TARIMDA ELEKTRONİK VE OTOMASYON UYGULAMALARI Yrd.Doç.Dr. NURİ ÇAĞLAYAN
TEMEL ÖLÇÜ BİRİMLERİ Yrd.Doç.Dr. Nuri ÇAĞLAYAN
ÖLÇÜ BİRİMLERİ 1. Uzunluk Ölçü Birimleri Temel uzunluk ölçüsü metre (m) dir. 1000 m=1 kilometre (km) 1"= 1 inch = 2,54 cm 100 m =1 hektometre (hm) 10 m =1 dekametre (dam) 1 m =1 metre (m) 0.1 m =1 desimetre (dm) 0.01 m =1 santimetre (cm) 0.001 m =1 milimetre (mm) 0.000001 m =1.10-6 m=1 μm (mikrometre) 0.000000001 m =1.10-9 m= 1 nm (nanometre) 0.0000000001 m =10-10 m= 1 Å (angström)
ÖLÇÜ BİRİMLERİ 2. ALAN ÖLÇÜ BİRİMLERİ Temel alan ölçüsü metrekaredir (m 2 ). 1 000 000 m 2 = 1 km 2 (kilometrekare) 10 000 m 2 = 1 hm 2 (hektometrekare), hektar da denir «ha» ile gösterilir. 100 m 2 = 1 dam 2 (dekametrekare), «ar» da denir. 1 m 2 = 1 m 2 (metrekare) 0.01 m 2 = 1 dm 2 (desimetrekare) 0.0001 m 2 = 1 cm 2 (santimetrekare) 0.000001 m 2 =1 mm 2 (milimetrekare ) 1 000 m 2 = 1 da (dekar) = 0.1 ha
ÖLÇÜ BİRİMLERİ 3. HACİM ÖLÇÜ BİRİMLERİ Temel hacim ölçüsü metreküptür (m 3 ). 1 000 000 000 m 3 = 1 km 3 1 000 000 m 3 = 1 hm 3 (hektometreküp) 1000 m 3 = 1 dam 3 (dekametreküp) 1 m 3 =1 m 3 = 1 000 L = 1 t 0.001 m 3 =1 dm 3 = 1 L 0.000 001 m 3 =1 cm 3 = 0,001 L=1 ml =1 cc (cubic centimetre) 0.000 000 001 m 3 =1 mm 3 = 0,000 001 L
ÖLÇÜ BİRİMLERİ 4. AÇI ve YAY ÖLÇÜ BİRİMLERİ Derece, radyan ve grad olmak üzere 3 açı sistemi vardır. 360 o = 400 g = 2π rd 1 o = 60'=3600" Yay ölçü birimi radyandır (rd veya ρ ile gösterilir) )α ρ Örnek: 120 o kaç radyandır? 2π = 360 o 2π.120 o 2π = 2,093 rd.?ρ = 120 o ρ = = 360 o 3
ÖLÇÜ BİRİMLERİ 5. SICAKLIK ÖLÇÜ BİRİMLERİ Celcius ( C) Fahrenheit (F) F = 1,8 x C + 32 Fahrenheit (F) Celcius ( C) C = (F 32)/1,8 Kelvin (K) Celcius ( C) K= C + 273,15 Örnekler : a) 180 F kaç C? Çözüm : C = (180 32)/1.8 = 82,22 C b) 60 C kaç F? Çözüm : F = 1,8x60 + 32 = 140 F
6. BASINÇ ÖLÇÜ BİRİMLERİ Deniz seviyesindeki standart atmosfer basıncı 1 atm = 1.10 5 Pa 1 atm = 1 bar 1 atm = 14,70 psi 1 atm = 760 mmhg (milimetre civa) 1 atm = 10 mss (metre su sütunu)=10 000 mmss
7. ENERJİ ÖLÇÜ BİRİMLERİ 1 kwh = 3.6 MJ 1 Btu = 1055 J 1 J = 2,77.10-7 kwh 1 Btu = 252 Cal 1 kwh = 860 kcal 1 cal = 4,184 J
8. GÜÇ ÖLÇÜ BİRİMLERİ Mekanik Güç Doğru Akım (DC) Güç P=I.V Alternatif Akım (Şebeke elektriği, AC) Güç P=I.V.Cosα (Cosα voltaj ile akım arasındaki faz açısıdır)
DOĞRU AKIM Doğru Akımın Tanımı Zamanla yönü ve şiddeti değişmeyen akıma doğru akım denir. İngilizce Direct Current kelimelerinin kısaltılması DC ile gösterilir. Doğru Akımın Elde Edilmesi DC üreten kaynaklar şu şekilde sıralanabilir: Pil; kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Akümülatör; kimyasal yolla elektrik enerjisi üreten araçtır. Dinamo; hareket enerjisini DC elektrik enerjisine çeviren araçlardır. Doğrultmaç devresi; Alternatif akım elektrik enerjisini DC elektrik enerjisine çeviren araçlardır. Güneş pili; Güneş enerjisini DC elektrik enerjisine çeviren elemanlara güneş pili denir.
Doğru Akımın Kullanıldığı Yerler Doğru akımın yaygın olarak kullanıldığı alanları şöyle sıralayabiliriz: Haberleşme cihazlarında (telekomünikasyonda) Radyo, teyp, televizyon, gibi elektronik cihazlarda Redresörlü kaynak makinelerinde Maden arıtma (elektroliz) ve maden kaplamacılığında (galvonoteknik) Elektrikli taşıtlarda (tren, tramvay, metro) Elektro-mıknatıslarda DC Elektrik motorlarında
Elektrik Devresi ve Kanunu Elektrik devresi, elektrik akımının yoludur diye tanımlanabilir. Elektrik akımını oluşturan elektrik yükleri, elektrik devresinden geçerek, üretecin elektrik enerjisinin alıcısı da başka bir enerjiye dönüşümünü sağlar. Elektrik Devresi ve Elemanları Üreteç: Her hangi bir enerjiyi, elektrik enerjisine dönüştüren aygıtta elektrik enerji kaynağı veya üreteç denir. Pil, akümülatör, dinamo, alternatör v.b. Anahtar (Devre Kesici): İstenildiği zaman elektrik akımının geçmesini veya elektrik akımını keserek alıcının çalışmasını durduran devre elemanına denir. Alıcı: Elektrik enerjisini istenilen başka bir enerjiye dönüştüren aygıtlara almaç veya alıcı denir. Elektrik sobası, elektrik motoru, elektrik ocağı. Sigorta (Devre koruyucu): Elektrik devresinden geçen akım şiddeti bazen istenilmeyen değerlere yükselebilir. Bu gibi durumlarda devre elemanları zarar görür. Akım şiddetinin belli bir değerinin üstüne çıkmasını önlemek için elektrik devresini sigorta ile korunur. İletken: Elektrik devre elemanlarının birbirine bağlantıları metal tellerle (bakır, alüminyum) yapılır.
