ELEKTRİK MAKİNALARININ DÜNÜ BUGÜNÜ GELECEKTEKİ DURUMU Mekanik Enerji Michael Faraday 1831 Ampere ve Bio Savart Elektrik Mekanik Enerjiler arasýndaki ilişki Elektrik Magnetik Alan arasındaki ilişki Elektrik Enerjisi Faraday Yasası Bio Savart Yasası Magnetik Alan Elektromekanik Enerji Dönüşümü
Elektro mekanik Enerji Dönüşüm Sistemleri (Elektrik Makinaları) Dönme Öteleme MOTOR GENERATÖR
ELEKTRİK MAKİNALARI Bir kaç Watt - MVA 15 µm 20 m Geniş Güç Bandı Geniş Boyut Bandı Gelişen Malzeme Teknolojisi Boyut Açısından Küçük Güç Açısından Büyük Elektrik Enerjisi Elektrik Enerjisi Üretimin Tümü Tüketimin % 60-65 Elektrik Makinaları Elektrik Makinaları
Elektrik Makinaları Doğru Akım Alternatif Akım Asenkron Senkron Yeni Makinalar
ELEKTRİK MAKİNALARI Doğru Akım Makinası Asenkron Makina Senkron Makina Adım Makinası Anahtarlamalı Relüktans Makinası Diğer Makinalar Klasik Kollektörlü Bir fazlı rotoru kısa devre Yuvarlak kutuplu Değişken Relüktanslı 6/4 Relüktans Makinası 1)Lineer Makina Daimi Mıknatıslı (Kollektörlü) Üç fazlı rotoru kısa devre Çıkık kutuplu Daimi Mıknatıslı 8/6 Relüktans Makinası 2)Kollektörlü A.A. Makinası 3)Elektrostatik Motorlar Daimi Mıknatıslı (Fırçasız) Üç fazlı rotoru bilezikli Relüktans Makinası Karma (Hibrit) Diğer 10/8, 12/10 Relüktans Makinası 4)Piezzo Elk. Motorları 5)Baskılı Devre Motorları Sürekli Mıknatıslı
Sürekli olarak çalışan bir GÜÇ ELEMANI (1950 öncesi) Konum ve Hız kontrolu yapabilen KONTROL ELEMANI (1950 sonrası) Üretim Hatları Fabrika Otomasyonu (Son bir kaç 10 yıl) Değişken hız ile çalışan motorlar Konveyör, robot kolları, kreyn, çelik işleme hatları, plastik işleme ve benzeri
Mekanik bilgiler (Hız ya da konum geribeslemesi) Elektriksel bilgiler (Akım Geribeslemesi) Kontrol edici Çevirici (Konvertör) Elektrik Motoru İş Makinası (Mekanik yük) Güç kaynağı
ELEKTRİK MAKİNALARININ GÜCE GÖRE UYGULAMA ALANLARI DOĞRU AKIM MAKİNASI FIRÇASIZ DOĞRU AKIM MOTORU ASENKRON MAKİNA SENKRON MAKİNA ADIM MAKİNASI ANAHTARLAMA LI RELÜKTANS MAKİNASI DİĞER MAKİNALAR ORTA ve YÜKSEK GÜÇ UYGULAMALARI P>3 kw Demir çelik Alüminyum Kağıt Lastik Tekstil Maden Asansör, vinç Robot Elk. ulaşım Servo sistemler Gemiler Elektrikli Fork lift Robot Servo sistemler Demir çelik Alüminyum Kağıt Lastik Hava ve gaz kompresör Tekstil Çimento Maden Asansör, vinç Su ompası Elk. Ulaşım Konveyor sistemi Çimento Servo sistemler Robot Elk. Enerji üretimi Robot Maden Maden KÜÇÜK GÜÇ UYGULAMALARI 3 kw>p>3 W Robot Servo sistemler Beyaz eşya Mutfak makinaları Hız konum algılayıcıları Oto ve uçak yardımcı motorlarında Robot Servo sistemler Beyaz eşya Mutfak makinaları Hız konum algılayıcıl Oto ve uçak yardımcı motorlarda Beyaz eşya Mutfak makinaları Fan motoru Robot Servo sistemler Müzik seti uçak yardımcı motorlarda Saat Uydu yrd. motor Robot Servo sistemler Mutfak makinaları Bilgisayar Beyaz eşya Dikiş makinası Portatif el aletleri (Üniversal motor) ÇOK KÜÇÜK GÜÇ UYGULAMALARI P<3 W. Mikromekani Biomedikal Algılayıcılar Piezo elektrk ve kapasite motor)
