ELEKTRİK MAKİNALARI I DR. ÖĞR. ÜYESİ ENGİN HÜNER

Transkript

1 ELEKTRİK MAKİNALARI I DR. ÖĞR. ÜYESİ ENGİN HÜNER

2 DOĞRU AKIM MAKİNALARI

3 Doğru akım makinaları genel olarak aşağıdaki sınıflara ayrılır. 1-) Doğru akım generatörleri (dinamo) 2-) Doğru akım motorları 3-) Doğru akımla çalışan özel makinalar Doğru akım motor ve generatörlerinde endüktör (stator )ve endüvi (rotor) sargılarına ek olarak bazı sargılar kullanılır. Bu sargı kutuplara göre sınıflandırılırsa; a) Komütasyon kutuplu (yardımcı kutuplu) b) Komütasyon kutupsuz (yardımcı kutupsuz) c) Kompanzasyon sargılı (kutuplu) olarak sıralanır

4 Doğru akım makinalarında uyarma sargısı değişik şekillerde bağlanabilir. Uyarma şekillerine göre; a) Serbest uyarmalı b) Kendi kendine uyarmalı 1- Şönt uyarmalı 2- Seri uyarmalı 3- Kompound uyarmalı şeklinde sınıflandırılır. Küçük güçlü makinalarda (0,5-3 kw) komütasyon kutupları (yardımcı kutuplar) bulunmaz. Yardımcı kutupları olmayan makinalar genellikle küçük gerilimlerde çalıştırılırlar ( V)

5 Endüktör Orta ve büyük güçteki doğru akım makinalarında komütasyon kutupları (yardımcı kutuplar) vardır. Bunların sayısı ana kutup sayısı kadardır ve karkas (statorun gövdesi) çevresince ana kutupların aralarına yerleştirilmiştir. Bu sargılar endüvi sargıları ile seri bağlanmıştır. Görevleri komütasyonu azaltmaktır. Aynı zamanda endüvi reaksiyonunun etkisini azaltmakta büyük önemi vardır. D.A makinalarında kutuplar manyetik alanın meydana geldiği kısımdır. Bu kısma endüktör denir. Endüktör 2,4,6,8 ve daha çok kutuplu olabilir.

6 Endüktörler 0,6-1,4mm kalınlığındaki saçların preslenerek istenilen şekilde elde edilir. Kutuplar tek parça yapılsaydı makinanın kayıpları ve ısısı artardı. Çünkü meydana gelecek olan fuko akımları artardı. Endüktör ana kutuplardan yardımcı kutuplarda bulunur. oluşur. Makine büyük güçlü ise

7 Dış gövde Endüktör ve yardımcı kutupların bağlandığı çerçevedir. Gövde çelik dökümdür. Makinanın taşıyıcısı ve dış etkenlere karşı koruyucusudur.

8 Endüvi ve Göbek Endüvinin makinanın dönen kısmıdır. Gerilim endüklenen iletkenleri taşıyan kısma endüvi denir. Endüvi kalınlığı 0,3-0,7 mm arasında değişen dinamo saçlarından oluşur. Dinamo saçları istenen şekil ve ölçülerde preslerle kesildikten sonra tavlanır ve birer yüzeyleri yalıtılır. Yalıtma işleminde kağıt veya oksit tabakası kullanılır.

9 Soğutma için mile vantilatör takılır. Endüvi saçları üzerine iletkenleri yerleştirmek için oyuklar(oluk) açılmıştır. Bu oyukların şekil ve sayıları makinanın devir sayısına, büyüklüğüne sarım tipine ve şekline göre değişir. Oluklar presbant veya mika ile yalıtılır.

10 Kollektör ve Fırçalar Endüvide indüklenen gerilimi (EMK yı) doğrultmaya yarar. Kollektör dilimi sert bakırdan preslenerek yapılır. Bakır dilimler arasına 0,5-1,5mm arasında mika yalıtkan konur. Kollektör sayısı ne kadar fazla olursa elde edilen akımdaki dalgalanmada o kadar az olur. Doğru akım makinalarında endüvide indüklenen akımı dış devreye alabilmek için fırçalar kullanılır. Fırçalar karbon ve bakır alaşımdan yapılır.

11 Yatak Kapak ve Öteki Parçalar Yataklar boru şeklindeki gövdenin iki yanına bağlanan kapaklar üzerine yerleştirilir. Genellikle döküm yapılır.