Elektrik Devre Çeşitleri Elektrik devreleri, devreden geçen akımın, almaçtan geçmesine göre; açık devre, kapalı devre ve kısa devre olarak da adlandırılırlar. Açık devre: Devre akımının, isteyerek veya istemeden devreden geçmesini önlediği, devrenin bir noktadan açıldığı almacın çalışmadığı devrelerdir. Diğer bir tarifle direncin sonsuz olduğu durumdur. Bu durum karşımıza sıkça rastladığımız devrelerde araştırma yaparken çok dikkat etmemiz gereken durumdur. Bu durumu net bir şekilde tarif etmek gerekirse akımın 0 gerilimin olduğu durumdur.
Kapalı Devre: Devre akımının normal olarak geçtiği, alıcının normal çalıştığı devredir. Kısa Devre: Devre akımının, almaca ulaşmadan kısa yollardan devresinin tamamlamasıdır. Genellikle istenmeyen bir devre çeşidi olup, yapacağı hasardan devre elemanlarının korunması için, mutlaka bir sigorta ile korunması gerekir. Diğer bir tarifle direncin sıfır olduğu duruma kısa devre denir.
Potansiyel, Gerilim, Elektromotor Kuvvet Şekildeki elektrik devresinde elektrik akımı A noktasından B noktasına akmasının nedeni, bu iki noktanın zıt cins ( + ve - ) elektrik yüklere sahip olmasıdır. Bu nedenle bu iki nokta arasında bir gerilim farkı vardır. A ve B noktasındaki potansiyeller U A ve U B ise, bu iki nokta arasındaki potansiyel fark (gerilim), U=U AB =U A -U B olur. U A, A noktası ile toprak arasındaki, U B ise, B noktası ile toprak arasında ölçülen gerilimdir. Toprağın potansiyeli "0" (sıfır) kabul edilir. Burada; U A =A noktasının potansiyeli (V) U B =B Noktasının potansiyeli (V) U =U AB =A ve B noktaları arasındaki gerilim (V)
Direnç ve OHM Kanunu Bir elektrik devresinde, elektrik enerjisi başka bir enerjiye dönüştüren alıcı uçlarına uygulanan gerilimle, alıcı üzerinden geçen akım arasında şu bağıntı U/I oranı daima sabittir. Bir devrenin gerilimi hangi oranda artarsa, akımda o oranda artacaktır. Bu sabit sayıya Elektrik Direnci veya kısaca DİRENÇ denir. Direnç R harfi ile ifade edilir. Diğer bir tanımla akımın akışına zorluk gösteren elemandır R= Alıcının direnci (OHM), Ω (omega) sembolü ile gösterilir. I= Alıcının üzerinden geçen akım şiddeti (AMPER), A sembolü ile gösterilir. U= Alıcı uçlarına uygulanan gerilim (VOLT), V sembolü ile gösterilir.
Ohm: Bir iletkenin uçlarına 1 V gerilim uygulanır ve bu iletkenin üzerinden 1 A akım akıyorsa bu iletkenin direnci 1 Ω denir. 1 Ω =1.10 6 MΩ (Mega Ohm) 1 Ω = 1.10 3 kω (Kilo Ohm) Örnek: 100 Ω direnç kaç kω dur. Çözüm: 100 Ω = 100.10-3 = 0.1 kω.
OHM KANUNU İLE GERİLİMİN BULUNMASI Örnek: U=I.R formülünden yararlanarak şekildeki devrede gerilim kaynağının değerini (V) bulalım. Çözüm: U =I.R =2.100 =200 V.
Örnek: Şekildeki devrede bilinmeyen kaynak gerilimini ohm kanunundan yararlanarak bulalım. Çözüm: U=I.R formülünde verilen değerler yerine konulursa; 1 kω= 1000 Ω U= 0,5.1000 = 500 V.
Örnek: Aşağıdaki şekilde verilen değerler yardımı ile kaynaktan çekilen akımı bulalım.
SORU: Tablodaki eksik yerleri ohm kanunundan yararlanarak doldurunuz.
