ELEKTRİK MAKİNELERİ (MEP 112) Yazar: Yrd. Doç. Dr. Mustafa Turan S1
SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Adapazarı Meslek Yüksekokulu Bu ders içeriğinin basım, yayım ve satış hakları Sakarya Üniversitesi ne aittir. "Uzaktan Öğretim" tekniğine uygun olarak hazırlanan bu ders içeriğinin bütün hakları saklıdır. İlgili kuruluştan izin almadan ders içeriğinin tümü ya da bölümleri mekanik, elektronik, fotokopi, manyetik kayıt veya başka şekillerde çoğaltılamaz, basılamaz ve dağıtılamaz. Copyright 2005 by Sakarya University All rights reserved No part of this course content 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. Sürüm 1 Sakarya... 2005 S 1
Doğru Akım Makineleri,Dinamolar Bu Haftanın Hedefi: Doğru akım makinelerinin tanınıması ve yapısının öğrenilmesi. Bu Haftanın Materyalleri Kullanılan semboller Animasyon Soru Veritabanı Bağlantılı Soru Simülasyon Püf Noktası 1
Giriş Doğru Akım (DA) makineleri denince akla döner tipteki DA jeneratörleri (dinamo da denir) ve DA motorları gelir. Aslında DA jeneratör yada DA motorlarının yapıları arasında fark bulunmamakta, sadece sırçaların yerleştirilme noktaları arasında ufak sapmalar bulunmaktadır. Yeri geldiğinde bu farklılık belirtilecektir. Motor yada jeneratör kullanım sadece makinenin çalışma kipidir. Bu tip makineler işletildikleri şartlara göre hatta bağlantı yapısı değiştirilmeden- motor yada jeneratör olarak çalışabilirler. Günümüzde doğru gerilimi alternatif akımdan elde etmek oldukça kolay olduğundan, DA üretmek için dinamo kullanımı yok denecek kadar azalmıştır. Jeneratör çalıştırma kipi sadece belirli özel uygulamalarda kullanılır hale gelmiştir. Bu jeneratörler devir sayısı ile doğru orantılı gerilim ürettiklerinden, çoğunlukla devir sayısı ölçümünde DA Tako-jeneratör olarak kullanılırlar. Motor kullanımda üstün başarımları (moment, yüksek devirlere çıkabilmeleri ve hız kontrol özellikleri ve kontrol kolaylıkları) nedeniyle bazı uygulamalar için hala en uygun olmaktadırlar. Bunlara örnek taşıt araçları (trenler, elektrikli otomobiller, forkliftler vb), vinçler, yüksek devir kullanan iş makineleri, otomobiller endüstrisinde marş, silecek ve hassas devir sayısı ayarı gerektiren tekstil tezgahları gibi uygulamalar için cazip olmaktadırlar. Günümüzde aynı prensipler kullanılarak kolektörlü alternatif akım motorları (üniversal motor da denir) da üretilmektedir. Bu tip motorlar ise saç kurutma makinesi, elektrik süpürgesi, mutfak araçları, el matkabı ve benzeri takım araçlarında yaygın olarak kullanmaktadır. Bu tip mekanik araçların ortak özellikleri; ya yüksek devir ihtiyacı yada yüksek döndürme momentidir. Ve DA Motoru prensibinde çalışan tüm motorlar bu yönlerden oldukça yüksektir. 2
Doğru Akım Makinelerinin Yapısı Bütün hareketli makinelerde olduğu gibi; duran kısma STATOR ve döner kısma ise ROTOR denir. Gövde manyetik sistemin bir parçasıdır, dökme çelikten yapılır. Gövdeye bağlı kutupların tamamı yada rotora yakın kısımları (kutup başı) ve endüvi (rotor) silisyum alaşımlı sacların paketlenmesiyle oluşturulur. 2000hp lik bir doğru akım motoru Rotor (endüvi) Stator 3
Büyük doğru akım motorları DA Makinesinin Ana Parçaları Gövdenin demirden, kutuplar ve endüvinin silisyumlu sac paketinden oluşturulduğuna dikkat ediniz. 4
Doğru akım makinesinin endüvisi (rotor) ve kutup sargılarının montajlanmadan önceki hali DA ile çalışan küçük bir oyuncak motoru DA makinesinde bulunan temel parçalara dikkat ediniz: Endüvi, endüvi sargısı, kolektör, kutuplar, gövde, mil. Çok küçük DA makinelerinde kutuplar elektromıknatıs yerine sabit mıknatıslar ile oluşturulur. 5
