ZONGULDAK BLENT ECEVT NVERSTES MHENDSLK FAKLTES

ELEKTRK ELEKTRONK MHENDSL BLM

DC MOTORLARIN KONTROL VE UYGULAMALARI

DPLOMA ALIMASI

GRDoru akm motorlar, dk maliyetli, hz kontrlnn kolay olmas, geni g ve tork aralnda kolay bulunabilirlii ve dk bakm gerektirmesi nedeniyle yaygn olarak kullanlmaktadr. Bu almada doru akm motorlarnn farkl yntemlerle nasl hz kontrolnn gerekletirildii aratrlmtr. DC motorlarn yaps ve srlmesi be birimden olumaktadr. Bunlar; rotor, stator, geri besleme niteleri (pozisyon alglayc sensrler ile akm ve hz geri besleme bilgileri), evirici birimi, src birimi ve denetleyicidir (yazlmsal ve donanmsal yaplar). Otomotiv gibi sanayi alanlarnda, motorlarn hz deiiminin de hassas bir ekilde ayarlanabilmesi istenmektedir. Bu noktada frasz DC motorlar avantaj salamaktadr. Fral (Brush) DC motorlar, yksek bir verime ve kalk momentine, dorusal bir moment-hz karakteristiine sahiptir. Fakat fral DC motorlarn bnyesindeki fra ve kollektr dzeneklerinden dolay srtnme ve yksek akmdan dolay ark olumasyla bakm aralklarnn sk olmas gerekliliine neden olmakta ve verimi drmektedir. Klasik (fral) motorlarn bu dezavantajlarn ortadan kaldrmak iin BLDC motorlar gelitirilmitir. Klasik motorlarda, kollektr ve kollektre dokunan fralar vastasyla rotordaki sarglara elektrik iletilmektedir. BLDC motorlarda ise, bu sistemin grevini elektronik denetleyiciler yerine getirmektedir. Denetleyici rotorun hzn takip edebilmesi iin rotorun pozisyonunu bilmesi gerekir. Aksi takdirde motorun almasnda aksamalar olur. Rotorun pozisyonunun tespitinde ounlukla Alan (Hall) etkili sensrler kullanlmaktadr. BLDC motorlarn elektromanyetik kirliliinin dk olmas, yapsnn basit olmas, teki motorlara nispetle daha fazla gvenilirlie sahip olmas, yksek g younluuna sahip olmas gibi etmenler nedeniyle kullanm gnmzde artmtr. BLDC motorlar, dk g ve servo kontroll sistemlerde olduka fazla kullanlmaktadr. DC motorlar, uzay sistemlerinde, otomotiv alannda, askeri sahada, robotik sistemlerde, tp elektroniinde, bilgisayar sistemlerinde, ev aletlerinde velhsl gnmzdeki pek ok endstriyel alanlarda sklkla kullanlmaktadr. Fasz DC motorlarn sahip olduu avantajlar belirtirsek; verimleri ok yksektir, yaplar salamdr, gvenilirlii yksektir, yaplarnda fra olmamas sebebiyle ark olumaz ve karbon tozlar bulunmaz, yksek hzlar elde edilebilir, kolay soutulabilir, hz kontrol mmkndr, yksek akm-moment ve moment-atalet ilikisine sahiptir, kk boyutlarna ramen yksek moment retebilirler. Sahip olduklar bu avantajlarna ramen, birtakm dezavantajlara da sahiptir. Bunlar da belirtirsek; pozisyon sensr kullanm gereklilii ve karmak bir kontrol devresine sahip olmas eklinde sylenebilir. Gnmzde, kontrol tekniklerinin ve teknolojinin dzeyinin ilerlemesi ile DC motorlarnn kullanm hem artm, hem de sregelen zamanda dezavantajlar da elimine edilmeye allmtr. DC motorlarn, g elektronii devrelerini kullanarak kontrol yaplabilmektedir. Bunun yannda, gnmzde eitli algoritmalar kullanlarak oluturulan kontrol yntemlerinin kullanlmasnn gereklilii daha da artmtr. Teknolojik gelimelerle retilen mikroilemcilerin ilevleri gelitirilmekte ve yeni ilevlere sahip mikroilemcilerle birlikte DC motorlara uygun olarak yeni saysal kontrolrler gelitirilebilir.

DC Motorlarn Kontrol ve UygulamalarDC Makina TanmDC makinalar, DC elektrik enerjisini mekanik enerjiye dntren motor ve mekanik enerjiyi DC elektrik enerjisine dntren jeneratrlerden oluur. DC makinalar dahili AC gerilimi, ularnda DC akma dntren bir mekanizmaya sahip olduklarndan dolay bir DC ka sahiptir. Bu nedenle, ou DC makinalar dahili AC gerilim ve akma sahip AC makinalara benzerler. Bu mekanizma komtatr olarak adlandrlrlar ve DC makinalar aktarml makinalar olarak DC bilinirler.

ekil 1 : DC Motor ve Jeneratrn Basit Yaps

DC Motorun Yaps Balca DC motor birka temel yapdan oluur. ereve aft Mil yata Stator sarglar Armatr Komtatr Fralar

ekil 2 : DC Motorun Yaps

Aadaki resimde DC motorun elektriksel ierii gsterilmektedir. Dikkat edilmesi gereken bir husus statordaki sarglara stator sarglar, rotordaki sarglara DC armatr sarglar denmesidir. Uyarma motorun kutuplar tarafnda olacaktr. Bilindii zere kk DC motorlarda uyarma sarglar yoktur onun yerine mknatslar kullanlr, ancak byk DC motorlarnda uyarma, elektromanyetik yol ile olur. Armatr sarglar uyarma sarglar ile bire bir balantldr.

ekil 3 : DC Motorun Armatr ve Rotoru

Armatr sarglar Rotor sarglar, armatr, stator kutuplarnn arasna konumlandrlm ve mil yata ile de desteklenmektedir. Armatr balca aft, demir ekirdei, armatr sarglar ve komtatrden oluur.

ekil 4 : DC Motorun Rotoru ve Bilezikleri

Fralar Fralarn asl grevi motor iin gerekli gerilimi nakletmektir. Fralarn yaps biraz kompleks olduu iin motorda en fazla problem karan ksmdr. Fralardan kaynaklanan balca problemler kvlcm yani atelenme ve gerilim d kayplardr.

ekil 5 : DC Motorun Fralar DC Motorlarn zellikleriDC motorlar gelimesiyle birlikte AC motorlarn nne gemektedir. Gnmzde AC motor uygulamalarnn ounluuyla birlikte DC motor zellikle eki gc gerektiren uygulamalarda kendine zg zelliklerinden dolay konumunu korumaktadr. DC motorlar geni tork aralklarnn ve hz kontrolnn gerektii uygulamalarda kullanlmaktadrlar. DC motorlarn zellikleri aadaki gibi sralanabilir;

DC motorlar yksek kalk torkuna ve hz reglasyon kapasitesine sahiptir. Kalc mknatsl tip DC motorlar yksek iletme torklu nesnelerin konumlandrlmasnda kullanlr. Seri DC motorlar yksek kalk torkuna sahip olduklarndan ar yklerle kalk yapabilirler Seri motorlar yksz altrldklarnda motora zarar verebilecek yksek hzlara ulaabilirler nt motorlarda iyi hz ayar yaplr. DC motor dnme yn armatr veya uyarma ularn deitirerek deitirilebilir. DC motor hz armatr gerilimi veya uyarma akm deitirilerek ayarlanabilir. nt motorlarda tork armatr gerilimiyle orantldr. Seri motorlarda tork armatr akmnn karesiyle orantldr.DC Motorlar zelliklerine gre farkl ekillerde snflandrlmaktadrlar. DC motorlarn sarglarna gre snflandrlmas aada anlatld gibidir.DC motorlar sarg balantlarna gre temelde 2ye ayrlr.Dardan Uyarmal DC MotorlarveKendinden Uyarmal DC Motorlar. Kendinden Uyarmal DC motorlar daSeri Motor, nt Motor veBileik Motorolmak zere e ayrlr.DC Motor eitleria)Frasz DC motorlarSeri motornt motorKompunt motorb)Fral DC motorlarSabit mknatsl motorElektromknatsl motorFrasz DC Motorlar Brushless ( frasz) motorlarda fra ve kollektr bulunmaz bu yzden bu motorlara frasz motor denir. Frasz (Brushless) BLDC motor, teknolojinin gelimesi ile robotik alanda da kullanlmaya balanmtr. Yeni bir tip motor olmalarna karn her ortamda karlamak mmkndr.(Frasz)Brushless DCnin ksaltmas BLDC olarak da yazlr. Normal DC motorlarn, zellikleri ve kullanm kolayl asndan geni bir kullanm alanlar vardr.

ekil 6 : Frasz DC Motor

Buna ramen fra ve komtatre baml olmas nedeniyle baz ortamlarda kullanlma alanlarn daraltmtr. Fralar andklar iin zaman iinde bakm gerektirir. Bu durumda bakma gereksinimi olan bir motorun disket veya CD src gibi sabit dnme says istenen ortamlarda kullanldnda, ilerleyen zaman ierisinde dnme saysnda bir deiiklik olur. Fra ve komtatrn yerini yar iletken anahtar ald zaman frasz (brushless) DC motorlar meydana gelir. Bu motorlarn rotor ksmnda gl doal mknats kullanlmaktadr. Statorda ise bobinli sarglar mevcuttur. Brushless DC motor gelien teknoloji ile birlikte birok alanda olduu gibi robot projelerinde kullanm alan bulmutur. Standart motorlara gre yeni saylabilecek bir motor teknolojisi olmalarna karn gnmzde frasz motorlarla her ortamda karlalmaktadr. Frasz motor zellikle radyo kontroll projeler iin kullanlrlar. Birim enerji younluklar daha iyi olduundan RC arabalarda,helikopterlerde, fotokopi makinalar, yazclar, teyp srcleri,optik tarayc ve tp cihazlargibiyksek g gerektiren yerlerde kullanlrlar. Frasz motorlarn, fral motorlardan fark; yksek hza sahip olmalar, torklar fazla, elektriksel grlt meydana getirmez, sessiz alr, uzun mrldr ve bakmlar kolaydr. Bu zellikleri sayesinde kullanma alanlar genitir. Bunun yannda brushlessdc motorlar tamamen kontrol gerektiren, fazla snan ve brushless dc motor fiyatlar pahal bir sistem olduu iin bu da kullanmdaki eksileridir.Brushless motorlarn genel fral motorlara gre birok avantaj ve dezavantaj vardr.

Frasz motorlarn avantajlar Yksek verim Dorusal moment-hz ilikisi Yksek moment-hacim oran (Az bakr gerektirir.) Fralarn ve kolektrn olmay (daha az bakm, tehlikeli ortamlarda kullanlabilme) Sessiz alma Elektriksel grlt meydana getirmemesi Daha ok tork Uzun mr

Frasz motorlarn dezavantajlar Harici g elektronii gerektirir. Uygun alma iin rotor konum bilgisi gerektirir. Hall-etkili sensrlere gerek vardr. Alglaycsz yntemlerin kullanm ilave algoritmalar gerektirir. Pahal sistem

Frasz DC Motor YapsFrasz dc motorlarn yaps, dnen blmleri rotor (endvi) sabit mknatstan, duran blmleri (stator) ise kk bobinli sarglardan meydana gelmitir.

Stator (Endktr) Frasz DC motorun yaps, AC senkron motoruna benzer. Statoru (endktr) duran blmdr. Sarg ve nveden meydana gelir.Endvi tarafndan elde edilen manyetik alan ile endktr tarafndan elde edilen manyetik alan ayn frekansta dner. CD srcler, harddisk gibi elektronik cihazlarda kullanlan frasz doru akm motorlar, fazldr. Yani endktr sargdan meydana gelir. Mikro ilemcinin soutma fanlarndaki motorlar ise iki fazldr. Endktr sarglar ok fazl AC motorlardaki gibi sarlmaktadr. Frasz DC motorun, AC motorlardan fark, sarglar srerken endvi yerleri bilinmelidir. Bu ilemde Hall sensr veya optik sensr ad verilen alan etkili sensrlerle gerekletirilir. Frasz dc motorda endvi endktrn iine ve dna yerletirilir. Frasz DC motorda endktr, birbirine sktrlan ince elik plakalarn meydana getirdii yarklara sarlan sarglardan meydana gelir. Bir veya birka bobin birbirini dik kesecek biiminde balanr ve endktrn etrafna datlr. Endktre sarglar iki biimde sarlr. Yldz (Y) ve gen (delta) sarlr. gen sarm, ayr sargy bir gen meydana gelecek ekilde balanr. Her birleim noktalarna gerilim verilir. Yldz balants, her sargy tek bir merkeze balar. Gerilim, sarglarn akta kalan ularna verilir.

