Çift Yanlı Doğru Akım Lineer Motor Tasarımı



Benzer belgeler
LİNEER MOTORLU BİR ASANSÖR KAPI TAHRİK SİSTEMİ

7.DENEY RAPORU AKIM GEÇEN TELE ETKİYEN MANYETİK KUVVETLERİN ÖLÇÜMÜ

LİNEER ANAHTARLAMALI RELÜKTANS MOTORLA ASANSÖR TAHRİKİ

Fırçasız Doğru Akım Motorlarında Farklı Mıknatıs Dizilimleri Different Magnet Configurations in BLDC Motors

MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ DERSİ

ÖZGEÇMİŞ. Derece Bölüm/Program Üniversite Yıl Lisans. Görev Ünvanı Alan Görev Yeri Yıl Arş. Gör.

Eleco 2014 Elektrik Elektronik Bilgisayar ve Biyomedikal Mühendisliği Sempozyumu, Kasım 2014, Bursa

ASENKRON MOTOR ASENKRON (İNDÜKSİYON) MOTOR. Genel

RCRCR KAVRAMA MEKANİZMASININ KİNEMATİK ANALİZİ Koray KAVLAK

Eleco 2014 Elektrik Elektronik Bilgisayar ve Biyomedikal Mühendisliği Sempozyumu, Kasım 2014, Bursa

ELEKTRĐK MOTORLARI ve SÜRÜCÜLERĐ DERS 02

KÜRESEL MOTOR TABANLI GÜVENLİK OTOMASYONU

ASENKRON (İNDÜKSİYON)

ELEKTRĐK MOTORLARI ve SÜRÜCÜLERĐ DERS 01

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MAKİNE FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ DERSİ. Proje Adı Proje No

Doğru Akım Makinalarının Yapısı

ANAHTARLI RELÜKTANS MOTORUN SAYISAL HIZ KONTROLÜ

ANKARA ÜNİVERSİTESİ GAMA MESLEK YÜKSEKOKULU ELEKTRİK VE ENERJİ BÖLÜMÜ ALTERNATİF ENERJİ KAYNAKLARI TEKNOLOJİSİ ELEKTRİK MAKİNALARI 1.

ÜÇ FAZLI ASENKRON MOTORDA KAYMANIN BULUNMASI

AKTÜATÖRLER Elektromekanik Aktüatörler

Bölüm 9 ELEKTROMANYETİK İNDÜKSİYON. Copyright 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley

ELEKTRİKSEL EYLEYİCİLER

Elektrik Motorları ve Sürücüleri

ELEKTRİK MAKİNELERİ (MEP 112) (ELP211) Yazar: Yrd. Doç. Dr. Mustafa Turan S1

ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ FİZİK II LABORATUVARI DENEY 2 TRANSFORMATÖRLER

Yrd. Doç. Dr. Mustafa NİL

ELECO '2012 Elektrik - Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Sempozyumu, 29 Kasım - 01 Aralık 2012, Bursa

2-MANYETIK ALANLAR İÇİN GAUSS YASASI

DC Motor ve Parçaları

11.1. ELEKTRONİK ATEŞLEME SİSTEMLERİ ( ELECTRONIC IGNATION )

Doğrusal hareketli sürekli mıknatıslı senkron motorlarda hpm parametresinin motorun denetim başarımına etkisi

Selçuk Üniversitesi. Mühendislik-Mimarlık Fakültesi. Kimya Mühendisliği Bölümü. Kimya Mühendisliği Laboratuvarı. Venturimetre Deney Föyü

14. ÜNİTE GERİLİM DÜŞÜMÜ

Üç Fazlı Sincap Kafesli bir Asenkron Motorun Matlab/Simulink Ortamında Dolaylı Vektör Kontrol Benzetimi

Yüksek Enerjili Şekil Verme. Prof. Dr. Akgün ALSARAN

Sensörler Öğr. Gör. Erhan CEMÜNAL Thomas Alva Edison

Sürekli Mıknatıslı Senkron Motorun Sayısal İşaret İşlemcisi ile Histerezis Akım Denetleyicili Alan Yönlendirme Kontrolünün Gerçekleştirilmesi

MESAFE VE KONUM ALGILAYICILARI

18/12 Kutuplu Bir Anahtarlı Relüktans Motorun Tasarımı, İncelenmesi ve Kontrolü

SABİT MIKNATISLI MOTORLAR ve SÜRÜCÜLERİ

TEMEL ELEKTRONİK VE ÖLÇME -1 DERSİ 1.SINAV ÇALIŞMA NOTU

3. ELEKTRİK MOTORLARI

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MAKİNE FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ DERSİ. El Yapımı Basit Elektrik Motoru 3

