T.C.
ERCİYES ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
ELEKTRİK MAKİNALARI LABORATUARI DERSİ
DENEY FÖYÜ
KAYSERİ - 2008
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
1
DENEY-1
DC SERİ JENERATÖR KARAKTERİSTİKLERİNİN İNCELENMESİ
Deneyin Amacı: Sabit hızda DC seri jeneratöre ait çıkış akımı ve gerilimi arasındaki ilişkinin
gösterilmesi
Kullanılan Alet ve Malzemeler:
a) FH2-MKIV Test Yatağı
b) FH50 DC Kompound Makina
c) DC Ampermetre
d) DC Voltmetre
e) Değişken Direnç
f) Bağlantı Kabloları
Teorinin Özeti:
DC seri jeneratörlerde alan sargıları ile armatür sargıları birbirlerine seri olarak bağlanmıştır.
Herhangi bir etki ile rotor döndürülmeye başlandığında armatür sargılarında bir gerilim
oluşur. Armatür sargılarında oluşan bu gerilim alan sargılarında bir uyarı akımı oluşturur ve
bu da jeneratöre ait alan devresindeki mıknatıslığı artırarak indüklenen gerilimin artmasını
sağlar.
Ek Bilgiler ve Teorinin Açıklaması:
Şekil 1.1’de gösterildiği üzere DC seri jeneratörlerde alan ve armatür sargıları birbirlerine seri
bağlıdır.
Şekil 1.1 DC Seri Jeneratöre ait Eşdeğer Devre
Kirchoff Gerilim Kanuna göre Şekil 1.1’de gösterilen eşdeğer devrede bir çevre yazılacak
olursa Eşitlik 1.1 ile gösterilen jeneratöre ait temel ifade elde edilmiş olur.
Ea = Vt + I a ( Ra + R f )
(1.1)
Eşitlik 1.1’de,
Ea
: Armatürde indüklenen gerilimi
Ia
: Armatürde akımını
Vt
: Yük terminallerine aktarılan gerilim değerini
1
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Ra
Rf
: Armatür sargılarına ait direnci
: Alan sargılarına ait direnci göstermektedir.
Seri makinalarda armatür ve alan akımları birbirine eşittir ( I a = I f ). Dolayısı ile kendinden
uyartımlı seri jeneratörlere ait yük karakteristikleri magnetizasyon eğrisine benzer bir şekilde
oluşmaktadır.
Deneyin Yapılışı:
Deneye başlamadan önce ve deney esnasında yapılması gerekenler aşağıda sıralanmıştır:
•
•
•
FH50 Kompound DC makinaya ait bağlantı plakasını FH2-MKIV test yatağı üzerine
yerleştiriniz.
Hareket verici motoru ve test jeneratörünü test yatağı üzerine yerleştiriniz ve her iki
makinanın 10 yollu fiş bağlantılarını yapınız.
Tablo 1.1’de verilen başlangıç ayarlarını yapınız.
Tablo 1.1 Kullanılacak Teçhizat ve Yapılması Gereken Ayarlar
•
•
•
•
•
•
Ekipman
Yapılması Gereken Başlangıç Ayarları
FH2-MKIV Test Yatağı
Hız Göstergesi
1800 dev/dak
DC Kaynak
110 V
Alan Reosta
0Ω
Armatür Reosta
∞Ω
Çalıştır/Sonlandır Düğmesi
Çalıştır Konumunda
FH50 DC Kompound Makina
Test Makinası
DC Jeneratör
FH50 DC Kompound Makina
Hareket Sağlayıcı
DC Motor
V2 DC Voltmetre
Saha Düğmesi
15 V Konumunda
A2 DC Ampermetre
Saha Düğmesi
1.5 A Konumunda
R1 Rezistif Yük
50 Ω Reosta
∞Ω
2000 Ω Reosta
∞Ω
Şekil 1.2’de gösterilen deneye ait devrenin test yatağı üzerinde yapılışını gösteren
Şekil 1.3’teki bağlantıları gerçekleştiriniz.
Test yatağı üzerindeki yeşil renkli anahtarı 1 konumuna getirerek kontaktörü çalıştırmak
için yeşil renkli ON anahtarına basınız.
Armatür direncini saat yönünde döndürerek ilk hareketi veriniz. Makinanın hızı 1500
dev/dak olacak şekilde armatür direncini ayarlayınız.
Makinanın ısınması için birkaç dakika bekleyiniz.
Tablo 2.2’de verilen çıkış akımlarını görecek şekilde 50 Ω’luk direnci sıfıra doğru yavaş
yavaş azaltınız ve gördüğünüz değişiklikleri Tablo 2.2’ye kaydediniz.
Çıkış akımına karşılık çıkış voltajı ve gücünün grafiklerini çizerek sonuçları
yorumlayınız.
2
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
NOT:
• Deney sırasında Motor hızı 1500 dev/dak’da sabit tutulmak durumundadır. Bunun
sağlanabilmesi için armatür ve alan reosta dirençlerinin her ikisinin de ayarlanması
gerekebilir.
• Deney sırasında R1 direnci sadece tek bir yönde hareket ettirilmelidir. Aksi takdirde
tüm işlemler tekrar edilmelidir.
Şekil 1.2 Yapılacak Deneye ait Eşdeğer Devre
Şekil 1.3 Yapılması Gereken Bağlantılar
3
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Tablo 1.2 Deney Sonunda Elde Edilen Sonuçlar
Çıkış Akımı (mA)
Çıkış Gerilimi (V)
Çıkış Gücü (W)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
850
900
950
1000
15
14
13
12
Çıkış Gerilimi (V)
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
100
200
300
400
500
600
Çıkış Akımı (mA)
4
700
800
900
1000
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
10
9
8
Çıkış Gücü (W)
7
6
5
4
3
2
1
0
0
100
200
300
400
500
600
Çıkış Akımı (mA)
5
700
800
900
1000
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
2
DENEY-2
KENDİNDEN UYARTIMLI DC ŞÖNT JENERATÖR
KARAKTERİSTİKLERİNİN İNCELENMESİ
Deneyin Amacı: Sabit hızda kendinden uyartımlı DC şönt jeneratöre ait çıkış akımı ve
gerilimi arasındaki ilişkinin gösterilmesi
Kullanılan Alet ve Malzemeler:
a) FH2-MKIV Test Yatağı
b) FH50 DC Kompound Makina
c) DC Ampermetre
d) DC Voltmetre
e) Değişken Direnç
f) Bağlantı Kabloları
Teorinin Özeti:
DC şönt jeneratörlerde alan sargıları ile armatür sargıları birbirlerine paralel olarak
bağlanmıştır. Kendinden uyartımlı şönt jeneratörlerde armatür gerilimi aynı zamanda alan
akımını da sağlamaktadır.
Ek Bilgiler ve Teorinin Açıklaması:
Şekil 2.1’de gösterildiği üzere DC şönt jeneratörlerde alan ve armatür sargıları birbirlerine
paralel bağlıdır.
Şekil 2.1 DC Şönt Jeneratöre ait Eşdeğer Devre
Kirchoff Gerilim Kanuna göre Şekil 2.1’de gösterilen eşdeğer devrede bir çevre yazılacak
olursa Eşitlik 2.1 ile gösterilen jeneratöre ait temel ifade elde edilmiş olur.
Ea = Vt + I a Ra
(2.1)
DC şönt jeneratörde armatür akımı, alan ve yük (çıkış) akımlarını sağlayan ana akımdır ve bu
iki akımın toplamı Eşitlik 2.2’de verildiği üzere armatür akımını verir.
