NYETİK PRENSİPLER İçinden akım geçen bir iletken etrafında manyetik alan oluşturur (Elektromanyetizma). Değişken manyetik alan içindeki hareketsiz bir iletkende gerilim meydana gelir. (Transformatör Prensibi) anyetik alan içindeki bir iletken alanı kesecek tarzda hareket ettirilirse üzerinde gerilim indüklenir (Jeneratör Prensibi) anyetik alan içinde, içinden akım geçen bir iletkene kuvvet etki eder (otor Prensibi) 1 Transformatörler Transformatörler Transformatörler, sargıları yardımıyla girişine uygulanan gerilim değerlerini çıkışlarında arttıran veya düşüren yapılardır. Transfor-ma-törler elektrik akımının bir yerden (örneğin santralden) bir başka yere (örneğin evlerimize) nakli esnasında verimliliği arttırmak amacıyla kullanılırlar. Önceki bölümlerde elektrik akımını ileten telin çapının içerisinden geçen akımın değerine bağlı olduğunu görmüştük. Demek ki bir nakledeceğimiz akımın değerini ne kadar düşürebilirsek o kadar daha küçük çaplı tel kullanacağız, yani elektrik nakli o kadar daha az harcamayla gerçekleşecektir (Havai hatlarda kilometrelerce uzunluktaki telleri düşününüz!). Elektrik gücü bağıntısı P = U. I (veya 3 fazlı akımda: P = 3 U I olduğuna una ve akım m değerini erini mümkm mkün n olduğunca unca küçük üçültmek gerektiğine ine göre g U (gerilim) değerini erini arttırmak rmak gerekir.. Bunun için i in de kullanılacak lacak elektriksel devre elemanı transformatördür. r. Giriş ve çıkışış sargılar larının sipir sayılar ları ayarlanarak gerilim yükseltilir y veya alçalt altılır. 3 4
Transformatör Transformatörlerin Çalışma Prensibi Transformatörler değişken akım yani alternatif akımda çalışırlar.. Transformatörü giriş sargısına bir alternatif gerilim (= lternatif kım) uygulandığında ulandığında bu sargı çevresinde değişken bir manyetik alan oluşturacaktır. Bu manyetik k alanın değeri uygulanan gerilime bağlı olarak sürekli olarak periyodik şekilde değişir ve manyetik alan saç nüve üzerinden devresini tamamlar. Nüve üzerinde bulunan ikinci sargı bu manyetik alan tarafından kesilir. bir manyetik alan içerisinde kalan iletken üzerinde bir gerilim indüklenir prensibine göre ikinci sargı üzerinde yine periyodik olarak değişen bir gerilim indüklenecek ve bu gerilim sargının uçlarından dışarıya alınabilecektir. Yani, elektriksel olarak 1. ve. sargı arasında hiçbir bağ olmadığı halde h manyetik indüksiyon yolu ile. sargıda bir gerilim oluşacaktır. 5 6 TRNSFORTÖRLER Transformatörlerin rlerin Çevrim (Dönüştürme) Oranları Transformatörlerin rlerin giriş ve çıkışış sargılar larının n uçlaru larındaki gerilim farklarının oranı sargılar ların n sarım m (sipir( sipir) ) sayılar ları oranına na eşittir. e Buna göre g çevrim oranı: PRİER (GİRİŞ) Ø SEKONDER (ÇIKIŞ) anyetik Gövde Sargı 1 Sargı I 1 P 1 P n 1 n U 1 U I Pr imer Gerilim K = = Sekonder Gerilim U1 I n1 K = = = U I1 n Pr imer S argı Say. Sekonder S argı Say. Basit Bir Transformatörün Yapısı (Çekirdek Tipi Tr.) 1: Primer sargılar (giriş) : Sekonder sargılar (çıkış) Ø : Nüvede oluşan manyetik akı U 1 : Giriş sargılarının uçları arasındaki potansiyel fark U : Çıkış sargılarının uçları arasındaki potansiyel fark n 1 : Girişteki sargının sipir sayısı n : Çıkıştaki sargının sipir sayısı P 1 : Giriş gücü, P : Çıkış gücü Çevrim oranına göre transformatörler ikiye ayrılır: lçaltıcı Transformatör Yüksek gerilimi alçak gerilime çeviren transformatördür. Yükseltici Transformatör Düşük gerilimi yüksek gerilime çeviren transformatördür. 7 8