Frasz DC motorlar, birinci sargya pozitif (+), ikinci sargya negatif (-) (GND) enerji verilir ve altrlr. nc sarg bota yani enerjisizdir. Bu prensibe gre gen ve yldz balantlarn zellikleri;

Y balantsnda her zaman iki sarg seri olarak kullanld iin manyetik alan iddetlidir. Bu demektir ki daha ok tork, daha dk hz. Buna ragmen gerilim yksek akm dk olur. gen (delta) balantsnda tek bir sarg kullanld iin dk gerilimde yksek akm salanr. Bu da yannda yksek hz, dk tork getirir. ki fazl motorlarda endktr, mikroilemci fan gibi drt kutupludur. Baz trlerde manyetik aknn l noktalarnn azaltlmas iin glge (yardmc) kutuplar kullanlr.

Rotor (Endvi)Sabit mknatsl endvinin kutup says iki-sekiz arasnda deiir. Endvide istenen manyetik ak younluuna bal uygun malzeme seimi yaplr. Genellikle ferritten yaplan mknatslar, alaml mknats malzemelerden ucuzdur. Buna karn daha az manyetik younluk salar. Gnmzde Neodmiyum-Ferrit-Boron (NdFeB), Neodmiyum(Nd) ve Samarium-Cobalt (SmCo) alamndan mkantslar retilmektedir.Frasz dc motor rotor tipleri; endvi milinin zerine yerletirilmi kalc mknats, endvinin gvdesi ierisine yerletirilmi kalc mknats, endvi oyuklarna yerletirilmi kalc mknatslardan meydana gelen tipleri vardr.

Sabit mknatslar endvi nvesine; biimde yerletirilir; Dairesel nvenin etrafna Dairesel nvenin iine dikdrtgen ktkler eklinde gmlerek Dairesel nvenin iine dikdrtgen ktkler eklinde sokularak

Frasz dc motor stator tipleri; frasz DC motorlarda sarglara enerji iletimi kolektr ve fralar yerine elektronik anahtarlarla gerekletirilir.Frasz motorun hzn ve dn ynn ayarlamak iin drt adet src transistr gerekir.Hz aral genitir. Baz uygulamalarda 50.000 devir/dakika y geer.alma hz; motorun ebatlarna ve ykne bal deiir.Besleme gerilimi dktr. Genellikle 24V gerilimle alr.

Doru akmla altklar iin frekans kayplar olmaz. ebekenin frekans deiiminden etkilenmez. Ebatlar 2.5 cm ile 14 cm civarndadr. Frasz doru akm motorlar kapal ve ak yaplabilir. Verim %80ler seviyesindedir.

Frasz DC Motor alma Prensibi Frasz dc motorlar, fral dc motorlarla ayndr. alrken gsterdii farkllk, endvi stnde bobin olmamas, sabit mknatslarn endvi stnde olmas, endktr bobinlerinin gvde stne sabit olmasdr. Frasz dc motorlarda endktr ve endvinin yeri deimitir. Frasz dc motorlarn faydas; kolektr (komutatr) sisteminin kalkmas, srtnme ve fra- kolektr bunlarn oluturduu direnten tr meydana gelen elektrik mekanik kayplar ortadan kaldrr. Bu tasarm mekanik olarak denetlenmediinden ve bobinlerin saysnn arttrlmasna msaade ettii iin frasz doru akm motorlarndan yksek tork alnr.

Motorun almas iin ek donanm olarak elektronik bir devre ile sarg stne gelen akm kontrol etmektir. Bu dezavantajdr. Fra kolektr (komutatr) sistemiyle salanan karmak ateleme sistemi d devrelerce yaplmaldr. Bu motoru kullanacak kiilere ek masraf aar. Ancak ayn gte olan bir motora kyasla kk, hafif olmas, devir kontrolnn yaplabilmesi masraf azaltabilir.

Frasz dc motorlarla,step motorlar arasndaki fark; frasz motorlarda, endvinin yerinin bilinmesi iin endvi (rotor) konum sensrnn kullanlmasdr.Konum sensrleri ile endvinin yerini algladktan sonra hangi sargyahangi ynde bir enerji uygulanacana karar verilir.Frasz DC Motor eitleriFrasz motorlar i yaplarna gre ikiye ayrlr.

Inrunner Brushlesss MotorMotorun dnen ksm yani rotoru motorun i ksmndadr. Gvde (stator) sabittir. Bu motorlarn genel olarak hzlar dier tr olan outrunnera gre daha yksektir. Buna karlk motorlarn volt bana rettikleri tork daha azdr. Rotorun ite olmas birok kullanm kolayl salar. Grn olarak standart fral motorlara benzerler.

Outrunner Brushless MotorOutrunner motorlarda, nrunner motorlarn aksine bir mekanik dzenleme vardr.Motorun rotoru d ksmdadr. Yani motorun gvdesi dner sabit ksmsa ierdedir. Soutulmalar bobin ksmnn merkezde olmas nedeniyle daha zordur. Outrunner motorlarn hzlarnn daha dk toklarnn daha yksek olmalar sebebi ile uan projelerde (helikopter,quadrotor,uak) daha sk olarak kullanlrlar.

Bu projelerde kullanlan outrunner motorlar ESC (Electronic Speed Controller)denilen elemanlar tarafndan kontrolleri yaplr. k olan outrunner motorlar, tane girii olan ESC lere balanr. stenilen hz seviyeleri ESC tarafndan tespit edilerek motor o devirde dndrlr.

Frasz motorlar sensrl ve sensrsz olarak ta iki gruba ayrlr.Sensrl frasz motorlar bobinin gvde iinde nerde olduunu tam olarak hassas bir ekilde alglar. Uygun bir ESC ile birlikte motordan hi bir kayp g meydana gelmez.

Sensrsz frasz motorlar yaygn olarak bulunan motorlardr. ESCler bobine gnderilen dalgann deitirileceine, akm yollanmam bobinde meydana gelen elektrik sinyali ile (indksyon akmyla meydana gelen sinyal) karar verirler. Sensrsz motorlar sensrl motorlar kadar yksek hzlara ve ivmelere ulamazlar.

Brushlessmotorlarn robotikte kullanm alanlar;Bu motorlar fral motorlarn kullanld btn ortamlarda kullanlr. Bunun yannda motor komtatrlerinden meydana gelebilecek arklarn (kvlcmlarn) tehlike meydana getirdii sistemlerde, daha yksek enerji younluu gerektiren ilerde, yksek hz isteyen sistemlerde kullanlrlar.Motor alma VoltajlarBrushlessmotorlarn elektronik devreleri de olduundan altklar voltaj aralklar standart fral motorlara gre dardr.

Motorda verimlilik;frasz motorlarda herhangi bir mekanik kontak olmadndan iin ve srtnme de minimumdur. Bu durumda motorlar daha verimlidir. Verim % 70 ile % 90 a kadar kabilir.

Motorun sualtnda altrlmas;frasz motorlarda herhangi bir mekanik kontak olmamas sebebi ile balant noktalarnda gerekli izolasyon yaplrsa motorlar sualtnda da altrlabilir. Tuzlu su motor bobin tellerine korozif etki yapar ve telleri paslandrr.

Motorlarda uzun mr;Brushlessbir motorda komtatr fralar olmadndanilk eskimesi beklenen sistemler motor aftna destek olan bilyalardr. Bilyalar uzun mrl olduundan frasz motorlar da uzun mrldr.

Brushless motorlarnmaliyeti;gnmzde frasz motor imalat, standart fral motorlara gre daha ucuza olmasna karn brushless dc motor fiyatlar daha pahaldr.

Elektronik Hz Kontrolr Sistemi (ESCler)Frasz motorlar kontrol etmek amac ile kullanlan elektronik devre sistemleridir. Bu devreler motorlarn bobinlerine sras ile PWM dalgas yollarlar.

Bir ESC devresi sistemden meydana gelir. Servo sinyallerini zc ve ileyici Motor akm ykseltme devresi (Fet, Mosfet Transistorlu devreler) Geribildirim devresi motorlarda meydana gelen EMI y len devre. Sensrl motorlar iin uygun olan ESC lerde EMI yi len devre yerine sensr bilgilerini zmleyen decoder vardr.

ESC Nasl alr?RC ESCler Radyo kumandalarn da kullanlmak iin imal edilen zel motor konrol devresidir. Radyo kumandalar, servolar altrmak iin gerekli sinyalleri (PCM veya PPM) retirler. Bu sinyaller %7 ile %14 arasndaki PWM sinyallaleridir. Bu saykl saniyede 60-70 hertzlik frekansta meydana gelir. ESC ler de bu sinyalleri brushlessmotorlara uygun duruma getirir.

ESC nin zellikleriGenel olarak firmalar imal ettikleri ESC lerden laboratuvar artlarnda elde edebildikleri yksek deerleri etiketlerine yazarlar. rnein maksimum 30 ampere dayankl ESC ler bu akm ekimine milisaniyeler mertebesinde dayanr.alma voltaj motora uygun olmaldr. ESC ler genel olarak sadece tek ynde alacak ekilde imal edilirler. Bu durumda helikopter motorunu hep bir yne eviren bir sistem iin problem olmaz ama robotik kulanm iin uygun deildir. leri ve geri dndrlmesi iin ESC nin geri dndrebilir (reversible) ESC zellikte olmas gerekir.ESC seimi yaparken,motor ve ESC markas ayn olmaldr.

Fral DC MotorDC motorlarnrotorlarndaki manyetik alan elektrik akmnn etkisiyle meydana gelir. Hareketli olan rotor ksmna akm, sabit bir iletken tel stnden verilmez. nk motor dnerken iletken tel motor miline sarlr. Kollektr ve fra denilen bir mekanizmayla motorun hareketli olan ksmna akm aktarlr. Kollektr ve fra kullanlan bu tip motorlara fral DC motor(Brush dc motor) ad verilir. Gnmzde motor src entegreleri ile fral DC motor imalat yaplmaktadr. Bu motorlardan; yksek dinamik ivmelenme, dk atalet momenti, bakm istemeyen, salam tasarm, redktr, fren, tako, encoder montaj ve yksek verim alma imkn vardr.

Fral DC motorlar gvdelerindeki manyetik alann kaynana gre iki gruba ayrlr. Sabit mknats motoru Elektro-mknatsl motorBtn motorlarda, motorlar meydana getiren paralar hemen hemen ayndr.Fral DC motor paralar;

Gvde (Stator)AC motor veya DC motorlarda N-S kutuplarnn meydana getirilmesi iin yaplan sarglarn yerletirildii blme indktr ad verilir. Kk motorlarn endktrleri doal mknatstan yaplr. Yksek gl motorlarn endktrleri bobinlerle meydana getirilir. ndktrler gvdeye yani endktrn ierisine oturtulur. Endktrn iinde doal mknats olabilecei gibi elektromknats da olabilir.

Fralar ve DonanmlarAC ve DC ile alan kollektrl motorlarn kollektre yaparak elektrik akmnn letilmesini salayan paralarna fra (kmr) ad verilir. Kmrler (fra), motorun gerilim ve akm deerine gre deiik zelliklerde sert, orta sert, yumuak karbon, karbon bakr alaml vb. imal edilirler. Motor kmrlerinin kollektre dzgn bir ekilde basmasn salamak iin bask yaylar kullanlmaktadr. Kullanldka zaman ierisinde fra arzalar meydana gelir. Fralar anr ve biter. Fralarn bittii yle anlalr; kollektrde ar ark (kvlcm) meydana gelir ve motorun sesi deiir. Bu kvlcm bazen ozon gaz meydana getirir.

