DOĞRU AKIM MOTORLARI VE KARAKTERİSTİKLERİ

Transkript

1 1 DOĞRU AKIM MOTORLARI VE KARAKTERİSTİKLERİ

2 Doğru Akım Motor Çeşitleri Motorlar; herhangi bir enerjiyi yararlı mekanik enerjiye dönüştürür. Doğru akım motoru, doğru akım elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren makinelerdir. Doğru akım motorları Kutup Şekillerine göre iki çeşittir. Kalıcı (Daimi) mıknatıslı doğru akım motoru Alan Sargılı doğru akım motoru Doğru akım motorları Uyartım Şekillerine göre üç çeşittir. Seri motor Şönt motor Kompunt motor 2

3 Şönt Motor Şönt Motor Şönt motorda uyartım (alan) sargısı endüviye paralel olarak bağlanmıştır. Motorun uyartım sargıları çok sarımlı ve ince kesitli iletkenlerden yapılmıştır. Şönt motorun eşdeğer devresinde yolverme(başlatma) direnci endüvi devresine seri olarak bağlıdır. Şönt alan sargısı kaynak gerilimine direk olarak bağlıdır. Uyartım akımının ayarlanması amacıyla uyartım devresine R f direnci bağlanmıştır Dış devre akımı I = I a + I m Şönt motor eşdeğer devresi Uyartım devresi toplam direnci R m = R f + R ş Uyartım akımı Zıt EMK Endüvi akımı I m = U R m E b = U I a R a I a = U E b R a 3

4 Şönt Motor Klemens Bağlantısı ve yol verme direnci ile Şönt motora yol verme 4

5 Şönt Motor Motorda üretilen moment M = K. φ. I a olduğuna göre şönt sargıdan geçen akım sabit olduğu sürece üretilen kutup akısı da sabit olacağından moment denklemi M = K f. I a şekline gelir. Şönt motorda üretilen momentin endüvi akımıyla direk bağlantılı olur. Yük akımı ile moment ve hız değişimi 5

6 Şönt Motor Karakteristiği Şönt motor belirli bir yükü döndürmekte iken; Üretilen zıt emk E b = U I a R a Devir sayısı n = U I a.r a K.φ Şönt motor yüklendikçe şu olaylar meydana gelir. Endüvi akımı yüke bağlı olarak artar. Endüvi direnci R a üzerindeki gerilim düşümü Ia.Ra artar. Sabit kaynak gerilimi için motorda üretilen zıt emk azalır. Endüvi reaksiyonu ihmal edilirse akı sabit olduğu sürece zıt emk daki azalma devir sayısını azaltır. Motor yüklendikçe endüvi devresinde artan gerilim düşümü zıt emk nin küçülmesi ve dolayısıyla da devir sayısının düşmesine neden olmaktadır. Yük akımı ile artan endüvi reaksiyonu ana kutup akısını azalttığı için devir sayısını da artırmaya çalışmaktadır. Bu durumda motorun manyetik doyumuna ve endüvi reaksiyonundan dolayı hızdaki artış endüvi akımından dolayı hızdaki azalmadan büyük, eşit ve küçük olabilir. 6

7 Şönt Motor Özellikleri ve Kullanım Yerleri Şönt Motorların Özellikleri ve Kullanıldıkları Yerler Şönt motorların yol alma anındaki momentleri yüksek değildir. Bu bakımdan aşırı yüklerde kolay yol almazlar. Devir sayıları yük ile çok az bir değişme gösterir. Bu nedenle devir sayıları sabit kabul edilebilir. Motor boşta çalışırken devir sayıları seri motorlarda olduğu gibi yüksek devirlere çıkmaz. Ancak uyartım devresindeki bir kopukluk devir sayısının tehlikeli değerlere çıkmasına sebep olabilir. Şönt motorlar; vantilatör, aspiratör ve tulumbalarda, kağıt fabrikalarında, dokuma tezgahlarında, gemi pervanelerinin döndürülmesinde, matbaa makinelerinde ve elevatörlerde kullanılırlar. 7