Örnek: Bir transformatör r girişine ine uygulanacak olan 10000 V değerindeki erindeki gerilimi 100 V a düşürecektir. Transformatör r girişinde inde 500 sipirlik bir sargı varsa çıkışındaki sargının sipir sayısı kaç olmalıdır? Çözüm: Çevrim oranı: U1 10000 V K = = = 100 U 100 V 10 W gücündeki g bir santralde üretilen elektrik enerjisi nakledilecektir. Nakil gerilimi değerleri; erleri; 500 V, 1000 V, 10 000 V ve 100 000 V için i in iletkenden geçmesi gereken akım m değerlerini erlerini hesaplayınız. Çözüm: 3 fazlı alternatif akım m için i in güçg bağı ğıntısı: P = 3 U = 500 V içini in I = U I P 10 000 000 [W] = 11560 3 U 3 500 [V] olarak bulunur. Çevrim oranı aynı zamanda sipir sayısı oranına na da eşittir: e U K = U 1 n1 500 sipir = = = 100 n n 500 n = = 5 sipir 100 U = 1000 V içini in U = 10 000 V içini in U = 100 000 V içini in I = I = I = P 10 000 000 [W] = 5780 3 U 3 1000 [V] P 10 000 000 [W] = 578 3 U 3 10 000 [V] P 10 000 000 [W] = 57,8 3 U 3 100 000 [V] 9 10 Jeneratör Çalışma Prensibi Jeneratörler anyetik alan içindeki bir iletken, alanı kesecek şekilde hareket ettirilirse üzerinde gerilim meydana gelir. e = (vxb). l Elektro otor Kuvvet indüklemek için, iletken hareket ederken akı çizgilerini kesmelidir. Yoksa (v x B) = 0 olur. e toplam = e ab + e bc + e cd e toplam =Blv e toplam =Blv cd +e da Blv+0+ +0+Blv+0 11 1
Tek Yönlü (DC) gerilimin üretimi - Komutasyon Not: İndüklenen gerilimler her zaman C dir. 13 14 Y.Doç.Dr.-üh. Kadir ÇVDR Jeneratör DC otor aynı zamanda bir DC jeneratördür. Bobin, kayar bilezik, fırça ve mıknatıs motora benzer donanımlardır. ncak bu durumda bobin döndürülerek dürülerek gerilim meydana getirilir. DC Jeneratör 15 16
lternatör C istiyorsak, doğrultmaca ihtiyacımız yoktur, böylece yarık bileziğe gerek kalmaz. (Yarık bilezik, elektriksel kıvılcıma ve aşınmaya sebep olduğundan bu durum d lehimizedir, DC istiyorsak alternatör ve diyotlu bir doğrultmaç kullanmak genellikle daha kullanışlıdır). k şağıdaki animasyon, iki fırça iki sürekli bilezikle temastadır, böylece iki i dış terminal her zaman bobinin aynı uçlarıyla bağlıdır. Bunun sonucunda doğrultmasız, sinüzoidal emk elde edilir. Yukarda gördüğümüz gibi bir DC motor DC jeneratördür. Benzer olarak bir alternatör aynı zamanda bir C motordur. DC otorlar Basit bir DC motor, manyetik alanda dönebilen iletken tel sarılmış ış bir bobine sahiptir. Bobine akım, yarık bilezikli ve hareketle temas yapan iki fırça yardımıyla sürülür. Bobin sabit manyetik alan içinde kalır. kım taşıyan iletkenin oluşturduğu kuvvet bobin üzerinde bir moment oluşturur. o anyetik alan içinde kalan bir iletkenden akım geçirilirse o iletkene bir kuvvet etki eder 17 18 otor Çalışma Prensibi anyetik alan içindeki bir iletkenden akım geçirilirse, iletkene bir kuvvet etki eder. F=(lxB)i Burada l, akım yönünde bir vektördür. (lxb) nin yönü kuvvetin yönüdür. DC otorlar Basit bir DC motor manyetik alanda dönebilen iletken tel sarılmış ş bir bobine sahiptir. Bobine akım, yarık bilezikli ve hareketle temas yapan iki fırça yardımıyla sürülür.bobin sabit manyetik alan içinde kalır. kım taşıyan iletkenin oluşturduğu kuvvet bobin üzerinde bir moment oluşturur. F= F ab + F bc + F cd +F da F=lBi+0+lBi+0 =F ab r+f cd r =iblr φ φ = i lr = / i lr/ = φi / πrl // π 19 0
DC otorlar DC otorlar DC motorlar, stator ve rotor olmak üzere iki temel elemandan oluşur. STTOR: akinenin sabit kısmıdır. Stator, DC uyarı ile gerekli manyetik alanı oluşturmak için kullanılan alan sargılarını taşır. Genellikle alan olarak bilinir. ROTOR: akinenin hareketli kısmıdır. Rotor dağılmış sarımları taşır. rmatür olarak da bilinir. 1 rmatürün farklı biçimleri ve sargı Nüve rmatür Bobini Komütatör DC akine Bobini 3 4
RTÜR SRGILRI: rmatür sarımı dağılmış iletkenlere sahiptir. Bu sarımlar için yaygın tasarımlar; Wave Sarım; kım için paralel yolların sayısı HER ZN ikiye eşittir r (a=). Lap Sarım; kım için paralel yolların sayısı BZEN kutup sayısı gibidir (a=p). Gerçek bir DC makinede üretilen emk Z; toplam iletken sayısı, p; toplam kutup sayısı a; lap sarımı için p, wave sarımı için 5 6 Gerçek bir DC makinede üretilen emk Yol başına iletken sayısı; Z/a E a ; üretilen toplam gerilim E a Z = Bvl, a φ B = Z Z φ Z φ Zp Ea = Bvl = ωrl = ωrl = φω a a a πrl πa p Zp Ea = kφω, k = Burada k makine sabitidir. πa Hız dev/dak cinsinden verilmişse; Burada kutbun yüzey alanı olup = ( πrl p) Burada ω, rad/s cinsinden açısal hızdır. v = ωr πn ω = 60 Zp πn Zp Ea = φ = φn πa 60 60a Zp Ea = K φn, K = 60a 7 8
