T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRİK MAKİNALARI LABORATUARI DERSİ DENEY FÖYÜ

T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRİK MAKİNALARI LABORATUARI DERSİ DENEY FÖYÜ KAYSERİ - 2008

1 DENEY-1 Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü DC SERİ JENERATÖR KARAKTERİSTİKLERİNİN İNCELENMESİ Deneyin Amacı: Sabit hızda DC seri jeneratöre ait çıkış akımı ve gerilimi arasındaki ilişkinin gösterilmesi Kullanılan Alet ve Malzemeler: a) FH2-MKIV Test Yatağı b) FH50 DC Kompound Makina c) DC Ampermetre d) DC Voltmetre e) Değişken Direnç f) Bağlantı Kabloları Teorinin Özeti: DC seri jeneratörlerde alan sargıları ile armatür sargıları birbirlerine seri olarak bağlanmıştır. Herhangi bir etki ile rotor döndürülmeye başlandığında armatür sargılarında bir gerilim oluşur. Armatür sargılarında oluşan bu gerilim alan sargılarında bir uyarı akımı oluşturur ve bu da jeneratöre ait alan devresindeki mıknatıslığı artırarak indüklenen gerilimin artmasını sağlar. Ek Bilgiler ve Teorinin Açıklaması: Şekil 1.1 de gösterildiği üzere DC seri jeneratörlerde alan ve armatür sargıları birbirlerine seri bağlıdır. Şekil 1.1 DC Seri Jeneratöre ait Eşdeğer Devre Kirchoff Gerilim Kanuna göre Şekil 1.1 de gösterilen eşdeğer devrede bir çevre yazılacak olursa Eşitlik 1.1 ile gösterilen jeneratöre ait temel ifade elde edilmiş olur. E = V + I R + R ) (1.1) a t a ( a f Eşitlik 1.1 de, E : Armatürde indüklenen gerilimi I V a t a : Armatürde akımını : Yük terminallerine aktarılan gerilim değerini 1

R a R f : Armatür sargılarına ait direnci : Alan sargılarına ait direnci göstermektedir. Seri makinalarda armatür ve alan akımları birbirine eşittir ( I a = I f ). Dolayısı ile kendinden uyartımlı seri jeneratörlere ait yük karakteristikleri magnetizasyon eğrisine benzer bir şekilde oluşmaktadır. Deneyin Yapılışı: Deneye başlamadan önce ve deney esnasında yapılması gerekenler aşağıda sıralanmıştır: FH50 Kompound DC makinaya ait bağlantı plakasını FH2-MKIV test yatağı üzerine yerleştiriniz. Hareket verici motoru ve test jeneratörünü test yatağı üzerine yerleştiriniz ve her iki makinanın 10 yollu fiş bağlantılarını yapınız. Tablo 1.1 de verilen başlangıç ayarlarını yapınız. Ekipman Tablo 1.1 Kullanılacak Teçhizat ve Yapılması Gereken Ayarlar Yapılması Gereken Başlangıç Ayarları FH2-MKIV Test Yatağı Hız Göstergesi 1800 dev/dak DC Kaynak Alan Reosta Armatür Reosta Çalıştır/Sonlandır Düğmesi 110 V 0 Ω Ω Çalıştır Konumunda FH50 DC Kompound Makina Test Makinası DC Jeneratör FH50 DC Kompound Makina Hareket Sağlayıcı DC Motor V2 DC Voltmetre Saha Düğmesi 15 V Konumunda A2 DC Ampermetre Saha Düğmesi 1.5 A Konumunda R1 Rezistif Yük 50 Ω Reosta Ω 2000 Ω Reosta Ω Şekil 1.2 de gösterilen deneye ait devrenin test yatağı üzerinde yapılışını gösteren Şekil 1.3 teki bağlantıları gerçekleştiriniz. Test yatağı üzerindeki yeşil renkli anahtarı 1 konumuna getirerek kontaktörü çalıştırmak için yeşil renkli ON anahtarına basınız. Armatür direncini saat yönünde döndürerek ilk hareketi veriniz. Makinanın hızı 1500 dev/dak olacak şekilde armatür direncini ayarlayınız. Makinanın ısınması için birkaç dakika bekleyiniz. Tablo 2.2 de verilen çıkış akımlarını görecek şekilde 50 Ω luk direnci sıfıra doğru yavaş yavaş azaltınız ve gördüğünüz değişiklikleri Tablo 2.2 ye kaydediniz. Çıkış akımına karşılık çıkış voltajı ve gücünün grafiklerini çizerek sonuçları yorumlayınız. 2

NOT: Deney sırasında Motor hızı 1500 dev/dak da sabit tutulmak durumundadır. Bunun sağlanabilmesi için armatür ve alan reosta dirençlerinin her ikisinin de ayarlanması gerekebilir. Deney sırasında R1 direnci sadece tek bir yönde hareket ettirilmelidir. Aksi takdirde tüm işlemler tekrar edilmelidir. Şekil 1.2 Yapılacak Deneye ait Eşdeğer Devre Şekil 1.3 Yapılması Gereken Bağlantılar 3

Tablo 1.2 Deney Sonunda Elde Edilen Sonuçlar Çıkış Akımı (ma) Çıkış Gerilimi (V) Çıkış Gücü (W) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 Çıkış Gerilimi (V) 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Çıkış Akımı (ma) 4

10 9 8 7 Çıkış Gücü (W) 6 5 4 3 2 1 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Çıkış Akımı (ma) 5

2 DENEY-2 Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü KENDİNDEN UYARTIMLI DC ŞÖNT JENERATÖR KARAKTERİSTİKLERİNİN İNCELENMESİ Deneyin Amacı: Sabit hızda kendinden uyartımlı DC şönt jeneratöre ait çıkış akımı ve gerilimi arasındaki ilişkinin gösterilmesi Kullanılan Alet ve Malzemeler: a) FH2-MKIV Test Yatağı b) FH50 DC Kompound Makina c) DC Ampermetre d) DC Voltmetre e) Değişken Direnç f) Bağlantı Kabloları Teorinin Özeti: DC şönt jeneratörlerde alan sargıları ile armatür sargıları birbirlerine paralel olarak bağlanmıştır. Kendinden uyartımlı şönt jeneratörlerde armatür gerilimi aynı zamanda alan akımını da sağlamaktadır. Ek Bilgiler ve Teorinin Açıklaması: Şekil 2.1 de gösterildiği üzere DC şönt jeneratörlerde alan ve armatür sargıları birbirlerine paralel bağlıdır. Şekil 2.1 DC Şönt Jeneratöre ait Eşdeğer Devre Kirchoff Gerilim Kanuna göre Şekil 2.1 de gösterilen eşdeğer devrede bir çevre yazılacak olursa Eşitlik 2.1 ile gösterilen jeneratöre ait temel ifade elde edilmiş olur. E = V + I R (2.1) a t a a DC şönt jeneratörde armatür akımı, alan ve yük (çıkış) akımlarını sağlayan ana akımdır ve bu iki akımın toplamı Eşitlik 2.2 de verildiği üzere armatür akımını verir. I = I + I (2.2) a f L 6

