bölüm 3 - Elektrik.gen.TR
advertisement
ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER BÖLÜM 3 Çolakoğlu 3.1.DC MOTOR SÜRÜCÜLERİ Elektrik motorlarını işletme özellikleri,iş makinesinin işletme koşullarına bağlı olarak, kumanda devreleri yardımıyla değiştirilebilir. Motorlarda ayarlanması istenen belli başlı büyüklükler, dönme hızı, döndürme momenti, ivmelenme hızı ve buna bağlı olarak, yol alma zamanı şeklinde özetlenebilir. Kumanda devrelerinde uydun özellikte röleler, kontaktörler, magnetik devre elemanları, diyot, tristör ve transistör gibi yarı iletken elemanlar kullanılır. Motor devresi ile kumanda devresinin tanımına tahrik sistemi denilir. İş makinelerinin çalıştırılmasında döndürücü olarak kullanılan elektrik motorlarının hız ve moment karakteristikleri, iş makinesinin çalışma şartlarına bağlı olarak belirlenir. Yarı iletkenli kumanda devrelerinin en önemli elemanı doğrultmaçlardır. Diyot ve tristör yarı iletken elemanları ile oluşturulan doğrultmaç sistemleri,alternatif akım kaynağından elde edilmiş doğru akım ile, doğru akım motorlarının endüvi ve uyarma devrelerinin beslenmesinde kullanılır. Motora uygulanan doğru gerilim, motorun devir sayısı, moment, stabilite ve yüklenme şartlarına ve gereklerine uygun olarak tristörler yardımıyla kontrol edilir. Böylece, yarı iletkenli motor kumanda devreleri yardımıyla iş makinelerinde çok geniş hız sınırları arasında kumanda ve ayar yapabilme imkanları elde edilmektedir. Doğrultmacın yük devresini bir d.a. motorunun endüvi devresinin oluşturduğunu düşünelim. Bağıntılarda ve tariflerde kullanılmak üzere zıt E.M.K.’ni ea, endüvi devresi endüktansını La, direncini Ra ile gösterelim ve fırçaların etkisini ihmal edelim. Hava aralığı magnetik akısının değişken olmadığı kabul edilecek ve фf ile gösterilecektir. Endüvi eylemsizlik momenti J ile gösterilecek ve yük momentinin ωm açısal hızı ile orantılı olduğu kabul edilecektir. 63 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu 3.1.1. BİR FAZLI - YARIM DALGA DİYOT MOTOR TAHRİK SİSTEMLERİ En basit bir motor besleme devresi; bir fazlı a.a. kaynağı, buna bağlı diyot doğrultmaç ve motor endüvi devresinden oluşur. Devir sayısı kontrolü, motor uyarma devresi ayrı bir doğrultmaç üzerinden beslenerek sağlanır. Endüvi devresi geriliminin kontrolü için istenildiğinde, tristör kontrollü doğrultmaçlar da kullanılabilir. Şekil 3.l’de iki farklı yük momenti ile çalışmakta olan bir d.a. motorunun aynı ortalama hız kademesi için gerilim, akım ve hızın zamana göre değişimleri görülmektedir. Diyotun geçirgen olduğu pozitif dalga periyodunda ve vo geriliminin ea zıt E.M.K.’dan büyük olması durumunda ia endüvi akımının oluştuğu bilinmektedir. Şekil 3.1.a’da ωt = α değerinde ia akımı oluşmakta ve ωt = β değerine kadar akmaktadır. Bu iki sınır arasındaki γ açısına “iletim açısı” denilmektedir. Burada doğrultmaçlı iletim süresi, Va sinüzoidinin içinde ve dışında kalan ve Şekil 3.1.a’da taranmış olarak gösterilen “gerilim zaman” alanları birbirine eşit oluncaya kadar devam eder. ωt = β iletim süresi sonunda endüvi sargısı endüktansı tarafından,ikinci taralı alana eşdeğer enerji şebekeye verilmekte ve endüvi devresi akı miktarı ωt = α zamanındaki duruma dönüşmektedir. Endüvi devresinden ia akımının aktığı süre içinde, ia