ELEKTROMEKANİK KUMANDA SİSTEMLERİ

Transkript

1 T.C. ANADOLU ÜNİVESİTESİ YAYN NO: 2779 AÇKÖĞETİ FAKÜLTESİ YAYN NO: 1737 ELEKTOEKANİK KUANDA SİSTELEİ Yazarlar Yrd.Doç.Dr. Nuray AT (Ünite 1, 2, 4, 6) Yrd.Doç.Dr. Hanife APAYDN ÖZKAN (Ünite 3, 5, 7, 8) Editör Prof.Dr. Ertuğrul YÖÜKOĞULLA ANADOLU ÜNİVESİTESİ i

2 Bu kitabın basım, yayım ve satış hakları Anadolu Üniversitesine aittir. Uzaktan Öğretim tekniğine uygun olarak hazırlanan bu kitabın bütün hakları saklıdır. İlgili kuruluştan izin almadan kitabın tümü ya da bölümleri mekanik, elektronik, fotokopi, manyetik kayıt veya başka şekillerde çoğaltılamaz, basılamaz ve dağıtılamaz. Copyright 2013 by Anadolu University All rights reserved No part of this book may be reproduced or stored in a retrieval system, or transmitted in any form or by any means mechanical, electronic, photocopy, magnetic tape or otherwise, without permission in writing from the University. UZAKTAN ÖĞETİ TASA Bİİİ enel Koordinatör Doç.Dr. üjgan Bozkaya enel Koordinatör Yardımcısı Doç.Dr. Hasan Çalışkan Öğretim Tasarımcıları Yrd.Doç.Dr. Seçil Banar Öğr.ör.Dr. ediha Tezcan rafik Tasarım Yönetmenleri Prof. Tevfik Fikret Uçar Öğr.ör. Cemalettin Yıldız Öğr.ör. Nilgün Salur Kitap Koordinasyon Birimi Uzm. Nermin Özgür Kapak Düzeni Prof. Tevfik Fikret Uçar Öğr.ör. Cemalettin Yıldız rafikerler ülşah Karabulut Özlem Ceylan Dizgi Açıköğretim Fakültesi Dizgi Ekibi Elektromekanik Kumanda Sistemleri SBN Baskı Bu kitap ANADOLU ÜNİVESİTESİ Web-Ofset Tesislerinde adet basılmıştır. ESKİŞEHİ, Ocak 2013 ii

3 İçindekiler Önsöz... iv 1. Asenkron otorlar Kumanda Devre Elemanları Kumanda Devre Elemanları Hareket Sistemleri Dönüş Yönü Değiştirme Yol Verme Yöntemleri Frenleme Teknikleri Kumanda Sistemlerinde PLC Kullanımı iii

4 Önsöz Anadolu Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi - Elektrik ve Enerji Bölümü - Elektrik Enerjisi Üretim, İletim ve Dağıtımı Programı içerisinde yer alan Elektromekanik Kumanda Sistemleri dersinin aynı isimli bu kitabı uzaktan öğretim tekniğine uygun olarak hazırlanmıştır. Kitaptaki konular uzaktan öğretim tekniğine göre hazırlandığından öğrencilerimizin üniteleri çalışırken bu durumu göz önüne alarak çalışmaları gerekir. Her ünitenin başında o ünitenin amaçları sıralandıktan sonra ünite bu amaçlar doğrultusunda yazılmıştır. Ünite bittikten sonra öğrenci, ünitenin başında öğretilmesi amaçlanan bilgileri öğrenmiş olmalıdır. Kendimizi sınayalım soruları bu amaçlar doğrultusunda hazırlanmıştır. Ayrıca öğrenciler, her ünitenin sonunda yer alan kaynaklara başvurarak o ünite ile ilgili daha fazla bilgiye ulaşabilirler. Kitap Asenkron otorlar, Kumanda Devre Elemanları-, Kumanda Devre Elemanları-, Hareket Sistemleri, Dönüş Yönü Değiştirme, Frenleme Teknikleri, Yol Verme Yöntemleri ve Kumanda Sistemlerinde PLC Kullanımı olmak üzeresekiz bölümden oluşmaktadır. Endüstrideki teknolojik gelişmelere paralel olarak bu otomatik kumanda sistemleri artık yurdumuzda Türk normuna (TSE) göre üretilmektedir. Bilindiği gibi elektrik en pahalı enerji olup başka enerji türüne dönüşme verimi düşüktür. Bu nedenle elektrikli aygıtların kullanılmasında elektrik enerjisinin verimli ve tasarruflu bir şekilde harcanmasına dikkat edilmelidir. Bu açıdan gerek kumanda sistemleri gerek cihaz seçiminde uluslararası normlara uygunluğun önemi her geçen gün artmaktadır. Kitabın hazırlanmasında başta rektörümüz Prof.Dr.Davut AYDN olmak üzere dizgi birimine ve emeği geçen herkese teşekkürü bir borç bilirim. Editör Prof.Dr. Ertuğrul YÖÜKOĞULLA iv

5

6 1 Amaçlarımız Bu üniteyi tamamladıktan sonra; Üç fazlı asenkron motorların yapısı ve çalışma prensibini açıklayabilecek, Üç fazlı asenkron motorları yıldız veya üçgen çalıştırabilecek, Asenkron motorun verimini hesaplayabilecek, Asenkron motorlarda hız kontrolünü açıklayabilecek, Bir fazlı asenkron motorların başlatma devrelerini tanıyabilecek, Bir asenkron motorun etiketini yorumlayabilecek bilgi ve becerilere sahip olabilirsiniz. Anahtar Kavramlar Elektrik otoru Stator otor Döner anyetik Alan Tork Senkron Hız Kayma otor Verimi Yardımcı Sargı ölge Kutup İçindekiler iriş Üç Fazlı Asenkron otorlar Bir Fazlı Asenkron otorlar Asenkron otorların Etiket Bilgileri 2

7 Asenkron otorlar İİŞ Elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren aygıta elektrik motoru denir. Bu bölümde üç fazlı asenkron motorların yapısı ve çalışma prensibi açıklanacak; yıldız-üçgen bağlantı özelliklerinden bahsedilecek; motorun verimi ve asenkron motorlarda hız kontrolü tanımlanacaktır. Daha sonra en çok kullanılan motorlardan bir fazlı asenkron motorların başlatma devreleri ele alınacaktır. Son olarak, asenkron motor etiketi tanıtılacaktır. ÜÇ FAZL ASENKON OTOLA Asenkron otorların Yapısı Asenkron motor, stator ve rotor olmak üzere iki ana bölümden oluşur. Şekil 1.1 de tipik bir asenkron motorun parçaları görülmektedir. Stator Şekil 1.1: Asenkron motor parçaları Stator motorun duran kısmıdır. Oluklu sac paketi ve bu oluklara yerleştirilmiş döner manyetik alan sargılarından (üç faz sargıları) oluşur. Bu sargılara ait altı sargı ucu motor gövdesinde bulunan klemens kutusuna taşınır ve motorun yıldız veya üçgen çalışma durumuna göre klemens kutusunda gerekli bağlantılar yapılır. Şekil 1.2 de bir statorun görünüşü verilmiştir. Üç fazlı asenkron motorun üç faz sargı setleri sayısı o motorun çift kutup sayısını verir. Örneğin, 2 set üç faz sargısı olan bir asenkron motorda 2 çift kutup yani toplam 4 kutup vardır. Dolayısıyla, stator sargılarının uygun şekilde düzenlenmesiyle asenkron motorda istenilen sayıda kutup elde etmek mümkündür. 3

8 otor Şekil 1.2: Statorun görünüşü otor motorun hareketli kısmıdır ve oluklu sac paketinden oluşur. Stator içerisinde ve mil ekseni etrafında dairesel hareket yapar. otorlar, Sincap kafesli Sargılı olmak üzere iki çeşittir. Sincap Kafesli otor (Kısa Devreli otor) otor oluklarına alüminyum veya bakır çubukların (rotor çubukları) yerleştirilmesi ve bu çubukların rotorun her iki tarafında halkalarla kısa devre yapılmasıyla elde edilir. Bu yüzden, sincap kafesli rotora kısa devreli rotor da denilmektedir. Şekil 1.3 te sincap kafesli bir rotor, Şekil 1.4 te ise sincap kafesli rotorlu bir asenkron motorun kesit görünüşü verilmiştir. Şekil 1.3: Sincap kafesli rotor 4

