GAZİOSMANPAŞA ÜNİVERSİTESİ

Transkript

1 GAZİOSMANPAŞA ÜNİVERSİTESİ Bilimsel Araştırma Projeleri Komisyonu Sonuç Raporu Proje No: 2010/50 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜ SİSTEMLERİNİN KURULMASI Proje Yöneticisi Yrd. Doç. Dr. Mehmet AKAR Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi Mekatronik Mühendisliği Bölümü Araştırmacı Yrd. Doç. Dr. Levent GÖKREM Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi Mekatronik Mühendisliği Bölümü Temmuz/2011

2 I İÇİNDEKİLER İÇİNDEKİLER... I ŞEKİLLER LİSTESİ... II ÖNSÖZ... III ÖZET... IV ABSTRACT... V GİRİŞ... 1 MATERYAL VE METOD... 3 Deney No 1 : Dışarıdan Uyartımlı Dinamonun Yük Karakteristiği... 6 Deney No 2 : Üç Faz Sincap Kafesli İndüksiyon Motorun Bloke Edilmiş Rotor Testi...10 Deney No 3 : Senkron Motorlara Yol Verme Şekilleri Deney No 4 : Transformatörlerin Dönüştürme Oranı Testi SONUÇLAR KAYNAKÇA... 22

3 II ŞEKİLLER LİSTESİ Şekiller Sayfa Şekil 1.Elektrik motorları deney düzeneği... 3 Şekil 2. Elektrik Motorları ve Güç Elektroniği Laboratuarı... 3 Şekil 3.Yabancı uyartımlı dinamo yük karakteristik eğrileri... 7 Şekil 4.Deney bağlantı şeması... 8 Şekil 5.Kısa devre deneyi bağlantı şeması Şekil 6.Senkron motora yol vermek için gerekli bağlantı şeması Şekil 7. Transformatör dönüştürme oranının bulunmasına ait bağlantı şeması... 19

4 III ÖNSÖZ Gaziosmanpaşa Üniversitesi Bilimsel Araştırma Komisyonunca desteklenen bu çalışma (proje no: 2010/50) bir alt yapı projesi olup, sağlanan destek ile Üniversitemiz Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi Mekatronik Mühendisliği Bölümünde Elektrik Motorları ve Güç Elektroniği laboratuarına donanımlı bir Elektrik Motorları ve Sürücü Sistemleri düzeneği kurulmuştur. Oluşturulan deney düzenekleri Mekatronik Mühendisliği lisans öğrencilerince Elektrik Makineleri 1,2 ve Özel Elektrik Motorları derslerinde, yüksek lisans öğrencilerince İndüksiyon Motorları ve Sürücü Sistemleri, Elektromekanik Enerji Dönüşümü derslerinde kullanılacaktır. Ayrıca öğrenciler geliştirecekleri projelerde mevcut makine teçhizatı kullanarak yeni araştırmalar yapabileceklerdir. Bölümümüze kalıcı ve işlevsel bir laboratuarın oluşması için destek veren GOÜ-BAP komisyon başkanı ve üyelerine, işlemlerin yürütülmesinde desteklerini gördüğüm BAP personeline teşekkürlerimi bildirmek istiyorum. Yrd. Doç. Dr. Mehmet AKAR Temmuz, 2011

5 IV ÖZET Elektrik Motorları ve Sürücü Sistemlerinin Kurulması Günümüz dünyasında kontrol edilebilir elektrikli tahrik sistemlerinin varlığını yok saymak veya bunu göz ardı etmek imkânsızdır. Endüstride sıklıkla tahrik elemanı olarak elektrik motorları tercih edilir. Elektrik motorlarının kalkış torkları oldukça yüksek olmasına karşın yük altında devir sayıları çok az değişmektedir. Bu motorlara uygun sürücü sistemlerinin tasarlanması ve kullanılması bu motorlardan en yüksek verimin alınmasını sağlar. Ayrıca elektrik motorlarının nominal çalışma şartlarında kullanılmaları motor ömürlerini uzatarak işletme maliyetini düşürür ve bakım ihtiyacını azaltır. Kurulan deney düzeneği ile doğru akım, asenkron, senkron motorlara ait tüm deneyler yapılabilmektedir. Ayrıca motorların çalışma eğrileri elde edilebilmektedir. Anahtar Kelimeler Elektrik motorları, sürücü sistemler *Bu alt yapı projesi (Proje No: 2010/50) Gaziosmanpaşa Üniversitesi Bilimsel Araştırma Komisyonu Başkanlığınca desteklenmiştir.