akımı ve hava aralığı akısının etkisi ile pozitif bir elektromagnetik döndürme momenti oluşur. Bu süre içinde motor dönüş hızı Şekil 3.1.a'da görüldüğü gibi ∆ωt kadar artar. İletim süresinin bitiminden sonra ikinci bir iletim süresi olan ωt = (2π+α) süresinin başlangıcına kadar motor yavaşlamaya çalışır ve hızı ∆ωt kadar azalır. Bu süre içinde motor daha önce kazanmış olduğu kinetik enerji ile yük için gerekli olan enerjiyi sağlar. Motor eylemsizlik momentinin oluşturduğu mekanik döndürme momentinin, Tm = J dωt/dt şeklinde hesaplanacağı bilinmektedir. Diğer taraftan motorun yavaşlama süresindeki mekanik yük momenti hızın değişimi ile orantılı olup, değeri Bωm şeklinde ifade edilecektir. 64 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu Şekil 3.1: Yarım dalda — diyot doğrultmaçlı bir da. motor besleme devresi ve işletme eğrileri a) Az yüklü b) Tam yüklü bir d.a. motorunda motor dönüş hızı ωm. endüvi akımı ia zıt e.m.k, ea eğrileri c) Elektriksel şema Şekil 3.1.’deki volt-zaman alanlarının incelenmesinden de görüleceği gibi, endüvi devresi endüktansı iletim süresi boyunca elektriksel enerji deposu görevi yapmaktadır. Bu olay, iletim süresi boyunca, birinci taranmış alana eşdeğer enerjinin depolanması ve iletimin kesildiği andan itibaren depolanmış enerjinin geri verilmesi şeklinde oluşur. Şekil. 3. 1.a ve 3.1 .b eğrileri karşılaştırıldığında, tam yükle çalışmakta olan motorda ∆ωt hız değişiminin yükleme oranına bağlı olarak daha büyük olduğu, aynı şekilde i endüvi akımı genliğinin volt-zaman alanlarının ve γ iletim süresinin Şekil 3.1.a’ya göre daha büyük oldukları görülür. Düşük hız ve büyük yük momenti ile çalışılması durumunda γ açısı π açısını geçer ve 2π ye kadar yaklaşır. 65 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER 3.1.2. BİR FAZLI - YARIM DALGA-TRİSTÖR Çolakoğlu DOĞRULTMAÇLI TAHRİK SİSTEMLERİ Tristör doğrultmaç üzerinden beslenen bir d.a. motorunun prensip şeması ile işletme eğrileri Şekil 3.2’de görülmektedir. Diyot yerine tristör (thyristor) kullanılmak sureti ile, motor endüvi devresine uygulanan doğrultulmuş gerilimin ve dolayısı ile motor dönüş hızının geniş sınırlar içinde ayarlanabilmesi olanağı sağlanmaktadır. Gerçekten tristörün α ateşleme açısı, değiştirilmek sureti ile doğrultulmuş gerilimin genliği istenilen değerlere ayarlanabilir. Sistemin işletme özellikleri, bir RL yük devresinin diyot doğrultmaçlı d.a. motor devresinin işletme özelliklerine benzer. Şekil 3.2: Yarım dalga- tristör doğrultmaç ile beslenen d.a. motoru a) Bağlantı şeması b) Hız ωm endüvi akımı ia, motor uç gerilimi Vm ve zıt e.m.k. ea’nın zamana göre değişimi. Şekil 3.2.b’ de görüldüğü gibi ia endüvi akımının, Va kaynak geriliminin vm motor uç geriliminden büyük olduğu α ateşleme açısında, tristör kapısına gerilim uygulanarak akması sağlanmaktadır. ia endüvi akımı γ iletim açısı süresince akmakta ve ωt = β açısında sıfır olmaktadır. ωt = (2π+α) gibi ikinci bir kapı darbe zamanına kadar tristör yalıtkan özelliği göstermekte ve ia akımı akmamaktadır. Endüvi devresi 66 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu endüktansının volt-zaman alanı Vı, taranmış olarak işaretlenmiştir. ia akımının sıfıra ulaşması halinde, pozitif ve negatif volt-zaman alanları birbirine eşit olur ve endüktansta