2- SERİ UYARTIMLI DİNAMOLAR
Uyartım sargısı endüviye seri bağlı dinamolara seri uyartımlı dinamolar denir. Uyartım sargıları kalın kesitli, az sarımlıdır. Kutuplardan geçecek olan akım fazla olduğundan, gerekli manyetik alanı meydana getirebilmek için az sarım yeterlidir, akım fazla olduğu için tel kesiti kalın olur.
Boşta çalışma karakteristiği, ancak uyartım sargısı serbest uyartımlı dinamo gibi dış bir kaynaktan beslenmek suretiyle çıkartılabilir. Boşta çalışma, dinamonun (+) ve (-) fırçalarına herhangi bir yük direncinin uygulanmadığı ve fırçaların serbest olarak bırakıldığı çalışma şeklidir. Seri uyartımlı dinamoda fırçaların açık tutulması durumunda, uyartım sargısından da akım geçmeyeceği için, dinamo kendi kendini uyaramaz.
Yük karakteristiği, n = ns = sbt, Ian = sbt tutularak Im uyartım akımına bağlı olarak kutup geriliminin değişimini veren U = f (Im) eğrisidir. Uyartım akımının değiştirilmesi ile endüvi akımı da değişecektir (Im = Ia). Yük karakteristiğinde ise, yük akımı, dolayısıyla endüvi akımı bütün karakteristik boyunca sabit tutulmalıdır.
Seri dinamonun yük karakteristiği de, dinamonun yük akımı sabit tutulamadığından, makinanın serbest uyartılması ile elde edilir. Dinamonun serbest uyarılması ile elde edilen boşta çalışma ve yük karakteristiği eğrileri serbest uyartımlı dinamo karakteristiklerinin aynısıdır.
DIŞ KARAKTERİSTİK
Sabit devir sayısında, yük akımına bağlı olarak kutup geriliminin değişimini veren U = f (Ia) eğrisine dış karakteristik eğrisi denir.
Seri uyartımlı dinamonun dış karakteristiğinin çıkartılmasında kullanılan bağlantı şeması
Dinamo nominal devir sayısında döndürülür ve deney süresince sabit tutulur. Kutuplar arasında yük yokken artık mıknatısiyetten dolayı, voltmetre bir değer gösterir. Dinamo RB yük direnci ile kademeli olarak yüklendiğinde yük üzerinden bir akım geçer. Bu yük akımı aynı zamanda kutup sargılarından da geçeceğinden, manyetik alanın dolayısıyla endüvide indüklenen e.m.k’in artmasını sağlar. Yüklemeye nominal akımın 1,2 katına çıkıncaya kadar devam edilir.
Makinada artık mıknatısiyet yoksa seri dinamo kendi kendini uyaramaz. Bu makinanın ya serbest olarak uyarılması ya da önce motor olarak çalıştırılması gerekir.
Seri uyartımlı dinamonun dış karakteristiği
Yük akımı arttıkça kutup gerilimi belirli bir değere kadar yükselir. Bir noktadan sonra yük akımındaki artış, kutup geriliminin düşmesine neden olur. Bunun nedeni kutupların doymasıdır. Kutuplar doyduktan sonra yük akımındaki artış, ana alanın değerinde bir değişiklik meydana getirmez. Fakat yük akımı attıkça, endüvi devresi direncinden ve endüvi reaksiyonundan dolayı meydana gelen gerilim düşümleri artmaya devam eder. Yük akımının Ik değerinde kutup gerilimi sıfır olur. Bu anda dinamo kutupları kısa devre olmuştur.
Seri dinamolarda kararlı çalışma ancak MN noktaları arasındaki yüklerde olmaktadır. Diğer yüklerde kutup gerilimindeki değişme çok fazladır.
Endüvide meydana gelen omik gerilim düşümlerini [ ∑ Ia. Ri + 2∆Ub ] dış karakteristiğe ekleyerek dinamonun iç karakteristik eğrisi E = f (I) elde edilir. Bu eğri endüvi sargısında indüklenen e.m.k’i verir. E0 = f (I) eğrisi dinamonun serbest uyartılması sonucunda elde edilen boşta çalışma karakteristiğidir.
Şekilde bu üç eğriden başka, seri dinamonun evdüvisinde meydana gelen toplam omik gerilim düşümü ile endüvi reaksiyonu ve omik gerilim düşümünü içine alan endüvi karakteristiği de verilmiştir. Endüvi karakteristiği ile toplam omik gerilim düşümünü veren eğriler arasındaki alan endüvi reaksiyonunu verir.
Seri dinamoda kutup gerilimi, yük akımı ile şönt dinamoya göre daha çok değişmektedir.
SERİ DİNAMOLARIN KULLANILDIĞI YERLER
Seri dinamo dış karakteristiğinde, kutup geriliminin karakteristik boyunca sabit olmaması ve kutup geriliminin yük akımına bağlı olarak fazla değişim göstermesi nedeniyle, enerji üretimi için santrallerde kullanılmaz. Bazı özel durumlarda ve seri motorların seri dinamo olarak çalıştırılıp frenlenmelerinde kullanılırlar.
Taşıt araçlarında seri motorlar (frenleme için) dinamo olarak çalıştırılır. Seri motorların frenlenmesinde, örneğin tramvaylarda kullanılırken, devir yönü sabit kaldığına göre, uyartım sargısı uçlarının değiştirilmesi gerekir. Aksi halde artık mıknatısiyet yok olacağından seri
makina dinamo olarak kendi kendini uyaramaz. Motor olarak çalışırken yol verici olarak kullanılan direncin bu kez yük direnci olarak seri makinanın fırçalarına bağlanmasıyla kendi kendini uyartım başlar ve seri makina bu defa dinamo olarak mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirir. Motorun dinamo olarak çalışması durumunda, üretilen elektrik enerjisi ya beslenme hattına geri verilir ya da yol verme direnci üzerinde yok edilir. Böylece taşıtın elektrik frenlenmesi sağlanır.
Seri dinamolar yardımcı dinamo olarak da kullanılmaktadır. Uzak yerlere doğru akım iletiminde meydana gelen gerilim düşümlerini karşılamak için, seri dinamolar yardımcı dinamo olarak kullanılır.
Seri dinamonun yardımcı dinamo olarak kullanılması
Seri dinamo devreye seri bağlanır. Devreden çekilen yük akımı arttıkça, meydana gelen gerilim düşümlerini seri dinamo dış karakteristik eğrisine göre, OM arasında çalıştırılarak karşılar.
Seri dinamolar yükü sabit olan yerlerde kullanılırlar. Ayrıca tekstil makinalarında kullanılan tek endüvili redresörlerin temeli de seri makinalardır.
2- KOMPUNT ( SERİ-PARALEL ) UYARTIMLI DİNAMOLAR
Uyartım sargısı, endüviye hem seri hem de paralel bağlanan dinamolara kompunt dinamolar denir. Kompunt dinamolarda hem seri hem de şönt uyartım sargısı vardır. Seri ve şönt uyartım sargılarının yapılışı ve bağlanışı, şönt ve seri dinamolarda olduğu gibidir.
a) Yalnız ana kutuplu b) Yardımcı kutuplu Kompunt dinamo bağlantıları
Seri uyartım sargısının görevi, yük akımı ile düşen kutup gerilimini tekrar nominal değerine çıkarmak için, şönt sargı alanını desteklemektedir. İşletmede alıcı yükle değişmeyen bir gerilim ister. Çünkü bütün elektrik makina ve cihazları belirli bir gerilim için yapılırlar ve bunlardan en iyi verimle maksimum faydalanma bu nominal gerilimde elde edilir. O halde şönt dinamonun yükle değişen kutup gerilimini, boşta çalışmadan nominal yüke kadar sabit
bir duruma getirmek gerekir. Şönt dinamonun ayar karakteristiğinde, uyartım akımını ayarlayarak kutup geriliminin sabit tutulduğunu görmüştük.
Kutup geriliminin bütün yük boyunca otomatik olarak belirli bir değere ayarlanması, şönt sargıya seri bir uyartım sargısının ilave edilmesiyle elde edilebilir.
Kompunt dinamolarda seri ve şönt sargının oluşturduğu manyetik alan, bağlantı şekillerine göre, birbirine eklenecek veya birbirini yok edecek şekilde olabilir. Bu nedenle kompunt dinamolar kutup bağlantılarının durumuna göre ikiye ayrılır.
1- Eklemeli Kompunt Dinamo a) Yukarı Kompunt
b) Orta Kompunt
2- Ters Kompunt Dinamo
a) Eklemeli (yukarı ve orta kompunt) b) Ters kompunt Kompunt dinamo ana kutup sargılarındaki akım yönleri
1- EKLEMELİ KOMPUNT DİNAMO
Seri sargının oluşturduğu alan, şönt sargının oluşturduğu alanı kuvvetlendirecek şekildedir.
Sargılardan geçen akımların yönleri aynıdır ve bağlantı buna göre yapılmıştır. Yukarı kompunt dinamoda, seri sargının sarım sayısı orta kompunt dinamoya göre biraz daha fazladır.
Endüvi sargısı ile seri olarak bağlanan seri sargının amper sarımı, şönt uyartım sargısının amper sarımını destekleyecek şekilde devreye bağlandığında, yük akımının artmasıyla şönt sargı alanı desteklenir ve yükte meydana gelen gerilim düşümü bu seri bobinin meydana getirdiği alan tarafından karşılanır.
2-TERS (EKSİLTMELİ) KOMPUNT DİNAMO
Seri sargının oluşturduğu alan, şönt sargının oluşturduğu alanı zayıflatacak şekildedir.
Sargılardan geçen akımların yönleri zıttır.
Kompunt dinamoların boşta çalışma karakteristiği, şönt dinamolarda olduğu gibidir. Makina boşta olduğu için, seri sargının hiçbir etkisi yoktur.
Boşta çalışırken ve nominal akımla yüklendiği zaman kutuplarında okunan gerilim nominal gerilime eşit olması istenen kompunt dinamonun seri sargısının sarım sayısının bulunması
DIŞ KARAKTERİSTİK
Devir sayısı ve şönt uyartım devresi direnci sabit, yük akımına bağlı olarak kutup geriliminin değişimini veren U = f (I) eğrisine dış karakteristik denir.
Şönt uyartım devresi direnci sabit kalmalıdır, çünkü uyartım devresi uçlarındaki gerilim her an değişeceği için, uyartım akımı sabit kalmaz. Seri sargıdan geçen akım ise, yüke göre değişir.
Kompunt dinamonun dış karakteristiğinin çıkartılmasında kullanılan bağlantı şeması
Dinamo sabit devir sayısında (n = nn = sbt) dönerken, kutupları uyartılır. RB yük direnci değiştirilerek, yük akımı nominal değerine ayarlanır. Nominal devir sayısında dönen dinamo nominal akımla yüklüyken, şönt devresindeki Rm uyartım direnci ayarlanarak kutup gerilimi nominal değerine Un getirilir ve Rm uyartım direnci bu değerde sabit tutulur.
Dinamo kademeli olarak yüklenir ve her yük akımında yük akımı ve kutup gerilimi değerleri alınır. Yüklemeye nominal akımın 1,2 katına kadar devam edilir. Seri sargının şönt sargı
üzerindeki değişik etkilerine göre değişik dış karakteristik eğrileri elde edilir.
Kompunt dinamonun dış karakteristiği
1 no’lu karakteristik eğrisi: Seri sargı alanı şönt sargı alanını fazlasıyla destekliyorsa, dinamonun yükü arttıkça kutup gerilimi de artar. Buna yatay üstü kompuntlanmış (yukarı kompunt) dinamo denir.
