otomotv elektroniği ders notu
advertisement
OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU 1.2.2. Aktif devre elemanları Aktif devre elemanları, en az iki veya daha fazla elementten üretilen, çalışabilmeleri ve beklenen özelliklerinin yerine getirebilmeleri için enerjiye (voltaja) ihtiyaç duyan devre elemanlarıdır. Tek başlarına kullanılsalar (diyotlar gibi) dahi verimli ve hesap edilebilir bir devre için pasif devre elemanlarına ihtiyaç duyarlar. Bu elemanlar, özel amaçlı ve genellikle de yarı iletken elemanlardır. Kullanılacak devrenin özelliğine göre, aktif devre elemanlarının özellikleri ve türleri de değişmektedir. 1.2.2.1.Yarı iletkenler Atomun Yapısı: Basit maddenin özelliklerini taşıyan en küçük parçasına atom denir. Valans Elektron: Bir atomun en dış yörüngesine valans yörünge denir. Bu yörüngedeki elektronlara da valans elektron denir. Valans elektron sayısına göre basit maddeler üç ‘ e ayrılır. İletkenler: Son yörüngesindeki valans elektron sayısı 4 ten az olan basit maddelere iletken denir. Bütün metaller iletkendir. Buna göre valans elektron sayısı az olan metaller elektronu daha iyi iletir. Valans elektronlar son yörüngede olduklarından yörüngeden çok kolay, rahat kopabilirler. Örneğin; V.E.S Bakır 1 Alüminyum 3 Yalıtkanlar: Son yörüngesindeki valans elektron sayısı 4 ten fazla olan basit maddelere yalıtkan denir. Örnek; plastik, porselen, cam, kauçuk Yarı iletkenler: Son yörüngesindeki valans elektron sayısı 4 olan basit maddelere yarı iletken denir. Yarı iletkenlerin iletkenlik ve yalıtkanlık özellikleri iyi değildir. En çok kullanılan yarı iletkenler şunlardır: Germanyum, silisyum, selenyum, sülfür, bakır oksit. 1.2.2.1.1. Yarı İletkenlerde Katkı Maddeleri Yarı iletken maddeler dışarıdan yabancı bir madde katılmadan kullanılamazlar ve bu katılan maddeler yarı iletkenin özelliğini oldukça değiştirir. Örneğin; 16 gr yarı iletken maddeye 1gr milyonda biri kadar yabancı madde katılır. Yarı iletkenlerde 5 valans elektronlu yabancı fosfor, azot, arsenik ve antimuan gibi atomlar katıldığında bu tip yarı iletkenlere negatif yani “n tipi” yarı iletken adı verilir. Eğer yabancı madde olarak valans elektron sayısı 3 olan bor, alüminyum, indium ve galyum gibi atomlar katıldığında ise burada pozitif “p tipi” madde adı verilir. 1.2.2.2.Diyotlar Diyotlar, yalnızca bir yönde akım geçiren devre elemanıdır. Diğer bir deyimle, bir yöndeki dirençleri ihmal edilebilecek kadar küçük, öbür yöndeki dirençleri ise çok büyük olan elemanlardır. Direncin küçük olduğu yöne "doğru yön" ,büyük olduğu yöne "ters yön" denir. Diyotun uçları pozitif (+) ve negatif (-) işaretleri ile de belirlenir. "+" ucu anot, "-" uca katot denir. Diyotun anoduna, gerilim kaynağının pozitif (+) kutbu, katoduna kaynağın negatif (-) kutbu gelecek şekilde gerilim uygulandığında diyot iletime geçer. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 11 OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU 1.2.2.2.1. Diyotun kullanım alanları: Diyotlardan, elektrik alanında redresör (doğrultucu), elektronikte ise; doğrultucu, detektör, modülatör, limitör, anahtar olarak çeşitli amaçlar için yararlanılmaktadır. Değişik alanlarda sayısız kullanılan diyotlar vardır. Örneğin; Otomobil alternatörlerindeki üretilen AC akım 4 adet diyot sayesinde DC akımına çevrilir. Diyotlarda genellikle germanyum ve silisyum kullanılır diyotlarda bir “P” tipi bir de ”N” tipi iki yarı iletken madde birleştirilerek diyot oluşturulur. 1.2.2.2.2. Diyotların Gruplandırılması: Diyotlar başlıca üç ana gruba ayrılır: 1.2.2.2.2.1.Lamba diyotlar Lamba diyotlar en yaygın biçimde redresör ve detektör olarak kullanılmıştır. Sıcak katotlu lamba, cıva buharlı ve tungar lambalar bu gruptandır. Isınan katottan fırlayan elektronlar atom tarafından çekilmekte ve devreden tek yönlü bir akım akışı sağlanmaktadır. Eskiden kalanların dışında bu tür diyotlar artık kullanılmamaktadır. 1.2.2.2.2.2.Metal diyotlar Bakır oksit (CuO) ve selenyumlu diyotlar bu gruba girmektedirler. Bakır oksitli diyotlar ölçü aletleri ve telekomünikasyon devreleri gibi küçük gerilim ve küçük güçle çalışan devrelerde, selenyum diyotlar ise birkaç Kilo Watt 'a kadar çıkan güçlü devrelerde kullanılır. 1.2.2.2.2.3.Yarı iletken diyotlar Yarı iletken diyotları, P ve N tipi germanyum veya Silikon yarı iletken kristallerinin bazı işlemler uygulanarak bir araya getirilmesiyle elde edilen diyotlardır. Hem elektrikte hem de elektronikte kullanılmaktadır. 1.2.2.2.2.3.1. Yarı İletken Diyotların Temel Yapısı Yarı iletken diyotları, PN yüzey birleşmeli (jonksiyon) diyotlar ve nokta temaslı diyotlar olmak üzere iki ana grupta toplanır. Yarı iletken diyotları, ilk olarak nokta temaslı kristal diyot halinde kullanıma girmiştir. Zamanla bunların yerini yüzey birleşmeli diyotlar almıştır. PN yüzey birleşmeli diyot diğer adıyla jonksiyon diyot, P ve N tipi kristallerin, özel yöntemler ile ard arda birleştirilmesi yoluyla elde edilir. Birleşme yüzeyine jonksiyon da denir. Jonksiyon diyot deyimi buradan gelmektedir. Jonksiyon kalınlığı 0.01 mm 'dir. 1.2.2.2.3. Kullanım alanlarına göre diyot çeşitleri Kristal Diyot Zener Diyot Tünel Diyot Işık Yayan Diyot (Led) Foto Diyot Ayarlanabilir Kapasiteli Diyot (Varaktör - Varikap) Mikrodalga Diyotları Gunn Diyotları Impatt (Avalans) Diyot Barıtt (Schottky) Diyot Ani Toparlanmalı Diyot Pin Diyot Büyük Güçlü Diyotlar Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 12 OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU 1.2.2.2.4. Diyotun anot ve katot uçları: Diyotun P bölgesinden çıkarılan bağlantı ucuna (elektroduna) ANOT ucu, N bölgesinden çıkarılan bağlantı ucuna da KATOT ucu denir. Anot "+" katot "-" ile gösterilir. 1.2.2.2.5. Polarmasız PN Bileşimi Gerilim uygulanmamış olan, diyota POLARMASIZ diyot denir. Polarmasız diyotta şu yapısal değişiklikler olmaktadır: N tipi kristalin birleşme yüzeyine yakın kısmındaki serbest elektronlar, P tipi kristaldeki pozitif (+) elektrik yüklerinin, yani pozitif elektrik yüklü atomların, çekme kuvveti etkisiyle birleşme yüzeyini geçerek, bu yüzeye yakın atomlardaki elektron boşluklarını doldururlar. Ve Kovalent bağ kurarak P kristali içerisinde nötr (etkimesiz) bir bölge oluştururlar. N tipi kristalin belirli bir bölümündeki elektronların tamamı P tipi kristale geçtiğinden, N tarafında da nötr bir bölge oluşur. P kristali nötr bölgesinin gerisinde kalan pozitif elektrik yüklü atomların çekme kuvveti, N tipi kristalin nötr bölgesinin öbür tarafında kalmış olan elektronları çekmeye yetmeyeceğinden belirli bir geçişten sonra elektron akışı duracaktır. Sonuçta, birleşme yüzeyinin (jonksiyonun) iki tarafında hareketli elektriksel yükü bulunmayan bir boşluk bölgesi oluşur. 1.2.2.2.6. Polarmalı PN Bileşmesi Gerilim uygulanmış olan diyota, POLARMALI diyot denir. Yapılan işleme de, diyotun POLARILMASI denir."Polarma" nın Türkçe karşılığı "kutuplandırma" dır. Yani, gerilim kaynağının "+" ve"-" kutuplarının bağlanmasıdır. Gerilim kaynağının bağlanış şekline göre, polarma şu iki şekilde olur: Doğru polarma Ters polarma 1.2.2.2.6.1.Doğru polarma Gerilim kaynağının, akım akıtacak yönde bağlanmasına, DOĞRU POLARMA denir. Doğru polarma bağlantısı Doğru polarmada, gerilim kaynağının pozitif (+) kutbu, diyotun anoduna (P bölgesi), negatif (-) kutbu, diyotun katoduna (N bölgesi) bağlanır. Diyotun uçları arasındaki gerilim için de "polarma" veya "polarizasyon" gerilimi deyimleri kullanılır. 