8 Seri Motor Seri Motorlar Seri alan sargısının endüvi sargısına seri olarak bağlandığı doğru akım motorlarıdır. Endüvi akımının kontrol edilmesi amacıyla harici direnç devreye seri olarak bağlanmıştır. Bu direnç motor anma hızına ulaştığında kısa devre edilerek devre dışı bırakılır. Seri sargıdan devre akımı da geçtiğinden sargının sipir sayısı az, kesiti kalındır. Seri motorlarda endüvi akımı yük ile değişirken alan sargılarından geçerek manyetik akıyı oluşturur. Dış devre akımı Zıt EMK Endüvi akımı I = I a = I s E b = U I a R a I s R s I a = U E b R a +R s Seri motor eşdeğer devresi 8

9 Seri Motor Seri motor klemens bağlantısı 9

10 Seri Motor Karakteristikleri Seri motorda üretilen zıt emk, E b = K. φ. n ve üretilen moment; M = K. φ. I a olur. Manyetik akı φ = k f. I a dir. Seri motorlarda endüvi akımı artarken üretilen akı da artar. Akı miktarı arttıkça motor doyuma yaklaşır. Motor doyuma ulaştığında endüvi akımına karşılık akıdaki artış çok küçük olur. Seri motor boşta çalışırken üretilen moment sadece döner kayıpları karşılayacak kadardır. Bundan dolayı boşta çalışan bir seri motorun endüvi akımı çok küçük olur. Buna ilave olarak indüklenen zıt emk yaklaşık olarak uygulanan gerilim U ya eşit alınır. Boşta çalışan bir seri motorun zıt emk sının endüvi akımına bağlı olması ve endüvi akımının da boşta çok küçük olması sebebiyle hız maksimum olur. Seri motorun momenti yüklendikçe artar ve artan moment motorun endüvi akımını arttırır. 10

11 Seri Motor Endüvi akımındaki artış endüvi devresi direnci üzerinde düşen gerilimi arttırır ve sabit bir kaynaktan beslenen motorun zıt emk sı azalır. Zıt emk endüvi akımına bağlı olduğundan motorun devri düşer. Seri motor yüksek hızlarda düşük moment, düşük hızlarda yüksek moment üreten bir doğru akım motorudur. E b = U I a. R R = R a + R s + R ax n = U I a.r K.φ Yük Akımına Bağlı Olarak Devir Sayısı ve Moment Değişimi 11

12 Seri Motor Özellikleri ve Kullanım Yerleri Seri Motorların Özellikleri ve Kullanıldıkları Yerler Seri motorların yol alma momentleri çok yüksektir. Bu sebeple yük altında bile çok yüksek bir döndürme momenti ile kalkınırlar. Devir sayıları yüke bağlı olarak çok geniş sınırlar içerisinde değişebilir. Yük arttıkça devir sayısı azalır, yük azaldıkça devir sayısı artar. Seri motorlar yüksüz iken devir sayıları çok yükselerek motorun parçalanmasına sebep olabilir. Bu sebeple seri motorların milinde çok küçük de olsa mutlaka bir yük bulundurulmalıdır. Seri motorlar yük altında yüksek döndürme momenti ile çalışabildiklerinden taşımacılıkta; tren, tramvay, troleybüs, vinç, elevatörlerde kullanılırlar. 12

13 Kompund Motorlar Kompunt Motorlar Kompunt motorların seri ve şönt olmak üzere iki uyartım sargısı bulunmaktadır. Seri sargı endüviye seri olup, şönt sargı alanını kuvvetlendirecek veya zayıflatacak şekilde manyetik alan meydana getirir. Seri sargı alanı şönt sargı alanını kuvvetlendirecek şekilde bağlanırsa eklemeli(arttırmalı) kompunt motor; seri sargı ters bağlı olup şönt sargı alanını zayıflatacak şekilde bir manyetik alan oluşturuyorsa ters(azaltmalı) kompunt motor olarak adlandırılır. Kompunt motor eşdeğer devresi Dış devre akımı I = I a + I m Uyartım devresi direnci R m = R f + R ş Uyartım akımı I m = U R m Zıt EMK E b = U I a R a I s R s Endüvi akımı I a = U E b R a R s 13