İndüklenen gerilim ve döndürme momenti arasındaki ilişki Bu yüzden; E E E iletken iletken = Blv = Blir Blv v = =, v = ωr Blir ir ωr ω = = ir i { Ei = { ω Elektriksel güç mekanik güç = Ei ω Gerçek bir makinede, i yerine armatüre akımı I ve E de üretilen toplam emk E yazarsak = E I ω E ifadesini moment ifadesinde yerine koyarsak Zp E = φω πa 9 30 Zp φωi a Zp = π = φi ω πa φi ve E φω Böylece manyetik akı Φ, herhangi bir elektrik makinesinde kuvvet veya emk değeri için çok önemlidir. Zıt EK Gösterilen ilk animasyonlarda görüldüğü gibi, DC motor ve DC jeneratör eratör aynı donanıma sahiptir. Örneğin trenlerin motorları, tren yavaş hareket ederken jeneratör haline gelir; kinetik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür ve depolar. Son zamanlarda, birkaç ç otomobil imalatçısı da otomobillerde bunu kullanmaktadır. Bu ilginç bir sonuçtur. Her motor, motor olarak çalıştığında bile e bir jeneratör gibi davranır. otorun ürettiği emk, zıt emk olarak adlandırılır. Faraday kanunu gereği hız arttıkça zıt emk artar. Bu yüzden motorda yük yoksa motor, zıt emk artı kayıplardan dolayı oluşan gerilim düşümü uygulanan gerilime eşit olana kadar çok hızlı döner ve hızlanır. h Zıt emk düzenleyici olarak düşünülebilir; motor dönüşü de hızla durur. otor çalıştığında, içerde üretilen emk (E ), uygulanan kaynak gerilimine (V T ) karşı oluşur. Böylece, armatür sargılarından akım (I ); I V = T E R Başlarken, n=ω=0 0 olduğundan E =0 olur. Bu yüzden, başlama akımı; I Başlama =V T /R olup, rmatür sargılarının taşıyamayacağı yüksek değerler alır. 31 3
33 34 35 36
37 38 39 DC OTOR DENETİİ DC motor denetimi iki şekilde ele alınabilir. 1. Başlangıç denetimi (Starting Control). Hız denetimi (Speed Control) a). lan denetimi (Field Control) b). rmatür direnç denetimi (rmature Resistance Control) c). rmatür gerilim denetimi (rmature Voltage Control) Belirtilen her bir denetimi gerçekleştirmek için ek donanımlara gerek duyulmaktadır. 40 1.Başlangıç denetimi (Starting Control) Eğer bir DC motor sabit gerilim kaynağına bağlanıyorsa, armatür akımını sınırlandırmak için devrede çeşitli harici tedbirler almak gerekmektedir. otor devri, zıt emk değerinin armatür akımını kendiliğinden sınırlayacak değerine ulaşıncaya kadar bu tedbirlerin alınması gerekmektedir. rmatür akımı ile ifade edilebilir.görüldüğü gibi hız başlangıçta sıfır iken armatür akımı sadece fırça ve sargı direnci (R a ) ile sınırlandırılmaktadır. Bu durumda akım çok tehlikeli değerlere ulaşabilmektedir. Bu durumu düzeltmek için en pratik çözüm armatür devresine seri dirençler bağlamaktır. Böylece yeni direnç değeri R a +R st olacaktır. R st değeri hız sıfır iken (ω=0) akımı kabul edilebilir değerlerde sınırlayacak bir büyüklükte seçilir. R st değeri hız arttıktan sonra sıfıra düşürülür. Bu başlangıç rezistansının değeri zaman, akım ve hız değerlerine dikkate alınarak manuel veya otomatik olarak pek çok değişik şekilde değiştirilebilmektedir. I V = T R Kφω
DC motor için Başlangıç Direnci. Hız denetimi (Speed Control) DC motorlar için hız denetimi 3 ana kategoriye ayrılabilir. Bunlar a). lan denetimi (Field Control) b). rmatür direnç denetimi (rmature Resistance Control) c). rmatür gerilimi denetimi (rmature Voltage Control) ). LN DENETİİ Bu yöntemde bir şönt motora bir alan reostatı şönt alana seri bağlanarak manyetik alan akımı dolayısıyla manyetik alanın denetimi yapılabilir. Buna göre motor hızı ifadesi V t ω m = K φ pi R a ( K φ pi ) T d ile verilebilir. Bu denkleme göre sistemin hızmoment karakteristiği yandaki şekildeki gibi elde edilebilir. Şönt motor hızının alan reosta yöntemi ile denetiminin düşük maliyetlerle gerçekleştirilebilmesi ve kayıpların düşük olması gibi nedenlerle tercih edilebilir. ncak hız denetiminin çok kısıtlı bir alanda yapılabilmesinden dolayı da dezavantajlıdır. Seri motorlarda hızın alan değişimi ile denetimi seri sargılara paralel bir diverter direnç yerleştirilmesi ile sağlanabilir. 