12 Doğru Akım Makinalarının Çalışma İlkesi a)gerilim indükleme yasası B :Manyetik akı yoğunluğu Tesla (weber/m^2) l= iletkenin uzunluğu (m) v=iletkenin hızı (m/sn) e= B.l.v.sinα Örnek: kuvvet çizgilerine dik ve 45 derecelik açıyla çarpan bir iletkenin boyu l=40 cm, hızı v=250 cm/sn ve içinde bulunduğu alanın değeri gauss dur. Her iki durumda iletkende indüklenen gerilimi bulunuz. Eğer cm olarak alınır ve B maxwell/cm^2 (gauss) seçilirse 10^-8 gelir. Weber/m^2 = Tesla 1 tesla = 10^4 gauss

13 Yukarıdaki şekilde görülen her noktasındaki manyetik akı yoğunluğu (B) aynı olan N-S mıknatıs kutuplarıyla uzunluğu l ve hızı v olan bir AB iletkeni alalım. İletkenin her iki ucuna sıfırı ortada olan anolog voltmetre bağlayalım ve iletkene aşağıdaki hareketleri yaptıralım. 1) iletkeni v hızı ile N-S kutupları arasına ilerlettiğimizde voltmetrenin ibresinin saptığını görürüz. Bu ibre örneğin sağa doğru olsun. 2) Kutuplar arasındaki iletkeni hiç hareket ettirmeyelim. Voltmetre ibresinin hiç sapmadığını görürüz. 3) Bu defa iletkeni kutuplar arasında N S ye veya S N ye doğru yani kuvvet çizgilerine paralel olarak hareket ettirelim voltmetre ibresinin yine hareket etmediğini görürüz. 4) iletkeni N-S kutuplar arasına bir α açısıyla ve v hızıyla hareket ettirirsek voltmetrenin saptığını görürüz. Ancak bu sapma değeri 1 e göre daha azdır. 5) kutuplar arasında bulunan AB iletkeni bu defa v hızıyla dışarıya doğru hareket ettirelim. İbrenin ilk duruma göre tam ters yönde saptığını görürüz. Not: iletken sabit N-S kutupları hareket ettirilseydi aynı sonuçlar elde edilirdi.

14 İndükleme EMK sının yönü İndüklenen gerilimin yönü sağ el kuralı ile bulunur. Dinamolarda sağ el kuralı motorlarda ise sol el kuralı indüklenen emk nın yönünü tayin eder.

15 Döner bir bobinde oluşan alternatif akım

16 Döner Bir Bobinde İndüklenen Alternatif EMK nın Doğrultulması

17

18 Endüvi Reaksiyonu: Endüvi manyetik alanının kutupların manyetik alanına gösterdiği tepkiye endüvi reaksionu denir.

19 Bir önceki slaytta görüldüğü gibi şekil a sadece kutupların oluşturduğu alandır. Şekil b endüviden geçen akımın meydana getirdiği alandır. Her iki alanın birleşmesiyle şekil c oluşur. Burada görüldüğü gibi a, b noktalarında alan çoğalması, c ve d bölgelerinde ise alan zayıflaması vardır. Bununla birlikte a,b bölgelerinde alan çoğalmasına karşılık nüvede doyuma gideceğinden bir miktarda toplam alanda zayıflama olur. Dolayısıyla endüvi alanının kutup alanına gösterdiği bu tepkiye endüvi reaksiyonu denir.

20 Endüvi Reaksiyonuna Karşı Alınan Önlemler 1) Kutupları tarak şeklinde yapmak 2) Kutuplara ayaklar açmak 3) Yardımcı kutup sargıları kullanmak 4) Kompanzasyon sargısı kullanmak 1) kutupları tarak şeklinde yapmak: kutup saçlarının bir ayağı kırılarak tarak şeklinde preslenir ve alan yoğunlaşması olan bölgelerdeki hacim düşürülür. 2) kutuplara oluklar açmak: kutup ayaklarına oluklar açılarak endüvi alanının yolu uzatılmış olur. Böylelikle endüvi alanı zayıflatılmış olur. 3) yardımcı kutup kullanmak : yardımcı kutuplar endüvi alanının etkisini yok eder. Ana kutupların arasına nötr eksenine konur ve endüviye seri bağlanır. 4) kompanzasyon sargısı kullanmak: kutuplara açılan oluklara sarım yapılır. Endüvi akımına ters yönde akım dolaştırılarak endüvi alanı yok edilir.

21 Komütasyon Doğru akım makinalarında endüvideki bir bobinde kollektör dilimleri ve fırçalar yardımıyla akımın yön değiştirmesi olayına komütasyon denir.

22 Enine ve Boyuna Eksenler

23 d: boyuna eksen (direct axis) q: enine eksen (quadrature axis) (yukarıdaki kutuplardan ve fırçalardan geçen enine eksendir. Ana kutuplardan geçen eksen de boyuna eksendir.) Yukarıdaki şekil yardımıyla makinaya ait sargıların oluşturduğu ik eksen tanımlanır. 1) Boyuna eksen (d): makinanın esas kutuplarından geçen ve esas kutupların oluşturduğu alan yönünde olan eksendir. Bu eksene d ekseni adı verilir. Bu eksen üzerindeki toplam alan endüvi gerilimini endükler. 2) Enine eksen (q) : Makinanın fırçalardan, yardımcı kutupların ortasından geçen ve boyuna eksene dik olan eksen q eksenidir. Yardımcı kutupların üzerindeki sargıların oluşturduğu alan endüvi sargılarının oluşturduğu alana ters yöndedir. d ekseni ile q ekseni arasında daima 90 derecelik bir elektriki açı vardır.