DİRENCİN (YÜKÜN) GÜCÜ Direncin gücü, üzerinde ısı olarak harcayabileceği güç demektir. Direnç denilince, elektrikle çalışan (elektrikli ısıtıcı, elektrik motoru, lamba vb.) makina veya cihaz yani "yükler" akla gelmelidir. Direnç (cihaz veya yük) üzerinde harcanan güç, yük üzerinden geçen akımla, yük üzerine düşen gerilimin çarpımına eşittir. P= U.I (W) Bu formülde U yerine I.R konursa; P = U.I = (I.R).I = I 2.R (W) bulunur. 1 W = 1000 mw 1000 W = 1 kw 1.10 6 W = 1 MW
GÜÇ VE İŞ Bir cihaz veya makinanın büyüklüğü hakkındaki bilgi verebilmek ve bir işi ne kadar sürede yapabileceğini söyleyebilmek için makinanın birim zamanda yaptığı işin bilinmesi gerekir. Birim zamanda yapılan işe güç denir ve birimi W, kw veya HP (beygir gücü) ile ifade edilir. W = U.I.t (J) 1 W= 1 J/s P= Yükün gücü (Watt=W) W=iş (Joule=J) t= zaman (saniye= s)
Örnek: Şekildeki devrede direnç üzerinde harcanan gücü bulunuz. Çözüm: Gerilim değeri kullanılmadan çözüm yapılabilir; P = I 2. R = (24.10-3 ) 2. 500 Ω = 0,288 W = 288 mw
İŞ VE ENERJİ Etrafımızda oluşan değişimleri iş, bu işi oluşturan yeteneklerde enerji olarak tanımlanabilir. (veya Enerji: İş yapabilme yeteneğidir). Örneğin bir elektrik motorunun dönmesi ile bir iş yapılır ve bu işi yaparken motor enerji harcar. Mekanik İş: bir cismin, F kuvveti etkisi altında L uzunluğunda gitmesi ile yapılan iş olup, W = F.L N=kg.m/s eşitliği ile hesaplanır. Bu eşitlikte; 2 F = Kuvvet (N) 1 kg=9,81 N L = Alınan yol (m) W = İş (J)
Makine/cihazın yaptığı iş: Besleme gerilimi «U» volt olan ve «t» saniye süresince «I» miktar akım ile çalışan bir makinenin/cihazın gördüğü iş; W makine = U. I makine. t W = Elektrik işi (enerji) (J) U = Alıcı gerilimi (Volt) I= Alıcı akımı (A) t = Alıcının çalışma süresi (sn) dir. Üretecin verdiği iş: W üreteç = E. I üreteç. t W = Üretecin verdiği iş (joule ), I = Üretecin verdiği akım (amper) E = Üretecin verdiği gerilim (Volt), t = üretecin çalışma süresi (sn)
Doğru akımda 1 VA= 1 Watt alındığında elektrikteki iş birimi de Watt. saniye (W.s ) veya joule olur. 3600 W.s = 1 Watt-saat (1 Wh) 3 600 000 W.s = 1000 Wh = 1 kilowatt.saat (1kWh ) uygulamada çok kullanılır. Örnek: 110 voltluk bir doğru akım şebekesinden 2A çeken bir cihazın bir günde sarf ettiği işi (enerji) bulalım W = U. I.t W = 110. 2. 24 = 5280 = 5,28 kwh bulunur.
Alternatif akım (AA ve AC=Alternating Current): Genliği ve yönü periyodik olarak değişen elektriksel akımdır. En bilinen AC dalga biçimi sinüs dalgasıdır. Fakat farklı uygulamalarda üçgen ve kare dalga gibi değişik dalga biçimleri de kullanılmaktadır. AA güç genellikle sanayi ve konutlarda kullanılır. Buzdolabı, klima, AA motorlar ve kompresörler doğrudan AA enerjisi kullanır. Fakat radyo, TV, şarj cihazı, bilgisayar vb. cihazların içindeki elektronik aygıtlar DC elektrik ile çalıştıklarından bu cihazlar prizden aldıkları AA enerjisini içinde bulunan bir çevirici ile DC elektriğe dönüştürüp öyle kullanmaktadırlar. Kablosuz ve kablo ile taşınan elektromanyetik dalgaların (cep telefonu, radyo, TV, telsiz vs.) karışmama sebebi de alternatif akımın farklı sinüzoidal yapılarda olmasındandır.
Frekans: Bir saniyede oluşan saykıl sayısına frekans denir, f harfi ile gösterilir, birimi Hertz (Hz) veya saykıl/saniye (c/s) dir. AC nın frekansı, gerilimi üreten alternatörün devir sayısı ve kutup sayısına bağlıdır. Frekans, yönü ve şiddeti değişen alternatif akım için geçerli bir terimdir. Doğru akımda yön ve şiddette bir değişme olmadığı için frekansta sıfırdır. Saykıl: Alternatif akım veya gerilim sıfırdan başlar, maksimum değerini alır ve sıfıra döner. Akım veya gerilimin her iki yöndeki bütün değerleri almasına saykıl denir. Alternans: Her bir yarım saykıla alternans denir. Gerilim veya akımın aldığı değerler bulundukları bölgelere göre pozitif ve negatif olarak adlandırılır. Peryot: Bir saykılın tamamlanması için geçen zamana peryot denir. T harfi ile gösterilir.
Periyot (T) bir saykılın tamamlanması için geçen süredir. 1 saniyedeki periyot sayısına da frekans denir. Frekans birimi Hertz (Hz) dir. 50 Hz. lik frekans, 1 saniyede 50 saykılın oluşması anlamına gelir. Ülkelerin şebeke frekansları 50 veya 60 Hz olarak değişir. Türkiye'deki frekans değeri 50 Hz dir. Örnek: Peryodu 0,01 saniye olan alternatif akımın frekans değerini hesaplayınız. 50 Hz şebekede 1 saniyede oluşan saykılların görünümü
ALTERNATİF AKIMDA GÜÇ: Alternatif akım devrelerinde çalışan alıcılar omik, endüktif ve kapasitif özellikte olabilirler. Alternatif akımda, herhangi bir andaki akım ve gerilim arasında bulunan zaman farkına faz farkı denir, (φ) ile gösterilir ve kosinüsfimetre ile ölçülür. Omik yük: Akkor flamanlı ampul, ütü. Endüktif yük: İçerisinde bobin bulunan cihazlar (AC motor, balastlı Füoresan L.) Kapasitif yük: İçerisinde kondansatör bulunan cihazlar (Bilgisayar, fax, printer, TV)
1 Fazlı Alternatif Akım Devrelerinde Güç: Aktif güç: P = U. I. Cosφ (W) Görünür güç, S = U. I (VA) Güç üçgeni Reaktif güç, Q = U. I. Sinφ (VAR) Bir fazlı devrelerde ampermetre, voltmetre ve Cosφ metre yardımıyla aktif güç ölçümü.