6 V ABSTRACT The Establishment of Electric Motors and Drive Systems In today's world to ignore the presence of controlled electric drive systems, or it is impossible to ignore. Electric motors are often preferred in industry as a drive element. Although it is a very high starting torque of electric motors their speeds varies very little under load. The motors drive the appropriate use of systems design and ensures that the maximum efficiency of this motors. In addition, the nominal operating conditions of electric motors used by extending the life of the motor while reducing the operating costs and maintenance needs. Experimental setup was established with a direct current, asynchronous, synchronous motors in all of the experiments can be performed. In addition, motors can be obtained from working curves. Keywords Electric motors, drive systems

7 1 GİRİŞ Teknolojinin tüm alanlarının sürekli bir gelişme içinde olduğunu düşünürsek iş hayatında profesyonelleşmiş uzmanlara, teknisyenlere ve mühendislere olan ihtiyaç gün geçtikçe artmaktadır. Günümüz dünyasında kontrol edilebilir elektrikli tahrik sistemlerinin varlığını yok saymak veya bunu göz ardı etmek imkânsızdır ( Günümüz teknolojisinde tahrik sistemleri, elektrik makineleri ile birlikte elektronik tabanlı uygulamalara dayanmaktadır. Endüstride elektrikli tahrik elemanı olarak büyük güçler için sıklıkla asenkron motorlar; yapılarının basit, fiyatlarının ucuz olması ve kararlı çalışmaları sebebiyle tercih edilmektedirler (Akar ve Çankaya, 2009a). Bu motorlar yük altında yüksek kalkış torku ile yol almakta ve devir sayıları yük ile çok az değişmektedir (Çolak, 2008). Bu motorların yapılarının, sürücü sistemlerinin ve arızalarının teknik elemanlar tarafından bilinmesi bu motorların çalıştığı sistem içerisindeki verimi artıracaktır. Doğru akım motorları ise dinamik yüklerde hız ayar imkânı sunmalarından dolayı tercih edilirler ( Doğru akım motorlardaki devir sayısı ayarı sayesinde iş kalitesinin yükselmesine, performansın artmasına ve üretim üzerinde daha fazla kontrol sağlanmasına olanak sağlanmaktadır. Aynı zamanda tahrik için gerekli olan tork bu motorların endüvi akımının ayarlanması ile kolaylıkla elde edilebilmektedir. Tüm bu avantajlarına rağmen fırça ve kolektör sistemleri içeren doğru akım motorları bu kısımlardan arızalar vermektedir (Bal, 2005). Ancak bu motorlarda uyartım görevi sabit mıknatıslar kullanılarak aşılmaya çalışılmış ve belirli güçlere kadar olan motorlarda fırça ve kolektör sistemleri çıkartılarak bu arızalar ekarte edilmiştir. Tekstil, paketleme, cam sanayi, savunma sanayi gibi hassas ve hızlı kontrol uygulamaları gerektiren uygulamalarda ise senkron motorlar düşük atalet momenti, yüksek verim ve yüksek kalkış torku vb. özelliklerinden dolayı vazgeçilmez tahrik elemanlardır (Akar ve Çankaya, 2009b). Özellikle bu motorlarda son zamanlarda kullanılan mıknatıs teknolojisinin gelişmesi ve fiyatların ucuzlaması bu motorların yüksek güç ve verimlerde de üretilmesine olanak vermiştir. Bu motorlar için kullanılan yol verme teknolojisi ise yüksek seviyede yazılım ve elektronik donanım içermektedir.

8 2 Üretilen enerjinin uzak mesafelere en az kayıpla taşınmasında ve taşınan enerjinin tüketicinin kullanabileceği seviye çevrilmesinde verimi en yüksek elektrik makinesi olan transformatörler kullanılmaktadır ( Transformatörler girişlerine uygulanan alternatif gerilimi aynı frekansta ve yapısına bağlı olarak değişik genliklerde alternatif gerilime çeviren, hareketli parçası olmayan, manyetik indüksiyon prensibine göre çalışan elektrik makinalarıdır (Ong, 1998). Bu özellikler sayesinde transformatörler elektronikten, elektrik enerjisi dağıtımına, biyomedikal cihazlardan, otomobillere kadar değişik alanlarda kullanılmasına olanak sağlamıştır. Yukarıda belirttiğimiz hususlar bize elektrik makineleri ve sürücü sistemlerinin ne kadar önemli olduğunu göstermektedir. Özellikle bilgisayar kontrollü elektrik motorları ve sürücü sistemleri konusunda uygulama becerisine sahip, bu eğitimi verebilen teknik elemanlara, bu tür teknolojik sistemlerin geliştirilmesi ve üretilmesi için acil ihtiyaç bulunmaktadır. Uluslararası düzeyde bu konuya ne kadar önem verildiği net bir şekilde görülmektedir. Türkiye deki benzeri çalışmaların birkaç üniversite dışında yapılmadığı da göz önüne alınırsa, ülkemiz için durumun ciddi olduğu anlaşılmaktadır. Ülkemizde bu konudaki çalışmalara hız verilmesi, kapsamlarının genişletilmesi, özellikle yetişmiş eleman ihtiyacını karşılamaya yönelik düzenlemelerin yapılması zorunludur. Ülkemizde de otomasyon alanında eğitim verilen mühendislik, teknik eğitim ve meslek yüksek okulu programları giderek yaygınlaşmaktadır.