Şekil 2.1 den açıkça görüleceği üzere kendinden uyartımlı DC şönt jeneratörde alan akımı Eşitlik 2.3 te verildiği gibi ifade edilebilir. V t I f = (2.3) R f Eşitlik 2.1 ve 2.3 ten de görülebileceği üzere DC şönt jeneratörde armatür sargıları üzerindeki gerilim düşümünün ( I R a a ) artması terminal geriliminin düşmesine neden olacağı gibi aynı zamanda bu olay azalan alan akımı nedeniyle jeneratörde indüklenen gerilimin de düşmesi manasına gelecektir. Bununla birlikte yük akımının yük direncinin azaltılması suretiyle artırılması esnasında geri dönüş noktası olarak tabir edilen bir seviyeye gelindiğinde, armatürde indüklenen gerilimin azalması yük akımı üzerinde direncin düşüşüne göre daha etkili olacak ve bu andan itibaren yük akımı düşmeye başlayacaktır. Dolayısı ile DC şönt jeneratöre ait çıkış akımına karşılık çıkış geriliminin değişimi Şekil 2.2 de gösterildiği gibi olmaktadır. Şekil 2.2 DC Şönt Jeneratörde Çıkış Akımına Karşılık Çıkış Geriliminin Değişimi. Deneyin Yapılışı: Deneye başlamadan önce ve deney esnasında yapılması gerekenler aşağıda sıralanmıştır: FH50 Kompound DC makinaya ait bağlantı plakasını FH2-MKIV test yatağı üzerine yerleştiriniz. Hareket verici motoru ve test jeneratörünü test yatağı üzerine yerleştiriniz ve her iki makinanın 10 yollu fiş bağlantılarını yapınız. Tablo 2.1 de verilen başlangıç ayarlarını yapınız. 7

Tablo 2.1 Kullanılacak Teçhizat ve Yapılması Gereken Ayarlar Ekipman Yapılması Gereken Başlangıç Ayarları FH2-MKIV Test Yatağı Hız Göstergesi 1800 dev/dak DC Kaynak 110 V Alan Reosta 0 Ω Armatür Reosta Ω Çalıştır/Sonlandır Düğmesi Çalıştır Konumunda FH50 DC Kompound Makina Test Makinası DC Jeneratör FH50 DC Kompound Makina Hareket Sağlayıcı DC Motor V2 DC Voltmetre Saha Düğmesi 150 V Konumunda A2 DC Ampermetre (1) Saha Düğmesi 250 ma Konumunda A2 DC Ampermetre (2) Saha Düğmesi 1.5 A Konumunda R1 Rezistif Yük 50 Ω Reosta 0 Ω 2000 Ω Reosta Ω Şekil 2.3 te gösterilen deneye ait devrenin test yatağı üzerinde yapılışını gösteren Şekil 2.4 teki bağlantıları gerçekleştiriniz. Test yatağı üzerindeki yeşil renkli anahtarı 1 konumuna getirerek kontaktörü çalıştırmak için yeşil renkli ON anahtarına basınız. Armatür direncini saat yönünde döndürerek ilk hareketi veriniz. Makinanın hızı 1500 dev/dak olacak şekilde armatür direncini ayarlayınız. Makinanın ısınması için birkaç dakika bekleyiniz. Tablo 2.2 de verilen çıkış akımlarını görecek şekilde R1 direncini sıfıra doğru yavaş yavaş azaltınız ve gördüğünüz değişiklikleri Tablo 2.2 ye kaydediniz. Çıkış akımına karşılık alan akımı ve çıkış gerilimine ait grafikleri çizerek sonuçları yorumlayınız. NOT: Deney sırasında Motor hızı 1500 dev/dak da sabit tutulmak durumundadır. Bunun sağlanabilmesi için armatür ve alan reosta dirençlerinin her ikisinin de ayarlanması gerekebilir. Deney sırasında R1 direnci sadece tek bir yönde hareket ettirilmelidir. Aksi takdirde tüm işlemler tekrar edilmelidir. 8

Şekil 2.3 Yapılacak Deneye ait Eşdeğer Devre Şekil 2.4 Yapılması Gereken Bağlantılar 9

Tablo 2.2 Deney Sonunda Elde Edilen Sonuçlar Çıkış Akımı (ma) Alan Akımı (ma) Çıkış Gerilimi (V) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 200 180 160 140 Alan Akımı (A) 120 100 80 60 40 20 0 0 100 200 300 400 Çıkış Akımı (ma) 10

100 90 80 70 Çıkış Gerilimi (V) 60 50 40 30 20 10 0 0 100 200 300 400 Çıkış Akımı (ma) 11

3 DENEY-3 KENDİNDEN UYARTIMLI DC ŞÖNT JENERATÖRÜN VERİMİNİN İNCELENMESİ Deneyin Amacı: Kendinden uyartımlı DC şönt jeneratöre ait çıkış akımı ve verim arasındaki ilişkinin gösterilmesi Kullanılan Alet ve Malzemeler: a) FH2-MKIV Test Yatağı b) FH50 DC Kompound Makina c) DC Ampermetre d) DC Voltmetre e) Değişken Direnç f) Bağlantı Kabloları Teorinin Özeti: DC jeneratörlerde çıkış geriliminin büyüklüğü rotorun devir sayısına ve alan akımının değerine bağlıdır. Devir sayısı ve alan akımının değeri artığında armatür sargılarında indüklenen gerilimin değeri de artacaktır. Ek Bilgiler ve Teorinin Açıklaması: Bir makinaya ait şaft gücü hesaplanırken makinanın o andaki açısal hız değeri ile sahip olduğu tork değerinin çarpılması yeterlidir. Dolayısı ile şaft gücü için Eşitlik 3.1 deki ifade yazılabilir. Pşaft = wmt (3.1) Eşitlik 3.1 de w m makinanın açısal olarak hız değerini göstermekte olup Eşitlik 3.2 de gösterildiği gibi hesaplanabilir. 2π w m = n m (3.2) 60 Eşitlik 3.2 de n m makinanın dev/dak cinsinden hız değerini ifade etmektedir. Jeneratörler için çıkış gücü, Eşitlik 3.3 te verildiği üzere çıkış gerilimi ve çıkış akımının çarpımına eşit olacaktır. P = V I (3.3) Çikiş Çikiş Çikiş Verim değeri, Eşitlik 3.4 te verildiği üzere çıkış gücünün giriş gücüne oranıdır ve jeneratörler için giriş gücü şaft gücü olarak alınabilir. PÇikiş PÇikiş % η = 100 = 100 (3.4) P P Giriş Şaft 12