ÖRNEK 1: Devrede ampermetreden okunan değer 4 A i, voltmetreden okunan değer 220 V u ve kosinüsfimetreden okunan değer 0,6 yı göstermektedir. Buna göre alıcının aktif gücünü bulunuz. U = 220 V I = 4 A Cosφ = 0,6 P = U.I.Cosφ = 220. 4. 0,6 = 528 W ÖRNEK 2: Bir fazlı bir asenkron motor yüklü çalışmasında devreden 20 A akım çekmektedir. Şebeke gerilimi 220 V, Cosφ = 0,8 olduğuna göre motorun aktif gücünü bulunuz. U = 220 V I = 20 A Cosφ = 0,8 P = U. I. Cosφ = 220. 20. 0,8 = 3520 W= 3,52 kw
3 Fazlı Alternatif Akım Devrelerinde Güç: Aktif güç: P = 33. U. I. Cosφ (W) ( 3 = 1,73) [Reaktif güç, Q = 3. U. I. Sinφ (VAR) ] ÖRNEK: 3 fazlı bir motorun besleme gerilimi U = 380 V, I = 20 A, Cosφ = 0,85 olduğuna göre, motorun aktif gücünü bulunuz. P = 33. U. I. Cosφ P = 33. 380. 20. 0.85 = 11189 W = 11,2 kw
SAYAÇLAR Aboneler tarafından tüketilen elektrik enerjisini ölçen aletlere elektrik sayacı denir. Elektrik Enerjisi = Güç x Zaman şeklinde ölçülür. W = P. t (kwh) Pratikte elektrik işi birimi olarak kilovat-saat (kwh) kullanılır ve elektrik sayaçları abonenin harcadıkları elektrik enerjisini kwh olarak ölçer.
TRANSFORMATÖRLER Transformatörler daha çok, enerji iletimi ve dağıtımında kullanılır. Bunun yanı sıra birçok cihazda gerilim dönüştürücü olarak kullanılır. Elektrik enerjisinin santrallerden, kullanım alanlarına iletimi sırasında hatlarda ısı şeklinde güç kaybı ve gerilim düşümü olur. Bu durumu asgariye indirmek için güç sabit tutulup gerilimin yükseltilmesi gerekir. Bu akımın düşürülmesi demektir. Böylece hatlarda kullanılan iletkenlerin kesitleri küçülür, kayıplar azalır ve iletken maliyeti dolayısıyla da iletim maliyetleri düşer. Transformatörün Yapısı Transformatör, A.C sistemlerde gerilimin seviyesini frekans değiştirilmeden manyetik indüksiyon yoluyla dönüştürmek için kullanılan ve hareketli parçası bulunmayan bir elektrik makinesidir. Transformatörler; ince, silisli (silis, oksijen ve silisyumdan oluşan çok dayanıklı bir malzemedir) saclardan oluşan kapalı bir manyetik gövde ile bunun üzerine sarılan yalıtılmış iletken sargılarından oluşur. Şekilde transformatörün yapısı görülmektedir. Temelde transformatörde iki sargı bulunur. Bu sargılardan biri primer (birincil) sargı diğeri ise sekonder (ikincil) sargıdır. Primer ve sekonder sargılarının elektriksel bir bağlantısı yoktur.
Dönüştürme Oranı Transformatörlerin primer ve sekonder sarım sayıları, gerilimleri ve akımları arasında sabit bir oran vardır. Bu orana dönüştürme oranı denir. Dönüştürme oranı:
Örnek 1: Şekildeki transformatör devresinde 120 V luk primer gerilimi sekonder uçlarında 6 V olarak görülmektedir. Primer sargısı 360 tur ise sekonder sargısının tur sayısı hesaplanacak olursa; Örnek 2: Şekildeki transformatör devresinde dönüştürme oranı K=1/4, sekonder sargısı 5000 tur ve sekonder gerilimi 60 V ise primer gerilimi ve primer sargısının tur sayısı ne olur?
Transformatörlerde Güç İdeal bir transformatörde kayıplar göz önünde bulundurulmadan primer sargısında bulunan enerjinin doğrudan sekonder sargısına aktarıldığı düşünülür. Yine kayıplar göz ardı edilip transformatör sekonder uçlarına bir yük bağlandığında aktarılan enerjinin tamamı yük üzerinde bir güç harcanmasını sağlar. Transformatörlerde güç, sekonder uçlarındaki yükün empedansına dolayısıyla yükün çektiği akıma ve sekonder uçlarındaki gerilim değerine bağlıdır. Enerjinin kayıpsız aktarılacağı düşünülürse; Burada P p primer gücünü, P s sekonder gücünü ifade eder. Eşitlikten yararlanılarak sekonder uçlarına bağlanan bir yükün çekebileceği en fazla akımın, dolayısıyla harcayacağı en fazla gücün ve transformatör gücünün primer akımı ve gerilimine de bağlı oluğu görülür. Primer gerilimin sabit şebeke gerilimi olduğu varsayılırsa primer akımı da transformatör gücü için önemli bir parametredir. Örneğin kayıpları önemsenmeyen bir transformatörün primer gerilimi V P = 220 V, primer akımı I P = 0,045 A ve sekonder gerilimi V S =12V ise sekonder akımı ve transformatörün gücü;
Transformatörlerde Verim Bir transformatörün verimi çıkış gücünün giriş gücüne oranıdır. Fuko, histerisiz ve bakır kayıpları her ne kadar küçük güçlü transformatörlerde önemsenmese de büyük güçler söz konusu olduğunda çıkışa aktarılan güç miktarını düşürmektedir. Yani kayıplar verimin yüzde yüz olmasını engellemektedir. Verim η (eta) ile gösterilir ve birimi yoktur. Yüzde olarak verimlilik aşağıdaki eşitlikle bulunabilir. Örneğin 100W lık bir transformatörde 2W kayıplara harcanıyorsa bu transformatörün yüzde verimliliği;
Elektrik motoru çeşitleri ALTERNATİF AKIM (AA) MOTORLAR A A motorlar asenkron ve senkron olmak üzere iki gruba ayrılabilir. Asenkron motorlar da temelde iki kısımdan oluşur: Stator ve rotor. Statora uygulanan alternatif gerilim bir manyetik alan oluşturur. Rotor ise bu manyetik alan içinde bulunur ve stator manyetik alanı rotor üzerinde bir indüksiyon akımı meydana gelir. Stator ve rotor birer elektromıknatıs olarak çalışır ve oluşturdukları manyetik alanların birbirini itip çekmesi ile hareket enerjisi oluşur. Asenkron motorun yapısı
Temel D.A. motor yapısı Temel A.A motor yapısı A A Motorların D A Motorlarla Karşılaştırılması D A. ve A A motorların kullanım alanlarına göre birbirlerine birtakım üstünlükleri vardır. Alternatif akım motorları, D.C. motorlara göre daha basit yapıda ve daha ucuz olmaları, ark oluşturmamaları, momentlerinin yüksek olması nedeniyle doğru akım motorlarına göre daha çok tercih edilir.