Ia = I f + IL
(2.2)
6
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Şekil 2.1’den açıkça görüleceği üzere kendinden uyartımlı DC şönt jeneratörde alan akımı
Eşitlik 2.3’te verildiği gibi ifade edilebilir.
If =
Vt
Rf
(2.3)
Eşitlik 2.1 ve 2.3’ten de görülebileceği üzere DC şönt jeneratörde armatür sargıları üzerindeki
gerilim düşümünün ( I a Ra ) artması terminal geriliminin düşmesine neden olacağı gibi aynı
zamanda bu olay azalan alan akımı nedeniyle jeneratörde indüklenen gerilimin de düşmesi
manasına gelecektir.
Bununla birlikte yük akımının yük direncinin azaltılması suretiyle artırılması esnasında geri
dönüş noktası olarak tabir edilen bir seviyeye gelindiğinde, armatürde indüklenen gerilimin
azalması yük akımı üzerinde direncin düşüşüne göre daha etkili olacak ve bu andan itibaren
yük akımı düşmeye başlayacaktır. Dolayısı ile DC şönt jeneratöre ait çıkış akımına karşılık
çıkış geriliminin değişimi Şekil 2.2’de gösterildiği gibi olmaktadır.
Şekil 2.2 DC Şönt Jeneratörde Çıkış Akımına Karşılık Çıkış Geriliminin Değişimi.
Deneyin Yapılışı:
Deneye başlamadan önce ve deney esnasında yapılması gerekenler aşağıda sıralanmıştır:
•
•
•
FH50 Kompound DC makinaya ait bağlantı plakasını FH2-MKIV test yatağı üzerine
yerleştiriniz.
Hareket verici motoru ve test jeneratörünü test yatağı üzerine yerleştiriniz ve her iki
makinanın 10 yollu fiş bağlantılarını yapınız.
Tablo 2.1’de verilen başlangıç ayarlarını yapınız.
7
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Tablo 2.1 Kullanılacak Teçhizat ve Yapılması Gereken Ayarlar
•
•
•
•
•
•
Ekipman
Yapılması Gereken Başlangıç Ayarları
FH2-MKIV Test Yatağı
Hız Göstergesi
1800 dev/dak
DC Kaynak
110 V
Alan Reosta
0Ω
Armatür Reosta
∞Ω
Çalıştır/Sonlandır Düğmesi
Çalıştır Konumunda
FH50 DC Kompound Makina
Test Makinası
DC Jeneratör
FH50 DC Kompound Makina
Hareket Sağlayıcı
DC Motor
V2 DC Voltmetre
Saha Düğmesi
150 V Konumunda
A2 DC Ampermetre (1)
Saha Düğmesi
250 mA Konumunda
A2 DC Ampermetre (2)
Saha Düğmesi
1.5 A Konumunda
R1 Rezistif Yük
50 Ω Reosta
0Ω
2000 Ω Reosta
∞Ω
Şekil 2.3’te gösterilen deneye ait devrenin test yatağı üzerinde yapılışını gösteren
Şekil 2.4’teki bağlantıları gerçekleştiriniz.
Test yatağı üzerindeki yeşil renkli anahtarı 1 konumuna getirerek kontaktörü çalıştırmak
için yeşil renkli ON anahtarına basınız.
Armatür direncini saat yönünde döndürerek ilk hareketi veriniz. Makinanın hızı 1500
dev/dak olacak şekilde armatür direncini ayarlayınız.
Makinanın ısınması için birkaç dakika bekleyiniz.
Tablo 2.2’de verilen çıkış akımlarını görecek şekilde R1 direncini sıfıra doğru yavaş
yavaş azaltınız ve gördüğünüz değişiklikleri Tablo 2.2’ye kaydediniz.
Çıkış akımına karşılık alan akımı ve çıkış gerilimine ait grafikleri çizerek sonuçları
yorumlayınız.
NOT:
• Deney sırasında Motor hızı 1500 dev/dak’da sabit tutulmak durumundadır. Bunun
sağlanabilmesi için armatür ve alan reosta dirençlerinin her ikisinin de ayarlanması
gerekebilir.
• Deney sırasında R1 direnci sadece tek bir yönde hareket ettirilmelidir. Aksi takdirde
tüm işlemler tekrar edilmelidir.
8
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Şekil 2.3 Yapılacak Deneye ait Eşdeğer Devre
Şekil 2.4 Yapılması Gereken Bağlantılar
9
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Tablo 2.2 Deney Sonunda Elde Edilen Sonuçlar
Çıkış Akımı (mA)
Alan Akımı (mA)
Çıkış Gerilimi (V)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
380
400
200
180
160
Alan Akımı (A)
140
120
100
80
60
40
20
0
0
100
200
Çıkış Akımı (mA)
10
300
400
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
100
90
80
Çıkış Gerilimi (V)
70
60
50
40
30
20
10
0
0
100
200
Çıkış Akımı (mA)
11
300
400
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
3
DENEY-3
KENDİNDEN UYARTIMLI DC ŞÖNT JENERATÖRÜN
VERİMİNİN İNCELENMESİ
Deneyin Amacı: Kendinden uyartımlı DC şönt jeneratöre ait çıkış akımı ve verim arasındaki
ilişkinin gösterilmesi
Kullanılan Alet ve Malzemeler:
a) FH2-MKIV Test Yatağı
b) FH50 DC Kompound Makina
c) DC Ampermetre
d) DC Voltmetre
e) Değişken Direnç
f) Bağlantı Kabloları
Teorinin Özeti:
DC jeneratörlerde çıkış geriliminin büyüklüğü rotorun devir sayısına ve alan akımının
değerine bağlıdır. Devir sayısı ve alan akımının değeri artığında armatür sargılarında
indüklenen gerilimin değeri de artacaktır.
Ek Bilgiler ve Teorinin Açıklaması:
Bir makinaya ait şaft gücü hesaplanırken makinanın o andaki açısal hız değeri ile sahip
olduğu tork değerinin çarpılması yeterlidir. Dolayısı ile şaft gücü için Eşitlik 3.1’deki ifade
yazılabilir.
Pşaft = wmT
(3.1)
Eşitlik 3.1’de wm makinanın açısal olarak hız değerini göstermekte olup Eşitlik 3.2’de
gösterildiği gibi hesaplanabilir.
wm = nm
2π
60
(3.2)
Eşitlik 3.2’de nm makinanın dev/dak cinsinden hız değerini ifade etmektedir.
Jeneratörler için çıkış gücü, Eşitlik 3.3’te verildiği üzere çıkış gerilimi ve çıkış akımının
çarpımına eşit olacaktır.
PÇikiş = VÇikiş I Çikiş
(3.3)
Verim değeri, Eşitlik 3.4’te verildiği üzere çıkış gücünün giriş gücüne oranıdır ve jeneratörler
için giriş gücü şaft gücü olarak alınabilir.
%η =
PÇikiş
PGiriş
100 =
PÇikiş
PŞaft
(3.4)
100
12
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Deneyin Yapılışı:
Deneye başlamadan önce ve deney esnasında yapılması gerekenler aşağıda sıralanmıştır:
•
•
•
FH50 Kompound DC makinaya ait bağlantı plakasını FH2-MKIV test yatağı üzerine
yerleştiriniz.
Hareket verici motoru ve test jeneratörünü test yatağı üzerine yerleştiriniz ve her iki
makinanın 10 yollu fiş bağlantılarını yapınız.
