BATARYALAR VE İLK HAREKET SİSTEMLERİ

Transkript

1 BATARYALAR VE İLK HAREKET SİSTEMLERİ 1 ÖNSÖZ Taşıtların harekete geçirile bilmesi için ilk hareket sistemlerine ihtiyaç duyarlar. İlk hareket sistemleri yapı ve özellikleri bakımından çeşitlilik gösterirler. Taşıtlarda kullanılan ilk hareket sistemi batarya ve marş motorundan oluşmaktadır. Batarya, marş motoru için gerekli olan yüksek akımı sağlar. Marş motorları taşıt motorlarının ilk harekete geçmesini sağlayan ve motor çalıştıktan sonra görevini tamamlayan mekanizmadır. Bugün için taşıt motorlarında ilk hareket sistemi olarak en yaygın marş motorları kullanılmaktadır. Marş motorları DC seri elektrik motorlarıdır. Elektrik motorları 19 yy ın başlarında Micheal Faraday tarafından bulunmuş ve taşıt motorlarında en çok kullanılan ilk hareket sistemi halini almıştır. İlk hareket sistemlerinin öğrenile bilmesi için bataryalarının be marş motorlarının günümüze kadar olan gelişimlerinin bilinmesi ve incelenmesi gerekir ayrıca batarya ve marş motorlarında çeşitli testler yapılarak onların performans karakteristikleri çıkarılmaktadır. Bu amaçla bu tezde bataryanın ve marş motorlarının her yönüyle günümüze kadar olan tüm gelişimi incelenmiş ve gerekli testler yapılmıştır. 1

2 İÇİNDEKİLER Sayfa No: ÖNSÖZ İÇİNDEKİLER SEMBOLLER BÖLÜM- I 1 1-GİRİŞ 1 BÖLÜM-II BATARYALAR BATARYALARDA MEYDAN GELEN GELİŞMELER TEORİ MATERYAL METOD Bataryanın Şarj Testi TEST SONUÇLARI VE DEĞERLENDİRME Test Sonuçları MARŞ MOTORLARI MARŞ MOTORLARINDAKİ GELİŞMELER Doğru Akım (DC) Motor Devreleri Ve Çalışma Özellikleri Endüvi Sargı Çeşitleri Endüktör Üzerinde Yapılan Çalışmalar Hareket İletim Sisteminde Yapılan Çalışmalar TEORİ MATERYAL VE METOD Yarı Teorik Döndürme Momenti Testi Marş Motorlarının Gerçek Döndürme Momentinin Ölçülmesi TEST SONUÇLARI VE DEĞERLENDİRME Yarı Teorik Döndürme Momentinin Test Sonuçları Gerçek Döndürme Momentinin Test Sonuçları 67 BÖLÜM-III 74 3-SONUÇALAR VE ÖNERİLER 74 KAYNAKLAR 75-a 2

3 EKLER 76 EK-1 BATARYA ARIZACILIĞI VE KONTROLLERİ 76 EK-1.1 Bataryanın Gözle Muayenesi 76 EK-1.2 Hidrometre İle Yoğunluk Kontrolü 77 EK-1.3 Voltmetre İle Kontrol 78 EK-1.4 Kapasite Muayenesi 79 EK-1.5 Üç Dakikalık Şarj İşlemi İle Muayene 79 EK-1.6 BATARYALAR VE ŞARJ İŞLEMLERİ 80 EK Hızlı Şarj 80 EK Yavaş Şarj 81 EK-2 82 EK-2.1 MARŞ MOTORU KONTROLLERİ 82 EK MARŞIN ÇEKTİĞİ AKIMIN ÖLÇÜLMESİ 82 EK Kablo Üstü Ampermetre İle Ölçüm 82 EK Mukayese Yolu İle Ölçme 82 EK Seri Ampermetre İle Ölçüm 83 EK-2.2 ARIZACILIK 84 EK ARAÇ ÜSTÜ KONTROLÜN DIŞ HATLARI 84 EK PERFORMANS TESTİNİN DIŞ HATLARI 85 EK Çekme Bobini Testi 85 EK Tutma Bobini Testi 86 EK Pinyon Geri Dönüş Testi 87 EK Pinyon Boşluğunun Kontrolü 87 EK Yüksüz Test 88 EK ENDÜVİ BOBİNİ 88 EK Kollektörün Şasi Yapmadığının Kontrolü 88 EK Kollektörün Açık Devre Açısından Kontrolü 89 EK Kollektörün Kirli Ve Yanık Yüzeyinin Kontrolü 89 EK Kollektör Salgısının Kontrolü 89 EK Kollektör Dış Çapının Ölçülmesi 89 EK Kollektör Dilimlerinin Kontrolü 90 EK MANYETİK ALAN BOBİNİ ( ENDÜVİ) 90 3

4 EK Endüvinin Açık Dvre Kontrolü 90 EK Endüvinün Şasi Yapmadığının Kontrolü 91 EK MARŞ SELENOİDİ 91 EK Selenoid Rodunun Kontrolü 91 EK Çekme Bobini Açık Devre Testinin Yapılaması 92 EK Tutma Bobini Açık Devre Testinin Yapılması 92 EK MARŞ KAVRAMASI 93 EK Pinyon Dişlinin Ve Freze Dişlilerinin Kontrolü 93 EK Kavramanın Kontrolü 93 EK KÖMÜRLER 93 EK Kömürün Boynun Ölçülmesi 93 EK Kömür Yay Yükünün El Kantarıyla Ölçülmesi 94 EK Kömür Tutucusunun Yalıtımının Kontrolü 95 4

5 SEMBOLLER DC = Doğru Akım I = Akım ( Amper ) E = Gerim (Volt) R = Direç (Ohm) e = Zıt Elektro Motor Kuvveti (Volt) φ = Manyetik akı (Weber) B = Manyetik alan (Tesla) A = Alan (m 2 ) µ = Ortamın manyetik geçirgenliği N = Sarım sayısı L = Selenoid uzunluğu (m) S = İki telin arasındaki mesafe (m) F = Elektro manyetik kuvvet (N) n = Devir (dev/dak) a = Endüvi bobinindeki parelel kol sayısı p = Endüktördeki çift kutup sayısı z = Endüvideki toplam iletken sayısı Md = Döndürme momenti (Nm) Ne = Güç (Watt) 5

6 2 BÖLÜM- I GİRİŞ İçten yanmalı motorların ilk harekete geçebilmesi için öncelikle belirli bir devirde döndürülmeleri gerekir. Bu gereksinimi karşılaya bilmek amacı ile düzenlene sistemlere ilk hareket sistemleri denir. Motorlarda ilk hareket sistemi, marş sistemi ve bataryadan meydana gelir. Marş motoruna gerekli olan akım kaynağı bataryadır. Motorlara ilk hareket verilmesi değişik metotlarla sağlanabilir. Bunlar iple, kolla, pedalla, marş motorlarıyla, yardımcı motorlarla ve basınçlı hava ile olan ilk hareket sistemleridir. Bunlardan en yaygın olarak kullanılanı marş motoru ve bataryadan oluşan sistemlerdir. Marş motorları bataryadan aldığı elektrik enerjisinin mekanik enerjiye çeviren motorlardır. Çalışmaları Faraday prensibine göre gerçekleşir. Faraday prensibi sabit bir manyetik alan içersinde serbest duran iletkenden akım geçirilecek olursa iletken hareket eder Şeklinde ifade edilmektedir. Bataryalar, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine, dönüşümlü olarak, birçok defa çevire bilen cihazlardır. Bataryanın motorlu araçlardaki temel görevi; motorun ilk hareket sırasında marş motorunun çektiği yüksek akımı verebilmek ve şarj sistemi çalışmadığı zamanlarda elektrik alıcılarını beslemektir. Bataryalar temel prensip olarak pililerle aynı grup içindedirler. Ancak genelde pillerdeki kimyasal reaksiyon tersinir olmadığından şarj edilemezler ve bu yüzden bir defa kullanılırlar. Bataryalarda ise meydana gelen kimyasal reaksiyon tersinir olduğundan birçok defa şarj ve deşarj olabilirler. Bataryalar şarj olurken dışarıdan verilen elektrik enerjisini iç yapı değişimiyle kimyasal enerji olarak depolarlar. İstendiği zamanda kimyasal yapı değişikliği tersine dönerek bataryadan elektrik enerjisi alınmaya başlanır. Marş motorları doğru akımla çalışan seri sargılı elektrik motorlarıdır. Yani endüvi ve endüktör sargıları bir birlerine seri olarak bağlanmıştır. İç direncinin az olabilmesi için kalın kesitli teller kullanılmıştır. Bu, ilk harekete geçme esnasında fazla akım çekmesi ve dolayısıyla döndürme momentinin büyük olması için gereklidir.döndürme momenti 6

