DOĞRU AKIM MAKİNELERİNDE KAYIPLAR

Transkript

1 1 DOĞRU AKIM MAKİNELERİNDE KAYIPLAR

2 Doğru Akım Makinelerinde Kayıplar Doğru akım makinelerinde kayıplar üç grupta toplanır. Mekanik kayıplar, Manyetik kayıplar, Bakır kayıplar. Bu üç grup kayıptan başka hesap edilemeyen kaçak yük kayıpları da mevcuttur. Mekanik Kayıplar Mekanik kayıplar makinenin; Yataklarındaki sürtünmeden, Kollektör ve fırçalar arasındaki sürtünmeden Endüvinin oluşturduğu rüzgardan Yataklardaki sürtünme kaybı Bilyadaki milin çapına, Endüvi hızına ve Yataklardaki sürtünme katsayısı Alınacak önlem: Sürtünme katsayısını azaltmak için yataklar zaman zaman yağlamak 2

3 Mekanik Kayıplar Fırçalardaki sürtünme kayıpları Kollektörün dönüş hızına, Fırçaya uygulanan kuvvete, Fırça ile kollektör arasındaki sürtünme katsayısına Alınacak önlem Fırçaların grafitten yapılması ile sürtünme katsayısı azaltılır. Rüzgar kayıpları; Endüvinin hızına, Endüvinin boyuna Endüvideki oluk sayısına Mekanik kayıpların elde edilmesi Mekanik kayıpları tanımlayabilmek için kutupları uyartılmamış bir doğru akım makinesi kalibre edilmiş bir makine ile anma hızında döndürülür. Doğru akım makinesinin çıkışında herhangi bir yük olmadığından doğru akım makinesine uygulanan giriş gücü mekanik kayıplara eşit olur. Mekanik kayıplar P s ile gösterilir. 3

4 Endüvinin iletkenlerinde endüklenen emk, endüvinin dönüş hızına ve makinenin kutup sayısına bağlı olduğundan Doğru akım makinesinde manyetik kayıplar (histerisiz ve fuko kayıpları) oluşur. Manyetik kayıplar P m ile gösterilir. Histerisiz kayıpları Üretilen emk nın frekansına, Histerisiz eğrisinin oluşturduğu alana, Manyetik akı yoğunluğuna Manyetik malzemenin kalitesine P his = K his f. B 1,6 Yumuşak malzemelerin oluşturduğu histerisiz eğrisi sert manyetik malzemelerinkinden küçüktür. Bundan dolayı elektrik makinelerinde kullanılan manyetik malzemeler yumuşak manyetik malzemedir. 4

5 Manyetik malzemeler üçe ayrılırlar. Ferromanyetik malzemeler Paramanyetik Malzemeler Diyamanyetik Malzemeler Ferromanyetik malzemeler: Demir, Nikel, Çelik, Kobalt, Alniko gibi iyi mıknatıslanma etkisine sahip malzemelerdir. Manyetik alandan uzaklaştırılsalar da mıknatıslık özelliği gösterirler. Bu tür maddeler mıknatıs, elektrik motoru, jeneratör, trafo ve sabit disk gibi araçların yapımında kullanılır. Malzeme Manyetik duyarlılık Demir 5000 Yumuşak Demir 2000 Nikel 600 Kobalt 250 5

6 Paramanyetik Malzemeler: Ferromanyetik malzemelerin tersine sadece manyetik alan altında iken mıknatıslanırlar. Alüminyum, Bakır, Kalsiyum, Krom, Magnezyum, Platin, Tungsten gibi malzemelerdir. Malzeme Manyetik duyarlılık ( 10 5 ) Tungsten 6.8 Sezyum 5.1 Alüminyum 2.2 Lityum 1.4 Magnezyum 1.2 Sodyum

7 Diyamanyetik Malzemeler: Diyamanyetik maddeler, herhangi bir mıknatıs tarafından, o mıknatısı manyetik alanı içerisindeyken manyetik alan çizgilerine zıt yönde mıknatıslaştırılmaya uğrayabilen Civa, Altın, Bakır, Bizmut, Elmas, Gümüş, Kurşun, Silikon v.s. gibi maddelere denir. Kendisini mıknatıslaştıran cisim tarafından itilirler. Manyetik alan yayılım frekansına göre moleküler çapta ters yönlenme eğilimi gösterirler. Bir mıknatısa yaklaştırıldığında kuzey kutbu gören maddenin yakın tarafı kuzey kutbu olarak yönelecektir. İtkisel bir yapı oluşmasına sebep olan bu maddeler yeni bir fenomendir. Su, bu yapıya sahip maddelerden biridir. Malzeme Manyetik duyarlılık χ v ( 10 5 ) Su 0.91 Süperiletken 10 5 Gümüş 2.6 Pirolitik Karbon 40.0 Civa 2.9 Kurşun 1.8 Bakır 1.0 Karbon (Grafit) 1.6 Karbon (Elmas) 2.1 Bizmut