9 3 MATERYAL VE METOD Proje kapsamında alınan cihazlar Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi Mekatronik Mühendisliği Bölümü Elektrik Motorları ve Sürücü sistemleri laboratuarına yerleştirilmiştir. Kurulumu gerçekleştirilen deney düzeneği ve laboratuar Şekil 1' ve 2' de görülmektedir. Şekil 1.Elektrik motorları deney düzeneği Şekil 2. Elektrik Motorları ve Güç Elektroniği Laboratuarı

10 4 Bu kapsamda oluşturulan deney düzeneği ile aşağıda verilen elektrik makineleri deneyleri yapılabilmekte ve elde dilen sonuçlar hem ölçü aletlerinden hem de deney düzeneğine ait yazılımla bilgisayar ortamından izlenebilmektedir. Deney seti ile yapılabilecek deneyler listesi şu şekildedir: Transformatör Deneyleri A. Polarite Testi B. Dönüştürme Oranı Testi C. Açık Devre Testi D. Kısa Devre Testi E. Yük Karakteristik Testleri Rezistif Yük Endüktif Yük Kapasitif Yük F. Üç Faz Bağlantı Testleri Y-Y Bağlantı Y- Bağlantı Y-Z Bağlantı -Y Bağlantı - Bağlantı -Z Bağlantı II İndüksiyon Makineleri Deneyleri A. Üç Fazlı Sincap Kafes İndiksiyon Motor Testleri Bağlantı ve Dönme Yönü Kontrolü Y- Başlama Testi PF Düzeltme Testi Yük olmadan Test Bloke Edilmiş Rotor Testi Tork-Hız Karakteristik Testi B. Üç Fazlı Bilezikli Asenkron Motor İndüksiyon Bağlantı ve Dönme Yönü Kontrolü Bloke Edilmiş Rotor Testi Tork-Hız Karakteristik Testi C. Tek Faz İndüksiyon Motor Testleri Ayrı-Faz Sargısı ile Tork-Hız Karakteristik Testi Kapasite ile Tork-Hız Karakteristik Testi D. Üç Faz Senkron Motor (Çıkık Kutuplu Tipi)Testi Bağlantı ve Dönme Yönü Kontrolü Uyarma Karakteristik Testi Yük Karakteristik Testi E. Üç Faz Senkron Jeneratör (Çıkık Kutuplu Tipi ) Endüvi Direnç Ölçümü

11 5 Yüksüz Doyma Ve Kısa Devre Testleri Yük Karakteristik Testi Uyarma Karakteristik Testi III- DC Makineler A. DC PM Motor Testi Bağlantı ve Dönme Yönü Kontrolü Tork-Hız Karakteristik Testi B. DC Şönt Motor Testi Bağlantı ve Dönme Yönü Kontrolü Tork-Hız Karakteristik Testi C. DC Dışarıdan Uyartımlı Jeneratör Testi Yüksüz Doyma Karakteristik Testi Yük Karakteristik Testi D. DC Şönt Jeneratör Testi Yüksüz Karakteristik Test Yük Karakteristik Testi E. DC Seri Motor Testi Bağlantı ve Dönme Yönü Kontrolü Tork-Hız Karakteristik Testi F. DC Seri Jeneratör Karakteristik Testi G. DC Compound Motor Testleri Kümülatif Bağlantı ve Dönme Yönü Kontrolü Kümülatif -Compound Motor Tork-Hız Karakteristik Testi Diferansiyel Bağlantı ve Dönme Yönü Kontrolü Diferansiyel- Compound Motor Motor Tork-Hız Karakteristik Testi G. DC Compound Jeneratör Testleri Kümülatif - Compound Jeneratör Yük Karakteristik Testi Diferansiyel Compound Jeneratör Yük Karakteristik Testi Deney düzeneğinin öğrenci tarafından etkin bir şekilde kullanılabilmesi için öğrenciye deney ile ilgili neleri nasıl yapması gerektiği verilmeli ve deney esnasında takip edeceği işlem basamakları ve kullanacağı malzemeler belirlenmelidir. Bu amaçla proje kapsamında alınan düzenek için deney föyleri oluşturulmuş ve deneyler yapılarak ölçülmesi gereken sonuçlar ve elde edilmesi gereken grafikler belirlenmiştir. Oluşturulan deney föylerinin tamamının yaklaşık 450 sayfa olması sebebiyle sonuç raporunda örnek olarak her deney grubundan bir adet deney föyü aşağıda verilmiştir.