7 çekilen akım ve endüktördeki manyetik alan şiddetiyle doğru orantılıdır. Seri motorlara yük bindiğinde momentleri artar fakat buna karşı devir sayılarında azalma olur. Bir motoru çalıştırmak için gereken minimum döndürme hızı motorun yapısına ve çalışma koşullarına bağlı olarak değişir.genellikle bir benzinli motor için d/dak ve bir dizel motoru için d/dak dır. Marş motorlarının, içten yanmalı motorları en az iki çevrim oluşturacak süre kadar ve yeterli devirde çevirmesi gerekir. Aksi taktirde içten yanmalı motorun çalışması mümkün olmaz. Ayrıca motorun yeni veya aşıntılı olması, soğuk veya sıcak olması marş motoruna göstereceği direnç gücünü sürekli değiştirir. Bu nedenlerden dolayı, içten yanmalı motorların verimli şekilde ilk harekete geçirilebilmesi marş motoru gücünü bilinmesi ve uygun batarya kullanılması gerekir. Bu çalışmada amaç marş sistemini ve bataryanın günümüze kadar olan gelişmelerini incelemek ve en son gelişmeleri hakkında bilgi vermektir. Bu çalışmada endüstri meslek liseleri, sanayi ustaları ve yüksek öğrenin gören üniversite öğrencilerinin de bu çalışmadan yararlanması amaç edinilmiştir. 7

8 3 BÖLÜM- II BATARYALAR BATARYALARDA MEYDANA GELEN GELİŞMELER Elektriğin elde edilmesi ve kullanımından itibaren depolanması daima düşünülmüştür. Günümüzde üretilen elektrik enerjisinin istenildiğinde kullanılması için batarya ve piller kullanılmaktadır. Temel prensip olarak pil ve bataryalar aynı gurup içindedirler. Ancak genel olarak pillerdeki reaksiyon dönüşümlü olmadığından bir defa kullanılabilir. Bataryalar ilk olarak altı voltluk yapılmışlardır. Daha sonra otomobil hızlı gelişimiyle ateşleme sistemleri de gelişmiştir. Altı voltluk bataryalar bu güçlü ateşleme sistemlerinin ihtiyaçlarını karşılayamaz hale gelmiştir. Bu yüzden altı voltluk bataryalar yerlerini on iki voltluk bataryalara bırakmıştır. Halen günümüzde on iki voltluk bataryalar kullanılmaktadır. Her batarya elemanında kullanılan malzemeye göre verdikleri voltajlar değişir. Bu sebeple batarya elemanında kullanılan malzemeye göre çeşitli bataryalar vardır.genel olarak otomobil motorlarında kurşun asit bataryalar kullanılmaktadır. Bu bataryaların iki temel maddesi kurşun ve sülfürik asittir (H 2 SO 4 ). Bu bataryalar kullanıldıkları ve çalışma şekillerine göre otomotiv traksiyoner ve stasyoner bataryalar olarak üç guruba ayrılır. Otomotiv bataryalar motorlu araçlarda kullanılan bataryalardır. Bunların çalışma özellikleri marş sırasında kısa bir süre için büyük bir akım vermeleridir. Traksiyoner bataryalar vinç, yük taşıyıcı ve özellikle deniz altı gibi elektrik motoru ile çalışan araçlarda kullanılırlar ve orta büyüklükteki bir akımı sürekli olarak verebilirler. Yapıları otomotiv bataryalarına göre çok daha sağlamdır ve bu nedenle çok uzun ömürlüdürler. Stasyoner bataryalar telefon santrallerinde kullanılırlar. Küçük bir akımı sürekli olarak verebilirler ve en önemli özellikleri uzun ömürlü olmalarıdır (9). Kurşun asit bataryaların yapısını; plakalar, separatörler(ayırıcılar), elektrolit, kutu ve kutu kapağı oluşturur. Batarya plakalarını yapımında çeşitli maddeler kullanılır. Bunlar 8

9 ; kurşun, kurşun antimon alaşımları, kurşun kalsiyum alaşımları, kurşun oksitler,plaka gözenekliğini arttırıcı maddeler, yapıştırıcı ve sertleştirici maddelerdir. Batarya yapımında kullanılan maddeler içerisinde en büyük yeri kurşun işgal eder. Atom ağırlığı 207,21 olan kurşun en fazla tabii bir mineral olan galenden (PbS) elde edilir. Bu mineral %87 kurşun %13 kükürt bulundurur. Kurşun mavimsi gri renkli metal parlaklığında bir metal olup nemli havada hemen oksitlenerek donuk gri rengini alır. Saf kurşun yumuşaktır ve dövülebilir, fakat çekme dayanımı düşüktür. Kurşun elektik direnenci batarya akımını önemli bir faktördür dökme kurşunda bu değer 20 o C de 0, ohm dur. Kurşunu sertleştirmek için arsenik, bakır, çinko, antimon ve kalsiyum kullanılır.kurşun elde edilirken içerisinde bulunan maddelerin az miktarları bile bataryaya etki eder. Bu nedenle bu yabancı maddelerin dikkatle seçilmesi gerekir. Elektrolitik yola %99,999 derecesinde saf kurşun elde edilir. İmal edilen bataryanın kapasitesi yapım sırasında kullanılan kurşunun saflığına göre değişir (13). Plaka ızgaralarının yapımında kullanılan antimonun atom ağırlığı 121,76 dır. Tabii antimon sülfit olan stipnit (Sb 2 S 3 ) mineralinden elde edilir. Elektrik direnci 39 mikro ohm dır. Bu direnç saf kurşunun elektrik direncinin iki katıdır. Bu sebeple kurşun antimon alaşımının elektrik direnci, saf kurşundan fazladır. Batarya ızgaralarında %5 ile % 12 antimon bulunur. Antimonun kurşuna ilave sebepleri ; alaşım malzeme, döküm esnasında kalıp içersine daha iyi akar, alaşım, köşeleri keskin bir ızgara dökümünü mümkün kılar,alaşım, elektro kimyasal formasyona karşı dayanaklı olup batarya yapımında formasyon esnasında bozulmadan aktif maddeye desteklik yapar ve antimon kurşunun sertliğini arttırır (13). Kurşun kalsiyum alaşımları da plaka ızgaralarının yapımında kullanır. Bu tip bataryalarda iç reaksiyonlar dolayısıyla meydana gelen kendi kendine deşarjın minimum olması istenir ve bu alaşımda kalsiyum miktarı %10 u geçmez (13). Kurşun, bir oksitler serisi oluşturacak şekilde bileşikler yapar. Bunlardan en önemlisi kurşun peroksittir (PbO 2 ). Kurşun peroksit koyu kahverenginde olup artı plaka üzerinde elektrolitik yolla diğer düşük oksitlerden elde edilir. Elektrolitik yolla kurşun peroksitten yüksek bir oksit elde edilemez (13). 9

10 Bataryalarda eksi plaka aktif maddesi saf kurşundur. Bunun gözenekliliğinin fazla olması,yüksek kapasite elde etmek için istenir.dolayısıyla aktif madde hamuru hazırlanırken bazı genişletici (gözenekliliği artıcı ) maddeler ilave edilir.bunlar; baryum sülfat (BaSO 4 ) odun tozu,odunun organik ekstrakları gibi maddelerdir.bu maddeler hamura az miktarda ilave edilirler.böylece bir taraftan saf kurşunun sıkışması önlenir ve netice de kapasite artar diğer taraftan aktif maddenin dökülmesi önlenerek plaka ömrü uzatılır (13). Aktif madde hamuru için en tabii yapıştırıcı madde sülfürik asittir (H 2 SO 4 ). Oksitler bununla yoğrularak aktif madde hamurunu oluştururlar. Eğer sülfürik asit yerine gliserin sülfürik asit kullanılırsa, hamur sürüldüğünde çimento gibi sertleşir. Diğer bir yapıştırıcı madde de ispirtodur (13). Kurşun asit bataryalarda For ( Foure) tipi plaka kullanılır. For tipi plakalarda bir ızgara vardır. Hazırlanan aktif madde hamuru ızgaraya mekaniksel olarak (Presle) tatbik edilir ve plaka bundan sonra formasyona tabi tutulur (Şekil:1.1). Izgara, plaka aktif maddesinin mesnetlik eder ve elektrik akımını iletir. Izgaralar kullanılacak bataryanın çalışma durumuna göre değişir. Hafif ve ince ızgaralar genellikle kısa zamanda yüksek bir akımın istendiği bataryalarda kullanılır. Deşarjın uzun zamanda az bir akımla yapılacağı bataryalarda ise daha kalın ızgaralar kullanılır. Izgaralar çoğunlukla kurşun- antimon ve kurşun-kalsiyum alaşımından döküm suretiyle imal edilir. Izgara boyut ve şekli her fabrikaya göre değişir. Bu gün genellikle kullanılan ızgaralar birbirine dikey veya diyagonal kesen çıtalardan oluşmaktadır. Bu çıtalar aktif maddeyi yerinde en iyi tutacak kesit ve örgüdedir. Artı ve eksi plakaların ızgaraları genellikle aynı şekil, tertip ve ağırlıktadır (13) (Şekil:1.2). 10