9 Sargılı otor (Bilezikli otor) Şekil 1.4: Sincap kafesli rotorlu bir asenkron motorun kesit görünüşü otor oluklarına çubuklar yerine, statorda olduğu gibi, döner manyetik alan sargılarının yerleştirilmesiyle elde edilir. otora yerleştirilen bu sargılar yıldız veya üçgen bağlandıktan sonra çıkarılan üç uç, motor mili üzerinde bulunan ve milden yalıtılmış bileziklere bağlanır. Bu yüzden, sargılı rotora bilezikli rotor da denilmektedir. Şekil 1.5 te sargılı bir rotor, Şekil 1.6 da ise sargılı rotorlu bir asenkron motorun kesit görünüşü verilmiştir. Şekil 1.5: Sargılı rotor Şekil 1.6: Sargılı rotorlu bir asenkron motorun kesit görünüşü Şekil 1.7 de sargılı rotorlu asenkron motorun çalışma devresi görülmektedir. Şekil 1.7: Sargılı rotorlu asenkron motorun çalışma devresi 5

10 Bu devrede, rotor sargılarında üretilen enerji bileziklere temas eden fırçalar yardımıyla bağlantı kutusuna aktarılmaktadır. Sürtünmeden dolayı fırçalarda meydana gelecek aşınmayı azaltmak için fırçalar genellikle karbondan yapılır. Sargılı rotorlu asenkron motorlarda arızanın en çok meydana geldiği kısım bilezik ve fırça tertibatıdır. Asenkron otorların Çalıma Prensibi Asenkron motorlar indüksiyon prensibine göre çalışır. Asenkron motor rotorunun harici bir kaynakla beslenmesine gerek yoktur; bunun yerine, rotorda gerilim indüklenmektedir. Bu yüzden, asenkron motorlara indüksiyon motorları da denilmektedir. Sincap kafesli rotorlu veya sargılı rotorlu asenkron motorların çalışma prensibi aynıdır. Sadece rotorda indüklenen gerilimin kısa devre yapılarak rotor akımının dolaşması farklıdır. Asenkron motorun stator sargılarına üç fazlı gerilim uygulandığında, sargılardan geçen akım statorda bir manyetik alan oluşturur. Bilindiği üzere, manyetik alan içerisinde bulunan iletkenlerde gerilim indüklenir. Dolayısıyla statorda oluşan bu manyetik alan, stator sargılarında ve rotor çubuklarında (sargılarında) bir gerilim indükler. Sincap kafesli rotorlu asenkron motorun rotor çubuklarında indüklenen gerilim, halkalarla kısa devre yapılmış rotor çubuklarında (rotor devresinde) bir akım dolaştırır. Sargılı rotorlu asenkron motorun rotor sargılarında indüklenen gerilim, bilezik ve fırçalar (Şekil 1.7) yardımıyla kısa devre yapılarak rotor devresinde bir akım dolaştırır. otor devresinden geçen bu akım rotorda bir manyetik alan oluşturur. Stator ve rotor döner manyetik alanlarının karşılıklı etkileşimi sonucu, motorda bir dönme torku meydana gelir ve rotor dönmeye başlar. Şekil 1.8 de asenkron motora ait tipik bir tork-hız eğrisi görülmektedir. Şekil 1.8: Tork-hız eğrisi Tork-hız eğrisinde görülen, senkron hız ve kayma kavramları aşağıda açıklanmıştır. Senkron Hız Statorda yaratılan döner manyetik alanın dönüş hızına, asenkron motorun senkron hızı denir. Devir/dakika (d/d) cinsinden, senkron hız n aşağıdaki şekilde verilir: s 120 fs n = (d/d) s P fs Burada statora uygulanan gerilimin frekansını (Hz), P ise statorun toplam kutup sayısını göstermektedir. 6

11 Asenkron otorlarda Kayma Stator döner manyetik alanı n senkron hızında dönerken, asenkron motorun rotoru n s r hızında döner. Bu iki hız arasındaki fark kayma hızını verir. Kayma hızının senkron hıza oranına kayma denir ve aşağıdaki şekilde hesaplanır: s n s n r n s Bu eşitlik düzenlenirse rotor hızı, senkron hız ve kayma cinsinden aşağıdaki şekilde ifade edilebilir: n r = (1 s)n s Statora uygulanan gerilimin frekansı fs ise, rotorda indüklenen gerilimin frekansı f r =sf s bağıntısı ile verilir. Benzer şekilde, rotor ve stator sargılarında indüklenen gerilimler arasında E r = se s bağıntısı vardır. Örnek Problem: Frekansı 50 Hz olan bir asenkron motorun senkron hızı 3000 d/d dır. Buna göre: bulunuz. a. otorun kutup sayısını b. otorun tam yüklü durumdaki hızı 2925 d/d iken motorun kaymasını Çözüm: f s = 50 Hz ve n s = 3000 d/d. a. Asenkron motorun senkron hızı: n s = 120f s P = (120)(50) =3000Dolayısıyla, motorun kutup sayısı P=2 dir. P b. Asenkron motorun kayması: s= n s-n r = =0.025=%2.5 n s 3000 Asenkron otorların Bağlantı Şekilleri Üç fazlı asenkron motorlar yıldız veya üçgen çalıştırılırlar. Bu bölümde ilk olarak, yıldız veya üçgen bağlı bir sistem için faz ve hat, akım ve gerilimleri tanımlanacak; daha sonra, bu akım ve gerilim değerlerine ait ifadeler verilecektir. Son olarak, üç fazlı asenkron motoru yıldız veya üçgen çalıştırmak için gerekli klemens kutusu bağlantılarından bahsedilecektir. Yıldız ve Üçgen Bağlantıların Özellikleri Şekil 1.9 da yıldız ve üçgen bağlantı şekilleri verilmiştir. Bu bağlantılarda, S, ve T şebeke terminallerini, Z ise faz empedans değerini göstermektedir. Burada, Faz akımı: herhangi bir Z empedansı üzerinden geçen akım Faz gerilimi: herhangi bir Z empedansı üzerinde düşen gerilim Hat akımı: herhangi bir terminalden geçen akım Hat gerilimi: herhangi iki terminal arasındaki potansiyel farkı olarak tanımlanır. 7

12 LY = py L Δ V py Z p Δ V V L L = Vp Δ Z Z S Z Z S Z T T Şekil 1.9: Yıldız ve üçgen bağlantıları Her fazında aynı empedans değerinin olduğu sistemlere dengeli sistemler denilmektedir. Dengeli, yıldız veya üçgen bağlı sistemlerin aşağıdaki özellikleri unutulmamalıdır: Yıldız bağlantıda hat akımı faz akımına eşittir; hat gerilimi faz geriliminin 3 katıdır. Üçgen bağlantıda hat akımı faz akımının 3 katıdır; hat gerilimi faz gerilimine eşittir. Şekil 1.9 da görüldüğü gibi, yıldız ve üçgen bağlı dengeli sistemler aynı şebekeye bağlanırsa: Faz gerilimi: V py = 3 V pδ =V L Faz akımı: py = V L 3 Z Hat akımı: Y = Y = V L 3 Z 3 3 Bu ifadeler Tablo 1.1 de özetlenmiştir. Tablo 1.1: Yıldız ve üçgen bağlantılarda akım ve gerilim ilişkileri Yıldız Üçgen Faz gerilimi 1 3 Faz akımı 1 3 Hat akımı 1 3 Tablo 1.1 şu şekilde yorumlanabilir: Dengeli bir yük üç fazlı şebekede üçgen çalıştırılırsa yıldız çalıştırılması durumuna göre, 3 (yaklaşık 1.73) kat daha fazla faz akımı ve 3 kat daha fazla hat akımı çeker. Her fazında 6 Ω luk bir direnç bulunan yıldız bağlı bir yük, 240 V hat gerilimi ile besleniyor. Buna göre faz gerilimini, faz ve hat akımlarını bulunuz. 8