Deneyin Yapılışı: Deneye başlamadan önce ve deney esnasında yapılması gerekenler aşağıda sıralanmıştır: FH50 Kompound DC makinaya ait bağlantı plakasını FH2-MKIV test yatağı üzerine yerleştiriniz. Hareket verici motoru ve test jeneratörünü test yatağı üzerine yerleştiriniz ve her iki makinanın 10 yollu fiş bağlantılarını yapınız. Tablo 3.1 de verilen başlangıç ayarlarını yapınız. Ekipman Tablo 3.1 Kullanılacak Teçhizat ve Yapılması Gereken Ayarlar Yapılması Gereken Başlangıç Ayarları FH2-MKIV Test Yatağı Hız Göstergesi 1800 dev/dak DC Kaynak Alan Reosta Armatür Reosta Çalıştır/Sonlandır Düğmesi 110 V 0 Ω Ω Çalıştır Konumunda FH50 DC Kompound Makina Test Makinası DC Jeneratör FH50 DC Kompound Makina Hareket Sağlayıcı DC Motor V2 DC Voltmetre Saha Düğmesi 150 V Konumunda A2 DC Ampermetre (1) Saha Düğmesi 250 ma Konumunda A2 DC Ampermetre (2) Saha Düğmesi 1.5 A Konumunda R1 Rezistif Yük 50 Ω Reosta 0 Ω 2000 Ω Reosta Ω Şekil 3.1 de gösterilen deneye ait devrenin test yatağı üzerinde yapılışını gösteren Şekil 3.2 teki bağlantıları gerçekleştiriniz. Test yatağı üzerindeki yeşil renkli anahtarı 1 konumuna getirerek kontaktörü çalıştırmak için yeşil renkli ON anahtarına basınız. Armatür direncini saat yönünde döndürerek ilk hareketi veriniz. Makinanın hızı 1500 dev/dak olacak şekilde armatür direncini ayarlayınız. Makinanın ısınması için birkaç dakika bekleyiniz. Tablo 3.2 de verilen çıkış akımlarını görecek şekilde R1 direncini sıfıra doğru yavaş yavaş azaltınız ve gördüğünüz değişiklikleri Tablo 3.2 ye kaydediniz. Tablo 3.2 de cebirsel olarak hesaplanması gereken değerleri hesaplayarak çıkış akımına karşılık çıkış gücü ve verim grafiklerini çizerek sonuçları yorumlayınız. NOT: Deney sırasında R1 direnci sadece tek bir yönde hareket ettirilmelidir. Aksi takdirde tüm işlemler tekrar edilmelidir. 13

Şekil 3.1 Yapılacak Deneye ait Eşdeğer Devre Şekil 3.2 Yapılması Gereken Bağlantılar 14

Tablo 3.2 Deney Sonunda Elde Edilen Sonuçlar I Çikis (ma) V Çikis (V ) n m ( d / d) E a (V ) I a (ma) P Çikiş (W ) P Giriş (W ) (Nm) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 T %η 20 18 16 14 Çıkış Gücü (W) 12 10 8 6 4 2 0 0 100 200 300 400 Çıkış Akımı (ma) 15

80 70 60 50 % Verim 40 30 20 10 0 0 100 200 300 400 Çıkış Akımı (ma) 16

4 DENEY-4 Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü DC SERİ MOTOR KARAKTERİSTİKLERİNİN İNCELENMESİ Deneyin Amacı: DC seri motorlara ait çıkış gücü, tork, hız ve verim arasındaki ilişkinin incelenmesi Kullanılan Alet ve Malzemeler: a) FH2-MKIV Test Yatağı b) FH50 DC Kompound Makina c) DC Ampermetre d) DC Voltmetre e) Bağlantı Kabloları Teorinin Özeti: DC seri jeneratörlerde söz edildiği üzere seri motorlarda alan sargıları ile armatür sargıları birbirlerine seri olarak bağlanmıştır. Alan sargıları ile armatür sargıları birbirine seri bağlı olduğundan armatür ve alan akımları birbirlerine eşittir. Seri motorların yol alma momentleri yüksek olup yüksüz konumda hızları giderek artmaktadır. Yüklenme anında alan akımının değeri yükselmekte ve buna bağlı olarak motorun sağladığı tork değeri artmaktadır. Bu durumda artan tork ile birlikte motorun hızı ise azalmaktadır. Ek Bilgiler ve Teorinin Açıklaması: Şekil 4.1 de gösterildiği üzere DC seri motorlarda alan ve armatür sargıları birbirlerine seri bağlıdır. Şekil 4.1 DC Seri Motora ait Eşdeğer Devre Kirchoff Gerilim Kanuna göre Şekil 4.1 de gösterilen eşdeğer devrede bir çevre yazılacak olursa Eşitlik 4.1 ile gösterilen motora ait temel ifade elde edilmiş olur. V = E + I ( R + R + Rae ) (4.1) t a a a f Eşitlik 4.1 de R ae motorda kullanılan yol verme direncini göstermektedir. DC seri makinalar için E, Eşitlik 4.2 de gösterildiği gibi ifade edilebilir: a 17

E = K I w (4.2) a sr a m Bununla birlikte tork için de Eşitlik 4.3 te verilen ifade yazılabilir. T = K I 2 (4.3) sr a Eşitlik 4.2 ve 3 te yer alan K sr, motora ait yapım özellikleri ile ilgili bir sabittir. Eşitlik 4.1, 2 ve 3 kullanılarak motora ait tork ve hız arasındaki ilişki Eşitlik 4.4 te verildiği gibi elde edilebilir. w V ( R + R + R ) t ae a f m = (4.4) K K sr T sr DC seri motor için tork-hız ve akım- tork grafikleri sırasıyla Şekil 4.2 ve 3 te gösterilmiştir. Şekil 4.2 DC Seri Motorda Tork-Hız Karakteristiği Şekil 4.3 DC Seri Motorda Akim-Tork Karakteristiği 18

Deneyin Yapılışı: Deneye başlamadan önce ve deney esnasında yapılması gerekenler aşağıda sıralanmıştır: FH50 Kompound DC makinaya ait bağlantı plakasını FH2-MKIV test yatağı üzerine yerleştiriniz. Test işlemi yapılacak DC motora ait 10 yollu fiş bağlantılarını yapınız. Tablo 4.1 de verilen başlangıç ayarlarını yapınız. Şekil 4.4 te gösterilen deneye ait devrenin test yatağı üzerinde yapılışını gösteren Şekil 4.5 teki bağlantıları gerçekleştiriniz. Test yatağı üzerindeki yeşil renkli anahtarı 1 konumuna getirerek kontaktörü çalıştırmak için yeşil renkli ON anahtarına basınız. Armatür direncini saat yönünde döndürerek ilk hareketi veriniz. Motorun hızını 2200 dev/dak olacak şekilde armatür direncini ayarlayınız. Makinanın ısınması için birkaç dakika bekleyiniz. Tablo 4.2 de verilen tork değerlerini görecek şekilde tork kontrol düğmesini saat yönünde çeviriniz. (*) Tablo 4.2 de verilen akım değerlerini görecek şekilde tork kontrol düğmesini saat yönünde çeviriniz. (*) NOT: (*) Deneyin gerçekleştirilmesinde kullanılabilecek iki farklı yöntem olup buna yönelik olarak iki farklı tablo oluşturulmuştur. Buna göre ölçülen sonuçları deneyin yapılış şekline göre uygun tabloya kaydediniz. Motora ait armatür direnci 22Ω değerindedir. Tablo 4.1 Kullanılacak Teçhizat ve Yapılması Gereken Ayarlar Ekipman Yapılması Gereken Başlangıç Ayarları FH2-MKIV Test Yatağı Hız Göstergesi 3600 dev/dak DC Kaynak 110 V Armatür Reosta Ω Çalıştır/Sonlandır Düğmesi Çalıştır Konumunda FH50 DC Kompound Makina Test Makinası DC Motor V2 DC Voltmetre Saha Düğmesi 150 V Konumunda A2 DC Ampermetre Saha Düğmesi 1.5 A Konumunda 19

