sargılarının ısınması, hatta sargıların izolasyonun yanması, en kötüsü ise sargıların yanması söz konusu olacaktır. Bu sebeple dijital ampermetre olarak kullanılan avometre ile ölçülen akım değeri gözlemlenerek, sınır akım değerine kadar varyak gerilim ayarı yapılmaktadır. Döner bobinli voltmetrenin uçları ise Y1, Y2, Y3 yıldız üçgen paket şalter giriş uçlarının herhangi ikisine veya giriş uçları ile nötr arasına paralel bağlanarak varyak çıkış faz faz veya faz nötr gerilimlerini ölçmektedir. Yıldız üçgen paket şaltere ait uçlar Şekil de gösterilmiştir. Şekil de gösterildiği üzere U, V, W uçları sırasıyla stator sargı giriş uçları olan U1, V1, W1 u göstermektedir. X, Y, Z, uçları sırasıyla stator sargı çıkış uçları olan U2, V2, W2 uçlarını göstermektedir. R, S, T, faz giriş uçlarıdır. Panoda Y1, Y2, Y3 uçları sırasıyla, yıldız üçgen paket şalterin faz giriş uçları olan R, S, T uçlarına denk gelmektedir. Şekil e göre pano arkasından bağlantıları yapılmıştır. Yıldız üçgen paket şalter motor sargı bağlantıları sökülmüşse, sargıların bağlantıları Şekil e göre yapılır. Mutlaka motora enerji verilmeden önce bağlantılar deney sorumlusuna gösterilmelidir. 54

69 Böylelikle gerekli bağlantılar yapılıp, deney sorumlularınca kontrol edildikten sonra, 2 kutup asenkron motor çalışmaya hazır hale gelmiştir. Devreye enerji verilmesinde hiçbir sakınca yoktur. 150 Hz generatör deney seti 2 kutuplu asenkron motora ait elektriksel devre Şekil de gösterilmiştir. EK 2. ve EK 3. de sırasıyla panonun bağlantılı ve bağlantısız durumları vardır. Bu kısımlara bakılarak devre bağlantıları ve uçları görsel olarak daha iyi anlaşılmaktadır. Şekil Hz generatör deney seti 2 kutuplu asenkron motor elekriksel bağlantıları Kutup Asenkron Generatör Elektriksel Bağlantıları 150 Hz generatör deney seti diğer bir ana elemanı 8 kutuplu asenkron generatördür. Milleri kaplin ile bağlı 2 kutuplu asenkron motorun, belli devir sayısında verdiği mekanik güç ve stator sargılarına paralel bağlı kondansatör grupları ile kendi kendini uyartımını sağlayarak 8 kutuplu asenkron generatör enerji üretir. 8 kutup asenkron generatörün elektriksel bağlantıları da tıpkı 2 kutuplu asenkron motor elektriksel bağlantıları gibi kademe kademe yapılmalıdır. 8 kutup asenkron generatörün ürettiği yüksek frekanslı enerjinin ölçümü ve iletimi için gerekli elektriksel bağlantı bu kısımda incelenmiştir. 8 kutup asenkron generatörün elektriksel bağlantıları yapılırken ilk olarak, 8 kutup asenkron generatörün klemens kutusundaki sargı uçları U1 W2, V1 U2, W1 V2 şeklinde, Şekil deki gibi bağlanarak sargıların üçgen bağlantısı yapılır. 8 kutup asenkron generatörün sargı giriş uçları olan U1, V1, W1 uçlarına üçgen bağlı kondansatör grubu Şekil deki paralel bağlanır. 8 kutup asenkron generatör sargı uçları U1, V1, W1, 150 Hz generatör deney seti panosunda sırasıyla S1, S2 ve S3 uçlarına arkadan 55

70 bağlantısı yapılmıştır. Stator sargı uçları ve kondansatörlerin bağlantısı gerçekleştirildikten sonra döner demirli voltmetre S1, S2 ve S3 uçlarından herhangi ikisine paralel bağlanır. Böylelikle 8 kutup asenkron generatörün ürettiği yüksek frekanslı faz faz gerilimi ölçümü yapılır. Dijital frekansmetrenin besleme için ihtiyaç duyduğu gerilim, panonun arka kısmındaki bağlantılar ile sağlanır. Dijital frekansmetrenin ölçüm uçları S1, S2 veya S3 uçları ile nötr ucu arasına bağlanmaktadır. Endüklenen gerilim testi yapıldığı takdirde bu bağlantılara ek olarak S1 ucu ile döner demirli ampermetre giriş ucu bağlantısı yapılır. Döner demirli ampermetre çıkış ucundan K1 kontaktör ucu bağlantısı yapılır. S2 ve S3 uçları ile sırasıyla K2 ve K3 uçları arası bağlantılar gerçekleştirilir. Kumanda devresi bağlantısı yapıldıktan sonra, endüklenen gerilim testine tutulacak transformatörün uçları Ç1, Ç2, Ç3 uçlarına bağlanarak, endüklenen gerilim testi için devre hazır hale gelir. Gerekli bağlantılar yapılıp, deney sorumlularınca kontrol edildikten sonra, 150 Hz generatör deney seti enerji üretmeye hazır hale gelmektedir. 150 Hz generatör deney seti 8 kutuplu asenkron motora ait elektriksel devre Şekil de gösterilmiştir. Şekil Hz generatör deney seti asenkron generatöre ait elektriksel devre Endüklenen Gerilim Testi Kumanda Ve Güç Devresi Bağlantıları 150 Hz generatör deney setinin bir başka ana bölümü, transformatörün otomatik olarak endüklenen gerilim testin sağlayan devredir. Bu devre kendi içinde kumanda ve güç devresi olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Güç devresine ait kısım Şekil de gösterilmektedir. Bu başlık altında kumanda devresi incelenmiştir. Endüklenen gerilim testi transformatörlerin rutin testlerindendir. Test süresi Denklem (1.1) kullanılarak bulunur. Uygulamada endüklenen gerilim testine tutulacak transformatör 56