A A Motor Çeşitleri Alternatif akım motorları temelde senkron ve asenkron olmak üzere iki çeşittir. Senkron motorun rotorunda sargılar bulunur ve bu sargılardan bir kaynak vasıtasıyla akım geçirilir. Bu nedenle bu motorların rotor devir sayıları stator döner alan devir sayısına eşittir. Asenkron motorlarda ise enerji sadece stator sargılarına verilir. Stator sargılarındaki döner alan rotor sargıları ya da kısa devre çubuklarında endüksiyon yoluyla akım dolaştırarak rotorun dönmesini sağlar. Bu motorlarda rotor devri döner alanın devrine ulaştığında indükleme olmayacağından rotor devri döner alanın devrinden daima küçüktür. Faz sayısına göre ise asenkron motorlar genelde bir fazlı ve üç fazlı olarak yapılır. Bir Fazlı A A Motorlar (220 V ile çalışır) Bir fazlı motorlarda iki çeşit sargı bulunmasına karşın sargılar aynı gerilimle beslenir. Sargılar faz farkı oluşturacak şekilde farklı özelliktedir. Bir fazlı A.A motorların kullanım alanları oldukça fazladır. Bunun nedeni bakımının ve maliyetinin düşük olmasıdır. Evlerde kullanılan çamaşır ve bulaşık makinelerinde ve diğer bazı ev aletlerinde çoğunlukla bir fazlı asenkron motorlar kullanılır.
Tanımı ve çeşitleri Bir fazlı asenkron motorlar kendi aralarında; 1. Yardımcı sargılı 2. Gölge kutuplu motorlar olmak üzere iki gruba ayrılır. Yardımcı sargısı olan ve olmayan bir fazlı motor devreleri Çalıştırılması Bir fazlı asenkron motorlarda tek stator sargısı ve sincap kafesi rotorlar kullanılır. Stator sargısına uygulanan tek fazlı alternatif akım sargı üzerinde değişken manyetik alan oluşturur. Bu indüksiyon dolayısı ile rotor enerjilenir. Bu durum motorun hareket üretmesine yetmez sadece bir titreşim oluşturur. Dolayısıyla motora ilk hareketi dışardan tatbik etmek gerekir. İlk hareket verebilmek için bir fazlı motorlarda yardımcı sargı bulunur. Motora ilk hareket verildikten sonra yardımcı sargı devreden çıkar. Yardımcı sargının önündeki C kondansatörü ise ilk hareket anında 90 derecelik faz farkını oluşturabilmek için kullanılır. Motor ilk hareketten ve normal devrine ulaştıktan sonra yardımcı sargıyı ve C kondansatörünü devre dışı bırakmak için S anahtarı kullanılmıştır. Bu anahtar ilk anda kapalıdır. Motor yeterli devri aldıktan sonra dönmenin etkisiyle açılır ve yardımcı sargıyla kondansatörü devre dışı bırakır.
Üç Fazlı A.A. Motorları Üç fazlı motorlar, basit tasarıma, yapısı gereği yüksek ilk hareket torkuna ve verimliliğe sahip olduğu için endüstride en çok tercih edilen motorlardır. Kullanım alanları arasında endüstriyel fanlar, havalandırma sistemleri, kompresörler ve konveyör sistemleri sayılabilir. Üç fazlı motorlar yapısal olarak bir fazlı motorlarla benzer. Manyetik alanın oluşturulduğu bir stator ve mekanik enerjinin alındığı rotora sahiptir. Üç fazlı motorlarda üç adet stator sargısı vardır ve bu sargılar aralarında 120 farkla konumlandırılır. Üç fazlı motor yapısı Sera pencere motoru Sirkülasyon pompası Gübreleme makinası motoru Stator ve rotor arasında elektriksel bir bağlantı yoktur ve bu motor elemanları yüksek mıknatıslanma özelliğine sahip plakalardan üretilir. Statorda indüklenen manyetik akı rotora havadan iletilir. Rotorda indüklenen manyetik alan ile stator manyetik alanı arasındaki itme - çekme kuvveti hareketin oluşmasını sağlar. Dönme hareketi, rotor manyetik alanının stator döner manyetik alanının peşinden sürüklenmesi ile gerçekleşir.
3 Fazlı AA Motorun Çalıştırılması (380 V ile çalışır) Üç fazlı motora yol verme
Asenkron motorlar ilk çalışma anında nominal akımlarının 5 ile 7 kat fazladır. Büyük çaplı motorlarda 7 kat fazla olan direkt demaraj akım, besleme ve koruma hatlarında (kablo-klemens-sigorta-şalter-kontaktörtermik röle) ve motor sargılarında çabuk eskimelere hatta tamamen tahrip olmasına yol açarlar. Bu zararları önlemek için yıldız üçgen yol verme kullanılır. Yıldız Üçgen Yol Vermenin Şartları Nedir? Y / 1. Üçgen montajının gerilimi, şebeke gerilimi ile aynı olmalıdır 2. Motorun demarajı iki zamanlı olmalıdır Üç fazlı motorun yıldız devre bağlantısı i. Birinci zamanda yıldız bağlama devreye girer ve bir faz üzerindeki gerilim düşer yani U/ 3 olur. Üç fazlı motorun üçgen devre bağlantısı i. İkinci zamanda ise yıldız bağlama devreden çıkar ve hemen üçgen bağlama devreye girer i. Yıldız bağlamadan üçgen bağlamaya geçiş zamanı çok kısa olmalıdır.