Tablo 3.1’de verilen başlangıç ayarlarını yapınız.
Tablo 3.1 Kullanılacak Teçhizat ve Yapılması Gereken Ayarlar
•
•
•
•
•
•
Ekipman
Yapılması Gereken Başlangıç Ayarları
FH2-MKIV Test Yatağı
Hız Göstergesi
1800 dev/dak
DC Kaynak
110 V
Alan Reosta
0Ω
Armatür Reosta
∞Ω
Çalıştır/Sonlandır Düğmesi
Çalıştır Konumunda
FH50 DC Kompound Makina
Test Makinası
DC Jeneratör
FH50 DC Kompound Makina
Hareket Sağlayıcı
DC Motor
V2 DC Voltmetre
Saha Düğmesi
150 V Konumunda
A2 DC Ampermetre (1)
Saha Düğmesi
250 mA Konumunda
A2 DC Ampermetre (2)
Saha Düğmesi
1.5 A Konumunda
R1 Rezistif Yük
50 Ω Reosta
0Ω
2000 Ω Reosta
∞Ω
Şekil 3.1’de gösterilen deneye ait devrenin test yatağı üzerinde yapılışını gösteren
Şekil 3.2’teki bağlantıları gerçekleştiriniz.
Test yatağı üzerindeki yeşil renkli anahtarı 1 konumuna getirerek kontaktörü çalıştırmak
için yeşil renkli ON anahtarına basınız.
Armatür direncini saat yönünde döndürerek ilk hareketi veriniz. Makinanın hızı 1500
dev/dak olacak şekilde armatür direncini ayarlayınız.
Makinanın ısınması için birkaç dakika bekleyiniz.
Tablo 3.2’de verilen çıkış akımlarını görecek şekilde R1 direncini sıfıra doğru yavaş
yavaş azaltınız ve gördüğünüz değişiklikleri Tablo 3.2’ye kaydediniz.
Tablo 3.2’de cebirsel olarak hesaplanması gereken değerleri hesaplayarak çıkış akımına
karşılık çıkış gücü ve verim grafiklerini çizerek sonuçları yorumlayınız.
NOT:
• Deney sırasında R1 direnci sadece tek bir yönde hareket ettirilmelidir. Aksi takdirde
tüm işlemler tekrar edilmelidir.
13
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Şekil 3.1 Yapılacak Deneye ait Eşdeğer Devre
Şekil 3.2 Yapılması Gereken Bağlantılar
14
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Tablo 3.2 Deney Sonunda Elde Edilen Sonuçlar
I Çikis (mA)
VÇikis (V )
nm ( d / d )
Ea (V )
I a (mA)
PÇikiş (W )
PGiriş (W )
T (Nm)
%η
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
380
400
20
18
16
Çıkış Gücü (W)
14
12
10
8
6
4
2
0
0
100
200
Çıkış Akımı (mA)
15
300
400
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
80
70
60
% Verim
50
40
30
20
10
0
0
100
200
Çıkış Akımı (mA)
16
300
400
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
4
DENEY-4
DC SERİ MOTOR KARAKTERİSTİKLERİNİN İNCELENMESİ
Deneyin Amacı: DC seri motorlara ait çıkış gücü, tork, hız ve verim arasındaki ilişkinin
incelenmesi
Kullanılan Alet ve Malzemeler:
a) FH2-MKIV Test Yatağı
b) FH50 DC Kompound Makina
c) DC Ampermetre
d) DC Voltmetre
e) Bağlantı Kabloları
Teorinin Özeti:
DC seri jeneratörlerde söz edildiği üzere seri motorlarda alan sargıları ile armatür sargıları
birbirlerine seri olarak bağlanmıştır. Alan sargıları ile armatür sargıları birbirine seri bağlı
olduğundan armatür ve alan akımları birbirlerine eşittir. Seri motorların yol alma momentleri
yüksek olup yüksüz konumda hızları giderek artmaktadır.
Yüklenme anında alan akımının değeri yükselmekte ve buna bağlı olarak motorun sağladığı
tork değeri artmaktadır. Bu durumda artan tork ile birlikte motorun hızı ise azalmaktadır.
Ek Bilgiler ve Teorinin Açıklaması:
Şekil 4.1’de gösterildiği üzere DC seri motorlarda alan ve armatür sargıları birbirlerine seri
bağlıdır.
Şekil 4.1 DC Seri Motora ait Eşdeğer Devre
Kirchoff Gerilim Kanuna göre Şekil 4.1’de gösterilen eşdeğer devrede bir çevre yazılacak
olursa Eşitlik 4.1 ile gösterilen motora ait temel ifade elde edilmiş olur.
Vt = Ea + I a ( Ra + R f + Rae )
(4.1)
Eşitlik 4.1’de Rae motorda kullanılan yol verme direncini göstermektedir. DC seri makinalar
için Ea , Eşitlik 4.2’de gösterildiği gibi ifade edilebilir:
17
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Ea = K sr I a wm
(4.2)
Bununla birlikte tork için de Eşitlik 4.3’te verilen ifade yazılabilir.
T = K sr I a
2
(4.3)
Eşitlik 4.2 ve 3’te yer alan K sr , motora ait yapım özellikleri ile ilgili bir sabittir. Eşitlik 4.1, 2
ve 3 kullanılarak motora ait tork ve hız arasındaki ilişki Eşitlik 4.4’te verildiği gibi elde
edilebilir.
wm =
(Rae + Ra + R f )
Vt
−
K sr
K sr T
(4.4)
DC seri motor için tork-hız ve akım- tork grafikleri sırasıyla Şekil 4.2 ve 3’te gösterilmiştir.
Şekil 4.2 DC Seri Motorda Tork-Hız Karakteristiği
Şekil 4.3 DC Seri Motorda Akim-Tork Karakteristiği
18
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Deneyin Yapılışı:
Deneye başlamadan önce ve deney esnasında yapılması gerekenler aşağıda sıralanmıştır:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
FH50 Kompound DC makinaya ait bağlantı plakasını FH2-MKIV test yatağı üzerine
yerleştiriniz.
Test işlemi yapılacak DC motora ait 10 yollu fiş bağlantılarını yapınız.
Tablo 4.1’de verilen başlangıç ayarlarını yapınız.
Şekil 4.4’te gösterilen deneye ait devrenin test yatağı üzerinde yapılışını gösteren
Şekil 4.5’teki bağlantıları gerçekleştiriniz.
Test yatağı üzerindeki yeşil renkli anahtarı 1 konumuna getirerek kontaktörü çalıştırmak
için yeşil renkli ON anahtarına basınız.
Armatür direncini saat yönünde döndürerek ilk hareketi veriniz. Motorun hızını 2200
dev/dak olacak şekilde armatür direncini ayarlayınız.
Makinanın ısınması için birkaç dakika bekleyiniz.
Tablo 4.2’de verilen tork değerlerini görecek şekilde tork kontrol düğmesini saat yönünde
çeviriniz. (*)
Tablo 4.2’de verilen akım değerlerini görecek şekilde tork kontrol düğmesini saat
yönünde çeviriniz. (*)
NOT:
• (*) Deneyin gerçekleştirilmesinde kullanılabilecek iki farklı yöntem olup buna yönelik
olarak iki farklı tablo oluşturulmuştur. Buna göre ölçülen sonuçları deneyin yapılış şekline
göre uygun tabloya kaydediniz.
• Motora ait armatür direnci 22Ω değerindedir.