71 uçlarının bağlantısı el ile yapılmaktadır. Transformatörlerin boyutları düşünülecek olursa büyük güçlerde anahtarlama ve kumanda elemanlarının maliyetleri göz önüne alındığında, bu işlemi elle yapmak maliyetler açısından daha uygundur. Fakat zamandan kayıp söz konusudur. Transformatör boyutları küçüldükçe zamandan kazanmak için otomatik bir endüklenen gerilim testi devresi kontaktör, start stop ve zaman rölesinin uygun bağlantıları ile veya PLC ve kontaktörler ile yapılabilir. 150 Hz generatör deney setinde Klasik kumanda devresi temel alınarak, zaman rölesi, start stop butonu ve kontaktör ile bir otomatik endüklenen gerilim testi devresi tasarlanmıştır. Tasarlanan bu devrenin kumanda devresi bağlantıları kademe kademe yapılmıştır. İlk olarak, 150 Hz generatör deney setinin kaynağa bağlandığı ucu, stop butonunun girişine bağlanmıştır. Stop butonu çıkışından zaman rölesinin normalde kapalı giriş ucuna bağlantı yapılmıştır. Kullanılan zaman rölesi düz zaman rölesi olup, ayarlanabilir gecikme süresi sonucunda kontak değiştirir. Zaman rölesi normalde açık ucu, normalde kapalı ucu ve ortak uç sırasıyla Z1, Z2, Z3 olarak 150 Hz generatör deney setinde gösterilmiştir. Kontaktörün bobininin besleme uçları sırasıyla B1 ve B2 olarak 150 Hz generatör deney setinde gösterilmiştir. Arkadan yapılan bağlantılarda kontaktör bobini çıkış ucu start butonunun giriş ucuna bağlanmıştır. Start butonu çıkış ucu nötre bağlantısı yapılmıştır. Start butonunun mühürlemesi kontaktörün normalde kapalı kontağı ile yapılmıştır. Normalde kapalı kontak, start butonuna paralel bağlanmıştır. Arkadan bağlantıların sonuncusunda ise stop ucunun çıkışından zaman rölesi besleme giriş ucuna bağlantı yapılmıştır. Zaman rölesi besleme çıkış ucu nötre bağlanmıştır. 150 Hz generatör deney setinde bu kumanda devresini çalıştırmak için iki farklı bağlantı yapılmaktadır. Şekil deki kumanda devresi bağlantısını elde etmek için Z2 ile B1 arasına bağlantı yapılarak endüklenen gerilim testine tutulacak transformatörün otomatik olarak teste alınması sağlanır. Z3 ile B1 arasına bağlantı yapılarak Şekil deki devre elde edilir. Bu devre ile zaman rölesi devreden alınarak kullanıcı kontrollü kumanda devresi yapılmaktadır. Böylelikle asenkron generatörün kontaktörüne bağlanacak transformatör harici yüklerin beslenmesi sağlanmaktadır. 57

72 Şekil Hz generatör deney seti endüklenen gerilim otomatik testi için kumanda devresi. Şekil Hz generatör endüklenen gerilim kullanıcı kontrollü testi için kumanda devresi Hz Generatör Deney Setinin Çalışması 150 Hz generatör deney setinin çalışması temel olarak; nominal çalışma devri yüksek, devir sayısı ayarlanabilir asenkron motorun miline bağlı, nominal çalışma devri düşük asenkron generatöre yüksek devirde miline mekanik enerji vererek, asenkron generatörün kendi kendini uyartımı sağlanarak, yüksek frekansta enerji üretilmesi olarak açıklanabilir. Üretilen yüksek frekanslı enerji ile test transformatörüne endüklenen gerilim testi yapılmaktadır. 150 Hz generatör deney setinin çalışması için Şekil ve Şekil deki bağlantılar eşliğinde EK 2. de görülen görsel bağlantılar eşliğinde yapılmalıdır. Bağlantılar deney sorumlularınca kontrol edildikten sonra, kaynaktan panoya enerji verilir. Pano 58

73 enerjilendiğinde frekansmetre, zaman rölesi ve güç faktörü kontrol rölesi çalışmaya başlar. Varyakın 3 faza ait sigortaları kapatılarak, varyak sargılarının enerji alıp almadığı, varyakın üzerindeki her faza ait ışıklı göstergeden gözlemlenir. Her faza ait ışıklı gösterge yanıyorsa varyakın çıkış gerilimi, gerilim ayar butonu çevrilerek ayarlanır. Varyak faz faz çıkış gerilimi aynı zamanda 150 Hz generatör deney seti panosunun üzerindeki döner bobinli voltmetreden gözlemlenmektedir. 150 Hz generatör deney setindeki 2 kutuplu asenkron motora yol verme ve devir sayısı ayarlama işlemleri birkaç farklı yolla yapılabilmektedir. Birinci tarz yolverme ve devir sayısı ayarında; varyak çıkış gerilimi 0 Vac iken, yıldız üçgen paket şalter yıldız veya üçgen konumuna alınır. Varyak gerilimi yavaşça artırılır. Motorun akımı ampermetreden kontrol edilir. Böylece motorun hızı kademeli bir biçimde, varyak çıkış gerilimi ayarlanarak artırılır. Motor sargı gerilimleri 220 Vac ye göre yapıldığı için, motor sargılarına uygulanan gerilim, yıldız konumunda 400 Vac, üçgen konumunda 230 Vac yi aşmamalıdır. Aksi takdirde sargılardan nominal akımdan çok daha fazla akım geçirilmekte ve sargıların tahrip olmasına yetecek miktarda akımlar akması söz konusu olmaktadır. Bu tarz yol verme ve devir sayısı ayarında motor kendiliğinden, asenkron generatörün kendi kendini uyartımını sağlayacak devire ulaşmaktadır. Varyak gerilimi artırılarak asenkron generatörün miline uygulanan mekanik güç artırılır ve daha yüksek frekanslarda enerji üretilmesi sağlanır. Varyak gerilimi azaltıldığında ise uyartımın başladığı kritik devir yakalanmaktadır. Kritik devrin yakalanmasında ikinci tarz yolverme ve devir sayısı ayarı çok daha kullanışlıdır. İkinci tarz yolverme ve devir sayısı ayarında ise; yıldız üçgen paket şalter 0 konumunda iken, varyak gerilimi, gerilim ayar butonu ile, 150 Hz generatör deney setindeki döner bobinli voltmetre kullanılarak, çalışma geriliminin %10 unun üzerinde bir gerilimi uygulanır. Gerilim ayarı yapıldıktan sonra, yıldız üçgen paket şalter yıldız konumuna alınır. Başlangıç akımı kontrol edilerek, varyak gerilim ayar butonu ile hem 2 kutuplu asenkron motora yol verilir, hem de 2 kutuplu asenkron motorun hız ayarının yapılması sağlanır. Yıldız üçgen paket şalter, yıldız konumundan üçgen konumuna alınmadan önce, faz faz gerilimi en fazla 230 Vac olacak şekilde ayarlanmalıdır. Bu tarz yol verme ve devir sayısı ayarında kritik devir sayısı kolaylıkla yakalanmaktadır. 2 kutup asenkron motorun devir sayısı ve yol verme işlemleri yapıldıktan sonra asenkron generatörün stator sargılarına bağlı uyartım kondansatörleri kritik devir sayısına kadar asenkron generatöre ihtiyaç duyduğu uyartım akımını vermezler. Bu durumda 2 59