Motor Yan KapaklarKapaklar ve stator motoru darnn olumsuz etkilerinden korumak iin demir, demir alam veya alminyumdan yaplr. Endvinin endktr iinde merkezi olarak yataklanmas grevini ise kapaklar yapar.

Fral DC Motor Kullanm AlanlarKalknma momenti yksek ve sabit devir sayl yerlerde kullanlr. Vantilatr, aspiratr ve tulumbalar, kt fabrikalar, dokuma tezghlar, gemi pervaneleri, matbaa makineleri ve asansrlerkullanm alanlar ierisindedir. Fral dc motor fiyatlar kullanm alanlar, kapasite ve markalarna gre DC motor sat yapan reticiler vardr.Redktrl MotorlarElektrik motorlarnn yksek dn hzlarn, makineler iin gerekli olan dn hzlarna drmek iin tasarlanan kapal dili sistemlerine redktr denir. Redktrler, gvde iine yerletirilen miller, dili arklar, yataklar vs gibi elemanlardan oluan sistemlerdir. Redktrler hareket ve g iletmek, dnme ynleri elde etmek, az bir gle byk moment elde etmek, dndrlen iki eleman arasnda bamsz hareket salamaktr .Redktr hesab, kullanldklar alanlara gre, kk ve byk boyutta yaplr.Redktr tasarm, her yandan balanabilen, deiebilir gvde sistemi ile montaj kolayl ve esneklii salanmtr. Flan ve k mil balantlar ok alternatifli montajlar iin uygundur.

Redktr eitleriRedktr eitleri unlardr; Delik milli redktr Yatk tip redktr E Tipi redktr K Tipi redktr M Tipi redktr N Tipi redktr D Tipi redktr Y Tipi redktr

Redktr seimi, k devri ve g en nemli paremetrelerdir. Bu iki paremetre belirtildikten sonra motorlu motorsuz, flanl ayakl, delik milli, yatay, dikey ayrntlar belirleyerek uygun redktr satn alnabilir.

Redktr balant ekilleri, bunu tahrik eden mekanizma arasnda deiik balant mevcuttur. Motor, fren, redktr, ara balant adaptr, kaplin balants nemli bir deer ifade etmektedir. Redktr balant ekillerini u balklar altnda snflandrabiliriz:

1) k miline gre Parelel milli Dz hatl 90 yn deiimi

ekil 7 : Paralel milli redktr2) Mil balantlarna gre Dz mil balantl Delik mil balantl Delik milli ve skma bilezikli Spline mil balantl

ekil 8 : Delik milli ve skma bilezikli redktr3) Dili eidine gre Sonsuzdili (Sonsuz dili redktr) Planet dili (Planet redktr) Helisel dili (Helise dili redktr) Hipoid dili (Hipoidredktr) Konik dili (Konikredktr)

ekil 9 : Helisel dili redktr4) Balant ekillerine gre Flan balantl Ayak balantl Flan ve ayak balantl Flan balantl uzatlm kovanl Moment kol balantl

ekil 10 : Flan balantl redktr

Elektrik motorlar eitleri, redktrl ac motor ve redktrl dc motor kullanldklar alanlara gre isimlendirilirler. Redktrl motorlar dililerin anmasn nlemek iin devaml yal olmas gerekir. Dililerin bir ksmnn srekli ya ierisinde olmas iin, redktrn ya haznesi vardr.

Sonsuz vidal redktr motorlar, tahrik ksmnda sonsuz bir vida kullanlmaktadr. Genellikle dili arklar, mil zerine tespit edilir. Bir karter iine monte edilen sonsuz vida, dili arktan meydana gelir. evrim oranlar 1 : 25 ile 1 : 50 arasndadr. Tahrik gruplaryla kullanlan bu mekanizmalar, boyutlarnn kk olmas ve sessiz almalaryla son derece uygundur. Gleri byk olan motorlarda evrim oranlarn dntre bilme zellii vardr. Motor devir saylarnn hzlar, deiik kasnak aplar kullanlarak, istenilen devre ayarlanabilir. Robotik servo redktr bu alanda kullanlmaktadr.

Redktrler, sonsuz vida ve karsndaki arkdan meydana gelir. Bu malzemeler tornadan geirilerek freze, talama, ve sertletirmeden geirilmi, ark malzemesi ise kokil ve kumdan seilerek savurma dkm malzemesi kullanlr. Sertletirilmi elikten yaplan sonsuz mil, karlkl iki tane bilye ile yataklanr. Normal dililer genellikle sonsuz vidadan meydana gelmektedir. Mekanizmann evrim oran genellikle, sonsuz vidann az saysna bal olarak deimektedir.

Dili sistemlerin anmamas iin makina gruplarnn srekli yal olmas gereklidir. Redktrn ya haznesindeki dililerin bir blm ya iindedir. Redktr iindeki minimum ve maksimumya seviyesi, ya ubuu ile kontrol edilir. Bu yan periyodik kontrol yaplmaldr. Makina ya, genelde mineral ya ve sentetik ya diye ikiye ayrlr.

Ya deiim sreleri mineral iin 400 saat, sentetik iin ise 800 saattir. Redktrde ya yok ise minimum ve maksimum seviyenin ortasna gelecek ekilde ya konulur. Redktrde ki ya boaltmak iin altta bulunan ya tpas alr ve boaltlr. Doldurmak iin tpa tekrar sklr ve ya doldurulur. Ya doldururken fren balatalarnn yalanmamasna dikkat edilmelidir.Redktrl motor imalatlar tarafndanretilen eitlimakina ya markas mevcuttur. Motora hangi marka ya uygun ise o ya kullanlr. Tabiimakina ya markasna ve kalitesine gre makine ya fiyatlar da deimektedir.

Dardan Uyarmal DC MotorlarDardan uyarmal DC motorlarda endvi sargsna uygulanan gerilim ile rotor sargsna uygulanan gerilim kaynaklar ayrdr. Alan sargs ayr olarak balanan bir dc kaynak ile uyarlr ve manyetik alan oluturulur.

ekil 11 : dardan uyarmal dc motorun elektrik edeer devresi

Yukardaki edeer devrede grlecei gibi endvi ve rotor (armatr) farkl dc g kaynaklarndan beslenmektedir.Toplam Gerilim (VT) Armatr Gerilimi (Va) ve Endvi Gerilimi (Vf) toplamna eittir. ( VT = Va + Vf )

Toplam Giri Gc (PT) = VfxIf + VaxIa

Sabit Mknatsl Motorlar Sabit mknatsl motorlar DC uyarma sarglar yerine mknats paralar kullanlr. Bu motorlarn en byk avantaj kalkta yksek momentte alabilirliidir. En byk dezavantaj ise ancak belirli bir yke kadar DC tolere edilebiliyor olmalardr. Dolaysyla yksek moment istemeyen ufak apl ilerde tercih sebebi olurlar.

ekil 12 : Basit DC Motor Kendinden Uyarmal DC MotorlarKendinden uyarmal dc motorlarda endvi ve armatr sarglar ayn dc gerilimden beslenmektedir. Kendinden uyarmal dc motorlar endvi sargsnn balant ekline gre e ayrlmaktadrlar.

Seri Uyarmal Motorlar Seri uyarmal motorlarda uyarma sarglar rotor sarglarna seri olarak balanr. Ancak bir farkla uyarma sarglar biraz daha kaln bir tel ile sarlmaldr. nk armatrn tm akmn stlerinde tarlar. Seri uyarmal motorlarn en karakteristik zellii kalk momentinin yksek oluudur. Ancak yke kar ok hassastrlar. Bu yzden hassaslk gerektiren ilerde fazla tercih edilmezler. Ayrca bu motorlar yksz olarak altrlamaz; aksi takdirde motor kaar ve etrafna zarar vermeye balar. Bu yzden sabit olarak bir ksm ykler motora balanmaldr. Sonu olarak seri uyarmal motorlar eitli hz kademeleri gerektiren ilerde kullanlamazlar.

ekil 13 : a)Seri Uyarmal DC Motor b) Seri Motor Endktr Sargs

Edeer devreden de grld zere alan (endvi) sargs ve armatr sargs birbirine paralel baldr ve endvi sargsndan geen akmla armatr sargsndan geen akm birbirine eittir.

Toplam giri gc (PT) = Vf x If

nt (Paralel) Uyarmal Motor nt uyarmal motorlarda uyarma sarglar rotor sarglarna paralel olarak sarlrlar. Bu motorlarda ok iyi hz kontrol yaplr. nt uyarmal motorlarda istenilirse uyarma sarglar dardan da harici olarak beslenebilir. Ancak ok dikkat edilmesi gereken bir husus, uyarmann asla sfrlanmamasdr. Aksi takdirde motor kaar ve etrafna byk hasar verir. Bunlara ilaveten bu motorlar motorun dn yn ok kolay deitirilebilir. Bu regeneratif frenlemede kullanlabilir. edeer devrede de grlecei gibi endvi ve armatr sarglar birbirine paralel balanmtr. Armatr ve endvi gerilimleri birbirine eittir. Besleme kaynandan ekilen toplam akm endvi ve armatr akmlarnn toplamlarna eittir.

( IT = If + Ia )

Toplam Giri Gc ( PT ) = VT x IT

ekil 14 : nt Uyarmal DC Motor Devre emas

ekil 15: nt Motor Endktr Sargs

Kompound Uyarmal Motor Kompound uyarmal motor, seri ve nt uyarlamal motorlarn bir nevi birleimidir. Seri uyarmalar ok iyi kalk momenti salarken, nt uyarmalar da ok iyi hz kontrol yapma imknn verir. Bunlara ramen seri sarglar yznden yine de hz kontrolnde baz sakncalar dourabilir. Bu yzden 4 blgeli kontroll sistemlerde kullanlmas fazla tercih edilmez.

ekil 16 : Kompound Uyarmal Motor

DC Motorlarn Karlatrlmas Grafikte net olarak tm DC motorlarn hz ve tork ilikileri karlatrlmal olarak verilmitir. Kesiim noktasn yle dnebiliriz; Grafiin sol taraf iin motorun zerinden bir ksm yk alnm ve motor hzlanmaya balamtr. Kesiim notasnn dier taraf iin ise motor ar olarak yklenmeye maruz braklm ve dolaysyla hz dmtr.

ekil 17 : DC Motorlarn Karlatrlmas

DC Motorun Edeer DevresiEdeer devre elemanlarna ksaca deinirsek; herhangi bir doru akmdan gelen besleme gerilimine [Va], uyarma sarglarna uygulanan gerilime [Vf], armatr sarglarndaki dirence [Ra], Va gerilimi uygulannca akan akma [Ia], uyarma sarglarnda oluan akya [] diye tanmlarsak, devreyi oluturabiliriz.

ekil 18 : DC Motorun Edeer Devresi

Besleme Gerilimi [Va] DC motorun ularna uygulanan gerilimi formlize edersek;

Va= Uygulanan doru gerilimi Kt= Motor tasarm sabiti = Uyarma aks n = Rotor hz Ia = Armatr akm Ra= Armatr sarg direnci

Motor Hz Motor hz ile uygulanan gerilim arasnda lineer bir iliki vardr (sabit bir aks altnda). rnein uygulanan gerilim nominal gerilimin %50si ise motorun dn hz da nominal deerinin %50si civarndadr.

ekil 19 : DA Motorun Gerilim-Hz likisi Motor Torku Tork, motordan hareket paralarna (tekerlek, dili, palet vb) iletilen itme kuvveti ya da dnme momentidir. Yandaki ekilde gsterildii gibi bir motorun aftna bal bir tekerlein bulunduu bir dzenekte tork, kuvvetin motor aftna olan uzunluk ile arpmna eittir. Torkun birimi Newton metredir (N.m). = F x d Ayn zamanda DC motorlarn torku uygulanan gerilim ve uyarmalarda oluan ak ile de doru orantldr. = Ia Bir motorun gc o motorun torkunun asal hz ile arpmna eittir. P = x w

Motor gc ( P ), motora uygulanan voltaj ile motorun ektii akmn arpmna eittir. P = V x I

Asal hz ise motorun frekansnn ( motorun bir saniyede tamamlad tur saysnn) says ile arpmnn iki katdr. w = 2 x x f Projeye balarken motor seimi srasnda kullancnn motor hakknda bilmesi gereken en nemli zelliklerden biri torktur. Eer motorun tork bilgisi mevcut deilse torkun llmesi ya da hesaplanmas gerekir. Bu formda kullanlan g birimi watt, devir says ise motorun bir dakikada tamamlad devir saysdr (rpm).Anma hz uygulanan anma gerilimi ve anma aksna tekabl eder. Motorlarda sabit bir tork blgesi vardr. Bu tork blgesi, nceden belirlenmi gerilime gre anma hznda alan motorun torkudur. Ancak gerek tork motorun ykne baldr.

ekil 20 : Sabit Moment

Sabit Tork ve Beygir GcBaz uygulamalarda motor anma hzndan daha hzl almas gerekir. Motorun bunu yapabilmesi iin uygulanan gerilimin artrlmas gerekir. Ancak motora anma geriliminden yksek gerilim uygulanrsa motor snr ve zarar grebilir. Bunun yerine motora uygulanan uyarma aks deitirilir. Tabi ki unutulmamas gereken nokta motor hzlandka torkunun da deceidir. Yukarda anlatlanlar grafik eklinde incelersek;

ekil 21 : Sabit Tork ve Beygir Gc

Beygir gcnn sabit kalmasnn sebebi hzn artmasdr. Formlize edilirse:

Alan Sarglarnda Saturasyon Hz ve tork formllerinden de kolaylkla grlecei gibi uyarma aksnn younluu direkt olarak motorun hz ve torku zerinde etkilidir. rnek vermek gerekirse, uyarma aks bir mertebe arttrlrsa; motor hz der bunun yannda tork artar.

