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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
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.