1.2.2.2.6.2.Ters Polarma Gerilim kaynağının negatif (-) ucu, diyotun anoduna (P tarafına), gerilim kaynağının pozitif (+) ucu ise, diyotun katot (N) ucuna gelecek şekilde bağlantı yapılırsa, diyot çok büyük bir direnç gösterecek ve akım akışına engel olacaktır. Ancak çok küçük bir kaçak akım akar. Bu halde diyot ters polarmalıdır veya ters bağlantılıdır denir. Büyük direnç yönüne de diyotun ters yönü adı verilmektedir. Ters polarma sırasında, bu azınlık taşıyıcıları etkinlik göstererek, diyot içerisinden ve dolayısıyla da devreden ters yönde çok küçük bir akım geçmesine neden olur. Bu akıma "KAÇAK AKIM" denir. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 13 OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU 1.2.2.2.7. Diyotun Delinmesi Ters akımın birden büyümesi halinde, diyotun delinmesi, bu andaki gerilime de delinme gerilimi denir. Silikon diyotun delinme gerilimi, germanyum diyota göre daha büyüktür. Diğer taraftan kaçak akım ise daha küçüktür. Diyot, doğru polarmada küçük dirençli bir devre elemanı, ters polarmada ise büyük dirençli bir devre elemanı niteliği gösterir ve akımın tek yönde akmasını sağlamaktadır. 1.2.2.2.8. Diyotun Kontrolü Bir diyot şu iki amaçla kontrol edilir.Anot ve Katodun belirlenmesi ve Sağlamlık kontrolü Diyot kontrolü, pratik olarak ölçü aleti (avometre) ile yapılır. İbreli (analog) ölçü aleti kullanılması, hızlı ölçüm ve takip kolaylığı bakımından daha uygundur. Amaç hassas bir ölçüm olmayıp, büyük veya küçük direnç şeklinde bir ölçüm yapmak suretiyle diyotun durumunu saptamaktır. Direnç ölçümünde, gerilim kaynağı olarak ölçü aleti içerisindeki pilden yararlanılmaktadır. Ölçü aleti içerisindeki pil genelde 1.5V 'luk tur. Bazı ölçü aletlerinde 9V 'luk pil bulunur. Her diyotun, doğru yönde geçirebileceği akım sınırlıdır. Bu nedenle, küçük akımlı diyotların ve özelliklede yüksek frekans (YF) diyotlarının ölçümü sırasında dikkatli olmak gerekir. Bu gibi hallerde diyotlarda 100-500 Ohm arasında seri bir direnç bağlamak gerekir. Galvano teknikte ve DC motorlar için kullanılan büyük güçlü doğrultucu diyotlarına benzer diyotları iletime geçirmek için büyük gerilim gerektiğinden 1.5V 'luk Ohmmetre böyle diyotları ölçmez. İki yönde de büyük direnç gösterir. Böyle diyotlar için 9V'luk pili bulunan Avometreler kullanılır ve R*100, R*1000 kademelerinde ölçüm yapılır. Ölçü kademesi büyüdükçe, ölçü aletinin iç direnci küçülür ve dış devreye uyguladığı gerilim ve verdiği akım büyür. 1.2.2.2.8.1.Diyotun, Anot Ve Katodunun Belirlenmesi Diyotlar devreye mutlak surette doğru şekilde bağlanmalıdır. Bunun içinde anot ve katodun bilinmesi gerekir. Diyot anot ve katodunun hangisi olduğundan şüphe ediliyorsa, kontrol iki yönlü yapılır. Normal bir diyot, bir yönde küçük direnç, öbür yönde çok büyük direnç gösterecektir. Doğru yön direnci diyottan diyota birkaç 10 ohm 'dan birkaç 100 ohm 'a kadar, değiştiği gibi, aynı diyotun direnci uygulanan gerilime göre de değişir. Uygulanan gerilim büyüdükçe diyotun direnci küçülür. Ters yön direnci, bütün diyotlarda Mega ohm 'a yakın veya üzerindedir. Diyot direncinin küçük çıktığı yönde, ölçü aletinin pozitif (+) probunun bağlı olduğu uç ANOT diğer uç KATOT 'dur. 1.2.2.2.8.2.Diyotun Sağlamlık Kontrolü Bir diyot şu iki nedenle bozulur: • Doğru yönde katalog değerinin üzerinde akım geçirilirse, • Ters yönde yine katalog değerinin üzerinde gerilim uygulanırsa. Her iki halde de diyottan geçen aşırı akım diyotun bozulmasına neden olacaktır. Üzerinden aşırı akım geçen bir diyotta üç durum gözlenebilir: • Aşırı akım çok fazla değilse ve kısa dönem akmışsa, hem P, hem de N bölgesindeki kristal atomları arasındaki Kovalent bağlar kopmakta ve elektronlar serbest hale geçmektedir. Bu durumda diyot bir iletken haline dönüşmekte ve omaj ölçümü yapıldığında her iki yönde de kısa devre göstermektedir. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 14 OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU • Aşırı akım çok büyük olursa diyot aynen bir sigorta teli gibi eriyip yanar ve omaj kontrolü yapıldığında her iki yönde de açık devre gösterir. Diğer bir deyimle, sonsuz (∞) gösterir. • Yanan bir diyottaki renk değişimi dışarıdan bakıldığında da belli olur. 1.2.2.3.Röleler Şekil 1:Rölenin yapısı Yukarıdaki Şekil de yapısı ve görünüşü verilen, küçük güçteki elektromanyetik anahtarlara röle adı verilir. Röleler, elektromıknatıs, palet ve kontaklar olmak üzere üç kısımdan oluşur. Elektromıknatıs, demir nüve ve üzerine sarılmış bobinden meydana gelir. Bobini, doğru akıma bağlanan rölelerde, demir nüve yumuşak demirden ve bir parça olarak yapılır. Bu rölelerde artık mıknatıslık nedeniyle paletin demir nüveye yapışık kalması, nüvenin ön yüzüne konmuş küçük bir plastik pulla önlenir. Bobini alternatif akıma bağlanan rölelerde, demir nüve sac plaketinden yapılır. Alternatif akımın değer ve yön değiştirmesi, rölelerde titreşime neden olur. Bobini alternatif akıma bağlanan bir rölenin titreşim yapması, demir nüvenin ön yüzünde açılmış oyuğa yerleştirilen bir bakır halkayla önlenir. Demir nüve üzerinde bulunan bobin bir veya daha fazla sargıdan oluşur. Röle bobininde birden fazla sargının bulunması, rölenin değişik gerilimlerde kullanılmasını sağlar. Röledeki kontaklar palet aracılığı ile açılır ve kapanırlar. Normal durumda palet, yay veya yerçekimi nedeniyle, demir nüveden uzakta bulunur. Rölelerde normalde açık ve normalde kapalı olmak üzere iki çeşit kontak vardır. Bu kontakların yapımında gümüş, tungsten, palladyum metalleri ve bunların alaşımları kullanılır. Rölenin bobinine bir gerilim uygulandığında, röle enerjilenir ve paletini çeker. Palet üzerinde bulunan (1-3) nolu kontak açılır ve (1-2) nolu kontak kapanır. Bobin akımı kesildiğinde, röle üzerinde bulunan yay, paletin demir nüveden uzaklaşmasını sağlar. Bu durumda kapanmış olan (1-2) nolu kontak açılır, açılmış olan (1-3) nolu kontak kapanır. 1.2.2.3.1. Otomobillerde Kullanılan Röleler 1.2.2.3.1.1.Mini Röleler Mini Röle 12V / 30A 4 fişli, 12V / 30A 5 fişli, 24V / 20A 4 fişli ve 24V / 20A 5 fişli olmak üzere dört farklı tipte üretilmektedir. Mini Röle 'nin her dört tipinde de bobin sarımları sürekli enerji altında kalmaya uygun olarak tasarlanmıştır. Mini Röle 'ler neme, vibrasyona ve tüm dış etkilere son derece dayanıklıdır. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 15 OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU Şekil 2:Mini röle 1.2.2.3.1.1.1. Teknik Özellikler / Technical Specifications Çalışma gerilimi / Operation Voltage 8-16V DC 20-30V DC Kontak Akımı / Contact Current 40A 20A Lamba Yükü Gücü / Bulb Load Power 560W 420W Ortam Harareti / Ambient Temp. -40°C/+90°C -40°C/+90 °C Bobin Direnci / Coil Resistance 85 300 Ağırlık (Şase Demirli) / Weight 50gr 32gr 1.2.2.3.1.2.Orta güç Mikro röleler (40A 12V MICRO RELAY) 40 Amper Röle araçlarda yüksek akım çeken alıcılar için özel dizaynı ile 40 Amper’e kadar akım çekebilecek yapıya sahiptir. Boyutları mini röleden daha küçük olmasına karşın, mini rölelerin akım olarak yetersiz kaldığı yerlerde (Arka cam rezistansı, ilave sis lambaları, yüksek akımlı fan motorları, klima devreleri vb.) güvenle kullanılabilir. 