24

25 Ɣgeo= ana kutup ile onu takip eden yardımcı kutup arasındaki geometrik açıdır.

26 DOĞRU AKIM MAKİNALARININ UYARMA ŞEKİLLERİ VE ELEKTRİKSEL EŞDEĞER DEVRELERİ 1)Serbest Uyarmalı Generatörün Elektriksel Eşdeğer Devresi

27 i q (t) : Endüviden geçen çevre akımı. Boş çalışmada iq(t)=0 v q (t) : Endüvi uçlarındaki gerilim (uç gerilimi) R q L q R c L c R K L K :Endüvi direnci (rotor sargı direnci) :Endüvi sargı endüktansı (rotor sargısı) :Komütasyon kutbu sargı direnci (yardımcı kutup sargısı direnci) : Komütasyon kutbu sargısı endüktansı : Kompanzasyon sargısı direnci : Kompanzasyon sargısı endüktansı E q :Uyarma sargısının meydana getirdiği uyarma alanının endüvi sargısında indüklediği hareket gerilimidir.

28 2) Serbest Uyarmalı Generatörün Yüklü Çalışmasına Ait Elektriksel Eşdeğer Devresi

29 ΔE q : Endüvi reaksiyonundan dolayı meydana gelen hareket gerilimidir. Eq gerilimini azaltacak yöndedir. iq(t) : Yük akımıdır. Generatör serbest uyartımlı olduğundan bu akım aynı zamanda endüviden geçen akımdır. i q (t) = i a (t) Not: Serbest uyarmalı generatör bir yüke bağlanırsa endüvi sargısından i q (t) akımını geçirir. Bu akım endüvi sargısında bir alan meydana getirir. Bu alana endüvi alanı denir. Endüvi alanı uyarma alanına tesir ederek uyarma alanının şeklinin bozulmasına ve bir miktar zayıflamasına neden olur. Endüvide endüklenen hareket gerilimi uyarma alanı tarafından meydana geldiği bilindiğine göre uyarma alanının zayıflaması hareket geriliminin bir miktar küçülmesine neden olur. Bu küçülme ΔE q ile gösterilir.

30 3) Şönt Uyarmalı Generatörün Elektriksel Eşdeğer Devresi Not: serbest ve şönt uyarmalı büyük güçlü makinalarda uyarma akımı endüvi akımının %(1-3) arasında küçük güçlü makinalarda %(1-5) arasında değişir.

31 4) Seri Uyarmalı Generatörün Elektriksel Eşdeğer Devresi

32 5) Kompound Uyarmalı Generatörün Elektriksel Eşdeğer Devresi

33 Endüvide indüklenen emk nın değeri

34

35 Doğru Akım Makinalarında uç gerilimi «U»

36 Doğru akım motorunda ise

37 Dinamolarda EMK, Gerilim, Akım, Moment Bağıntıları ve Örnek Problem Çözümleri 1) Endüvide indüklenen emk 2) Şönt Dinamoda; 3)Seri Dinamo; 4) Kompound Dinamo

38 Kayıplar Endüvi Bakır Kaybı Seri sargı bakır kaybı Yardımcı sargı bakır kaybı Kompanzasyon sargı bakır kaybı Endüvi devresi bakır kaybı Fırçaların kayıpları Uyartım devresi kayıpları

39 Demir kayıpları Rüzgar ve sürtünme kayıpları Verim: Elektriksel verim:

40

41 1) Kutup gerilim 100 Volt yük akımı 20 amper, iç direnci 2,5 ohm olan seri dinamo emk sını ve gücünü bulunuz.

42 2) 4 kutuplu 220 V 35 kw 1500 d/dk şönt dinamonun endüvisinde 300 iletken vardır. Endüvi basit seri sargılıdır. (2a=2) endüvi direnci 0,05 ohm dur. Uyartım akımı 3A dir. 2 Uf=2V dır. Bir kutup nüve kesiti 300 cm^2dir. (endüvi reaksiyonu ve uyartım akımı ihmal edilirse) A) Endüvi akımı, paralel kol akımını B) Endüvide indüklenen emk yı C) Kutuplardaki faydalı akı ve manyetik indüksiyonu bulunuz.

43

44 3) 10 kw 200 volt şönt dinamonun boşta motor olarak çalıştığında devreden 5 A çekmektedir. Dinamonun uyartım akımı anma devirde 2A ve endüvi direnci 0,15 ohm olduğuna göre; A)Dinamonun tam yükteki verimini B)Dinamonun yarı yükteki verimini bulunuz.

45 Motorda;

46

47 B) Yarı yükte

48 4) Bir şönt dinamoda E= 420 volt, Iy=30A gerilimdeki azalma (gerilim düşümü) = % 2E, uyartım akımı 2A dir. Psürt+fe= %6 PA olduğuna göre; endüvi akımını, kutup gerilimini, çıkış gücünü, toplam kayıpları ve verimi bulunuz.

49

50