11 Şekil:1.2 Izgaralar Şekil:.1.1. Plakalar Bu gün genellikle kullanılan aktif madde hamuru, kurşun oksitlerinin karıştırılarak, sülfirik asit çözeltisiyle yoğrulması neticesi ile elde edilir. Yoğurma esnasında,kurşun sülfat oluşur ve açığa çıkar. Karışım ısısının belirli bir maksimum değeri aşmaması, hamurun ızgaraları kolayca tatbiki için önemlidir. Kurşun sülfat gayet sağlam bir plaka meydana getirir. Aynı zamanda hamuru genleştirir. Zira bunu yoğunluğu oksitlerinkinden daha düşüktür. Hamurun genleştirilmesi ise plaka karakteristikleri üzerinde önemli rol oynar. Sert ve sık plakalarda genleşme az olduğundan amper- saat kapasitesi düşüktür. Bu tip plakalar kullanılırken, çabucak bükülürler. Diğer taraftan büyük genleşmeye sahip olan plakalarda ise her ne kadar amper-saat kapasitesi yüksek ise de aktif madde çabuk dökülür ve plakanın faydalı ömrü kısalır. Aktif madde hamurunun kıvamı ve yoğunluğu pozitif plakadaki hamurda 3,9-4,1 gr/cm 3, negatif plaka hamurunda ise bu değer 4,2-4,3 gr/cm 3 tür. Hamur ızgaraya tatbik edilmeden önce uzun ve zahmetli bir yoğurma neticesi uygun kıvam ve sağlamlığa getirilir. Aktif madde hamuruna ait formüller imalatçılar tarafından gizli tutulur. Bu formüller imal edilecek bataryanın tipine ve kullanılacağı şekle göre değişir. Taşıt bataryaları yapımında kullanılan hamurun formülü hakkında bilgi vermek üzere; negatif plaka hamuru için %0,5 blanc fiks %0,2 is, %0,3 organik madde ve %99 da kurşun malzemesi. Pozitif plaka için ise genellikle kızdırılmış kurşun oksitle muhtemelen %20 sülyen (P 3 O 4 ). Kuru maddeler dikkatlice tartılarak, yoğurma makinasında birbirine karıştırıldıktan sonra bolca su ile ıslatılır. Daha sonra seyrektik sülfürik asit çözeltisiyle macun haline getirilir. Kullanılan sülfürik asit çözeltisi 1,100gr/cm 3 veya daha düşük yoğunluktadır. Yoğurma,hamurun homojen veya ızgaraya tatbik edilecek özel kalınlığa (Cam macunu kalınlığına) eriştiği ana kadar devam etmelidir. Bu zaman mekaniksel karıştırıcılarda 5-10 dakikadır (13). 11

12 Bataryaların plakaları kalınlıklarının batarya kapasitesine etkisi vardır. Eskiden plaka kalınlıkları fazla iken günümüzde plakalar daha incedir. Bunu sebebi aktif maddenin asitle temasını kolaylaştırmaktır.böylece temas yüzeyi arttırılmıştır. Plaka kalınlıkları 1,8-2,5mm kalınlıkta yapılmaktadır. Bir elemandaki aktif madde miktarını attırmak için ise kutup başına bağlanan plak sayısı arttırılır. Aktif madde asitle ne kadar geniş yüzeye temas ederse bataryanın vereceği akımda o kadar büyük olur (9) (Şekil: 1.3). Şekil:1.3 Plakaların kutup başına bağlanması. Plakaların seyreltik sülfürik asitte veya bir sülfat çözeltisinde elektrolitik yolla reaksiyona veya oksidasyona tabii tutulmasına formasyon denir. Formasyon işlemi, ya formasyon tanklarına veya batarya monte edildikten sonra batarya kutusu içinde yapılır. Pozitif olacak plakalar formasyon tanklarında anodu oluştururlar. Negatif plakalarda katot vazifesini görürler. Eğer formasyon için doğrudan doğruya batarya kutuları kullanılıyorsa artı ve eksi plakalar arasına separatörler yerleştirilerek monte edilir. Formasyon süresi plaka imalinde kullanılan hamura ve formasyonda kullanılan asidin yoğunluğuna bağlıdır. Formasyonda kullanılacak sülfürik asit çözeltisinin yoğunluğu ve miktarı, plakların geçirgenliğine bağlı olup yoğunluk genellikle 1,050-1,150 gr/cm 3 arasında değişir (13). Bütün plakalar formasyon çözeltisine daldırıldıktan sonra şarj akımına bağlanır. Şarj esnasında akım ızgara çıtaları yolu ile o plakaya yayılır ve yüzeyde başlayan 12

13 formasyonun aktif maddenin içine doğru ilerler. Formasyon tamamlanmadan önce plakaların bir defa şarj edilmesi faydalıdır. Bu işlem hem aşırı şarjı önler hem de aktif maddenin yumuşamasına mani olur. Mükemmel bir formasyon için ayrıca işlem ilerledikçe formasyon çözeltisini seyreltmek tavsiye edilir. Şarj akımı, plakaların kalınlık, tip ve formasyon esnasındaki ısıya göre değişir.standart ölçülerde imal edilen taşıt bataryalarda formasyon akımı 0,75-1,50 amperdir. Şarj akımı bir amper olduğundan formasyon takriben saattir. Formasyon şarjı esnasında köpürmeye veya şiddetli gaz çıkışına izin verilmemelidir. Eğer bunlardan biri oluyorsa şarj akımı azaltılmalıdır (13). Formasyonun tamamlandığı şu belirtilerle anlaşılır; plakaların her tarafında homojen olarak aktif maddenin özel rengi görülür, plakalardan normal gaz çıkışı olur,kutupların kadmiyum ölçüleri normal değerlerde sabit kalır. Formasyon tamamlandıktan sonra çözelti boşaltılır. Negatif plaka saf kurşun haldedir.pozitif plaka ise kurşun peroksit (PbO 2 ) ve çok az miktarda kurşun sülfat (PbSO 4 ) halindedir. Pozitif plaka üzerindeki asidin giderilmesi için batarya bir iki defa su ile yıkanarak açık havada kurutulur. Daha sonra tam şarjlı olduğu zaman 1,260-1,280 gr/cm 3 yoğunlukta olacak şekilde yeni bir sülfürik çözeltisi konur. Batarya böylece hizmete hazır hale getirilir. Formasyon tanklarında işleme tutulan plakalar formasyon işleminden sonra ya kurutulurlar yada yaşken elmanlar şeklinde birleştirilerek batarya kutuları içerisine yerleştirilirler (13). Bataryalarda genellikle pozitif ve negatif plakalar ararsına ayırıcı olarak separatör yerleştirilir. Separatörler, plakaları mekaniksel olarak birbirinden ayırmak ve herhangi bir temasa izin vermemek için kullanılır. Bu gün çeşitli separatör tipleri kullanılmaktadır. Bunların belli başlıları; PVC, Mikro gözenekli kauçuk, Cam elyafı ve kağıt separatörlerdir (10). Türkiye de batarya sanayiinde kullanılan separatör çeşitleri kağıt ve mikro gözenekli kauçuk separatörlerdir. Kağıt separatörlerin avantajlı olması gözenekliliğin iyi olmasıdır. En küçük çaplı aktif madde zerresi bu gözeneklerden geçemez. Bununla beraber kağıt separatörler elektron akımına hiç mani olmazlar. Kağıt separatör kullanılan bataryanın iç direnci belirsiz derecede olmaktadır. Fakat kağıt separatörler yüksek sıcaklıklara karşı dayanıksızdır. Mikro gözenekli separatörler asit ve sıcaklığa karşı dayanıklı olup gayet sağlamdırlar. Bu separatörlerin gözenekleri en ufak aktif madde zerresinin dahi geçerek kısa devre yapmasına imkan vermeyecek derecede küçüktür. Buna rağmen elektron 13