ELEKTRİK ELEKTRONİK SANAYİ VE TİCARET LİMİTED ŞİRKETİ

2. Amaç: Çekme testi yapılarak malzemenin elastiklik modülünün bulunması


DOĞRUDAN KATA ERİŞİM ÖZELLİKLİ ASANSÖR POZİSYON KONTROLÜ VE UYGULAMALARI

Kırsal Bölgeler İçin Düşük Maliyetli Sabit Mıknatıslı Senkron Alternatör Tasarımı ve Analizi

BİR FAZ BEŞ SEVİYELİ İNVERTER TASARIMI VE UYGULAMASI

Endüstriyel Ölçme ve Kontrol

Doğru Akım (DC) Makinaları

Elektrik Makinaları ve Sürücüler (EE 450) Ders Detayları

ENDÜSTRİYEL BİR TESİSTE DİNAMİK KOMPANZASYON UYGULAMASI

dq I = (1) dt OHM YASASI ve OHM YASASI İLE DİRENÇ ÖLÇÜMÜ

YATAY UÇUŞ SEYAHAT PERFORMANSI (CRUISE PERFORMANCE)

ELK-301 ELEKTRİK MAKİNALARI-1

DENEYİN AMACI Akım uygulanan dairesel iletken bir telin manyetik alanı ölçülerek Biot-Savart kanunu

ELEKTRİK MAKİNALARINDA MANYETİK ALANLAR

ÜNİTE 5 KLASİK SORU VE CEVAPLARI (TEMEL ELEKTRONİK) Transformatörün tanımını yapınız. Alternatif akımın frekansını değiştirmeden, gerilimini

Doğru Akım (DC) Makinaları

ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ DOKTORA YETERLİK SINAVI YÖNETMELİĞİ

DANIŞMAN Mustafa TURAN. HAZIRLAYAN İbrahim Bahadır BAŞYİĞİT T.C. SAKARYA ÜNİVERSİTESİ HERHANGİ BİR ELEKTRİKLİ CİHAZIN ÇALIŞMA PRENSİBİ

Manyetik Alanlar. Benzer bir durum hareketli yükler içinde geçerli olup bu yüklerin etrafını elektrik alana ek olarak bir manyetik alan sarmaktadır.

Ölçme Kontrol ve Otomasyon Sistemleri 7

ELECO '2012 Elektrik - Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Sempozyumu, 29 Kasım - 01 Aralık 2012, Bursa

1. Bölüm: Makina İlkelerine Giriş. Doç. Dr. Ersan KABALCI

Electric Vehicles- 4 EVs V s 4

MANYETIZMA. Manyetik Alan ve Manyetik Alan Kaynakları

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ MÜFREDAT REVİZYONU

Fatih Alpaslan KAZAN 1, Osman BİLGİN 2. 1 Elektrik Programı. Ilgın Meslek Yüksekokulu Selçuk Üniversitesi, Ilgın, KONYA

İstanbul Teknik Üniversitesi, Maslak, İstanbul

T.C. ADIYAMAN ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRİK MAKİNALARI LABORATUVARI I DENEY FÖYLERİ

ANKARA ÜNİVERSİTESİ GAMA MESLEK YÜKSEKOKULU ELEKTRİK VE ENERJİ BÖLÜMÜ ALTERNATİF ENERJİ KAYNAKLARI TEKNOLOJİSİ

ÇOKYÖNLÜ BURULMALI HISTERITIK ENERJI SÖNÜMLEYICI (MDHR) Bina ve köprüleri deprem etkisine karşı koruyan bir mekanik histeretik damper

MEKANİZMA TEKNİĞİ (1. Hafta)

ELEKTROLİZ YAPMAK İÇİN PI DENETİMLİ SENKRON DA-DA DÖNÜŞTÜRÜCÜ TASARIMI

Bernoulli Denklemi, Basınç ve Hız Yükleri Borularda Piezometre ve Enerji Yükleri Venturi Deney Sistemi

Sabit Mıknatıslı Senkron Motorlarda Titreşim Sinyaline Dayalı Eksenden Kaçıklık Arızasının Tespiti. Mühendisliği Bölümü 60250, TOKAT

Dahili Bobinlerin En İyi İçsel Sinyal/Gürültü Oranı Kullanılarak Değerlendirilmesi

2- Tristör ile yük akımı değiştirilerek ayarlı yükkontrolü yapılabilir.