M= Ia x

Uyarma akm ile ak arasnda lineer bir iliki yoktur. Uyarma akm arttrldnda ak da artacaktr; ancak yle bir noktaya gelinir ki, uyarma akm her ne kadar arttrlrsa arttrlsn ak artmaz ite bu noktaya saturasyon (doyma) noktas denir.

ekil 22 : Alan Sarglarnda Saturasyon

DC Motor Kayp eitleriDC makinelerinde meydana gelen kayplar grupta incelenir.Bakr KayplarBakr kayplar akmdan dolay meydana geldii iin, akm geen her ksmda bakr kayplar mevcuttur. DC motorlarda bakr kayb; endvi sargsnda, nt sargda, seri sargda, yardmc kutup sargsnda ve kompanzasyon sargsnda meydana gelir.Demir KayplarKutuplarn manyetik alanndan dolay makinenin hareket eden ksmlarnda, endvi manyetik alanndan dolay kutup ularnda kayplar meydana gelir. Bu kayplara demir kayplar denir. Histerisiz ve fukolt kayplar olarak adlandrlan demir kayplar, ykle ok az deime gsteren sabit kayplardr.Rzgar ve Srtnme KayplarDC makinelerinde meydana gelen eitli srtnme ve vantilasyondan dolay bir enerji kayb olur. Bu kayp; fra, yatak, endvinin dnerken hava ile srtnmesi ve makineyi soutmak iin kullanlan vantilatrn meydana getirdii kayplarn tmdr. Srtnme ve rzgr kayplar sabit olmakla birlikte devir saysyla bir miktar deiir.

DC Motor Src Esaslar DC motor kontrol genelde tristr kprleri ile u gerilimi deitirilerek yaplr.

ekil 23 : DC Motorun Src Devresi

nemli bir nokta, uygulanan gerilim DA motorun plaka deerlerinde tanmlanm olan deerinden byk olamaz. Armatr sarglar genelde 500 V DAya gre yaplmtr. Dolaysyla u gerilimi ile ayarlamalar 0 ile 500 volt arasnda olmaldr.

DC motor yol vericilerBir DC motor, almasndaki balca fonksiyonunu yerine getirebilmesi iin baz zel kontrol ve koruma donanmlarna sahip olmaldr. Bu donanmlarn amalar aadaki gibidir;

1. Donanmdaki ksa devreler nedeniyle oluacak tahribe kar motoru korumak2. Uzun sreli ar yklerden oluacak tahriplere kar motoru korumak3. Ar yol verme akmlarna kar motoru korumak4. Motorun alma hzn kontrol etmek zere uygun tarz salamak

DC motor yol verme devreleri Yol verme direnleri bir kez seilirse onlarn doru anda devre d edilmesini salayacak ksa devre kontaklarn anahtarlama yaparak kontrol edilebilir. Bu anahtarlamay yapmak iin birok farkl emalar kullanlmaktadr. Bunlardan en yaygn olan ikisi bu blmde aklanacaktr. Bunu yapmadan nce motor yol verme devresinde kullanlan elemanlarn bazlar ileride tantlacaktr. ekil 19 motor kontrol devrelerinde yaygn olarak kullanlan cihazlarn bazlar gsterilmektedir. Gsterilen cihazlar sigortalar, basmal anahtarlar, rleler, zaman geciktirme rleleri ve ar yk korumalardr. ekil 19de sigortann sembol gsterilmektedir. Motor kontrol devresindeki sigorta ksa devre tehlikesine kar motoru korumaya yarar.

Ab

ekil 24 : a) Sigorta b) Sigorta Yuvas ve Yaps

Motora giden g kaynann hatlarna yerletirilir. Motorda ksa devre olursa, motorun kendisinde herhangi bir tahribat olmadan nce devreye aarak ona giden hattaki sigortaya yanacaktr. ab

ekil 25 : a) Yay Tipi Basmal Anahtar b) Yay Tipi Basmal Anahtarn Yapsekil 25te yay tipi basmal anahtarlar gsterilmektedir. Normalde ak ve normalde kapal trden iki temel tipi vardr. Normalde ak kontaklar butona dokunulmadnda zaman aktr ve butona basld zaman kapanr. Buna karn normalde kapal kontaklar dmeye baslmad zaman kapaldr ve basld zaman aktr.

ab

ekil 26 : a) Rle b) Rlenin Yaps

Bir rle ekil 26de gsterilmektedir. Bir ana bobin ve kontaklardan ibarettir. Ana bobin daire ile sembolize edilir ve kontaklar paralel izgiler ile gsterilir. Kontaklar iki tiptir normalde ak ve normalde kapal olanlar. Normalde ak kontak rlenin enerjisi kesildii zaman ak kontaktr ve normalde kapal kontak rle enerjisizken kapal olan kontaktr. Elektrik enerjisi rleye uyguland zaman (rle enerjili iken) kontaklar durum deitirir; normalde ak kontaklar kapanr ve normalde kapal olanlar alr.

ab

ekil 27 : a) zaman gecikmeli rle b) zaman gecikmeli rlenin i yaps

Zaman geciktirme rlesi ekil 27de gsterilmektedir. Davran sradan rleye benzer tek fark enerjilendirildiinde kontaklar durum deitirmeden nce ayarlanabilir bir sre gecikmesi vardr.ab

ekil 28 : a) Ar Akm Rlesi b) Manyetik Ar Yk Rlesi YapsAr yk rlesi ekil 28de gsterilmektedir. Bir stc bobin ve normalde kapal kontaklardan ibarettir. Motora akan akm stc bobinden geer. Motordaki yk ok byk olduunda motora akan akm normalde kapal olan ar yk kontaklarnn almasna neden olacak olan stc bobinleri stacaktr. Bu kontaklar motor koruma devrelerinin baz tiplerini sra ile aktive eder.

DC MOTORLARIN HIZ KONTROL Bir ok uygulamada DC motor devir saysnn geni snrlar ierisinde ayarlanmas gerekir. Motor devir saysnn ayarlanabilmesi iin DC motor srcleri kullanlr. DC motor hz kontrol analog ve saysal olmak zere iki tipte yaplabilmektedir. Gemite endstriyel uygulamalar iin hz ayar yar iletken kontroll ayarl gerilim kaynakl analog DC motor srcleri ile yaplrken, g elektroniindeki gelimeler sonucunda analog kontrol yerini saysal hz kontrol sistemlerine brakmtr.Kontrol Tanm DC motorlarn kontrolnde kullanlan kontrol sistemlerinde, kn istenilen deerlerde elde edilebilmesi iin, sistemin giriine uygulanmas gereken deerlerin tespit edilmesi gerekir. Sistemde hedeflenen (referans) k deeri ile mevcut sistem k deeri arasndaki fark, hata deeri olarak adlandrlr. Sisteme uygulanacak giri sinyali, ite bu hatay en az deere indirebilecek bir deer olarak retilebilmelidir. Bu da ayn zamanda, sistem knn deeri ile referans knn deerinin birbiriyle karlatrlmas demektir. Bu amala, gerekli sistem knn bilinebilmesi iin alglama elemanlarnn kullanm gerekirDenetleyici (Kontrolr) Referans girii ile pozisyon alglaycsndan ald bilgiyi kullanp rettii kontrol sinyalleriyle motorun istenilen alma artlarn gerekletiren bir birimdir. PWM sinyallerinin durumu, denetleyicinin rettii kontrol sinyalleriyle belirlenmi olan kontrol algoritmasna gre kontrol edilir. Denetleyici ile temel olarak hz, akm ve/veya pozisyon dngsnn kontrol yaplr. Denetleyici, hem donanm ve hem de yazlm yaplarndan oluurDC Motor Hz Kontrol YntemleriDoru akm motorlar, deiken kolay hz deitirme zelliklerine sahip olduundan hzn kontrol edilmesi istenen yerlerde kullanlrlar. Yksek yol alma momenti saladndan, hz kontrol geni aralklarda yaplr. Hz kontrol alternatif akm motorlarna gre daha kolay ve daha ucuzdur.

Kontroll dorultucular, sabit AC gerilimden deiken DC gerilimi elde ederken, kyclar ise sabit DC gerilimi deiken DC gerilime evirir. DC motorun hz aadaki yntemlerle ayarlanabilir.1. Endvi devresi direncini (Ra) deitirerek 1. Uyarma akmn (Ia) deitirerek1. Ward-Leonard sistemi ile 1. Yariletkenler kullanlarak 1. DGM (Darbe Genilik Modlasyonu) ile

Endvi Devresi Direncinin Deitirilmesi le Hz Kontrol Endvi devresi direncinin deitirilmesi iin endvi devresine seri direnler balanr ve bylece motorun hz ayarlanabilir. Bu metot en ok DC motorlara kademeli olarak yol vermek iin kullanlr. Bu uygulamada kullanlan seri direnler srekli olarak kullanmda kalrlarsa direnler zerinde nemli lde g kayb meydana gelecektir. Bu nedenle endvi direncinin deitirilmesi, srekli hz deiimi gerektiren yerlerde tercih edilmez.

Uyarma Akmnn Deitirilmesi le Hz Kontrol Uyarma akmnn deitirilmesi ile hz kontrol seri ve paralel uyartml DC motorlarda tercih edilen bir yntemdir. Bu yntemde endvi u gerilimi deimemektedir. Motorun paralel ularna balanan ayarl bir diren yardmyla uyarma akm deitirilir. Uyarma akmnn deiimi manyetik aknn deimesine neden olacak ve hzn deiimi gerekleecektir. Bu yntemde paralel uyarma devresinden geen uyarma akm, endvi devresi akmna gre ok kk olduu iin manyetik alan ayar direnci zerinde oluan enerji kayb az olacaktr.