biriken magnetik enerji tekrar şebekeye verilerek hava aralığı magnetik akısı tekrar ia akımının başlangıç zamanındaki durumuna gelir. Belirli bir dönüş hızında daha büyük döndürme momenti elde edilebilmesi için α ateşleme açısı öne alınarak ia akımının genliği ile γ iletim açısı arttırılır ve böylece tristörün yalıtkan olduğu süre kısaltılarak hız düşümünün artması önlenir. Aynı moment değerinde daha büyük bir hız elde edilmesi istenildiği takdirde, α ateşleme açısı öne alınır. Öyle ki iletim zamanı, vo kaynak gerilimi genliğinin en büyük olduğu zamana en yakın bir durumda başlatılır. İletim süresi boyunca endüvi devresi için, vo = ia.Ra+La dia + ea bağıntısı yazılabilir. dt Yukarıda belirtilen ifadeden, Vm = I a. R a + E a bağıntısı bulunur. Burada, Vm : Motor uçlarına uygulanan ortalama gerilimi, I a :( γ /2 π). I a ortalama endüvi akımını, E a = Km . Ωm = Ea' endüvi ortalama zıt e.m.k.' ni, Ωm : Motor ortalama dönüş hızını gösterir. Elektromagnetik moment T; zıt e.m.k. ea, ve motorun elektromekanik özellikleri ile hava aralığındaki magnetik alanın değişken olmadığı varsayımına bağlı moment sabiti Km olduğuna göre T = Km.Ia ve ea = Km.ωm bağıntılarının yazılabileceği bilinmektedir. Sistemin mekanik ve elektriksel büyüklükler cinsinden denge bağıntısı, aşağıdaki gibi yazılabilir. T= Km. la=TL+J dωm dt 67 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu Bu ifadede, TL : Ortalama yük momentini, J : Dönen kütlelerin- eylemsizlik momentini gösterir. Buradan TL =Km.Ia dır. Vm=Ia.Ra+Ea ve TL = Km.Ia eşitliklerinden görüleceği gibi alternatif akım kaynağından tristör doğrultmaç ile beslenen bir d.a. motorunda, ortalama açısal hız Ωm ile, ortalama yük momenti TL, ortalama motor gerilimi Vm ve ortalama endüvi akımı Ia arasındaki bağıntılar, bir d.a. motorunun değişken olmayan bir d.a. kaynağından beslenmesi durumundaki bağıntıların benzeridir. Bununla beraber d.a. motorunun doğrultmaç devresi üzerinden beslenmesi halinde Vm ortalama motor geriliminin büyüklüğü α ateşleme açısına ve γ iletim açısına bağlı olarak değişir. İletim açısının endüvi akımına bağlı olarak değiştiği Şekil 3.2.’ den görülür. Yarım dalga tristör - doğrultmaçlı d.a. motor besleme tertipleri, bir tristör kullanılması nedeni ile oldukça ucuzdur. Ancak aşağıda özetlendiği gibi işletme yönünden sakıncalı tarafları vardır. Bunlar; 1. Öncelikle endüvi akımı kesikli ve kısa sürelerle oluşur. Bu durumda d.a. kaynağından motor momentine eşdeğer devamlı bir döndürme momentinin elde edilmesi istenildiği takdirde ısınma kayıpları daha fazla olur. Bu nedenle motorun cebri soğutma zorunluluğu belirir. 2. İletim periyodu dışındaki sürede motor dönüş hızı azalmaya yönelir. Bu nedenle dönüş hızında dalgalanma belirir. Bütün bu sakıncaları önlemek için üç fazlı yarım dalga tristör doğrultmaç beslemeli d.a. sistemlerinin kullanılması tercih edilir. 