41 4 B. RTÜR DİRENÇ DENETİİ Bir şönt DC motorun armatür devresine çeşitli dış dirençler bağlanırsa, hız denklemi; ÖRNEK Bir şönt DC motor, armatür direnç denetim ünitesi ile çalıştırılmaktadır. otor hızının 30 Nm lik yük altında 100 dev/dak olması isteniyorsa tüm kontakların açık olduğu durum için (R 1 +R +R 3 ) değeri ne olmalıdır? Hesaplayınız. (V t =30 V, n=1350 dev/dak için E=17.14 V alınız.) E 17.14 V s Kφ p = = = 1.536 ω 1350 /30 rad m ( π ) ile ifade edilebilir. S 1,S,S 3 kontaktörleri bu dış dirençlerin büyüklüğünü belirler. Şönt alan akımının belli bir değeri için hız-moment karakteristiği yandaki şekilde verildiği gibidir. lan denetim yönteminden farklı olarak, hızın burada küçük değerler içinde denetlenebildiği görülmektedir. Bu yöntem seri motorlara da uygulanabilir. 43 V t ω m = Kφp R a + i ( Kφp ) R i T d 44 i= 3 Kφ R = R + R + R = (V K φ ω ) R p i 1 3 t p m a Td 1.536 π R1+ R + R 3 = (30 1.536 100 ) 0.35 30 30 R + R + R = 10.60 Ω 1 3
C. RTÜR GERİLİİ DENETİİ rmatür gerilimi denetim yöntemi armatür direnç denetimi yöntemine benzemektedir. rmatür devresini beslemek için yüksek güçlü DC gerilim kaynağına ihtiyaç duyulduğunda ve alan uyarımı için ayrı bir DC kaynağı aşağıdaki şekilde olduğu gibi sisteme ilave edilmelidir. Burada V adc DC jeneratör veya C giriş gerilimini doğrultarak değişken genlikli DC gerilim üretebilen bir güç elektroniği çeviricisi olabilir. Buna göre hız denklemi V adc ω m = Kφp R a ( Kφp ) T d Örnek Bir şönt DC motor, armatür gerilim denetim ünitesi ile çalıştırılmaktadır. Kaynak V fdc alan akımını sağlamak için kullanılmaktadır. otor hızının 30 Nm lik yük altında 100 dev/dak olması isteniyorsa V adc gerilimi ne olmalıdır? Hesaplayınız. (Kφ p =1.536 V.s/rad; R a =0.35 Ω ) R V = Kφ ω + T φ a adc p m d K p π 0.35 Vadc = 1.536 100 + 30 = 167.7V 30 1.536 İle ifade edilebilir. 45 46 otor Elemanlardan ( Eyleyici lerden) Genel Beklentiler - Her iki yönde de tahrik ve frenleme yeteneği - Büyük yük taşıma yeteneği - Tam pozisyonlama için yüksek çözünürlük - İyi statik çevrim özelliği (mümkünse lineer, küçük sürtünme, boşluksuz) - Hızlı ve iyi sönümlenmiş dinamik özellikler (zaman sabiti küçük,, titreşimsiz) - Büyük hız veya devir sayısı aralığında çalışma - Büyük değerli kuvvet veya moment üretebilme - Durma anlarında düşük sürtünme - Sinyal dönüştürme için uygun ara kesitler 47 48
DI (STEP) OTORLRI çısal konumu adımlar halinde değiştiren, çok hassas sinyallerle sürülen motorlara adım motorları denir. dından da anlaşılacağı gibi adım motorları belirli adımlarla hareket ederler. Bu adımlar, motorun sargılarına uygun sinyaller gönderilerek kontrol edilir. Herhangi bir uyartımda, motorun yapacağı hareketin ne kadar olacağı, motorun adım açısına bağlıdır. dım açısı motorun yapısına bağlı olarak 90, 45, 18, 7.5, 1.8 veya daha değişik açılarda olabilir. otora uygulanacak sinyallerin frekansı değiştirilerek motorun hızı kontrol edilebilir. dım motorlarının dönüş yönü uygulanan sinyallerin sırası değiştirilerek saat ibresi yönü (CW) veya saat ibresinin tersi yönünde (CCW) olabilir. > Kare Profil > Büyük rotor çapı sayesinde 8, Nm'ye kadar moment. > Yüksek oment/eylemsizlik oranı. > 4 veya 6 bağlantı ucu. > Farklı sargı seçenekleri. > Enkoder montajına uygun. > Kısa süreli aşırı sürülebilme özelliği (yüksek moment tepe değerleri). dım motorlarının hangi yöne doğru döneceği, devir sayısı, dönüş hızı gibi değerler mikroişlemci veya bilgisayar yardımı ile kontrol edilebilir. Sonuç olarak adım motorlarının hızı, dönüş yönü ve konumu her zaman bilinmektedir. Bu özelliklerinden dolayı adım motorları çok hassas konum kontrolu istenen yerlerde çok kullanılırlar. dım motorlarının kullanıldıkları yerlere örnek olarak, endüstriyel kontrol teknolojisi içerisinde bulunan bazı sistemler, robot sistemleri, takım tezgahlarının ayarlama ve ölçmeleri verilebilir. yrıca, adım motorları konumlandırma sistemlerinde ve büro makinaları ile teknolojisi alanında da kullanma alanı bulmaktadır. 