Ward-Leonard sistemi ile Hz kontrolSerbest uyarmal doru akm kayna ile ayarlanan endvi gerilimi ve bu gerilimle beslenen motor-jeneratr grubu Ward-Leonard sistemi olarak adlandrlr. DC motor hznn geni snrlar arasnda ayarlanmasn ve her iki yne doru dnmesini salamak iin Ward-Leonard sistemi kullanlr. Ayarlanabilir endvi gerilimi ya bir transformatr dorultma grubu yardm ile alternatif gerilim kaynandan ya da serbest uyarmal bir doru akm kaynandan salanr. Genellikle kullanlan bileenleri, bir DC jeneratr ve bir sabit gerilimli uyarcy tahrik eden AC endksiyon veya senkronize motoru; nt sarml DC tahrik motorunu ve bir alan reostasn iermektedir. Bu donanm sayesinde, jeneratr nt alannn reglasyonu yoluyla 10:1 hz orannn salanabilmesi mmkndr ve bu sistemler 360 W ve zerindeki gler iin kullanlmaktadr.

ekil 29 : Ward-Leonard DC Motor Hz Kontrol Devresi

Daha kk g sistemlerinde 15: 1'e kadar varan hz oranlar salanabilmektedir; fakat genel kullanm amalar iin gvenli snrn 10:1 olarak kabul edilmesi gereklidir. Bu yolla salanan hz kontrol son derece kararldr. Tam yk ve sfr yk koullar arasndaki herhangi bir zel ayar noktasndan sapma ekipmann boyutlarna ve tasarmna bal olarak %7-10 arasnda deimektedir. Bu tip srcler, deiik endstriyel uygulamalar iin kullanlmaktadr ve k gleri 15 kW-112 kW arasnda deien elektrikli planyalarda ve asansrlerdeki ve ayrca hz oranlar 6:1-10: 1 arasnda olan 360 W, 0.75 kW ve 1.50 kW k gc olan bileyi makinelerinde kullanm zellikle baarldr. ekil 25de Ward-Leonard kontrol devresi gsterilmektedir. Sistemin almas asenkron motorla uyartlan serbest uyartml bir doru akm jeneratrnn leonard motoruna doru akm retmesiyle gerekleir. Birok sistemde Leonard jeneratr uyartm akmn yar iletken dorultucu zerinden salar. Ward-Leonard hz kontrol sisteminin en nemli zellikleri sabit fark ve g salamasdr.

ekil 30 : Ward-Leonard Sistemiyle Elde Edilen Sabit G ve Tork Erisi

Yar iletkenler ile Hz kontrol Gl silikon diyotlar ve tristrlerin gelitirilmesi, alternatif akmn dorultularak DC motor kontrol devreleri iin yeni bir kontrol metodu ortaya karmtr. Bu metot motor jeneratr sistemlerinden daha gvenilir ve verimli bir metottur. Yar iletkenler motorlarn uyartm ve endvi devresi elektriki zaman gecikmesini azaltr ve tepki hzlarnn artmasn salar.Yariletkenlerle kontrol devreleri grupta toplanr. Bir fazl kontrol fazl kontrol Kyc (Chopper) srcler

Bir fazl srclerle kontrol DC motorun endvi devresindeki giri gerilimi, tristr ya da diyot kullanlarak tek fazl bir alternatif geriliminden elde edilmektedir. Motor ularndaki gerilim, tristrn tetikleme as (a) deitirilerek ayarlanr. Uygulanan gerilimin yars kullanlarak motor beslendiinden verim olduka dktr.

ekil 31 : Bir Fazl DC Konvertrl Step Motor Src

ekil 31de gsterilen bir fazl yarm dalga src kullanlarak bir DC motor kontrol edildiinde, endvi geriliminin deeri, tetikleme as 0 ile arasnda deitirilmek suretiyle;

Va=(1+cos) olarak hesaplanr. Burada Vm, AC kaynak geriliminin maksimum deeridir. Kontrol ilemini tam dalga olarakta gerekletirmek mmkndr.

fazl srclerle kontrol Yksek gl motorlarda fazl srcler kullanlr. Bu tr srclerde endvi devresi gerilimindeki dalgalanmalarn frekans tek fazl srclere gre daha yksektir bu nedenle bu src modelinde szgeleme kullanlr. fazl tam dalga yarm kontroll src ekil 32'de grlmektedir.

ekil 32 : fazl Yarm Dalga Konverterli Src DevresiDC motorun endvi gerilimi ise

Va=3cosa

olarak bulunur. Bu tr srclerde tetikleme as 90 nin stnde olduunda kosinsn eitlie etkisi ele alndnda motorun jeneratr olarak alaca grlmektedir. Bu src trnde de yarm dalgann yan sra tam dalga konvertr de kullanlabilmektedir.

Kyc (Chopper) srcler Endvi gerilimini deitirmek iin bir DC kyc, sabit gerilimli DC kaynak ile DC motorun arasna balanr. Kyclar motor endvi devresi ile g kayna arasndaki balantda devre kesici yardmyla saniyede yzlerce kez alp kapanma esasna gre alrlar. Kyc tipi srclerde verim olduka yksek olup, hzn kontrol srekli olarak deitirilebilir ve motor gerekli durumlarda bir jeneratr olarak frenlenebilir. Bu birimde, motor kontrolnn salanmasnda kullanlacak gerilim elde edilir. AC/DC evirici (ebeke balantl sistemlerde), frenleme kycs, filtre ve yar iletken anahtarlarn (transistr, mosfet v.b) bir araya gelmesinden oluan bir evirici sistemidir.

ekil 33 : Kyc Devresi ile Hz Kontrol Devresi

ekil 33'de grlen kyc devre ile hz kontrol devresi, endstriyel tahrik sistemlerinde, elektrik ile alan trenlerde tercih edilen sistemdir.

ekil 34 : Kyc Devresi Gerilim-Zaman(V-t) erisi Kyc devresindeki tristr, kesici grevi yapar ve endvi devresi gerilimini saniyede yzlerce kez ap kapatr. ekil 34da kyc devrenin gerilim zaman ilikisi grlmektedir. Endvi devresinin iletim sresi ti, kesim sresi tk istenildii gibi azaltlp oaltlarak motora uygulanan gerilimin Vm etkin deeri ve dolaysyla motor dn yn ve hz istenildii gibi ayarlanabilir. Bu durumda yk ularnda oluan gerilim,

Vy=V. olarak hesaplanr. DC kyclar ile motor kontrol yaplrken DCyi kyacak tristrlerin tetikleme alar deitirilir. Tristr belirli sre ierisinde iletimde, belirli sre ierisinde de kesimde olacaktr. Tristrn iletimde ve kesimde kalma sresi deitirildiinde gerilimin deerinde de deime olacaktr. Burada frekansn PWM ile ayarlandktan sonra geri besleme yaplarak PI kontrolr sayesinde hz ayar yaplr. Sabit hz deerlerinde maksimum momentte geici durum koullarna uygun ayarlama yaplr. ekil 35 (a)' da doru akm ayarlaycs ile motor kontrol gsterilmitir. ekil 35 (b)' de ise motor ularndaki gerilim ve devredeki akmlarn deiimi grlmektedir. Gerilimi sabit ve U deerinde olan bir doru akm kaynandan motorun ektii g tristrler yardm ile ayarlanr. T2 tristrn sndrlmesi srasnda kondansatr st plakas (+) ve alt plakas (-) olmak zere arj olmutur. ki tristrde de kapama durumunda kald srece kondansatr arj durumunu korur, t0 annda T1 tristr tetiklendiinde ise, alter iindeki bobin ve ona seri bal olan diyot zerinden boalr ve ters ynde arj olur. Kondansatr ve bobin bir rezonans devresi oluturur. Devredeki D2 diyotu kondansatrn tekrar boalmasn engeller. Bylece kondansatr, T1 tristrnn sndrlmesi iin gerekli olan ynde arj olur.

ekil 35 : a) DA kyc ile motorun beslenmesi b) Gerilim ve akmlarn deiimi

t0 annda T2 tristr, t1 annda T1 tristr periyodik olarak tetiklenerek motor zerine gerilimin aralklarla uygulanmas salanr. ekil 35(b) de Yk tarafnda darbe biiminde bir U2 geriliminin meydana geldii gsterilmitir. T1 tristrndeki gerilim dm ihmal edilebileceine gre t0 ile t1 zaman aralnda U2=U olur. t1 annda T2 tristrnn tetiklenmesi ve T1 tristrnn snmesi ile bir an iin U = U + U deerini alr. Kaynak ve kondansatr seri balandndan toplam gerilim ykn ularna uygulanm olur. T zaman aralnda U2 = U. T2 aralnda ise U2=0 kabul edilebilir.Bir doru akm ayarlaycsnda, gerilim ve akmn ortalama deerleri elde edilerek motorun kararl alma deerleri hesaplanr. Gerilimin daha byk olduu taraftaki akm () darbe eklinde dikdrtgen biimli bloklardan olumutur. Dier tarafta ise U gerilimi darbe eklinde, buna karlk I2 akm sreklidir. Giriteki akmnn ekil 35 (b)' deki gibi darbeli olabilmesi iin, U gerilimli doru akm kaynann i endktans ok kk olmaldr. ekil 35'da ebeke geriliminin dorultulduktan sonra transitrler yardm ile kylmas gsterilmitir. Drt adet transistor kpr devresi ile PWM devresi kegen ifti ile hattn kontrol salanmaktadr. Transistrlerin kollektr ile emiter arasna balanan diyotlar transistrlerin salkl almasn salayacaktr. Bu transistrler iin ok nemli bir konudur. Diyotlar ters balandndan yk akmlarnn zerlerinden gemelerine izin vermeyeceklerdir. Ancak transistrlerin anahtarlamas sonucu yk zerinden akmn akmas DC gerilimin kylmas sonucunu ortaya karacaktr. Diyotlarn transistor kollektr emiter arasna balanmas gereklidir, nk kapasite ve bobin zerinde depo edilecek gerilimler bu diyotlar yardm ile boalacaklardr. ekil 35da gsterilen devrede endktif kaaklar ve kapasitif durumlarn olumasndan dolay baz transistor kayplar olumaktadr.

ekil 36 : Drt Blgede alan DC-DC konverter

DC motor srcs ile anma hzn altndaki hzlarda almak iin armatr gerilimi kontrol edilirken, anma hzn zerindeki hzlarda ise manyetik alan zayflatmas yaplr. Ska kalk, devir yn deiimi, frenleme ve hzlanma gerektiren uygulamalarda drt-blgeli DC motor src sistemine gereksinim vardr. Byle bir src devresi ile yaplan hz ayar ve frenleme almalar dier devrelerinkine gre daha verimli ve daha ekonomik olur. Sekil 33de gsterilen ve bir DC motoru besleyen drt-blgeli H-kpr DC-DC evirici g devresi drt adet IGBT yariletken anahtar eleman kullanlarak oluturulmutur. Yariletken anahtarlar uygun bir ekilde kontrol edilerek k gerilimi ve akm ortalama deerlerinin yan sra polariteleri de ayarlanabilir. Bylece, kycnn bir DC motoru beslemesi durumunda drt-blgeli alma elde edilebilir. DC kyc g devresinde ilave olarak anahtarlara ters paralel bal diyotlar kullanlmamtr. Denetleyici, yar iletken anahtarlar, belirlemi olduu anlarda iletim veya kesime sokar. Yar iletkenlerden oluan ara birime, anahtar src blou denir. Bu katman, stator sarglarndan geen akmn ynnn deiimini, rotor pozisyon bilgisini kullanarak salar ve bylelikle rotor dn gerekleir. Denetleyici, pozisyon sensrlerinden edindii bilgiye bal olarak eviricideki alt adet yar iletken anahtara ama ve kapama iareti gnderir. ekil 37de mosfetlerin kullanld anahtar src blou grlmektedir. Rotor konumu gz nnde tutularak yar iletken anahtarlar bir sra dahilinde tetiklenir. lemci srcnn tetiklenmesini salayarak konum sensrlerinden ald bilgiye dayanarak bir faza pozitif, bir dier faza negatif ve nc faza ise gerilim uygulamaz. Bu gerilim uygulamas, sistematik bir ekilde srayla her faza ayr ayr tatbik edilir. Bu ekilde ilemci, bu src yapsyla motorda bir dnme momenti meydana getirir. Src, motorun performansn belirleyen en nemli elemandr. lemci ve anahtarlar da src performansnn mertebesini belirler. Anahtarlar, bir srcnn en nemli elemanlardr. Anahtar iin eleman seiminde, anahtarlamann hz ve kayplar gz nnde tutulur. Mosfet, en yaygn kullanlan elemandr. Fakat , dier yar iletken malzemeler de kullanlabilir (rnein, transistr, tristr, IGBT vb. gibi)

Sekil 37 : Drt-blgeli DC kyc g devresi.Drt-blgeli alsma iin kullanlan anahtarlama durumlar, Va evirici ks gerilimi ya da motor u gerilimi, ec zt emk ve ia armatr akm olmak zere, u ekilde zetlenebilir:

Sekil 38 : Tam kpr bir DC kycnn drt-blgeli alsmas.