68 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu 3.1.3. ÜÇ FAZLI TRİSTÖR DOĞRULTMAÇLI MOTOR BESLEME SİSTEMLERİ Gücü 5 hp.den büyük doğru akım motorlarının beslenmesi amacı ile genellikle üç fazlı alternatif akım kaynağı kullanılır. Üç fazlı alternatif akımının doğru akıma çevrilmesi halinde, bir periyot süresince üç faza ait pozitif dalga sinüzoitleri doğru akıma dönüştürüldüğünden, doğrultulmuş akımın pülzasyon oranı azalır ve dolayısı ile endüvi sargılarının aşırı ısınması ve motor dönüş hızındaki değişmeler bir dereceye kadar sınırlandırılmış olur. Ayrıca elde edilen doğru akımın ortalama değeri, bir fazlı alternatif akımın, doğru akıma dönüştürülmesi ile elde edilen doğru akım ortalama değerinden daha büyük olduğundan, üç fazlı alternatif akım kaynağından daha büyük değerde güç elde edilir. Üç fazlı doğrultmaç sistemleri iki gruba ayrılır: a. Üç fazlı yarım dalga (Üç tristörlü)doğrultmaç b. Üç fazlı tam dalga (Altı tristörlü) doğrultmaç sistemleri Birinci grup doğrultmaç sisteminde, alternatif akımın yalnızca bir yöndeki periyotları, ikinci grup doğrultmaç sisteminde ise her iki yöndeki periyotları da doğrultulmaktadır. Böylece ikinci tip doğrultmaç sistemi ile beslenen d.a. motorlarında kaynak geriliminin polaritesi değiştirilmek sureti ile doğru akım yönü de değiştirilerek çok çeşitli ayar düzenleri geliştirilebilir. 3.1.3.1. ÜÇ FAZLI - YARIM DALGA TRİSTÖR DOĞRULTMAÇLI MOTOR BESLEME SİSTEMLERİ Şekil 3.3’de üç fazlı yarım dalga (üç tristörlü) tipinde bir doğrultmaç tarafından beslenen d.a. motorunun prensip şeması görülmektedir. Doğru akım motoruna, Tı tristörü iletken duruma geldiğinde va faz gerilimi, T2 tristörü iletken durumuna geldiğinde vb faz gerilimi, T3 tristörü iletken durumuna geldiğinde vc faz geriliminin pozitif periyotları uygulanır. 69 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu Şekil 3.3. Üç fazlı - yarım dalga tristör doğrultmaç ve d.a. motoru prensip şeması Tristörün α ateşleme açısı değiştirilerek, doğrultulmuş çıkış geriliminin büyüklüğü ihtiyaca göre ayarlanabilir. Sistemin çalışma şekli şöyle özetlenebilir: Trisörlerden birisi iletken duruma geldiğinde, diğer ikisi negatif işaretli alternatif akım sinüzoidinin etkisi altında bulunduğundan, iki tristör aynı zamanda iletken duruma gelememektedir. Ancak tristörlerden birisinin iletken durumdan yalıtkan, diğerinin yalıtkan durumdan iletken duruma geçişi sırasında kısa bir süre için iki tristör aynı zamanda iletken duruma gelir. Bu süreye komütasyon süresi denilir. Şekil 3.4.’de üç fazlı-yarım dalga doğrultmaç sistemi ile beslenen bir d.a. motoruna uygulanan doğrultulmuş vm geriliminin,v1 endüktans geriliminin, ea e.m.k.’nin ve ia endüvi akımının, α ateşleme açısının 0°, 60° ve 90° değerleri için değişimleri görülmektedir. Şekil 3.4.b ve c’de görüldüğü gibi ateşleme açısının sıfır durumunda, ateşleme olayı van sinüzoidinin (α = 0) noktasında oluşur. Bu durumda her tristör 120° 70 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu faz farkı ile iletken hale geldiğinde ia endüvi akımı sürekli olur ve doğrultmaç çıkış gerilimi ile motor dönüş hızı en büyük değerleri alır. Doğrultmacın direnç ile yüklenmesi ve ateşleme açısının 150° geciktirilmesi durumunda, doğrultmaç çıkış gerilimi sıfır olur. Şekilden görüleceği gibi motora uygulanan vm gerilimi ve ia endüvi akımı, a.a. frekansının üç katına eşit bir frekans ile pülzasyon yapmaktadır. Bu beslenme şeklinde hız değişimi çok az olduğundan, ea endüvi e.m.k.’i genel olarak pülzasyonlu olmayıp,vm motor beslenme geriliminin ortalama değerine eşit kabul edilir. Motor besleme gerilimi vm ile, ea e.m.k.’i arasındaki farka eşit olan v1 gerilimi, sargı endüktans gerilimi