DA makinesinde bulunan temel parçalara dikkat ediniz: Fırçalar, kapak, terminaller ve toplanmış motor 6
Gövde Gövdeye yerleştirilmiş bir çift kutup Rotor sargıları Rotor sargıları bileziklere bağlanırsa, fırçalardan alternatif gerilim elde edilir. Bu durum DA makinesinin çalışmasına elverişsiz bir durum oluşturur. 7
DA Makinelerinde, Kolektör fırça düzeni Dinamo çalışmada endüklenen alternatif gerilim, kolektör fırça düzeni ile doğru gerilime, Motor çalışmada ise endüklenen alternatif kuvvetler kolektör fırça düzeni ile aynı yönlü kuvvetlere dönüştürülür. Kolektör fırça düzeneği, bu tip makinelerin çalışması için önemli bir düzenektir. Günümüzde bizim özel elektrik makineleri sınıfına aldığımız fırçasız DA makineleri, elektronik komitasyon devreleri kullanılarak yapılır. Kolektör fırça düzeni 8
DA Jeneratörleri (Dinamolar) Dinamolar, mekanik enerjiden elektrik enerjisi üreten makinelerdir. Temel bir sarımda endüklenen emk alternatif gerilimdir. Aşağıda bilezik ve fırça düzeni ile bu alternatif gerilim, döner ortamdan duran ortama alınmaktadır. Makinede endüklenen alternatif gerilim, bilezik-fırça düzeni yerine, KOLLEKTÖR-FIRÇA düzeni ile doğru gerilime çevrilmektedir. Tüm dinamolar bu prensip ile DA üretirler. 9
DA Makinesinde Güç Akışları Aşağıdaki şekilde, dinamo ve motor için güç akışları verilmiştir. Burada kutup sargısının hep dışarıdan beslendiğine (güç tükettiğine) dikkat ediniz. DA Makinesinin Endüvisinde Endüklenen Gerilim Doğru akım makinesi ister dinamo, isterse motor olarak çalışsın, kutup manyetik alanı içerisinde dönen endüvi (rotor) sargılarında emk endüklenir. 10
Endüklenen emk nın en büyük değeri: Endüvi sargılarında endüklenen emk [V] Makine yapısının fonksiyonu olan gerilim endükleme katsayısı [(V.dak)/(wb.devir)] z p Endüvideki toplam iletken sayısı. Bir sarım 2 iletkenden oluşur. Makinenin çift kutup sayısı (2 kutup, 1 çift kutup yapar; p en az 1 dir) Paralel kol sayısı; + fırçalara bağlı olan iletken sayısıdır. a DA makinelerinde yaygın kullanılan 2 sargı tipi vardır. Seri sargı için a=2, paralel sargı için a=p dir. Maksimum kutup akısı [wb] 11
Doğru Akım Makineseinde Endüklenen Döndürme Momenti Moment; mildeki burulma enerjisidir. Motorda; mildeki yüke verilen moment; jeneratörde ise elektrik üretmek için jeneratör miline verilen momenti ifade eder. [Nm] sürtünme ve vantilasyon kayıpları ihmal edilirse Mekanik dünyada moment; mildeki mekanik gücün milin açısal hızına oranıdır. Endüklenen iç güç Pm ise; endüvide endüklenen emk ve endüvi akımının çarpımına eşittir. Açısal hız; milin 1 saniyede kat ettiği raydan cinsinden açı miktarıdır. [Nm] Endüvi sargılarında endüklenen moment [Nm yada J] Makine yapısının fonksiyonu olan moment endükleme katsayısı Bakırdan yapılmış olsa bile her sargının bir iç direnci vardır. Rotordaki endüvi sargısının iç direnci R a, kutup sargısının iç direnci ise genel olarak R f dir. Daha sonra belirtileceği üzere kutup sargıları endüviye; ŞÖNT (paralel), SERİ ve SERBEST (endüviye değilde, başka bir kaynağa) bağlanacak şekilde, farklı farklı tasarlanabilmektedir. Dolayısı ile farklı bağlanacak şekilde tasarlanmış sargıların iç dirençleri de farklı olacaktır. Solda tipik bir şönt motor deney bağlantısı görülmektedir. Ve devre üzerinde kutup ve endüvi sargısının dirençleri ve E q gösterilmiştir. Böylelikle devre teorileri kullanılarak çeşitli hesaplamalar geliştirilebilir. 12