74 kutuplu asenkron motor boşta çalışmaktadır. Kritik devir sayısı uyartım kondansatörleri ile asenkron generatörün stator sargı endüktansı ile stator kaçak endüktansına bağlı olarak Denklem (2.2.3) ile kritik devir sayısı belirlenir. Stator sargı endüktansı Denklem (2.2.3) te ihmal edilebilecek düzeyde olduğundan, hesaplamalarda sadece stator kaçak endüktansı alınır. Kritik devir sayısına ulaşıldığında kondansatörler gerekli uyartım akımını asenkron generatöre sağlarlar. Asenkron generatör yüksek frekanslı enerji üretimine başlar. Asenkron generatör kritik devir sayısında iken asenkron generatör sabit frekanslı bir gerilim üretemez. Bu bölgede asenkron generatör kararsız bir çalışma yapısına sahiptir. Ancak kritik devir sayısının üzerine çıkıldığında kararlı bir biçimde çalışmaktadır. Varyak çıkış gerilimi artırılarak, 2 kutuplu asenkron motorun devir sayısı artırılır. Asenkron generatör böylece kararlı çalışma noktasına gelir. Yüksek frekansta uyartım kondansatörlerinin kapasitif reaktansı küçülür, verdiği güç azalır ve normal çalışma akımından daha fazla çalışma akımına maruz kalırlar. Asenkron generatörün devir sayısının artırılması ile kondansatörlerin bu davranışı sonucu kararlı çalışma noktasında dahi düzensiz kondansatör akımlarından dolayı sabit olmayan frekanslı bir çıkış gerilimi elde edilir. Bu sebeple uyartım kondansatörleri kademe kademe seçilmiş ve her birinin kararlı devrinde farklı frekanslarda çıkış vermesi amaçlanmıştır. Bu andan itibaren 2 kutuplu asenkron motor yüklü çalışma konumundadır. 2 kutuplu asenkron motor yüklü konumda sargı akımları izin verdiği ölçüde, varyak çıkış gerilimi ayarı yapılarak, hız ayarı yapılmaktadır. Hız ayarı yapılarak asenkron generatörün ürettiği enerjinin frekansı değiştirilmektedir. Asenkron generatör uyartımı sağlandıktan sonra frekansmetre ve döner demirli voltmetre ile asenkron generatörün ürettiği gerilim ve frekansı gözlemlenmektedir. Asenkron generatör ile endüklenen gerilim testi devresinin bağlantıları yapılarak, transformatörün endüklenen gerilim testi otomatik olarak gerçekleşir. Endüklenen gerilim testi kumanda devresinde, 150 Hz generatör deney seti üzerinde Z2 B1 bağlantısı yapılarak elde edilen devre Şekil de gösterilmiştir. Bu devre, 150 Hz generatör deney seti panosunun enerjilendiği an, zaman rölesi enerjilenir. Kontak değiştirmek için gerekli gecikme süreci başlar. Bu süreç içinde start butonuna basılmadığı takdirde kontaktörlerin konumlarında bir değişiklik olmaz. Zaman rölesi gecikmesini yapar. Gecikme süreci sonunda kontak değişimi olur. Bu değişim kontaktöre yansımaz. Zaman rölesinin gecikme süreci dahilinde start butonuna basıldığında Şekil deki devre stop butonu zaman rölesi normalde kapalı kontak kontaktör bobini start butonu 60