olup, şekilde taranmış alanda da görüleceği gibi, bir periyot süresindeki ortalama değeri sıfırdır. Endüvi akımının pülzasyon genliği,endüvi devresi endüktans değerinin büyüklüğüne bağlı olarak değişir. Şekil 3.4.e ve f ’de görülen dalga formları, α = 60° ve endüvi akımının devamlı akmasını sağlayacak büyüklükteki endüktans değeri için, kısmi hızlarda çalışma durumunu gösterir. İletkenliğin devamlı olması durumunda, motora uygulanan gerilimin etkin değeri için aşağıdaki bağıntı elde edilir. Motora uygulanan doğrultulmuş gerilimin etkin değeri vm, a.a. güç kaynağının faz nötr geriliminin etkin değeri vo olduğuna göre, Buna göre α = 0° ,için Vm= 1,17vo, α = 60° için, gerilim ve hız Cosα ile orantılı olduğundan vm = 0,5.1,17 vo =0,585v0 bulunur.Bu durumda endüvi akımı pülzasyon 71 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu genliği, α = 0° durumunda daha büyük olduğundan, her periyoda ait pülzasyonun yutulmasına karşılık olan, endüvi endüktansı volt-zaman alanları daha büyüktür. Şekil 3.4. Üç fazlı — yarım dalga tristörlü doğrultmaç ile beslenen da. tahrik sisteminde, motor besleme gerilimi ve endüvi akımının ateşleme açısına bağlı olarak değişimi a) Üç fazlı a. a. b ve c ) α = 00 e ve f) α = 60° 72 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu Şekil 3.4.h ve i’de α = 90° durumunda vm motor gerilimi ve ia endüvi akımının değişimi görülmektedir. Endüvi devresi endüktansının yeterli büyüklükte olması durumunda, ia endüvi akımının kesintisiz akması sağlanmakta ve motor dönüş hızı sıfır olmakla beraber, ia endüvi akımı ile orantılı bir moment oluşmaktadır. vm motor gerilimi, pülzasyon frekansı a.a. kaynak frekansının üç katı olan bir frekans ile ve ( + ), ( 0 ), ( - ), değerleri arasında değişir. Akımın pülzasyon genliğinin tepe değeri, ortalama akım değerinin iki katı büyüklükte olur. Endüvi devresi endüktansının değerinin yeterli büyüklükte olmaması durumunda endüvi akımının devamlılığı sağlanamaz. Bu durum, Şekil 3.4 k ve i’ de görülmekte olup, motor kısmi yüklerde ve düşük hızlarda çalışabilir. Şekil 3.4. h ve i) α = 90° k ve l) α = 90° (düşük hızda) 73 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu Üç fazlı - yarım dalga tristör doğrultmaçlı besleme sistemlerinde endüvi akımı iletim açılarının arttırılması amacı ile Şekil 3.5.a’da görüldüğü gibi motor endüvi uçlarına ek olarak bir diyot bağlanır. Tristörler iletken olmadığı zaman diyot iletken duruma gelerek endüvi uçlarını kısa devre yapar ve endüvi devre endüktansının depo ettiği enerjinin endüvi direnci üzerine boşalmasını sağlar. Şekil 3.5 : Üç fazlı - yarım dalga tristör ve kısa devre diyotlu doğrultmaç tahrik sistemi a) Prensip şeması b) Motor besleme geriliminin değişimi c) α 90o derece için endüvi akımının değişimi d) İletim süreleri 74 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu Şekil 3.5’de görülen sistemde α = 900 için tristörler iletken oldukları sürelerde vm motor gerilimi, a.a. faz geriliminin değişimine uyar. Tristörlerin yalıtkan, kısa devre diyotunun iletken duruma geldiği ‘F’ süresinde ise, endüvi uçları kısa devre yapılmış olduğundan, endüvi gerilimi sıfır olur. Gerek tristörün, gerekse diyotun iletken olmadığı ‘0’ süresinde, vm motor gerilimi, ea endüvi e.m.k.’ne eşit olur. Kolaylıkla görüleceği