13 otorun Yıldız Çalıştırılması Üç fazlı asenkron motorun her faz sargısı bir bobin olarak kabul edilebilir. Bu bobin uçları 1. bobin U-X 2. bobin V-Y 3. bobin W-Z olarak adlandırılsın. Buna göre, üç fazlı asenkron motorun yıldız bağlanması ve yıldız çalıştırılması için gerekli klemens kutusu bağlantıları Şekil 1.10 da verilmiştir. U S T Y X Z S V W T Şekil 1.10: Asenkron motorun yıldız bağlanması Burada, X-Y-Z uçları kısa devre edilmiş ve U-V-W uçları sırasıyla -S-T şebekesine bağlanmıştır. otorun Üçgen Çalıştırılması Üç fazlı asenkron motorun üçgen bağlanması ve üçgen çalıştırılması için gerekli klemens kutusu bağlantıları Şekil 1.11 de verilmiştir. S T U Z S X V Y W T Şekil 1.11: Asenkron motorun üçgen bağlanması Burada U-Z, V-X, W-Y uçları kısa devre edilmiş ve kısa devre edilen bu uçlar sırasıyla -S-T şebekesine bağlanmıştır. üç faktörü (katsayısı) konusunu araştırınız. İleri ve geri güç faktörü kavramlarını açıklayınız. 9

14 Asenkron otorlarda üç iriş ücü Asenkron motorun bir fazına ait güç ifadeleri aşağıdaki şekilde verilir: örünen güç: S =V p p (VA) Aktif güç: P=S cos() (W) eaktif güç: Q=S sin() (VA) Burada V p faz gerilimini, p faz akımını ve cos() güç faktörünü ifade etmektedir. Şekil 1.12 de aktif, reaktif ve görünen güçler arasındaki ilişkiyi geometrik olarak gösteren güç üçgeni verilmiştir. φ P Q S Burada Pisagor teoremi uygulandığında, 2 2 S = P + Q Şekil 1.12: üç üçgeni bağıntısı elde edilir. Üç fazlı asenkron motorun toplam giriş güçlerini bulmak için bir faz güç değerleri üç ile çarpılır: S = 3V = 3V in p p l l P = S cos( φ) in in Q = S sin( φ) in in BuradaV l hat gerilimini ve hat akımını ifade etmektedir. Yukarıdaki ifadeler, motorun yıldız veya l üçgen çalıştırılmasından bağımsızdır. Kayıplar ve Çıkış ücü Asenkron motorun aktif giriş gücü P in, statorda bakır ve demir kayıplarına uğradıktan sonra stator-rotor arasındaki hava boşluğundan rotora aktarılır, buna rotorun giriş gücü denir ve P g ile gösterilir. Benzer şekilde rotor giriş gücü, rotorda bakır kayıplarına uğrar ve bu kayıplardan sonra kalan güç, mekanik güç P m olarak adlandırılır. otorun çıkış gücü P ise mekanik güçten rüzgar, sürtünme ve kaçak yük out kayıplarının çıkarılmasıyla bulunur. Şekil 1.13 te asenkron motorun güç akış diyagramı verilmiştir. 10

15 iriş gücü, P in Stator bakır ve demir kayıpları otor giriş gücü, P g otor bakır kayıpları ekanik güç, P m Kaçak yük kayıpları Sürtünme ve rüzgar kayıpları Çıkış gücü, Pout Verim Şekil 1.13: Asenkron motorun güç akış diyagramı Asenkron motorun verimi çıkış gücünün giriş gücüne oranı olarak tanımlanır: P η = P out in Örnek Problem: Üç fazlı, 60 Hz, 4 kutuplu, 460 V, 20 A lik bir asenkron motor 0.8 geri güç faktörüne sahiptir. Bu motorun stator bakır kayıpları 800 W, rotor bakır kayıpları 400 W tır. Nüve (demir) kayıpları 650 W, sürtünme ve rüzgar kayıpları 200 W ve kaçak yük kayıpları 150 W tır. Buna göre, a. otor giriş gücünü b. Üretilen mekanik gücü c. Watt ve beygir gücü cinsinden çıkış gücünü d. otorun verimini bulunuz. Çözüm: Öncelikle motorun giriş gücü aşağıdaki şekilde hesaplanır. P in =3V p p cos = 3V l l cos = W otor giriş gücü, giriş gücünden stator bakır ve demir kayıplarının çıkarılmasıyla elde edilir: P g = P in stator bakır ve demir kayıpları = = W a. ekanik güç, rotor giriş gücünden rotor bakır kayıplarının çıkarılmasıyla bulunur: P m = P g rotor bakır kayıpları = = W b. Çıkış gücü, mekanik güçten sürtünme, rüzgar ve kaçak yük kayıplarının çıkarılmasıyla bulunur: P out = P m sürtünme, rüzgar kayıpları kaçak yük kayıpları = = W Bir beygir gücü (1 HP) yaklaşık olarak 746 W tır. Bu durumda, beygir gücü cinsinden çıkış gücü P out c. otorun verimi P out η = = = = %82.7 P in 11

16 Asenkron otorlarda Hız Kontrolü Asenkron motorlarda senkron hız; statora uygulanan gerilimin frekansı statorun toplam kutup sayısı P ile ters orantılıdır: f s (Hz) ile doğru orantılı, 120 fs n = (d/d) s P Asenkron motorun rotor hızı ise aşağıdaki şekilde verilir: 120 fs n = n (1 s) = (1 s) r s P Bu bağıntıdan, asenkron motorun rotor hızını etkileyen faktörlerin Statora uygulanan gerilimin frekansı, f s (Hz) Toplam kutup sayısı, P Kayma, s olduğu görülür. otor kayması s ise stator gerilimini değiştirerek, rotor direncini değiştirerek, veya rotor devresine harici kaynaktan gerilim uygulayarak ayrıca değiştirilebilir. Bİ FAZL ASENKON OTOLA Bir fazlı asenkron motorlar evlerde, ofislerde ve endüstriyel uygulamalarda en çok kullanılan motorlardır. Tek fazlı kaynakla beslendiklerinden üç fazlı kaynağın olmadığı durumlarda tercih edilirler. Bir fazlı asenkron motor yapı olarak üç fazlı asenkron motora benzer; sadece tam hızda çalışırken üç faz sargısı yerine tek stator sargısı uyarılır. Bir fazlı asenkron motorlar, üç fazlı asenkron motorlar gibi döner manyetik alan oluşturamazlar. Bu nedenle, bir fazlı asenkron motorlarda başlatma devrelerine ihtiyaç duyulur. Bu bölümde, Yardımcı sargılı Kondansatörlü ölge kutuplu başlatma yöntemlerinden bahsedilecektir. Yardımcı Sargılı Asenkron otor Bir fazlı yardımcı sargılı asenkron motorda, ana sargı ile beraber ana sargıdan farklı direnç/reaktans oranına sahip yardımcı sargı kullanılır. Şekil 1.14 te bir fazlı yardımcı sargılı asenkron motorun statoru görülmektedir. Yardımcı sargı Ana sargı Şekil 1.14: Bir fazlı yardımcı sargılı asenkron motorun statoru 12

17 Şekil 1.15 te bir fazlı yardımcı sargılı asenkron motorun çalışma devresi verilmiştir. Bu devrede, ana sargı ve yardımcı sargı birbirlerine paralel bağlanmış ve aynı şebekeden beslenmektedir. Ayrıca yardımcı sargıya seri bir merkezkaç anahtarı mevcuttur. otor çalışmaya başladıktan ve belirli bir hıza ulaştıktan sonra merkezkaç anahtar açılarak yardımcı sargıyı devre dışı bırakır. otor ana sargı ile çalışmaya devam eder. a otor y AC Ana sargı erkezkaç anahtar otorun çalışmaya başlaması: Yardımcı sargı Şekil 1.15: Bir fazlı yardımcı sargılı asenkron motorun çalışma devresi Bu tip bir motorda, ana sargı kalın telden çok spirli olarak sarılır ve statorun 2/3 ünü kaplar. Yardımcı sargı ise ince telden az spirli olarak sarılır ve statorun 1/3 ünü kaplar. Böylece, ana sargının etkin direnci küçük, endüktif reaktansı büyük; yardımcı sargının etkin direnci büyük, endüktif reaktansı küçük yapılmış olur. Her iki sargı aynı şebeke gerilimiyle beslendiğinde, sargı empedanslarının farklılığından dolayı sargılar üzerinden geçen akımlar arasında bir faz farkı oluşur. Bu durum, Şekil 1.16 da verilen vektör diyagramında görülmektedir. φ a φ y δ y V a Şekil 1.16: Bir fazlı yardımcı sargılı asenkron motorda, ana ve yardımcı sargı akımları Bu diyagramda a ana sargı üzerinden geçen akımı, y yardımcı sargı üzerinden geçen akımı, δ ise bu akımlar arasındaki faz farkını göstermektedir. Döner manyetik alanın ve başlangıç torkunun üretilmesi için bu faz farkının 30 kadar olması yeterlidir. Kondansatörlü Asenkron otorlar Bir fazlı kondansatörlü asenkron motorlar Kalkış kondansatörlü Daimi kondansatörlü Kalkış ve daimi kondansatörlü olmak üzere üç grupta incelenebilir. 13