49 50 dım motorlarının bu kadar çok kullanılma alanı bulmasının nedeni bu motorların bazı avantajlara sahip olmasıdır. Bu avantajlar aşağıdaki gibi sıralanabilir. Geri beslemeye ihtiyaç göstermezler. çık döngülü olarak kontrol edilebilirler. otorun hareketlerinde konum hatası yoktur. Sayısal olarak kontrol edilebildiklerinden bilgisayar veya mikroişlemci gibi elemanlarla kontrol edilebilirler. ekanik yapısı basit olduğundan bakım gerektirmezler. Herhangi bir hasara yol açmadan defalarca çalıştırılabilirler. dım motorlarının bu avantajları yanında bazı dezavantajları da aşağıdaki şekilde sıralanabilir. dım açıları sabit olduğundan hareketleri sürekli değil darbelidir. Sürtünme kaynaklı yükler, açık döngülü kontrolda konum hatası meydana getirirler. Elde edilebilecek güç ve moment sınırlıdır. 51 5
Φ/ YVŞ DÖNÜŞ, CCW Φ/ B 53 C YVŞ DÖNÜŞ, CW HIZLI DÖNÜŞ, CW C C B B
DH HIZLI DÖNÜŞ, CW dım otoru Çeşitleri Kullanımda olan birçok elektrik motorunda olduğu gibi adım motorları da makinanın yapısına ve çalışmasına göre sınıflandırılabilir. Değişken Relüktanslı (DR) dım otoru Değişken relüktanslı adım motoru en temel adım motoru tipidir. Bu motorun temel prensiplerinin daha iyi anlaşılabilmesi için kesit görünüşü Şekilde gösterilmiştir. Bu üçfazlı motorun 6 adet stator kutbu vardır. Birbirine 180 açılı olan herhangi iki stator kutbu aynı faz altındadır. Bunun anlamı, karşılıklı kutupların üzerindeki sargıların seri veya paralel olması demektir. Rotor 4 adet kutba sahiptir. Stator ve rotor nüveleri genellikle ince tabakalı silisli çelikten yapılırlar. Düşük magnetomotor kuvveti uygulansa bile, stator ve rotor malzemeleri yüksek geçirgenlikli ve içlerinden yüksek magnetik akı geçecek kapasitede olmalıdır. DR adım motoru C B 58 Sabit ıknatıslı (S) dım otorları Rotorunda sabit mıknatıs kullanılan adım motoruna sürekli mıknatıslı adım motoru adı verilir. 4-fazlı bir S adım motorunun bir örneği Şekilde gösterilmiştir. Silindirik sabit mıknatıs rotor gibi çalışır, etrafında ise her biri üzerine sargılar sarılı olan 4 adet kutbun bulunduğu stator vardır. 59 4-fazlı S adım motoru Burada C ile adlandırılan terminal, her bir fazın birer uçlarının birleştirilerek güç kaynağının pozitif ucuna bağlandığı ortak uçtur. Eğer fazlar Faz1, Faz, Faz3, Faz4 sırasıyla uyartılırsa; rotor saat ibresi yönünde (CW) hareket edecektir. Bu motorda, adım açısının 90 olduğu açıkça görülmektedir. S adım motorunda adım açısını azaltmak için, manyetik kutup sayısı ile birlikte stator kutup sayısı arttırılmalıdır. Fakat her ikisinin de bir sınırı vardır. Buna alternatif olarak küçük adım açılarına sahip karışık yapıdaki S adım motorları kullanılmaktadır. Karışık Yapılı (Hybrid) dım otoru Rotorunda sabit mıknatıs bulunan bir diğer adım motoru da karışık yapılı adım motorudur. Hybrid kelimesi motorun sabit mıknatıslı ve değişken relüktanslı motorların prensiplerinin birleşmesinden dolayı verilmiştir. Günümüzde çok geniş bir kullanım alanına sahip olan Hybrid adım motorunun yapısı Şekil de verilmiştir. Statorun nüve yapısı değişken relüktanslı adım motorunun aynısı veya çok benzeridir. Fakat sargıların bağlantısı değişken relüktanslı motorunkinden farklıdır. Değişken relüktanslı adım motorunda bir kutupta bir fazın iki sargısından sadece bir tanesi sarılmış iken, 4 fazlı karışık yapılı adım motorunda iki farklı fazın sargıları aynı kutupta sarılmıştır. Bundan dolayı bir kutup sadece bir fazın altında değildir. Karışık yapılı adım motorlarında moment, diş yapılarındaki hava aralıklarının manyetik alanlarının etkileşimi ile oluşturulur. Bu tip motorlarda sürekli mıknatıs, sürücü kuvveti oluşturmak için önemli rol oynamaktadır. Fakat karışık yapılı adım motorundaki rotor ve stator dişlerinin küçük adım açıları elde etmek için dizayn edildiği bilinmelidir. Karışık yapılı adım motorunun yapısı 60