8 Yumuşak manyetik malzeme Sert manyetik malzeme Güç kayıpları ile histerisiz çevrim alanı arasındaki ilişki Küçük çevrim alanı =Düşük histerisiz kaybı Geniş çevrim alanı =Yüksek histerisiz kaybı 8

9 Endüvi ince dilimli saclardan oluşturulmuş olmasına rağmen her bir dilimde fuko (Eddy) kayıpları oluşur. Fuko akımları kayıpları; Kullanılan sacın kalınlığına, Manyetik akı yoğunluğuna, İndüklenen gerilimin frekansına Manyetik malzemenin kalitesine P fuko = K fuko f. B. λ 2 Eddy (Girdap) akımlarını azalması için iletkenlerin paralel dilimlenmesi 9

10 Doğru akım makinelerinin analizinde manyetik kayıplarla mekanik kayıplar genellikle beraber alınır. Bu kayıpların toplamına döner kayıplar adı verilir ve P r ile gösterilir. Doğru akım makinesinin döner kayıpların belirlemek için makine yüksüz durumda yabancı uyartımlı makine gibi çalıştırılır. Endüvi sargılarına uygulanan gerilim uygun bir şekilde ayar edilerek sargılarda indüklenen gerilimin anma değerinde olması sağlanır. Eğer V t terminal gerilim ve R a da endüvi sargı direnci ise endüvi sargılarına uygulanacak gerilim; Generatör durumu için E = U + I a R a Motor durumu içine = U I a R a Döner Kayıpların Elde Edilmesi E gerilimi endüvi sargılarına uygulanır ve anma hızına ulaşıncaya kadar uyartım akımı arttırılır. Bu durumda endüvi akımı ölçülür. Boşta iken makinenin çektiği akım tam yük akımının çok küçük bir parçası olduğundan endüvi sargılarındaki bakır kayıpları ihmal edilebilir. Doğru akım makinesi boşta çalışırken çıkış gücü sıfırdır. Dolayısıyla makineye uygulanan E. I a gücü makinenin döner kayıplarına eşit olur. Mekanik kayıplar bilindiğinden manyetik kayıplar bulunmuş olur. 10

11 Bakır (Elektrik) Kayıpları Bakır Kayıpları Herhangi bir iletkenden akım geçtiği sürece bakır kayıpları oluşur. Bakır kayıpları ya da elektriki kayıplar aşağıdaki şekilde makinenin sargı bulunduran değişik bölgelerinde meydana gelir. Endüvi sargı kayıpları P a = I 2 a. R a Şönt alan sargı kayıpları P ş = I 2 ş. R ş Seri alan sargı kayıpları Dahili kutup alan sargı kayıpları Kompanzasyon alan sargı kayıpları P s = I 2 s. R s P w = I 2 ş. R w (şönt ve kompunt) P w = I 2. R w (seri) P k = I 2. R k 11

12 Bakır (Elektrik) Kayıpları Kaçak Yük Kayıpları Bir makinede hesap edilmeyen kayıplar her zaman mevcuttur. Bu kayıplara kaçak yük kayıpları adı verilir. Doğru akım makinesindeki kaçak yük kayıpları; Endüvi reaksiyonundan dolayı akıdaki bozulmadan; Komitasyona giden bobindeki kısa devre akımından 100HP ve daha büyük güçlü elektrik makinelerinde kaçak yük kayıpları çıkış gücünün %1 i oranında alınır. Küçük güçlü makinelerde kaçak yük kayıpları ihmal edilir. Bir doğru akım generatörü, uygulanan mekanik enerjiyi endüvi sargılarında elektrik enerjisine dönüştürür. Uygulanan mekanik enerjinin bir kısmı döner kayıp olarak ortaya çıkar. Dolayısıyla elektrik enerjisine dönüştürülecek olan güç giriş gücünden çıkarılarak elde edilir. Makinenin çıkış gücünü elde etmek için ise bakır kayıpları üretilen güçten çıkarılır. 12

13 KAYNAKLAR OĞUZ, Necati; GÖKKAYA, Muhittin; Elektrik Makineleri I, MEB Yayınları, 1992 PEŞİNT, M.Adnan; ÜRKMEZ, Abdullah; Elektrik Makineleri II, MEB Yayınları, 1992 BAL, Güngör; Doğru Akım Makineleri ve Sürücüleri, Seçkin Yayıncılık, Ağustos 2001 ALTUNSAÇLI, Adem; Elektrik Makineleri I,