18 Kalkış Kondansatörlü Asenkron otor Kalkış kondansatörlü asenkron motorda, yardımcı sargıya seri olarak bir kondansatör bağlanır. Şekil 1.17 de kalkış kondansatörlü asenkron motorun çalışma devresi görülmektedir. otor çalışmaya başladıktan ve belirli bir hıza ulaştıktan sonra merkezkaç anahtar açılarak yardımcı sargıyı ve kondansatörü devre dışı bırakır. C a otor y AC Ana sargı erkezkaç anahtar Yardımcı sargı Şekil 1.17: Kalkış kondansatörlü asenkron motorun çalışma devresi Bu devrede uygun değerde bir kondansatör (C) seçilerek, yardımcı sargı üzerinden geçen akım referans şebeke geriliminden daha ileri yapılır. Oysaki ana sargı üzerinden geçen akım bu sargının endüktif özelliğinden dolayı referans şebeke geriliminden geridedir. Bu durum, Şekil 1.18 de verilen vektör diyagramında görülmektedir. Şekil 1.18: Kalkış kondansatörlü asenkron motorda, ana ve yardımcı sargı akımları Bu diyagram ve Şekil 1.17 de verilen diyagram karşılaştırıldığında, kondansatör kullanıldığı durumda ana ve yardımcı sargılar üzerinden geçen akımlar arasındaki faz farkının daha iyileştiği görülür. Bilindiği üzere, ana ve yardımcı sargı akımları arasındaki bu faz farkı döner manyetik alanı oluşturur ve rotor dönmeye başlar. Daimi Kondansatörlü Asenkron otor Daimi kondansatörlü asenkron motorda, kalkışta ve çalışmada kondansatör ve yardımcı sargı devrededir. erkezkaç anahtarı yoktur. Şekil 1.19 da daimi kondansatörlü asenkron motorun çalışma devresi görülmektedir. 14

19 C otor AC Ana sargı Yardımcı sargı Şekil 1.19: Daimi kondansatörlü asenkron motorun çalışma devresi Kalkış ve Daimi Kondansatörlü Asenkron otor Kalkış ve daimi kondansatörlü asenkron motorda, yardımcı sargıya seri ama kendi aralarında paralel bağlı iki tane kondansatör kullanılır. Şekil 1.20 de kalkış ve daimi kondansatörlü asenkron motorun çalışma devresi görülmektedir. C 1 C 2 AC Ana sargı Yardımcı sargı Şekil 1.20: Kalkış ve daimi kondansatörlü asenkron motorun çalışma devresi Bilindiği gibi paralel bağlı kondansatörlerin eşdeğer kapasitesi, kapasite değerlerinin toplamına eşittir. Dolayısıyla, Şekil 1.20 de verilen devre için kalkış kondansatör kapasite değeri + olmaktadır. otor çalışmaya başladıktan ve belirli bir hıza ulaştıktan sonra merkezkaç anahtar açılarak kondansatörünü devre dışı bırakır. otor daimi kondansatörü ile çalışmaya devam eder. ölge Kutuplu Asenkron otor Bir fazlı asenkron motorlar arasında en basit ve ucuz olanıdır. Şekil 1.21 de gölge kutuplu asenkron motorun statoru görülmektedir. 15

20 Şekil 1.21: ölge kutuplu asenkron motorun statoru Burada, kutupların bir bölümüne kısa devre bakır halkalar (veya sargılar) yerleştirilmiştir. Bu halkalar gölge kutbu oluşturur. Stator sargısına gerilim uygulandığında oluşan manyetik alan çizgilerinin bir bölümü bu kısa devre halkalarının içinden geçer. Halkalar üzerinde gerilim indüklenir ve kısa devre akımı dolaşmaya başlar. Halkalar üzerindeki bu kısa devre akımı bir manyetik alan oluşturur. İki manyetik alanın etkileşimi sonucu, ana kutuptan gölge kutba doğru hareket eden bir döner manyetik alan yaratılır ve rotor dönmeye başlar. ASENKON OTOLAN ETİKET BİLİLEİ Asenkron motorların özellikleri, bir etiketle (plaka) gövdeleri üzerine monte edilir. otor etiketinde genellikle şu bilgiler bulunur: 1. Üretici firma 2. Faz sayısı 3. övde tipi 4. İşletme türü 5. Kuruluş biçimi 6. ekanik koruma sınıfı 7. Yalıtım sınıfı 8. Anma gerilimi, stator hat gerilimi 9. Anma frekansı, f s 10. Anma akımı, tam yük hat akımı 11. Anma çıkış gücü, P out 12. üç katsayısı, cos( 13. Anma hızı, tam yüklü durumdaki rotor hızı n r 14. Uluslararası elektrik motorları standardı 15. CE uygunluk işareti 16. otor seri numarası 17. Kondansatör değeri (bir fazlı motorlar için) Hatırlanacağı üzere motor giriş gücü etiket bilgileri kullanılarak aşağıdaki şekilde hesaplanır: P in.. cos otor çıkış gücü P out ise etikette belirtilen değerdir. 16

21 Özet Elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren aygıta elektrik motoru denir. Asenkron motor, stator ve rotor olmak üzere iki ana bölümden oluşur. Stator motorun duran kısmıdır. Oluklu sac paketi ve bu oluklara yerleştirilmiş döner manyetik alan sargılarından oluşur. otor motorun hareketli kısmıdır. otorlar, sincap kafesli (kısa devreli) ve sargılı (bilezikli) olmak üzere iki çeşittir. Statorda yaratılan döner manyetik alanın dönüş hızına, asenkron motorun senkron hızı denir. Statora uygulanan gerilimin frekansı f s (Hz) ve statorun toplam kutup sayısı P ise, senkron hız devir/dakika (d/d) cinsinden 120 fs n = (d/d) s P şeklinde verilir. Stator döner alanı n s senkron hızında dönerken, asenkron motorun rotoru n r hızında döner. Stator ve rotor arasındaki kayma s ile gösterilir ve aşağıdaki şekilde hesaplanır: ns nr s = n s otor ve stator arasındaki hız, frekans ve indüklenen gerilim bağıntıları aşağıdaki gibidir: n r = (1 s) n s f r E r = sf s = se s Burada V p, p faz gerilim ve akım değerlerini; V l, l hat gerilim ve akım değerlerini; cos(güç faktörünü göstermektedir. Asenkron motorun çıkış gücü ise giriş gücünden kayıpların (stator bakır ve demir, rotor bakır, sürtünme, rüzgar ve kaçak yük kayıpları) çıkarılmasıyla bulunur ve P out ile gösterilir. Asenkron motorun verimi çıkış gücünün giriş gücüne oranı olarak tanımlanır: P η = P out in Asenkron motorun rotor hızı n r = 120f s (1 s) P şeklindedir. Buna göre, asenkron motorun rotor hızını etkileyen faktörler statora uygulanan gerilimin frekansı, toplam kutup sayısı ve kaymadır. Bir fazlı asenkron motor yapı olarak üç fazlı asenkron motora benzer; sadece tam hızda çalışırken üç faz sargısı yerine tek stator sargısı uyarılır. Bir fazlı asenkron motorlar döner manyetik alan oluşturamadıkları için başlatma devrelerine ihtiyaç duyulur. Bu amaçla Yardımcı sargılı Kondansatörlü ölge kutuplu başlatma sistemleri kullanılabilir. Dengeli, yıldız veya üçgen bağlı sistemlerin aşağıdaki özellikleri unutulmamalıdır: Yıldız bağlantıda hat akımı faz akımına eşittir; hat gerilimi faz geriliminin 3 katıdır. Üçgen bağlantıda hat akımı faz akımının 3katıdır; hat gerilimi faz gerilimine eşittir. Ayrıca, dengeli bir yük üç fazlı şebekede üçgen çalıştırılırsa yıldız çalıştırılması durumuna göre, 3 (yaklaşık 1.73) kat daha fazla faz akımı ve 3 kat daha fazla hat akımı çeker. Üç fazlı asenkron motorun toplam giriş gücü aşağıdaki şekilde bulunur: P in =3V p p cos = 3V l l cos() 17

