DC Makineler, yani doğru akım (Direct Current) makineleri, #elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren ya da tam tersi hareket enerjisini elektrik enerjisine çeviren cihazlardır. Bu makineler genellikle jeneratörler veya motorlar olarak adlandırılır; ki #jeneratörler, #mekanik enerjiyi dönüştürerek elektrik üretirken, #motorlar ise elektrik enerjisini dönüştürerek #hareket sağlarlar. Bu makinelerin kullanım alanları oldukça geniştir ve elektrikle çalışan birçok cihazda bulunurlar.
Fiziksel yapısı ve konfigürasyonu genel olarak şu ana unsurlardan oluşur:
Rotor ve Stator: DC makinelerin ana bileşenleri rotor ve stator olarak adlandırılır. Rotor, dönme hareketi yapabilen iç kısımdaki parçadır. Stator ise rotorun etrafındaki sabit parçadır.
Manyetik Alan: DC makinelerde manyetik alan oluşturmak için bir manyetik alan kaynağına ihtiyaç vardır. Bu genellikle stator tarafından sağlanır. Manyetik alan, rotor içinde hareket eden iletken bir bobin veya sargı tarafından kesilir, bu da rotorun dönmesine neden olur.
Karbon Fırçaları ve Komütatör: DC motorlarda, rotorun dönmesini sağlayan ve manyetik alanla etkileşime giren kısım komütatör ve karbon fırçalardır. Karbon fırçalar, rotorun dönmesi sırasında komütatörle temas halinde kalır ve elektrik enerjisini rotor bobinlerine iletir.
Bobinler veya Sargılar: Rotor içinde bulunan bobinler veya sargılar, manyetik alan içinde dönerek mekanik enerjiyi üretir veya elektrik enerjisini üretir.
Yataklar ve Mekanik Yapı: Rotor ve statorun desteklenmesi için yataklara ihtiyaç vardır. Bunlar genellikle rulmanlar veya kayar yataklar olabilir. Makinenin mekanik yapısı, genellikle bir şasi veya kasa içinde düzenlenir.
Soğutma Sistemleri: DC makineler sık sık çalıştırıldığı için ısınabilirler, bu nedenle etkin bir soğutma sistemi önemlidir. Soğutma fanları veya soğutma kanalları gibi sistemlerle ısı dağılımı sağlanır.
DC makinelerin konfigürasyonu ve fiziksel yapısı, kullanım amacına, güç gereksinimlerine ve tasarım tercihlerine bağlı olarak değişebilir. Büyük endüstriyel jeneratörler ile küçük ev tipi DC motorlar arasında büyük farklılıklar olabilir.
Doğru Akım Motoru (Rotor, Stator)
Temsili bir DC makinesi, yukarıdaki Şekil 1'de, hem stator hem de rotor için manyetik kutupların açıkça tanımlandığı şekilde gösterilmiştir.
Şekil 2 aynı tip makinenin fotoğrafıdır. Statorun ve yarıklı rotorun çıkıntılı kutup yapısına dikkat edin. Daha önce de belirtildiği gibi makinenin ürettiği tork, stator ve rotor kutupları arasındaki manyetik kuvvetlerin bir sonucudur.
Bu tork, rotor ve stator kutupları arasındaki γ açısı 90◦ olduğunda maksimumdur.
Ayrıca şekilden de görebileceğiniz gibi bir DC makinede armatür genellikle rotor üzerinde, alan sargısı ise stator üzerindedir.
DC Motor Parçaları
Rotor şaftı üzerinde dönerken bu tork açısını sabit tutmak için, komütatör adı verilen mekanik bir anahtar, rotor sargısındaki akım dağılımının sabit kalacağı şekilde yapılandırılır.
ve bu nedenle rotor kutupları, sabit stator kutuplarına göre sürekli olarak 90◦ açıdadır.
Bir DC motorda, mıknatıslama akımı DC'dir, dolayısıyla zamanla değişen akımlardan dolayı stator kutuplarının uzaysal değişimi yoktur.
Komütatörün çalışmasını anlamak için Şekil 4'teki basitleştirilmiş diyagramı düşünün. Şekilde fırçalar sabittir ve rotor ωm açısal hızıyla dönmektedir; rotorun anlık konumu şu ifadeyle verilir:
θ = ωmt − γ.
Komütatör rotora sabitlenmiştir ve bu örnekte elektriksel olarak iletken malzemeden yapılmış ancak birbirinden yalıtılmış altı bölümden oluşmaktadır. Ayrıca rotor sargıları, Şekil 3'te gösterildiği gibi komütatör bölümlerine bağlanan altı bobin oluşturacak şekilde yapılandırılmıştır.
Komütatör saat yönünün tersine döndükçe, rotor manyetik alanı da onunla birlikte θ = 30◦'ye kadar döner. Bu noktada fırçalar bir sonraki segmente temas ettikçe L3 ve L6 bobinlerindeki akımın yönü değişir.
Şimdi manyetik alanın yönü −30◦'dir. Komütatör dönmeye devam ettikçe, rotor alanının yönü tekrar −30◦'den +30◦'ye değişecek ve fırçalar bir sonraki segment çiftine geçtiğinde tekrar değişecektir. O halde bu makinede tork açısı γ her zaman 90◦ değildir ancak ±30◦ kadar değişebilir; Tork sin γ ile orantılı olduğundan, makinenin ürettiği gerçek tork ± yüzde 14 kadar dalgalanacaktır.
Segment sayısı arttıkça komütasyon tarafından üretilen tork dalgalanması büyük ölçüde azalır. Örneğin pratik bir makinede 60'a kadar segment bulunabilir ve γ'nın 90◦'den değişimi yalnızca ±3◦ olabilir ve tork dalgalanması yüzde 1'den azdır.
Böylece, DC makinesi neredeyse sabit bir tork (motor olarak) veya voltaj (jeneratör olarak) üretebilir.
DC Makinelerin Konfigürasyonu
DC makinelerde mıknatıslama akımını sağlayan alan uyarımı zaman zaman harici bir kaynak tarafından sağlanır, bu durumda makinenin ayrı olarak uyarıldığı söylenir [Şekil 4 (a)]. Daha sık olarak, alan uyarılması armatür voltajından türetilir ve makinenin kendi kendine uyarıldığı söylenir.
İkinci konfigürasyon, alan uyarımı için ayrı bir kaynağın kullanılmasını gerektirmez ve bu nedenle sıklıkla tercih edilir. Bir makine ayrı olarak uyarılmış konfigürasyondaysa, ek bir kaynak Vf gereklidir. Kendi kendine uyarılma durumunda, alan uyarımını sağlamak için kullanılan yöntemlerden biri, alanı armatüre paralel olarak bağlamaktır;
Alan sargısı tipik olarak armatür devresinden önemli ölçüde daha yüksek dirence sahip olduğundan (yük akımını taşıyanın armatür olduğunu unutmayın), bu armatürden aşırı akım çekmez.
Ayrıca, alan akımını armatür voltajından bağımsız olarak ayarlamak için bir araç sağlamak amacıyla saha devresine bir seri direnç eklenebilir. Bu konfigürasyona şönt bağlantılı makine adı verilir ve Şekil 4 (b)'de gösterilmektedir.
Bir DC makinesinin kendi kendini uyarması için başka bir yöntem, Şekil 4 (c)'de gösterilen seri bağlı makineye yol açacak şekilde alanın armatürle seri olarak bağlanmasından oluşur; bu durumda, alan sargısı tüm armatür akımını destekleyecektir ve bu nedenle alan bobininin düşük dirence (ve dolayısıyla nispeten az sayıda dönüşe) sahip olması gerekir.
Bu konfigürasyon jeneratörler için nadiren kullanılır, çünkü üretilen voltaj ve yük voltajı, yük akımına göre değişen alan bobinindeki voltaj düşüşüne göre her zaman farklı olmalıdır.
Bu nedenle, bir seri jeneratör zayıf (büyük) düzenlemeye sahip olacaktır.
Ancak seri bağlı motorlar genellikle yaklaşık 1 kW çıkış gücünden fazla olmayan uygulamalarda kullanılır veya daha büyük motorlardan bahsediyorsak elektrikli lokomotifler için kullanılırlar.
Üçüncü tip DC makine, şönt ve seri konfigürasyonların birleşiminden oluşan bileşik bağlı makinedir. Şekil 5 (d) ve (e), sırasıyla kısa şant ve uzun şönt adı verilen iki bağlantı tipini göstermektedir.
Bu konfigürasyonların her biri, alanın seri kısmı şönt kısmına eklenecek (kümülatif bileşik) veya çıkarılacak (diferansiyel bileşik) şekilde bağlanabilir.
Referans: | Fundamentals of Electrical Engineering by Giorgio Rizzoni |
Tür: | |
Boyut: | 13.11 MB |
Sayfa: | 766 |
İndirme: |