gibi, Şekil 3.4.h ‘da, α = 90° için vm motor gerilimi sıfır olduğu halde, bu düzende α = 150° de motor besleme gerilimi sıfır olur. 3.1.3.2. ÜÇ FAZLI - TAM DALGA TRİSTÖR DOĞRULTMAÇLI MOTOR BESLEME SİSTEMLERİ Uygulamada birisi pozitif, diğeri negatif a.a. periyodunu ileten çift üç fazlı yarım dalga doğrultmaç sistemleri kullanılarak, motor uçlarına iki yönlü doğru gerilimin uygulanması sağlanır. Böylece, tristörlerin ateşleme açıları kontrol edilerek, d.a. motorunun, her iki dönüş yönünde ve istenilen hızlarda çalıştırılma imkanı elde edilir. Bu tür doğrultmaçlara “tam dalga köprü doğrultmaç” denilir. Şekil 3.6.a’da, 6 tristörden oluşan tam dalga köprü doğrultmaç sistemi ile beslenen yabancı uyarmalı bir d.a. motorunun prensip şeması görülmektedir. Böyle bir doğrultmaçta yalnızca besleme geriliminin yönü değiştirilebildiğinden, d.a. motorunun dönüş yönü değiştirilmek sureti ile hız / moment düzleminin I ve IV üncü bölgelerinde çalıştırılması sağlanır. Moment yönünün değiştirilmesi istenildiğinde, uyarma akımı yönünün değiştirilmesi gerekir. 75 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu Şekil 3.6: Tam dalga köprü doğrultmaç yardımı ile beslenen yabancı uyartımlı d.a. motoru prensip şemaları a) Bir köprü doğrultmaç ile beslenen d.a. motoru ve çalışma bölgeleri b)Ters - paralel bağlı çift köprü doğrultmaç ile beslenen yabancı uyartımlı d.a. motoru ve çalışma bölgeleri Şekil 3.6.b’ de, 12 tristörden oluşan ve birbiri ile ters-paralel bağlı çift köprü doğrultmaç devresi yardımı ile beslenen yabancı uyartımlı bir d.a. motoru prensip şeması ile böyle bir besleme düzeninde, motorun hız / moment düzlemindeki çalışma bölgeleri görülmektedir. Çift köprü doğrultmaç sisteminde hem gerilim, hem akım yönü değiştirilebildiğinden, başka ilave bir düzeneğe gerek kalmadan d.a. motorunun, hız / moment düzleminin I, II, III ve IV üncü bölgelerinde çalıştırılması imkanı sağlanmaktadır. Kolaylıkla görüleceği gibi, her hangi bir bağlantı değişikliğine gerek kalmadan, yalnızca tristörlerin ateşleme açıları kontrol edilmek sureti ile, d.a. motorunun dönüş yönünün değiştirilmesi, frenlenmesi, hız ve moment büyüklüklerinin iş makinesinin özelliklerine bağlı olarak ayarlanması mümkün bulunmaktadır. Bu nedenle a.a. kaynağından köprü doğrultmaçlar yardımı ile beslenen d.a. motorları, hassas hız ve moment kontrolünü gerektiren tekstil ve kağıt üretim tesislerinde geniş bir kullanma alanı bulmuştur. Şekil 3.6.c’ de, 6 tristörden oluşan köprü bağlantılı bir doğrultmaçta t tristörlerin ateşleme açıları değiştirilmek sureti ile elde edilen doğrultulmuş çıkış geriliminin değişimi görülmektedir. 76 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu Doğrultulmuş çıkış geriliminin ortalama değerinin, α = 30° ile 90° arasında pozitif, α = 900 sıfır, α = 90° ile 1500 arasında negatif olduğu görülmektedir. Şekil 3.6.c Altı tristörden oluşan üç fazlı tam dalga köprü doğrultmaç yardımı ile, α ateşleme açısının değişimine bağlı olarak elde edilen doğrultulmuş gerilimler 77 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu Örnek:Gücü 100 hp. devir sayısı 1750 d/d. olan bir d.a. şönt motorunun endüvi devresi direnci Ra = l4,4.10-3 ohm, endüktansı L = 1,1.10-3 H ve gerilim katsayısı Km = 1,27 volt.san/rad. dır. Motor, faz arası gerilimi 