14 akımına karşı gösterilen direnç ihmal edilecek derecede küçüktür (13) (Şekil:1.4). Bataryaların kutu ve kapakların genellikle plastik türü malzemelerden yapılırlar. Batarya kutusu ve kapağının yeterli yalıtkanlığı sağlaması, sızdırmaması, uzun süre mekanik ve kimyasal özelliklerini koruyabilmesi gerekir. Kutular, imal edilecek bataryanın voltajına göre gözlere (bölmelere) ayrılır. 12 voltluk bataryalarda 6 bölme vardır. Ayrıca kutu tabanına plakaları yukarda tutacak destekler konulmuştur. Bunun sebebi plakalardan elektrolite düşebilecek aktif madde parçalarının kısa devre yapmasını önlemektir (10) (Şekil:1.5). Şekil:1.5 Batarya tabanındaki setler Şekil:1.4 Çeşitli separatörler Batarya kutu kapakları kutu malzemesinden presli kalıplarda imal edilebilirler. Kapak üzerinde bölme sayısı kadar havalandırma deliği ve bu deliklerin tapaları vardır. Bu delikler elektrolit için kullanılır. Delik tapaları üzerinde açılmış havalandırma deliği ile batarya şarj edilirken oluşan hidrojen gazının kaçmasına izin verilir (10) ( Şekil:1.6). 14

15 Şekil:1.6 Batarya kapağındaki tapalar ve havalandırma delikleri. Batarya elektroliti saf su ile sulandırılmış sülfürik asit (H 2 SO 4 ) çözeltisidir. Elektrolit olarak kullanılan sülfürik asit vitriol yağı tabir edilen %93-97 saflıktaki sülfürik asidin uygun yoğunluğa kadar seyreltilmesiyle elde edilir. Kurşun asit bataryalarda elektrolit yoğunluğu 1, gr/cm 3 tür. Batarya tam şarjlı olduğunda 1,260 gr/cm 3 veya 1,280 gr/cm 3 (20 o C,68 o F) yoğunluktadır. Yoğunluktaki bu farklılık her tip için saf suyun sülfürik aside kısmi oranına bağlıdır.1,260 yoğunluktaki elektrolit %65 saf su ve %35 sülfürik asitten meydana gelirken, 1,280 yoğunluktaki elektrolitte %63 saf su ve %37 sülfürik asit bulunur (13). Çeşitli yoğunluklarda asit çözeltileri için bir litre elektrolitteki asidin miktarı (kg) veya elektrolitteki asidin ağırlık yüzdesi olarak aşağıdaki tabloda verilmiştir. Bataryalarda kullanılan elektrolit yoğunluğu genellikle bome ile ölçülür. Bu sebeple tabloda ayrıca bome dereceleri verilmiştir (13). Tablo:1.1 Bir litre elektrolitteki asidin miktarı veya asidin ağırlık yüzdesi. Yoğunluk Bome Sülfürik asit 1litrede 15Oc Derecesi Ağırlık % si Asit(kg)miktarı 15

16 1,200 24,0 27,32 0,328 1,210 25,0 28,58 0,346 1,220 26,0 29,84 0,364 1,230 26,9 31,11 0,382 1,240 27,4 32,28 0,400 1,250 28,8 33,43 0,418 1,260 29,9 34,57 0,435 1,270 30,6 35,71 0,454 1,280 31,5 36,87 0,472 Çelik bataryalar: Kurşun bataryaların ömürlerinin kısa olması self deşarj olma miktarlarının fazla olması ve sarsıntıya karşı dayanıklı olmaması gibi kusurlarını ortadan kaldırmak için çelik bataryalar yapılmıştır. Ağır olmaları, elaman voltajlarının düşük olması ve azami deşarj akımlarının marş motorunu çalıştıramayacak derecede küçük olması gibi özellikleri taşıtlarda kullanılmasına engel olmuştur. Çelik bataryalar daha ziyade sabit tesislerde, bazı cihazların çalıştırılabilmesi için hastanelerde, gemilerde, doğru akımla çalışan elektronik cihazlarda uzun ömürlü oldular için yaygına olarak kullanılırlar (12). İlk olarak 19 yy ın sonlarına doğru Waldemur Wukner ve Thomas A. Enderson tarafından yapılan çelik bataryaların plakalarında demir ve nikel kullanılmıştır. Bulara nikel-demir bataryaları denir. Nikel-demir bataryalarda pozitif plakadaki aktif madde nikel oksittir (NiO 2 ). Negatif plaka ise demirdir (Fe). Elektroliti ise %21 oranında karıştırılmış potasyum-lityum hidroksitinden oluşur. Elektrolit yoğunluğu 1,200 gr/cm 3 dür. Nikel demir bataryalarda pozitif plaka nikel kaplı çelik bir çerçevedir. Bu çerçeve içerisine bir çok delikleri bulunan ve içi boş olan tüpler yerleştirilmiştir. Bu tüplerin içerisine bir ince nikel levha ve bir nikel hidrat olmak üzere aktif madde tabaka tabaka yerleştirilmiştir. Bu plaka alt ve üst olmak üzere her biri 15 tüpten oluşmuş iki grubun birleşmesiyle meydana getirilmiştir (Şekil:1.7). Bir tüpün kapasitesi 5 saatlik deşarj sonunda 1,25Ah tir. Toplam bir plakada ise 30x1,25=37,5Ah kapasite elde edilir. Nikeldemir bataryalarda negatif plakada nikel kaplı çelik çerçevelerdir. Bu çerçevenin içersine içi boş muhafazalar yerleştirilmiştir. Bu muhafazalar içinde toz halinde demir oksit ve bir miktarda cıva oksit bulunur (Şekil:1.8). 16

17 Şekil:1.7 Pozitif Plaka Şekil:1.8 Negatif Plaka Nikel-demir çelik bataryalarda negatif plakayı oluşturan demir, şarj akımının ve self deşarj miktarlarının atması gibi mahsurlar meydana getirmiştir. Çelik bataryalar üzerine yapılan incelemeler sonunda madde olarak nikel-kadmiyum kullanmak suretiyle bu mahsur ortadan kaldırılmış ve çelik bataryalar geliştirilmiştir. Nikel-kadmiyum çelik bataryalar yapı bakımından kurşun-asit bataryalara benzerler. Yalnız plakalar ve elektrolit başka maddelerden yapılmıştır. Plakalar nikelajlı çelik şeritler, makinelerde oluk haline getirilerek pozitif plakalar içerisine nikel hidroksit,negatif plakalar içine de kadmiyum oksit doldurularak, pozitif ve negatif plakalar bir araya getirilir. Hazırlanmış plaka grupları Kenek makinalarında birleştirilirler. Nikel kadmiyum çelik bataryalarda eleman plakaları, kurşun-asit bataryalarından farklı olarak dizilirler. Diziliş tipleri TN ve TK sistemleriyle isimlendirilirler. TN sisteminde her negatif plakanın iki yüzüne birer pozitif plaka gelecek şekilde dizilme yapılır. TR sisteminde ise plaka sayıları birbirine eşittir ve sırasıyla dizilirler (Şekil:1.9). 17

18 Şekil:1.9 Nikel-kadmiyum bataryalarda elektrolit olarak 1,200 gr/cm 3 yoğunluğunda Potasyum hidroksit (KOH) ve su karışın-mı kullanılır. Bu bataryalarda plakaların birbirine temas etmesini önlemek için plastik ve ebonit separetörler kullanılır. Ayrıca bu bataryalarda plakaların üzerine oturduğu tahta taşıyıcıları ayrı olarak batarya kutusunu tespit eden bir kam vardır (Şekil:1.10). Şekil:1.10 Çelik bataryanın yapısı ve parçaları. Şarjlı bir nikel-kadmiyum bataryaların elemanları 1,4 Volt verir. Yalnız redresöre bağlı iken gerilim 1,8 Volta kadar yükselir. Elektrolit sıcaklığı 20 o C olan şarjlı bir bataryada deşarj akımı ile batarya boşalıncaya kadar geçen zaman çarpılarak kapasite bulunur. Nikel-kadmiyum bataryaların kapasitesi 5 saatlik bir deşarja tabii tutularak bulunur. 20 o C den fazla her santigrat derece için kapasite %1,5 artar. Bu bataryaların şarj ve deşarj için normal akım miktarı batarya kapasitesinin 1/5 i kadardır. Günümüzdeki kurşun- asit bataryalarda kullanılan kurşun ızgaraların mekaniki ve kimyasal dayanıklılığını artırmak için kurşun içerisine eklenen antimonun yerini kalsiyum 18