22 Kendimizi Sınayalım 1. Aşağıdakilerden hangisi sincap kafesli rotorun bir diğer adıdır? a. Kısa devreli rotor b. Sargılı rotor c. Bilezikli rotor d. Fırçalı rotor e. Kolektörlü rotor 2. Aşağıdakilerden hangisi asenkron motor parçalarından biri değildir? a. Stator b. Bilezikli rotor c. Kolektör d. Sincap kafesli rotor e. otor mili 3. Aşağıdaki bilgilerden hangisi asenkron motor etiketinde bulunmaz? a. Üretici firma b. Sargı spir sayısı c. ekanik koruma sınıfı d. Faz sayısı e. Anma hızı 4. Üç fazlı asenkron motorun bobin uçları 1. bobin U-X 2. bobin V-Y 3. bobin W-Z olarak verilmiştir. Buna göre, aşağıdaki bağlantılardan hangisi bu motoru yıldız çalıştırır? a. U-Z, V-X, W-Y b. U-V, W-X, Y-Z c. U-V-X şebeke, W-Y-Z kısa devre d. U-V-W şebeke, X-Y-Z kısa devre e. V-X-Z şebeke, U-W-Y kısa devre V, 60 Hz, 4 kutuplu üç fazlı bir asenkron motorun tam yüklü durumdaki kayması %5 tir. Buna göre, aşağıdakilerden hangisi kayma hızıdır? a. 90 d/d b. 80 d/d c. 75 d/d d. 60 d/d e. 50 d/d 6. Aşağıdakilerden hangisi asenkron motorlarda hız kontrol yöntemlerinden biri değildir? a. Statora uygulanan gerilimin frekansını değiştirmek b. Stator kutup sayısını değiştirmek c. Stator gerilimini değiştirmek d. otor direncini değiştirmek e. otor klemensine bağlanan herhangi iki fazın yerini değiştirmek 7. Sincap kafesli asenkron bir motorun etiket değerleri aşağıda verilmiştir: 3 fazlı, Δ bağlı, 4 KW, 2 kutuplu, 415 V, 50 Hz Tam yük stator akımı = 7.2 A üç katsayısı, cos(= 0.891geri (endüktif) Buna göre, aşağıdakilerden hangisi bu motora ait verim değeridir? a. % 94 b. % 87 c. % 80 d. % 75 e. % Aşağıdakilerden hangisi bir fazlı asenkron motor değildir? a. Yardımcı sargılı b. ölge kutuplu c. Şönt d. Kalkış kondansatörlü e. Daimi kondansatörlü 18

23 9. 460V, 60 Hz, 4 kutuplu üç fazlı bir asenkron motorun tam yüklü durumdaki kayması %5 tir. Buna göre, aşağıdakilerden hangisi rotor hızıdır? a d/d b d/d c d/d d d/d e d/d 10. Aynı faz empedans değerine sahip yıldız ve üçgen bağlı dengeli sistemler aynı şebekeye bağlanmıştır. Buna göre, aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur? a. Üçgen bağlantıdaki hat akımı, yıldız bağlantıdaki hat akımının 3 katıdır. b. Üçgen bağlantıdaki hat akımı, yıldız bağlantıdaki hat akımının 3 katıdır. c. Üçgen bağlantıdaki faz akımı, yıldız bağlantıdaki faz akımının 3 katıdır. d. Üçgen bağlantıdaki faz akımı, yıldız bağlantıdaki faz akımının 3 katıdır. e. Üçgen ve yıldız bağlantıların hat akımları eşittir. Kendimizi Sınayalım Yanıt Anahtarı 1. a Yanıtınız yanlış ise Asenkron otorların Yapısı başlıklı konuyu yeniden gözden geçiriniz. 2. c Yanıtınız yanlış ise Asenkron otorların Yapısı başlıklı konuyu yeniden gözden geçiriniz. 3. b Yanıtınız yanlış ise Asenkron otorların Etiket Bilgileri başlıklı konuyu yeniden gözden geçiriniz. 4. d Yanıtınız yanlış ise Asenkron otorların Bağlantı Şekilleri başlıklı konuyu yeniden gözden geçiriniz. 5. a Yanıtınız yanlış ise Asenkron otorların Çalışma Prensibi başlıklı konuyu yeniden gözden geçiriniz. 6. e Yanıtınız yanlış ise Asenkron otorlarda Hız Kontrolü başlıklı konuyu yeniden gözden geçiriniz. 7. b Yanıtınız yanlış ise Asenkron otorlarda üç başlıklı konuyu yeniden gözden geçiriniz. 8. c Yanıtınız yanlış ise Bir Fazlı Asenkron otorlar başlıklı konuyu yeniden gözden geçiriniz. 9. d Yanıtınız yanlış ise Asenkron otorların Çalışma Prensibi başlıklı konuyu yeniden gözden geçiriniz. 10. a Yanıtınız yanlış ise Asenkron otorların Bağlantı Şekilleri başlıklı konuyu yeniden gözden geçiriniz. 19

24 Sıra Sizde Yanıt Anahtarı Sıra Sizde 1 Alternatif akım sistemlerinde üç farklı güç kavramı mevcuttur: Aktif güç (P), görünen güç (S) ve reaktif güç (Q). üç faktörü, aktif gücün görünen güce oranı olarak tanımlanır. 0 ile 1 arasında bir değere sahiptir. Akım ve gerilim arasındaki faz farkı ise, güç faktörü cosφ değerine eşittir. Faz açısının işaretini göstermek amacıyla güç faktörü genellikle ileri veya geri sıfatlarıyla birlikte kullanılır. Kapasitif bir sistemde akım gerilimden ileridedir. Bu durumda ileri güç faktöründen bahsedilir. Benzer şekilde endüktif bir sistemde akım gerilimden geride olduğu için geri güç faktöründen bahsedilir. Sıra Sizde 2 Faz gerilimi: V p = V L 3 = = V Faz akımı: p = V p = =23.1 A 6 Yıldız bağlantıda hat akımı faz akımına eşittir. Dolayısıyla, hat akımı Yararlanılan Kaynaklar Çolak, İ. (2008). Asenkron otorlar. Seçkin Yayınevi, Ankara. Çolak, İ. ve Bayındır,. (2007). Elektrik Kumanda Devreleri. Seçkin Yayınevi, Ankara. Fitzgerald, A.E.; Kingsley, C. ve Umans S.D. (2003). Electric achinery. craw-hill, Boston. Hayta, L. (2005). Elektrik Kumanda Devreleri ve Deneyleri. Birsen Yayınevi, İstanbul. Kılıç,. (2000). Elektrik Atelyesi Kumanda Devreleri. Yüce Yayım, Ankara. T.C. illî Eğitim Bakanlığı, EEP (eslekî Eğitim ve Öğretim Sisteminin üçlendirilmesi Projesi) AC ve DC akineler. Ankara, T.C. illî Eğitim Bakanlığı, EEP (eslekî Eğitim ve Öğretim Sisteminin üçlendirilmesi Projesi) Elektrik Elektronik Teknolojisi, Kumanda Devre Elemanları. Ankara, Türkmen, Y. ve eçtan, C. Kumanda Devreleri (1). Yeniyol atbaası, İzmir. = 23.1 A. L 20

25

26 2 Amaçlarımız Bu üniteyi tamamladıktan sonra; Temel kumanda devre elemanlarını tanımlayabilecek, Verilen bir devrede, temel kumanda devre elemanlarını tanıyabilecek, Temel kumanda devre elemanlarının çalışma prensiplerini açıklayabilecek, Tasarlanılması istenen bir sistemde hangi kumanda devre elemanlarının kullanılması gerektiğine karar verebilecek bilgi ve becerilere sahip olabilirsiniz. Anahtar Kavramlar Kontak Buton Anahtar Sınır Anahtarı öle Düz Zaman ölesi Ters Zaman ölesi Bimetal Termostat Paket Şalter İçindekiler iriş Butonlar Sınır Anahtarları öleler Zaman öleleri Termostatlar Paket Şalterler 22