480 V. olan bir a.a. kaynağından, yarım dalga-tiristor doğrultmaç ile beslenmekte olup endüvi akımı anma değeri la = 340 A’ dır. Buna göre; a) 1750 d/d. anma dönüş hızının sağlanabilmesi için α ateşleme açısının değerini bulunuz. (Tristörün iç gerilim düşümünün I.V ve iletimin kesintisiz olduğu varsayılacaktır.) b) α = 90° için endüvi akımının pülzasyon genliğini bulunuz. (Motorun anma endüvi akımı ile yüklendiği ve hareketsiz olduğu varsayılacak, ayrıca Ra endüvi direnci ihmal edilecektir.) Çözüm: a) 1750 d/d. anma dönüş hızının sağlanabilmesi için α ateşleme açısının değerini Kaynağın faz-nötr geriliminin etkin değeri Vo = 480/ 3 = 277 V olup bağıntısına göre motor ortalama geriliminin etkin değeri, 78 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu Bu değere tiristor iç gerilim düşümü I.V ve Ia.Ra endüvi devresi omik gerilim düşümü olarak 4,9 V. eklendiğinde 238 V. bulunur. Buna göre ateşleme açısı, Cos α = 238 / 325 = 0,735 α = 43° bulunur. b) α = 900 de endüvi devresine uygulanan gerilim Şekil 3.4.h’da görüldüğü ibi taranmış alana eşit olan endüvi devresi endüktans gerilimidir. Endüvi akımının ∆Ia artış değeri wt = 2π/3 ve La endüvi devresi endüktansı göz önünde tutulmak sureti ile ve aşağıdaki şekilde bulunur. w = 314 rad./san. ve La = 1,1.10-3. H. değerleri göz önünde tutularak, endüvi akımının pülzasyon tepe değeri la = 566 A. ve α = 90° için (1/2) la = 283 A. bulunur. Endüvi akımı ortalama değeri 340 A. olduğundan hiç bir zaman sıfır değerine ulaşılamamakta ve dolayısı ile endüvi akımı devamlı olmaktadır. 3.1.4. DEVRE KESİCİLER YARDIMI İLE DOĞRU AKIM MOTORLARINDA HIZ KONTROLÜ Doğru akım kaynağından beslenen d.a. motorlarında, hız kontrolü için yarı iletken devre kesiciler kullanılabilir. Özellikle d.a. kaynağından beslenen endüstriyel tahrik sistemlerinde, troley ve elektrikli demir yolu cer sistemlerinde kullanılan bu düzenin çalışma prensibi, motor endüvi devresi ile güç kaynağı arasındaki bağlantının bir devre kesici yardımı ile saniyede bir kaç yüz defa açılıp kapanması esasına dayanır. 79 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu Bu düzenin özellikleri arasında, verimin yüksek olması, hızın devamlı kontrol imkanının sağlanması ve motorun gerekli durumlarda bir üreteç olarak frenlenebilmesi söylenebilir. Bir d.a. motorunun devre kesici yardımı ile hız kontrolüne ait prensip şeması Şekil 3.7’de görülmektedir. Böyle bir düzen yardımı ile motor uç geriliminin etkin değeri sıfır ile Vo arasında değiştirilebilir. Bu düzen devreye seri olarak bağlı bulunan tristör, devre kesici görevini yapar ve endüvi devresini saniyede bir kaç yüz defa açar ve kapar. Endüvi devresinin kapalı kalma süresi (t1) ile açık kalma süresi (t2) istenildiği şekilde azaltılıp çoğaltılarak motora uygulanan gerilimin Vm etkin değeri ve dolayısı ile motor dönüş hızı istenilen değerlere ayarlanır. Devrenin kesilebilmesi için iletken durumda olan tristörün yalıtkan duruma gelmesi gerekir. Bu amaçla şekilde komütasyon anahtarı ile gösterilen bir komütasyon devresi kullanılır. Böylece tristörün katot ucuna kısa bir süre için (örneğin 40 mikrosaniye) pozitif kaynak gerilimi uygulanarak yalıtkan duruma gelmesi sağlanır. Şekil 3.7. Bir d.a. motorunun devre kesici yardımı ile hız kontrolü Şekil 3.8 ve Şekil 3.9 ‘da devre kesici ile çalışan bir kontrol düzeninde, motora uygulanan gerilim ve akımın (tı) uygulama ve (t2) kesme zamanlarına bağlı olarak değişimleri görülmektedir. Şekil 3.8’de görüldüğü gibi, kaynağın devrede kalma 80 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu süresi, devre dışı kalma süresine göre daha kısa tutularak motora uygulanan gerilimin Vm etkin değeri 0,2Vo değerine düşürülmüştür. Şekil 3.8. Düşük hız ayarında motor gerilimi ve endüvi akımının değişimi Devre kesici olarak çalışan tristör iletken duruma geldiğinde, güç kaynağından belirli iki sınır arasında değişen bir ia yük akımı çekilir. Endüvi devresi endüktansı nedeni ile, Vo kaynak gerilim ile ea endüvi e.m.k.’i arasındaki farktan doğan ve şekilde taranmış olarak gösterilen volt -zaman, alanına eşdeğer bir enerji yutulur: (tı) iletim zamanı bitiminde kd diyotu iletken duruma gelerek endüvi devresini kendi üzerine kısa devre yapar ve bu enerjinin endüvi devresi üzerine boşalmasını sağlar. Motor işletme geriliminin etkin değeri, t1, t2 zaman aralıkları oranına bağlı olarak değiştirilmek sureti ile motor dönüş hızı, geniş sınırlar içinde ve devamlı bir şekilde ayarlanır. Örneğin Şekil 3.9’ da görüldüğü gibi t2 zaman süresi çok kısaltılarak Vm geriliminin kaynak gerilimine yakın bir değere ayarlanması sağlanmıştır. Ayrıca her iki şekilden de görüleceği gibi, endüvi akımı, La ortalama endüvi akımının altında ve üstünde bulunan iki sınır değeri arasında ve doğrusal olarak değişir. 81 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu Şekil 3.9 Yüksek hız ayarında motor gerilimi ve endüvi akımının değişimi Devre kesicilerle gerilim ve hız ayarı yapılan d.a. motorlarında, endüvi devresinin enerji depo edebilecek yeterli bir endüktans değerine sahip olması gerekir. Genellikle seri uyarmalı motorlarda uygulanan bu düzende, seri uyarma sargısı ile yeterli endüktans değeri sağlanabilir. Şönt uyarmalı motorlarda ise, uyarma sargısı doğrudan d.a. kaynağına bağlanarak ve endüvi devresine dışardan seri olarak yeterli büyüklükte endüktans bağlanmak sureti ile aynı kontrol sistemi uygulanabilir. Devre kesiciler, ya darbe (pulse) süresi veya darbe frekansının değişken olması esasına göre çalışırlar. Motor yük akımı La ile çalışma gerilimi Vm, birbirinden bağımsız olduklarından motor dönüş hızı ayarı, endüvi geriliminin ayarı yardımı ile sağlanmaktadır. Örnek:Gücü l00hp., yük akımı 180 A. olan seri uyarmalı bir d.a. motoru, gerilimi 500 V. olan bir d.a. kaynağından beslenmekte ve hız ayarı devre kesici yardımı ile sağlanmaktadır. Endüvi ve uyarma devreleri toplam endüktansı 0,060 H. dır. Bu düzende t1 / (t1 + t2) oranının en küçük değeri 0,20 olduğuna göre, endüvi akımının etkin değeri etrafında 10 amperlik bir salınım yapması için gerekli darbe frekansını bulunuz. Çözüm: Darbe zaman aralığı oranı 0,20 olduğuna göre; *Endüvi ortalama e.m.k. değeri = 0,20 . 500 = 100V olur. 82 ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER Çolakoğlu *Endüktansa uygulanan volt - zaman alanının değeri = (500-100) t1= 400 t1 volt.saniye *Endüvi akımı artış değeri = ∆ia = 400 tı /0,060 = 10 A. şeklinde ifade edilir. t1=0,060.10/400= l,5.l0-3 saniye ve tı+ t2 = l,5.10-3/ 0,2 = 7.5.10-3 saniye ve darbe frekansı 1/7,5. 10-3 = 133 darbe / saniye bulunur. 83