Dönüş yönünün değiştirilmesi Üç fazlı A.A motorlarda dönüş yönü değiştirilmek istendiğinde herhangi iki fazın bağlantı yerleri değiştirilip diğer tek fazın sabit tutulması yeterlidir. Dönüş yönü değiştirme işlemi genellikle kontaktörlerle yapılır. Dönüş yönünü değiştirmek için bazı durumlarda özel paket şalterler de kullanılmaktadır. Üç fazlı motorda dönüş yönünün değiştirilmesi Üç faz motor bağlantısı ve dönüş yönünün değiştirilmesi için motor klemens tablosu bağlantısı
Asenkron motorlarla ilgili önemli eşitlikler: Tek fazlı asenkron motorlarda güç: N a = UU. II. CCCCCCφφ Üç fazlı asenkron motorlarda güç: N a = 3. UU. II. CCCCCCφφ Asenkron motorlarda verim: η= NN ç NN aa Asenkron motorlarda moment: M d = 955. NN ç nn rr Asenkron motorlarda kayma oranı: K y = nn ss nn rr nn ss Nç: Motor milindeki güç nr: Rotor devri (d/d) ns: Statorun oluşturduğu manyetik alanın devri (d/d)
Örnek 1: Üç fazlı bir asenkron motorun etiketinde aşağıdaki bilgiler verilmiştir. Motor milindeki güç (N ç )=16 kw Y/ = 380/220 V : 31/53,6 A Cosϕ = 0,89 n r =1455 min -1 Manyetik alan dönüş sayısı (n s )= 1500 min -1 ( d/d : min -1 ) a) Anma yükündeki motor verimini bulunuz. b) Anma yükündeki dönme momentini bulunuz. c) Anma yükündeki kaymayı bulunuz.
Çözüm 1: a) Anma yükündeki motor verimini bulunuz. N a = 3.380.31.0,89 = 18,159 kw η= 16 18,159 η= %88 b) Anma yükündeki dönme momentini bulunuz. M d = 955. 16 1455 = 10,5 kgm ( 1 kg= 9,81 N ) c) Anma yükündeki kaymayı bulunuz. K y = 1500 1455 1500 = %3 lük kayma var.
Örnek 2: Tek fazlı bir asenkron motorun etiketinde aşağıdaki bilgiler verilmiştir. Motor milindeki güç (N ç )= 1 BG V = 220 V I= 12 A Cosϕ = 0,78 n r =1455 min -1 Manyetik alan dönüş sayısı (n s )= 1500 min -1 a) Şebekeden çektiği elektrik gücünü bulunuz. b) Anma yükündeki motor verimini bulunuz.
Çözüm 2: a) Şebekeden çektiği elektrik gücünü bulunuz. N a = 220.12.0,78 = 2,059 kw b) Anma yükündeki motor verimini bulunuz. (1 kw= 1,36 BG) η= 1,9/1,36 2,059 η= %68
TERİMLER ve SİSTEM DENETİM TÜRLERİ
Terimler Çalışma Sınırları (Range) Çalışma Aralığı (Span) Ölü Zaman (Dead time) Kesinlik / Hassasiyet (Precision) Doğruluk (Accuracy) Duyarlılık (Sensivity)
Çalışma Sınırları (RANGE) Bu terim ölçme enstrümanı ile beraber kontrol cihazı ve kontrol vanalarında kullanılmaktadır. Çalışma sınırları 2 rakamla ifade edilir: Cihazın ölçtüğü veya kontrol ettiği en düşük değer ve en yüksek değer. Örneğin: 15-25 C arasında çalışan bir sıcaklık kontrol cihazı 15 C de en düşük, 25 C de en büyük elektriksel sinyali üretir. Çalışma sınırları (Range) ayarı cihazın imal edildiği fabrikada yapılıp, üzerindeki etikete yazılabildiği gibi kullanıcının atölyesinde veya kullanıldığı prosese takılı vaziyette de yapılabilir. Bu ayara cihazın kalibrasyonu denir. Çalışma sınırlarının alt değeri ile üst değeri arasındaki oran (rangeability)olarak isimlendirilir.
Çalışma Aralığı (SPAN) Çalışma aralığı cihazın ölçtüğü en yüksek değer ile en düşük değer arasındaki farktır. Örneğin çalışma sınırları 15-25 C olan cihazın çalışma aralığı 10 C dir. Span tek rakamla ifade edilir. Range ayarı için söylenen aynı şeyler Span içinde söylenebilir.
Ölü Zaman (Dead Time) Ölü zaman iki hareket arasındaki gecikmedir. Örneğin, bir serada eşanjör çıkış borusundaki suyun sıcaklığını algılayan sıcaklık duyargası olması gereken noktadan 10 m uzağa yerleştirilmiş olsun. Boru içindeki suyun hızı 5 m/s ise ölü zaman 2 saniyedir. Yani eşanjörden çıkan su sıcaklığı değiştikten 2 saniye sonra algılanabilmektedir. Ölü zamanın tespiti bazı proseslerde son derece zordur.
Kesinlik / Hassasiyet (Precision) Aynı parça üzerinde ve aynı koşullar altında, tek kişi ya da cihaz tarafından yapılan ölçümlerdeki değişim olarak tanımlanmaktadır. Değişimin onaylanan sınırlardan daha küçük olması durumunda ölçümün hassasiyeti iyi olduğu söylenir. (Örneğin; 0,0001 hassasiyet, 0.1 hassasiyetten daha yüksektir.) Hassasiyetin yüksek olması için; Aynı ölçüm prosedürünün uygulanması, Aynı gözlemleyici, Aynı koşullar altında kullanılan, aynı ölçüm cihazı, Aynı konum, Kısa süre içindeki tekrarlamadır. Yüksek hassasiyet var fakat doğru ölçüm vermiyor Şekilde farklı zamanlarda aynı cihazla sıcaklık ölçümlerinin sonuçları verilmiştir. Noktalı çizgi sıcaklığın zamanla değişen gerçek değerini göstermektedir. Bunu küçük farklarla izleyen eğri bir termometreden okunan sıcaklıklardan elde edilmiştir. Burada termometre oldukça doğru çalışmaktadır ancak tekrarlanabilirliği zayıftır. Yukarıda görülen eğri ise çok iyi tekrarlanabilirliğe sahip fakat doğru ölçme yapmayan bir cihaza aittir. Mükemmel ölçüm yapan cihaz hem doğru ölçüm yapan hem de hassasiyeti iyi olandır.