Yarı iletken güç elektroniği elemanları > Güç diodu > Tristör > BJT > MOSFET > SIT > IGBT > SCR > GTO > Triak Güç elektroniği devre ya da düzenleri Gerilim ve akımı işleyerek istenen dalga şeklini elde eden devre > Doğrultucular (Rectifiers) > Evirciler (Invertors) > D.A. Kıyıcıları (DC Choppers) > A.A Kıyıcıları (AC Choppers) > Doğrudan Frekans Çeviriciler (Cycleconvertors)
10 MW a kadar olan uygulamalarda Tristör GTO Orta güç uygulamalarında Küçük güç uygulamalarında Tristör GTO BJT IGBT MOSFET MOSFET IGBT
İşaret işleme sistemleri -Mikroişlemciler -DSP Makine dilinde programlar Yazılımlar Kontrol Yöntemleri Benzetişim programları SIMNON, CONTROL C, ACSL, PC PLUS SHELL, MATLAB Skaler kontrol, Vektörel kontrol, Adaptif kontrol, Optimal kontrol, Öngörülü kontrol, Dayanıklı kontrol,kayma konum kontrolu, Uzman sis. ve Yapay zeka, Bulanık kontrol, Yapay sinir ağları, Gerçek zaman kontrolu
Algılayıcılar Rotor konumun belirlenmesi Encoder Resolver Mikro denetleyici Güç devresi Akıllı güç devresi Bilginin işlenmesi ile ilgili kararların oluşturulması
Hızı ayarlanabilen tahrik sistemlerinin gündeme gelmesinde üç ana etken i ) Enerji tasarrufu ii ) Hız ve konum kontrolu iii) Geçici olaylarìn etkilerini en aza indirgemek
ω I. Bölge Frenleme M y ω< 0 I. Bölge Motor M y ω> 0 M y III. Bölge Ters Motor M y ω> 0 VI. Bölge Ters Yönde Frenleme M y ω< 0
Hızı ayarlanabilen Orta ve küçük güç uygulamalarında kullanılacak motorlarda, söz konusu olabilecek çalışma kriterleri Uluslararası standartlarda belirtilen koşullara uyumluluk Yük için gerekli olan maksimum gücü ve momenti sürekli olarak sağlayacak kapasitede olması Doğru ve ters yönde çalışabilme Enerji geri kazanımlı (Regenerative) frenleme Hız ve konumda presiszyon(doğruluk) Hız, konum ve yol alma profillerinin programlanabilmesi Hız, moment ve konum gibi çıkış büyüklükleri ile Kontrol birimleri arasında haberleşme sağlayacak arayüzlerin bulunması Moment/Eylemsizlik oranı, ivmelenme ve yavaşlama kapasitesi Dişli kutusu veya doğrudan tahrik imkanı - optimum dişli oranı - Mekanik, elektronik ve istenmeyen durumlara karşı koruma Maksimum akustik gürültü seviyesi Maksimum elektromagnetik radyasyon (EMI) seviyesi Motor ve şebeke tarafında söz konusu olabilecek maksimum harmonik seviyesi Bakım ve yedek parça imkanı ve Çevre etkileri
DOĞRU AKIM MOTORLARININ ALTERNATİF AKIM MOTORLARINA GÖRE ÜSTÜN YANLARI Anma hızlarının altında ve üstünde olmak üzere geniş bir hız aralığında denetim olanaklarının bulunması, Sabit ve değişken moment koşullarında çalışma olanaklarının bulunması, Hızlı bir şekilde ivmelendirillme (hızlandırılma) ve yavaşlatılma, ve ters yönde döndürülme olanaklarının bulunması, Kapalı çevrim denetimi ile duyarlı bir hız ya da konumda çalıştırılma olanaklarının bulunması, Motor çalışma durumundan, generatör çalışma durumuna geçebilme olanağının bulunması, Tüm yukarıda sayılanların A.A.M.'larına göre hem daha kolay, hem de daha ucuz olarak sağlanmasıdır.