75 üzerinden devreyi tamamlar ve kontaktörün kontakları konum değiştirir. Start butonuna paralel bağlı kontaktör normalde açık kontakları ile mühürleme yapılmıştır. Zaman rölesinin gecikmesi bittiği an zaman rölesinin kontakları konum değiştirir. Stop butonu zaman rölesi normalde kapalı kontak kontaktör bobini start butonu üzerinden tamamlanan devre, zaman rölesi normalde kapalı kontağının normalde açık konuma gelmesi ile kontaktör bobini enerjisi kesilir. Kontaklar eski haline döner. Devredeki stop butonu hem kontaktörün hem de zaman rölesinin enerjisini keser. Zaman rölesi stop butonuna basılıp bırakıldığı an başlangıç konumuna gelir. Gecikme sürecini en baştan başlatır. Endüklenen gerilim testine alınan transformatörün otomatik olarak endüklenen gerilime tabi tutulması durumunda önce stop butonuna ardından start butonuna basılarak transformatörün 40 saniye boyunca endüklenen gerilim testine tabi tutulup, testten otomatik olarak çıkması sağlanır. Endüklenen gerilim testi kumanda devresinde, 150 Hz generatör deney seti üzerinde Z3 B1 bağlantısı yapılarak Şekil deki devre elde edilir. Bu devre, tıpkı Şekil deki devre gibi 150 Hz generatör deney seti panosu enerjilendiği an zaman rölesi enerjilenmektedir. Zaman rölesi enerjilendiği an kontak değişimi gecikme süreci başlar fakat, zaman rölesinin kontak değiştirmesi kumanda devresini etkilemez. Şekil deki devre basit bir start stop kumanda devresi şeklinde çalışır. Devreye start butonuna basılmadığı sürece kontaktörlerin konumunda hiçbir değişiklik olmaz. Start butonuna basıldığı andan itibaren devre stop butonu kontaktör bobini start butonu üzerinden enerjilenir. Kontaktörün kontak değiştirmesi ile start butonuna mühürleme yapılmaktadır. Stop butonuna basılmadığı sürece devre son konumunu korur. Stop butonuna basıldığı an devrenin enerjisi kesilir. Kontaktörler başlangıç konumuna döner. Bu devre ile transformatör haricinde yüklerin devreye alınıp, devreden çıkarılması sağlanmıştır. 150 Hz generatör deney setini kapatılması aşama aşama olmaktadır. Endüklenen gerilim testi yapıldıktan veya yüksek frekans ile transformatör harici yüklerin beslenmesi sağlandıktan sonra stop butonuna basılarak yüklerin asenkron generatörden ayrılması sağlanır. Yüksek frekanslı enerji üretilmiş ve asenkron generatöre yük bağlanmamışsa, 150 Hz generatör deney seti devresi, yıldız üçgen paket şalteri yıldız veya üçgen konumundan 0 konumuna alınarak 2 kutuplu asenkron motorun enerjisi kesilir. Durma eğiliminde olan 2 kutuplu asenkron motora enerji sağlayan varyakın sigortaları ile varyaka gelen enerji kesilir. Son olarak 150 Hz generatör deney setine enerji veren kaynağın enerjisi kesilerek bir sonraki kullanıma kadar kapatılır. Asenkron generatöre bağlı olan 61

76 kondansatörlerin boşalmaması ihtimaline karşı, kondansatör gruplarının uçları arası ve uçları ile toprak arası yük akışı herhangi bir izoleli ara bağlantı elemanı ile sağlanır. Böylece kondansatörlerin içinde kalan elektriksel yükler toprağa aktarılmış olur. Temas halinde oluşması muhtemel elektriksel yük akışının insan vücudundan geçmesi engellenmiş olur. 150 Hz generatör deney seti kullanılmadığı zamanlarda pano ile kaynak bağlantıları, varyak bağlantıları, ölçü aletleri ve kumanda devresi bağlantıları sökülür.150 Hz generatör deney seti deneysel çalışmalarına ilişkin fotoğraflar Şekil ve Şekil te gösterilmiştir. Şekil Hz generatör deney seti ilk bağlantılarının yapılmış hali. 62

77 Şekil Hz generatör deney setindeki ilk ölçümün alınması Kutup Asenkron Motor Boşta Çalışma Deneyi 150 Hz generatör deney setinin temel elemanlarından biri olan 2 kutuplu asenkron motorun boşta çalışma deneyi bölümümüz laboratuvarında yapılmıştır. Gerekli elektriksel bağlantılar Şekil deki gibi kurulmuştur. Asenkron generatöre ait elektriksel bağlantılar yapılmamıştır. 2 kutuplu asenkron motorun boşta çalışma deneyinde motorun stator sargılarına uygulanan gerilim ile çektiği akım ve devir sayısı ölçülmüş ve gerilim akım, gerilim devir sayısı karakteristikleri çıkarılmıştır. Boşta çalışma deneyine motorun milini hareket ettiği gerilim seviyesinden başlanmıştır. Bölümümüz laboratuvarında bulunan wattmetrelerin ölçme aralıklarının yetersiz olması ve güç faktörü kontrol rölesinin ölçme ve besleme geriliminin sabit olmasından dolayı değişken gerilimlerde çalışmamasından dolayı motorun çektiği güç hesaplanamamıştır. Boşta çalışma deneyine ait veriler Çizelge de verilmiştir. Çizelge deki veriler ışığında 2 kutuplu asenkron motora ait gerilim devir sayısı karakteristiği Şekil de, gerilim akım karakteristiği şekil de gösterilmiştir. 63

78 Devir sayısı (d/d) Çizelge kutuplu asenkron motor boşta çalışma verileri. Uygulanan Devir Sayısı Akım (A) Uygulanan Devir Sayısı Akım (A) Gerilim (Vac) (d/d) Gerilim (Vac) (d/d) kutup asenkron motor gerilim - devir sayısı karakteristiği Ölçülen Gerilim (Vac) Şekil kutuplu asenkron motorun boşta çalışma deneyine ait gerilim devir sayısı karakteristiği. 64

79 Akım (A) 2 kutup asenkron motor gerilim - akım karakteristiği 3,5 3 2,5 2 Ölçülen 1,5 1 0, Gerilim (Vac) Şekil kutuplu asenkron motorun boşta çalışma deneyine ait gerilim akım karakteristiği Kutup Asenkron Motor Boşta Çalışma Deneyi 150 Hz generatör deney setinin diğer bir temel elemanı 8 kutuplu asenkron generatördür. 8 kutuplu asenkron generatörün motor olarak boşta çalışma deneyi bölümümüz laboratuvarında yapılmıştır. Boşta çalışma deneyine ait elektriksel bağlantılar Şekil deki gibi kurulmuştur. 8 kutuplu asenkron motorun boşta çalışma deneyinde motorun statoruna uygulanan gerilim, motorun çektiği akım ve devir sayısı ölçülmüştür. Boşta çalışma deneyine ilişkin gerilim akım, gerilim devir sayısı karakteristikleri çıkarılmıştır. Boşta çalışma deneyine mil hareketinin başladığı gerilim seviyesinden itibaren başlanmıştır. Bölümümüz laboratuvarında bulunan wattmetrelerin ölçme aralıklarının yetersiz olması ve güç faktörü kontrol rölesinin ölçme ve besleme geriliminin sabit olmasından dolayı değişken gerilimlerde çalışamamaktadır. Bu sebeple motorun çektiği güç hesaplanamamıştır. Boşta çalışma deneyine ait veriler Çizelge de verilmiştir. Çizelge deki elde edilen verilere göre 8 kutuplu asenkron motora ait gerilim devir sayısı karakteristiği Şekil de, gerilim akım karakteristiği şekil de gösterilmiştir. 65