12 6 Deney No 1 : Dışarıdan Uyartımlı Dinamonun Yük Karakteristiği Teorik Bilgi Sabit devir sayısı ve sabit yük akımında çalışan bir dinamonun kutup gerilimi U ile uyartım akımı I m arasındaki bağıntıya yük karakteristiği adı verilir. Dinamoda endüklenen E elektromotor kuvveti ile U şebeke gerilimi arasındaki bağıntı şu şekildedir: E U I. R 2 U a i b Burada 2 U b, fırçalar ile kollektör arasındaki geçiş dirençlerinin sebep olduğu gerilim düşümünü gösterir. R i ise makinanın toplam iç direncidir. Eğer, endüvi sargısına seri bağlanmış başka sargılar da varsa (yardımcı kutup,seri uyarma ve kompanzasyon sargıları gibi), bu sargılar üzerinde düşen omik gerilim düşümleri de göz önüne alınır. R i R a R y R s R k olur. Burada; R a endüvi sargısı, R y yardımcı kutup sargısı, R s seri sargı ve R k kompanzasyon sargısı dirençleridir. Böylece endüvi sargısından geçen yük akımı, endüvi sargısında ve endüvi sargısına seri olarak bağlanmış bütün dirençlerde gerilim düşümleri meydana getirir. Ana alanı zayıflamaya çalışan endüvi reaksiyonu ve omik gerilim düşümlerinden dolayı kutup gerilimi boşta çalışan dinamonun kutuplarından ölçülen gerilim değerinden küçük olacaktır. Yük karakteristiğinin, boş çalışma karakteristiğinden farkı; dinamonun endüvinin yüklenmesini sağlayan bir yük direnci ile endüvi devresine yük ampermetresinin bağlanmış olmasıdır.

13 7 U, E E 0=f(I u) I a=0 E=f(I u) U=f(I u) n I a sabit sabit 0 Iu Şekil 3.Yabancı uyartımlı dinamo yük karakteristik eğrileri Şekil-3 de görüldüğü gibi U=f(I u ) eğrisi fırçaları nötr ekseninden açısı kadar kaydırılmış dinamonun yük karakteristiğidir. E =f(i u ) de dinamonun iç gerilim eğrisidir. E 0 =f(i m ), dinamo fırçalarının nötr ekseninden kaydırılmadığı durumlardaki iç gerilim eğrisini verir. E ile U arasındaki fark kutuplar arasında meydana gelen toplam omik gerilim düşümünü verir. Yük karakteristiği incelendiğinde, boş çalışma karakteristiği ile benzerliği görülür. Yük akımı sabit olduğundan devir sayısıda boş çalışma karakteristiğinde olduğu gibi sabit tutulduğundan, yük karakteristiğine dinamonun mıknatıslanma eğrisi de denebilir. Yük akımı sıfır alınırsa boş çalışma karakteristiğinin özel bir durum olduğu görülür. Sonuç olarak boştaki karakteristik, yük akımı sıfırken çizilmiş bir yük eğrisidir.

14 8 Bağlantı Şeması 0 R 0 R Yük L- s L+ t V U A I A L+ Iu V L- B2 E2 E1 A1 A1 B2 E1 E2 M D A2 A2 B1 B1 Şekil 4.Deney bağlantı şeması Deneyin Yapılışı 1. Şekildeki bağlantıyı kurunuz ve ilgili öğretim elemanına kontrol ettirmeden devreye enerji vermeyiniz.