19 almıştır. Antimon bataryanın çalışması sırasında gaz oluşumunu hızlandırır ve aşırı su kaybına neden olur. Bu nedenle bu bataryalar sürekli bakım gerektirir. Antimonun bu olumsuz etkisini gidermek için ızgaralara antimon yerine kalsiyum eklenir. Kalsiyumun avantajı normal şarj voltajlarında gaz oluşumunu % 75 oranında azaltmış olmasıdır. Bu nedenle bu bataryalar normal çalışma ömürlerinde su ilavesine gerek duymazlar. Günümüzde kullanılan ve bakım gerektirmeyen bu bataryalar en gelişmiş bataryalardır (10). Günümüz bataryalarında kullanılan batarya kutusu kapaklarında yoğunlaştırıcı kanallar bulunmaktadır. Bu kanallar, çalışma esnasında oluşan gazların yoğunlaştırılarak tekrar bataryaya dönmesini sağlar ve böylece bataryanın su eksiltmesini önler. Ayrıca üst kapak bloğu üzerine yerleştirilmiş şarj göstergelerinde (indikatör) vardır. Bu indikatör elektrolit yoğunluğunu ve seviyesini gösterir. Bataryanın bir gözüne monte edilmiştir. Bu sebeple yalnız o göze ait şarj durumunu gösterse de bataryanın bütün gözleriyle ilgili bilgiyi vermiş kabul edilir. Renkler standart olmayıp imalatçı firmaya göre değişik olmaktadır (10) (Şekil:1.11). Şekil:1.11 İndikatör. 19

20 Kontrol penceresi Cam tüp Bataryanın üstü Yeşil top Şekil:1.12 İndikatörün çalışması Şekil:1.13 İndikatörün yapısı TEORİ Bir bataryanı kapasitesi, ondan alınan amper saat olarak elektrik miktarını ve Wattsaat olarak elektrik enerjisini ifade eder. Batarya plakalarının imalinde kullanılan ham maddelerin tam etkili şekilde kullanılması mümkün değildir. Zira şarj esnasında plakalar her ne kadar %100 Pb ve PbO 2 haline geçerseler de, deşarj da bütün aktif maddenin PbSO 4 haline geçmesi pratikte gerçekleşmemektedir. Dolayısıyla teorik kapasite elde edilememektedir. Bunun sebepleri; tam şarjlı bataryalarda plakaların gözenekliliği maksimum dur, fakat deşarj olurken deşarj akımının şiddetiyle orantılı olarak gözenekler çabucak kapanır ve asitin iç kısımlara girmesi imkansızlaşarak bu kısımlardaki aktif maddeler kimyasal olaya iştirak edemezler. Gözeneklerin kapanması, deşarj esnasında meydana gelen PbSO 4 ın Pb ve PbO 2 den daha az yoğun olması dolayısıyla daha büyük hacim işgal etmesidir.bataryalarda normal şarjlarda teorik kapasitenin %25 inden en uygun şartlarda ise %50 sinden yararlanılır (13). Bir batarya elemanından alınabilecek elektrik miktarı; imalatta kullanılan aktif 20

21 maddenin kalitesine, miktarına, plakaya tespit tarzına ve gözenekliliğine, kullanılan elektrolitin yoğunluğuna,sıcaklığına ve vizkozitesine, deşarj akımının değerine bağlı olarak değişir. Aktif maddenin asitle temasını kolaylaştırmak için plakalar ince yapılır (1,8-2,5mm) ve böylece temas yüzeyi arttırılır. Bir elemandaki aktif madde miktarını arttırmak için ise kutup başına bağlanan plaka sayısı artırılır (13). Kullanılan elektrolitin yoğunluğu, eleman voltajına ve kapasitesine önemli ölçüde etki eder. Çünkü yoğunluk plaka gerilimine tesir eder ve yoğunluk arttıkça gerilim yükselir. Yoğunluk, elektrolitin elektrik geçirgenliğine de etki eder. Yoğunluk, elektrolitin vizkozitesine ve bunu neticesinde difüzyon şiddetine de etki eder. Elektrolit sıcaklığı kapasite tayininde önemli rol oynar. Sıcaklık düştükçe kapasite düşer. Çünkü sıcaklık düştükçe elektrolitin ohm-cm olarak direnci artar. Mesela 1,260 gr/cm 3 yoğunluktaki elektrolitin 25 o C deki direnci 1,1 ohm-cm iken 40 o C de 8,4 ohm-cm dir. Sıcaklık düştükçe elektrolitin vizkozitesi artar ve dolayısıyla elektrolitin gözenek içerisine difüzyonu zorlaşır. Vizkozitenin artması, yani difüzyonun azalması plaka iç kısımlarındaki aktif maddenin reaksiyona girmesini zorlaştırdığından kapasitenin düşmesine sebep olur. Deşarj rejimi bataryanın deşarj şiddetini ifade eder. Bu şiddet ya deşarj akımı yada deşarj süresi ile belirtilir. Örneğin bir bataryanın kapasitesi 100Ah demek yalnız başına bir mana ifade etmez. 20 saatlik deşarj süresine göre kapasitesi 100Ah demek gerekir. Bu taktirde batarya 100/20 =5A ile deşarj edilecek olursa 20 saat dayanacak anlaşılır. Fakat aynı batarya 20A ile deşarj edilirse 5 saat dayamaz, yani 100Ah kapasite vermez. Bir batarya kısa zamanda deşarj ediliyorsa, yani deşarj işlemi büyük bir akımla yürütülüyorsa elde edilecek Amper-saat kapasitesi küçük olur. Bunun sebebi; şiddetli deşarj plakaların yalnız dış yüzeyindeki aktif madde elektro kimyasal reaksiyona katılır. Plakanın iç kısımlarındaki aktif maddeler ise elektrolit içindeki sülfat iyonlarının plaka gözeneklerine nüfuzu için zaman bulamamasında dolayı kimyasal olaya katılamaz neticede kapasite düşük olur (13). Bir batarya plakasındaki gerekli aktif madde miktarının hesabında; Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4 2PbSO 4 + 2H 2 O (2.1) 21

22 Formülüne göre; Pb=103,6 gr. PbO2=116,6gr. H 2 SO 4 =98,076gr. Kullanıldığı zaman; klon veya 96500/3600= 26,80 Ah lık elektrik akımı elde edilir. Bir amper- saatlik akım elde etmek için; Pb=103,6/26,80=3,866 gr PbO 2 =116,6/26,80=4,46 3gr H 2 SO 4 =98,076/26,80=3,660 Kullanılarak 2 molekül-gram PbSO 4 ve 2 molekül-gram da H 2 O elde edilir. Bir plakada ızgara ağırlığı plaka ağırlığının % si kadardır. Bir Amper-Saat akım elde etmek için 3,866 gr Pb ve 4,463 gr PbO 2 ye ihtiyaç vardır. Bu toplam 8,329 gr aktif madde eder. Pratikte en iyi şartlarda kapasitenin %50 sinden yararlanıldığından 1 Ah akım için gerekli aktif madde ; 8,329/0,5=15,65 gr olarak hesaplanır. 4 1 Ah akım verecek plakanın ağırlığı ise şöyle hesaplanır : Izgara, plakanın ağırlıkça %35 i olarak kabul edilirse % 65 de aktif maddedir. 15,65 gr aktif madde bulunduracak plakanın ağırlığı 15,65/0,65 = 24,07gr dır. Demek ki 1 Ah akım verebilecek plaka ağırlığı 24,07 gr dır. Bir batarya imal edildikten sonra kullanılır hale getirebilmek için içerisine sulu sülfürik asit çözeltisi konularak şarj işlemi uygulanır. Şarj işlemiyle negatif plakada; Oluşur. PbSO 4 + H 2 Pb + H 2 SO 4 (2.2) Pozitif plakada ise; oluşur. Elektrolit içinde bulunan O iyonları pozitif plakaya giderek plakada PbO 2 PbSO 4 Pb ++ +SO (2.3) H 2 O 2H + +1/2O (2.4) 22