14 Kompund Motorlar Karakteristikleri Klemens bağlantısı 14

15 Kompund Motorlar Karakteristikleri Eğriden de görüldüğü gibi yük artıkça devir sayısının değişmemesi için ters kompunt; yüke göre devir sayısının azalması bir sakınca oluşturmuyorsa eklemeli kompunt motor kullanılır. sayısı; Kompunt motorların devir sayısı motorun bağlantı şekline bağlıdır. Buna göre devir n = U I a(r a +R s ) K.(φ ş +φ s ) n = U I a(r a +R s ) K.(φ ş φ s ) Eklemeli kompunt Ters kompunt 15

16 Kompund Motor Özellikleri ve Kullanım Yerleri Kompunt Motorların Özellikleri ve Kullanıldıkları Yerler Eklemeli kompunt motorların devir sayıları seri ve şönt motor arası bir değişim gösterir yani sabit değildir. Ters kompuntta ise yükselen yada değişmeyen devir sayısı elde edilebilir. Boş çalışmada devir sayıları normal devirlerinde olup tehlikeli olacak şekilde artmaz. Eklemeli kompunt motorların yol alma momentleri oldukça yüksektir. Ters kompunt motorların yol alma momentleri zayıftır. Eklemeli kompunt motorlar hemen hemen seri motor özelliği gösterirler. Bu nedenle seri motorların kullanıldığı yerlerde örneğin; vinç, asansör ve hadde makinelerinde kullanılırlar. Ters kompunt motorlar ise fazla yol alma momenti istemeyen fakat yükle devir sayısı hiç değişmemesi istenen sesli sinema makinelerinde, dokuma tezgahları ve buna benzer yerlerde kullanılırlar. 16

17 Çeşitli Doğru Akım motorlarının moment-hız karakteristikleri 17

18 18 DOĞRU AKIM MOTORLARINDA DEVİR YÖNÜNÜN DEĞİŞTİRİLMESİ

19 DOĞRU AKIM MOTORLARI Doğru Akım Motorlarında Devir Yönünün Değiştirilmesi Doğru akım motorlarında devir yönünün değiştirilmesi elektromıknatıslı (alan sargılı) yada kalıcı (sabit) mıknatıslı olmasına göre değerlendirilir. İçinden akım geçen iletkenin alan tarafından itilmesi ve iletkenin manyetik alan içindeki durumu 19

20 DOĞRU AKIM MOTORLARI Doğru Akım Motorlarında Devir Yönünün Değiştirilmesi Alan Sargısı Bulunduran Doğru Akım Motorları Doğru akım motorlarında uygulanan sol el kuralına göre, motorun devir yönü, endüviden geçen akımın veya ana manyetik alanın yönüne bağlıdır. Bunlardan birinde değişme olursa motorun devir yönü değişir. Her ikisinin de değiştirilmesi durumunda devir yönü değişmez. Buna göre alan sargısı bulunduran doğru akım motorlarının devir yönünün değiştirilmesinde iki metot kullanılır. Sadece endüvi sargılarının uçlarını yer değiştirmek Sadece endüktör sargılarının uçlarını yer değiştirmek NOT: Her iki alan sargısının uçları aynı anda değiştirildiğinde motorun devir yönü değişmez. 20

21 DOĞRU AKIM MOTORLARI Doğru Akım Motorlarında Devir Yönünün Değiştirilmesi Şönt motorların devir yönünün değiştirilmesi Seri motorların devir yönünün değiştirilmesi 21

22 DOĞRU AKIM MOTORLARI Doğru Akım Motorlarında Devir Yönünün Değiştirilmesi Kompunt motorların devir yönünün değiştirilmesi 22