80 Devir Sayısı (d/d) Çizelge kutuplu asenkron motora ait boşta çalışma deneyi ölçümleri Uygulanan Gerilim Devir Sayısı Akım Uygulanan Gerilim Devir Sayısı Akım (Vac) (d/d) (A) (Vac) (d/d) (A) Kutup Asenkron Motor Gerilim - Devir Sayısı Karakteristiği Ölçülen Gerilim (Vac) Şekil kutuplu asenkron motorun boşta çalışma deneyine ait gerilim devir sayısı karakteristiği. 66

81 Akım (A) 8 Kutup Asenkron Motor Gerilim - Akım Karakteristiği Ölçülen Gerilim (Vac) Şekil kutuplu asenkron motorun boşta çalışma deneyine ait gerilim akım karakteristiği. 67

82

83 5. SONUÇLAR 150 Hz generatör deney setinin elektriksel ve mekanik tüm bağlantıları yapıldıktan sonra 2 kutup asenkron motor ve 8 kutup asenkron generatöre ait boşta çalışma deneyleri yapılmıştır. Deney setinin kullanım amacı olan, asenkron generatörü harici kondansatör grupları ile kendi kendinin uyartımının gerçekleşmesi ve yüksek frekansta enerji elde edilmesi için yapılan çalışmalar, sonuçlar ve hesaplamalar bu başlık altında incelenmiştir. 150 Hz generatör deney setinde, asenkron generatörün uyartımını sağlamak için 12 µf, 15 µf, 18 µf, 20 µf ve 30 µf lık üçgen bağlı kondansatör grupları kullanılmıştır. Kullanılan bu kondansatör grupları asenkron generatör sargı uçlarına doğrudan bağlanarak kritik uyartımın başladığı yerin saptanması ve 2 kutuplu asenkron motorun gücünün izin verdiği ölçüde sürekli uyartımın sağlanması amaçlanmıştır Asenkron Generatör Kritik Uyartım Deneyi 150 Hz generatör deney setinin çalışması 2 kutuplu asenkron motorun miline bağlı, 8 kutuplu asenkron generatörü, harici kondansatör grupları ile uyartımını sağlayarak gerçekleşmektedir. Üretilen yüksek frekanslı enerjinin ölçümleri 150 Hz generatör deney seti panosundan yapılmaktadır. Bilindiği üzere asenkron generatörler şebeke uyartımlı, harici kondansatör uyartımlı ve asenkron frekans değiştiriciler ise fırçalar üzerinden şebekeye bağlanarak çalışması için gerekli mıknatıslanma akımı sağlanmaktadır. Harici kondansatörler ile asenkron generatörün uyartımının sağlandığı frekans ve devir sayısı sırasıyla Denklem (2.2.2) ve Denklem (2.2.3) e göre bulunur. İlgili denklemlerde bilinmeyen mıknatıslanma endüktansı, asenkron generatörün uyartımının başladığı devirde veya uyartımının sürekli olduğu frekans biliniyorsa hesaplanabilir. 150 Hz generatör deney setindeki asenkron generatörün uyartımının farklı kondansatör grupları kullanılarak hangi devirde başladığı ve frekansı kritik uyartım deneyinde incelenmiş ve sonuçlar alınmıştır. Ayrıca kritik uyartımda asenkron generatörün faz faz gerilimi de ölçülmüştür. Bu deneye ilişkin ölçümler Çizelge de gösterilmiştir. Çizelge deki 20 ve 30 µf lık kondansatörlerde alınan frekans çıkışı sabit olmayıp, değişkenlik göstermektedir. Frekanstaki değişkenliğin sebebi ise kondansatör gruplarının 69

84 asenkron generatöre gereğinden fazla akım vermesi, asenkron generatörün elektriksel olarak yüklenmesi, buna bağlı olarak sabit frekans çıkışı için miline daha çok mekanik kuvvet verilmek gerekmesi, miline bağlı asenkron motorun hız kontrolünün varyak ile yapılmasından dolayı istenilen sabit mekanik gücün sağlanamamasındandır. Şekil de asenkron generatöre ait kritik uyartım deneyi kondansatör grupları gerilim karakteristiği, Şekil de asenkron generatör kritik uyartım deneyine ait kondansatör grupları frekans karakteristiği hesaplanmıştır. Şekil de asenkron generatörün kritik uyartım deneyine ait kondansatör grupları devir sayısı karakteristiği incelenmiştir. Şekil ve Şekil deki hesaplanan değerler, Çizelge deki asenkron generatörün en kararlı çıkış frekansının gözlemlendiği 168 Hz frekans ve 2560 d/d devir sayısında Denklem (2.2.2) ve (2.2.3) kullanılarak bulunan mıknatıslanma endüktansı ile bulunmuştur. Mıknatıslanma endüktansının hesaplanmış değerleri Çizelge de, hesaplanan frekans ve devir sayıları Çizelge de gösterilmiştir. Çizelge Asenkron generatör kritik uyartım deneyi sonuçları. Kondansatör Grupları (µf) Varyak Çıkış Gerilimi Motor Akımı (A) Devir Sayısı (d/d) Generatör Gerilimi (Vac) Generatör Frekansı (Hz) (Vac)

85 Frekans (Hz) Gerilim (Vac) Kritik Uyartımda Asenkron Generatör Kondansatör - Gerilim Karakteristiği Kondansatör Grupları (µf) Şekil Asenkron generatör kritik uyartım deneyi kondansatör grupları gerilim karakteristiği. Kritik Uyartımda Asenkron Generatör Kondansatör - Frekans Karakteristiği Ölçülen Hesaplanan Kondansatör Grupları (µf) Şekil Asenkron generatör kritik uyartım deneyi kondansatör grupları frekans karakteristiği. 71