Doğruluk (Accuracy) Yapılan ölçme ile hakiki değer arasındaki farktır. İki tip hatadan bahsedilebilir: 1. Statik hata: Kontrollü değişken zamanla aynı kalır. Ölçülen değer ile hakiki değer arasındaki fark her zaman aynıdır, değişmez. 2. Dinamik hata: Ölçülen proses (işlem, süreç) değeri zamanla değişiyorsa ölçülen değerle hakiki değer arasındaki fark sürekli değişir. Şekilde sıcaklık ölçmesinde dinamik ve statik hatalar görülmektedir. Noktalı çizgi gerçek sıcaklık, düz çizgi ise enstrüman (ölçüm yapan cihaz = termometre) da okunan değerlerden elde edilmiştir. Bir zaman birimi içindeki hata statik olarak görülmektedir. Çünkü proses sıcaklığı sabit kalmıştır. Daha sonraki bölüm ise proses sıcaklığı değişim hızı ile büyüyen dinamik hatayı belirlemektedir. Doğruluk genellikle ölçme aralığının ± % olarak verilir. Ancak ölçülmesi gereken hakiki değerin yüzdesi olarak da verilmektedir.
Duyarlılık (Sensivity) Duyarlılık veya hassasiyet ölçme cihazından çıkan sinyalin giriş sinyaline oranıdır. Bir giriş sinyali için çıkış sinyali ne kadar büyükse cihazın o kadar duyarlı olduğu söylenir. Aynı terim kontrol cihazları içinde kullanılmaktadır. Ancak kontrol cihazlarında çıkış sinyalinin giriş sinyaline oranı ayarlanabilen bir özellik olup kazanç (Gain) olarak da isimlendirilir. ÖLÇME CİHAZI Vg Vç Duyarlılık= Vç/Vg
SİSTEM DENETİM TÜRLERİ 1. Açık Çevrim (Geri Beslemesiz) 2. Kapalı Çevrim (Geri Beslemeli)
1. Açık Çevrim (Geri Beslemesiz) Denetim Sistemi Sistemi kontrol eden düzeneğin sistemin çıkışından etkilenmediği, sadece verilen referans değerine göre denetim işleminin yapıldığı sistemlerdir. Hassasiyet gerektirmeyen sistemlerde kullanılan bir denetim sistemi mekanizmasıdır. Sisteme etkiyen bozucu faktörlerin algılanması insan faktörüyle olabilmektedir. Verilen referans işareti kontrol elemanı tarafından alınır ve bir kontrol işareti üretir. Bu işaret, kontrol edilen sisteme verildiğinde sistem giriş değişkenini süreç içine alır ve istenilen çıkış işaretini verir. Açık çevrim denetim, genellikle kumanda edilen sistemin yapısının ve sisteme etkiyen diğer girişlerin önceden çok iyi bilindiği uygulamalarda kullanılır. Açık çevrim denetim sistemi günlük yaşantımızda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bir anahtarla bir elektrikli sobanın kumandası en temel açık çevrim denetim örneğidir.
Örnek 1: Bir otomobilin cam sileceği düzeneğini ele alalım. Otomobilin bu düzeneği sürücü tarafından kontrol edilir. Sürücü otomobilin konsoluna bağlı olan anahtar yardımıyla silecek motorunu harekete geçirebilir. Genellikle 2 3 hız kademeli olarak tasarlanan bu sistemlerde herhangi bir şekilde yağmurun yağmaya başlaması, şiddeti gibi parametreler bir kontrol mekanizması tarafından algılanmaz. Düzeneğin başlatılması ve hangi kademede çalıştırılacağı tamamen sürücünün karar vermesine bağlıdır. Yağmurun kesilmesi ya da şiddetini artırıp azaltması, camların kuru ya da ıslak olması düzenek tarafından dikkate alınmaz. Bu tipik bir açık çevrim kontrol mekanizmasıdır. Sistemin çıktısı çok iyi bilinen bir sonuçtur. Yani Cam yüzeyi silinirse ıslaklık temizlenir ve görüş netleşir. prensibine dayanır. Örnek 2: Trafik lambaları bir kavşaktaki ortalama trafik yoğunluğuna göre zamanlanan ışıkların sırasıyla yanması esasına dayanır. Böyle bir sistemde istenen çıkış araçların ve yayaların tamamının ışıkların yanma sürelerinde geçmesidir. Fakat bu tamamen mümkün olmayabilir. Trafiğin yoğunlaştığı saatlerde yığılmalar ya da sakin olduğu saatlerde gereksiz bekletmeler olabilir. Trafik yoğunluğuna göre ışıkların yanma sürelerinin değiştirilebildiği bir karşılaştırma düzeneği yoktur, yani bir geri besleme yoktur. Cam sileceği düzeneği Trafik lambalarının kontrolü
Örnek 3: Şekilde kapalı bir mekanın ısıtılmasını sağlayan düzenek görülmektedir. Bu sistemde bir denetleyici bulunmaktadır. Bu denetleyici dışarıdaki havanın sıcaklığını giriş olarak alır. Bu alınan giriş bir referans değer olarak kabul edilir. Referans değeri daha önceden belirlenen bir set değerine (ayar noktası) göre motor çalıştırılarak valfin açılması ve ısıtıcının ortamı ısıtması sağlanır. Kazan valf ısıtıcı üzerinden su, devir daim etmektedir. Dış ortamdan duyarga vasıtasıyla alınan referans değerde herhangi bir değişiklik olduğunda çevrim tekrar başlatılır ve valf kapatılır ya da daha fazla açılır. Böylelikle ısıtma düzeneği kurulmuş olur. Kapalı bir mekanın açık kontrol denetimiyle ısıtılması
Bu örnekte dikkat edilmesi gereken nokta duyargadan alınan bilgidir. Düzeneğe konulan duyarga sadece dış ortamın sıcaklığını ölçmektedir. Bu duyargadan alınan bilgi referans giriş bilgisidir. Tıpkı otomobil sileceği gibi. Burada, tıpkı sürücünün yağmur yağmasını fark ederek silecek düğmesini çalıştırması gibi dış ortamdaki bir duyarga da sıcaklık değişimlerini algılayarak denetleyiciyi tetikler. EĞER İÇ ORTAMIN SICAKLIĞI ÖLÇÜLEREK İŞLEM YAPILSAYDI BU KAPALI ÇEVRİM SİSTEMİNE BİR ÖRNEK OLURDU.