DOĞRU AKIM MOTORLARININ ALTERNATİF AKIM MOTORLARINA GÖRE ZAYIF YANLARI Kollektör ve fırça Kollektör ve fırçanın, yüksek hız isteyen uygulamalarda kısıtlamalar getirmesi, dolayısıyla eşdeğer bir asenkron motorun daha yüksek hızlarda çalıştırma imkanının olması Kollektör ve fırça nedeni ile D.A. Makinalarının daha fazla bakım gereksinimi Kollektör lameller arasındaki gerilim düşümü nedeniyle eşdeğer bir asenkron motorun rotor(endüvi) geriliminin daha büyük olması Kapalı çevrim denetimi ile duyarlı bir hız ya da konumda çalıştırılma olanaklarının bulunması, Motor çalışma durumundan, generatör çalışma durumuna geçebilme olanağının bulunması, Geçici olay cevabının komutasyon nedeniyle sınırlı olması, asenkron makinalarda böyle bir sınırlamanın olmaması
DOĞRU AKIM MOTORLARININ ALTERNATİF AKIM MOTORLARINA GÖRE ZAYIF YANLARI Kollektör ve fırça Güç - Hız Verim Güç Faktörü Eylemsizlik Atalet Koruma
Üç Farklı Güçteki DA ve Asenkron Motorun Karşılaştırılması Güç Büyük Orta Küçük Motor Tipi Asenkron DA Asenkron DA Asenkron DA Güç [kw] 6000 6000 75 75 1.5 1.5 Hız[dev/dk] 60 60 1500 1500 1500 1500 Verim [%] 95.1 92 93.5 88 75 83 Eylemsizlik [kgm 2 ] Uzunluk [cm] Genişlik [cm] 30000 60000 0.75 0.673 0.0039 0.0098 1500 1500 86.3 102.2 32.25 41.6 410 473 45 39 17 21 Ağırlık [kg] - - 385 480 23 42.5
Elektrik Makinalarındaki İlerlemeler Malzeme teknolojisi Yarıiletken teknolojisi Kontrol teknolojisi Mikroelektronik Yazılım
SONUÇLAR Miknatıs teknolojisindeki gelişmelere bağlı olarak daimi miknatıslı motorların giderek diğer motorlara göre daha fazla uygulama alanı bulacağı, Küçük güç uygulamalarında, özellikle verimin ve denetimin önemli olduğu alanlarda daimi miknatıslı fırçasız doğru akım ve senkron motorların daha çok uygulama alanı bulacağı Nitelikli performans gerektiren büyük güçlü uygulamalarda vektör kontrollu asenkron motorların klasik doğru akım motorlarının yerini alacağı Güç elektroniği ve kontrol donanım ve yazılımlardaki gelişmelere paralel olarak elektrik makinalarının performanslarının daha iyileştirileceği Sonlu elemanlar gibi Magnetik alan analizi ile ilgili yazılımların giderek daha etkin bir şekilde makina tasarımında kullanılacağı
Yarı iletken güç elektroniği elemanlarının akım, gerilim ve frekans değerlerinin artmaya devam edeceği ve anahtarların tek tek kullanımı yerine modüler olarak kullanımlarının artacağı, böylece boyut ve maliyet açısından küçülmelerin olacağı Elektrik makinalarının denetimi yaygınlaşacak ve önümüzdeki yıllarda pek çok mekanik düzenek yerine elektromekanik sistemlere bırakacağı Adaptif, optimal, öngörülü gibi değişik kontrol yöntemleri kullanılmaya devam edilecek, bulanık mantık uygulamaları ticari olarak daha da artacağı Motor denetiminde analog yöntemler yerine dijital yöntemlerin daha etkin bir şekilde kullanılacağı
Doğru Akım Motorunun Rotoru
Yüksek hızlı senkron motor
Büyük güçlü doğru akım makinası
6 kutuplu senkron motor rotoru
Çıkık kutuplu bir makinada akı dağılımı
190 MVA, 3 faz, 12 kv, 375 d/d Senkron Generatör
Doğru Akım Motoru