23 Pb O 2 PbO 2 (2.5) Şarjlı vaziyette pozitif plaka (PbO 2 ) negatif plaka ise saf kurşundur. Deşarj durumunda ise her iki plaka beraberce kurşun sülfat (PbSO 4 ) dönüşür.elektrolit olarak kullanılan sülfürik asit (H 2 SO 4 ) konsantrasyonu o C bome ve sıcaklık 25 o C olduğunda elektro motor kuvveti (EMK) 2,4 volttur. Deşarj sırasında negatif plakada; Pb Pb ++ +2e (2.6) Pb ++ +SO 4 -- PbSO 4 (2.7) Böylece 2 farad lık akım geçişi neticesi meydana gelen toplam reaksiyon; Pb+SO 4 -- PbSO 4 +2e (2.8) Deşarj sırasında pozitif plakada; PbO 2 +2H 2 O Pb +4 +4OH - (2.9) Pb +4 +2e Pb ++ (2.10) Pb ++ +SO 4 -- PbSO 4 (2.11) 4OH - +4H + 4H 2 O (2.12) Böylece pozitif plakada meydana gelen toplam reaksiyon, PbO 2 +4H++SO e PbSO 4 +2H 2 O (2.13) Deşarj esnasında bir elemanda meydana gelen reaksiyon, her iki plakada meydana 23

24 gelen reaksiyonlar toplamı olacağından bu; Pb+PbO 2 +2H 2 SO 4 PBSO 4 +H 2 O+PbSO 4. (2.14) Denklemiyle gösterilir. Deşarj esnasında meydana gelen olaylar 2 Farat ile tamamlanmaktadır. Bu akım ise plakalar arasındaki gerilim farkından ileri gelmektedir. Bu gerilim farkı şu formülle hesaplanır; E=0,84+D (2.15) Burada E batarya elemanının EMK sı D ise asitin yoğunluğudur. Bataryalarda deşarjın başlamasıyla kutup gerilimi ani olarak düşer. Daha sonra tekrar yükselir. Bundan sonra gerilim deşarj boyunca düzenli olarak azalır. Deşarj sonuna doğru gerilin düşmesi hızlanır ve bu hız sona doğru şiddetle artar. Deşarja, gerilimde meydan gelen düşüş anına varmadan son verilmelidir. Deşarj esnasında bataryanın kutup gerilimi, açık kutup gerilimi(emk) farklı olup bağıntı ohm kanuna göre şöyledir; Kd=E-Id.Ri (2.16) Burada Kd deşarj esnasındaki kutup gerilimi, E batarya elemanın EMK sı Id deşarj akımı, Ri batarya elemanını iç direnci (dökme kurşunların direnci 0, ohm dur) Grafik:2.1 Elektrolit yoğunluğuna göre bataryanın boşalma durumu. 24

25 Üstteki grafik kullanılarak yoğunluğa bağlı olarak bataryanın deşarj durumu tespit edilir. Daha sonra aşağıdaki formül kullanılarak hızlı şarj esnasında uygulanacak gerçek şarj akımı hesaplana bilir. (hızlı şarj için şarj süresi genellikle 1/2-1 saat arsındadır) Gerçek şarj akımı = Bosalma durumu (Ah) 1+ şarjsüresi(h) (2.17) Bu eşitlik daha açık bir şekilde şöyle yazılabilir. Gerçek şarj akımı = Batarya verilen kapasitesi - ölçülen kapasitesi şarjamperi (2.18) Hızlı şarj işlemi, bataryanın tamamen şarj edilmesini zorlaştırır. Bir bataryayı tamamen şarj etmek için veya tamamen deşarj edilmiş bir bataryayı şarj etmek için düşük oranda şarj akımı uygulanarak yavaş şarj işlemi gerekir. Yavaş şarj işleminde maksimum şarj akımı batarya kapasitesini 1/10 nu veya daha az olmalıdır. Yavaş şarj süresi aşağıdaki formülle bulunur. Desarjkapasitesi durumu(ah) Şarj süresi =.(1,2 1,5) (2.19) Şarj amperi Şarj gerilimi de ohm kanuna göre; 25

26 Kş=E+ Iş.Ri (2.20) Formülü ile belirlenir.formülde Kş şarj esnasındaki kutup gerilimi, E eleman EMK sı Iş de şarj akımını belirtir. Bataryalarda verim iki şekilde ifade edilir. Birincisi Amper saat verimi ikincisi ise Watt saat verinidir. Amper saat verimini hesaplaya bilmek için deşarj esnasında bataryadan alınan elektrik miktarı, şarj esnasında bataryaya verilen elektrik miktarı bölünür. Bu formül; Id. hd η Ah = (2.21) Iş. hş formülde Id deşarj akımı, Iş şarj akımı, hd deşarj süresi hş şarj süresidir. Watt saat verimi ise deşarjdan alınan enerjinin, şarj da alınan enerjiye oranı dır. Kd. Id. hd η Wh = Kş. Iş. hş (2.22) Formülde Kd deşarj esnasındaki ortalama gerilim, Kş şarj esnasındaki ortalama gerilimdir. Pratikte amper saat verimi %90 ve Watt saat verimi ise %75-85 olarak hesaplanır.enerji kayıplarının %12 si polarizasyonda, %7 si suyun ayrışmasında,%1 ide ısı kayıplarından ileri gelmektedir. Bir batarya şarj edilip bir müddet kendi haline bırakılırsa bekleme süresince şarjının az veya çok bir kısmını kaybeder. Belirli bir süre bekledikten sonra deşarj edilirse elde edilecek kapasite, şarjdan hemen sonra deşarj edildiği taktirde elde edilecek kapasiteden daha küçük olur. Buradaki kayıp kendi kendine deşarjdan ileri gelmektedir. Bu miktar yüzde olarak şu formülle hesaplanır; 100( Ah Ah Kapasite kaybı= Ah 1 2 ) 1 (2.23) 26

27 Formülde Ah 1 şarjdan hemen sonraki deşarjda elde edilecek kapasite, Ah 2 Beklemeden sonra elde edilecek kapasitedir MATERYAL METOD Bataryanın şarj testi: Bataryanın şarj testi bataryanın durumu hakkında bize bilgi verir. Batarya yeni ise deşarj olduktan sonra şarja bağlandığında şarj süresi boyunca bataryanın elektrolit yoğunluğu giderek artar. Şarj sonunda elektrolit yoğunluğu 1,280 gr/cm3 olur ve batarya tam şarjlı duruma gelir. Batarya uzun süre kullanılmış ise şarja bağlandığında bataryanın elektrolit yoğunluğu şarj süresi boyunca yükselir. Fakata şarj süresi sonunda elektrolit 27

28 yoğunluğu 1,280 gr/cm3 e çıkamaz. Yani batarya tam şarjlı duruma gelemez. Bu durum bataryanın plakalarında meydana gelen arızalar yüzünden şarj olayındaki kimyasal reaksiyonların tam olarak gerçekleşmediğini gösterir. Testin yapılışı: Test için 12volt 90 Ah ve 350 A özelliklerinde olan karagöz markalı bakım gerektirmeyen bir batarya kullanılmıştır. Bataryayı şarja bağlamadan önce Ek-1.1 de anlatılan gözle muayene işlemi yapılarak bataryanın fiziki durumu kontrol edilir. Daha sonra Ek-1.2 de anlatılan hidrometre ile yoğunluk ölçümü yapılarak bataryanın yoğunluğu ve şarj durumu tespit edilir (Şekil:3.1). Hidrometre ile bataryanın elektrolit yoğunluğu ölçüldü ve elektrolit yoğunluğu 1,140 gr/cm 3 olduğu tespit edildi. Elektrolit yoğunluğunun durumuna göre 2.19 eşitliğinden şarj süresi tespit edildi. Hesaplama sonunda bu sürenin 8 saat olduğu anlaşıldı. Test esnasında uygulanacak şarj akımının değeri (batarya kapasitesinin 1/10 u) 9 Amper olarak belirlendi. Sekil:3.1 Hidrometre Batarya atölyede bulunan bir redresör (şarj) cihazına bağlanarak şarj işlemi başlatıldı (Şekil:3.2). kullanılan redresör sabit akımlı bir redresördür. Şarj süresi boyunca çeşitli zaman aralıklarında bataryanın yoğunluğu hidrometre ile ölçülerek bir tablo halinde yazıldı. 28

29 Şekil:3.2 Bataryanın redresöre bağlanması TEST SONUÇLARI VE DEĞERLENDİRME Test sonuçları: 29

30 Test sonuçları tablo:4.1 de ve deney sonuçlarına göre elde edilen şarj eğrisi Şekil:4.1 de görülmektedir. Tablo:4.1 Ölçülen yoğunluk değerleri Zaman(saat) Yoğunluk(gr/cm 3 ) 1,140 1,155 1,165 1,180 1,200 1,225 1,240 1,260 1,280 1,3 1,28 1,26 1,24 K YOĞUNLU 1,22 1,2 1,18 1,16 1,14 1, ZAMAN (Saat) 9 Şekil:4.1 Bataryanın şarj eğrisi Test Sonuçlarının Değerlendirilmesi: Ölçüm sonuçlarına göre deşarj olmuş yani elektrolit yoğunluğu azalmış bataryanın 30