3. Denetlenen sistem Denetleyicinin müdahale ettiği, yönlendirdiği ve istenen sonuçların alınmasını sağladığı düzenektir. Motorlar, ısıtma - soğutma elemanları, Aydınlatma teçhizatları örnekten bazılarıdır. Açık Çevrim Denetim Sisteminin Elemanları 1. Giriş/Çıkış Kavramları Bir sisteme, dışarıdan uygulanan, diğer değişkenlerden bağımsız biçimde değişebilen ve sistemin davranışını etkileyen değişkenlere sistemin girişleri adı verilir (dış ortam sıcaklığı gibi). Çıkış ise denetim sisteminden sağlanan gerçek cevaptır (ısıtıcının açılması, kapatılması gibi). 2. Denetleyici Sistemin istenilen çıkışı verecek doğrultuda çalışmasını sağlamak için verilen referans değere bağlı olarak kontrol işareti üretir. Genellikle elektronik bir elemandır. Bir açık çevrim sistemde çalışan denetleyici üretilen çıkışın değerini ve durumunu kontrol etmez.
4. Ayar Noktası ve Ayar Dengesi Kavramları Denetim sistemlerinde sistemin giriş değişkenlerini bir sürece sokarak çıkış üretebilmesi için referans değerine ihtiyacı vardır. Bu referans değeri ayar noktası olarak belirlenir. Denetimin sağlanabilmesi, çıkıştan istenen ve ideal değerlerin alınabilmesi ancak ayar noktası ve dengesinin sağlanmasına bağlıdır.
Açık Çevrim Denetimin Uygulama Alanları Açık çevrim denetim sistemleri işlemlerin önceden çok iyi bilindiği sistemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Çok fazla hassasiyet beklenmeyen sistemler için idealdir. Açık çevrim sistemlerin maliyetleri daha düşüktür. Bu nedenle ucuz çözümler istenen yerlerde tercih edilir. Açık çevrim denetim yöntemi sisteme etkiyen bozucuları zayıflatmaz. Açık çevrim denetim yöntemi kararsız bir sistemi kararlı hale getiremez. Yani açık çevrim denetim yönteminin uygulanacağı sistemin zaten kararlı ve düzgün çalışan bir sistem olması zorunludur.
2. Kapalı Çevrim (Geri beslemeli) Denetim Sistemleri 134 Karşılaştırma Elemanı Referans değer Hata Sinyali Kontrol Ünitesi Düzeltme Ünitesi Uygulayıcı Kontrollü değişken Ölçülen değer Ölçme cihazı Girişindeki referans işareti, kontrol edilen bir sistemden alınan çıkış işaretiyle karşılaştırıldıktan sonra referans ve çkış sinyali arasındaki farkın giderilmesinin otomatik olarak sağlandığı sistemlerdir. Bu sistemlere geri beslemeli kontrol sistemleri de denir. Geri beslemeli kontrol sistemlerinin çok değişik türleri vardır: Bilgisayarlı kontrol sistemi, Elektromekanik kontrol sistemi, Biyolojik kontrol sistemi, Isı kontrol sistemi, Hidrolik ve pnömatik kontrol sistemi
Karşılaştırma Elemanı Referans değer Hata Sinyali Kontrol Ünitesi Düzeltme Ünitesi Uygulayıcı Kontrollü değişken Ölçülen değer Ölçme cihazı Karşılaştırma Elemanı: İstenen veya kontrol edilen değişken şartın referans değeri ile ulaşılması istenen ölçülen değeri karşılaştırıp buna göre bir hata sinyali üretir. Kontrol Ünitesi: Bir hata sinyali aldığında hangi hareketi yapacağına karar verir. Düzeltme Ünitesi: Kontrol edilen şartı değiştirmek veya düzeltmek için süreçte bir değişiklik üretir. Uygulayıcı: Kontrol edilen sistem veya elemandır. Ölçme Cihazı: Kontrol edilen sürecin değişken şartıyla ilgili olan bir sinyal üretir. Kontrollü değişken: Kontrol edilen ortam/cihaz/makina
ÖRNEK: BİR ORTAMIN (Sera, ev) KAPALI ÇEVRİMLE ISITILMASI Karşılaştırma Elemanı Referans değer Hata Sinyali Kontrol Ünitesi Düzeltme Ünitesi Uygulayıcı Kontrollü değişken Ölçülen değer Ölçme cihazı Kontrollü Değişken: Oda sıcaklığı, Referans Değer: İstenilen oda sıcaklığı Karşılaştırma Elemanı: İstenen sıcaklık değeriyle ölçülen değeri karşılaştıran birim Hata Sinyali: Ölçülen ve istenen sıcaklık arasındaki fark Kontrol Ünitesi: Hata sinyalini algılayan birim Düzeltme Ünitesi: Isıtıcının verdiği ısının istenilen sıcaklığa tekrar getirilmesini sağlayan birim Uygulayıcı: Isıtıcı Ölçme Cihazı: Termometre
ÖRNEK: BİR EVİN KAPALI ÇEVRİMLE ISITILMASI Gerekli Sıcaklık Karşılaştırma Elemanı Sıcaklık Farkı (sapma) TERMOSTAT Elektrik Gücü Elektrik sobası Ev içinde istenen sabit Sıcaklık Sıcaklık sinyalinin geribeslemesi Termometre
Açık ve Kapalı Kontrol Sistemlerinin Karşılaştırması Giriş (Sıcaklık) Sıcaklık ölçer (Termometre) Çıkış (Skala üzerindeki değer) Karşılaştırma Elemanı İstenen Sıcaklık Giriş Isıtma İşlemi Isıtma sistemi Termometre Çıkış (Ayar değerinde sıcaklık) Açık Kontrol Sistem Yapısı Kapalı Kontrol (Geri Beslemeli) Sistem Yapısı