16 Şekil 3:Mikro röle 1.2.2.3.1.2.1. Teknik Özellikler / Technical Specifications Çalışma gerilimi / Operation Voltage Kontak Akımı / Contact Current Lamba Yükü Gücü / Bulb Load Power Ortam Harareti / Ambient Temp Bobin Direnci / Coil Resistance Ağırlık (Şase Demirli) / Weight 8-16V DC 40A 560 W -40°C/+90°C 85 50 gr 1.2.2.3.1.3.Yüksek güç röleleri (80A 12V RELAY / 50A 24V RELAY) Şekil 4:Yüksek Güç rölesi Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU 1.2.2.3.1.3.1. Teknik Özellikler / Technical Specifications Çalışma gerilimi / Operation Voltage 8-16-24V DC Kontak Akımı / Contact Current 50-80A Lamba Yükü Gücü / Bulb Load Power 700-1500 W Ortam Harareti / Ambient Temp -40°C/+90°C Bobin Direnci / Coil Resistance 70-150 Ağırlık (Şase Demirli) / Weight 70 gr 1.2.2.3.1.3.2. Kullanıldığı yerler • Radyatör fan rölesi • Isıtma bujileri rölesi • Klima rölesi • Havalı korna rölesi • Marş Motoru rölesi • Havalandırma fan rölesi • Far rölesi olarak güvenle kullanılabilir ve bütün yükü üzerine aldığı için devre üzerinde herhangi bir elemanın arızalanmasına izin vermez. 1.2.2.4.Selenoidler Bobinlerden yararlanılarak kısa kurslu hareket elde edilmesini sağlayan elemanlardır. Şekil 5:Tek ve çift bobinli Selenoidler 1.2.2.4.1. Otomobillerde kullanılan Selenoidler 1.2.2.4.1.1.Pierburg EGR (Egzoz Gazı Resirkülasyonu) Valfi Bu valfe; servo fren vakum pompası tarafından oluşturulan vakum ile kumanda edilir ve Borg Warner modülatör selenoidi tarafından ayarlanır. EGR valfine aşağıdaki şekilde kumanda edilir: Eğer elektronik kontrol ünitesinden gelen sinyal sonucu modülatör selenoidi (1) kanalında vakum oluşmasına sebep olursa, gaz akışını açmak için; (2) diyaframı bağlı bulunduğu (3) pistonu ile birlikte (1) kanalındaki basınca bağlı olarak yükselir. Bu durum, belirli bir miktardaki egzoz gazının emme manifolduna doğru resirkülasyonunu sağlar; herhangi bir sinyal gelmemesi durumunda. Selenoidi ; (3) pistonunun kapanmasını sağlamak için (1) kanalını atmosfer ile temas haline getirir. Bu durum, motor soğukken, rölantide veya orta-yüksek yük Koşullarında etkin şekilde çalışmayı sağlamak için egzoz gazlarının resirkülasyonunu engeller. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 17 OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU Şekil 6:Pierburg EGR Valfi 1.2.2.4.1.2.Borg-Warner Modülatör Selenoidi Bu selenoid; EGR pnömatik sistemine, Servo fren vakum pompasından (5) gelen bir vakum bağlantısı ile bağlanmıştır ve bir çıkışın da Pierburg EGR valfine (4) ve atmosfer basıncında iki noktaya bağlanması gereklidir. Atmosfer basıncındaki iki noktada (1 ve 3); kare dalga bir sinyal kullanılarak, bir filtreden gelen hava emilir. Kare dalga sinyal; 140 Hz frekansında, 12 V geriliminde ve değişken İş-Çevrimindedir (şemaya bakınız). Bu iş çevrimi; Pierburg valfine maksimum vakum değeri gönderildiğinde; akımı O değerinden yaklaşık. 800 mA değerine çıkartır, İş-Çevrimi terimi; sinyalin 12 V değerinde olduğu süre ile toplam çevrim periyodu (1/140 s) arasındaki oranı ifade eder. Ayarlanan voltaj değerinin giriş vakum değerine bağlı olmayıp, sadece elektrik kumandalı sinyalin İşÇevrimine bağlı olduğuna dikkat edilmelidir. 18 Şekil 7:Borg-Warner Modülatör Selenoidi 1.2.2.4.1.3.Motor Durdurma Selenoidi 1. Giriş deliği 2. Dağıtıcı piston 3. Dağıtıcı kafası 4. Motor durdurma Selenoidi 5. Yüksek basınç odası Şekil 8:Motor Durdurma Selenoidi Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU Motorun durdurulması fonksiyonu, elektriksel beslenmesi kesildiğinde enjektörlere yakıt gönderilmesini kesen bir selenoid tarafından yapılır. Selenoid bu işlemi; pompanın iç kısmını, pompalama tertibatı odasına bağlayan deliği bloke ederek gerçekleştirir. 1.2.2.4.1.4.Termik Starter 1. Termik- Starter 2. Selenoidi termik startere bağlayan boru 3. Yakıt besleme Selenoidi 5. Yakıt basıncı ayar valfi 4. Yakıt besleme hortumu 6. Yakıt geri dönüş borusu Şekil 9:Termik Starter Termik-Starter tertibatı emme manifolduna monte edilmiştir ve yakıt beslemesi enjeksiyon pompası tarafından sağlanır. Bu tertibat; soğukken bile motorun çalışmasını sağlar. Yakıt devresine 0.2 - 0.3 bar değerine ayarlı bir regülâsyon valfi monte edilmiştir. Bu valf, termik-Starter tertibatı çalışıyor iken basıncı sabit tutar. 19 1.2.2.4.1.5.Enjeksiyon Avansı Aktüatörü Enjeksiyon avansı; (1) odası içindeki basıncın modülasyonu yapılarak düzeltilir. (1) odası pompa gövdesine bir puls Selenoidi (3) ile bağlıdır. İşlem sırasında, pompa içindeki yakıt basıncı (1) odasına erişir. Bu durum, (4) yayı ve (5) odası içindeki basınç ile dengelenmiş olan (2) pistonu üzerine bir basınç uygular. Elektronik kontrol ünitesi; (1) odasındaki basıncı, gerekli enjeksiyon avansını elde etmek için gereken değer ile uygun hale getirmek için, (3) Selenoidine kumanda eder. Fazla basınç; yakıtın depoya geri dönmesini sağlayan (5) odasına gönderilir. (2) pistonunun konumu, her iki tarafa etki eden basınçlar arasındaki fark ile belirlenir. (2) pistonunun konumu, piston yuvası (6) içinde yer alan (7) piminin konumunu belirler. Daha sonra piston, kam diskine bağlı* olarak konumunu değiştirmek için (8) bilye taşıyıcıyı çevirir. Sonuç olarak, bilyeler; döner kamı egzoz safhasını belirli bir açıda öne almak için ileri doğru kaldırır. 1. Üst oda (yüksek basınç) 2. Enjeksiyon avansı ayar pistonu 3. enjeksiyon avansı Selenoidi 5. Alt oda 4. Yay 6. Pim giriş deliği Şekil 10:Enjeksiyon Avansı Aktüatörü Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU 1.2.2.5.DC Motorlar Doğru akım makineleri hem jeneratör hem de motor olarak çalışabildiği için temelde DC motor ve jeneratör (generatör) çalışma prensipleri aynıdır. Aradaki tek fark jeneratördeki E.M.K. (elektromotor kuvvet) çıkış geriliminden büyük iken; motordaki E.M.K. çıkış geriliminden küçük olmasıdır. Böylece güç akışı yönü değişmektedir. Elektrik motoru, elektriksel enerjiyi mekanik enerjiye dönüştürerek jeneratördeki işlemin tam tersini gerçekleştirmektedir. Bilindiği gibi jeneratörler mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirmektedirler. DC (doğru akım)'la çalışan motora bir gerilim uygulandığında pozitif fırça ve kolektör üzerinden, endüvi sargılarından akım geçecektir. Motorun endüvi sargısı generatör ünün endüvi sargısıyla aynı yapıdadır. Böylece N kutbu altındaki iletkenlerden akım bir yönde akarken S kutbu altındaki iletkenlerden ters yönde bir akım akacaktır. Endüviden akım geçmesi sonucu ana alanla etkileşen bir başka alan oluşmaktadır. Burada aranılan sonuç endüvi sargıyı döndürebilmek için bir kuvvet oluşturmak gerektiğidir. Zıt E.M.K 'nın varlığı da bu prensip üzerine kuruludur. Zıt E.M.K. besleme gerilimine karşı koymasına rağmen uygulanan gerilimi giderememektedir. Bu nedenle endüvi akımını sınırlamaktadır. Endüvi akımı sadece yükü sürebilecek kadar güç üretimine katkıda bulunmaktadır. Eğer motora herhangi bir yük bağlı değilse zıt E.M.K. hemen hemen uygulanan gerilime eşittir. Bu durumda üretilen güç sadece dönme kayıplarını karşılayacak kadardır. Bundan dolayı endüvi akımının üretilen zıt E.M.K tarafından kontrol edildiği söylenebilir. 1.2.2.5.1. DC Motorların Sınıflandırılması Paralel (Şönt) Seri (series) ve Kompund (hem seri hem paralel) olarak isimlendirilebilir. Alan sargısı endüviye paralel bağlı ise şönt, seri bağlı ise seri olarak isimlendirilir. Seri sargı endüvi akımını taşıyacağından kalın kesitli iletkenden, az sarımlı; şönt sargı ise ince kesitli iletkenden çok sarımlı olarak yapılabilir. Kompund motorlarda alan sargılarının ürettiği manyetik alanlar birbirini destekleyecek yönde ise kümülâtif ya da eklemeli kompund; zayıflatacak yönde ise diferansiyel motor kompund adını almaktadır. 