15 9 2. Tahrik makinası yardımıyla dinamonun devir sayısı nominal değerinde sabit tutulur. 3. Dinamonun uyartım akımı kademe kademe artırılırken yük akımını sabit tutmak için yük direnci ile ayar yapılır. 4. Her uyartım akımı değeri için, yük akımı sabit iken I u ve U değerleri alınır. 5. Alınan bu değerler yardımı ile dinamonun U=f(I u ) yük karakteristiği eğrisi elde edilir. Deneyde Alınan Değerler Gözlem No n (d/dk.) S A B İ T I=I a (A.) S A B İ T U (V.) I u (A.) R a S A B İ T I a R a V. E=U+I a R a V. Sorular ve Yanıtlar 1-) Boş çalışma karakteristiği ile yük karakteristiği arasındaki fark nedir? 2-) Deneyde aldığınız değerlere göre yabancı uyartımlı dinamo yük karakteristik eğrileri U=f(I m ) ve E=f(I m ) çiziniz.

16 10 Deney No 2 : Üç Faz Sincap Kafesli İndüksiyon Motorun Bloke Edilmiş Rotor Testi Teorik Bilgi Asenkron motorun kilitli rotor deneyi, transformatörlerin kilitli rotor deneyine benzer. Çünkü, kilitli bir asenkron motor sekonderi kısa devre edilmiş bir transformatör gibidir. Kısa devre deneyinde rotorun dönmesine engel olunarak statora sıfırdan başlanarak kademe kademe arttırılan bir gerilim uygulanır. Motor dönmediğinden, hiçbir mekanik kayıp meydana gelmez. Motorun çektiği akım, motorun etiketinde yazılı olan nominal akım değerinin 1.2 katına ulaşıncaya kadar motora uygulanan gerilimin arttırılmasına devam edilir. Motorun çektiği akım nominal akımının üstüne çıktığında, motor sargılarında meydana gelecek aşırı ısınmalar yüzünden ölçü aletlerindeki değerleri daha çabuk deneyi bitirmek gerekir. Kısa devre deneyinde, stator sargılarına uygulanan gerilim çok küçük olduğundan ve demir kayıpları da gerilimin karesi ile değiştiğinden bu kayıplar ihmal edilebilecek kadar küçüktür. Kısa devre deneyinde, asenkron motorun şebekeden çektiği güç, stator ve rotor bakır kayıplarını verir. kayıplarını, P R I R I W 2 2 K S. S r. r [ /1~] R I P R I W 2 2 r. r K S. S [ /1~] olarak bulunur. Buradan rotor bakır olarak elde edebiliriz. I S : Stator sargısının nominal akımı, R S : Stator sargısının etkin direnci, R r : Rotor sargısının etkin direncini göstermektedir. R e Motorun eşdeğer faz empedansı; K 2 1K Z e U I 1K 1K dir. Eşdeğer faz direnci ise; P olarak ifade edilir. Stator faz direnci bilindiğine göre statora indirgenmiş I rotor faz direnci de; R 2 Re RS olarak bulunur.

17 11 Motorun eşdeğer faz reaktansı, X e Ze Re dir. Pratikte stator eşdeğer faz reaktansının satatora indirgenmiş rotor faz reaktansına eşit olduğu kabul edilir. Buna göre; X S X 2 X 2 e olarak yazılabilir. Bu değerler asenkron motorun eşdeğer devre elemanlarını oluşturmaktadır. Asenkron motorun boş çalışma ve kısa devre deneylerinden alınan değerler ile asenkron makinanın daire diyagramı çizilir ve eşdeğer devresi elde olunur. Makinanın ayrıca toplam kaybı bulunur. Bağlantı Şeması Şekil 5.Kısa devre deneyi bağlantı şeması

18 12 Deneyde Alınan Değerler: Gözlem No U 1K (V.) İşlem Basamakları I 1K (A.) P K (W.) Cos K ü P Cu1 (W.) P Cu2 (W.) 1. Şekildeki bağlantıyı uygun alet ve gereçlerle düzenleyiniz. 2. Deney bağlantısını kurduktan sonra ilgili öğretim elemanına kontrol ettiriniz. 3. Asenkron motora, oto transformatörü ile sıfırdan başlıyarak kademe kademe gerilim uygulayınız. 4. Ampermetreden okunan (I K ) akım değeri, motorun etiketinde yazılı nominal akım değerinin 1.2 katı olunca oluncaya kadar devam ediniz. 5. Her bir kademede, ölçü aletlerinde okunan değerleri gözlemler tablosuna yazınız. 6. Şalteri açarak deneye son veriniz. Deneyde kullandığınız aletleri ve kabloları uygun bir şekilde yerlerine bırakınız. Sorular ve Yanıtlar 1. Kısa devre deneyi hangi amaçlar için yapılır. 2. Kısa devre deneyi niçin anma geriliminde yapılmaz? Pk 3. Cos k değeri ile Cos -metrede bulunan değer arasında fark var 3. U. I mıdır? Niçin? k k