31 şarj süresi boyunca elektrolit yoğunluğunun arttığı görüldü. Bu olay şarj sırasında meydana gelen kimyasal olaylarla açıklana bilir. Bunlar ; Şarj işlemiyle negatif plakada; PbSO 4 + H 2 Pb + H 2 SO 4 Pozitif plakada ise ; PbSO 4 Pb ++ + SO 4 -- H 2 O 2H+ + ½ O 2 Pb ++ + O 2 -- PbO 2 SO H+ H 2 SO 4 Kimyasal olayları meydana gelir. Kimyasal olayların sonunda sülfürik asit (H 2 SO 4 ) oluştuğu görülmektedir.sülfürik asidin artması ile elektrolitin yoğunluğu artar. Test esnasında ölçülen yoğunluk değerlerinin giderek artması ve testin sonunda bataryanın yoğunluğunun 1,280 gr/cm 3 olması bataryanın durumunun iyi olduğunu bize göstermektedir. Bataryanın plakalarında meydana gelen kimyasal olay tam olarak gerçekleşerek batarya, test sonunda tam şarjlı duruma gelmiştir. 31

32 MARŞ MOTORLARI MARŞ MOTORUNDAKİ GELİŞMELER İçten yanmalı motorlar 17.yy sonlarına doğru oto ve dizelin çabalarıyla ilk basit motor olarak yapılmışlardır. Bu motorların ilk hareketi iple, kolla ve pedalla yapılmaya çalışılmıştır. İçten yanmalı motorların gelişmesiyle ilk hareket sistemlerinin de gelişmesi zorunlu hale gelmiştir. Çünkü krank milinin iple veya kolla çevrilmesiyle yeterli devir sayısı elde edilememektedir. Bir İngiliz bilim adamı olan Micheal Faraday 19.yy ın başlarında ilk elektrik motorunu icat etmiş ve bu elektrik motorları günümüz otomobillerinin ilk hareket sistemlerinde kullanılmaktadır. Marş motorları Faraday prensibine göre çalışmaktadır. İlk marş motoru 1911 yılında bir Cadillac motorunda uygulanmış ve başarılı olduğu gözlendikten sonra giderek yaygınlaşmış ve günümüz otomobillerinde en çok kullanılan ilk hareket sistemi halini almıştır. Günümüzde halen kullanılmakta olan başka ilk hareket sistemleri de vardır. İple ilk hareket sistemi, küçük deniz motorlarında ve bazı sabit motorlarda uygulanır. Kol ile ilk hareket verme sistemi, eski model taşıt araçları ile traktörlerde ve ufak çaptaki sabit motorlarda bu ilkel metot kullanılmaktadır. Pedal ile ilk hareket verme sistemi, motosikletler de görülen bir sistemdir. Yardımcı motor ile ilk hareket sistemleri, büyük sabit motorların harekete geçe bilmesi için kullanılırlar. Yine büyük sabit motorlarda, basınçlı hava yardımıyla çalışan ilk hareket sistemleri de vardır (8). Marş motorlarının içten yanmalı motoru ilk harekete geçirebilmesi için yeterli düzeyde moment üretmeleri gerekir. Marş motorlarının ürettikleri döndürme momenti bir çok etkene bağlıdır. Özellikle ilk hareket esnasında endüvi sargılarından geçen akımın olabildiğince büyük olması gerekir. Bu nedenle ikaz ve endüvi sargıları lama şeklindeki çok düşük dirençli kalın bakır tellerden yapılmıştır. Bu sayede, azami güç verecek akım, ısı meydana getirmeden sargılardan geçme imkanı bulur. Ancak momentin büyük olması için yalnızca endüvi sargılarından geçen akımın büyük olması yetmez. Endüvinin arasında bulunduğu manyetik alan şiddeti de büyük olmalıdır. Daimi mıknatıs ile istenildiği kadar büyük manyetik alan şiddeti elde edilemez. Bu yüzden kutuplar elektromıknatıs olmalıdır. Marş endüvisinin çektiği büyük akım kutup pabuçlarının etrafına sarılan sargılardan geçirilirse istenilen güçlü manyetik alan elde edilmiş olur. Böylece hem endüvi 32

33 sargılarından hem de kutup sargılarından geçen akım büyük olur. Döndürme momentini etkileyen diğer bir faktör ise kutup sayısıdır. Kutup sayısı artıkça momentte artar (8). İlk hareket esnasında taşıt motoru, marş sistemine değişik bir karşı koyma direnci gösterir. Çünkü motorun soğuk veya sıcak, aşıntılı veya yeni olması, veyahut ta ilk harekete geçiş veya daha sonraki dönüşlerde, zıt döndürme kuvvetleri daima değişmektedir. Bu yüzden, bu olumsuz şartlar ancak seri motorlar tarafından karşılanabildiğinden, bütün marş motorları seri motor olarak yapılırlar. Yalnız yüksek gerilimli bazı marş motorlarında, yüksüz çalışmada devrin fazla artmasını önlemek için takviye şönt sargılar veya yüksek güçlü bazı marş motorlarında özel devreler bulunabilir (1) Doğru Akım (DC) Motor Devreleri ve Çalışma Özellikleri Marş motorları doğru akımla çalışan (DC) elektrik motorlarıdır. DC elektrik motorları, ikaz ve endüvi sargılarının birbirine bağlanış şekline göre üç guruba ayrılırlar (Şekil:1.1). Bunlar ; seri motorlar, şönt motorlar ve kompunt (karma devreli) motorlardır (1). Şekil:1.1 DC motor çeşitleri Seri motorlar, ikaz ve endüvi sargıları birbirine seri bağlanmış motor tipleridir. İlk harekete geçişte büyük bir döndürme momenti meydana getirirler. Çünkü bu anda zıt elektro motor kuveti (Z.E.M.K) sıfır ve iç dirençleri de çok az olduğundan fazla akım çekerler (1). Şönt motorlar, ikaz ve endüvi sargılarının birbirine paralel bağlanmış olan elektrik 33

34 motorlarıdır. Yüklenme anında sadece endüviden geçen akım miktarı artacağından, devirlerinde fazla değişiklik olmaz. Aşırı yüklenmelerde ısı artışı çok fazla olacağından güç artışı fazla olmadığı gibi, endüvi bobinine de fazla ısı zarar verebilir. Bu yüzden şönt motorlar sabit yük ve devir istene yerlerde kullanılır(1). Kompunt motorlar, hem seri hem de şönt ikaz sargısı kullanılır. Heriki tip motorun ortak özellikleri bulunan ihtiyaç yerlerinde kullanılırlar. Yüksüz çalışmalarda, şönt ikaz sargısının endüktörlerdeki destekleyici manyetik alanı sebebiyle aşırı hız artışı önlendiğinden devir sınırlanmış olur(1) Endüvi Sargı Çeşitleri Endüvi sargıları iki çeşittir. Bunlar seri ve paralel sargılardır. Paralel Sargı: Şekil:1.2 de 12 bobinli endüvi sargısı görülmektedir. Doğru akım şebekesinin negatif hattından gelen elektronlar 1 nolu kollektör dilimi üzerindeki negatif fırçadan geçerek oradan iki kola ayrılarak, daha sonra sargıların içinden geçerek pozitif fırçanın altında birleşir ve şebekenin pozitif hattına dönerler (6). Şekil: 1.2 Paralel sargı 34

35 Bobinin birinci kenarı 1 nolu oyukta, ikinci kenarıda 4 nolu oyuğa yerleştirilmiştir. Paralel sargının özelliği, bobin giriş uçları ile çıkış uçlarının birbirini takip eden kollektör dilimlerine bağlanmasıdır. Bobinin 4 nolu oluktaki kenarından çıkan uç 2 nolu kollektör dilimine, 1 nolu oluktaki birinci kenarından çıkan uç 1 nolu dilime bağlıdır. Akım birinci bobinden geçtikten sonra 2 nolu kollektör dilimine gelir, buradan 2 ve 5 nolu oluktaki bobinden geçtikten sonra 3 nolu dilimden 3 ve 6 nolu oluklara yerleştirilmiş bobinden geçerek 4 nolu kollektör dilimine gelir. 4 nolu dilim pozitif fırça ile temasta olduğundan şebekenin pozitif hattına geçen akım devresini tamamlamış olur. 4 kutuplu endüvi devrelerini gösteren diğer bir diyagram Şekil:1.3 dir. Bu diyagramın amacı endüvide dört paralel kolun olduğunu göstermektir. Genel olarak paralel sargılarda; kutup sayısı kadar fırça ve endüvi kutup sayısı kadar paralel kol bulunur. Paralel sargılar, düşük gerilimli ve yüksek akımlı motorlarda kullanılır (6). Seri( Dalgalı ) Sargı: Şekil:1.3 Dört kollu paralel endüvi sargısı 35