1.2.2.5.2. Otomobillerde Kullanılan Doğru Akım Motorları Şekil 11:Otomobillerde kullanılan DC motorlar Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 20 OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU 1.2.2.5.2.1.Marş Motoru Marş sistemi içten yanmalı motorların çalışmağa başlayabilmeleri için, öncelikle belirli bir devirle döndürülmeleri gerekir, işte bu gereksinimi karşılayabilmek amacı ile düzenlenen sistemlere, ilk hareket sistemleri denir. Motorlara ilk hareket verilmesi değişik metotlarla sağlanabilir. Bunlar iple, kolla, pedalla, marş motorlarıyla, yardımcı motorla ve basınçlı hava ile ilk hareket biçimleridir. Konumuz olan marş motorları, ilk olarak 1911 yılında Cadillac motorlarında uygulanmış, sonra giderek yaygınlaşarak günümüzde en çok kullanılan sistem durumuna gelmiştir. Marş motorları elektrik enerjisini mekanik enerjiye çeviren doğru akım motorlarıdır. Çalışması Faraday prensibine göre gerçekleşir. Sabit bir manyetik alan içinde bulunan bir iletkenden akım geçirildiğinde, iletken hareket eder. Şekil 12:Marş motoru • 0.8-4 kw arasında çeşitli çıkış güçlerinde üretilmekte olup 12 veya 24 volt sistemlerde kullanılırlar • Marş otomatiklidir. • Kavrama aşırı-hız kavramalı tipidir. • 4 kutuplu ve 4 fırçalı (0.8 kw olan 2 fırçalı) seri motorudur. • Dönüş yönü genellikle saat yönündedir. Ancak birkaç tipte saat yönü tersindedir. • Montaj Pinyon taraf kapağı flanşından oturtularak yapılır. • Endüvi kendinden yağlamalı burç sistemleri ile yataklanmıştır. 1.2.2.5.2.2.Redüktörlü Cam Silecek Motoru 1.2.2.5.2.2.1. Teknik değerler Nominal voltaj: 12V Motor: 12 oluklu endüvi;2 kutuplu self bobinli, sinter ferrit mıknatıslı, endüvi mili 2 küresel yataklı eksenel boşluk vida ile ayarlı. Redüktör: zamak braket, plastik dişli, tek ağızlı sonsuz vida, redüktör oranı 1/85.Tahrik: sinter sektör dişlileri ile 115°’den 175°’ye kadar silme açıları, mekanizma sistemi ile 115°’ye kadar silme açıları. Ağırlık: 1,1 kg. Şekil 13:Redüktörlü cam silecek motoru Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 21 OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU • Her türlü iklim şarlarında çalışır. • Motor ekseni ile dişli ekseni arası 31mm veya 35 mm olmak üzere iki ana gruba ayrılır. • Ön yataklanması rulman ile sağlamıştır. • Kutuplar iki adet sabit mıknatıstan oluşur. • Tek ve çift devirli kendinden fasıla röleli seçenekleri vardır. 1nm tork ile çift devirli 75 ve 55 d/d, tek devirli 68 d/d, arka cam silecek motoru 45 d/d hıza sahiptir. 1 nm tork altında çift devirli yüksek hızda 3.5 A, düşük hızda 2.5 A, arka cam silecek motoru 1.7-2 A akım çekmektedir. • Silecek mekanizması değişik uygulama şartları ve alanları için özel olarak dizayn edilmektedir. • Arka cam silecek motorları kendinden mekanizmalı olup 110° ’lik geniş silme açısına sahiptir. • Cam silecek motorları 12 ve 214 Volt sistemler için üretilmektedir. 1.2.2.5.2.2.2. Performans 1 Nm tork ile hız (dv/dk) : 45±5 Nm tork ile akım (A) : <1,7 İlk hareket torku (Nm) :>=12 Fren testi Test voltajı: 13,5V Test sıcaklığı : 20/25°C 22 1.2.2.5.2.3.Radyatörlü Fan Motoru 1.2.2.5.2.3.1. Genel Özellikler Ferrit mıknatıslı DC motor. Endüvinin yalıtımı: polyesterli vernik. Görevi: radyatör soğutma ve araç içini havalandırma. Kullanım yeri: orta, lüks sınıf otomobiller. Şekil 14:Fan motoru 1.2.2.5.2.3.2. Teknik değerler Nominal gerilim:12V. Çıkış gücü:120/180W (kabin havalandırma) 70 / 90W (radyatör soğutma) Motorun yapısı:açık ( Havalandırma)kapalı ( Soğutma) Çalışma sıcaklığı……:-30 / + 80°C Ağırlık……………….1,4 kg. (hav.) –1 kg. (Soğ. L=113) 1,2 kg. (Soğ. L=126) Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU 1.2.2.5.2.4.Merkezi Kilitleme Sistemi Motoru Ve Elektrik Kumandalı Cam Motoru Şekil 15:Merkezi kilitleme sistemi ve elektrik kumandalı camların elemanları 13.Akü 33-34Ön ve arka camların sigortası 37. Bağlantı 50. Sigorta kutusu merkezi kilitleme sistemi kontrol ünitesi (E 14) ile birlikte 51. Ön cam elektronik kontrol ünitesi. 62. Kontak anahtarı 75. Sol ön cam motoru 76. Sol arka kapı kilidi, motoru ile birlikte 77. Sağ arka kapı kilidi, motoru ile birlikte 78. Sol ön kapı kilidi, motoru ile birlikte. 79. İç aydınlatma ve ön cam kumanda anahtarı 80. Sol ön kapıdaki elektrikli cam kumanda düğmesi 88. Sağ ön cam motoru 89. Sağ ön kapı kilidi, motoru ile birlikte 90. İç aydınlatma ve ön cam kumanda anahtarı 91. Sağ ön kapıdaki elektrikli cam kumanda düğmesi. 95. Sol arka şase 96. Bagaj kaputu kilidi mikro anahtarı 102. Bagaj kaputu kilit motoru 168. Sol arka kapı cam motoru 169. Arka sol kapıdaki elektrikli cam kumanda düğmesi 172. Arka camların elektronik kontrol ünitesi 176. Sağ arka kapı motoru. 177. Arka sağ kapıdaki elektrikli cam kumanda düğmesi. 1.2.2.5.2.5.Elektrik Kumandalı Tavan Motoru 3.Sigorta kutusu 10. Akü şasileme noktası 12. Kontak ünitesi 22. Ön göğüs sağ şasileme noktası 92. 20A sigorta 93A. Tavan camı kontrol ünitesi 93C. Tavan camı motoru 4. Sigorta ve röle ünitesi 11. Akü 19. Arka şasileme noktası 91. Güç rölesi 92A. Tavan camı ile kablo bağlantısı 93B. Tavan camı kumanda butonu 93D. Durdurma anahtarı Şekil 16:Elektrik Kumandalı Tavan Motorunun Parçaları Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 23 OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU 1.2.2.5.3. Adım motorları ( step motorlar ) Açısal konumu adımlar halinde değiştiren, çok hassas sinyallerle sürülen motorlara adım motorları denir. Adından da anlaşılacağı gibi adım motorları belirli adımlarla hareket ederler. Bu adımlar, motorun sargılarına uygun sinyaller gönderilerek kontrol edilir. Herhangi bir uyartımda, motorun yapacağı hareketin ne kadar olacağı, motorun adım açısına bağlıdır. Adım açısı motorun yapısına bağlı olarak 90° , 45° , 18° , 7.5° , 1.8° veya daha değişik açılarda olabilir. Motora uygulanacak sinyallerin frekansı değiştirilerek motorun hızı kontrol edilebilir. Adım motorlarının dönüş yönü uygulanan sinyallerin sırası değiştirilerek saat ibresi yönü (CW) veya saat ibresinin tersi yönünde (CCW) olabilir. Adım motorlarının hangi yöne doğru döneceği, devir sayısı, dönüş hızı gibi değerler mikroişlemci veya bilgisayar yardımı ile kontrol edilebilir. Sonuç olarak adım motorlarının hızı, dönüş yönü ve konumu her zaman bilinmektedir. Bu özelliklerinden dolayı adım motorları çok hassas konum kontrolü istenen yerlerde çok kullanılırlar. Adım motorlarının kullanıldıkları yerlere örnek olarak, endüstriyel kontrol teknolojisi içerisinde bulunan bazı sistemler, robot sistemleri, takım tezgâhlarının ayarlama ve ölçmeleri verilebilir. Ayrıca, adım motorları konumlandırma sistemlerinde ve büro makineleri ile teknolojisi alanında da kullanma alanı bulmaktadır. Adım motorlarının bu kadar çok kullanılma alanı bulmasının nedeni bu motorların bazı avantajlara sahip olmasıdır. Bu avantajlar aşağıdaki gibi sıralanabilir. • Geri beslemeye ihtiyaç göstermezler. Açık döngülü olarak kontrol edilebilirler. • Motorun hareketlerinde konum hatası yoktur. • Sayısal olarak kontrol edilebildiklerinden bilgisayar veya mikroişlemci gibi elemanlarla kontrol edilebilirler. • Mekanik yapısı basit olduğundan bakım gerektirmezler. • Herhangi bir hasara yol açmadan defalarca çalıştırılabilirler. Adım motorlarının dezavantajları aşağıdaki şekilde sıralanabilir. • Adım açıları sabit olduğundan hareketleri sürekli değil darbelidir. • Sürtünme kaynaklı yükler, açık döngülü kontrolde konum hatası meydana getirirler. • Elde edilebilecek güç ve moment sınırlıdır. 