86 Devir (d/d) Kritik Uyartımda Asenkron Generatör Kondansatör - Devir Sayısı Karakteristiği Ölçülen Hesaplanan Kondansatör Grupları (µf) Şekil Asenkron generatör kritik uyartım deneyi kondansatör grupları devir sayısı karakteristiği. Elde edilen deney sonuçları ve hesaplanan teorik değerler incelendiğinde aralarındaki farkların çok az olduğu, teorik değerlere yaklaşık değerler ölçüldüğü görülmüştür. Şekil de ise gerekli mekanik güç, asenkron generatöre verilmediği takdirde, generatör çıkış gerilimi düşük seviyelerde olduğu gözlemlenmiştir. Asenkron generatörün kendi kendini uyartımı sağlanmış olup, sürekli uyartım testine geçilmiştir. 5.2 Asenkron Generatör Sürekli Uyartım Deneyi 150 Hz generatör deney seti asenkron generatörün kararlı çalışması, kritik uyartım sağlandıktan sonra, asenkron generatörün mil devir sayısı artırılarak sürekli uyartımının sağlanması ve sabit çıkış frekansı görüldüğü andan itibaren başlar. Kararlı çalışmada çıkış gerilimi, çıkış frekansı sabit değerlerdir. Sürekli uyartım deneyi sonuçları Çizelge de gösterilmiştir. 20 ve 30 µf kondansatör gruplarında sürekli uyartım deneyi yapılamamıştır. 2 kutuplu asenkron motorun hız ayarının varyak ile yapılması, gerilim frekans oranının sabit tutulamamasından dolayı momentinin düşmesinden dolayı, asenkron generatörün ihtiyaç duyduğu mekanik güç verilememiştir. 2 kutuplu asenkron motorun hız ayarı, invertör ile yapılması durumunda bu sorun ortadan kalkacaktır. Bölümümüz 72

87 laboratuvarında bulunan invertörlerin enerji uçları, deney setlerine göre tasarlanmıştır. Bitirme projesi için, bölümümüz laboratuvarındaki kullanılan masalara göre uçları uygun değildir. Buna bağlı olarak deney setlerinin içyapısının ve elektriksel elemanların korumasının bilinmemesinden dolayı invertör yerine varyak ile hız ayarı yapılmaktadır. Sürekli uyartım deneyine ilişkin ölçümler Çizelge de gösterilmiştir. Çizelge deki veriler ve Denklem (2.2.2) ve Denklem (2.2.3) kullanılarak Çizelge deki mıknatıslanma endüktansı değerleri bulunmuştur. Çizelge deki elde edilen en kararlı çalışma noktası olan 168 Hz frekans için bulunan endüktansı değeri kullanılarak Çizelge deki değerler hesaplanmış, Şekil , Şekil , Şekil ve Şekil deki değerler hesaplanmıştır. Şekil de asenkron generatörün sürekli uyartımına ait kondansatör grupları gerilim karakteristiği, Şekil de asenkron generatörün sürekli uyartım deneyine ait kondansatör grupları frekans karakteristiği, Şekil te asenkron generatörün sürekli uyartım deneyine ait kondansatör grupları devir sayısı karakteristiği gösterilmiştir. Çizelge Asenkron generatörün sürekli uyartım deneyine ait deney sonuçları. Kondansatör Grupları (µf) Varyak Çıkış Gerilimi (Vac) Motor Akımı (A) Devir Sayısı (d/d) Generatör Gerilimi (Vac) Generatör Frekansı (Hz) Çizelge Asenkron generatörün sürekli uyartım deneyine göre elde edilen mıknatıslanma endüktansı değerleri. Kondansatör Grupları (µf) Generatör Frekansı (Hz) Hesaplanan Mıknatıslanma Endüktansı (mh) ,368 73

88 Çizelge nin devamı. Kondansatör Grupları (µf) Generatör Frekansı (Hz) Hesaplanan Mıknatıslanma Endüktansı (mh) , ,806 Çizelge Asenkron generatör sürekli uyartım deneyine göre yapılan teorik devir sayısı ve frekans. Kondansatör Grupları (µf) Hesaplanan Devir Sayısı (d/d) Hesaplanan Generatör Frekansı (Hz)

89 Frekans (Hz) Gerilim (Vac) Sürekli Uyartımda Asenkron Generatör Kondansatör - Gerilim Karakteristiği Kondansatör Grupları (µf) Şekil Asenkron generatör sürekli uyartım deneyine ilişkin kondansatör grupları ile gerilim karakteristiği. Sürekli Uyartımda Asenkron Generatör Kondansatör - Frekans Karakteristiği Ölçülen Hesaplanan Kondansatör Grupları (µf) Şekil Asenkron generatör sürekli uyartım deneyine ilişkin kondansatör grupları ile frekans karakteristiği. 75

90 Devir Sayısı (d/d) Sürekli Uyartımda Asenkron Generatör Kondansatör - Devir Sayısı Karakteristiği Ölçülen Hesaplanan Kondansatör Grupları (µf) Şekil Asenkron generatör sürekli uyartım deneyine ilişkin kondansatör grupları devir sayısı karakteristiği. Hesaplanan ve ölçülen değerler göz önüne alındığında, değerlerin birbirine çok yakın olduğu, sürekli uyartımda sabit çıkış gerilimi, sabit frekans ve sabit gerilim değerleri ölçüldüğü gözlemlenmiştir. 150 Hz frekanslı enerji üretimi 15 µf lık kondansatörler ile gerçekleşmiştir. 2 kutuplu asenkron motorun akımı nominal maksimum akım değerinin 1.2 katına kadar çıkarılarak sabit 150 Hz frekans çıkışı elde edilmiştir. 76