19 13 Deney No 3 : Senkron Motorlara Yol Verme Şekilleri Teorik Bilgi Bir asenkron motora gerilim uygulandığında direkt olarak yol alır. Bunun için yardımcı bir düzeneğe ihtiyaç yoktur. Senkron motorlar ise gerilim uygulandığında direkt olarak yol alamazlar. Atalet dolayısıyla rotor, döner alanın hızına ulaşamaz. Rotorun senkron hızda dönmesi için rotor ve stator döner alan kutuplarının daima birbirini çekerek, kilitlenmeyi sağlayan zıt isimli kutupların karşılıklı bulunması gerekir. Rotorun devamlı olarak dönmesi için kilitlenmeyi sağlayan bazı metotlar vardır. Bunlar: 1. Senkron motoru alternatör olarak çalıştırıp yol vermek. 2. Senkron motorla aynı milde bulunan uyartım dinamosunu motor olarak çalıştırarak yol vermek. 3. Senkron motora yardımcı bir döndürme makinası ile yol vermek. 4. Senkron motoru sincap kafesli asenkron motor olarak çalıştırarak yol vermek. 5. Senkron motoru rotoru sargılı asenkron motor olarak çalıştırarak yol vermek. Yukarıda belirtilen yöntemlerden herhangi biri ile senkron motorlara yol verilebilir. Pratikte en çok kullanılan yöntem senkron motoru asenkron motor olarak çalıştırıp yol vermektir. Bu metotta rotor sargılarına uyartım akımı verilmeden önce stator sargılarına alternatif akım uygulanır. Bu akımın stator iletkenlerinde meydana getirdiği döner alan, sincap kafesli rotorun kısa devre edilmiş çubuklarında endüksiyon yolu ile bir gerilim endükler. Kısa devre çubuklarından geçen akımın oluşturduğu alan ile stator döner alanı birleşerek döndürme momentini meydana getirirler. Bu momentin etkisiyle rotor dönmeye başlar. Rotorun hızı senkron hıza yaklaştığında, uyartım devresinden rotor sargılarına doğru akım verilip rotor kutupları uyartılır. Bu sırada stator döner alan kutupları ile rotor kutupları kilitlenir. Böylece senkron motor yol alarak senkron hızda dönmeye devam eder. Rotorun senkron devir sayısına getirilebilmesi için yük momentinin küçük olması gerekmektedir. Diğer yöntemleri de kısaca şu şekilde açıklayabiliriz:

20 14 Senkron Motoru Alternatör Olarak Çalıştırıp Yol Vermek Bu metot çok az kullanılır. Paralel bağlama şartları yerine getirilerek, şebeke ile paralel olarak çalışan alternatör, kendisine mekanik enerji veren makinanın enerjisi kesildikten sonra senkron motor olarak çalışır. (Bu yöntemin detayları alternatörlerin paralel bağlanması deneyinde anlatıldı.) Senkron Motor İle Aynı Milde Bulunan Uyartım Dinamosunu Motor Olarak Çalıştırarak Yol Vermek Bu metot için doğru akım kaynağına gerek vardır. Uyartım dinamosu bu kaynaktan beslenerek önce motor olarak çalıştırılır. Senkron motor senkron hıza yaklaştığında stator sargılarına alternatif gerilim uygulanarak, kutupları doğru akımla uyartılır. Stator döner alan kutupları ile rotor kutuplarının kilitlenmesi sağlanır. Daha sonra motor olarak çalışan uyartım dinamosunun akımı kesilir. Böylece senkron motor yol alarak çalışmasına devam eder. Senkron Motora Yardımcı Bir Döndürme Makinası İle Yol Vermek Bu metotta yardımcı döndürme makinası senkron motorun miline akuple edilerek bağlanır. Örneğin doğru akım motoru, dizel yada benzinli motor olabilir. Senkron motor ise bu makinalardan biri ile döndürülür. Bu döndürücü makinanın devir sayısı senkron devir sayısına ulaşabilecek bir değerde olmalıdır. Senkron motor, senkron devir sayısına yaklaştığında stator sargılarına alternatif gerilim uygulanır. Uygulanan bu gerilimin oluşturduğu döner alan, rotorun dönüş yönü ile aynı yönde olmalıdır. Bu aşamadan sonra rotor kutupları doğru akımla uyartılarak, stator kutupları ile kilitlenmesi sağlanır. Senkron Motoru Rotoru Sargılı Asenkron Motor Olarak Çalıştırarak Yol Vermek Yük altında kalkınması istenen yerlerde kullanılacak senkron motorun, rotorunda iki çeşit sargı bulunmalıdır. Bu sargılardan birincisi rotor sargısıdır. İkinci sargı ise ilk sargıdan yalıtılmış olup, rotoru sargılı asenkron motorun rotor sargısına benzemektedir. Başlangıçta rotorun üç fazlı bu sargılarına bir yol verme direnci seri bağlanır. Statora üç fazlı alternatif akım uygulandığında motor, bir asenkron motor gibi yol almaya başlar. Rotora seri bağlanan dirençler kademe kademe devre dışı bırakılarak senkron motorun yük