1.2.2.5.3.1.Adım Motoru Çeşitleri Kullanımda olan birçok elektrik motorunda olduğu gibi adım motorları da makinenin yapısına ve çalışmasına göre sınıflandırılabilir 1.2.2.5.3.1.1. Değişken Relüktans lı (DR) Adım Motoru Değişken relüktans lı ( manyetik alanın içinde bulunduğu ortama karşı gösterdiği direncin ölçütüdür )adım motoru en temel adım motoru tipidir. Bu motorun temel prensiplerinin daha iyi anlaşılabilmesi için kesit görünüşü Şekil 1’ de gösterilmiştir. Bu üç-fazlı motorun 6 adet stator kutbu vardır. Birbirine 180° açılı olan herhangi iki stator kutbu aynı faz altındadır. Bunun anlamı, karşılıklı kutupların üzerindeki sargıların seri veya paralel olması demektir. Rotor 4 adet kutba sahiptir. Stator ve rotor nüveleri genellikle ince tabakalı silisli çelikten yapılırlar. Şekil 17:DR adım motoru Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 24 OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU Düşük manyeto motor kuvveti uygulansa bile, stator ve rotor malzemeleri yüksek geçirgenlikli ve içlerinden yüksek magnetik akı geçecek kapasitede olmalıdır. 1.2.2.5.3.1.2. Sabit Mıknatıslı (SM) Adım Motorları Rotorunda sabit mıknatıs kullanılan adım motoruna sürekli mıknatıslı adım motoru adı verilir. 4-fazlı bir SM adım motorunun bir örneği Şekil 2’de gösterilmiştir. Silindirik sabit mıknatıs rotor gibi çalışır, etrafında ise her biri üzerine sargılar sarılı olan 4 adet kutbun bulunduğu stator vardır Burada C ile adlandırılan terminal, her bir fazın birer uçlarının birleştirilerek güç kaynağının pozitif ucuna bağlandığı ortak uçtur. Eğer fazlar Faz1, Faz2, Faz3, Faz4 sırasıyla uyartılırsa; rotor saat ibresi yönünde (CW) hareket edecektir. Bu motorda, adım açısının 90° olduğu açıkça görülmektedir. SM adım motorunda adım açısını azaltmak için, manyetik kutup sayısı ile birlikte stator kutup sayısı arttırılmalıdır. Fakat her ikisinin de bir sınırı vardır. Buna alternatif olarak küçük adım açılarına sahip karışık yapıdaki SM adım motorları kullanılmaktadır Şekil 18:Sabit mıknatıslı 4-fazlı SM adım motoru 1.2.2.5.3.1.3. Karışık Yapılı (Hybrid) Adım Motoru Rotorunda sabit mıknatıs bulunan bir diğer adım motoru da karışık yapılı adım motorudur. Hybrid kelimesi motorun sabit mıknatıslı ve değişken relüktans lı motorların prensiplerinin birleşmesinden dolayı verilmiştir. Günümüzde çok geniş bir kullanım alanına sahip olan Hybrid adım motorunun yapısı Şekil 3’te verilmiştir. Statorun nüve yapısı değişken relüktans lı adım motorunun aynısı veya çok benzeridir. Fakat sargıların bağlantısı değişken relüktans lı motorunkinden farklıdır. Değişken relüktans lı adım motorunda bir kutupta bir fazın iki sargısından sadece bir tanesi sarılmış iken, 4 fazlı karışık yapılı adım motorunda iki farklı fazın sargıları aynı kutupta sarılmıştır. Bundan dolayı bir kutup sadece bir fazın altında değildir. Karışık yapılı adım motorlarında moment, diş yapılarındaki hava aralıklarının manyetik alanlarının etkileşimi ile oluşturulur. Bu tip motorlarda sürekli mıknatıs, sürücü kuvveti oluşturmak için önemli rol oynamaktadır. Fakat karışık yapılı adım motorundaki rotor ve stator dişlerinin küçük adım açıları elde etmek için dizayn edildiği bilinmelidir. Şekil 19: Karışık yapılı adım motorunun yapısı Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 25 OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU 1.2.2.5.4. SERVO MOTORLAR Adım motorunun yapısal frenleme ve çözünürlük sağlamasından dolayı amaca uygun olarak gözükse de sorun olarak karşımıza yetersiz çözünürlük ve de hız problemleriyle çıkan adım kaçırma sorunları çıkınca cazibesini yitirmektedir. Servo motor kavramı burada ortaya çıkmaktadır. Yapı Step motorla DC motorun birleştirilmesiyle oluşmuştur. Üç ana dış bobin yapısıyla; step motorun parçalama teorisine, döndürme prensibiyle de DC motoru çağrıştırmaktadır. Ekstra olarak konum algılama sensörleri ve gelişmiş sargı teknikleri yer almaktadır. D.C. Servo motorlar çok küçük güçlerden çok büyük güçlere kadar imal edilirler(0,05 Hp den 1000 Hp ye kadar). Bu motorlar klasik D.C. motorlar gibi imal edilirler. Bu motorlar küçük yapılıdır ve endüvileri (yükseklik . uzunluk / Çap oranıyla) kutup atalet momentini minimum yapacak şekilde tasarlanırlar. Küçük çaplı ve genellikle içerisinde kompanzasyon sargısı olan, kuvvetli manyetik alanı boyu uzun doğru akım motorlarına da Servo motor denir. D.C. Servo motor çalışma prensibi açısından aslında, Statoru Daimi Mıknatıs bir D.C. motordur. Manyetik alan ile içinden akım geçirilen iletkenler arasındaki etkileşim nedeniyle bir döndürme momenti meydana gelir. Şekil 20: Servo Motor Bu döndürme momenti manyetik alan vektörü ile sargı akım vektörü arasındaki açı 90° olduğunda maksimum değerini alır. Bir D.C. Servo motorda fırçaların konumları, her iki dönüş yönü için de döndürme momenti açısının 90° olmasını sağlayacak şekilde belirlenmiştir. Kolektör segmentlerinin fazla olması neticesinde momentin sıfır bir noktada rotorun hareketsiz kalması engellenmiş olur. Sanayide kullanılan çeşitli doğru akım motorları vardır. Servo sistemlerde kullanılan doğru akım motorlarına ise D.C. Servo motorlar adı verilir. D.C. Servo motorlarda rotor eylemsizlik momenti çok küçüktür. Bu sebepten piyasada çıkış momentinin eylemsizlik momentine oranı çok büyük olan motorlar bulunur. Bazı D.C. Servo motorların çok küçük zaman sabitleri vardır. Düşük güçlü D.C. Servo motorlar piyasada genellikle bilgisayar kontrollü cihazlarda (disket sürücüler, teyp sürücüleri, yazıcılar, kelime işlemciler, tarayıcılar vs.) kullanılırlar. Orta ve büyük güçlü Servo motorlar ise sanayide genellikle robot sistemleri ile sayısal denetimli hassas diş açma tezgâhlarında kullanılır. D.C. motorlarda alan sargıları rotor sargılarına seri veya paralel bağlanır. Endüvi sargılarından bağımsız olarak uyartılan alan sargılarının akısı Endüvi sargılarından geçen akımın fonksiyonu değildir. Bazı D.C. motorlarda manyetik akı sabittir. Uyarma sargıları endüviden bağımsız olan veya sabit mıknatısla uyartılan motorlarda hız kontrolü endüvi gerilimi ile yapılabilir. Bu tip kontrol yöntemine endüvi kontrol yöntemi denir. Uyarma sargılarının yarattığı akı ile yapılan denetlemede ise endüvi akımı sabit tutulur. Statorda bulunan uyartım sargılarının yarattığı akının kontrolü ile hız ayarlanır. Bu tip motorlara alan kontrollü motorlar denir. Fakat rotor sargılarından geçen akımın sabit tutulabilmesi ciddi bir problemdir. Zira rotor akımı yükün ve kaynağın birer fonksiyonudur. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 26 OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU Endüvi kontrollü motorlara göre alan kontrollü motorların alan sabitleri daha büyüktür. Büyük aralıklarda değişen hız ayarlarında rotor geriliminin değiştirilmesi; buna karşılık küçük aralıklarda hassas hız ayarı gereken yerlerde ise alan sargılarının yaratmış olduğu manyetik akı hız kontrolü yöntemi tercih edilir. D.C. Servo motorlar genellikle “elektronik hareketli denetleyiciler ” adı verilen Servo sürücüler ile kontrol edilirler. Servo sürücüler Servo motorun hareketini kontrol ederler. Kontrol edilen büyüklükler çoğu zaman noktadan noktaya konum kontrolü, hız kontrolü ve ivme programlamasıdır. PWM tekniği adı verilen darbe genişlik modülasyonu genellikle robot kontrol sistemlerinde, sayısal kontrol sistemlerinde ve diğer konum denetleyicilerinde kullanılırlar. 