23 Kalıcı Mıknatıslı Doğru Akım Motorlarında Devir Yönünün Değiştirilmesi Kalıcı mıknatıslı doğru akım motorlarında sargılardan geçen akımın yönünün değiştirilmesi için dört adet anahtarlama elemanı kullanılabilir. Şekildeki gibi yerleştirilmiş olan S1, S2, S3 ve S4 anahtarlarının açık yada kapalı olması ile motordan iki yönlü akım geçmesi sağlanır. S1 ile S4 kapalı, S2 ile S3 açık iken motor bir yönde dönerken; S1 ile S4 açık, S2 ile S3 kapalı iken motor bir yönde döner. S1 ile S3 kapalı yada S2 ile S4 kapalı iken motor frenlenir. Burada gösterilmiş olan anahtarlar yerine transistörlü bir devre tasarlanarak motorun her iki yönde de kontrolü sağlanabilir. 23

24 Bu işlem için genelde H köprüsü kullanılır. Bir H-köprüsü bir elektronik devre bir yük üzerinden her iki yönde de uygulanacak bir gerilim sağlar. Bu devrelerin sık kullanım alanları robotik ve diğer uygulamalar ile DC motorların ileriye ve geriye doğru çalıştırmak için kullanılırlar. H-köprü olarak entegre devreler mevcuttur, ya da ayrık bileşenlerinden (transistörlerden) inşa edilebilir. Böyle bir uygulama için L298, TA7257P, L99H01, LMD18245, gibi H-Köprü Entegreleri kullanılabilir. 24

25 25 DOĞRU AKIM MOTORLARININ DEVİR SAYISI AYARI

26 DOĞRU AKIM MOTORLARI Doğru Akım Motorlarında Devir Sayıs Ayarı Genel olarak bir doğru akım motorunun döner hızı uygulanan gerilim, momenti akım ile orantılıdır. Hız kontrolü değişken kaynak gerilimi, direnç yada elektronik kontrol ile gerçekleştirilebilir. Alan sargılı doğru akım motorunun yönü ya alan yada endüvi bağlantılarının terslenmesi ile değiştirilebilir. Ama ikisi birlikte değiştirilirse motorun dönüş yönü değişmez. Bu işlem yaygın olarak devre açıcılarının özel ayarlanması ile yapılır. Etkin gerilim, seri olarak bağlanmış dirençler yada tristör, transistörlerden yapılmış elektronik olarak kontrol edilen anahtarlama devreleri ile değiştirilebilir. Doğru akım motorlarında devir sayısı formülü n = U I a.r a K.φ dir. 26

27 Doğru akım motoruna ait hız-moment ilişkisini gösteren denkleme göre bir doğru akım motorunun hız kontrolü genel olarak aşağıdaki yöntemlerden biri kullanılarak yapılabilir. Motora uygulanan gerilimin genliği değiştirmek, Alan sargısının manyetik alanı değiştirmek, Endüvi devresine direnç ilave etmek. Bu yöntemler içerisinde en çok kullanılanı gerilimin ayarlanmasıyla gerçekleştirilen hız kontrol yöntemidir. Ayarlı doğru gerilim yardımıyla yapılan hız kontrol yönteminde elde edilen hızmoment karakteristiklerinin eğimi değişmezken hız sıfırdan anma hızına kadar ayarlanabilmektedir. 27

28 Endüvi devresine bağlanacak olan ayarlı bir direnç vasıtasıyla gerçekleştirilecek olan yöntemde ise, kullanılan direnç ile bir gerilim bölücü devre meydana getirilmektedir. Bu nedenle gerilimin bir kısmı ayarlı direnç üzerinde düşeceğinden motor endüvisine genliği değişmiş bir gerilim uygulanmış ve böylelikle motor hızı ayarlanmış olur. Bu yöntem, ucuz ve basit bir yöntem olmasına rağmen seri bağlanacak olan dirençte bakır kayıpları meydana gelmesi, direnç değeri arttıkça hız-moment eğrisinin eğiminin artması gibi bazı sakıncaları bulunmaktadır. Alan sargısının manyetik alanının değiştirilmesi yönteminde endüviye uygulanan gerilim sabit kalırken uyartım devresine bağlanan seri direnç yardımıyla uyartım akımı ayarlanır. Sadece alan sargısının oluşturduğu manyetik alan değiştirilerek motorun hız kontrolü yapılacak olursa, motorun hızı ancak anma hızın üzerinde bazı hız değerlerine ayarlanabilir. 28

29 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,