21 15 altında kalkınması sağlanır. Daha sonra uyartım için rotor sargılarına doğru akım uygulanarak, rotor ve stator döner alan kutuplarının kilitlenmesi sağlanır. Deneyde Alınan Değerler: Gözlem No n (d/dk) I u (A.) U u (V.) U (V.) I (A.) f (Hz.) P 1 (W) P 2 (W) P (W) Yol Almada 1 Boş Çalışmada 1 Y ü k l ü Ç a l ı ş m a d a

22 16 Yük L L L V s L- S 5 L+ t A I S 1 V W W 1 2 S 3 f B2 E2 E1 A1 S 2 A D A2 U U 1 2 V 1 ~ M V 2 W W 1 E F 2 V I u ~ A S 4 B1 R 0 Şekil 6.Senkron motora yol vermek için gerekli bağlantı şeması İşlem Basamakları 1. Şekil-1 deki bağlantıyı uygun ölçü aletlerini kullanarak kurunuz. 2. S 1 ve S 2 şalterlerini kapatarak oto trafosu yardımıyla senkron motoru asenkron motor olarak çalıştırınız. (Motora önce yarı gerilim sonra tam gerilim uygulayınız.) 3. Motor senkron devir sayısına ulaştıktan sonra S 3 şalterini kapatıp S 1 ve S 2 şalterlerini açınız. Bu durumda ölçü aletlerinde okunan değerleri tabloya kaydediniz.

23 17 4. Daha sonra S 4 şalterini kapatıp rotor kutupları ile stator kutuplarının kilitlenmesini sağlayınız. Bu durumda ölçü aletlerinde okunan değerleri tabloya kaydediniz. 5. S 5 şalterini kapatıp dinamo aracılığıyla motoru yükleyiniz ve değerleri kaydediniz. Sorular ve Yanıtlar 1. Senkron motorlar neden direkt olarak yol alamazlar? 2. Sincap kafesli senkron motor, senkron hızda dönerken, sincap kafes sargılarında gerilim oluşur mu? Neden? 3. Senkron motorun dönüş yönü nasıl değiştirilir? 4. Senkron motorlara hangi metotlarla yol verilir? 5. Senkron motorun uyartımı kesilirse, rotoru sincap kafesli olan ve olmayan senkron motorlarda ne gibi durumlar oluşur? 6. Yük altında kalkınması gereken senkron motorlarda hangi özellikler olmalıdır?.

24 18 Deney No 4 : Transformatörlerin Dönüştürme Oranı Testi Teorik Bilgi Bir fazlı transformatörlerde anma dönüştürme oranı ü N birinci sargıda endüklenen gerilimin ikinci sargıda endüklenen gerilime oranı olarak ifade edilir. Endüklenen gerilimler sarım sayısına eşit olduğundan, anma dönüştürme oranı sarım sayılarının oranına eşittir. ü N E1 U1N N1 E E2 E U N ü 2 2 N 2 Yukarıdaki tanıma göre dönüştürme oranı 1 den küçük, 1 e eşit veya büyük olabilir. Değişik gerilimler elde edebilmek için transformatörlerde birden çok çıkış ucu olabilir. Bu durumda her uç için bir dönüştürme oranı elde edilir. Anma dönüştürme oranı ise anma gerilimini veren uçta elde edilen değerdir. Standartlarda anma dönüştürme oranı yüksek gerilim sargısı anma geriliminin alt gerilim sargısı anma gerilimine oranı olarak kabul edilir. Bu durumda dönüştürme oranı daima 1 den büyük veya en az 1 e eşit olacaktır. Dönüştürme oranı transformatörün hassas olarak ölçülmesi gereken önemli bir büyüklüğüdür. Özellikle trafoların paralel bağlanmasında büyük önem taşır. Bu nedenle etiketinde yazılı değerleri yuvarlama yapmadan kullanmak gerekir. Örneğin 14,4/220kV luk bir transformatörün dönüştürme oranı 220/14,4 olarak bulunur. Dönüştürme oranı tasrımda bilinen sarım sayıları ile hesaplanır. Boşta çalışma deneyi ile ölçülür. Boşta çalışma deneyi daha sonraki deneylerde uygulanacktır. Bu nedenle burada sadece bağlantı şekli verilerek ölçmenin nasıl yapılacağı anlatılacaktır. Transformatörlerin boş çalışma deneyinde sargılarından herhangi biri boşta bırakılır. Diğer sargı ise anma gerilim ve frekansında beslenir. Deney trafonun istenen tarafında yapılabilir. Ancak trafonun diğer tarafında birden fazla çıkış ucu varsa o zaman esas uç kullanılır. Deneyin birinci sargıda yapıldığını kabul edersek, trafonun I 2 akımı sıfır olacaktır. Birinci sargı gerilimi arttırılarak anma değerine getirildiğinde, ikinci tarafın anma değerine ulaşılır. Deneyde birinci ve ikinci taraf gerilimi ölçülerek dönüştürme oranı, bu iki gerilimin oranına eşit olarak bulunur. 1 N