Tablo 4.1 Kullanılacak Teçhizat ve Yapılması Gereken Ayarlar
Ekipman
Yapılması Gereken Başlangıç Ayarları
FH2-MKIV Test Yatağı
Hız Göstergesi
3600 dev/dak
DC Kaynak
110 V
Armatür Reosta
∞Ω
Çalıştır/Sonlandır Düğmesi
Çalıştır Konumunda
FH50 DC Kompound Makina
Test Makinası
DC Motor
V2 DC Voltmetre
Saha Düğmesi
150 V Konumunda
A2 DC Ampermetre
Saha Düğmesi
1.5 A Konumunda
19
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Şekil 4.4 Yapılacak Deneye ait Eşdeğer Devre
Şekil 4.5 Yapılması Gereken Bağlantılar
20
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Tablo 4.2.a Deney Sonunda Elde Edilen Sonuçlar
I a (mA)
Geri lim (V )
nm ( d / d )
Ea (V )
PÇikiş (W )
PGiriş (W )
T ( Nm)
%η
500
525
550
575
600
625
650
675
700
725
750
775
800
825
850
875
900
925
950
975
1000
Tablo 4.2.b Deney Sonunda Elde Edilen Sonuçlar
T ( Nm)
Geri lim (V )
nm ( d / d )
I a (mA)
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
21
Ea (V )
PÇikiş (W )
PGiriş (W )
%η
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
3000
2750
2500
2250
Hız (dev/dak)
2000
1750
1500
1250
1000
750
500
250
0
0
0,1
0,2
0,3
0
100
200
300
0,4
0,5
0,6
Tork (Nm)
0,7
0,8
0,9
1
400 500 600 700
Armatür Akımı (mA)
800
900
1.000
1
0,9
0,8
Tork (Nm)
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
22
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
100
90
80
70
% Verim
60
50
40
30
20
10
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Tork (Nm)
23
0,7
0,8
0,9
1
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
5
DENEY-5
DC ŞÖNT MOTORA KARAKTERİSTİKLERİN
İNCELENMESİ
Deneyin Amacı: DC şönt motorlara ait çıkış gücü, tork, hız ve verim arasındaki ilişkinin
incelenmesi
Kullanılan Alet ve Malzemeler:
a) FH2-MKIV Test Yatağı
b) FH50 DC Kompound Makina
c) DC Ampermetre
d) DC Voltmetre
e) Bağlantı Kabloları
Teorinin Özeti:
DC şönt jeneratörlerde söz edildiği üzere DC şönt motorlarda alan sargıları ile armatür
sargıları birbirlerine paralel olarak bağlanmıştır. Bu motorlar yüksüz durumda kendi başlarına
hızlarını yükseltmezler ve yük altında da çok az hız yitirirler. Bu motorlarda yol verme ve hız
kontrolü alan sargılarına bağlı değişken kontrol direnci vasıtasıyla gerçekleştirilir.
Ek Bilgiler ve Teorinin Açıklaması:
Şekil 5.1’de gösterildiği üzere DC şönt motorlarda alan ve armatür sargıları birbirlerine
paralel bağlıdır.
Şekil 5.1 DC Şönt Motora ait Eşdeğer Devre
Kirchoff Gerilim Kanuna göre Şekil 2.1’de gösterilen eşdeğer devrede bir çevre yazılacak
olursa Eşitlik 5.1 ile gösterilen motora ait temel ifade elde edilmiş olur.
Vt = Ea + I a Ra
(5.1)
24
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
DC şönt motorda terminal (giriş) akımı, armatür ve alan akımlarını sağlayan ana akımdır ve
bu iki akımın toplamı Eşitlik 2.2’de verildiği üzere terminal akımını verir.
It = I f + I a
(5.2)
Şekil 5.1’den açıkça görüleceği üzere kendinden uyartımlı DC şönt motorda alan akımı
Eşitlik 5.3’te verildiği gibi ifade edilebilir.
If =
Vt
Rf
(5.3)
Eşitlik 5.3’te verilen toplam alan devresi direnci R f , Eşitlik 5.4’te verildiği üzere alan sargısı
direnci ve kontrol direncinin toplamından oluşmaktadır.
R f = R fw + R fc
(5.4)
DC şönt makinalar için Ea , Eşitlik 5.5’te gösterildiği gibi ifade edilebilir:
Ea = K aφwm
(5.5)
Bununla birlikte tork için de Eşitlik 5.6’da verilen ifade yazılabilir.
T = K aφI a
(5.6)
Eşitlik 5.5 ve 6’da yer alan K a , motora ait yapım özellikleri ile ilgili bir sabittir.
Deneyin Yapılışı:
Deneye başlamadan önce ve deney esnasında yapılması gerekenler aşağıda sıralanmıştır:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
FH50 Kompound DC makinaya ait bağlantı plakasını FH2-MKIV test yatağı üzerine
yerleştiriniz.
Test işlemi yapılacak DC motora ait 10 yollu fiş bağlantılarını yapınız.
Tablo 5.1’de verilen başlangıç ayarlarını yapınız.
Şekil 5.2’de gösterilen deneye ait devrenin test yatağı üzerinde yapılışını gösteren
Şekil 5.3’teki bağlantıları gerçekleştiriniz.
Test yatağı üzerindeki yeşil renkli anahtarı 1 konumuna getirerek kontaktörü çalıştırmak
için yeşil renkli ON anahtarına basınız.
Armatür direncini saat yönünde döndürerek ilk hareketi veriniz. Motorun hızını 1500
dev/dak olacak şekilde armatür direncini ayarlayınız.
Makinanın ısınması için birkaç dakika bekleyiniz.
Tablo 5.2’de verilen tork değerlerini görecek şekilde tork kontrol düğmesini saat yönünde
çeviriniz. (*)
Tablo 5.2’de verilen akım değerlerini görecek şekilde tork kontrol düğmesini saat
yönünde çeviriniz. (*)
25
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
NOT:
• (*) Deneyin gerçekleştirilmesinde kullanılabilecek iki farklı yöntem olup buna yönelik
olarak iki farklı tablo oluşturulmuştur. Buna göre ölçülen sonuçlar deneyin yapılışına göre
uygun tabloya kaydediniz.
• Motora ait armatür direnci 22Ω değerindedir.
