ELEKTRİK MAKİNALARI I

DR. ÖĞR. ÜYESİ ENGİN HÜNER

DOĞRU AKIM MAKİNALARI

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) sargılarınaek 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

Doğru akım makinalarında uyarma sargısı değişik şekillerde bağlanabilir. Uyarma şekillerinegöre;

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 (100-440 V)

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.

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 oluşur. Makine büyük güçlü ise

yardımcı kutuplarda bulunur.

Dış gövde

Endüktör ve yardımcı kutupların bağlandığı çerçevedir. Gövde çelik dökümdür. Makinanın

taşıyıcısı ve dış

etkenlere karşı koruyucusudur.

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.

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.

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.

Yatak Kapak ve Öteki Parçalar

Yataklar boru şeklindeki gövdenin

iki yanına bağlanan kapaklar üzerine

yerleştirilir. Genellikle döküm yapılır.

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 10000 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

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.

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.

Döner bir bobinde oluşan alternatif akım

Döner Bir Bobinde İndüklenen Alternatif EMK’nın Doğrultulması

Endüvi Reaksiyonu: Endüvi manyetik alanının kutupların manyetik alanına gösterdiği tepkiye endüvi reaksionu

denir.

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.

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 şeklindepreslenir ve alan yoğunlaşması olan bölgelerdeki hacim düşürülür.

2) kutuplara oluklar açmak: kutup ayaklarına oluklar açılarak endüvi alanının yoluuzatılmış olur. Böylelikle endüvi alanı zayıflatılmış olur.

3) yardımcı kutup kullanmak : yardımcı kutuplar endüvi alanının etkisini yok eder. Anakutupların arasına nötr eksenine konur ve endüviye seri bağlanır.

4) kompanzasyon sargısı kullanmak: kutuplara açılan oluklara sarım yapılır. Endüviakımına ters yönde akım dolaştırılarak endüvi alanı yok edilir.

Komütasyon

Doğru akım makinalarında endüvideki bir bobinde kollektör dilimleri ve fırçalar

yardımıyla akımın yön değiştirmesi olayına komütasyon denir.

Enine ve Boyuna Eksenler

d: boyuna eksen (direct axis)

q: enine eksen (quadrature axis)

(yukarıdaki kutuplardan ve fırçalardan geçen enine eksendir. Ana kutuplardan geçen eksende boyuna eksendir.)

Yukarıdaki şekil yardımıyla makinaya ait sargıların oluşturduğu ik eksen tanımlanır.

1) Boyuna eksen (d): makinanın esas kutuplarından geçen ve esas kutupların oluşturduğualan yönünde olan eksendir. Bu eksene d ekseni adı verilir. Bu eksen üzerindeki toplamalan endüvi gerilimini endükler.

2) Enine eksen (q) : Makinanın fırçalardan, yardımcı kutupların ortasından geçen veboyuna eksene dik olan eksen q eksenidir. Yardımcı kutupların üzerindeki sargılarınoluşturduğu alan endüvi sargılarının oluşturduğu alana ters yöndedir. d ekseni ile q ekseniarasında daima 90 derecelik bir elektriki açı vardır.

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

DOĞRU AKIM MAKİNALARININ UYARMA ŞEKİLLERİ VE ELEKTRİKSEL

EŞDEĞER DEVRELERİ

1)Serbest Uyarmalı Generatörün Elektriksel Eşdeğer Devresi

iq(t) : Endüviden geçen çevre akımı. Boş çalışmada iq(t)=0

vq(t) : Endüvi uçlarındaki gerilim (uç gerilimi)

Rq :Endüvi direnci (rotor sargı direnci)

Lq :Endüvi sargı endüktansı (rotor sargısı)

Rc :Komütasyon kutbu sargı direnci (yardımcı kutup sargısı direnci)

Lc : Komütasyon kutbu sargısı endüktansı

RK : Kompanzasyon sargısı direnci

LK : Kompanzasyon sargısı endüktansı

Eq :Uyarma sargısının meydana getirdiği uyarma alanının endüvi sargısında

indüklediği hareket gerilimidir.

2) Serbest Uyarmalı Generatörün Yüklü Çalışmasına Ait Elektriksel Eşdeğer Devresi

ΔEq : 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.

iq(t) = ia(t)

Not: Serbest uyarmalı generatör bir yüke bağlanırsa endüvi sargısından iq(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 ΔEq ile gösterilir.

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.

4) Seri Uyarmalı Generatörün Elektriksel Eşdeğer Devresi

5) Kompound Uyarmalı Generatörün Elektriksel Eşdeğer Devresi

Endüvide indüklenen emk nın değeri

Doğru Akım Makinalarında uç gerilimi «U»

Doğru akım motorunda ise

Dinamolarda EMK, Gerilim, Akım, Moment Bağıntıları ve Örnek Problem

Çözümleri

1) Endüvide indüklenen emk

2) Şönt Dinamoda;

3)Seri Dinamo;

4) Kompound Dinamo

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

Demir kayıpları

Rüzgar ve sürtünme kayıpları

Verim:

Elektriksel verim:

1) Kutup gerilim 100 Volt yük akımı 20 amper, iç direnci 2,5 ohm olan seri dinamo emk’sını

ve gücünü bulunuz.

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.

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.

Motorda;

B) Yarı yükte

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.