36 Şekil: 1.4 Seri sargı Şekil:1.4 de bir seri endüvi sargısı görülmektedir. Seri sargılarda da kutupların altında bulunan oluklarda ki iletkenlerden geçen akımların yönleri paralel sargıdaki gibidir. Bu iki sargının arasındaki önemli farklardan birisi de seri sargının endüvisi 11 oluk ve 11 dilimlidir.sargı 1 nolu dilimden 1 ve 4 nolu oyuklardaki bobinden 6 nolu kollektör dilimlerine, oradan 6 ve 9 nolu oyuklardaki bobinden geçerek 11 nolu dilime ulaşır. Bu şekilde 1 nolu dilimden başlayıp seri bağlı iki bobin katedildikten sonra başlangıç diliminin bir evvelki 11 nolu dilime gelinir. Böylece devam ederek 4 nolu dilime gelinir. 1 nolu dilimden başlayan diğer bir yol 10 ve 7 nolu oyuklar ve diğerlerini takip ederek 4 nolu dilime varılır. Şekil 1.5 te şematik olarak endüvideki seri bağlantı iki paralel kol olarak gösterilir. Seri bağlantılar yüksek gerilimli ve düşük akımlı motorlar veya jeneratörlerde kullanılır (6). Şekil:1.5 İki kollu seri endüvi sargısı Endüktör üzerinde yapılan çalışmalar Çok küçük marş motorları iki kutuplu,orta boyları dört kutuplu ve daha büyükleri ise altı veya sekiz kutuplu olarak yapılırlar. 0,5 1,5 HP civarında döndürme gücü istenen yerler de kullanılan iki pabuçlu bir marş motorunun dere şeması görülmektedir (Şekil:1.6). Bu marş motorunda ikaz sargılarından biri N diğeri S kutbu meydana getirecek tarzda devreye bağlanmıştır(1). Orta güçteki bazı marş motorlarında 4 pabuç (kutup) olduğu halde bunlardan sadece ikisinde ikaz sargısı bulunur (şekil 1.6). bunun nedeni yapım kolaylığı ve kalın tel kullanarak ikaz sargılarının iç direncini düşük tutmak ve marş motorunun gücünü istenen seviyeye çıkarmaktır. Sargısı olsun veya olmasın 4 pabuç marş motorlarında,ikisi şasi ikisi yalıtılmış olmak üzere dört fırça bulunur.yalıtılmış fırçalar kalın bir telle birbirlerine bağlanarak,ikaz sargıları çıkışındaki gerilimi dengeler(1). 36

37 Şekil: Pabuçlu, çift ikazlı marş motorları devreleri Bu sayede iyi temas etmeyen fırçaların meydana getireceği arklar yüzünden kollektörün yanması önlemmiş olur. Yine 4 pabuçlu bazı marş motorlarında pabuçların hepsinde ikaz sargısı bulunur (Şekil : 1.7). Bu metotla ikaz sargıları, birbirine ikişer iki şer seri bağlanarak paralel iki kol halini alır. Sargılardaki toplam sarım sayısı artacağından, endüktölerin manyetik şiddeti Amper x saat yükseltilmiş olur. Yüksek gerilimle çalışan düşük güçlü bazı marş motorlarında 4 ikaz sargısı da birbirine seri olarak bağlanmıştır (1) (Şekil:1.7). Şekil: Pabuçlu ve 4 ikazlı marş motoru devreleri Bazı marş motorlarında bütün fırçalar yalıtılmıştır. Bu sistem daha çok 12 ve 24 voltluk marş sistemlerinde görülür. Bu özelliğin amacı daha iyi şasileşmeyi sağlamak içindir. Giriş akımı önce iki fırça ile endüviye verilir, daha sonra endüvi çıkışındaki diğer iki fırça ile ikaz sargılarına akım verilerek şasiden devresini tamamlamış olur (1) 37

38 (Şekil :1.8). Yüksek güçlü ve yüksek gerilimli marş motorlarında bütün pabuçlara da seri sargı konması, yük değişimlerinde, marş motoru devrinin de değişmesine sebep olur. Bu sorunu gidermek için, bu tür marş motorlarına, şönt ikaz sargısı ilave edilir(şekil:1.9). Şönt sargısı şasi fırçasından devresinin tamamladığından, endüvi akımıyla ilgisi olmaz ve yüksüz çalışmalarda devrin fazla yükselmesini önler (1). Şekil: 1.8 Yalıtılmış tip marş motoru devreleri Sabit tesislerdeki veya gemi ve trenlerdeki büyük dizel motorlarını ilk harekete geçirebilmek için çok fazla güce ihtiyaç vardır. Bu gibi yerlerde çalışan marş motorlarının hepsinde ikaz sargısı bulunan 6 veya 8 pabuç kullanılır. Bunlar genelde 32 veya 64 voltla çalışırlar. Gerilim ve güç fazlalığı sebebiyle üzerlerinde bazı elektrik i devreler ve kumanda tertibatı bulunabilir (1) (Şekil:1.9) Şekil: Pabuçlu, yüksek güçlü marş motoru devreleri 38

39 Hareket İletim Sisteminde Yapılan Çalışmalar Marş motorlarının hareket iletim sistemlerine göre değişik tipleri vardır. Bunlar; Bendix tipi, Dayer tipi, Sürme Endüvili, Boşaltıcılı ve Redüksiyonlu tip marş motorlarıdır. İlk hareket sistemlerin de ilk kullanılan marş motoru Bendix tipi marş motorlarıdır. Bu tip marş motorlarında bendix tipi kavrama kullanılır. Bendix kavrama tertibatında, marş dişlisinin volan dişlisi ile kavraşması marş dişlisinin atalet kuvveti ile olur. Bendix tertibatı, üzerine helis diş açılmış bir manşona geçmiş pinyon dişlisi ile, iki adet bendix pabucu yayından ibarettir.marş motoru çalıştırıldığı anda manşon aniden dönmeye başlayacak ve serbest halde bulunan pinyon dişlisi ile eksantrik ağırlığının da takviyesi ile ataleti sebebiyle hemen dönmeyecektir. Bu durumda dişli hızla ileri kayar ve volan dişlisi ile kavraşır. Motor çalışmaya başladığı anda volan dişlisi en az 500 d/d dönmeye başlayacaktır. Bu seferde hareket iletimi tersine olacaktır.hareket iletimi volan dişlisinden pinyon dişlisine geçer. Kavraşmış durumdaki dişliler arasında dişli oranı 1/15 olduğundan pinyon dişlisi 7500 d/d dönmeye başlar. Bu hız marş motorunun normal dönüş hızını çok üzerinde olduğundan pinyon dişlisi manşon üzerinde kayarak geri çıkar ve hareket iletimi kesilmiş olur. Bendix tipi marş motorlarının en büyük kusuru marş dişlisini volan dişlisine takılı kalıp sıkışmasıdır. Bendix sisteminin bir başka kusuru da motorun zor çalışması ve bir iki ateşleme yapıp durması halinde marş dişlisinin volan dişlisinden ayrılıp boşta dönmesidir (1). Bütün bendix marş motorlarının kavrama tertibatları aynı prensibe göre çalışır. Yalnız çeşitli firmalar tarafından yapılmış olan çeşitli bendix tipi marş motorları bulunur. Bunlardan, düz bendix tipi marş motorları, 0,5-2,5 HP gücündeki ilk hareket sistemlerinde kullanılır. Bu sistemde pinyon dişli dışa doğru hareket ederek kavraşma yapar. Ters bendix marş motorlarında kavraşma anında, pinyon dişli dıştan marş motoruna doğru hareket eder. güçleri 0,5-2,5 HP arsındadır. Kavramalı bendix tipi marş motorları 2,5-6 HP arasındaki daha büyük ilk hareket sistemleri için kullanılır. Kavraşma olayı diğer tiplerde olduğu gibidir (1). Bendix tipi marş motorları çalışırken fazla akım çektiklerinden kumanda devrelerinde ısınmayacak, bozulmayacak şekilde sağlam kontakları bulunan özel şalterler kullanırlar. Marş sistemlerinde yüksek akımından dolayı gerilim düşmelerini engellemek için marş şalterleri batarya ile marş motoru arasına konulurlar. Marş motorlarında genel 39