25 19 ü U U N Alman standartlarına göre anma çevirme oranının siparişte verilen değerlere göre toleransı -%0.5 tir. Bu tolerans sargının anma gerilim ucu için geçerlidir. Başka çıkış ucu varsa, bu uçlardaki dönüştürme oranlarının toleransı -%1 dir. Bağlantı Şeması Şekil 7. Transformatör dönüştürme oranının bulunmasına ait bağlantı şeması Deneyde Alınan Değerler Gözlem No U 10 U 20 ü

26 20 Sorular 1-) Sarım sayısı bilinmeyen bir transformatörün sarım sayıları nasıl tesbit edilebilir? Bu işlem için gerekli uygulamaları ayrıntılı biçimde anlatınız. 2-) Sarım sayısı birinci sargıda 1320 ve ikinci sargıda 46 olan bir fazlı transformatörün azami manyetik akısı 3, Weber olarak verilmiştir. Sargılara 50Hz ve 60Hz frekansta endüklenen gerilimleri ve bir sargıda endüklenen gerilimi hesaplayınız. Dönüştürme oranını hesaplayınız.

27 21 SONUÇLAR Gerçekleştirilen bu altyapı çalışması ile Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi Mekatronik Mühendisliği Bölümüne 1 set Elektrik Motorları ve Sürücü Sistemleri kurulmuştur. Endüstrinin her alanında elektrik motorları sıklıkla kullanılmaktadır. Bölümümüz öğrencileri Elektrik Makineleri 1-2 ve Özel Elektrik Motorları dersinde bu set ile yapacakları uygulamalar sayesinde gerekli teorik ve pratik alt yapıyı almış olarak iş dünyasına atılacaklardır. Ayrıca İlimiz Organize Sanayi bölgesindeki küçük ve orta ölçekli sanayi kuruluşlarında elektrik motorlarıyla çalışan birçok makine ve teçhizat bulunmaktadır. İlimiz sanayicileri bu sistemlerde oluşan herhangi bir bakım ve onarım, yeni sistemlerin geliştirilmesi için prototip oluşturulması gibi konularda büyük illerdeki sistem tasarımcılarına başvurmak zorunda kalmaktadır. Bu sistemlerin üniversitemize kurulması ile sanayicilerimiz elektrik motorları ve sürücüleri ile ilgili konularda sanayileşmiş illerden yardıma ihtiyaç duymadan üniversitemiz mühendislik fakültesinden faydalanacaklardır.

28 22 KAYNAKÇA Akar, M., Çankaya, İ.,2009a. Evirici ile Sürülen Asenkron Motorlarda Rotor Çubuğu Kırık Arızasının Tespiti, Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu, Karabük. Akar, M., Çankaya, İ.,2009b, Diagnosis of Static Eccentricity Fault in Permanent Magnet Synchronous Motor by On-Line Monitoring of Motor Current and Voltage, İstanbul University-Journal of Electrical and Electronics Engineering (IU- JEEE), 9, 2, Bal, G. (2006), Doğru Akım Makineleri ve Sürücüleri, Seçkin Yayınevi, 17-18, Ankara Ong, C.M. (1998), Dynamic Simulations of Electric Machinery: Using MATLAB/SIMULINK, Prentice-Hall, , London Çolak, İ. (2008), Asenkron Motorlar, Şeçkin Yayınevi,19-24, Ankara. Electronics,_Drives/Electric_Machines.htm.