27 Kumanda Devre Elemanları- İİŞ Elektrik makinalarının ve elektrikli cihazların çalıştırılmalarında kullanılan elemanlara, kumanda devre elemanları denir. Bu bölümde temel kumanda devre elemanlarından butonlar, sınır anahtarları, röleler, zaman röleleri, termostatlar ve paket şalterler ele alınacaktır. Bu temel kumanda elemanlarının yapıları, çalışma prensipleri ve özellikleri hakkında bilgi verilecektir. BUTONLA Butonlar, kumanda devrelerinde, devrenin çalışmasını başlatmak ve durdurmak amacı ile kullanılır. Butonlar, yapılarına göre Ani temaslı buton Kalıcı buton olmak üzere iki kısma ayrılır. Ani temaslı butona basıldığında, buton durumunu değiştirir. Buton üzerindeki etki kalktığında, buton normal konumuna döner. Butonlar çalışma şekillerine göre üç kısımda incelenebilirler: Başlatma butonu Durdurma butonu Çift yollu buton ve ortak uçlu buton Başlatma (Start) Butonu Normalde açık kontaklı butondur. Butona basılınca, açık olan kontak kapanır. Buton üzerindeki etki kalktığında, kapanan kontak açılarak normal konumunu alır. Şekil 2.1 de başlatma butonu sembolü görülmektedir. Durdurma (Stop) Butonu Şekil 2.1: Başlatma butonu sembolü Normalde kapalı kontaklı butondur. Butona basılınca, kapalı olan kontak açılır. Buton üzerindeki etki kalktığında, açılan kontak kapanarak normal konumunu alır. Şekil 2.2 de durdurma butonu sembolü görülmektedir. Şekil 2.2: Durdurma butonu sembolü 23

28 Çift Yollu Butonlar Biri normalde kapalı, diğeri normalde açık iki adet kontağı olan butondur. Butona basılınca, kapalı olan kontak açılır, açık olan kontak kapanır. Buton üzerindeki etki kalktığında, kontaklar normal konumunu alır. Şekil 2.3 te çift yollu buton sembolü görülmektedir. Ortak Uçlu Buton (Jog Buton) Şekil 2.3: Çift yollu buton sembolü Çift yollu butonun iki kontağının birer ucunun ortak olduğu butondur. Biri normalde kapalı, diğeri normalde açık iki adet kontağı vardır. Butona basılınca, kapalı olan kontak açılır, açık olan kontak kapanır. Buton üzerindeki etki kalktığında, kontaklar normal konumunu alır. Şekil 2.4 te ortak uçlu buton sembolü görülmektedir. Kalıcı Buton Şekil 2.4: Ortak uçlu buton (Jog buton) sembolü Kalıcı butona basıldığında, buton durumunu değiştirir. Buton üzerindeki etki kalktığında, buton normal konumuna dönmez, yani basıldığı şekilde kalır. Ancak, ters yöndeki başka bir etki, kalıcı butonun normal konumuna dönmesini sağlayabilir. Şekil 2.5 te kalıcı buton sembolü görülmektedir. Burada, Başlatma ve Durdurma butonları arasında mekanik bir bağlantı mevcuttur. Bağlantıyı sağlayan kol (A) noktası etrafında dönebilir. Başlatma butonuna basıldığında, bu buton ve mekanik bağlantı nedeniyle durdurma butonu kapanır. Durdurma Başlatma A Anahtarlar Şekil 2.5: Kalıcı buton sembolü En çok kullanılan kumanda elemanlarından olan anahtarlar, kalıcı tipte butonlardır. Şekil 2.6 da normalde açık anahtar sembolü görülmektedir. SN ANAHTALA Şekil 2.6: Normalde açık anahtar sembolü Hareketli sistemlerde konum algılama işleminde kullanılan anahtarlara, sınır anahtarı denir. Sınır anahtarları normalde açık veya normalde kapalı tek kontaktan veya biri normalde kapalı, diğeri normalde açık iki kontaktan oluşabilir. İki kontaktan fazla kontağı olan sınır anahtarları da mevcuttur. Şekil 2.7 de çeşitli sınır anahtarlarının sembolleri görülmektedir. 24

29 Şekil 2.7: (a) Normalde açık kontaklı (b) normalde kapalı kontaklı ve (c) iki konumlu sınır anahtar sembolleri Yapılarına göre sınır anahtarları ekanik sınır anahtarları anyetik sınır anahtarları olmak üzere iki kısma ayrılırlar. ekanik Sınır Anahtarları ekanik sınır anahtarları makaralı ve pimli olmak üzere iki çeşittir. akaralı Sınır Anahtarları akaralı sınır anahtarları, genelde, aygıtın sabit kısmına bağlanır. Aygıtın hareketli kısmında bulunan bir çıkıntı sınır anahtarının makarasına çarptığında, kontaklar konum değiştirir. Örneğin, iki konumlu bir sınır anahtarında kapalı olan kontak açılır, açık olan kontak kapanır. Şekil 2.8 de makaralı sınır anahtarların görünüşleri verilmiştir. Pimli Sınır Anahtarları Şekil 2.8: akaralı sınır anahtarların görünüşleri Pimli sınır anahtarları, genelde, aygıtın sabit kısmına bağlanır. Aygıtın hareketli kısmında bulunan bir çıkıntı sınır anahtarının pimine çarptığında, kontaklar konum değiştirir. Şekil 2.9 da pimli sınır anahtarın görünüşü verilmiştir. Şekil 2.9: Pimli sınır anahtarın görünüşü 25

30 anyetik Sınır Anahtarları anyetik sınır anahtarı, sabit mıknatıs ve kontak bloğu olmak üzere iki kısımdan oluşur. Sabit mıknatıs aygıtın hareketli kısmına, kontak bloğu ise aygıtın sabit kısmına bağlanır. Kontak bloğundaki parçalardan biri, manyetik maddeden (mıknatıs tarafından çekilebilen madde) yapılır. anyetik maddelere örnek olarak demir, nikel, kobalt, çelik ve bu maddelerin alaşımları gösterilebilir. Aygıt çalışırken, kontak bloğu ile sabit mıknatıs karşı karşıya geldiğinde, sabit mıknatıs kontağın manyetik parçasını kendine doğru çeker ve kontakların konum değiştirmesine neden olur. Şekil 2.10 da manyetik sınır anahtarın yapısı gösterilmektedir. Kontak bloğu Sabit mıknatıs Şekil 2.10: anyetik sınır anahtarın yapısı Yapılarına göre sınır anahtarları ani temaslı ve kalıcı tipte olabilir. Ani temaslı sınır anahtarlarında, sınır anahtarının kontaklarının konum değiştirmesine neden olan etki ortadan kalktığında kontaklar normal konumuna döner. Kalıcı tip sınır anahtarlarında ise, sınır anahtarının kontaklarının konum değiştirmesine neden olan etki ortadan kalksa bile kontaklar aynı konumda kalır. Ancak, ters yöndeki başka bir etki, kalıcı tip sınır anahtarlarının kontaklarının normal konumuna dönmesini sağlayabilir. Sınır anahtarları endüstride asansörler, vinçler, takım tezgahları ve bant sistemleri gibi hareketli sistemlerde kullanılır. ÖLELE anyetik alanla aktive olan anahtarlardan reed kontakları aratırınız. Küçük güçteki elektromanyetik anahtarlara, röle denir. öleler elektromıknatıs, palet ve kontaklar olmak üzere üç kısımdan oluşur. Şekil 2.11 de bir rölenin yapısı, görünüşü ve sembolü verilmiştir. Elektromıknatıs, demir nüve ve üzerine sarılmış bir bobinden ibarettir. Bobin uçlarına gerilim uygulandığında, nüve mıknatıslık özelliği kazanarak paleti kendine doğru çeker. Bu hareket sonucu, palet üzerindeki kontaklar konum değiştirir, açık olan kontak kapanır, kapalı olan kontak açılır. ölelerde bir veya daha fazla sayıda kontak bulunabilir. ölenin paletine bağlanmış bir yay kontakların normal konumda kalmalarını sağlar. Şekil 2.11 de verilen rölede, biri normalde açık (1-2), diğeri normalde kapalı (1-3) iki adet kontak vardır (a) (b) (c) Şekil 2.11: Bir rölenin (a) yapısı, (b) görünüşü ve (c) sembolü 26