61 dım otorlarına it önemli Parametreler Çözünürlük; Çözünürlük; bir devirdeki adım sayısı veya dönen motorlar için adım açısı (derece), lineer motorlar için ise adım uzunluğu (mm) olarak tanımlanır. Bu sabit değer, üretim sırasında tesbit edilen bir büyüklüktür. Bir adım motorunun adım büyüklüğü, çeşitli kontrol düzenleri ile değiştirilebilir. Yarım adım çalışmada adım büyüklüğü normal değerinin (çözünürlüğünün) yarısına indirilir. Doğruluk; Bir adım motorunun adım konumu, tasarım ve üretim sırasında biraraya getirilen birçok parçanın boyutları ile belirlenir. Bu parçaların boyutlarındaki toleranslar ve dahili sürtünmeler adımların nominal denge konumlarında da toleranslara neden olurlar. Bu durum adım motorunun doğruluğu olarak isimlendirilir ve belli bir konumdaki maksimum açısal hatanın nominal tek adım değerinin yüzdesi olarak ifade edilmiş halidir. Klasik adım motorlarında bu hata % ± 1 ile % ± 5 arasında değişmektedir. Sürtünme momenti veya kuvveti nedeniyle oluşan konum hataları bu doğrulukla ilgisi olmayan, daha az veya çok olabilen rastgele hatalardır. ncak her iki tip hata toplanarak sistemin toplam hatası elde edilir. Tutma momenti; Tutma momenti, bir adım motorunun en temel moment karekteristiğidir. Tutma momenti eğrisi, motorun ürettiği tutma momentinin rotor konumuna bağlı olarak değişimini veren eğridir. Eğrinin merkezi motorun bir fazının uyartılmış olduğu durumda rotorun kararlı adım konumuna karşılık düşer. Bu eğri, rotor adım pozisyonundan uzaklaştırılırsa, motorda endüklenecek olan ve rotoru sıfır momentli adım pozisyonuna geri getirmeye çalışan momentin (tutma momenti) yönünü ve miktarını verir. Tutma momenti eğrisi, motorun tüm rotor konumları ve statik uyarma koşullarındaki ani momentini tam olarak tanımlamak için gereklidir. Diğer moment karakterisitikleri (statik ve dinamik) bu eğri baz alınarak elde edilebilir. Y.Doç.Dr.-üh. Kadir ÇVDR Tek adım tepkisi; otor fazlarından biri uyarılmış durumdaysa motor kararlı bir adım konumundadır. Bu fazın uyartımı kesilip yeni bir faz uyartılırsa motor bir adım atacaktır. Rotor konumunun zamana göre bu değişimi tek adım tepkisi olarak tanımlanır. Tek adım tepkisi, motorun adım hareketinin hızını, tepkinin aşım ve salınım miktarını, adım açısının hassaslığını veren önemli bir karakteristiğidir. dım motorlarından maksimum performans elde edebilmek için tek adım tepkisindeki aşım ve salınımların azaltılması ve yerleşme zamanının kısaltılması gerekmektedir. Bu nedenle tek adım tepkisinin iyileştirilmesi adım motorlarının kontrolünde çok büyük öneme sahiptir. Sürekli rejimde maksimum yük momenti eğrisi; Sürekli rejimde maksimum yük momenti / hız eğrisi herhangi bir sabit dönüş hızında, rotor hareketinin giriş darbe dizisiyle olan senkronizasyonunu bozmadan ve rotorun durmasına neden olmadan sürekli halde motor miline uygulanabilecek maksimum yük momentini verir. Bu moment aynı zamanda, söz konusu hızda motorda meydana gelecek maksimum moment anlamına da gelmektedir. Klasik motorlarda bu eğriye karşılık gelebilecek bir karakteristik yoktur. aksimum yük momenti eğrisi çalışma noktalarını göstermediği gibi bir transfer fonksiyonu eğrisi de değildir. Sadece, çalışma bölgesini sınırlar. Bu eğrinin sınırladığı bölge içinde herhangi bir noktada motor giriş darbe dizilerini kaybetmeden ve durma tehlikesi