I. Blge: ileri ynde motor alma ( Va > ec ve ia >0 ).Akm S1 ve D4 arasnda anahtarlanr.S1 ve S2 iletimde, S3 ve S4 kesimde, motoralma S2 ve D4 iletimde, S1 ve S3 kesimde, boluk alma

III. Blge: Ters ynde motor alma ( |Va| >|ec| veya < 0 )Akm S4 ve D1 arasnda anahtarlanr.S3 ve S4 iletimde, S1 ve S2 kesimde, motoralma S3 ve D1 iletimde, S2 ve S4 kesimde, boluk alma

II. Blge:ileri ynde jeneratr alma ( Va < ec veya < 0 )Akm S4 ve D1 arasnda anahtarlanr.S4 ve D2 iletimde, S1 ve S3 kesimde, bolukalma D1 ve D2 iletimde, S3 ve S4 kesimde, jeneratr almaIV. Blge: Ters ynde jeneratr alma ( |Va| 0 )Akm S1 ve D4 arasnda anahtarlanr.S1 ve D3 iletimde, S2 ve S4 kesimde, bolukalma D3 ve D4 iletimde, S1 ve S2 kesimde, jeneratr alma

Bylece, darbe genilik modlasyon (PWM) teknii ile denetlenen kyc devre sayesinde srekli mknatsl DC motorun drt-blgeli hz ayar yaplabilir.

Darbe Genilik Modlasyonu (DGM) ile Hz kontrol DC motorlarnda hz ayar 1891 ylnda Ward Leonard tarafndan gerilim kontrol vastasyla ilk olarak gerekletirilmitir. Bu yntem endvi devresine eklenen direnler vastasyla gerekletirildii iin sistemin verimini direnlerde meydana gelen kayplar nedeniyle olumsuz olarak etkilemekteydi. G elektroniinde anahtarlama eleman olarak tristrn kullanlmaya balamasyla DC motorlarnn hz ayarnda ayarl gerilim kaynaklar n plana kmtr. Daha sonraki yllarda anahtarlama eleman olarak MOSFET, IGBT ve GTO gibi yar iletken elemanlar kullanlmtr. lk nceleri bu elemanlarn anahtarlamalar analog devreler vastasyla yaplmaktayd ve frekanslar dk, grltden etkilenme oran yksekti. Ancak daha sonralar saysal kontrol elemanlarnn kullanlmas ile deiken evre koullarndan etkilenme oran en aza indirilmitir. Daha yksek anahtarlama frekans deerlerine klmtr. Bu saysal kontroln salanmas iin gerekli olan anahtarlama algoritmalar darbe genilik modlasyonu (DGM) kontrol teknii ile salanmtr. Geleneksel analog kontrol devrelerinin bir ok dezavantaj vardr. Karmak uygulama emas nedeniyle analog devrelerin uygulanmas zordur. Analog devreler esneklikten yoksun ve grltye kar duyarldr. Ayrca analog devrede kullanlan elektronik malzemelerin her biri farkl tolerans deerlerine sahiptirler. Bu dezavantajlar gvenilir, esnek ve grltden etkilenmeyen denetleyicili sistemlerin kullanlmas ile giderilmektedir.

Ak dngl sistemle motor hz kontrolnde devir says ayar endvi veya uyartm sargs zerine den gerilimi deitirmekle ayarlanabilir. Ak dngl sistemde motor gerilimindeki ve motor devir saysndaki deiiklikler dikkate alnmamaktadr. Bu yntemde, yk durumuna gre devir artar veya azalr. Bu nedenle sabit hz uygulamalarnda ak dngl sistem kullanlamaz. Kapal dng sistemle motor hz kontrolnde, k bykl sistem deikenlerinden bamsz hale getirilir. ekilde kurulan dng sayesinde k bykl olan motor devri says(hz) sabit tutulmak istenmektedir.

ekil 39 : DC motorun PI ile hz kontrol.

Yukarda verilen kapal dng sistemde motor devir says referans deeri ile ayarlanr. Sistemde kullanlan takometre sayesinde motor devrindeki deime alglanr. Motor yk durumuna gre endvi sargs veya uyartm sargs gerilimi deitirilerek devir saysnn referans deerinde kalmas salanr Motor gerilimi yar iletkenler yardm ile ayarlandndan, sistem verimli ve gvenilirdir. ekilde PI kontrolr emas verilmektedir. Sistemde oluacak hata sinyali kontrolrde deerlendirilerek ka aktarlmaktadr. Hata sinyali e(t) sistem kazanc ile arplmakta ve hata sinyalinin entegrali alnmaktadr. Sistemde integratr kullanlarak ktaki am nlenir. Hata sinyalinin deerine gre PI k artrr veya azaltr.Otomatik Denetim KavramBir sistemin denetlenmesi ileminde insan faktrn en aza indirgeyecek ekilde tasarlanm, sistemin ilevini yerine getirirken meydana gelebilecek bozucu etkileri alglayabilen denetim trdr. ster mekanik, ister elektrik isterse elektronik sistemler olsun, sistemin belirli bir kararl aralkta almas istenilen her durumda otomatik denetim ynteminden faydalanlr.Otomatik denetim sistemlerinin tasarmnda aadaki zellikleri salayp salamad aratrlr.

Karal alma: Sistemin k deerinin snrl aralklarda tutulmas denetim sisteminin kararl almas anlamna gelir.

Geici durum almas halinde hzl cevap: Bir otomatik denetim sisteminin yarlara hzl cevap vermesi gerekir. Yani sistemin knn istenen deere gelmesi anna kadar geen sre, geici durumdur. Bu durumun ksa olmas denetim sisteminin iyi altnn iaretidir.

Kalc durum davran: Bir denetim sisteminde kalc durum almasnda hatalarn sfr ya da ihmal edilebilir deerlerde tutulmas istenir.

Denetim Sistemi TrleriDenetim sistemleri; Ak evrim Kapal evrimolmak zere iki temel kontrol yaklamn ierir. Kapal evrim denetim sistemleri ayr bir modl konusu olduu iin burada bahsedilmeyecektir.

Ak evrim Denetim Sisteminin Tanm

Ak evrim denetim sistemiSistemi kontrol eden dzenein sistemin kndan etkilenmedii, sadece verilen referans deerine gre denetim ileminin yapld sistemlerdir. Hassasiyet gerektirmeyen sistemlerde kullanlan bir denetim sistemi mekanizmasdr. Sisteme etkiyen bozucu faktrlerin alglanmas insan faktryle olabilmektedir. Verilen referans iareti kontrol eleman tarafndan alnr ve oransal bir kontrol iareti retir. Bu iaret, kontrol edilen sisteme verildiinde sistem giri deikenini sre iine alr ve istenilen k iaretini verir. Ak evrim denetim, genellikle kumanda edilen sistemin yapsnn ve sisteme etkiyen dier girilerin nceden ok iyi bilindii uygulamalarda kullanlr. Ak evrim denetim sistemi gnlk yaantmzda yaygn olarak kullanlmaktadr. Bir anahtarla bir lambann kumandas en temel ak evrim denetim rneidir.

1.2. Ak evrim Denetim Sisteminin ElemanlarBir ak evrim denetim sistemi oluturulduunda sistem elemanlar aada aklanmtr.

Giri/k KavramlarBir sisteme, o sistemin dndan uygulanan, dier deikenlerden bamsz biimde deiebilen ve sistemin davrann etkileyen deikenlere sistemin girileri ad verilir. k ise denetim sisteminden salanan gerek cevaptr. rnein bir stma sisteminin kortamn llen scakldr. DenetleyiciSistemin istenilen k verecek dorultuda almasn salamak iin verilen referansdeere bal olarak kontrol iareti retir. Genellikle elektronik bir elemandr. Bir ak evrimsistemde alan denetleyici retilen kn deerini ve durumunu kontrol etmez. Dolaysylakapal evrime gre yaps daha basittir.

Denetlenen sistem (Plant)Denetleyicinin mdahale ettii, ynlendirdii ve istenen sonularn alnmasn salad dzenektir. Endstri de kullanlan her trl mekanizma ve tehizat denetlenen sistem olarak adlandrlabilir. Motorlar, stma - soutma elemanlar, Aydnlatma tehizatlar, retim bantlar denetlenen sistemlere verilebilecek yzlerce rnekten bazlardr.

Ayar Noktas Ve Ayar Dengesi KavramlarDenetim sistemlerinde sistemin giri deikenlerini bir srece sokarak kretebilmesi iin referans deerine ihtiyac vardr. Bu referans deeri ayar noktas olarakbelirlenir. Denetimin salanabilmesi, ktan istenen ve ideal deerlerin alnabilmesi ancakayar noktas ve dengesinin salanmasna baldr.

Ak evrim Denetimin Uygulama AlanlarAk evrim denetim yntemi aada sralanan karakteristik zelliklerine uyan tm alanlarda baaryla uygulanmaktadr. Ak evrim denetim sistemleri ilemlerin nceden ok iyi bilindii sistemlerde yaygn olarak kullanlmaktadr. ok fazla hassasiyet beklenmeyen sistemler iin idealdir. Ak evrim sistemlerin maliyetleri daha dktr. Bu nedenle ucuz zmler istenen yerlerde tercih edilir. Ak evrim denetim yntemi sisteme etkiyen bozucular zayflatmaz. Ak evrim denetim yntemi kararsz bir sistemi kararl hale getiremez. Yani ak evrim denetim ynteminin uygulanaca sistemin zaten kararl ve dzgn alan bir sistem olmas zorunludur. Ak evrim denetim yntemi, sistemin parametrelerindeki deiimlere kar bir hassasiyet gstermez. Sistem almasna devam eder. Yani tasarm aamasnda normal bir sistem iin hesaplamalar yaplm olan bir ak evrim denetim sistemi, gerek sisteme uyarlandnda, gerek sistemdeki var olan baz parametrelerin deerlerindeki hassas kaymalar dikkate almadan, yine hesapland gibi doru bir ekilde alabilir.

Geri Besleme niteleri Stator sarglar rotor pozisyonuna gre enerjilendirilmelidir. Alglayclar kullanlarak rotor pozisyonu belirlenir. Buna ek olarak, src fonksiyonlar iin gereken akm ve gerilim deerleri llmeli ve lm deerlerine gre kullanlmaldr. BLDC motorlarda hz ve konumun kontrol edilebilmesi iin, rotorun konumunu alglayacak alglayclara ihtiya vardr. Bu alglama ilemi iin geleneksel olarak Alan (Hall) etkili ya da optik sensrler kullanlr. Bunlar statora ya da motorun miline yerletirilir. Bu sensrl srm tekniklerinin haricinde, BLDC motorun sensr kullanlmadan srld teknikler de gnmzde artan bir ekilde kullanlmaktadr. Lkin sensrsz srme teknikleri, ek olarak muhtelif algoritmalarn kullanlmas zaruretini ortaya karr. Bir de sensrsz kullanlan motorlar, sensrl kullanlan motorlara nispetle daha az hz ve ivme deerlerine eriebilirler.

Sradan bir kaynaktan ulaan uyar ya da iaretleri alp, ald bu iaretlere uygun olarak sinyal retebilen elemanlara sensr denir. Bunlar, motor kontrol (denetimi) iin kontrol edilen (denetlenen) mekanik veya elektriksel byklkten geri besleme alarak denetleyiciye gnderen optik veya elektromanyetik elemanlardr. Denetleme devrelerinde sensrlerden gelen geri belsem bilgileri ilenecek bykle dntrlr. Rotor konumu alglayan alglayclar ok eitlidir. Bunlarn ierisinde en ok kulanlan alan etkili sensrler(Hall Effect Sensors)dir. Bu sensrlerin haricinde, optik sensrler (encoder) ve sfr gei dedektrleri (zero crossing dedectors) de kullanlr. Motor kontrolnde, rotor pozisyonun alglanmas iin, hangi alglama elemann seileceine karar vermek amacyla baz kriterlerin deerlendirilmesi gerekir. Bu kriterler; evre koullar, rotorda asal olarak yer deitirmenin byklk derecesi, alglayc iin ayrlan mesafe, kontrolden beklenen hassaslk ve doruluk derecesi, alglayc elemann ekmesi beklenilen en fazla g ve alglayc elemann seri biimde retilebilme durumu olarak saylabilir.