31 öle bobinleri hem doğru hem de alternatif akımda çalışabilir. öle doğru akımda kullanılacaksa, demir nüve tek parçadan yapılır. Bu rölelerde, artık mıknatisiyet nedeniyle, paletin nüveye yapışık kalmasını önlemek için nüvenin palete bakan kısmına plastik pullar konur. öle alternatif akımda kullanılacaksa, rölenin demir nüvesi silisli sac paketinden yapılır. Ayrıca, alternatif akımın yön ve değer değişimlerinden paletin etkilenerek titreşim yapmasını önlemek için, nüvenin ön yüzüne açılan oluklara bakır halkalar yerleştirilir. ZAAN ÖLELEİ ölelerin çalışma, çekme ve bırakma gerilimlerini tanımlayınız. öle bobini enerjilendikten veya röle bobininin enerjisi kesildikten belirli bir süre sonra kontakları konum değiştiren rölelere, zaman rölesi denir. Bazı zaman rölelerinde gecikme ile konum değiştiren kontaklar yanında ani konum değiştiren kontaklar da bulunabilir. Zaman röleleri, genelde, küçük akım değerlerini taşımak üzere tasarlandıklarından güç devrelerinde kullanılmazlar. Zaman röleleri, çalışma şekillerine göre Çekmede ecikmeli Tip (Düz) Zaman ölesi Düşmede ecikmeli Tip (Ters) Zaman ölesi olmak üzere iki ana grupta incelenebilir. Çekmede ecikmeli Tip (Düz) Zaman ölesi Bobine gerilim uygulanmaya başladığı anda zaman sayımı başlar ve belirlenen süre sonunda röle kontağı konum değiştirir, açık olan kontak kapanır, kapalı olan kontak açılır. erilim kesildiğinde röle kontağı ani olarak normal konumuna döner. Şekil 2.12 de düz zaman rölesi ve gecikme ile konum değiştiren kontakları görülmektedir; normalde açık, zaman gecikmeli kapanan kontak K ile normalde kapalı, zaman gecikmeli açılan kontak ise A ile gösterilmiştir. K A Şekil 2.12: Düz zaman rölesi ve kontaklarının sembolleri Düşmede ecikmeli Tip (Ters) Zaman ölesi Bobine gerilim uygulanmaya başladığı anda röle kontağı ani olarak konum değiştirir ve bobin enerjili kaldığı sürece kontak bu konumunu korur. Bobine uygulanan gerilim kesildikten sonra zaman sayımı başlar ve belirlenen süre sonunda röle kontağı normal konumuna döner. Şekil 2.13 te ters zaman rölesi ve gecikme ile konum değiştiren kontakları görülmektedir, normalde açık, zaman gecikmeli açılan kontak A ile normalde kapalı, zaman gecikmeli kapanan kontak ise K ile gösterilmiştir. A K Şekil 2.13: Ters zaman rölesi ve kontaklarının sembolleri Ters zaman rölelerinin kullanım alanları düz zaman rölelerine göre daha sınırlıdır. 27

32 Diğer Zaman öleleri Bu iki temel çalışma prensibine ek olarak, aşağıda bazı önemli zaman rölelerinden bahsedilecektir. Bırakmada ecikmeli Tip (mpuls) Zaman ölesi Çekmede ve Bırakmada ecikmeli Tip Zaman ölesi Flaşör Zaman ölesi Yıldız-Üçgen Zaman ölesi Bırakmada ecikmeli Tip (mpuls) Zaman ölesi Bobine gerilim uygulanmaya başladığı anda röle kontağı ani olarak konum değiştirir ve belirlenen süre sonunda kontak normal konumuna döner. Çekmede ve Bırakmada ecikmeli Tip Zaman ölesi Bobine gerilim uygulanmaya başladığı andan belirli bir süre (gecikme) sonra kontakları konum değiştirir ve bobin enerjisi kesildikten belirli bir süre sonra kontakları normal konumuna döner. Flaşör Zaman ölesi Bobine gerilim uygulanmaya başladığı anda kontakları konum değiştirir, ayarlanan süre sonunda kontakları normal konumuna döner, ve ayarlanan diğer bir süre sonunda kontakları yine konum değiştirir; bu işlemler röle enerjili kaldığı sürece periyodik olarak devam eder. Yıldız-Üçgen Zaman ölesi otorlar kalkış anında, şebekeden yüksek akım çekerler. Bu kalkış akımını düşürmek için genelde, yıldız/üçgen yol verme yöntemi kullanılır. Bu yöntemde, motor ilk olarak yıldız daha sonra üçgen bağlantıda çalıştırılır. Bu anlamda yıldız-üçgen zaman röleleri belirlenen bir süre (2-4 saniye) sonunda, yıldız bağlantının devreden çıkartılıp üçgen bağlantının devreye girmesini sağlamak için kullanılır. İç yapılarına göre farklı zaman röleleri: Pistonlu Zaman ölesi otorlu Zaman ölesi Doğru Akım Zaman ölesi Termik Zaman ölesi Termistörlü Zaman ölesi Pistonlu Zaman ölesi Zaman gecikmesinin bir pistonla sağlandığı rölelerdir. Pistonlu zaman röleleri istenildiğinde düz, istenildiğinde ters zaman rölesi olarak çalıştırılabilir. Şekil 2.14 te pistonlu düz zaman rölesinin iç yapısı ve sembolü görülmektedir. 28

33 1 3 5 K 7 A (a) (b) Şekil 2.14: Pistonlu düz zaman rölesinin (a) iç yapısı ve (b) sembolü Düz zaman röle bobinine gerilim uygulandığında karşısındaki paleti çeker. 1-2 nolu kontak ani olarak kapanır ve 3-4 nolu kontak açılır. Palet çekildiğinde, palete bağlı olan yay da pistonu çeker. B bölümündeki akışkanın (yağ veya hava) C-D yollarını izleyerek A bölümüne gelmesiyle piston hareket eder. Piston belirli bir yol aldıktan sonra, 5-6 nolu kontak kapanırken 7-8 nolu kontak açılır. Dolayısıyla bu kontaklar zaman gecikmesiyle konum değiştirir. Bu durum zaman rölesinin devre sembolünde, ilgili kontaklara K (gecikmeli kapanan) ve A (gecikmeli açılan) yazılarak ifade edilir. Bobine uygulanan gerilim kesildiğinde, palet ani olarak aşağı düşer. Pistonun aşağı hareketinde, piston üzerinde bulunan E klepesi hemen açılır. A bölümünde bulunan akışkan da bu klepe üzerinden B bölümüne kolayca geçer ve piston paletle birlikte hızla aşağıya doğru hareket eder. Bu hareket sonucunda, kontaklar ani olarak normal konumuna döner, açılmış olan kontaklar kapanır, kapanmış olan kontaklar açılır. E klepesinin açılma yönü değiştirilirse, röle ters zaman rölesi olarak çalışır. Şekil 2.15 te pistonlu ters zaman rölesinin iç yapısı ve sembolü görülmektedir A 7 K (a) (b) Şekil 2.15: Pistonlu ters zaman rölesinin (a) iç yapısı ve (b) sembolü Pistonlu zaman rölelerinde, zaman ayarı D kanalının ayarlanmasıyla yapılır. 29

34 otorlu Zaman ölesi Zaman gecikmesinin senkron bir motorla sağlandığı rölelerdir. otor miline bağlı bir dizi dişliden ve kontaklardan oluşur. Şekil 2.16 da motorlu zaman rölesinin iç yapısı ve sembolü görülmektedir. otor çalışmaya başladığında, dişliler Şekil 2.16 da gösterilen yönlerde döner ve bir süre sonra A dişlisi (sonuncu dişli) üzerinde bulunan P pimi kontak çubuğuna vurur. Normalde kapalı olan kontak (1-2 nolu) açılır, normalde açık olan kontak (3-4 nolu) kapanır. Dolasıyla, motor ilk çalışmaya başladıktan belirli bir süre sonra kontaklar konum değiştirir. P pimi kontak çubuğuna vurduğunda motor frenlenir ve durur. Bu esnada, motor üzerinden akım geçmesi, motor için bir sakınca oluşturmaz ve senkron motor rotoru kilitlenmiş olarak çalışabilir. Senkron motorun akımı kesildiğinde, bir yay P pimini başlangıç pozisyonuna getirir ve kontaklar normal konumuna döner. otorlu zaman röleleri sadece düz zaman rölesi olarak çalışabilirler. Doğru Akım Zaman ölesi Şekil 2.16: otorlu zaman rölesinin (a) iç yapısı ve (b) sembolü Zaman gecikmesi, röleye ek olarak konan yardımcı elemanlarla sağlanır ve sadece doğru akımda çalışırlar. Bakır halkasız, bakır halkalı ve kondansatörlü diye üç çeşittir. Bakır Halkasız Zaman ölesi Bakır halkasız zaman rölesi, bir röle ve bu röle bobinine paralel bağlanmış bir S anahtarından ibarettir. Şekil 2.17 de bakır halkasız zaman rölesinin iç yapısı görülmektedir. Burada, S anahtarı kapatıldığında, üreteç kısa devre olacağı için, üretece seri olarak ayrıca bir direnci bağlanmıştır. Şekil 2.17: Bakır halkasız zaman rölesinin iç yapısı Bobine gerilim uygulandığında karşısındaki paleti çeker ve röle kontakları konum değiştirir. S anahtarı açık olduğu sürece kontaklar bu konumlarını korur. S anahtarı kapatıldığında, kısa devre olan röle bobini üzerinden geçen akım azalarak sıfır olur. Akımın azalarak sıfır olması, manyetik alanın değişmesine neden olur. Değişen manyetik alan, röle bobini üzerinde bir gerilim indükler ve bu gerilim bobin üzerinden bir kısa devre akımı dolaştırır. Dolayısıyla, S anahtarı kapatıldıktan belirli bir süre sonra palet bırakılır ve röle kontakları normal konumuna döner. Ters zaman rölesi olarak çalışır. Bu tip bir röleyle 2.5 saniye kadar bir gecikme sağlanabilir. 30