olmadan ilgili hız ve yük momenti ile çalışır. Sınırların dışına çıkıldığında bu durum değişebilir. Kalkışta maksimum yük momenti eğrisi; Özellikle açık döngülü sistemlerde duran bir sistemi istenen pozisyona getirebilmek için motora uygulanan uyartım darbelerinin motor tarafından hiç kaçırılmadan takip edilmesini sağlamak çok önemlidir. Fakat, uygulanan uyartım sinyallerin sıklığı, motorun miline bağlı yükü sıfır hızından itibaren kaldırıp hızlandırmasına izin vermeyebilir. Bu yüzden adım motorları için, kalkışta maksimum yük momenti eğrileri tanımlanır. Şekilde sürekli rejimde maksimum yük momenti ve kalkışta maksimum yük momenti eğrileri gösterilmiştir. 6 dım otorlarının Denetimi çık döngü denetim Şekilde açık döngü denetim için blok diyagramı görülmektedir. Sayısal kontrol sinyalleri denetleyici tarafından üretilir ve sürücü devre tarafından yükseltilip adım motorunun sargılarına uygulanır. Eğer denetleyici olarak mikroişlemci veya bilgisayar kullanılırsa bu elemanların getirdiği esnekliklerden dolayı aynı denetleyici ile farklı adım motorları kontrol edilebilir. Kontrol edilecek adım motorları 3, 4 veya daha farklı faz sayısına sahip olabilir. yrıca kullanılacak uyartım metodu için tek-fazlı, iki-fazlı veya yarım adım uyarımlarından herhangi biri seçilebilir. Bu uyartım metotları, motorun kullanılacağı sisteme bağlıdır. 63 Sürekli rejimde ve kalkışta maks. yük momenti/hız eğrileri çık döngülü denetim Denetleyici tasarlanırken motorun cinsi ve yükün durumu gözönünde bulundurulmalıdır. Bu sırada meydana gelen sınırlamalar kalıcı veya geçici durum sınırlamaları olabilir. çık döngülü denetimde motorun konumu bilinmediğinden dolayı motorun gönderilen bütün adım komutlarını yerine getirdiği varsayılmaktadır. Eğer uyartım hızı çok yüksek ise, motor adım komutlarından bir kısmını yerine getiremeyebilir. Bu durumda kalıcı bir hata meydana gelir. Bu tür hataların meydana gelmemesi için motor yükünün en büyük olduğu durum göz önüne alınarak hata yapılmayan en yüksek hız belirlenip, bu hızın üzerindeki hızlarda uyartım yapılmamalıdır 64
Kapalı Döngü Denetim Kapalı döngü sistemlerde ani rotor konumu sezilerek denetim birimine iletilir. Her adım komutu için bir önceki komutun gerçekleştirildiği adım bilgisi alınarak uygulanır. Bu nedenle motor ile denetleyici arasında herhangi bir adım kaybı olmaz. Kapalı döngü denetime bir örnek Şekilde gösterilmiştir. dım motorunun kapalı döngülü denetimi İlk olarak geri sayıcıya hedef konum yüklenir. Daha sonra başla komutu verilerek adım komutlarının sıralayıcıya uygulanması sağlanır. dım komutlarına bağlı olarak motor adım hareketi yapmaya başlar. İlk adım tamamlanınca, konum sezici geri sayıcıyı ve denetim birimlerini uyarır ve geri sayıcı değeri bir azalır. Eğer bu denetim açık döngülü yapılırsa, geri sayıcı adım komutlarının sayısını yine saklar fakat komutun uygulanıp uygulanmadığı bilinmez. Konum sezici, denetim birimine yeni adım komutu üretimi için sinyal gönderir. ğır yükler için adım komutları arası sürenin daha büyük olması nedeniyle adım komutlarının ard arda gelmesi istenmez. Yüke göre hız ayarlaması yapılır ve motor hedef konuma gelene kadar bu olaylar tekrarlanır. dım motoru hedef konuma gelince denetim birimi dur komutu ile uyarılarak yeni adım komutu üretilmesi engellenir.kapalı döngü sistemi, adım motorunu yük durumunu da göz önüne alarak uyartım sürelerini ayarlar ve en uygun hız profilinde çalıştırır. 