A. Alan Etkili Sensr (Hall Effect Sensor) Kullanm: Alan etkisi sensrler, manyetik alann alglanmasnda kullanlr. Dr. Edwin Hall tarafndan ilk defa olarak 1879 ylnda alan etkisinin varl kefedildi. Dr. Hall, altndan yaplm ve iinden geen ince bir altn plakann bir yzeyine, dik bir manyetik alan olacak ekilde bir mknats yerletirdiinde, plakann dier tarafnda potansiyel bir fark olutuunu kefetti. Oluan bu potansiyel fark (Hall Gerilimi), bir iletkenden geebilecek akm ve o iletkende oluabilecek manyetik ak ile orantl olmaktadr. Bu olay da, alan (Hall) etkisinin varln gstermektedir. zerinden akmn getii bir ince plakann kndaki ular, mevcut manyetik alana dik bir biimde balanm durumdadr. Manyetik bir alann mevcut olmad durumlarda bir gerilim (Hall Gerilimi, Vh) olumaz. Geen akm ve mevcut manyetik alann iddet ve yn, oluacak gerilimin iddet ve ynn tayin eder. Akm, kontroln bykl olarak anlr ve kta oluacak gerilimle doru orantldr.

Motorlarn kontrolnde, hava araln lmek amacyla bu sensrler ilk kez 1960 senelerinde kullanlmaya balanmtr. BLDC motor rotorunun dndrlebilmesi iin statorun sarglarna bir sra dahilinde g uygulanmaldr. Stator ierisine gmlen alan sensrleri sayesinde rotorun pozisyonu alglanr.

Statora yerletirilen alan sensrlerinin yerleri kutup saysna gre farkllk gsterir. ekil 2.6da iki ve drt kutuplu motorlarda alan sensrlerinin nerelere yerletirildii rneklenmitir (H1, H2 ve H3 olarak adlandrlan harfler, Alan (Hall) etkili sensrleri ifade etmektedir).

ekil 2.6 : ki ve drt kutuplu motorlarda alan etkili sensrlerin durumu

Alan etkili sensrlere, rotorun mknatsndan manyetik ak salanr. Ender olarak, motorun miline bal olan yardmc bir mknats tarafndan manyetik ak salanr. 30 mV gibi kk bir deere sahip olan Hall Gerilimi bir ykselte yardmyla ykseltilir.Statorun ierisine alan etkili sensrlerin yerletirilmesi riskli ve karmak bir ilemdir. nk statora yerletirilen mknatslardan dolay yanl bir sinyal retilirse, rotorun pozisyonu da yanl olarak tespit edilebilir. ekil 2.8de motor ierisine yerletirilen alan etkili sensrler grlmektedir.

ekil 2.8 : Motor iindeki alan etkili sensrlerin konumu

Alan etkili sensrlerin seri retime olan uygunsuzluu, motor ierisine gmlmesi zarureti, scakla olan hassasiyeti ve snrl bir znrle sahip olmas olumsuz taraflardr. Bununla beraber yapsnn basitlii ve ucuzluu dolaysyla gnmzde yaygn bir kullanma sahiptir.ekil 2.9da Alan etkili sensrlerin motorlara yerleim ekilleri gsterilmitir.

ekil 2.9 : Alan etkili sensrlerin yerleim ekilleri

ekil 2.9da da grld gibi, alan etkili sensrler, 60 ya da 120 aralklarla motorlarn statorlarna yerletirilir.

B.Optik Sensr (Encoder) Kullanm: Optik sensrler kullanlarak rotorun konumu, hassas olacak ekilde asal olarak belirlenir. Optik sensrlerin alma prensibi; biri sabit, dieri de hareketli olan iki diskin bir k kaynandan gnderilen geirip geirmedii ve dorusal veya asal olarak yer deitirmenin alglanmas esasna dayanr. Gnderilen n bir demet halinde, %50 geirgenlii olan bir durgun diskten geip dier diske yani hareketli olana eriir. Hareketli diskten gemi olan k demeti, a duyarl bir yzeye sahip optik sensrn yzeyine odaklanr ve bu sayede elektriksel bir iarete dnm olur. Hareketli diskte mevcut olan aralklarn darlk derecesinin art, hareketin alglanma hassasiyetini de arttrr.

ki eit encoder tipi vardr. Biri artrmsal ya da artml (incremental) alglayc, dieri ise mutlak alglaycdr. Artml alglayclarn saysal k bir bitliktir. Bu alglaycnn klar, kullanlacak bir elektronik devre ile saylacak, bu da motorun hz ve konumu hakknda bilgi verecektir. ekil 2.10da Artml bir encoder gsterilmitir.

ekil 2.10 : Artml (artrmsal) encoder

Belirgin bir noktaya gre motorun hz ve konumunu belirleyen alglayclara mutlak alglayclar denir [9]. Mutlak alglaycda, mil konumu ile alkal bir tek dijital sinyal retilmektedir. Mildeki her bir konum bir dijital desene sahiptir. kilik bir say dzeninde olan bu dijital desen ierisindeki bitler, znrl oluturur. Dijital desen, disk zerinde mevcut olan her bir dairesel iz veyahut sradr. Bu desen, 28=256 deiik konum disk zerinde belirtebilir. rnein, 10 ize sahip bir dijital desen 210=1024 konum belirtir. ekil 2.11de mutlak encoder gsterilmitir.

ekil 2.11 : Mutlak encoder

Optik sensrlerde, asal hz bykl, dijital deerdeki k bilgisinden iki deiik biimde elde edilir.

Birincisi, k darbelerinin saylmas yntemi kullanlarak : Dijital denetleyicide rnekleme periyodunun esas alnmasyla, rnekleme sreci ierisindeki, dijital denetleyicide alglayc darbesi saylp belirlenir. rnekleme periyodu , asal hz , rnekleme periyodu ierisinde belirlenen darbe says , diskteki zgara says olarak tespit edildiinde milin sahip olduu asal hz;

eklindedir. Bu metot, dk hz durumunda bilhassa tespit edilen bir hz deerinin altnda kati netice vermemesi, dikkat edilmesi gereken bir husustur.

kincisi, darbe zamanlandrma yntemini kullanarak: Bir kodlaycnn sresi (bitiik vaziyetteki iki zgara arasndaki sre), yksek frekansa sahip saat sinyallerinin kullanlmasyla llerek belirlenir. Dk hzlarda doru bir biimde lme yapabilmek iin bu yntem uygundur. Burada, frekans , zgara says , bir kodlaycnn sresi ierisinde saylacak saat sinyalleri olarak tespit edildiinde milin asal hz deeri;

eklindedir. Bu denklem ierisindeki, diskin bir devri mddetince geen ortalama sre olarak ifade edilir. Ksa mesafeler iin encoderdan alnlan bilgiler, paralel bir biimde denetleme birimine, her bir bit deerine karlk bir kablo olacak ekilde gnderilir. Dk znrlk ve ksa mesafe durumlar iin paralel olarak yaplan veri aktarm en uygun yntemdir. Ancak, znrl yksek olan ve bir adetten daha fazla encodern kullanld robot sistemlerinde maliyet artna sebep olmaktadr.

Artml alglayclar, mutlak alglayclara oranla daha fazla kullanlmaktadr. nk basittir, ucuzdur ve kullanl bir yapya sahiptir.

Hassas uygulamalarda encoder kullanm tercih edilir. Bunun dnda, pahal olmas ve kompleks bir yapya sahip olmasndan dolay mantkl bir seim deildir.C. Sfr Gei Dedektr Kullanm:Statorun sarglarnda endklenen zt-emkne gre, sfr gei dedektr kullanlarak rotor pozisyonunun belirlenmesi mmkndr. Bu sensr, motor srcsne bal olup rotor konumunun tespit edilebilmesi iin, stator faz sarglarna uygulanan gerilim ile besleme geriliminin yar deeri karlatrlr. Kendisinin hareketli paralarnn bulunmamas ve motor hareketli paralar ile balantl olmamas avantaj salar. Sfr gei dedektrnn yaps ve balants ekil 2.12de grlmektedir.

ekil 2.12 : Sfr gei detektrnn yaps ve balants120 genilie sahip akmlar statorun faz sarglarna uyguland zaman, fazl BLDC motorda, bir fazdan pozitif, dier fazdan ise negatif akm akmasna neden olacaktr. naktif durumda olan da nc faz olacaktr. naktif durumda olan faz, sfrdan gei metodunda zt-emkni lmek iin kullanlr. ki komtasyon noktasnn tam ortas, zt- emknin sfrdan getii nokta olup bu nokta sfr gei noktas (zero crossing point) olarak adlandrlr. Sfr gei noktas, bir sonraki sarg iftinin enerjilendirilmesi iin referans tekil eder. Sfr geii olduunda, bir nceki sfr geiine yar periyotluk bir sre eklenmesiyle, bir sonraki komtasyon an iin kestirimde bulunulabilir. BLDC motorun yksek hzl uygulamalarnda, bir fazn pasif kalma sresi ok ksa olacandan sfr gei noktasnn tayini de bir hayli gleecektir. Bu yzden, bu tip uygulamalar iin bu yntem uygun deildir.

Sfr gei ynteminin haricinde, alglaycsz almada, Kalman Filtre Teorisi olarak anlan daha gl bir yntem de kullanlmaktadr. Kalman Matematiksel modelinde, motorun hz, konum ve zt-emk deerleri kullanlr. Bu model ile, ilerleyen zaman admlarnda motor durumunun deiimi iin kestirimde bulunulur. Pasif kalan fazn zt-emk llr ve kestirimde bulunulan fazn zt-emk ile mukayese edilir. kisinin arasnda ortaya kan fark, motor alma performansn iyiletirmede kullanlr. Kalman Teknii ile, sfr gei tahmininin yan sra, motor hz ve konum tahmini her bir zaman adm iin yaplr. Bylece, komtasyonun doruluk derecesi arttrlarak daha yksek bir verim elde edilmesi mmkn olur.

ekil 40 : Deiken grev duty sayklna sahip DGM sinyalleri

ekil 32de gsterilen DGM sinyali iin grev saykl

d= olur.

Va geriliminin etkisi grev sayklna gre deitirildiine gre Eitlik dzenlenecek olursa frekans sabit grev saykl farkl DGM sinyali DC motora uygulandnda motor hz,

m= olacaktr. Grev sayklnn sfr olmas durumunda motorun hz da sfr olur. Grev sayklnn bir olmas durumunda ise maksimum gerilim sabit olarak uygulanm olur ve bu durumda ise motor maksimum hza ular. Uygulanacak DGM sinyalinin frekans; kullanlan DC motorun zelliklerine ve duyma eik frekans gz nne alnarak seilmelidir. Gemi yllarda bu deerler iin en uygun aralk 400 - 1000 Hz aral olarak ifade edilirken DC motor src devrelerin gelimesiyle bu snrn st aral 100 KHz snrna ulamtr.

ekil 41 : DGM retimi ve motor hz kontrol devresiDarbe genilik modlasyonu ile alan, genellikle analog ya da dijital srclerdir. Geri besleme olarak tako jeneratr, hall sensr veya artrml enkoder kullanlr. Dinamik performans dk kullanm kolay ve ucuz srclerdir.