35 Bakır Halkalı Zaman ölesi Bakır halkalı zaman rölesi bir elektromıknatıs, palet, bakır halka ve kontaklardan oluşur. Bakır halka, nüvenin üzerine yerleştirilir ve röle bobini bunun üzerine sarılır. Şekil 2.18 de bakır halkalı zaman rölesinin iç yapısı görülmektedir. Şekil 2.18: Bakır halkalı zaman rölesinin iç yapısı Anahtar kapatılıp bobine gerilim uygulandığında, karşısındaki paleti çeker ve röle kontakları konum değiştirir. Anahtar açılınca, röle akımı kesilir ve manyetik alan sıfıra doğru düşer. Değişen manyetik alan içinde kalan bakır halkada bir gerilim indüklenir ve bu gerilim bakır halka üzerinden bir akım dolaştırır. Dolayısıyla, anahtar kapatıldıktan belirli bir süre sonra palet bırakılır ve röle kontakları normal konumuna döner. Ters zaman rölesi olarak çalışır. Bu tip bir röleyle 1 saniye kadar bir gecikme sağlanabilir. Kondansatörlü Zaman ölesi Kondansatörlü zaman rölesi, bir röle ve bu röle bobinine paralel bağlanmış bir kondansatörden ibarettir. Şekil 2.19 da kondansatörlü zaman rölesinin iç yapısı görülmektedir. Şekil 2.19: Kondansatörlü zaman rölesinin iç yapısı Anahtar kapatıldığında bobine ve kondansatöre gerilim uygulanır. Bobin karşısındaki paleti çeker ve röle kontakları konum değiştirir. Bu arada kondansatör üreteç gerilimiyle şarj olur. Anahtar açılınca, röle akımı kesilir. Fakat şarj olmuş kondansatör röle bobini üzerinden bir akım dolaştırır. Dolayısıyla, anahtar kapatıldıktan belirli bir süre sonra palet bırakılır ve röle kontakları normal konumuna döner. Ters zaman rölesi olarak çalışır. Kondansatörlü zaman rölelerinde, zaman ayarı kondansatör değerinin değiştirilmesiyle yapılır. 31

36 Termik Zaman ölesi Zaman gecikmesinin ısıyla sağlandığı rölelerdir. Termik zaman rölesi ısıtıcı, bimetal ve kontaktan ibarettir. Şekil 2.20 de termik zaman rölesinin iç yapısı ve sembolü gösterilmiştir. Şekil 2.20: Termik zaman rölesinin (a) iç yapısı ve (b) sembolü Termik zaman rölesinde, ısıtıcı eleman seramik bir tüp üzerine sarılır. sıtıcının çekeceği akım, ısıtıcıya seri olarak bağlanan bir 1 direnciyle sınırlanır. Bimetal, uzama katsayıları farklı iki metal şeridin birleştirilmesiyle elde edilir ve termik zaman rölesinde seramik tüp içinde bulunur. Anahtar kapatılıp, ısıtıcı elemana gerilim uygulandığında sıcaklık derecesi yükselir. Seramik tüp ve içindeki bimetal ısınmaya başlar. Bimetalin sıcaklık derecesi yükseldikçe uzama katsayısı yüksek olan metal şerit diğer metal şeride doğru (Şekil 2.20 için sağ taraf) eğilmek ister. Fakat bimetaldeki diğer metal şerit belirli bir süre buna engel olur. Bimetaldeki eğilme kuvveti uygun değere yükseldiğinde, bimetal sağa doğru hareket eder. Normalde kapalı olan (1-3 nolu) kontak açılır ve normalde açık olan (2-3 nolu) kontak kapanır. Dolayısıyla, anahtar kapatıldıktan belirli bir süre sonra kontaklar konum değiştirir. Düz zaman rölesi olarak çalışır. Termistörlü Zaman ölesi Bir termistör ve rölenin seri olarak bağlanmasından oluşan rölelerdir. Termistör, sıcaklıkla direnci değişen bir elemandır. Termistörler, pozitif sıcaklık katsayılı (positive temperature coefficient, PTC) ve negatif sıcaklık katsayılı (negative temperature coefficient, NTC) olmak üzere iki çeşittir. Pozitif katsayılı termistörde sıcaklık derecesi arttıkça, termistör direnci artar. Negatif katsayılı termistörde ise sıcaklık derecesi arttıkça, termistör direnci azalır. Şekil 2.21: Termistörlü zaman rölesi Şekil 2.21 de negatif sıcaklık katsayılı bir termistör ve bir röle kullanılarak elde edilen termistörlü zaman rölesi gösterilmiştir. Bu devrede, A anahtarı kapatıldığında, termistörün yüksek ilk direnci yüzünden devreden küçük değerde bir akım geçer. Bu akım rölenin enerjilenmesi için yeterli değildir. Dolayısıyla röle bobininden akım geçtiği halde, palet çekilmez ve röle kontakları konumunu korur. Diğer 32

37 taraftan, termistörden geçen akım termistörün ısınmasına neden olur. sınan termistörün direnci azalmaya ve devreden geçen akımın değeri artmaya başlar. Devre akımının değeri rölenin çekme akımına ulaştığında palet çekilir ve röle kontakları konum değiştirir. Dolayısıyla, anahtar kapatıldıktan belirli bir süre (gecikme) sonra röle kontakları konum değiştirmiş olur. Düz zaman rölesi olarak çalışır. Palet çekildikten sonra, rölenin empedansı büyür ve devreden geçen akım azalır. Böylelikle, termistördeki sıcaklık yükselmesi durur ve devre kararlı çalışmaya başlar. A anahtarı açılıp röle akımı kesildiğinde, kontaklar ani olarak normal konumlarına döner. TEOSTATLA Katı, sıvı ve gazların sıcaklık derecelerinin sabit tutulması amacıyla kullanılan kumanda elemanlarına, termostat denir. Termostatlar, ısıtma veya soğutma sitemlerinde kullanılırlar. Örneğin, termostatlar binalarda, su ısıtmalarda, fırınlarda, elektrik ütülerinde, otomobil radyatörlerinde ve önceden belirlenen sabit sıcaklığın gerekli olduğu cihazlarda kullanılır. Şekil 2.22 de çeşitli termostat görünüşleri verilmiştir. Şekil 2.22: Termostat görünüşleri enel olarak, termostat, sıcaklıktaki değişimi mekanik harekete çevirir ve bu mekanik hareket ısıtma veya soğutma sistemlerinin kontrolünde kullanılır. Termostatlar, yapılarına göre üç kısımda incelenebilirler: Düz bimetal ve metal kontaklı termostatlar Körüklü termostatlar Sarmal bimetal ve civa tüplü kontaklı termostatlar Düz Bimetal ve etal Kontaklı Termostatlar Bimetal ve kontaklar olmak üzere iki kısımdan oluşur. Bimetal, uzama katsayıları farklı iki metal şeridin birleştirilmesiyle elde edilir. Şekil 2.23 te soğuk ve sıcak durumda, düz bimetal ve metal kontaklı bir termostat gösterilmektedir. Bimetal ısındığında, uzama katsayısı büyük olan metal diğer metalin üzerine doğru eğilir. Bimetalin bu hareketiyle, termostatta kapalı olan kontak açılır, açık olan kontak kapanır. Şekil 2.23: Soğuk ve sıcak durumda, bimetal ve kontaklar 33