91 6. YORUMLAR VE DEĞERLENDİRMELER Gerçekleştirmiş olduğumuz 150 Hz generatör deney seti yüksek frekanslı enerji üretme, üretilen yüksek frekanslı enerjinin ölçümü, asenkron generatörün kendi kendini uyartımını sağlanmasında kondansatör gruplarının etkisinin gözlemlenmesi ve endüklenen gerilim testi yapılması amacı ile tasarlanmıştır. 150 Hz generatör deney setinin çalışma prensibi yüksek kutup sayılı asenkron generatörün, düşük kutup sayılı asenkron motor ile milinin döndürülmesi soncunda, harici kondansatör grupları ile ihtiyaç duyduğu uyartım akımı vermesi sonucunda yüksek frekanslı, sabit çıkış gerilimli bir enerji üretmektir. Tasarım projemizde 150 Hz generatör deney seti asenkron motor senkron generatör olacak şekilde tasarlanmıştı. Piyasa araştırmaları ve maliyetler göz önüne alındığında bu motor generatör çiftinin teslimat sürelerinin uzun olması, yurt içi firmaların istenen güçte senkron generatör üretememesi, senkron generatörün maliyetinin yüksek olması sonucunda senkron generatör kullanmaktan vazgeçilmiş, onun yerine asenkron generatör kullanılmıştır. Bunun sonucunda 2 kutuplu asenkron motor 8 kutuplu asenkron generatör kullanılmasına karar verilmiştir. Asenkron motor ve asenkron generatör özel teşebbüsler sonucu firma yetkililerine ulaşılarak hibe yolu ile bölümüze kazandırılmıştır. Tasarım projemizde asenkron motorun hız ayarının bölümümüz laboratuvarında bulunan invertör ile yapılması düşünülmüştür. İnvertörün enerji giriş uçlarının tasarlanan deney setlerine göre yapıldığı, deney setlerinin içyapısının ve koruma sistemi ile ilgili yeterli bilgi bulunmaması ve bitirme projesi için bölümümüz tarafından tahsis edilen deney masaları enerji giriş uçlarının invertör giriş uçları ile uyumsuzluğundan dolayı invertör kullanımından vazgeçilmiştir. Bunun yerine asenkron motorun hız ayarı varyak ile yapılmıştır. Varyak ile yapılan hız kontrolünde gerilim frekans ayarı sabit tutulamadığından dolayı asenkron generatörün ihtiyaç duyduğu mekanik güç verilememiş, 20 µf ve 30 µf kondansatör grupları ile asenkron generatörün uyartımında sürekli uyartım durumuna geçilememiştir. Eğer asenkron motor hız kontrolü invertör ile yapılsa idi asenkron generatörün ihtiyaç duyduğu mekanik güç verilmiş olacaktı. 150 Hz generatör deney seti daha önceden de belirtildiği gibi endüklenen gerilim testi yapması amacıyla da gerçekleştirilmiş ve endüklenen gerilim testi otomatik kumanda devresi yapılmış bir deney setidir. Endüklenen gerilim testine tutulacak transformatör 77

92 piyasa araştırmaları sonucu bulunmuş, fakat istenilen güçteki transformatörün fiyatı ve boyutu uygun olmadığından ötürü alımı yapılamamıştır. Bölümümüz laboratuvarında bulunan mevcut transformatörlerin eski olması, teste tabi tutulacak transformatörün testi geçememe olasılığının bulunması ve buna bağlı olarak transformatörün çalışmama olasılığının bulunmasından dolayı 150 Hz generatör deney setinde endüklenen gerilim testi yapılamamıştır. 150 Hz generatör deney setinin çalışması ile ilgili deneyler yapılmıştır. Bölümümüz laboratuvarındaki wattmetrelerin ölçü aralığının yetersiz olması, güç faktörü kontrol rölesinin çalışma geriliminin sabit olması asenkron generatörünün boşta çalışma gücü ölçülememiştir. Boşta çalışma deneyinden elde edilen mıknatıslanma reaktansı ve demir kaybına ait direnç bulunamamıştır. Bunun yerine asenkron generatörün sürekli uyartım deneyi sonuçları ve ilgili denklemler kullanılarak mıknatıslanma endüktansı bulunmuştur. Bulunan mıknatıslanma reaktansına göre teorik hesaplamalar yapılmış bu hesaplamaların ölçülen değerlere çok yakın olduğu görülmüştür. Bölümümüz laboratuvarında uygun ölçme aralıklı wattmetreler bulunsaydı asenkron makinelere ait boşta çalışma ve kilitli rotor deneyi yapılarak asenkron makinelerin devre parametreleri çıkartılmış olacaktı. Çıkartılan bu parametreler ile bilgisayar ortamında simülasyon yapılarak deney sonuçlarının daha iyi analizi yapılacaktı. Gerçekleştirilen bu deney setine yukarda belirtilen eksikliklerin giderilmesi ile daha iyi ölçüm ve analiz yapılabilecektir. Mevcut hali ile de gerçekleştirilen bu deney seti 150 Hz ve farklı frekans aralıklarında, sabit frekanslı, sabit çıkış gerilimli enerji üretmektedir. Bölümümüz laboratuvarına kazandırılmış bu deney seti öğrencilerin yüksek frekanslı enerji üretme, kondansatörlerin asenkron generatör uyartımına etkisi, ilgili derslerde gösterilen teorik bilgilerin uygulama ile pekiştirilmesi ve elektrik makineleri ile ilgili farklı bakış açıları yakalaması hedeflenmiştir. 78

93 KAYNAKLAR [1]. İ. Çolak, Asenkron Motorlar, Ankara, Türkiye: Seçkin Yayınevi, [2]. A. H. Saçkan, Asenkron Motorlar, İstanbul, Türkiye: Birsen Yayınevi, [3]. M. G. Simoes, F. A. Farret, Alternative Energy Systems Design and Analysis With Induction Generators, Florida, USA: CRC Press, [4]. J. F. Walker, N. Jenkins, Wind Energy Technology, West Sussex, England: John Wiley & Sons, [5]. H. Önal, Ölçme Tekniği, İstanbul, Türkiye: İTÜ Yayınları, [6]. H. Pastacı, Elektrik ve Elektronik Ölçmeleri, İstanbul, Türkiye: Nesil Matbaacılık, [7]. A. H. Fırat, Elektrikle Otomatik Kumanda Şemaları Cilt -2, İstanbul, Türkiye: Birsen Yayınevi, [8]. E. Teközgen, Elektronik Bölümü Endüstriyel Elektronik, İstanbul, Türkiye: Birsen Yayınevi, [9]. Y. Türkmen, C. Geçtan, Kumanda Devreleri 1, İzmir, Türkiye: Birsen Yayınevi, [10]. İ. Çolak, R. Bayındır, Elektrik Kumanda Devreleri, Ankara, Türkiye: Seçkin Yayınevi, [11]. G. Bal, Transformatorlar, Ankara, Türkiye: Seçkin Yayınevi, [12]. Power Factor Controller (Varlogic NR6, NR12), Schneider Electric Industries SAS,

