Doğru Akım (DC) Makinaları Doğru akım makinaları motor veya jeneratör olarak kullanılabilir. Genellikle DC makinalar motor olarak kullanılır. En büyük avantajları hız ve tork ayarının kolay yapılabilmesidir. Kullanım alanları madenler, değirmenler ve trenler ile sınırlıdır. Metroda genellikle DC motor kullanılır. Yakın geçmişe kadar araçlarda aküyü şarj etmek acıyla DC dinolar kullanılmıştır. Güç elektroniğindeki gelişmeler DC motor ve jeneratörlerin kullanımını sınırlıştır. 1 DOĞRU AKM MAKİNELERİ DC Motor Yapısı DC makinelerin en önemli avantajları: kolay hız ve tork ayarlası yapılabilmesidir. DC motordaki statorun manyetik alan üretmek için DC akımla tahrik edilen kutupları vardır. Rotor, yuvaları olan halka şeklindeki tabakalı demir çekirdeğe sahiptir. Yuvalara birkaç sarıma sahip sargılar yerleştirilir. İki ayak arasındaki mesafe 180 dereceye karşılık gelir. DC Motor Yapısı Alan N S Fırça Rotor Kutuplu Stator 2 1
DOĞRU AKM MAKİNELERİ DC Makine Yapısı Komütatör kavrı Sargılar seri bağlıdır. Sargıların eklem noktaları komütatöre bağlıdır. Komütatör silindire monte edilmiş yalıtılmış bakır parçaları barındırır. Akımın akmasını sağlak için iki adet fırça komütatöre preslenmiştir. Ark oluşumunu önlemek için fırçalar nötr bölgede (manyetik alan sıfıra yakın) yerleştirilir. + sargı _ Yalıtkan Bakır 3 DC Makina DC motor: rotor sargıları 4 2
DC Makina DC motorun kesit görünümü. 5 DOĞRU AKM MAKİNELERİ Çalışma Prensibi DC motor çalışma prensibi Sabit Fırçalar Kutuplar DC manyetik alan oluşturan DC akım tarafından beslenirler. Kutuplar buyunca alan dağılımının aşağı yukarı sinüzoidal olduğu kabul edilir. Rotor sargısı dönerken manyetik akı bu dönüş sırasında değişir. Akı sargı dikey pozisyonda iken maksimum, yatay pozisyonda iken sıfır değerini alır. N Dönen Sargılar S 6 3
DOĞRU AKM MAKİNELERİ Komütasyon Kavrı İletken Nötr bölgeden geçerken akım yönü değişir. İletken Nötr bölgeden geçerken aynı zanda manyetik alanın da yönü değişir. Nötr Bölge B F B F N S N S Manyetik alan 7 DC Jeneratör Eşdeğer Devre Statör sargılarınca (kutup) yaratılan manyetik alan rotor mekanik olarak çevrildiğinde sargılarda gerilim endüklenmesine neden olur. Endüklenen gerilim gerilim kaynağı şeklinde ifade edilir. Stator sargısı seri direnç şeklinde formüle edilir. Kutuplarda ölçülen manyetik akı, DC uyarma akımı nedeniyle oluşur. Alan sargı devresinin direnci ve kaynağı vardır. Fırçalardaki gerilim düşümü pil (batarya) eşdeğer devresi ile belirtilir. 8 4
DC jeneratör eşdeğer devre R f V brush R a Load Φ max V f f E ag ag V dc Mechanical power in Electrical power out Farklı (ayrı) uyarımlı DC jeneratörün eşdeğer devresi 9 DC Jeneratör Eşdeğer Devre Kutuplardaki DC alan akımı manyetik akının oluşumunu sağlar. Oluşan akı miktarı, demir nüve manyetik olarak doyuma ulaşmadığı sürece alan akımına bağlıdır Φ ag = K 1 f 10 5
DC Jeneratör Eşdeğer Devre Jeneratörün yüklendiği durumlarda, yük akımı rotor sargılarının direnci üzerinde gerilim düşümüne neden olur. Buna ek olarak fırçaların üzerinde genelde yaklaşık 1 3 V gerilim düşümü gözlenir. Bu gerilim düşümleri jeneratörün bağlantı uçlarındaki çıkış geriliminin düşmesine neden olur. Kutup çıkış gerilimi: E = V + R + V ag dc ag a brush 11 DC Motor Eşdeğer Devre R f V brush R a Electrical power in V f f Φ max E V dc DC Power supply Mechanical power out Ayrı uyarımlı DC motorun eşdeğer şeması 12 6
DC Motor Eşdeğer Devre Sargı gerilim denklemi: V = E + R + V dc a brush Endüklenen gerilim ve motor hızının açısal frekans ile değişimi: E = K m f ω ω = 2π n m 13 DC Motor Eşdeğer Devre Denklemlerin kombinasyonu sonucunda: K m f ω = E = V dc R m Motorun çıkış gücü ve momenti: out P = E T = K m f out P = ω 14 7
DC Motoru Uyarma Yöntemleri DC motor veya jeneratörün kutuplarına uyarma akımı başlıca 4 yöntemle sağlanır: Ayrı uyarım; Şönt uyarım; Seri bağlantı; Kompound bağlantı 15 DC Motoru Uyarma Yöntemleri Ana sargı yükü Φ f besler. Alan sargısı gerilimi V a değişen DC kaynak V f tarafından beslenir. İyi hız kontrolüne sahiptir. Ayrı uyarımlı DC motorun eşdeğer devresi 16 8
DC Motoru Uyarma Yöntemleri V brush R a E Φ max R f m DC Power supply P out DC şönt motorun eşdeğer devresi f V dc Armatür ve alan sargıları paralel bağlanır. Sabit hız ile çalışır. 17 DC Motoru Uyarma Yöntemleri V brush R a R f m DC Power supply E Φ max P out Seri uyarımlı DC motorun eşdeğer devresi V dc Armatür ve alan sargıları seri bağlanır. Yüksek başlangıç torkuna sahiptir 18 9
DC Motoru Uyarma Yöntemleri V brush R a E R fs m DC Power supply P out Kompound tip DC motorun eşdeğer devresi Φ max R fp fp V dc İki alan sargısına sahiptir. Bunlardan biri seri diğeri ise paralel bağlıdır. Seri sargı yüke bağlı ek tahrik sağlar ve ağır yükte azaltılmış gerilim düşümü gözlenir. 19 10