Tablo 5.1 Kullanılacak Teçhizat ve Yapılması Gereken Ayarlar
Ekipman
Yapılması Gereken Başlangıç Ayarları
FH2-MKIV Test Yatağı
Hız Göstergesi
3600 dev/dak
DC Kaynak
110 V
Armatür Reosta
∞Ω
Çalıştır/Sonlandır Düğmesi
Çalıştır Konumunda
FH50 DC Kompound Makina
Test Makinası
DC Motor
V2 DC Voltmetre
Saha Düğmesi
150 V Konumunda
A2 DC Ampermetre (1)
Saha Düğmesi
1.5 A Konumunda
A2 DC Ampermetre (2)
Saha Düğmesi
3 A Konumunda
Şekil 5.2 Yapılacak Deneye ait Eşdeğer Devre
26
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Şekil 5.3 Yapılması Gereken Bağlantılar
Tablo 5.2.a Deney Sonunda Elde Edilen Sonuçlar
I a (mA)
I f (mA)
nm ( d / d )
Ea (V )
100
125
150
175
200
225
250
275
300
325
350
375
400
425
450
475
500
525
550
575
600
27
PÇikiş (W )
PGiriş (W )
T (Nm)
%η
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Tablo 5.2.b Deney Sonunda Elde Edilen Sonuçlar
T (Nm)
I f (mA)
I a (mA)
nm ( d / d )
Ea (V )
PÇikiş (W )
PGiriş (W )
%η
0,9
1
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
3000
2750
2500
2250
Hız (dev/dak)
2000
1750
1500
1250
1000
750
500
250
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Tork (Nm)
28
0,7
0,8
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
1
0,9
0,8
Tork (Nm)
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
100
200
300
0
0,1
0,2
0,3
400 500 600 700
Armatür Akımı (mA)
800
900
1.000
0,8
0,9
1
100
90
80
70
% Verim
60
50
40
30
20
10
0
0,4
0,5
0,6
Tork (Nm)
29
0,7
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
6
DENEY-6
DC ŞÖNT MOTORDA ALAN AKIMI İLE HIZ ARASINDAKİ
İLİŞKİNİN İNCELENMESİ
Deneyin Amacı: Sabit armatür voltajı altında DC şönt motora ait alan akımı ve hız arasındaki
ilişkinin incelenmesi
Kullanılan Alet ve Malzemeler:
a) NE7010 Test Yatağı
b) DC Kompound Makina
c) Bağlantı Kabloları
Teorinin Özeti:
DC şönt motorda alan akımı ile hız ters orantılı bir şekilde değişmektedir. Dolayısı ile alan
akımı azaltıldığında motor hızı artarken alan akımı artırıldığında ise motor hızı azalacaktır.
Ek Bilgiler ve Teorinin Açıklaması:
Şekil 6.1’de gösterildiği üzere DC şönt motorda eğer terminal gerilimi sabit tutulursa Ea
gerilimi de yaklaşık olarak terminal gerilimine eşit olacak ve sabit değerde kalacaktır.
Şekil 6.1 DC Şönt Motora ait Eşdeğer Devre
Dolayısıyla Eşitlik 6.1’de verildiği üzere armatür gerilimi sabit ve K a da motora ait bir sabit
olduğundan akının değişimiyle ters orantılı olarak motor hızının da değişmesi gerekir. Akı
değeri alan akımıyla bağlantılı olduğu için de alan akımının değişimiyle ters olarak motor hızı
da değişecektir.
Ea = K aφwm
(6.1)
30
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Deneyin Yapılışı:
Deneye başlamadan önce ve deney esnasında yapılması gerekenler aşağıda sıralanmıştır:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Kompound DC makinayı NE7010 test yatağı üzerine yerleştiriniz.
Test yatağı üzerinde yer alan kaynak reset düğmesine basarak test yatağına enerji
gelmesini sağlayınız.
Şekil 6.2’de gösterilen deneye ait devrenin test yatağı üzerinde yapılışını gösteren
Şekil 6.3’teki bağlantıları gerçekleştiriniz.
Terminal gerilimini DC 220 V olarak ayarlayınız.
Maksimum uyarı akımını sağlamak için alan kontrol direncini % 0 değerine getiriniz.
DC starteri saat yönünde tam olarak çevirerek motorun yol almasını sağlayınız.
Alan kontrol direncinin değerini artırarak hızın 1800 dev/dak olmasını sağlayınız.
Eğer motor hızı 1900 dev/dak değerlerine ulaşıp hızlanma eğilimi sergiliyorsa alan
kontrol direncinin değerini azaltarak motor hızını 1800 dev/dak seviyelerine çekiniz.
Alan kontrol direncini saat yönünde çevirerek direnç değerinin artırınız ve ölçtüğünüz
alan akımı ve motor hızı değerlerini Tablo 6.1’e not alınız.
Alan kontrol direncini saat yönünün tersine çevirerek direnç değerinin azaltınız ve
ölçtüğünüz alan akımı ve motor hızı değerlerini Tablo 6.1e not alınız.
Elde ettiğiniz değerleri grafiksel olarak çizerek yorumlayınız.
NOT:
Deney esnasında terminal geriliminin sabit olduğundan emin olun.
Şekil 6.2 Yapılacak Deneye ait Eşdeğer Devre
31
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Şekil 6.3 Yapılması Gereken Bağlantılar
Tablo 6.1 Deney Sonunda Elde Edilen Sonuçlar
Sıra
Artan Direnç
I f (mA)
Azalan Direnç
n m ( dev / dak )
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
32
I f (mA)
n m ( dev / dak )
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Artan Alan Kontrol Direnci
1.000
900
800
Alan Akımı (mA)
700
600
500
400
300
200
100
0
0
200
400
600
800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000
Motor Hızı (dev/dak)
Azalan Alan Kontrol Direnci
1.000
900
800
Alan Akımı (mA)
700
600
500
400
300
200
100
0
0
200
400
600
800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000
Motor Hızı (dev/dak)
33
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
7
DENEY-7
SİNCAP KAFES TİPİ İNDÜKSİYON MOTORLARIN
KARAKTERİSTİKLERİNİN İNCELENMESİ
Deneyin Amacı: Üç fazlı sincap kafes tipi asenkron (indüksiyon) motorlarda yüklenme
karakteristiklerinin incelenmesi
Kullanılan Alet ve Malzemeler:
a) NE7010 Test Yatağı
b) Sincap Kafes Tipi İndüksiyon Motor
c) Bağlantı Kabloları
Teorinin Özeti:
İndüksiyon motorların temel çalışma prensibi, stator sargıları tarafından oluşturulan döner
magnetik alanın rotor sargılarında emk indüklemesine dayanmaktadır. Bu indüklenen emk
rotor sargılarından bir akım akmasına ve bu da ikinci bir alanın oluşmasını sağlamaktadır.
Rotor ve stator tarafından oluşturulan bu iki alanın birbiri ile etkileşimi sonunda rotor
dönmektdir.
Ek Bilgiler ve Teorinin Açıklaması:
Asenkron motorlarda stator sargıları 120°’lik aralıklarla kutuplara yerleştirilmiştir. Her bir
kutup ayrı ayrı enerjilendirildiklerinde akılar arasında da 120°’lik fark oluşmaktadır. Sargılar
üç faz AC kaynak tarafından enerjilendirildiğinden akılar, sinüsoidal ve 120° aralıklı olarak
oluşmaktadır. Sonuçta elde edilen akı bu üç sargının oluşturmuş olduğu akıların toplamından
oluşmaktadır. Bu durum Şekil 7.1’de gösterilmiştir.
Şekil 7.1 Asenkrom Motorda Akı Oluşumu
34
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Şekil 7.2 dikkate alınarak sırasıyla 0, 30°’de anlık akı değerleri incelenecek olursa;
Şekil 7.2 Asenkron Motorda Akı Dağılımı
0° için Şekil 7.3 göz önüne alınacak olunursa;
Şekil 7.3 0° için Fazlarda Oluşan Akı Değerleri
mavi akı değerinin Mφ = 0.866φ m , sarı akı değerinin Sφ = 0.866φ m ve kırmızı akı değerinin
Kφ = 0 olduğu görülür. Vektörel toplam yapıldığında toplam anlık akı değeri 1.5φ m olarak
bulunur. 30° için Şekil 7.4 göz önüne alınacak olunursa;
Şekil 7.4 30° için Fazlarda Oluşan Akı Değerleri
35
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Mφ = 0.5φ m , sarı akı değerinin Sφ = φ m ve kırmızı akı değerinin Kφ = 0.5φ m olduğu görülür.
Vektörel toplam yapıldığında toplam anlık akı değeri 1.5φ m olarak bulunur.
Benzer şekilde diğer konumlar için de işlemler gerçekleştirilecek olursa anlık toplam akı
değerinin hava aralığında aynı değerde ve kaynak frekansı ile aynı frekansta döndüğü
görülebilir. Dolayısıyla ilgili frekansa ilişkin hız değeri senkron hız olarak isimlendirilir ve
Eşitlik 7.1 ile verilir.
ns =
120 f
p
(7.1)
Eşitlik 7.1’de
f
p
: Frekansı
: Kutup sayısını göstermektedir.
Motorun hız değeri ise senkron hızdan biraz daha düşüktür. Bu fark s kayma faktörü ile ifade
edilir ve Eşitlik 7.2 ile verilir.
s=
n s − nm
ns
(7.2)
Motor hızı da Eşitlik 7.3 ile verilebilir.
nm = (1 − s )n s
(7.3)
Asenkron motor için çıkış gücü DC motorlarda da sözü edildiği gibi Eşitlik 7.4’te verildiği
gibidir.
Pm = wmT
(7.4)
Faz akım ve gerilimleri dikkate alınarak motorun giriş gücü ise Eşitlik 7.5’te verildiği gibidir.
PGiriş = 3VICosφ
(7.5)
Deneyin Yapılışı:
Deneye başlamadan önce ve deney esnasında yapılması gerekenler aşağıda sıralanmıştır:
•
•
•
•
•
AC motoru NE7010 test yatağı üzerine yerleştiriniz.
Test yatağı üzerinde yer alan kaynak reset düğmesine basarak test yatağına enerji
gelmesini sağlayınız.
Şekil 7.5 ve 6’da gösterilen bağlantıları gerçekleştiriniz.
DC jeneratörü besleme sağlamadan asenkron motorun beslemesini vererek ölçtüğünüz
tork, hız, akım, gerilim ve güç değerlerini Tablo 7.1’e kaydediniz.
DC jeneratöre ait yüklenme reostasının değerini artırarak jeneratörün yüksüz durumundan
%25 yüklenme durumuna kadar ölçülen değerleri tekrar Tablo 7.1’e kaydediniz.
36
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
•
Hesaplanması gereken değerleri hesaplayarak Tablo 7.1’e kaydediniz ve elde ettiğiniz
sonuçları grafiklerini çizerek yorumlayınız.
Şekil 7.5 Asenkron Motor için Yapılması Gereken Bağlantılar
Şekil 7.6 DC Jeneratör içinYapılması Gereken Bağlantılar
37
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Tablo 7.1 Deney Sonunda Elde Edilen Sonuçlar
T ( Nm)
n m (d / d )
I ( A)
300
500
V (V )
PÇikiş (W )
PGiriş (W )
s
%η
PF
4
3.5
3
Tork (Nm)
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
100
700
900
Motor Hızı (dev/dak)
38
1.100
1.300
1.500
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
100
90
80
70
% Verim
60
50
40
30
20
10
0
0
100
300
500
700
900
Motor Hızı (dev/dak)
1.100
1.300
1.500
100
90
80
70
% Verim
60
50
40
30
20
10
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Güç F aktörü
39
0,7
0,8
0,9
1
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
8
DENEY-8
ADIM MOTORLARININ KARAKTERİSTİKLERİNİN
İNCELENMESİ
Deneyin Amacı: Hibrit yapıdaki bipolar adım motorunun tam ve yarım adım çalışma
modunda tork-hız karakteristiklerinin incelenmesi
Kullanılan Alet ve Malzemeler:
a) FH2-MKIV Test Yatağı
b) SMS2 Adım Motoru Sürücü Sistemi
c) Bipolar Adım Motoru
d) Bağlantı Kabloları
Teorinin Özeti:
Adım motorları, elektrik darbelerini ayrık açısal adımlar halinde mekanik enerjiye çeviren
elektromekanik cihazlardır. Adım motorları AC ve DC motorlardan farklı olarak bir kontrol
devresine gereksinim duyarlar ve doğrudan gerilim uygulanarak çalıştırılmazlar.
Ek Bilgiler ve Teorinin Açıklaması:
Adım motorları yapı olarak stator ve rotor kutuplarının enerjilendirme esnasında istenilen bir
açısal hareket sağlayacak şekilde yerleştirilmesi ile elde edilmiş olan motorlardır. Genel
olarak adım motorlarını yapısal açıdan üç gruba ayırabilmek mümkündür:
•
•
•
Değişken Relüktanslı Adım Motorları
Daimi Mıknatıslı Adım Motorları
Hibrit Adım Motorları
Bu motorlar içerisinde en yaygın olarak kullanılanı, Hibrit adım motorlarıdır. Kısaca ilgili
adım motorlarına değinilecek olunursa:
Değişken Relüktanslı Adım Motorları:
Değişken relüktanslı adım motorlarının çalışma prensibi, rotor ve stator kutupları arasında
kalan hava aralığındaki relüktans değişimine dayanmaktadır. Statora ait sargılar dc olarak
enerjilendirildiğinde stator tarafından magnetik bir alan oluşturulur ve magnetik akının
maksimum olduğu olduğu konuma doğru rotor çekilir ki rotor ve stator kutupları karşılıklı
pozisyona geldiklerinde relüktans değeri minimum olacaktır. Enerjilenen stator sargısı
değiştirildiğinde rotor yeni konuma doğru çekilir ve bu şekildeki sürekli değişen stator
enerjilendirme prensibi ile daimi bir açısal hareket elde edilmiş olur.
Bu motorlarda rotor ve stator, çekirdek kayıplarını azaltabilmek amacıyla şekillendirilmiş saç
plakalarından oluşturulmuştur. Şekil 8.1’de gösterildiği üzere stator sargılarından pozitif bir
−
DC akım geçirildiğinde B stator kutbu kuzey kutbu olurken B güney kutbu olur ve magnetik
alan Şekil 8.1’de gösterildiği gibi oluşur.
40
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Şekil 8.1 İki Fazlı Stator
A ve B sarımları aynı anda eş zamanlı olarak enerjilendirildiklerinde ise Şekil 8.2’ de iki ayrı
magnetik alan oluşur ve motora ait magnetik alan bu iki ayrık alanın birleşiminden meydana
gelir.
Şekil 8.2 İki Fazlı Statorun İki Fazının Aynı Anda Enerjilendirilmesi
Bu motorlarda üretilen tork relüktans prensibine dayanmakta olup iki fazlı bir motor için tam
adım çalışmada 90°’lik bir rotor hareketi sağlanırken yarım adım çalışmada açısal hassasiyet
artmakta ve 45°’lik bir hareket sağlanmaktadır. Tam ve yarım adım çalışma için sargıların
besleme durumu Tablo 8.1’de gösterilmiştir.
41
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Tablo 8.1 İki Fazlı Adım Motorda Enerjilendirme Sırası
Tam Adım Çalışma (90°)
Adım
Saat Yönü
Adım 1
−
Adım 8
AB
AB
−
−
−B
A−
AB
AB
AB
AB
AB
A−
−B
A B (T)
A B (T)
A B (T)
A B (T)
−
AB
Adım 4
Adım 7
AB
Saat Yönü Tersi
AB
Adım 3
Adım 6
−
AB
Saat Yönü
AB
Adım 2
Adım 5
Saat Yönü Tersi
Yarım Adım Çalışma (45°)
− −
−
−
A B (T)
− −
A B (T)
− −
−
−
− −
−
−
AB
−
−B
− −
A B (T)
AB
A B (T)
A−
−
−
− −
−
−
AB
A−
AB
−B
Daimi Mıknatıslı Adım Motorları:
Daimi mıknatıslı adım motorlarında rotor kısmı, daimi mıknatıstan yapılmış olup normal
çalışma durumunda motora ait tork Şekil 8.3’te gösterildiği üzere, relüktans tip motorlarda
olduğu gibi stator tarafından sağlanan magnetik alana ait tork dışında stator ve rotor magnetik
alanlarının etkileşimi ile elde edilen tork bileşenine de sahiptir.
Şekil 8.3 Daimi Mıknatıslı Adım Motorlarında Tork Oluşumu
42
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Hibrit Adım Motorları:
Hibrit adım motorlarında rotor, daimi mıknatıslı ve relüktans motorların karakteristiklerini
birleştirecek şekilde magnetik bir yol oluşturacak şekilde oluşturulmuştur. Şekil 8.4’te genel
bir iki fazlı hibrit adım motoru gösterilmiştir.
Şekil 8.4 İki Fazlı Hibrit Adım Motoru
Hibrit bir adım motoru için adım açısı, stator ve rotor kutup açıları arasındaki fark olarak
hesaplanabilir. Yani 4 kutuplu stator ve 5 kutuplu rotora sahip bir motorda adım açısı
Eşitlik 8.1,2 ve 3’te verildiği gibi 18°’dir.
Stator Kutup Acisı =
360
= 90°
4
(8.1)
Rotor Kutup Acisı =
360
= 72°
5
(8.2)
A dim Acisı = 90° − 72° = 18°
(8.3)
Adım Motoru Sürücüleri:
Adım motoru sürücüleri Şekil 8.5’te gösterildiği üzere temel olarak lojik kontrol ünitesi,
darbe üreteci, gösterge ve kontrol ünitesi ile güç katından oluşmaktadır. Bu sistemlerde lojik
ünite, dönme yönü gibi istenilen seçimlerin gerçekleştirilmesini; darbe üreteci, adım oranının
ayarlanmasını, güç katı ise motorun sürülebilmesi için gerekli olan güç seviyesinin motor
sargılarına uygulanmasını sağlamaktadır.
Birçok sürücü sistemde motor hızı, tork ve güç gibi değerlerin görülebilmesini sağlayan ve
motor ile sürücü devrenin korunması amaçlı sisteme monte edilmiş olan güvenlik ve gösterge
sistemleri de mevcuttur.
43
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Şekil 8.5 Tipik Bir Adım Motor Sürücü Sistemi
Enerjilendirme stratejilerine göre adım motorlarını temel olarak tek kutuplu (Unipolar) ve çift
kutuplu (Bipolar) olmak üzere iki kısımda inceleyebilmek mümkündür. Tek kutuplu
sistemlerde akım, stator sargılarından sadece tek bir yönde akmaktadır. Dolayısıyla bu tür
sistemlerde gerekli magnetik alanın oluşturulabilmesi için Şekil 8.6’da gösterildiği gibi bir
sistemin oluşturulması gereklidir.
Şekil 8.6 Unipolar Sistem
44
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Çift kutuplu sürücü sistemlerinde akım sargılardan her iki yönde de akıtılabilmekte ve
dolayısıyla da polarite bu şekilde istenildiği gibi değiştirilebilmektedir. Şekil 8.7’de Bipolar
sürücü sistemi gösterilmiştir.
Şekil 8.7 Bipolar Sistem
Yaygın olarak kullanılan adım motorları ve sürücü sistemleri ile olan bağlantıları da
Şekil 8.8’de gösterilmiştir.
Şekil 8.8 Yaygın Olarak Kullanılan Adım Motoru Sistemleri
45
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Deneyin Yapılışı:
Deneye başlamadan önce ve deney esnasında yapılması gerekenler aşağıda sıralanmıştır:
•
•
•
•
•
SMS2 adım motoru sürücü sistemini FH2-MKIV test yatağı üzerine yerleştiriniz.
FH150 Adım motoruna ait bağlantı plakasını FH2-MKIV test yatağı üzerine yerleştiriniz.
Test işlemi yapılacak motora ait 10 yollu fiş bağlantılarını yapınız.
SMS2 adım motoru sürücü sistemini tek faz besleme kaynağına bağlayınız ama ON
anahtarına basmayınız.
Tablo 8.1’de verilen başlangıç ayarlarını yapınız.
Tablo 8.1 Kullanılacak Teçhizat ve Yapılması Gereken Ayarlar
•
•
•
•
•
•
•
•
Ekipman
Yapılması Gereken Başlangıç Ayarları
FH2-MKIV Test Yatağı
Tork Kontrol
Minimum
Hız Göstergesi
1800 dev/dak
Çalıştır/Sonlandır Düğmesi
Çalıştır Konumunda
FH150 Adım Motorı
Test Makinası
Adım Motoru
SMS2 Adım Motoru Sistemi
Fonksiyon Anahtarı
VCO
Adım Seçici
1. Tam – 2. Yarım
Yön Seçici
İleri
Mod Seçici
Enerjilendirmeme
Rampa Üreteci
Yavaş
Hız Potansiyometresi
Minimum
İvme Potansiyometresi
Maksimum
Şekil 8.9 ve 10’da gösterilen bağlantıları gerçekleştiriniz.
FH2-MKIV ve SMS2 ON anahtarlarına basınız.
Mod seçici düğmeyi normal konumuna getiriniz.
Rampa üreteci seçici anahtarını ivmelendirme konumuna getiriniz.
FH2-MKIV test yatağı üzerindeki tork kontrol minimum seviyede iken hız
potansiyometresini yavaşça ayarlayarak yüksüz halde motor hızını 100 dev/dak olarak
elde ediniz.
100 dev/dak hız değerinde tork kontrol düğmesini yavaşça döndürerek yükün motor hızı
üzerindeki etkisini inceleyiniz ve maksimum tork değerini elde etmeye çalışınız.
Bu işlemleri Tablo 8.2’de yer alan diğer hız değerleri için tekrarlayak motora ait tork-hız
karakteristiğini elde ediniz ve grafiksel olarak gösteriniz.
Adım seçici düğmesini yarım konumuna getirerek yukarıdaki prosedürleri tekrar ediniz.
46
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Şekil 8.9 Motor Sargı Bağlantıları
Şekil 8.10 FH2-MKIV ve SMS2 Bağlantıları
47
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Tablo 8.2 Deney Sonunda Elde Edilen Sonuçlar
n m (d / d )
Tam Adım
Yarım Adım
T (Nm )
T (Nm )
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
Tam Adım Çalışma Durumu
1.25
1.125
Maksimum Tork (Nm)
1
0.875
0.75
0.625
0.5
0.375
0.25
0.125
0
0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
Motor Hızı (dev/dak)
48
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Yarım Adım Çalışma Durumu
1.25
1.125
Maksimum Tork (Nm)
1
0.875
0.75
0.625
0.5
0.375
0.25
0.125
0
0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
Motor Hızı (dev/dak)
49
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
9
DENEY-9
ANAHTARLAMALI RELÜKTANS MOTORLARIN ÇALIŞMA
PRENSİPLERİNİN İNCELENMESİ
Deneyin Amacı: Anahtarlamalı relüktans motorların (ARM) çalışma prensiplerinin ve temel
karakteristiklerinin incelenmesi
Kullanılan Alet ve Malzemeler:
a)
b)
c)
d)
Klasik ARM
Lineer ARM
Sürücü Devreleri
Osiloskop
Teorinin Özeti:
Anahtarlamalı relüktans motorlar, yapısal olarak değişken relüktanslı adım motorlarına çok
benzemekle birlikte daha yüksek güç ve tork değerlerine ulaşabilmeleri ve kontrol
tekniklerinin farklı olması ile bu motorlardan ayrılmaktadırlar.