65 66 DC otorlar C otorlar dım otorları Fırçasız DC motorlar Sınıflandırma Komut Girişi anyetik lan Kalıcı mıknatıs Elektro mıknatıs Tek faz Çoklu faz Universal Kalıcı ıknatıs Değişken Relüktanslı elez (Hybrit) Çoklu Faz Shunt wound Series wound Compound wound yrık wound İndüksiyon Senkron İndüksiyon Senkron Senkronize çıklama Kalıcı mıknatıs stator manyetik alanı oluşturmada kullanılır. Elektrik akımı fırçalar ve komütatör sayesinde rotorun armatür sargısına direkt uygulanır. Stator (alan) sarımı elektromıknatıs olarak kullanılır. Stator sarımı armatür sarımı ile paralel bağlıdır. Stator (alan) sarımı elektromıknatıs olarak kullanılır. Stator sarımı armatür sarımı ile seri bağlıdır. İki stator (alan) sarımı elektromıknatıs olarak kullanılır. rmatür sarımı ile stator sarımlarından biri paralel diğeri seri bağlıdır. Stator (alan) sarımı elektromıknatıs olarak kullanılır. Stator ve armatür alanlarının ikisi de bireysel olarak enerjilenir. Sincap-kafes rotorlu tek stator sarımı. Rotora dış bağlantı yok. oment üretimi stator ve rotor arasındaki elektromanyetik indüksiyona bağlıdır. Rotor hızı dönen (kayan) stator alanından biraz daha yavaştır. Kalıcı mıknatıs rotor veya kayan bilezik komütasyonlu rotor sarımı. Dönüş hızı C kaynağın frekansıyla eşzamanlıdır. Tek fazlı indüksiyon motora benzer ancak çok stator sarımlıdır. Kendinden başlamalıdır. Tek fazlı senkron(eşzaman) motora benzer ancak yumuşak işleme için çok stator sarımlıdır Genellikle, seri sarım DC motor bağlantısına benzer ek sarımlı C indüksiyon motorudur.ya C ya da DC kaynağı tarafından sürülebilir. anyetik alnı birlikte tutmak için stator sarımlı kalıcı mıknatıs rotordur. Bobin akımının farklı düzende uygulanmasıyla rotor kalıcı mıknatıs alanı indüklenen stator alanıyla aynı doğrultuya gelir. Stator sarımlı dişli ferromanyetik rotordur. Rotor hareketi, rotor ve stator kutupları arasında manyetik relüktansın minimizasyonu sonucudur. Stator sarımlı çok dişli rotor. Rotor hem kalıcı mıknatıs hem de ferromanyetik dişli içerir. Genellikle çok fazlı C senkron motordur ancak rotor ve stator manyetik alanını tutturma için elektronik komütasyon kullanır. Elektronik komütasyon senkron motoru sürmek için bir DC kaynak kullanmaya imkan sağlar. Sabit ıknatıslı Doğru kım otoru ve azot Pompası Kaynak: TEPŞ Gerilim kım (max( max) Güç Basınç kım Debi Teknik Özellikler Özellikler ve Kullanım Sahası 8 V (DC) 11 300 W 0.7 bar - 4.0 bar 4.5-10.5 1 lt/dak - 4.5 lt/dak otor iki ayrı pompayı tahrik etmektedir.pompalar paletli tip olup rotor ve statorları ısıl işlem görmüş çelik malzemeden üretilmektedir. otor mili rulmanlar ile yataklanmıştır. Kullanım Yeri : Kundağı motorlu top T-5,akaryakıt T transferi için çeşitli uygulamalar. Kuvvet ve İş akinelerinin Statik Karakteristikleri Teknikteki bir çok uygulamada kuvvet ve iş makinelerinin statik karakteristikleri arasında uyumsuzluklar vardır. Bu uyumsuzluk uygulamada bir çok problemi beraberinde getirir. Yani kuvvet makinesi, iş makinesi tarafından istenen gücü veya momenti her zaman sağlayamaz, bazen de fazlasını sağlar. Bu nedenle mekanik uygulamaların çoğunda (volanlar gibi) bazı ara depolama, dengeleme organlarının kullanılması ihtiyacı doğar. 67 68
Kuvvet akinesi Statik Karakteristiği İş akinesi Statik Karakteristiği Kuvvet akinesi Statik Karakteristiği İş akinesi Statik Karakteristiği Bazı elektrik motorlarının n -n n karakteristiği 1.DC motor (paralel).dc motor (seri) 3.C asenkron motor Taşı şıma, şekil verme, takım m tezgahı 1.Kren Kren,, asansör.hadde, matbaa mak 3.Torna 4.Freze İçten yanmalı motorların -n n karakteristiği (tam yükte) 1. Otto motorları. Dizel motorlar Taşıtlar 1. Otomobil. Kamyon 3. Gemi 1 3 4 1 1 3 3 1 n maks n n maks n n min n maks n ω 69 70 Kuvvet akinesi Statik Karakteristiği İş akinesi Statik Karakteristiği kışkan (hidrolik) motorların -n n karakteristiği (tam yükte) 1. Kısıcı vanasız H. Kısıcı vanalı H 1 kışkan makineleri 1. Dairesel pompa (sabit basma yüks.). Dairesel pompa (sabit çıkış kesitli) 3. Pistonlu pompa 3 1 TESPİTLER: aksimum momente; DC motorlarda senkron motorlarda İçten yanmalı motorlarda ulaşılıyor. dururken, maks devirden az önce orta devirlerde Tüm motorlarda maksimum devirlerde moment azalıyor! n maks n n maks n 71 7