1.2.2.5.4.1.DC Servo motor ve AC Servo motorun karşılaştırılması Fırçasız Servo motorlar D.C. Servo motorların bakım gereksinimlerini ortadan kaldırmak amacıyla getirilmiştir. Modern Servo sistemlerde kullanılan fırçasız Servo motorların en önemli üstünlüğü fırça ve komütatör elemanlarının bulunmasıdır. Bu nedenle fırçaların bakımı diye bir olaydan bahsedilemez ve fırçalardan birçok problem önlenmiş olur. Kolektörlü D.C. Servo motorlarda oluşan problemler bazen çok açık bir şekilde belli olmaz. Bazen fırçalarda olan kirlenme bile problem oluşturabilir. Fırçaların performansı ve ömrü atmosferlik şartlarla bile değiştiğinden dolayı değişik ortam koşullarında değişik yapılı fırçalar kullanılabilmektedir. Fırçasız Servo motorlarda verim, eş ölçüdeki bir D.C. Servo motora oranla daha yüksektir ve fırçaların sürtünme etkisi olmadığından dolayı sürtünme kuvveti verime katkıda bulunur. Kolektör ve fırça aksamının yokluğu motor boyunu düşürür. Bu sadece motor hacmini düşürmekle kalmaz rotor destek rulmanları arasındaki mesafe ve rotor boyunun kısalması dolayısıyla rotorun yanal rijitliği de arttırılmış olmaktadır. Bu özellik hız/eylemsizlik oranına gereksinim duyulan uygulamalarda önemlidir. Fırçasız konfigürasyonda sarımların sabit stator içine sarılması sebebi ile ısı yalıtımı için daha fazla en kesit alanı sağlanabilmekte ve sargılarda oluşabilmek ısı artışı algılama elemanları vasıtasıyla kolayca algılanabilmektedir. Modern Servo sistemlerde pozisyon sinyalinin belirlenmesi amacı ile bir kodlayıcı (encoder) veya resolver kullanılır. Kodlayıcı ve motorun tek bir ana iskelet üzerinde toplanması ile sistem daha kompakt bir yapıda olmaktadır. Bu motor yapısında manyetik akıyı üretmek için gerekli olan mıknatıs rotora monte edildiğinden dolayı döner-alan tipli motor yapısındadır. Senkron motor tipli fırçasız Servo motorların yapıları doğru akım Servo motorlarından farklı olması nedeniyle bu tipteki Servo motorlar fırçasız D.C. Servo motor olarak adlandırılır. D.C. Servo motorlardaki kolektörün aksine Fırçasız D.C. Servo motorlar akımı yarıiletken güç elektroniği elemanları ile doğrulturlar. Diğer yönden rotor manyetik alanının kodlayıcı vasıtası ile algılanıp, algılanan bu pozisyona uygun düşecek şekilde stator sarımlarına üç fazlı alternatif akım verilmesi dolayısı ile kalıcı mıknatıslı senkron motor tipindeki fırçasız Servo motorlar aynı zamanda A.C. Servo motorlar olarak da adlandırılır. Fırçasız Servo motorlarda rotor manyetik alanı ile statora verilen akımlar dikey şekilde kontrol edildiği taktirde D.C. Servo motorlarla aynı olan hız-moment karakteristikleri elde edilir. Servo motorlar kullanımları gereği çok sık şekilde ivmelenme ve yavaşlama işlemlerine maruz kaldıklarından dolayı, maksimum moment değeri anma momentlerinin katlarca fazlası olmalıdır. D.C. Servo motorlarda anma momentlerinin aşılması durumunda komütatör aksamında kıvılcımlaşma olayı meydana gelir. Aynı şekilde hız arttıkça moment değeri de çok hızlı bir şekilde düşer. 1 1 http://www.bilgiustam.com/servo-motor-nedir-nasil-calisir/ Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 27 OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU 1.2.2.6.Transistörler Yarı iletken malzemeden yapılmış ve iki elektrodu arasındaki direnci, üçüncü elektroda uygulanan gerilim ile değişen elektronik devre elemanıdır. Her Ne kadar diyotun yapısına benzese de çalışması ve fonksiyonları diyottan çok farklıdır. Transistör iki eklemli üç bölgeli bir devre elemanı olup iki ana çeşittir. • NPN • PNP 1.2.2.6.1. Transistörün başlıca çeşitleri şunlardır: • Yüzey birleşmeli (Jonksiyon) transistör • Nokta temaslı transistör • Unijonksiyon transistör • Alan etkili transistör • Foto transistör • Tetrot (dört uçlu) transistör • Koaksiyal transistör 1.2.2.6.2. Transistörün kullanım alanları: Transistör yapısal bakımdan, yükselteç olarak çalışma özelliğine sahip bir devre elemanıdır. Elektroniğin her alanında kullanılmaktadır. 1.2.2.6.3. Transistörlerin Yapısı Yukarıda belirtilen değişik işlevli bütün transistörlerin esası YÜZEY BİRLEŞMELİ TRANSİSTÖR 'dür. Bu nedenle, yüzey birleşmeli transistörlerin incelenmesi, transistörlerin yapısı, karakteristikleri ve çalışma prensipleri hakkındaki gerekli bilgileri verecektir. Transistörler, temel yapısı bakımından aşağıda gösterilmiş olduğu gibi; iki gruba ayrılır: NPN tipi transistörler PNP tipi transistörler Yine her iki tip transistörün de N-P-N ve P-N-P bölgeleri şöyle adlandırılır: • EMİTÖR; "E" ile gösterilir. • BEYZ (BAZ); "B" ile gösterilir. • KOLLEKTÖR; "C" ile gösterilir. Bölgeler şu özelliklere sahiptir: Emiter bölgesi (Yayıcı): Akım taşıyıcıların harekete başladığı bölge. Baz bölgesi (Taban): Transistörün çalışmasını etkileyen bölge. Kollektör bölgesi (Toplayıcı): Akım taşıyıcıların toplandığı bölge. Bu bölgelere irtibatlandırılan bağlantı iletkenleri de, elektrot, ayak veya bağlantı ucu olarak tanımlanır. Akım taşıyıcılarının BAZ bölgesini kolayca geçebilmesi için, baz 'ın mümkün olduğunca ince yapılması gerekir. 1.2.2.6.4. Transistör de polarlama Transistörün asıl görevi, değişik frekanslardaki AC işaretleri yükseltmektir. Transistörün bu görevi yerine getirebilmesi için, önce Emiter, Beyz ve Kollektörün DC gerilim ile beslenmesi gerekir. Uygulanan bu DC gerilime POLARMA GERİLİMİ denir. Serbest elektronların çok hızlı hareket etmesi nedeniyle NPN transistördeki akım iletimi de hızlı olmaktadır. Bu nedenle NPN transistörler yüksek frekanslarda çalışmaya daha uygundur. Uluslararası kabule göre, bir iletkendeki elektron akış yönü ile akım yönü birbirine göre terstir. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 28 OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU Uluslararası elektroteknik kuruluşu (IEC) tarafından yapılan kabule göre; Elektrik ve Elektronik devrelerindeki AKIM YÖNÜ, besleme kaynağının pozitif kutbundan (+), Negatif kutbuna (-) doğru olan yöndür. Diyot sembollerindeki ve transistörlerin emiterindeki akım yönünü gösteren oklar da"+" dan dan "-" 'ye doğrudur. Elektron yönü sadece teorik açıklamalar sırasında gösterilmektedir. Kirchoff kanununa göre, yapılan devre hesaplamalarında "+" ve "-" akım yönlerinin gösterilmesi gerekebilir. Burada, besleme kaynağının pozitif kutbundan negatif kutbuna doğru olan yön, "+"akım yönü, bunun tersi olan yön ise "-" akım yönü olarak gösterilir. 1.2.2.6.5. Transistörlerde Yükseltme İşleminin Gerçekleştirilmesi Transistörler yapısı gereği, akım yükseltme özelliğine sahiptir. Uygun, bir devre dizaynıyla gerilim ve güç yükseltmesi de yapar. Tabi bu işlemlerde de asıl olan akımdır. Bu nedenle, önce akımın nasıl yükseltildiğinin bilinmesi gerekir. 