Şekil 4.4 Yapılacak Deneye ait Eşdeğer Devre Şekil 4.5 Yapılması Gereken Bağlantılar 20

Tablo 4.2.a Deney Sonunda Elde Edilen Sonuçlar T %η I a (ma) Geri lim ( V ) n m ( d / d) E a (V ) P Çikiş (W ) P Giriş (W ) (Nm) 500 525 550 575 600 625 650 675 700 725 750 775 800 825 850 875 900 925 950 975 1000 Tablo 4.2.b Deney Sonunda Elde Edilen Sonuçlar T (Nm) Geri lim ( V ) n m ( d / d) I a (ma) E a (V ) P Çikiş (W ) (W ) 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 P Giriş %η 21

3000 2750 2500 2250 2000 Hız (dev/dak) 1750 1500 1250 1000 750 500 250 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Tork (Nm) 1 0,9 0,8 0,7 Tork (Nm) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1.000 Armatür Akımı (ma) 22

100 90 80 70 % Verim 60 50 40 30 20 10 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Tork (Nm) 23

5 DENEY-5 Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü DC ŞÖNT MOTORA KARAKTERİSTİKLERİN İNCELENMESİ Deneyin Amacı: DC şönt motorlara ait çıkış gücü, tork, hız ve verim arasındaki ilişkinin incelenmesi Kullanılan Alet ve Malzemeler: a) FH2-MKIV Test Yatağı b) FH50 DC Kompound Makina c) DC Ampermetre d) DC Voltmetre e) Bağlantı Kabloları Teorinin Özeti: DC şönt jeneratörlerde söz edildiği üzere DC şönt motorlarda alan sargıları ile armatür sargıları birbirlerine paralel olarak bağlanmıştır. Bu motorlar yüksüz durumda kendi başlarına hızlarını yükseltmezler ve yük altında da çok az hız yitirirler. Bu motorlarda yol verme ve hız kontrolü alan sargılarına bağlı değişken kontrol direnci vasıtasıyla gerçekleştirilir. Ek Bilgiler ve Teorinin Açıklaması: Şekil 5.1 de gösterildiği üzere DC şönt motorlarda alan ve armatür sargıları birbirlerine paralel bağlıdır. Şekil 5.1 DC Şönt Motora ait Eşdeğer Devre Kirchoff Gerilim Kanuna göre Şekil 2.1 de gösterilen eşdeğer devrede bir çevre yazılacak olursa Eşitlik 5.1 ile gösterilen motora ait temel ifade elde edilmiş olur. V = E + I R (5.1) t a a a 24

DC şönt motorda terminal (giriş) akımı, armatür ve alan akımlarını sağlayan ana akımdır ve bu iki akımın toplamı Eşitlik 2.2 de verildiği üzere terminal akımını verir. I = I + I (5.2) t f a Şekil 5.1 den açıkça görüleceği üzere kendinden uyartımlı DC şönt motorda alan akımı Eşitlik 5.3 te verildiği gibi ifade edilebilir. V t I f = (5.3) R f Eşitlik 5.3 te verilen toplam alan devresi direnci R f, Eşitlik 5.4 te verildiği üzere alan sargısı direnci ve kontrol direncinin toplamından oluşmaktadır. R f = R fw + R fc (5.4) DC şönt makinalar için E a, Eşitlik 5.5 te gösterildiği gibi ifade edilebilir: E a = K φw (5.5) a m Bununla birlikte tork için de Eşitlik 5.6 da verilen ifade yazılabilir. T = K a φi a (5.6) Eşitlik 5.5 ve 6 da yer alan K a, motora ait yapım özellikleri ile ilgili bir sabittir. Deneyin Yapılışı: Deneye başlamadan önce ve deney esnasında yapılması gerekenler aşağıda sıralanmıştır: FH50 Kompound DC makinaya ait bağlantı plakasını FH2-MKIV test yatağı üzerine yerleştiriniz. Test işlemi yapılacak DC motora ait 10 yollu fiş bağlantılarını yapınız. Tablo 5.1 de verilen başlangıç ayarlarını yapınız. Şekil 5.2 de gösterilen deneye ait devrenin test yatağı üzerinde yapılışını gösteren Şekil 5.3 teki bağlantıları gerçekleştiriniz. Test yatağı üzerindeki yeşil renkli anahtarı 1 konumuna getirerek kontaktörü çalıştırmak için yeşil renkli ON anahtarına basınız. Armatür direncini saat yönünde döndürerek ilk hareketi veriniz. Motorun hızını 1500 dev/dak olacak şekilde armatür direncini ayarlayınız. Makinanın ısınması için birkaç dakika bekleyiniz. Tablo 5.2 de verilen tork değerlerini görecek şekilde tork kontrol düğmesini saat yönünde çeviriniz. (*) Tablo 5.2 de verilen akım değerlerini görecek şekilde tork kontrol düğmesini saat yönünde çeviriniz. (*) 25

NOT: (*) Deneyin gerçekleştirilmesinde kullanılabilecek iki farklı yöntem olup buna yönelik olarak iki farklı tablo oluşturulmuştur. Buna göre ölçülen sonuçlar deneyin yapılışına göre uygun tabloya kaydediniz. Motora ait armatür direnci 22Ω değerindedir. Tablo 5.1 Kullanılacak Teçhizat ve Yapılması Gereken Ayarlar Ekipman Yapılması Gereken Başlangıç Ayarları FH2-MKIV Test Yatağı Hız Göstergesi 3600 dev/dak DC Kaynak 110 V Armatür Reosta Ω Çalıştır/Sonlandır Düğmesi Çalıştır Konumunda FH50 DC Kompound Makina Test Makinası DC Motor V2 DC Voltmetre Saha Düğmesi 150 V Konumunda A2 DC Ampermetre (1) Saha Düğmesi 1.5 A Konumunda A2 DC Ampermetre (2) Saha Düğmesi 3 A Konumunda Şekil 5.2 Yapılacak Deneye ait Eşdeğer Devre 26

Şekil 5.3 Yapılması Gereken Bağlantılar Tablo 5.2.a Deney Sonunda Elde Edilen Sonuçlar I a (ma) I f (ma) n m ( d / d) E a (V ) P Çikiş (W ) P Giriş (W ) (Nm) 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 T %η 27

Tablo 5.2.b Deney Sonunda Elde Edilen Sonuçlar T (Nm) I f (ma) I a (ma) n m ( d / d) E a (V ) P Çikiş (W ) (W ) 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 P Giriş %η 3000 2750 2500 2250 2000 Hız (dev/dak) 1750 1500 1250 1000 750 500 250 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Tork (Nm) 28

1 0,9 0,8 0,7 Tork (Nm) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1.000 Armatür Akımı (ma) 100 90 80 70 % Verim 60 50 40 30 20 10 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Tork (Nm) 29

6 DENEY-6 Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü DC ŞÖNT MOTORDA ALAN AKIMI İLE HIZ ARASINDAKİ İLİŞKİNİN İNCELENMESİ Deneyin Amacı: Sabit armatür voltajı altında DC şönt motora ait alan akımı ve hız arasındaki ilişkinin incelenmesi Kullanılan Alet ve Malzemeler: a) NE7010 Test Yatağı b) DC Kompound Makina c) Bağlantı Kabloları Teorinin Özeti: DC şönt motorda alan akımı ile hız ters orantılı bir şekilde değişmektedir. Dolayısı ile alan akımı azaltıldığında motor hızı artarken alan akımı artırıldığında ise motor hızı azalacaktır. Ek Bilgiler ve Teorinin Açıklaması: Şekil 6.1 de gösterildiği üzere DC şönt motorda eğer terminal gerilimi sabit tutulursa gerilimi de yaklaşık olarak terminal gerilimine eşit olacak ve sabit değerde kalacaktır. E a Şekil 6.1 DC Şönt Motora ait Eşdeğer Devre Dolayısıyla Eşitlik 6.1 de verildiği üzere armatür gerilimi sabit ve K a da motora ait bir sabit olduğundan akının değişimiyle ters orantılı olarak motor hızının da değişmesi gerekir. Akı değeri alan akımıyla bağlantılı olduğu için de alan akımının değişimiyle ters olarak motor hızı da değişecektir. E a = K φw (6.1) a m 30

Deneyin Yapılışı: Deneye başlamadan önce ve deney esnasında yapılması gerekenler aşağıda sıralanmıştır: Kompound DC makinayı NE7010 test yatağı üzerine yerleştiriniz. Test yatağı üzerinde yer alan kaynak reset düğmesine basarak test yatağına enerji gelmesini sağlayınız. Şekil 6.2 de gösterilen deneye ait devrenin test yatağı üzerinde yapılışını gösteren Şekil 6.3 teki bağlantıları gerçekleştiriniz. Terminal gerilimini DC 220 V olarak ayarlayınız. Maksimum uyarı akımını sağlamak için alan kontrol direncini % 0 değerine getiriniz. DC starteri saat yönünde tam olarak çevirerek motorun yol almasını sağlayınız. Alan kontrol direncinin değerini artırarak hızın 1800 dev/dak olmasını sağlayınız. Eğer motor hızı 1900 dev/dak değerlerine ulaşıp hızlanma eğilimi sergiliyorsa alan kontrol direncinin değerini azaltarak motor hızını 1800 dev/dak seviyelerine çekiniz. Alan kontrol direncini saat yönünde çevirerek direnç değerinin artırınız ve ölçtüğünüz alan akımı ve motor hızı değerlerini Tablo 6.1 e not alınız. Alan kontrol direncini saat yönünün tersine çevirerek direnç değerinin azaltınız ve ölçtüğünüz alan akımı ve motor hızı değerlerini Tablo 6.1e not alınız. Elde ettiğiniz değerleri grafiksel olarak çizerek yorumlayınız. NOT: Deney esnasında terminal geriliminin sabit olduğundan emin olun. Şekil 6.2 Yapılacak Deneye ait Eşdeğer Devre 31

Şekil 6.3 Yapılması Gereken Bağlantılar Tablo 6.1 Deney Sonunda Elde Edilen Sonuçlar Sıra Artan Direnç Azalan Direnç 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 I f (ma) n m ( dev / dak) I f (ma) ( dev / dak) n m 32

1.000 Artan Alan Kontrol Direnci 900 800 700 Alan Akımı (ma) 600 500 400 300 200 100 0 0 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 Motor Hızı (dev/dak) 1.000 Azalan Alan Kontrol Direnci 900 800 700 Alan Akımı (ma) 600 500 400 300 200 100 0 0 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 Motor Hızı (dev/dak) 33

7 DENEY-7 SİNCAP KAFES TİPİ İNDÜKSİYON MOTORLARIN KARAKTERİSTİKLERİNİN İNCELENMESİ Deneyin Amacı: Üç fazlı sincap kafes tipi asenkron (indüksiyon) motorlarda yüklenme karakteristiklerinin incelenmesi Kullanılan Alet ve Malzemeler: a) NE7010 Test Yatağı b) Sincap Kafes Tipi İndüksiyon Motor c) Bağlantı Kabloları Teorinin Özeti: İndüksiyon motorların temel çalışma prensibi, stator sargıları tarafından oluşturulan döner magnetik alanın rotor sargılarında emk indüklemesine dayanmaktadır. Bu indüklenen emk rotor sargılarından bir akım akmasına ve bu da ikinci bir alanın oluşmasını sağlamaktadır. Rotor ve stator tarafından oluşturulan bu iki alanın birbiri ile etkileşimi sonunda rotor dönmektdir. Ek Bilgiler ve Teorinin Açıklaması: Asenkron motorlarda stator sargıları 120 lik aralıklarla kutuplara yerleştirilmiştir. Her bir kutup ayrı ayrı enerjilendirildiklerinde akılar arasında da 120 lik fark oluşmaktadır. Sargılar üç faz AC kaynak tarafından enerjilendirildiğinden akılar, sinüsoidal ve 120 aralıklı olarak oluşmaktadır. Sonuçta elde edilen akı bu üç sargının oluşturmuş olduğu akıların toplamından oluşmaktadır. Bu durum Şekil 7.1 de gösterilmiştir. Şekil 7.1 Asenkrom Motorda Akı Oluşumu 34

Şekil 7.2 dikkate alınarak sırasıyla 0, 30 de anlık akı değerleri incelenecek olursa; 0 için Şekil 7.3 göz önüne alınacak olunursa; Şekil 7.2 Asenkron Motorda Akı Dağılımı mavi akı değerinin Şekil 7.3 0 için Fazlarda Oluşan Akı Değerleri Mφ 866 = 0. φm, sarı akı değerinin Sφ 0. 866φ m = ve kırmızı akı değerinin Kφ = 0 olduğu görülür. Vektörel toplam yapıldığında toplam anlık akı değeri 1.5φ m olarak bulunur. 30 için Şekil 7.4 göz önüne alınacak olunursa; Şekil 7.4 30 için Fazlarda Oluşan Akı Değerleri 35

Mφ = 0. 5φ m, sarı akı değerinin Sφ = φm ve kırmızı akı değerinin Kφ = 0. 5φ m olduğu görülür. Vektörel toplam yapıldığında toplam anlık akı değeri 1.5φ m olarak bulunur. Benzer şekilde diğer konumlar için de işlemler gerçekleştirilecek olursa anlık toplam akı değerinin hava aralığında aynı değerde ve kaynak frekansı ile aynı frekansta döndüğü görülebilir. Dolayısıyla ilgili frekansa ilişkin hız değeri senkron hız olarak isimlendirilir ve Eşitlik 7.1 ile verilir. Eşitlik 7.1 de 120 f n s = (7.1) p f p : Frekansı : Kutup sayısını göstermektedir. Motorun hız değeri ise senkron hızdan biraz daha düşüktür. Bu fark s kayma faktörü ile ifade edilir ve Eşitlik 7.2 ile verilir. s n n s m = (7.2) ns Motor hızı da Eşitlik 7.3 ile verilebilir. n = ( 1 s) (7.3) m n s Asenkron motor için çıkış gücü DC motorlarda da sözü edildiği gibi Eşitlik 7.4 te verildiği gibidir. Pm = wmt (7.4) Faz akım ve gerilimleri dikkate alınarak motorun giriş gücü ise Eşitlik 7.5 te verildiği gibidir. P Giriş = 3VICosφ (7.5) Deneyin Yapılışı: Deneye başlamadan önce ve deney esnasında yapılması gerekenler aşağıda sıralanmıştır: AC motoru NE7010 test yatağı üzerine yerleştiriniz. Test yatağı üzerinde yer alan kaynak reset düğmesine basarak test yatağına enerji gelmesini sağlayınız. Şekil 7.5 ve 6 da gösterilen bağlantıları gerçekleştiriniz. DC jeneratörü besleme sağlamadan asenkron motorun beslemesini vererek ölçtüğünüz tork, hız, akım, gerilim ve güç değerlerini Tablo 7.1 e kaydediniz. DC jeneratöre ait yüklenme reostasının değerini artırarak jeneratörün yüksüz durumundan %25 yüklenme durumuna kadar ölçülen değerleri tekrar Tablo 7.1 e kaydediniz. 36

Hesaplanması gereken değerleri hesaplayarak Tablo 7.1 e kaydediniz ve elde ettiğiniz sonuçları grafiklerini çizerek yorumlayınız. Şekil 7.5 Asenkron Motor için Yapılması Gereken Bağlantılar Şekil 7.6 DC Jeneratör içinyapılması Gereken Bağlantılar 37

Tablo 7.1 Deney Sonunda Elde Edilen Sonuçlar T (Nm) n m ( d / d) I (A) V (V ) P Çikiş (W ) (W ) P Giriş s %η PF 4 3.5 3 2.5 Tork (Nm) 2 1.5 1 0.5 0 0 100 300 500 700 900 1. 100 1. 300 1. 500 Motor Hızı (dev/dak) 38

100 90 80 70 60 % Verim 50 40 30 20 10 0 0 100 300 500 700 900 1. 100 1. 300 1. 500 Motor Hızı (dev/dak) 100 90 80 70 60 % Verim 50 40 30 20 10 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Güç Faktörü 39

8 DENEY-8 ADIM MOTORLARININ KARAKTERİSTİKLERİNİN İNCELENMESİ Deneyin Amacı: Hibrit yapıdaki bipolar adım motorunun tam ve yarım adım çalışma modunda tork-hız karakteristiklerinin incelenmesi Kullanılan Alet ve Malzemeler: a) FH2-MKIV Test Yatağı b) SMS2 Adım Motoru Sürücü Sistemi c) Bipolar Adım Motoru d) Bağlantı Kabloları Teorinin Özeti: Adım motorları, elektrik darbelerini ayrık açısal adımlar halinde mekanik enerjiye çeviren elektromekanik cihazlardır. Adım motorları AC ve DC motorlardan farklı olarak bir kontrol devresine gereksinim duyarlar ve doğrudan gerilim uygulanarak çalıştırılmazlar. Ek Bilgiler ve Teorinin Açıklaması: Adım motorları yapı olarak stator ve rotor kutuplarının enerjilendirme esnasında istenilen bir açısal hareket sağlayacak şekilde yerleştirilmesi ile elde edilmiş olan motorlardır. Genel olarak adım motorlarını yapısal açıdan üç gruba ayırabilmek mümkündür: Değişken Relüktanslı Adım Motorları Daimi Mıknatıslı Adım Motorları Hibrit Adım Motorları Bu motorlar içerisinde en yaygın olarak kullanılanı, Hibrit adım motorlarıdır. Kısaca ilgili adım motorlarına değinilecek olunursa: Değişken Relüktanslı Adım Motorları: Değişken relüktanslı adım motorlarının çalışma prensibi, rotor ve stator kutupları arasında kalan hava aralığındaki relüktans değişimine dayanmaktadır. Statora ait sargılar dc olarak enerjilendirildiğinde stator tarafından magnetik bir alan oluşturulur ve magnetik akının maksimum olduğu olduğu konuma doğru rotor çekilir ki rotor ve stator kutupları karşılıklı pozisyona geldiklerinde relüktans değeri minimum olacaktır. Enerjilenen stator sargısı değiştirildiğinde rotor yeni konuma doğru çekilir ve bu şekildeki sürekli değişen stator enerjilendirme prensibi ile daimi bir açısal hareket elde edilmiş olur. Bu motorlarda rotor ve stator, çekirdek kayıplarını azaltabilmek amacıyla şekillendirilmiş saç plakalarından oluşturulmuştur. Şekil 8.1 de gösterildiği üzere stator sargılarından pozitif bir DC akım geçirildiğinde B stator kutbu kuzey kutbu olurken B güney kutbu olur ve magnetik alan Şekil 8.1 de gösterildiği gibi oluşur. 40

Şekil 8.1 İki Fazlı Stator A ve B sarımları aynı anda eş zamanlı olarak enerjilendirildiklerinde ise Şekil 8.2 de iki ayrı magnetik alan oluşur ve motora ait magnetik alan bu iki ayrık alanın birleşiminden meydana gelir. Şekil 8.2 İki Fazlı Statorun İki Fazının Aynı Anda Enerjilendirilmesi Bu motorlarda üretilen tork relüktans prensibine dayanmakta olup iki fazlı bir motor için tam adım çalışmada 90 lik bir rotor hareketi sağlanırken yarım adım çalışmada açısal hassasiyet artmakta ve 45 lik bir hareket sağlanmaktadır. Tam ve yarım adım çalışma için sargıların besleme durumu Tablo 8.1 de gösterilmiştir. 41

Tablo 8.1 İki Fazlı Adım Motorda Enerjilendirme Sırası Tam Adım Çalışma (90 ) Yarım Adım Çalışma (45 ) Adım Saat Yönü Saat Yönü Tersi Saat Yönü Saat Yönü Tersi Adım 1 Adım 2 Adım 3 Adım 4 Adım 5 Adım 6 Adım 7 Adım 8 A A B A B A B A B A B B A A B A B B A B A B A B (T) A B (T) A B (T) A B A A B A B A B (T) B B A B A A B (T) A B (T) A B A B A B (T) A B (T) A B Daimi Mıknatıslı Adım Motorları: Daimi mıknatıslı adım motorlarında rotor kısmı, daimi mıknatıstan yapılmış olup normal çalışma durumunda motora ait tork Şekil 8.3 te gösterildiği üzere, relüktans tip motorlarda olduğu gibi stator tarafından sağlanan magnetik alana ait tork dışında stator ve rotor magnetik alanlarının etkileşimi ile elde edilen tork bileşenine de sahiptir. Şekil 8.3 Daimi Mıknatıslı Adım Motorlarında Tork Oluşumu 42

Hibrit Adım Motorları: Hibrit adım motorlarında rotor, daimi mıknatıslı ve relüktans motorların karakteristiklerini birleştirecek şekilde magnetik bir yol oluşturacak şekilde oluşturulmuştur. Şekil 8.4 te genel bir iki fazlı hibrit adım motoru gösterilmiştir. Şekil 8.4 İki Fazlı Hibrit Adım Motoru Hibrit bir adım motoru için adım açısı, stator ve rotor kutup açıları arasındaki fark olarak hesaplanabilir. Yani 4 kutuplu stator ve 5 kutuplu rotora sahip bir motorda adım açısı Eşitlik 8.1,2 ve 3 te verildiği gibi 18 dir. 360 Stator Kutup Acisı = = 90 (8.1) 4 360 Rotor Kutup Acisı = = 72 (8.2) 5 A dim Acisı = 90 72 = 18 (8.3) Adım Motoru Sürücüleri: Adım motoru sürücüleri Şekil 8.5 te gösterildiği üzere temel olarak lojik kontrol ünitesi, darbe üreteci, gösterge ve kontrol ünitesi ile güç katından oluşmaktadır. Bu sistemlerde lojik ünite, dönme yönü gibi istenilen seçimlerin gerçekleştirilmesini; darbe üreteci, adım oranının ayarlanmasını, güç katı ise motorun sürülebilmesi için gerekli olan güç seviyesinin motor sargılarına uygulanmasını sağlamaktadır. Birçok sürücü sistemde motor hızı, tork ve güç gibi değerlerin görülebilmesini sağlayan ve motor ile sürücü devrenin korunması amaçlı sisteme monte edilmiş olan güvenlik ve gösterge sistemleri de mevcuttur. 43

Şekil 8.5 Tipik Bir Adım Motor Sürücü Sistemi Enerjilendirme stratejilerine göre adım motorlarını temel olarak tek kutuplu (Unipolar) ve çift kutuplu (Bipolar) olmak üzere iki kısımda inceleyebilmek mümkündür. Tek kutuplu sistemlerde akım, stator sargılarından sadece tek bir yönde akmaktadır. Dolayısıyla bu tür sistemlerde gerekli magnetik alanın oluşturulabilmesi için Şekil 8.6 da gösterildiği gibi bir sistemin oluşturulması gereklidir. Şekil 8.6 Unipolar Sistem 44

Çift kutuplu sürücü sistemlerinde akım sargılardan her iki yönde de akıtılabilmekte ve dolayısıyla da polarite bu şekilde istenildiği gibi değiştirilebilmektedir. Şekil 8.7 de Bipolar sürücü sistemi gösterilmiştir. Şekil 8.7 Bipolar Sistem Yaygın olarak kullanılan adım motorları ve sürücü sistemleri ile olan bağlantıları da Şekil 8.8 de gösterilmiştir. Şekil 8.8 Yaygın Olarak Kullanılan Adım Motoru Sistemleri 45

Deneyin Yapılışı: Deneye başlamadan önce ve deney esnasında yapılması gerekenler aşağıda sıralanmıştır: SMS2 adım motoru sürücü sistemini FH2-MKIV test yatağı üzerine yerleştiriniz. FH150 Adım motoruna ait bağlantı plakasını FH2-MKIV test yatağı üzerine yerleştiriniz. Test işlemi yapılacak motora ait 10 yollu fiş bağlantılarını yapınız. SMS2 adım motoru sürücü sistemini tek faz besleme kaynağına bağlayınız ama ON anahtarına basmayınız. Tablo 8.1 de verilen başlangıç ayarlarını yapınız. Ekipman Tablo 8.1 Kullanılacak Teçhizat ve Yapılması Gereken Ayarlar Yapılması Gereken Başlangıç Ayarları FH2-MKIV Test Yatağı Tork Kontrol Minimum Hız Göstergesi Çalıştır/Sonlandır Düğmesi 1800 dev/dak Çalıştır Konumunda FH150 Adım Motorı Test Makinası Adım Motoru SMS2 Adım Motoru Sistemi Fonksiyon Anahtarı VCO Adım Seçici Yön Seçici Mod Seçici Rampa Üreteci Hız Potansiyometresi İvme Potansiyometresi 1. Tam 2. Yarım İleri Enerjilendirmeme Yavaş Minimum Maksimum Şekil 8.9 ve 10 da gösterilen bağlantıları gerçekleştiriniz. FH2-MKIV ve SMS2 ON anahtarlarına basınız. Mod seçici düğmeyi normal konumuna getiriniz. Rampa üreteci seçici anahtarını ivmelendirme konumuna getiriniz. FH2-MKIV test yatağı üzerindeki tork kontrol minimum seviyede iken hız potansiyometresini yavaşça ayarlayarak yüksüz halde motor hızını 100 dev/dak olarak elde ediniz. 100 dev/dak hız değerinde tork kontrol düğmesini yavaşça döndürerek yükün motor hızı üzerindeki etkisini inceleyiniz ve maksimum tork değerini elde etmeye çalışınız. Bu işlemleri Tablo 8.2 de yer alan diğer hız değerleri için tekrarlayak motora ait tork-hız karakteristiğini elde ediniz ve grafiksel olarak gösteriniz. Adım seçici düğmesini yarım konumuna getirerek yukarıdaki prosedürleri tekrar ediniz. 46

Şekil 8.9 Motor Sargı Bağlantıları Şekil 8.10 FH2-MKIV ve SMS2 Bağlantıları 47

Tablo 8.2 Deney Sonunda Elde Edilen Sonuçlar Tam Adım Yarım Adım n m ( d / d) T (Nm) T (Nm) 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1.25 Tam Adım Çalışma Durumu 1.125 1 Maksimum Tork (Nm) 0.875 0.75 0.625 0.5 0.375 0.25 0.125 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Motor Hızı (dev/dak) 48

1.25 Yarım Adım Çalışma Durumu 1.125 1 Maksimum Tork (Nm) 0.875 0.75 0.625 0.5 0.375 0.25 0.125 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Motor Hızı (dev/dak) 49