ekil 42 : DC Servo motor src alma prensip emas

ekil 43 : eitli tip DC srcler

ekil 44 : 6 eksenli robot kolun kontrol bilgisayar

ekil 45 : Robot kolu kontrol eden bilgisayar ve motor srclerle olan balantlar

ekil 46 : Robot kolun klemens balantlar ve sigortalar

ekil 47 : Robot kolun motor srcleri ve balant kablolar

Sekil 48 : 6 eksenli robot kol

Frasz DC Motor Kontrol Yntemleri Frasz DC motorlarda kullanlan kontrol yntemleri ile motorun akm, torku (dnme momenti), rotor konumu ve hz gibi parametreleri kontrol edilir. Gnmze dein birok kontrol yntemi kullanlagelmitir. Doru akm motorlarnn hassas olarak hz kontrollerinin yaplabilmesi iin, bugne dein yapay sinir alar, bulank mantk, dalgack teknii, genetik algoritma olarak ad geen pek ok yntem saylabilir. Ayrca, ad saylan bu yntemlerle birlikte ya da tek bana PID kontrol de kullanlagelmitir. Klasik Kontrol Yntemleri Klasik denetleyiciler kullanlarak yaplan BLDC motorlarnn parametrik kontrolleri, klasik kontrol yntemleri olarak tanmlanmaktadr. Klasik denetleyiciler PI (oransal- integral kontrol), PD (oransal-trev kontrol) ve PID (oransal-integral ve trev kontrol) tipindeki denetleyicilerdir. Klasik denetleyiciler, dier denetleyicilere nazaran daha basit ve daha ucuz bir yapya sahiptir. Sanayideki birok alanda yeteri derecede verimin elde edilmesini salamaktadr. Bu zellikleri nedeniyle, gnmzde endstride yaygn bir kullanma sahiptir. PI tipi denetleyicilerde, oransal ve integral katsaylarn; PD tipi denetleyicilerde, oransal ve trev katsaylarn; PID tipi denetleyicilerde oransal, integral ve trev katsaylarnn ayarlanmas suretiyle istenilen alma performanslar elde edilebilir. Ancak bu tip denetleyicilerin, denetlenecek sistemin modeline gereksinim duymalar ve optimum kazan deerlerinin deneme-yanlma yntemiyle belirlenmesi olumsuz ynlerini oluturur. Klasik denetleyicilerin, ani olarak deien ve sinzoidal bir zellie sahip olan yklerdeki performanslar dk olmaktadr. Endstride, BLDC motorlarn kontrolnde, ok hassasiyet aranmyorsa, klasik denetleyici kullanmak doru bir yaklamdr. nk bu denetleyicilerin maliyeti dk ve yaps basittir. Endstride ok hassasiyetin arand uygulamalarda ise modern denetim tekniklerini kullanmak daha dorudur. nk bu teknikler daha iyi sonular vermektedir. Gnmzde tercih edilen modern denetim teknikleri, bulank mantk, genetik algoritma, yapay sinir alar ve sinirsel bulank denetleyicilerin kullanld teknikler olarak rneklendirilebilir.Modern Kontrol Yntemleri A. Bulank Mantk: Klasik denetleyicilerin yeterli hassasiyeti gsteremedii durumlar iin tercih edilebilecek en akll yaklamlardan biri, bulank mantk denetim yntemidir. Bulank mantk denetimi, matematiksel modelin oluturulamad veya oluturulmas esnasnda zorluklar yaanld, insanlarn tecrbe ve sezgilerine gereksinim duyulmas hllerinin yaand durumlarda ve dorusal olmayan sistemler iin daha olumlu neticeler vermektedir. Bulank denetleyiciler dilsel ifadeleri kullanrlar. Bulank denetleyicilerde ilem ana basamaktan oluur: 1. Bulanklatrma: yelik fonksiyonlarnn elde edilmesi ilemidir. Burada, dardan gelen kesin bilgiler, yelik fonksiyonlar cinsinden ifade edilir, yani bulanklatrlr. 2. Kural taban: Uygun kurallarn elde edildii ilemdir. Bu kurallar, sistemin hakkndaki bilgi ve tecrbelere istinaden oluturulur. 3. Durulatrma : Bulank sonu deerleri, durulama yntemlerinden birini kullanarak tekrar kesin deerler cinsinden ifade edilir ve sistemin ayarlanmas yaplr. ekil 3.1de bir bulank denetleyicinin genel yaps grlmektedir.

ekil 49 : Bulank denetleyici genel yapsB. Genetik Algoritma: Genetik algoritma (Genetic algorithm), fonksiyonlarn optimizasyonunu, biyolojik srecin modellenmesi ilemi ile gerekletiren evrim algoritmalardr. Poplasyonun her bir bireyi, kromozomlar eklinde temsil edilir. Belirlenmi kurallar ierisinde, poplasyonun uygunluunun minimizasyonu ve maksimizasyonu yaplr. Uzun sren almalarn neticesinde, bu yntem ilk kez John Holland (1975) tarafndan uygulanmaya balanmtr.

Genetik algoritmann stnlkleri:Ayrk ve srekli olan parametrelerin optimizasyonunu salar. Trevsel bilgilere ihtiya gstermez. alma iin ok sayda parametre kullanmak mmkndr. Paralel bilgisayarlarn kullanlmasyla altrlabilmesi mmkndr. Kresel optimum deeri bulabilmesi mmkndr. ok sayda parametrenin en uygun zmlerini elde edebilmesi mmkndr. Sisteme ilikin bir ama fonksiyonu ve bu fonksiyona bal olan snr artlar, genetik algoritmada belirlenmesi gereken ilk ilemlerdir. Buna ilikin matematiksel ifadenin oluturulmasndan sonra, bu ifade ve snr artlarnn algoritmaya uyarlanmas ilemi gerekletirilir. Ama fonksiyonun belirlenmesinde parametre saysnn arttrlmas daha da gereki bir optimizasyonun yaplmasn salar. Genetik algoritmalar almas esnasnda ekil 45deki ilem srasn takip ederler. Biyolojideki genleri, genetik algoritma parametreleri temsil eder. Kromozom, parametrelerin toplu olarak oluturduu kmedir. Her yeni nesil, rasgele olarak bilgi deiimiyle ve diziler ierisinde hayatta kalanlarn birletirilmesiyle oluturulur. Bir genetik algoritmada ana operatr vardr. Bunlar; seme, aprazlama ve mutasyondur. lk nfus genelde rasgele oluturulur. Bir nesildeki dizilerden, bir blm bir sonraki nesle aktarlp, bir blm de aktarlamayp yok olur. Seim mekanizmalar, hangi dizilerin bir sonraki nesle aktarlacanda rol oynar. aprazlama, en nemli genetik operatr olup, yap bloklarnn tekrar birletirilmesinden ve kartrlmasndan mesuldr. aprazlama, iki kromozomdan belirli noktalarn yer deitirmesidir. Bylece, yeni zmler oluturmada kilit rol oynar. yle ki; bir zmn bir blmn, dier bir zmle deitirir. Yeni tohumlar bu ekilde meydana gelir. Mutasyon, genetik deiim salayan bir operatrdr. Bir nesilden bir sonraki nesle kopyalama esnasnda, rasgele bakalamlar genlere aktarlr. Mutasyon, ender olarak da olsa iyi bireylerin yok olmasna sebep olur ki; genetik algoritma ierisine elitizasyon yaps yerletirilmitir. Bu yap, en iyi bireylerin bir sonraki nesle aktarlmasn salar.

ekil 50 : Genetik algoritmadaki ilem sras

Frasz DC Motorlarn Olumlu ve Olumsuz Ynleri BLDC motorlarn olumlu ynleri unlardr: Makine uzunluu, BLDC motorlarn kollektr ve fralara sahip olmamalar nedeniyle DC ve asenkron makinalara nazaran daha ksadr. Bylece ayn deere sahip moment, daha da kk endvi yzeyi ile elde edilmi olur. Ayn kazanla, daha yksek hzlara klarak, yksek hzl uygulamalarda kullanlabilme imkan oluur ve de atalet (eylemsizlik) momenti de azaltlm olur. BLDC motorlarn hz kontrol olanaklar ok iyidir. Asenkron motorlara nazaran, kontrol edilebilen hz aralklar daha genitir. Kk bir boyuta karn yksek bir moment retebilirler. DC ve asenkron motorlara nispetle BLDC motorlarn, akm/dndrme momenti, arlk/g olarak daha yksek oranlara sahiptir. Fral DC motorlarn ihtiya gsterdii uyarma akmlarna, BLDC motorlar ihtiya gstermezler. Saladklar alma ortam gvenilirdir. Kolay bir ekilde soutulurlar. Sessiz bir alma ortam salarlar. ok yksek bir verime sahiptirler. Ayn soutma ve boyut ile BLDC motorlarn, asenkron ve DC motorlara nazaran sahip olduklar g faktr ve verim daha iyidir. %20 ila %50 arasnda deien deerlerde, dier motorlara nispetle daha fazla k gcne sahiptir. Fral DC motorlardaki fra sistemine sahip olmadndan dolay, fralar nedeniyle oluan karbon tozlarn iermezler. Yksek moment-hacim orann yani kk hacimle yksek moment retimini salar ve bu sayede daha az bakr kullanm imkn verirler. DC motorlardaki kollektr ve fra dzenekleri olmay nedeniyle tehlikeli ortamlarda alabilme ve bakm gereksinimini azaltma imkn salarlar. teki motorlara nazaran kontrolnn ok kolay olmasnn nedeni, motor akm ile dorudan orantl olan bir k momentine sahip olmasdr. Btn bu olumlu zelliklere ramen baz olumsuz zelliklere de sahiptir: Harici bir g elektronii ve arzu edilen alma iin rotor konum bilgisi gereklilii, Alan (Hall) etkili pozisyon sensrlerine olan ihtiyac sz konusudur. Pozisyon sensr kullanlmad durumlara alglaycsz alma durumu denir. BLDCnin alglaycsz olarak almas iin birtakm ek algoritmalarn kullanlmas gereklidir. Bu yntem de, dierine gre daha pahal bir yntemdir. Atmosferik ve termik etkiler, daimi mknatslarn uzun sre kullanlmalar neticesinde mknatsiyet zelliklerinin bozulmasna neden olur. Daimi mknatsl motorlarn yksek hzlara ulaamamasnn nedeni, bu motorlar sabit bir uyarma salarlar ve mknatslar arasndaki montaj mekanik gerilim snrlandrmasna sebep olur. nverter hatalar, BLDC motorlarn srclerinde oluabilir. Rotordaki mevcut daimi mknatslardan dolay, inverterde bir ksa devre meydana gelirse, BLDC motorlarda mhim derecede risk tekil eder. Bunun nedeni, dnmekte olan rotorun her daim enerji vermesi ve srekli olarak ksa devre olan sarglarda bir emkine sebep olmasdr. Byle bir durum, bu sarglarda ok byk deerde bir akmn dolamna ve bu neticede de oluan byk bir momentle motorun durdurulmasna neden olur. Gnmzde, kontrol tekniklerinin ve teknolojinin dzeyinin ilerlemesi ile BLDC motorlarnn kullanm hem artm, hem de sregelen dezavantajlar da elimine edilmeye doru yol almtr.

SONUDoru akm motorlar, dk maliyetli, hz kontrlnn kolay olmas, geni g ve tork aralnda kolay bulunabilirlii ve dk bakm gerektirmesi nedeniyle yaygn olarak kullanlmaktadr. Bu almada, DC motorlarn kontrol yntemleri incelenmitir. Yaplan bu aratrmalar sonucu basit yapdan kompleks yaplara kadar farkl yntemlerin olduu anlalmtr. Aratrma sonucu en sk kullanlan yntem olan PWM metodu olduu grlmtr. PWM ile kontrol metodu kk boyut ve dk gteki DC motorlardan yksek boyut ve yksek g tketen motorlarn kontrolne kadar geni bir aralna sahiptir.Bu kontrol de yle gerekleir; denetleyicinin rettii kontrol sinyali, seilen kontrol algoritmasna gre PWM sinyallerinin durumunu kontrol eder. Bu ekilde denetleyici tarafndan motor parametreleri kontrol edilir. Denetleyici, hem yazlm hem de donanm yaplarndan oluur. DC motorlarn kontrolnde yaplarnn basit olmas nedeniyle, birok uygulamalarda -fazla hassasiyet istenmezse- klasik denetleyiciler (PI ve PD) tercih edilir. Klasik denetleyiciler, kontrol edilmesi gereken sistemin modeline ihtiya duyarlar ve optimum kazan deerlerinin deneme-yanlma yntemi yntemi kullanlarak belirlenmesi gerekir. Klasik denetleyicilerin bu zellikleri dezavantaj oluturur. Ayrca klasik denetleyiciler, ani olarak deien yk durumlarnda ve ykn sinzoidal olarak deiimleri karsnda yeterli derecede performans gerekletiremez. Klasik denetleyicilerin yeterli derecede performans sergileyemedii veya daha ok hassasiyet istendii uygulamalarda, modern denetim teknikleri (bulank mantk, genetik algoritma, sinirsel bulank denetleyiciler v.b.) kullanlmas daha doru bir yaklam olur.