1.2.2.6.6. Transistörün Anahtarlama Elemanı Olarak Çalıştırılması Sayıcılar (counters), bilgisayarlar (computers), ateşleme devreleri (trigger circuit) gibi, bir kısım devrenin çok hızlı çalışması (on) ve sükunete geçmesi (off) gerekebilir. Bu gibi hallerde çok hassas bir anahtarlama yapılması gerekir. Bu devrelerde, transistörden anahtar olarak yararlanılmaktadır. Transistör ile nanosaniye 'lik yani 10-9 saniyelik (sn) bir çalışma hızı sağlanmaktadır. Transistörden, iki şekilde anahtar olarak yararlanılabilmektedir. • Normal çalışmada • Doyma halindeki çalışmada Transistörün doyma halinde çalışması, kısa bir an için, taşıyabileceği maksimum akımda görev yapması demektir. 1.2.2.6.7. Transistörün Çalışma Kararlılığının Etkileyen Faktörler Bir transistöre kararlı bir çalışma yaptırabilmek için, öncelikle karakteristik değerlerine uygun bir devre düzeni kurmak gerekir. Bunu içinde, daha önceden de belirtilmiş olduğu gibi, katalog değerlerine ve karakteristik eğrilerinde verilen bilgilere uyulmalıdır. 1.2.2.6.7.1.Sıcaklık Aşırı ısınan transistörün çalışma dengesi bozulur, gücü düşer. Daha da çok ısınırsa yanar. Isınan transistörlerde elektron sayısı anormal artacaktır. Bu artış nedeniylede belirli giriş değerleri için alınması gereken çıkış değerleri değişir. Buda kararlı çalışmayı önler. Daha çok ısınma halinde ise kristal yapı bozulur. Bu durumda transistörün yanmasına neden olur. Isınma transistörün kendi çalışmasından kaynaklandığı gibi, sıcak bir ortamda bulunmasından dolayı da olabilir. 1.2.2.6.7.2.Frekans Her transistör, her frekansta çalışmaz. Örneğin: NPN transistörler, PNP transistörlere göre yüksek frekanslarda çalışmaya daha uygundur. Nedeni de NPN transistörlerde elektrik yükü taşıyıcıları ELEKTRONLAR dır. PNP transistörlerde ise taşıyıcılar pozitif elektrik yükleridir. Elektronlar, pozitif elektrik yüklerine göre çok daha hızlı ve serbest hareket edebildiklerinden, yüksek frekanslar için NPN transistörler daha uygundur. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 29 OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU 1.2.2.6.7.3.Polarma Yönü Polarma gerilimini uygularken, ters polarma bağlantısı yapmamaya özellikle dikkat edilmelidir. Böyle bir durumda, transistör çalışmayacağı gibi, normalden fazla uygulanacak olan ters polarma gerilimleri jonksiyon diyotlarının delinmesine, yani kristal yapının bozulmasına neden olacaktır. 1.2.2.6.7.4.Aşırı Toz ve Kirlenme Transistörlerin toza karşı ve özelliklede metalik işlemlerin yapıldığı ortamlarda çok iyi korunması gerekir. Aşırı toz ve kirlenme elektrotlar arası yalıtkanlığı zayıflatacağından kaçak akımların artmasına neden olacaktır. Eğer metal ve karbon (kömür) tozlarıyla karışık bir tozlanma varsa, transistör elektrotlarının kısa devre olma ihtimalide mevcuttur. Tozlu ortamda çalıştırılması zorunlu olan transistörlerin ve bütün elektronik devrelerin toza karşı iyi korunmaları ve zaman zaman devrenin enerjisi kesilmek suretiyle, yumuşak bir fırça ve aspiratör tozların temizlenmesi gerekir. Tozların temizlenmesi sırasında, elektrik süpürgesiyle üfleyerek temizlik kesinlikle yapılmamalıdır. 1.2.2.6.7.5.Nem Transistörler ve bütün elektronik devreler, neme karşıda çok iyi korunmalıdır. Gerek su buharı, gerekse de bazı yağ ve boya buharları, doğrudan kendileri elektrotlar arasında kısa devre yapabileceği gibi, tozlarında yapışıp yoğunlaşmasına neden olacağından, cihazların kararlı çalışmasını engelleyecektir. 1.2.2.6.7.6.Sarsıntı Sarsıntılı ortamda kullanılan cihazlarda, daima bağlantıların kopması ihtimali vardır. Aşırı sarsıntı iç gerilmeleri de arttıracağından kristal yapının bozulması da mümkündür. Sarsıntılı ortamlarda çalıştırılacak cihazlara üreticiler tarafından özel sarsıntı testi uygulanır. 1.2.2.6.7.7.Elektriksel ve Magnetik Alan Etkisi Gerek elektriksel alan, gerekse de magnetik alan serbest elektronların artmasına ve onların yönlerinin sapmasına neden olur. Bu da kararlı çalışmayı önler. Bu gibi ortamlarda kullanılacak cihazlar faraday kafesiyle ve anti magnetik koruyucularla korunmalıdır. 1.2.2.6.7.8.Işın Etkisi Röntgen ışınları, Lazer ve benzeri çok yüksek frekanslı ışınlarda kararlı çalışmayı etkiler. Bu gibi yerlerde kullanılacak cihazlarda özel koruma altına alınmalıdır. 1.2.2.6.7.9.Kötü Lehim (Soğuk Lehim) Transistörün ve bütün elektronik devre elemanlarının çok ustaca lehimlenmesi gerekir. Soğuk lehim olduğu taktirde, dışarıdan bakıldığında lehimliymiş gibi görünmesine rağmen, elektriksel iletimin iyi olmamasına neden olacağından bütün bir sistemin kararlı çalışmasını engelleyecektir. Ayrıca aşırı ısıtılarak lehim yapılması da devre elemanlarını bozar. Belirli bir lehim pratiği olmayanların, transistör ve benzeri elektronik devre elemanlarının lehimini yapmaması gerekir. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 30 OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU 1.2.2.6.8. Transistör Üzerindeki Harf Ve Rakamların Okunması • • • • Üretici firmanın adı ve sembolü, Kod numarası: (2N 2100 vb...). Transistör bu numara ile tanıtılır. Ayak bağlantıları (E,B,C) veya işareti. Küçük transistörlerin genellikle kollektör veya emiter tarafında bir nokta veya tırnak bulunur. 1.2.2.7.Tristörler Tristörler üzerinden sadece bir yönde akım geçmesini sağlayan yarı iletken bir devre elemanıdır. PNPN yapıdadır ve üzerinde üç adet uç bulunur. Bunlar katot, anot ve gate (tetikleme) uçlarıdır. İletken olduğu anda üzerindeki akımı katottan anoda doğru geçirir. Gate ucu ise tristörün iletime geçirilmesi için kullanılır. Eğer tristör katot gate'li ise pozitif gerilim ile tetiklenir. Anot gate'li tristörler ise katoda göre daha negatif bir gerilim verildiğinden tetiklenirler. Şekil 21:Katot gate'li bir tristörün devre çizimlerinde kullanılan şekli Tristörler devre üzerinde kullanılırken anot ucuna pozitif; katot ucuna da negatif bir gerilim uygulanır. Bu durumda tristör yalıtkandır ve üzerinden herhangi bir akım geçirmez. Tristörün iletime geçebilmesi için gate ucuna tristörün hassasiyetine bağlı olarak küçük bir pozitif gerilim uygulamak gerekir. Artık tristör tetiklenmiştir ve bu tetikleme işlemi saniyenin binde birinde gerçekleşir. Tristör tetiklendiğinde iç direnci yaklaşık 0.2 ohm gibi bir değere düşer. Teorik olarak tristör bu şekilde tetiklenebilse de pratikte bu tetikleme işlemi sonucunda tristör arızalanır çünkü tristörün üzerinden geçen akımı harcayacak ve tristörü koruyacak bir yük elemanı bulunmamaktadır. Pratikte tristörün anot ucuna tristör üzerinden geçecek olan akımı üzerinde harcayacak bir yük elemanı bağlanmalıdır. Bu eleman genellikle devrenin amacına uygun olarak bir lamba, motor veya buna benzer yük elemanıdır. Tristörlerin iki türlü çalışma şekli vardır. Birincisi DC akım ile çalıştırmadır. Bu şekilde çalıştırılan bir tristör doğru bağlantılar yapıldıktan sonra gate ucuna verilecek tetikleme sinyali ile iletime geçer ve tetikleme sinyali ortadan kalksa bile iletkenliği devam eder. Tristörü iletimden çıkarmak için devreye uygulanan gerilimin kesilmesi gerekir. İkinci yöntem ise AC akım ile çalıştırmadır. Bilindiği üzere AC akım çift yönlü bir akımdır yani AC akım kaynağının frekansına göre kaynaktan alınan akım bir süre pozitif bir sürede negatif akım olarak çıkar. İşte bu çalıştırma anında tristörün anodu pozitif; katodu da negatif pulsleri aldığı zaman gate ucuna bir tetikleme yapılırsa tristör bu puls boyunca iletime geçer. AC akım yön değiştirdiğinde ise tristör yalıtkandır. Bu durum AC akımın frekansına göre çeşitli hızlarda gerçekleşir. Örneğin AC akım 50 Hz ise tristörde saniyede 50 defa iletken ve yalıtkan durumuna geçer. Bu şekil çalıştırmada gate ucuna verilen tetikleme sinyali sürekli olmalıdır aksi halde tristör AC akımın ilk yön değiştirdiği anda yalıtkan olur ve bir daha iletime geçmez. Yapı olarak tristör iki adet transistörden oluşan bir devre elemanıdır. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 31 OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU Şekil 22:Tristörün transistörler ile yapılmış eşdeğer devresi 1.2.2.7.1. Sağlamlık Kontrolü: Tristörler ölçü aletleri ile ölçülebileceği gibi basit bir tristör kontrol devresi ile de ölçülebilir. 32 Şekil 23:Tristör kontrol devresi 1.2.2.7.1.1.Devre yardımıyla kontrol Devrede yük olarak 12V ampül kullanılmıştır. S1 anahtarı kapatıldığında devreye 12V DC verilmiş olur ancak tristör henüz iletken değildir ve lamba yanmaz. S2 anahtarı kapatıldığında 1 K ohm' luk direnç ile düşürülen ve gate tetiklemesi olarak kullanılacak olan pozitif gerilim tristörün gate ucuna uygulanır. Bu durumda tristör gerekli tetikleme sinyalini aldığından iletime geçecek ve yük üzerinden akımın akmasına izin verecektir. Şu anda lamba yanmaktadır. Artık S2 anahtarı açılsa bile tristör iletimde kalmaya devam edecektir. Tristörü iletimden çıkarmak için S1 anahtarı açılarak devre gerilimi kesilmelidir. S1 anahtarı tekrar kapatıldığında lamba yine yanmayacaktır çünkü gate ucundan tetikleme voltajı veren S2 anahtarı açıktır. Eğer burada bahsedilenler doğru olarak gerçekleşiyorsa tristör sağlamdır. S1 anahtarı kapatılır kapatılmaz lamba yanıyorsa veya gate ucuna tetikleme sinyali verildiği halde lamba yanmıyorsa tristör arızalı demektir. Bu devrede 12V DC yerine 12V AC kullanılmış olsaydı S1 anahtarı kapatıldığında lamba yine yanmayacaktı ve S2 anahtarı kapatıldığında lamba yanacaktı ancak burada bir fark var; S2 anahtarı açıldığı anda lamba sönecektir. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU Çünkü AC akımın ilk negatif palsinde tristör iletkenliğini kaybedecektir. Lambanın sürekli yanması için S2 anahtarının da sürekli kapalı kalması gerekmektedir. AC akım kullanıldığında tristör AC akımın sadece pozitif palslerde iletime geçeceğinden lamba DC akım kullanılan devreye göre daha sönük yanacaktır. 1.2.2.7.1.2.Ölçü aletiyle kontrol İkinci yöntem olan ölçü aleti kullanarak tristörü ölçmek için ölçülecek bir tristör ve bir Ohm Metreye ihtiyaç vardır. Ölçü aleti X1 konumuna alınarak siyah ucu tristörün anoduna bağlanır. Kırmızı uç ise katoda bağlanır. Bu durumda ölçü aletinde herhangi bir değer okunmaması gerekir. Eğer düşük bir direnç veya kısa devre gözleniyorsa tristörün anotkatot arası kısa devre olmuş demektir ki bu da tristörün arızalı olduğunu gösterir. Eğer bu ölçümde bir hata yoksa şimdi sıra gate ucunun sağlamlığını ölçmeye geldi. Kırmızı ve siyah uçlar tristöre bağlı iken siyah uç anottan ayrılmadan aynı anda gate ucuna değdirildiğinde tristör tetiklenmiş olur ve ölçü aletinde çok düşük bir direnç hatta kısa devre görülür. Bu durumda tristör tetiklenmiştir, anot-katot arası iletken olmuştur ve gate ucu sağlamdır. Şimdi gate ucuna değdirilen siyah uç ayrılır ve ölçü aletinde hala aynı sapmanın olduğu görülür. Bu da tristörün bir kez tetiklendikten sonra tetikleme kesilse bile iletimde kaldığını gösterir. Eğer gate ucu ayrıldığında ölçü aleti de yüksek bir direnç veya açık devre gösteriyorsa tristör arızalıdır veya gate ucu değdirildiği halde ölçü aletinde bir sapma olmuyorsa tristör yine arızalıdır. Ölçü aletinin siyah ucu tristörün gate ucuna kırmızı ucu da katoda bağlandığında çok düşük bir direnç (40 Ohm civarında) okunmalı. Uçlar ters çevrildiğinde ise maksimum direnç (açık devre) okunmalı. Ayrıca Anot-Gate ve Anot-Katot ölçümleri her iki yönde de maksimum direnç (açık devre) göstermelidir. 1.2.2.8.Triyaklar Triyak bir Alternatif Akim (AC) anahtarıdır. AC akımda her iki yönde de iletkendir. Gate ucuna verilecek DC veya AC tetikleme sinyali ile iletime geçebilir. Ana uçlar arasındaki AC akim yön değiştirirken gerilimin sıfır olduğu anda triyak yalıtkan duruma geçer. Triyak ’ın devamlı iletimde kalabilmesi için sürekli tetikleme sinyali verilmeli veya AC akimin her yön değiştirdiği anda tekrar tetiklenmelidir. Triyak ’ın hem DC hem de AC akımla tetiklenebildiğinden bahsetmiştik. Eğer DC akim ile tetiklenirse ki DC akimin artı (+) veya eksi (-) olması fark etmez- tetikleme akimi var olduğu sürece triyak iletkendir. Tetikleme akimi kesildiğinde iletimini kaybeder. AC akim ile tetiklendiğinde ise; bilindiği üzere AC akim sinüsoidal bir akimdir yani frekansına bağlı olarak saniyede belirli aralıklarla bir sinüs dalgası çizer. İşte bu sinüs dalgasının pozitif ve negatif alternanslarında triyak iletkendir ancak sinüs dalgasının sıfır olduğu anlarda triyak yalıtkandır. Triyak çok düşük bir gate akimi ile saniyenin binde birinde iletime geçer ve üzerinden büyük akımlar geçirebilir. Bu yüzden çok küçük akımlarla büyük akim gerektiren yüklerin kontrolünde kullanılabildiği gibi AC akımların DC akımlarla kontrol edilebilmesini de sağlar yani AC akim, DC akim ile çalışan transistörlü devreler tarafından kontrol edilebilir. Aslında triyak 'lar iç yapı olarak birbirine ters bağlı iki tristör 'den başka bir şey değildir. Yapılan bu özel bağlantı ile AC akimin her iki yönünde de bir tristör iletime geçerek triyak ’ın sürekli iletken olması sağlanır. Triyaklarda A2 ucu daima yükün bağlandığı uçtur. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 33 OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU Şekil 24:Tristör sembolü ve eşdeğer devre şeması 1.2.2.8.1. Sağlamlık kontrolü Yine tristör 'de olduğu gibi triyak da hem ölçü aleti ile hem de basit bir devre ile kontrol edilebilir. Ancak ölçü aleti ile yapılan kontrol ölçü aletinin içindeki pil kullanılarak yapıldığından triyak ’ın yüksek gerilimlerde doğru çalışıp çalışmayacağı konusunda tam bir fikir vermez. En iyi ölçüm triyak ’ın kullanım amacına uygun basit bir devre ile yapılabilir. 34 1.2.2.8.1.1.Ölçü aletiyle kontrol Ölçü aleti Ohm metre konumunda X1 kademesine alınır. Triyak ’ın Gate ve A1 uçları her iki yönde de minimum direnç (40-60 ohm) göstermelidir. Ayrıca A2 ve Gate uçları ile A2 ve A1 uçları her iki yönde de maksimum (açık devre) direnç gösteriyorsa triyak sağlamdır. 1.2.2.8.1.2.Devre yardımıyla kontrol Bu devrede gate ucuna DC 12V (artı veya eksi) verildiği sürece triyak ’ın iletimde kalması, tetikleme kesildiği anda ise iletimden çıkması gerekir. Eğer tetikleme için AC akim kullanılırsa yine tetikleme sinyali olduğu sürece triyak iletimde kalacaktır ancak burada AC akimi oluşturan sinüs dalganın sıfır değerine ulaştığı anlarda triyak çok kısa bir süre (bu süre AC akimin frekansına göre değişir) yalıtkan olacaktır. Sinüs dalganın pozitif ve negatif alternanslarında ise iletken olacaktır. Şekil 25:Sağlamlık kontrolü devresi Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN OTOMOTİV ELEKTRONİĞİ DERS NOTU 1.2.2.9.Entegre Devreler Elektronik bir işlevi veya bunun gibi diğer işlevleri yerine getirmek üzere tasarlanmış, en az bir aktif elemanı olan ve ara bağlantılarından bir kısmının ya da tümünün bir parça malzeme içerisinde ve/veya üzerinde bir araya getirilmiş ara veya son formda yapılmış, kullanımı ve çalışma biçimi özel olan devre elemanıdır. Şekil 26:Xenon far sistemi ve entegresi 35 Şekil 27:Değişik otomotiv entegreleri Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN
