endüvi reaksiyonu ve komitasyon - KLU

ENDÜVİ REAKSİYONU VE
KOMİTASYON
1
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Endüvi Reaksiyonu ve
Komitasyon
Doğru Akım Makinelerinde Endüvi Reaksiyonu ve Komitasyon
Endüvi Reaksiyonu
• Endüvi sargılarında herhangi bir akım yok iken kutupların oluşturduğu manyetik akı, endüvi
üzerinde düzgün bir dağılım yapar.
• Nötr bölgede bulunan bobinde indüklenen emk’ı sıfır olduğundan, nötr bölge düzgün bir
komitasyon için fırçaların yerleştirileceği yer olarak seçilir.
• Normal dağılımda kutup alanı ile endüvi alanı birbirine diktir.
• Endüvi yüklendiğinde her iki akı da aynı anda makine üzerinde gösterildiğinde oluşacak olan
manyetik akı dağılımı bozulur.
• Endüvi manyetik akısının toplam manyetik akı dağılımına olan etkisine endüvi reaksiyonu
denir.
• Endüvi reaksiyonundan dolayı kutup ayaklarının bir tarafında manyetik kuvvet çizgilerinde
azalma görülür.
• Kutup ayağının bir tarafındaki manyetik akının azalması, kutbun diğer tarafındaki manyetik
akının artışı tarafından karşılanamaz. Bu nedenle endüvi reaksiyonu toplam akıyı
azaltacağından endüvide indüklenecek olan emk 𝑬 = 𝑲. 𝝓. 𝒏
formülüne göre azalır.
2
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Endüvi Reaksiyonu ve
Komitasyon
Kutup manyetik alanı (a) ile Endüvi
Manyetik Alanı (b)
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Kutup manyetik alanının bozulmuş hali
(Nötr ekseni dönüş yönünde kaymıştır)
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
3
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Endüvi Reaksiyonu ve
Komitasyon
Nötr Ekseni
Alan bozulma etkileri olmasaydı
komitasyon düzleminin yeri
merkezde
Manyetik Eksen
Nötr Ekseni
Gerçek Nötr
Ekseni
Gerçek Manyetik
Eksen
Gerçek Manyetik Eksen
Alan bozulmasının kompanzasyonu için komitasyonun mevcut
durumu
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
Öz indüksiyon için fırçaların
kaydırılması
4
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Endüvi Reaksiyonu ve
Komitasyon
Endüvi reaksiyonundan dolayı nötr ekseninde bulunan fırçalarda ark(şerare) meydana gelir. Bu
durum fırça ve kollektörlerin kısa zamanda aşınmasına neden olur. Bu yüzden fırçalar endüvinin dönüş
yönünde bir miktar kaydırılır. Endüvi reaksiyonunun makine üzerindeki manyetik akıyı azaltıcı etkisinin
önlenmesi amacıyla bazı tedbirler alınır.
1. Kutup Ayaklarını Tarak Şeklinde Yapmak
2. Kutup Ayaklarına Oyuklar Açmak
3. Yardımcı Kutup Kullanmak
4. Kompanzasyon Sargısı Kullanmak
5
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Endüvi Reaksiyonu ve
Komitasyon
•
Kutup Ayaklarını Tarak Şeklinde Yapmak:
Kutupları oluşturan sacların bir kulakları kesilerek bir ters bir düz gelecek şekilde birbirine
perçinlenmesiyle kutup ayağı oluşturulur.
•
Kutup ayağının uç kısmındaki kesit yarıya indirildiğinden çok az bir manyetik akı artışında
kutuplar doyuma ulaşır.
•
Ana kutup alanı ve nötr ekseninde az bir kayma meydana getirilmiş olur. Bu yöntemle fırçaların
kaydırılması önlenmiş olur ancak endüvi reaksiyonunun etkisi tam olarak ortadan
kaldırılmamıştır.
Kutup ayaklarının tarak şeklinde yapılması
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
6
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Endüvi Reaksiyonu ve
Komitasyon
•
•
•
•
•
Kutup Ayaklarına Oyuklar Açmak
Ana kutuplar üzerine kutup ekseni paralel olacak şekilde oluklar açılarak endüvi alanının yolu
ve dolayısıyla manyetik direnci arttırılmış olacağından endüvi akısının etkisi azaltılmış olur.
Kutuplarına oyuklar açılacak makinelerde kutupların doyma sınırının yüksek olması gereklidir.
Açılacak olan oyuklar ana manyetik akıyı azaltmayacak şekilde olmalıdır. Aksi halde endüvide
indüklenen emk’da bir azalma söz konusu olur.
Yöntem endüvi reaksiyonunun etkisini tam olarak ortadan kaldırmaz.
Sabit güçlü makinelerde kullanılmalıdır.
7
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Endüvi Reaksiyonu ve
Komitasyon
•
•
•
•
•
Yardımcı Kutup Kullanmak
Endüvinin meydana getirdiği alan nötr ekseni doğrultusundadır. Eğer bu bölgedeki alana eşit
ve zıt yönde bir alan meydana getirirsek, her iki alan birbirini yok edeceğinden endüvi alanının
etkisi ortadan kalkar.
Nötr eksenine yerleştirilen yardımcı kutuplar kullanılır.
Yardımcı kutupların meydana getireceği alanın endüvi alanına eşit olması için endüvi akımı
yardımcı kutup sargılarından da geçirilir.
Endüvi dönüş yönüne göre ana kutuptan sonra gelen
yardımcı kutuplar ana kutbun tersi olarak adlandırılır.
Endüvi reaksiyonunun etkileri tam olarak önlenemez.
Çünkü yardımcı kutbun alanı ana kutupların altındaki
bölgede etkili olmaz.
Yardımcı kutupların durumu
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
8
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Endüvi Reaksiyonu ve
Komitasyon
•
•
•
•
Kompanzasyon Sargısı Kullanmak
Büyük güçlü makinelerde endüvi reaksiyonunun etkisi gidermede kullanılan yöntemdir.
Kompanzasyon sargıları ana kutuplar altına açılan oyuklara yerleştirilir.
Kompanzasyon sargılarından geçen akım endüvi sargılarından geçen akımın tersi yönündedir.
Bu nedenle oluşacak olan manyetik alanlar birbirinin tersi yönünde olur.
Oluşacak olan manyetik alanların birbirine eşit olması için endüvi sargılarından geçen akım
kompanzasyon sargılarından da geçirilir. Böylece endüvi alanının etkisi ortadan kaldırılmış
olur.
9
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Endüvi Reaksiyonu ve
Komitasyon
•
Komitasyon
Rotorla birlikte hareket eden iletkenlerdeki akımın yönü, iletkenin bir kutbun altından diğer
kutbun altına geçmesiyle yön değiştirmesi olayına komitasyon adı verilir.
•
Endüvi hızla dönerken bobinden geçen akımın yön değiştirmesi çok ani olur. Bu nedenle bobin
üzerinde Lenz Kanununa göre alanın azalmasını önleyecek şekilde küçük bir öz indüksiyon
emk’sı indüklenir. Bu gerilim komitaston esnasında fırçalar ve kollektör arasında ark meydana
getirir.
•
Arkın önlenmesi amacıyla komitasyonu kolaylaştırıcı bazı önlemler alınır.
 Fırçaları kaydırmak
 Yardımcı kutup kullanmak.
10
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Endüvi Reaksiyonu ve
Komitasyon
11
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Endüvi Reaksiyonu ve
Komitasyon
•
•
•
Fırçaları Kaydırmak
Fırçalar, endüvinin dönüş yönünde bir miktar kaydırılırsa, üzerindeki akımın yön değiştir.
Bobin zıt kutbun etkisi altına gireceğinden öz indüksiyon emk’sının etkisi yok olur, akım
kolaylıkla yön değiştirir ve yön değiştirme esnasında ark meydana gelmez.
Akım hızlandırılmış komitasyon eğrisini izler.
Komitasyondaki bobinde akım eğrileri
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Komitasyonu kolaylaştırmak için fırçaların
kaydırılması
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
12
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Endüvi Reaksiyonu ve
Komitasyon
•
•
b) Yardımcı Kutup Kullanarak:
Yardımcı kutup yöntemi, fırçaları nötr ekseninden kaydırmadan bobinin diğer kutbun etkisine
girerken üzerinde oluşacak özindükleme emk’sının yok edilmesi ve dolayısıyla fırçalarda ark
meydana gelmesinin önlenmesi mantığına dayanır.
Tam olarak nötr ekseni üzerine yerleştirilmiş olan yardımcı kutuplar, bobinin kurtulduğu kutbun zıttı
olacak şekilde kutuplandırılır.
• Yardımcı kutuplardan endüvi akımı geçirildiğinden, yüke
göre değişen endüvi manyetik alanına karşılık aynı oranda
ve zıt yönde yardımcı kutbun değeri de herhangi bir
ayarlamaya gerek kalmadan değişecektir.
• Yardımcı kutupları bulunan bir DA makinenin hem endüvi
reaksiyonuna karşı hem de komitasyonu kolaylaştırıcı
işlevini yardımcı kutuplar yapar.
Yardımcı kutup kullanarak
komitasyonu kolaylaştırmak
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
13
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Endüvi Reaksiyonu ve
Komitasyon
Komitasyonu Bozan Mekaniki Etkenler
•
•
•
•
•
•
•
Endüvi kollektörünün tam yuvarlak olmaması ya da ısınınca yuvarlaklığını kaybetmesi
Kollektör dilimleri arasındaki mikanın yüzeyden taşması
Fırçanın fırça tutucusuna bağlanışındaki hatalar
Fırçanın kollektöre olan basıncının uygun olmaması
Fırçalar arasındaki mesafenin birbirine eşit olmaması
Fırçaların iyi kalitede olmaması
Endüvi ile kutuplar arasındaki mesafenin her yerde aynı olmaması
14
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
DOĞRU AKIM MAKİNELERİNDE
KAYIPLAR
15
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Kayıplar
Doğru Akım Makinelerinde Kayıplar
Doğru akım makinelerinde kayıplar üç grupta toplanır.
• Mekanik kayıplar,
• Manyetik kayıplar,
• Bakır kayıplar.
Bu üç grup kayıptan başka hesap edilemeyen kaçak yük kayıpları da mevcuttur.
 Mekanik Kayıplar
Mekanik kayıplar makinenin;
• Yataklarındaki sürtünmeden,
• Kollektör ve fırçalar arasındaki sürtünmeden
• Endüvinin oluşturduğu rüzgardan
Yataklardaki sürtünme kaybı
• Bilyadaki milin çapına,
• Endüvi hızına ve
• Yataklardaki sürtünme katsayısı
Alınacak önlem:
Sürtünme katsayısını azaltmak için yataklar zaman zaman yağlamak
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
16
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Kayıplar
Mekanik Kayıplar
Fırçalardaki sürtünme kayıpları
• Kollektörün dönüş hızına,
• Fırçaya uygulanan kuvvete,
• Fırça ile kollektör arasındaki sürtünme katsayısına
Alınacak önlem
Fırçaların grafitten yapılması ile sürtünme katsayısı azaltılır.
Rüzgar kayıpları;
• Endüvinin hızına,
• Endüvinin boyuna
• Endüvideki oluk sayısına
Mekanik kayıpların elde edilmesi
Mekanik kayıpları tanımlayabilmek için kutupları uyartılmamış bir doğru akım makinesi kalibre
edilmiş bir makine ile anma hızında döndürülür. Doğru akım makinesinin çıkışında herhangi bir yük
olmadığından doğru akım makinesine uygulanan giriş gücü mekanik kayıplara eşit olur. Mekanik
kayıplar Ps ile gösterilir.
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
17
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Kayıplar
Manyetik Kayıplar (Demir Kayıpları)
 Manyetik Kayıplar (Demir Kayıpları)
Endüvinin iletkenlerinde endüklenen emk, endüvinin dönüş hızına ve makinenin kutup
sayısına bağlı olduğundan Doğru akım makinesinde manyetik kayıplar (histerisiz ve fuko kayıpları)
oluşur. Manyetik kayıplar Pm ile gösterilir.
Histerisiz kayıpları
• Üretilen emk’ nın frekansına,
• Histerisiz eğrisinin oluşturduğu alana,
• Manyetik akı yoğunluğuna
• Manyetik malzemenin kalitesine
𝑷𝒉𝒊𝒔 = 𝑲𝒉𝒊𝒔 𝒇. 𝑩
𝟏,𝟔
Yumuşak malzemelerin oluşturduğu histerisiz eğrisi sert manyetik malzemelerinkinden
küçüktür. Bundan dolayı elektrik makinelerinde kullanılan manyetik malzemeler yumuşak manyetik
malzemedir.
18
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Kayıplar
Manyetik Kayıplar (Demir Kayıpları)
•
•
•
Manyetik malzemeler üçe ayrılırlar.
Ferromanyetik malzemeler
Paramanyetik Malzemeler
Diyamanyetik Malzemeler
Ferromanyetik malzemeler: Demir, Nikel, Çelik, Kobalt, Alniko gibi iyi mıknatıslanma
etkisine sahip malzemelerdir. Manyetik alandan uzaklaştırılsalar da mıknatıslık özelliği gösterirler. Bu
tür maddeler mıknatıs, elektrik motoru, jeneratör, trafo ve sabit disk gibi araçların yapımında kullanılır.
Malzeme
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Manyetik duyarlılık
Demir
5000
Yumuşak Demir
2000
Nikel
600
Kobalt
250
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
19
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Kayıplar
Manyetik Kayıplar (Demir Kayıpları)
Paramanyetik Malzemeler: Ferromanyetik malzemelerin tersine sadece manyetik alan altında
iken mıknatıslanırlar. Alüminyum, Bakır, Kalsiyum, Krom, Magnezyum, Platin, Tungsten gibi
malzemelerdir.
Malzeme
Manyetik duyarlılık
(×10−5)
Tungsten
6.8
Sezyum
5.1
Alüminyum
2.2
Lityum
1.4
Magnezyum
1.2
Sodyum
0.72
20
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Kayıplar
Manyetik Kayıplar (Demir Kayıpları)
Diyamanyetik Malzemeler: Diyamanyetik maddeler, herhangi bir mıknatıs tarafından, o
mıknatısı manyetik alanı içerisindeyken manyetik alan çizgilerine zıt yönde mıknatıslaştırılmaya
uğrayabilen Civa, Altın, Bakır, Bizmut, Elmas, Gümüş, Kurşun, Silikon v.s. gibi maddelere denir.
Malzeme
Kendisini mıknatıslaştıran cisim tarafından
itilirler. Manyetik alan yayılım frekansına göre
moleküler çapta ters yönlenme eğilimi gösterirler.
Bir mıknatısa yaklaştırıldığında kuzey kutbu gören
maddenin yakın tarafı kuzey kutbu olarak
yönelecektir. İtkisel bir yapı oluşmasına sebep olan
bu maddeler yeni bir fenomendir. Su, bu yapıya
sahip maddelerden biridir.
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Manyetik duyarlılık
χv (×10−5)
Su
−0.91
Süperiletken
−105
Gümüş
−2.6
Pirolitik Karbon
−40.0
Civa
−2.9
Kurşun
−1.8
Bakır
−1.0
Karbon (Grafit)
−1.6
Karbon (Elmas)
−2.1
Bizmut
−16.6
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
21
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Kayıplar
Manyetik Kayıplar (Demir Kayıpları)
Yumuşak
manyetik
malzeme
Sert
manyetik
malzeme
Güç kayıpları ile histerisiz
çevrim alanı arasındaki ilişki
Küçük çevrim alanı
=Düşük histerisiz kaybı
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
Geniş çevrim alanı
=Yüksek histerisiz kaybı
22
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Kayıplar
Manyetik Kayıplar (Demir Kayıpları)
Endüvi ince dilimli saclardan oluşturulmuş olmasına rağmen her bir dilimde fuko (Eddy)
kayıpları oluşur.
Fuko akımları kayıpları;
• Kullanılan sacın kalınlığına,
• Manyetik akı yoğunluğuna,
• İndüklenen gerilimin frekansına
• Manyetik malzemenin kalitesine
𝑷𝒇𝒖𝒌𝒐 = 𝑲𝒇𝒖𝒌𝒐 𝒇. 𝑩. 𝝀
𝟐
Eddy (Girdap) akımlarını azalması için iletkenlerin
paralel dilimlenmesi
23
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Kayıplar
Manyetik Kayıplar (Demir Kayıpları)
•
•
•
Doğru akım makinelerinin analizinde manyetik kayıplarla mekanik kayıplar genellikle beraber
alınır. Bu kayıpların toplamına döner kayıplar adı verilir ve Pr ile gösterilir.
Doğru akım makinesinin döner kayıpların belirlemek için makine yüksüz durumda yabancı
uyartımlı makine gibi çalıştırılır. Endüvi sargılarına uygulanan gerilim uygun bir şekilde ayar
edilerek sargılarda indüklenen gerilimin anma değerinde olması sağlanır.
Eğer Vt terminal gerilim ve Ra da endüvi sargı direnci ise endüvi sargılarına uygulanacak
gerilim;
Generatör durumu için 𝑬 = 𝑼 + 𝑰𝒂 𝑹𝒂
Motor durumu için𝑬 = 𝑼 − 𝑰𝒂 𝑹𝒂
Döner Kayıpların Elde Edilmesi
E gerilimi endüvi sargılarına uygulanır ve anma hızına ulaşıncaya kadar uyartım akımı
arttırılır. Bu durumda endüvi akımı ölçülür. Boşta iken makinenin çektiği akım tam yük akımının çok
küçük bir parçası olduğundan endüvi sargılarındaki bakır kayıpları ihmal edilebilir. Doğru akım
makinesi boşta çalışırken çıkış gücü sıfırdır. Dolayısıyla makineye uygulanan 𝑬. 𝑰𝒂 gücü makinenin
döner kayıplarına eşit olur. Mekanik kayıplar bilindiğinden manyetik kayıplar bulunmuş olur.
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
24
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Kayıplar
Bakır (Elektrik) Kayıpları
•
Bakır Kayıpları
Herhangi bir iletkenden akım geçtiği sürece bakır kayıpları oluşur. Bakır kayıpları ya da
elektriki kayıplar aşağıdaki şekilde makinenin sargı bulunduran değişik bölgelerinde meydana
gelir.
 Endüvi sargı kayıpları
𝑷𝒂 = 𝑰𝟐𝒂 . 𝑹𝒂
 Şönt alan sargı kayıpları
𝑷ş = 𝑰𝟐ş . 𝑹ş
 Seri alan sargı kayıpları
𝑷𝒔 = 𝑰𝟐𝒔 . 𝑹𝒔
 Dahili kutup alan sargı kayıpları
𝑷𝒘 = 𝑰𝟐ş . 𝑹𝒘
(şönt ve kompunt)
𝑷𝒘 = 𝑰𝟐 . 𝑹𝒘 (seri)
 Kompanzasyon alan sargı kayıpları 𝑷𝒌 = 𝑰𝟐 . 𝑹𝒌
25
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
DOĞRU AKIM MAKİNELERİ – Doğru Akım Makinelerinde Kayıplar
Kaçak Yük Kayıpları
Kaçak Yük Kayıpları
Bir makinede hesap edilmeyen kayıplar her zaman mevcuttur. Bu kayıplara kaçak yük
kayıpları adı verilir. Doğru akım makinesindeki kaçak yük kayıpları;
•
•
Endüvi reaksiyonundan dolayı akıdaki bozulmadan;
Komitasyona giden bobindeki kısa devre akımından
100HP ve daha büyük güçlü elektrik makinelerinde kaçak yük kayıpları çıkış gücünün %1’i
oranında alınır. Küçük güçlü makinelerde kaçak yük kayıpları ihmal edilir.
Bir doğru akım generatörü, uygulanan mekanik enerjiyi endüvi sargılarında elektrik enerjisine
dönüştürür. Uygulanan mekanik enerjinin bir kısmı döner kayıp olarak ortaya çıkar. Dolayısıyla elektrik
enerjisine dönüştürülecek olan güç giriş gücünden çıkarılarak elde edilir. Makinenin çıkış gücünü elde
etmek için ise bakır kayıpları üretilen güçten çıkarılır.
26
ELP-13203 Elektrik Makineleri I
Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR
KAYNAKLAR
• OĞUZ, Necati; GÖKKAYA, Muhittin; Elektrik Makineleri I, MEB Yayınları, 1992
• PEŞİNT, M.Adnan; ÜRKMEZ, Abdullah; Elektrik Makineleri II, MEB Yayınları, 1992
• BAL, Güngör; Doğru Akım Makineleri ve Sürücüleri, Seçkin Yayıncılık, Ağustos
2001
• ALTUNSAÇLI, Adem; Elektrik Makineleri I, 2010
• www.wikipedia.org
27