9 DENEY-9 ANAHTARLAMALI RELÜKTANS MOTORLARIN ÇALIŞMA PRENSİPLERİNİN İNCELENMESİ Deneyin Amacı: Anahtarlamalı relüktans motorların (ARM) çalışma prensiplerinin ve temel karakteristiklerinin incelenmesi Kullanılan Alet ve Malzemeler: a) Klasik ARM b) Lineer ARM c) Sürücü Devreleri d) Osiloskop Teorinin Özeti: Anahtarlamalı relüktans motorlar, yapısal olarak değişken relüktanslı adım motorlarına çok benzemekle birlikte daha yüksek güç ve tork değerlerine ulaşabilmeleri ve kontrol tekniklerinin farklı olması ile bu motorlardan ayrılmaktadırlar. Ek Bilgiler ve Teorinin Açıklaması: ARM ler, hem stator hem de rotorlarında çıkıntılar bulundurduklarından çift çıkıntılı bir yapıya sahiptir. Gerçekte bir çeşit senkron motor olan ARM lerin rotorlarında herhangi bir mıknatıs, sargı yada kısa devre halkası bulunmayıp sadece masif demir veya saç paketi içermektedir. Stator da ise DC motorların sargılarına benzer şekilde basit yapılı ve ince telli sarımlardan oluşan yoğun sargılar bulunmaktadır. Genelde stator ve rotor kutup sayılarına göre isimlendirilen ARM lerde, yüksek hız gerektiren uygulamalarda genelde rotor kutup sayısı stator kutup sayısına göre küçük seçilirken, yüksek tork gerektiren uygulamalarda ise rotor kutup sayısı stator kutup sayısına oldukça yakın seçilmektedir. Şekil 9.1 de 6/4 yapıdaki üç fazlı bir ARM ye ait kesit şekil görülmektedir. Şekil 9.1 6/4 ARM ye ait Kesit Görünüm 50

ARM lerin döndürme momenti akımın yönüne değil sadece genliğine bağlıdır. Dolayısıyla motorun kontrol devresinde kullanılacak yarı iletken sayısı yarıya indirilebilir. Bunun yanında tork değeri indüktansın değişimine bağlı olduğundan, eğer akım indüktansın artma yönünde uygulanırsa döndürme momenti pozitif olurken, akımın indüktansı azaltma yönünde olması durumunda ise negatif olacaktır. Dolayısıyla akım darbelerinin, indüktans değişiminin hangi bölgelerinde uygulanacağının tespit edilerek uygulanması gerekmekte ve dolayısıyla da bu bölgelere ait rotor konumunun bilinmesi gerekmektedir. Bu nedenle ilgili rotor pozisyonu bilgisinin elde edilebilmesi için optik ya da alan etkili sensörlerin kullanımı gerekmektedir. Şekil 9.2 de doğrusal çalışma için rotorun statora göre olan konumuna göre indüktans değişimi gösterilmiştir. Stator β s Rotor β r L max L min θ Şekil 9.2. ARM de Doğrusal Çalışma için İndüktansın Değişimi ARM lerin çalışma prensibi relüktans kuvvetine dayanmakta ve serbest hareketli, çıkık yapılı rotorun, bulunduğu magnetik devre içerisindeki akının, en kolay yol bulabileceği en küçük relüktans konumuna kadar kuvvet uygulanarak çekilmesi şeklinde gerçekleşmektedir. Şekil 9.3 te ARM nin tek fazına ait eşdeğer devre gösterilmiştir. Şekil 9.3 ARM nin Tek Fazına Ait Elektriksel Eşdeğer Devre. 51

Şekil 9.3 te verilen devrede R s, Her bir faz için stator sargılarına ait direnci ve L indüktans değerini temsil etmektedir. Burada her bir faza uygulanmakta olan gerilim miktarı Eşitlik 9.1 deki gibi verilebilir. V dλ(θ, i) = Rsi + (9.1) dt ve λ = L (θ, i) i (9.2) şeklinde ifade edilebilir. Hava aralığı gücü p p ag ag 1 = i 2 1 = i 2 2 2 dl( θ, i) 1 = i dt 2 dl( θ, i) wm dθ 2 dl( θ, i) dθ dθ dt (9.3) ifadesi elde edilir. Hava aralığı gücü elektromagnetik tork ve hıza bağlı olarak, p ag = Tw m (9.4) olduğundan motora ait tork, T 1 dl( θ, i) = i 2 (9.5) 2 dθ şeklinde elde edilir. Eşitlik 9.5 ten açıkça görüleceği üzere motora ait tork değeri akımın yönünden bağımsızdır. ARM de statora ait herhangi bir faz uyarıldığında rotor ekseninin stator üzerindeki belirli bir eksene göre hareket ettiği adım açısı, N r, rotor kutup sayısını ve q faz sayısını belirtmek üzere Eşitlik 9.6 ile verilebilir: θ = 360 (9.6) qn r ARM lerin çalışmasında kullanılan birçok sürücü devresi olmasına karşın bu devreler içerisinde sıkça tercih edileni klasik asimetrik köprü tipi çevirici devrelerdir. ARM nin sahip olduğu faz sayısının iki katı kadar anahtar elemanı içeren (2n tipi) klasik köprü tipi çevirici devrelerinde fazlar birbirlerinden bağımsız olduğundan her fazın ayrı ayrı kontrol edilebilmesi mümkün olmakta ve kullanılan anahtarlar düşük gerilime maruz kalmaktadırlar. Bu özelliklerinin yanında bu çevirici topolojisi, minimum pasif eleman kullanarak maksimum kontrol esnekliği ve verim sağlamaktadır. Şekil 9.4 te üç fazlı bir ARM için 2n tipi köprü çevirici devresi gösterilmiştir. 52

Şekil 9.4 Üç Fazlı Bir ARM için 2n Tipi Klasik Köprü Çevirici Devresi. ARM lerin lineer versiyonları da sahip oldukları özellikler bakımından diğer motorların lineer versiyonlarına göre oldukça avantajlıdırlar. Tek yanlı ya da çift yanlı yapıya sahip olarak tasarlanabilecek bu motorlar maliyet düşüklüğü ve yapı basitliği ile diğer lineer motorların önüne çıkmaktadır. Şekil 9.5 te tek yanlı yapıya sahip olan üç fazlı klasik bir DARM nin çakışık konumunda sahip olduğu akı dağılımı gösterilmiştir. Şekil 9.5 Üç Faz, Tek Yanlı Lineer ARM için Çakışık Konumda Akı Dağılımı Bu motorların da çalışma prensibi döner yapıdaki ARM ler ile aynı olup klasik ARM ler için tasarlanmış olan kontrol ve sürücü devrelerinde yapılacak küçük değişiklikler ile bu devreler lineer ARM ler ile de kullanılabilmektedir. 53

Deneyin Yapılışı: Deneye başlamadan önce ve deney esnasında yapılması gerekenler aşağıda sıralanmıştır: Klasik döner yapıdaki ARM ve sürücü devresi arasındaki bağlantıları gerçekleştiriniz. Kontrol devresinden ayarlanacak farklı frekans ve duty cycle değerleri için gerilim kontrollü olarak motorun çalışmasını inceleyiniz. Lineer yapıdaki ARM için de aynı prosedürü gerçekleştiriniz. Motorların çalışma prensipleri, karakteristikleri ve diğer motorlardan farklı yönleri hakkından tartışarak motorun avantaj ve dezavantajları hakkında fikirlerinizi belirtiniz. 54