94

95 EKLER EK1. STANDARTLAR VE KISITLAR FORMU EK HZ GENERATÖR PANO BAĞLANTISI EK HZ GENERATÖR PANO EK 4. MCB 60 ZAMAN RÖLESİ BİLGİ SAYFASI 81

96

97 EK 1: STANDARTLAR ve KISITLAR FORMU Tasarım Projesinin hazırlanmasında Standart ve Kısıtlarla ilgili olarak, aşağıdaki soruları cevaplayınız. 1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız. Gerçekleştirilmiş olan bu proje yüksek frekanslı enerji üretmek, asenkron generatör karakteristiklerini incelemek amacı ile yapılmıştır. Çok kullanışlı bir deney seti yapılması hedeflenmiştir. Deney setini kullananların rahat ölçüm yapabilmesi ve bağlantıların kolay ve anlaşılır olması için yeterli özen gösterilmiştir. 2. Projenizde bir mühendislik problemini kendiniz formüle edip, çözdünüz mü? Proje çalışması süresince herhangi bir mühendislik problemi formüle edilip, çözülmemiştir. Elektrik makineleri hakkında varolan formüller kullanılarak asenkron generatörün kendi kendini uyartımı incelenmiştir. Ayrıca uygulamada pek rastlanmayan fakat örnekleri bulunan yüksek frekanslı enerji üretimi sağlanmış, bölümümüz laboratuvarına yüksek frekanslı enerji üretim ve endüklenen gerilim testi deneyleri yapabilen bir deney seti kazandırılmıştır. 3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız? Elektrik makineleri 1 ve Elektrik makineleri 2 dersinde öğrenilen asenkron motor hız kontrolü, yolverme yöntemleri, asenkron generatörlere ait kendi kendini uyartım ve frekans karakteristikleri hakkındaki teorik bilgiler kullanılmıştır. Ayrıca Elektrik makineleri ve güç sistemleri laboratuvarı 1 ve Elektrik makineleri ve güç sistemleri laboratuvarı 2 dersinde edinilen deney bağlantı şekilleri ve ölçü aletleri ile ilgili öğrenilen bilgiler ışığında 150 Hz generatör deney seti tasarlanmıştır. 4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir? Sistemin maliyetinin mümkün olduğunca düşük olmasına, kullanılan malzemelerin kalite belgelerine sahip olmasına ayrıca sistemin uygulamadaki mühendislik standartlarına uygun olmasına dikkat edilmiştir. Deney seti TS 267 EN , DIN 42500, HD 428, IEC ve IEC standardında endüklenen gerilim testi yapacak şekilde tasarlanmıştır. Ölçü aletleri TS 5590 standardına uygun olarak seçilmiştir. Sistemin geri kalanında kullanılan malzemeler ilgili mühendislik standartlarına uygun olarak seçilmiştir. 5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir? a) Ekonomi Malzeme seçimlerinde projeye uygun olan ve maliyeti düşük olan yurtiçinden temin edilebilecek malzemeler arasından seçim yapılarak toplam maliyet en düşük seviyede tutulmaya çalışılmıştır. 1

98 b) Çevre sorunları Projede çevreye zarar verebilecek herhangi bir yöntem veya malzeme kullanılmamıştır. c) Sürdürülebilirlik Sistem geliştirilebilecek bir şekilde esnek bir yapıya sahiptir. Ek elemanların eklenmesiyle ve mevcut yüksek frekanslı generatörler ile karşılaştırıldığında daha maliyetli ve sistem daha çok deneyi ve ölçümü gerçekleştirebilecek bir yapıya dönüştürülebilir. d) Üretilebilirlik Sistemin seri üretimine geçilebilir. Üniversiteler ve teknik okullar için yüksek frekansta enerji ve asenkron generatörler ile ilgili ihtiyaç duyulan bilgi bu deney setinden sağlanabilir. e) Etik Projenin tasarımında ve yapımında mühendislik etiği ilkelerinin dışına çıkılmamıştır. f) Sağlık Projede 3 fazlı 380 Vac ve 1 fazlı 220 Vac gerilim seviyeleri ile çalışılmaktadır. Pano üzerinde açıkta enerjili uç bırakılmamış, enerjili uçlar panonun arka kısmında kalmıştır. Enerjili uçlara pano arkasından dokunmak, pano üzerindeki banan jakların içine iletken malzemeler ile dokunmak ciddi yaralanmalara hatta ölüme sebebiyet vermektedir. Deney seti sorumluya gösterildikten ve gerekli önlemler alındıktan sonra çalıştırılabilir. g) Güvenlik Sistem çalıştırılmadan önce elektriksel bağlantılar kontrol edilmelidir. Sistemin çalışması esnasında elektriksel parçalara dokunulmamalıdır. Sistemin çalışması esnasında motorların millerine, klemens kutularına veya kapline dokunulmamalıdır. h) Sosyal ve Politik sorunlar Gerçekleştirilen sistem herhangi bir sosyal veya politik bir soruna yol açmayacak niteliktedir. 2

99 Projenin Adı Projedeki Öğrencilerin adları 150 Hz Generatör Biltuğ ÇEŞMECİ, Ahmet Vahap EMMİOĞLU Tarih ve İmzalar

100 EK HZ GENERATÖR PANO BAĞLANTISI

101 EK HZ GENERATÖR PANO

102 EK 4. MCB 60 ZAMAN RÖLESİ BİLGİ SAYFASI