Ek Bilgiler ve Teorinin Açıklaması:
ARM’ler, hem stator hem de rotorlarında çıkıntılar bulundurduklarından çift çıkıntılı bir
yapıya sahiptir. Gerçekte bir çeşit senkron motor olan ARM’ lerin rotorlarında herhangi bir
mıknatıs, sargı yada kısa devre halkası bulunmayıp sadece masif demir veya saç paketi
içermektedir. Stator da ise DC motorların sargılarına benzer şekilde basit yapılı ve ince telli
sarımlardan oluşan yoğun sargılar bulunmaktadır. Genelde stator ve rotor kutup sayılarına
göre isimlendirilen ARM’ lerde, yüksek hız gerektiren uygulamalarda genelde rotor kutup
sayısı stator kutup sayısına göre küçük seçilirken, yüksek tork gerektiren uygulamalarda ise
rotor kutup sayısı stator kutup sayısına oldukça yakın seçilmektedir. Şekil 9.1’de 6/4 yapıdaki
üç fazlı bir ARM’ye ait kesit şekil görülmektedir.
Şekil 9.1 6/4 ARM’ye ait Kesit Görünüm
50
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
ARM’ lerin döndürme momenti akımın yönüne değil sadece genliğine bağlıdır. Dolayısıyla
motorun kontrol devresinde kullanılacak yarı iletken sayısı yarıya indirilebilir. Bunun yanında
tork değeri indüktansın değişimine bağlı olduğundan, eğer akım indüktansın artma yönünde
uygulanırsa döndürme momenti pozitif olurken, akımın indüktansı azaltma yönünde olması
durumunda ise negatif olacaktır. Dolayısıyla akım darbelerinin, indüktans değişiminin hangi
bölgelerinde uygulanacağının tespit edilerek uygulanması gerekmekte ve dolayısıyla da bu
bölgelere ait rotor konumunun bilinmesi gerekmektedir. Bu nedenle ilgili rotor pozisyonu
bilgisinin elde edilebilmesi için optik ya da alan etkili sensörlerin kullanımı gerekmektedir.
Şekil 9.2’de doğrusal çalışma için rotorun statora göre olan konumuna göre indüktans
değişimi gösterilmiştir.
Stator
βs
Rotor
βr
Lmax
Lmin
θ
Şekil 9.2. ARM’ de Doğrusal Çalışma için İndüktansın Değişimi
ARM’ lerin çalışma prensibi relüktans kuvvetine dayanmakta ve serbest hareketli, çıkık yapılı
rotorun, bulunduğu magnetik devre içerisindeki akının, en kolay yol bulabileceği en küçük
relüktans konumuna kadar kuvvet uygulanarak çekilmesi şeklinde gerçekleşmektedir.
Şekil 9.3’te ARM’nin tek fazına ait eşdeğer devre gösterilmiştir.
Şekil 9.3 ARM’nin Tek Fazına Ait Elektriksel Eşdeğer Devre.
51
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Şekil 9.3’te verilen devrede Rs, Her bir faz için stator sargılarına ait direnci ve L indüktans
değerini temsil etmektedir. Burada her bir faza uygulanmakta olan gerilim miktarı
Eşitlik 9.1’deki gibi verilebilir.
V = Rs i +
dλ (θ , i )
dt
(9.1)
ve
λ = L(θ , i)i
(9.2)
şeklinde ifade edilebilir. Hava aralığı gücü
1 2 dL(θ , i ) 1 2 dL(θ , i ) dθ
i
= i
2
2
dt
dθ dt
1 dL(θ , i )
= i2
wm
2
dθ
p ag =
p ag
(9.3)
ifadesi elde edilir.
Hava aralığı gücü elektromagnetik tork ve hıza bağlı olarak,
p ag = Twm
(9.4)
olduğundan motora ait tork,
T=
1 2 dL(θ , i )
i
2
dθ
(9.5)
şeklinde elde edilir. Eşitlik 9.5’ten açıkça görüleceği üzere motora ait tork değeri akımın
yönünden bağımsızdır.
ARM’ de statora ait herhangi bir faz uyarıldığında rotor ekseninin stator üzerindeki belirli bir
eksene göre hareket ettiği adım açısı, N r , rotor kutup sayısını ve q faz sayısını belirtmek
üzere Eşitlik 9.6 ile verilebilir:
θ=
360°
qN r
(9.6)
ARM’lerin çalışmasında kullanılan birçok sürücü devresi olmasına karşın bu devreler
içerisinde sıkça tercih edileni klasik asimetrik köprü tipi çevirici devrelerdir. ARM’ nin sahip
olduğu faz sayısının iki katı kadar anahtar elemanı içeren (2n tipi) klasik köprü tipi çevirici
devrelerinde fazlar birbirlerinden bağımsız olduğundan her fazın ayrı ayrı kontrol edilebilmesi
mümkün olmakta ve kullanılan anahtarlar düşük gerilime maruz kalmaktadırlar. Bu
özelliklerinin yanında bu çevirici topolojisi, minimum pasif eleman kullanarak maksimum
kontrol esnekliği ve verim sağlamaktadır. Şekil 9.4’te üç fazlı bir ARM için 2n tipi köprü
çevirici devresi gösterilmiştir.
52
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Şekil 9.4 Üç Fazlı Bir ARM için 2n Tipi Klasik Köprü Çevirici Devresi.
ARM’lerin lineer versiyonları da sahip oldukları özellikler bakımından diğer motorların lineer
versiyonlarına göre oldukça avantajlıdırlar. Tek yanlı ya da çift yanlı yapıya sahip olarak
tasarlanabilecek bu motorlar maliyet düşüklüğü ve yapı basitliği ile diğer lineer motorların
önüne çıkmaktadır. Şekil 9.5’te tek yanlı yapıya sahip olan üç fazlı klasik bir DARM’nin
çakışık konumunda sahip olduğu akı dağılımı gösterilmiştir.
Şekil 9.5 Üç Faz, Tek Yanlı Lineer ARM için Çakışık Konumda Akı Dağılımı
Bu motorların da çalışma prensibi döner yapıdaki ARM’ler ile aynı olup klasik ARM’ler için
tasarlanmış olan kontrol ve sürücü devrelerinde yapılacak küçük değişiklikler ile bu devreler
lineer ARM’ler ile de kullanılabilmektedir.
53
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektrik Makinaları Laboratuarı Deney Föyü
Deneyin Yapılışı:
Deneye başlamadan önce ve deney esnasında yapılması gerekenler aşağıda sıralanmıştır:
•
•
•
•
Klasik döner yapıdaki ARM ve sürücü devresi arasındaki bağlantıları gerçekleştiriniz.
Kontrol devresinden ayarlanacak farklı frekans ve duty cycle değerleri için gerilim
kontrollü olarak motorun çalışmasını inceleyiniz.
Lineer yapıdaki ARM için de aynı prosedürü gerçekleştiriniz.
Motorların çalışma prensipleri, karakteristikleri ve diğer motorlardan farklı yönleri
hakkından tartışarak motorun avantaj ve dezavantajları hakkında fikirlerinizi
belirtiniz.
54
Download

Elektrik Makineleri Laboratuarı deney föyü