İNSANSIZ HAVA ARACI PERVANELERİNİN TASARIM, ANALİZ VE TEST YETENEKLERİNİN GELİŞTİRİLMESİ

Şekil-1. Doğru ve Alternatif Akım dalga şekilleri

DENEY 4. Akım Geçiren Tele Etkiyen Kuvvetler: Akım terazisi

1. YARIYIL / SEMESTER 1 2. YARIYIL / SEMESTER 2

Elektromekanik (AEE302) Ders Detayları

MDS Motor Tasarım Ltd. ASELSAN A.Ş.

HAFTA SAAT KAZANIM ÖĞRENME YÖNTEMLERİ ARAÇ-GEREÇLER KONU DEĞERLENDİRME

PUMA TİPİ ROBOT İLE İNSAN KOLU HAREKETLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI; ALTERNATİF BİR ROBOT KOL OMUZ TASARIMI

Bobin Gövdesi. Flanşı Tork Ayar Vidası. Balata. Dişli. Montaj Vidası

DENEY 5. Bir Bobinin Manyetik Alanı TOBB ETÜ A N K A R A P r o f. D r. S a l e h S U L T A N S O Y. D r. A h m e t N u r i A K A Y

Eğitim ve Öğretim Araştırmaları Dergisi Journal of Research in Education and Teaching Mayıs 2017 Cilt: 6 Sayı: 2 Makale No: 33 ISSN:

Alternatif Akım Devreleri

Anahtarlamalı Relüktans Motorlarda Sürücü Devrelerinin Karşılaştırılması Comparison of Driver Circuits for Switched Reluctance Motors

Doğrusal Demet Işıksallığı 2. Fatma Çağla Öztürk

Security Geçiş Sistemleri. Kayar Kapılar. Hastane Kapıları. 90 Derece Kapılar. Döner Kapılar

DOĞRU AKIM MAKİNELERİ

KARAMANOĞLU MEHMETBEY ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

MALZEME BİLGİSİ DERS 7 DR. FATİH AY. fatihay@fatihay.net

KÜÇÜK GÜÇLÜ BİR RÜZGAR JENERATÖRÜNDE KULLANIM İÇİN EKSENEL AKILI BİR SÜREKLİ MIKNATISLI MOTORUN ANALİZİ, TASARIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ

Transkript:

ISSN: 2146-8168 Sayı: 7, Yıl: 2013, Sayfa: 42-54 http://bilader.gop.edu.tr Dergiye Geliş Tarihi: 18.01.2013 Yayına Kabul Tarihi: 02.09.2013 Baş Editör: Naim Çağman Alan Editörü: Levent Gökrem Çift Yanlı Doğru Akım Lineer Motor Tasarımı Recep DEMİRCİ a,1 Mehmet TANER TUNCAY b (rdemirci@gazi.edu.tr) (mehmettaner.tuncay@gop.edu.tr) a Gazi Üniversitesi, Teknoloji Fakultesi, Bilgisayar Mühendisliği Bölümü 06500 Ankara b Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Tokat Teknik Bilimler Meslek Yüksek Okulu 60125 Tokat Özet Lineer elektrik motorları elektrik enerjisini herhangi bir ilave sistem kullanmadan direkt olarak doğrusal harekete dönüştüren elektrik makinalarıdır. Doğrusal hareket gerektiren uygulamaların çoğunda, kayış ve kasnak yardımıyla dairesel hareket yapan DC ve AC motorlardan hareket sağlanmaya çalışılmıştır. Diğer taraftan DC lineer motorların yaygınlaşamamasının en temel nedenleri ise uzunluk sınırlaması ve düşük kuvvet/akım oranları olmuştur. Bu çalışmada uzunluk sınırlaması olmayan çift yanlı DC lineer motor geliştirilmiştir. Laboratuvar şartlarında prototipi yapılan motorun, analitik yöntemle bulunan sonuçları ile deneysel sonuçları karşılaştırılmıştır. Anahtar Kelimeler Sabit Mıknatıs, DC Lineer Motor Gaziosmanpaşa Journal of Scientific Research 7 (2013) 42-54 Design of Double Sided Direct Current Linear Motor Abstract Linear electrical motors are electrical machines which directly convert electrical energy into linear motion without requiring any extra components. So far, rotating DC or AC motors with belt and gear systems have been employed in many position systems. On other hand, the main reasons, why DC linear motors have not been widespread are their stroke limitations and low force to current ratios. In this study, a double-sided direct current linear motor which has not any stroke limitation has been designed. The experimentally obtained results of the DC linear motor which was designed in laboratory conditions were compared with results of the analytical methods. Keywords - Permanent magnet, DC Linear Motor Received: 18.01.2013 Accepted: 02.09.2013 1 Sorumlu Yazar

Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi 7 (2013) 42-54 43 1. Giriş Elektrik enerjisini hareket enerjisine dönüştürmek için elektrik motorları kullanılmaktadır. Endüstriyel üretim tesislerinin birçok aşamasında doğrusal harekete ihtiyaç vardır. Diğer taraftan dairesel hareket üreten elektrik motorlarından lineer hareketi elde etmek için redüktör, kayış ve kasnak gibi birçok ilave parçalara ihtiyaç duyulmaktadır. Bu durum, konum kontrolünü zorlaştırmanın yanı sıra maliyeti ve bakım gereksinimini de artırmaktadır. Ayrıca güvenilirlik ve verimin düşmesine yol açmaktadır. Söz konusu mevcut çözümler yerine, hızla yaygınlaşmaya başlayan ve daha güvenilir olan direk olarak doğrusal hareket üreten lineer motorların kullanımı bu sakıncaları ortadan kaldıracaktır. Doğrusal hareketi elde etmek için son yıllarda lineer motorların kullanımı yaygınlaşmaya başlamıştır [1,2]. Küçük çaplı uygulamalardan, ulaşım ve füze fırlatma sistemlerine kadar birçok alanlarda Lineer DC motorlarla karşılaşmaktadır [3]. Lineer elektrik motorları temel olarak AC ve DC olmak üzere iki gurupta toparlanabilirler [4]. Doğrusal olmayan yapısı nedeniyle, AC motorlar ileri düzey kontrol teknikleri, yüksek kapasiteli mikrodenetleyiciler ve karmaşık elektronik devreler gerektirirler [5-7]. DC motorlar bu yönden daha avantajlıdırlar [8]. DC lineer motorlar da alan sargılı [9] ve mıknatıslı [10] olarak yapılabilmektedir. DC lineer motorların en yaygın dezavantajları fırça-kolektör problemleri, tek katmanlı yapılabilmeleri, çok katmanlılarda ise kontrol ve kumanda problemleri nedeniyle uzun yapılamamalarıdır. Green ve Paul tek katmanlı, fırçasız, kısa uzunlukta, Basak ve Oveshott sabit mıknatıslı fırçalı, Basak ve Anayi ise sabit mıknatıslı, fırçasız lineer DC motorlar tasarlamışlardır [11-14]. Gelişen NdFeB mıknatıslar sayesinde daha fazla kuvvet üreten ve kontrolü kolay olan DC lineer motorların kullanımı her geçen gün artmaktadır. Söz konusu mıknatıslar yardımıyla alan sargılı motorlara göre kuvvet/akım oranı daha yüksek motorlar üretilebilmektedir. Bu çalışmada kontrol sistemi oldukça basit ve kuvvet/akım oranı yüksek olan çift yanlı DC lineer motor (ÇYDCLM) tasarlanmıştır. Üretilen kuvveti artırabilmek için endüvi bobinleri çok katmanlı sarılmış ve endüvi bobinlerine enerji vermek için kolektör ve fırça sistemi geliştirilmiştir. Geliştirilen motorun analitik yöntemlerle analizleri yapılmıştır. Ayrıca prototipi üretilerek deneysel verileri elde edilmiş ve çeşitli karşılaştırılmalar yapılmıştır. Her iki durumdan elde edilen sonuçlar karşılaştırılarak motorun avantajları ve karakteristikleri ortaya konulmuştur. 2. Çift Yanlı Doğru Akım Lineer Motorunun Tasarımı ve Çalışma Prensibi Lorentz kanunu gereği manyetik alan içerisine yerleştirilen bir iletkenden akım geçirilirse kuvvet oluşur. Söz konusu kuvvetin büyüklüğü denklem 1 ile hesaplanır: F = L IxB = B L I sin (θ) (1) Burada F iletkende oluşan kuvveti (N), L iletkenin uzunluğu (m), B manyetik akı yoğunluğu (T), I iletkenden geçen akımı (A) temsil etmektedir. Bu yasa aynı zamanda bütün DC motorlarının çalışma prensibidir. Geleneksel tip DC lineer motorlarında bobinler tek katmanlı

Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi 7 (2013) 42-54 44 yapılmış olup, bobinlerin üst kısımlarına gelen iletkenlerin izolasyonları kaldırılmış ve bu iletkenlere temas eden fırçalar yardımıyla enerji verilmiştir. İki veya daha fazla katmanlı yapıldıklarında ise fırça sistemiyle enerji vermek mümkün olmamıştır. Böylece üretilen kuvvetlerde çok düşük seviyelerde kalmıştır. Çok katmanlı yapılan tasarımlarda ise anahtarlama için karmaşık güç elektroniği devrelerine ve konum algılayıcılarına ihtiyaç duyulduğundan DC lineer motorlar yaygınlaşamamıştır. Bu çalışmada geliştirilen motorun üç boyutlu çizimleri Şekil 1 de, ölçüleri Şekil 2 de verilmiştir. Geliştirilen motorun hareket eden kısmında 4 adet NdFeB mıknatıs ve iki adet M 1010 düşük karbonlu yumuşak çelik nüve bulunmaktadır. Hareketli kısım lineer rulmanlar vasıtasıyla desteklenmiştir. Sabit olan orta mil M 1010 yumuşak çelikten yapılmış olup bobinleri taşımaktadır. Bobinlerin boyu mıknatısların boyu ile aynı olup Şekil 3 de gösterildiği gibi her kutup altına bir bobin gelecek şekilde yerleştirilmiştir. Bobinlerin üzerine bobinlerle aynı boyda olan ve kolektör görevi yapan bakır şeritler yerleştirilmiştir. Hareketli kısım sadece mıknatısları değil ilave olarak fırçaları da taşımaktadır. Bu yapılandırma sayesinde, hareket halinde mıknatısların altına kalan her iki bobine herhangi bir elektronik devreye ihtiyaç duyulmadan otomatik olarak enerji sağlanabilmektedir. Ayrıca enerji vermek için bobinlerin tek katmanlı yapılma zorunluluğu ortadan kaldırıldığından, tasarlanan lineer motorda sarım sayısı artırılarak istenilen kuvveti elde etme esnekliği de sağlanmıştır. Şekil 1.Tasarlanan motorun 3 boyutlu çizimi

Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi 7 (2013) 42-54 45 Şekil 2.Tasarlanan motorun ölçüleri Üretilen kuvveti artırmak için mıknatısların altında kalan bobinlere hareket halinde fırçalar ve kolektör vasıtasıyla birbirine göre zıt yönde enerji verilmesi mümkün olup, fren yapılmak istendiğinde ise her iki bobine aynı yönde enerji verilmesi yeterlidir. Şekil 4'de görüldüğü gibi fırçalar mıknatıslarla birlikte kayabilen bir düzeneğe monte edilmişlerdir. Fırçalardan "+" kutup ile "-" kutup çapraz olarak yerleştirilmiştir. Tasarlanan sistem ile sadece mıknatısın altına gelen bobine enerji verildiğinden, hem enerji tasarrufu sağlanmış hem de görevini icra etmiş bobinlerin soğumasına imkân tanınmıştır. Önerilen kolektör ve fırça düzeneği sayesinde simetrik güç kaynağına gerek kalmadan ilgili bobinlere enerji sağlamış ve ayrıca ortadaki bobinin enerjisi kesilerek anahtarlama problemi çözülmüştür. Bu nedenle DC lineer motor istenilen uzunlukta yapılabilmekte ve herhangi bir sürücüye veya anahtarlama devresine ihtiyaç duymamaktadır. Hareketli Yalıtkan Fırça Tutucu _ + + _ Fırça Kollektör Bobin Şekil 3. Bobinlerin besleme düzeneği

Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi 7 (2013) 42-54 46 Şekil 4. Fırça ve kolektör sistemi 3. Üretilen Kuvvetin Analitik Hesabı Elektrik makinalarının analitik yöntemlerle analizlerinin yapılması aşamasında manyetik devre parametrelerinin belirlenmesi önemlidir. Geliştirilen motorun manyetik devresi ve akı yönleri Şekil 5'de verilmiştir. Şekilde görüldüğü gibi motor simetrik iki ayrı manyetik devreden oluşmaktadır ve mıknatısların oluşturduğu manyetik akılar birbirlerini destekler vaziyettedir. Aynı anda enerji verilecek olan 2. ve 4. bobinlerdeki akım yönleri birbirine zıt olup, bu özellik Şekil 3'deki fırça ve kolektör düzeneği ile sağlanmaktadır. Mıknatısların altında kalan 2. ve 4. bobinlerdeki aktif iletkenler sayesinde kuvvet üretilmekte ve söz konusu kuvvet sayesinde mıknatıslar hareket yönünde itilmektedir. Bir sonraki adımda 3. ve 5. bobinlere otomatik olarak enerji verilerek hareketin devamlılığı sağlanmaktadır. Şekil 5'de verilen sembollerden, Ø manyetik akıyı, µ manyetik geçirgenlik katsayısını, Bm mıknatıstaki manyetik akı yoğunluğunu, Bg hava aralığındaki manyetik akı yoğunluğunu, lm manyetik akının mıknatıs üzerinden geçtiği yol uzunluğu, lg hava aralığını göstermektedir. Bu uygulamada kullanılan NdFeB mıknatıs 50x50x25 mm ölçülerindedir. Manyetik akı boyunca mıknatısın boyu, lm 25mm ve hava aralığının uzunluğu, lg 12 mm olarak alınmıştır. Seri manyetik devrede manyetik akı bütün devre boyunca aynı olduğundan manyetik akı için: = B m A m = qb g A g (2) ifadesi yazılabilir. Burada q kaçak akı katsayısı olup, tasarım şekline ve hava aralığındaki akının geçtiği etkin yüzey ile alakalıdır. Hava aralığının başındaki ve sonundaki malzemelerin

Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi 7 (2013) 42-54 47 kesitleri eşit ve paralel ise, a ve b yüzeyin boyutları olmak üzere etkin yüzey denklem 3 ile hesaplanır. Yüzeylerin birbirine eşit olmadığı durumda küçük olan yüzey ölçüleri dikkate alınarak ve denklem 4 deki gibi uygulanmaktadır. Bunun dışındaki farklı geometrik durumlar için değişik formüller kullanılabilmektedir. Diğer taraftan, karmaşık yapılar için deneysel hesaplama yoluna gidilmelidir [15]. A g = (a + l g )(b + l g ) (3) A g = (a + 2l g )(b + 2l g ) (4) Geliştirilen motorda, A g değeri 5.476x10 3 ve A m değeri 2.5x10 3 olup, kaçak akı katsayısı q, denklem 3 yardımıyla 1,537 olarak bulunmuştur. Manyetik Akı µ S N Bm Bm 1 2 3 4 5 Bg N S lm lg N S S N Şekil 5. Çift yanlı DC lineer motorun manyetik devresi Motorda kullanılan mıknatısın demanyetizasyon (B-H) eğrisi Şekil 6'da verilmiş olup, Bm mıknatıstaki manyetik akı yoğunluğunu, Hc giderici kuvveti, Br artık mıknatısiyeti, Hm mıknatıstaki manyetik alan şiddetini, BQ çalışma noktasının ordinatı, HQ çalışma noktasının apsisidir. Tasarımda kullanılan NdFeB tipi mıknatısın Br değeri 1,17 T, Hc değeri 868. 10 3 ka m dir. Böylece Şekil 6'da gösterilen 1 numaralı doğrunun denklemi, B m = tanαh m + B r = B r H c H m + B r (5)

Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi 7 (2013) 42-54 48 olarak bulunur. Hava aralığındaki manyetik akı yoğunluğu (B g ) ile manyetik alan şiddeti (H g ) arasındaki bağıntı denklem 6 daki gibidir. B g = μ 0 H g (6) Motorun manyetik devresine Amper kanunu uygulanırsa; 2H m l m + 2H g l g = 0 (7) ifadesi elde edilir. Denklem 7 den H g değeri çekilirse, hava aralığındaki manyetik alan şiddetine ait ifade, denklem 8 elde edilir. H g = H ml m l g (8) Ayrıca denklem 2 den B m değeri çekilirse, mıknatısın manyetik akı yoğunluğu; B m = qb ga g A m (9) olarak bulunur. Denklem 6 deki B g değeri denklem 9 de yerine yazılarak, B m = μ 0qH g A g A m (10) ifadesine ulaşılır. Yine denklem 8 de elde edilen H g değeri denklem 10 da yerine konulursa denklem 11 bulunur. B m = μ 0ql m A g l g A m H m (11) Böylece Şekil 6 da gösterilen 2 numaralı doğrunun denklemi elde edilir. Söz konusu doğru, bazı kaynaklarda mıknatısın yük eğrisi olarak da adlandırılmaktadır.

Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi 7 (2013) 42-54 49 Şekil 6. Mıknatısın B-H eğrisi, yük eğrisi ve çalışma noktası Yük eğrisinin eğimi mıknatısın ve hava aralığının uzunluklarına bağlı olup, manyetik devrede yük doğrusu mıknatısın boyu artıkça yukarı doğru, hava aralığı arttıkça aşağı doğru kayar. Ancak mıknatısın demanyetizasyon doğrusu üretim parametrelerine bağlı olup sabit kalmaktadır. Her iki doğrunun kesiştiği nokta mıknatısın çalışma noktasını vermekte olup; denklem 5 ve 11 birbirine eşitlenerek çalışma noktasının apsis değeri denklem 12 verildiği şekilde bulunur. H Q = B r Br Hc +μ qa gl m 0 A ml g (12) Manyetik devre parametreleri denklem 12 de yerine konulmasıyla mıknatısın çalışma noktası manyetik alan şiddeti, H Q = 218,633 ka/m olarak bulunmuştur. Bulunan bu değerin denklem 5 de yerine konulmasıyla da, mıknatısın çalışma noktası manyetik akı yoğunluğu, B Q = 0,875 T olarak hesaplanmıştır. Motorda üretilen kuvvet hava aralığındaki manyetik alanda oluştuğundan, hava aralığının ve mıknatısın kesit alanları da dikkate alınarak, hava aralığındaki manyetik akı yoğunluğu denklem 2 yardımı ile B gq = B Q q = 0,569 T olarak hesaplanmıştır. Şekil 5 de görüldüğü gibi lineer motorda üretilen kuvvete aynı anda katkısı olan iki adet sargı olup ( 2 ve 4 bobinler), aktif iletken uzunlukları L dir. Her bobinin aktif olan iki yanı bulunduğundan, motorda üretilen toplam kuvvet, denklem 1 yardımıyla

Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi 7 (2013) 42-54 50 F = 4nB gq L I 2 (13) şeklinde hesaplanmıştır. Burada n, her bobinin sarım sayısını göstermekte olup 1000 tur olarak tespit belirlenmiştir. I2 değişkeni ise aktif olan bobinlerden geçen akımı göstermektedir. Değeri bilinen değişkenler yerine konulduğunda, F = 113,8 I 2 = K I 2 N (14) ifadesi elde edilmiştir. Aynı anda aktif olan bobinler simetrik olduğundan, denklem 14 toplam akıma göre yeniden düzenlendiğinde F = 56,90 I = K I N (15) ifadesi elde edilir. Böylece tasarlanan motorun duyarlılığı ya da kuvvet/ akım oranı, K 56,90 olarak bulunmuştur. Bu değer geleneksel motorlardan yüksek olup tasarımın üretime uygun olduğunun göstergesidir. 4. Deneysel Sonuçlar ve Yorumlar Perspektif çizimleri ve analitik hesapları önceki kısımlarda verilen DC lineer motorun bir adet prototipi laboratuvar şartlarında üretilmiştir. Şekil 7 de fotoğrafı verilen DC lineer motorun elektrik devresi Şekil 8 de gösterilmiştir. Görüldüğü gibi Şekil 5 de verilen yapıya uygun olarak aynı anda iki adet bobine enerji verilmektedir. DC lineer motorların en önemli parametrelerinden biri olan kuvvet /akım oranı, K veya statik kuvvet katsayısıdır. Tasarlanan DC lineer motorda bu değer denklem 15 yardımı ile 56,90 N/A olarak hesaplanmıştır. Kuvvet akım oranının deneysel olarak tespiti için, hareketli kısım 0 mm konumunda sabitlenmiş ve I değişkeni 0,1 Amper lik aralıklara artırılarak üretilen kuvvet dinamometre yardımıyla ölçülmüştür. Üretilen kuvvetin toplam akıma göre değişimi Şekil 9 da gösterilmiştir. Grafikten görüleceği gibi 0,2 Amper lik akım değerine kadar olan aralıkta üretilen kuvvet denklem 15 gereği 11,38 N olduğundan statik sürtünme kuvvetini yenemekte ve aynı zamanda kullanılan dinamometrenin hassasiyetinden dolayı ölçülememektedir. Sonuç olarak grafikte değeri sıfır olarak görünmektedir. Diğer taraftan 1 Amperlik akıma karşılık gelen kuvvet veya grafiğin eğimi 52,66 N/A olup teorik olarak hesaplanan K değerine oldukça yakındır. Prototipi laboratuvar şartlarında geliştirilmiş olan DC lineer motorun kuvvet/akım oranının oldukça yüksek olmasına rağmen, en belirgin dezavantajın ise üretilen kuvvetin konuma bağlı olmasıdır. Başka bir ifade ile üretilen kuvvet konuma bağlı olarak periyodik olarak değişmektedir. Şekil 2,3 ve 5 de görüldüğü gibi mıknatıs genişliği ve bobin genişliği 50mm.dir. Bobinle mıknatıs aynı hizada olduğu zaman en fazla kuvvet üretilmekte, mıknatıs

Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi 7 (2013) 42-54 51 kaydıkça karşısındaki aktif iletken sayısı (n) azaldığından denklem 13 gereği üretilen kuvvet konuma bağlı olarak azalacaktır. Söz konusu değişim 50 mm lik yani bir bobin boyuna karşılık gelen periyotlarla tekrarlanmaktadır. Bu değişimi tespit etmek için motor akımı 2 Amper de sabit tutularak, üretilen kuvvet konuma bağlı olarak 5 mm aralıklarla teorik olarak hesaplanmış ve aynı zamanda dinamometre yardımıyla ölçülmüştür. Üretilen kuvvetin konuma göre değişiminin teorik ve deneysel sonuçları Şekil 10 da karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Bu değişim her bobin boyunca yenilendiğinden, motorda üretilen kuvvet konuma bağlı olarak testere dişi şeklinde değişen periyodik bir karakteristiğe sahiptir. Şekil 7. Üretilen motorun resmi

Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi 7 (2013) 42-54 52 I I2 I4 + _ Şekil 8. Bobin ve ana kol akımları Şekil 9. Motorun kuvvet akım karakteristiği

Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi 7 (2013) 42-54 53 5. Sonuç Şekil 10. Üretilen kuvvetin konuma bağlı değişimi. Bu çalışmada yeni bir çift yanlı DC lineer motoru tasarlanmıştır. Geleneksel DC lineer motorlar elektronik devre ihtiyacından dolayı uzun yapılamamasına rağmen, Söz konusu motorda herhangi bir uzunluk sınırlaması yoktur. Modüller halinde üretilebilecek parçaların uç uca eklenmesi ile istenilen uzunlukta montajının yapılabilir olması, tasarlanan motorun en önemli avantajıdır. Geliştirilen motorun analitik yöntemle analizleri yapılmış, elde edilen sonuçlar üretilen motordan alınan sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Kaynaklar [1] Tavana, N. R., Shoulaie, A., Modeling and Design Optimization of Permanent Magnet Linear Synchronous Motor with Halbach Array, 17th Iranian Conferance on Electrical Engineering (ICEE 2009), İran, 441-446 (2009). [2] Üney, M. Ş., Matris konverterden beslenen lineer asenkron motorun vektör kontrol yöntemi ile hız kontrolünün yapılması, Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ (2010). [3] Filho, A. F. F., Investigation of a double armature homopolar brushless DC linear motor, Doktora Tezi, University of Wales Cardiff, 41-45 (1996). [4] Demirci, R., Adaptive control of DC linear motors, Doktora Tezi, University of Wales Cardiff, 41-45 (1998).

Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi 7 (2013) 42-54 54 [5] Dursun, M., Ozden, S., PC-based data acquisition system for PLC-controlled linear switched reluctance motor, Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, Turk J Elec Eng & Comp Sci, 21: 71 80 (2013) [6] Dursun, M., Özbay, H., Design and analysis of a double sided linear switched reluctance motor driver for elevator door, Przeglad Elektrotechniczny, 293-296 (2011) [7] Dursun M., Koç F.,Ozbay H., "Determination of Geometric Dimensions of a Double Sided Linear Switched Reluctance Motor", ICEMPE 2010, International Conference on Electrical Machines and Power Electronics, 27-29 October Paris, France: 282-288 (2010), [8] Demirci, R., Dursun, M., Adaptive position controller for double armature brushless DC linear motor, ICEM 2000, International Conference On Electrical Machines, Espoo, Finland, Vol.2: 1066-1069, (28-30 August 2000). [9] Ratcliff, G., Griffiths, J., A linear DC motor, Journal of Scientific Instruments, 41: 267-268 (1964). [10] Griffiths, J. T.,Jones, P. L., The direct current linear motor and its applications, 4. UniversitiesPowerEnginearing Conference, Nottingham Üniversitesi, İngiltere, 89-91 (1969). [11] Gren, C. W., Paul, R. J., Performance of d.c. linear machines based on an assessment of flux distributions, Proc. IEE. Vol. 118, No10, 1413-1420 (1971). [12] Basak, A.,Overshott, K. J., The ferrite field DC linear motor, IEE Conference on Linear Electric Machines, IEE Publication 120: 39-44 (1974). [13] Nasar, S. A.,Boldea, I., Linear Electric Motors: Theory, Design, and Practical Aplications, Prentice-Hall, Amerika, 4-23 (1987). [14] Basak, A.,Anayi, F. J., A DC linear motor with a square armature, IEEE Trans on Energy Conversion, 10(3): 462-469 (1993). [15] Gürünlü, C., Enerji Dönüşümünün Temelleri Çözümlü Problemler 1, Ders Notu, Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakultesi, Trabzon, 1-12 (1989).