Yukarı kompunt dinamoda, seri sargı alanı şönt sargı alanını kuvvetlendirdiğinden, yük akımı arttıkça seri sargı alanı, dolayısıyla toplam manyetik alan artar.
Фt = Фş + Фs
Toplam alandaki bu artış E = k. Ф. n formülüne göre, endüvi sargılarında indüklenen e.m.k’nın artmasına neden olur. Her ne kadar e.m.k’nın bir kısmı iç direnç ve endüvi reaksiyonundan dolayı düşerse de yine dış devre geriliminde artış görülür.
2 no’lu karakteristik eğrisi: Seri sargı alanı şönt sargı alanını, meydana gelecek gerilim düşümünü ancak nominal yükte tam karşılayacak şekilde destekliyorsa, dinamo yüklendikçe kutup gerilimi sabit kalır. Buna yatay kompuntlanmış (orta kompunt) dinamo denir.
Karakteristik eğrisi bütün yük boyunca yatay değildir. Nominal yükün altında hafif olarak yatay üstü kompuntlanmış ve nominal yükün üstünde de yatay altı kompuntlanmıştır.
Orta kompunt dinamoda, seri sargı alanı, endüvi direnci ve endüvi reaksiyonundan dolayı meydana gelen gerilim düşümlerini karşılayacak kadar kuvvetli alındığından, yük akımındaki değişme, kutup geriliminde etkisini göstermez. Bu dinamoların gerilimleri hemen hemen bütün yüklerde sabit kalır.
3 no’lu karakteristik eğrisi: Seri sargı alanı zayıf veya şönt sargı alanına tamamen ters bir alan oluşturuyorsa, dinamonun yükü arttıkça kutup gerilimi düşer. Buna yatay altı kompuntlanmış (ters kompunt) dinamo denir.
Ters kompunt dinamoda, seri sargı alanı şönt sargı alanını zayıflatacak şekilde bağlandığından, yük akımı arttıkça seri sargı alanı artar toplam manyetik alan azalır.
Фt = Фş - Фs
Toplam alandaki bu azalma E = k. Ф. n formülüne göre, endüvi sargılarında indüklenen e.m.k’nın azalmasına neden olur.
Dış karakteristik eğrisine, endüvide meydana gelen toplam omik gerilim düşümlerini ilave edersek, kompunt dinamonun endüvisinde indüklenen e.m.k yani kompunt dinamonun iç karakteristik eğrisi elde edilir. Kompunt dinamolarda genel olarak 1 ve 2 no’lu karakteristik eğrilerine rastlanır.
KOMPUNT DİNAMOLARIN KULLANILDIĞI YERLER
Eklemeli kompunt dinamolar, ışıklandırma ve elektrik motor servislerinde kullanılır. Bu kullanma yerlerinde aranan özellik, gerilimin her yük için sabit kalmasıdır.
Şönt sargıya ters yönde çalışan seri uyartım sargılı kompunt dinamolar (Ters Kompunt Dinamolar) bazı özel durumlarda, yük akımının artmasıyla gerilimin düşmesi istenen yerlerde, örneğin Elektrokimya, Elektrometalurji işlerinde kullanılır.
Ters kompunt dinamolar, ufak değişikliklerle ark kaynak makinası haline getirilebilir.
DOĞRU AKIM MAKİNALARINDA MEYDANA GELEN KAYIPLAR VE VERİM Dönen elektrik makinalarında elektrik enerjisini mekanik enerjiye ya da mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirirken bir enerji kaybı meydana gelir. Bu enerji kaybı makinanın cinsine ve büyüklüğüne göre az ya da çok olur. Meydana gelen enerji kaybının ısı şeklinde açığa çıkması makinanın çeşitli kısımlarında sıcaklık derecelerinin yükselmesine neden olur.
Doğru akım makinalarında meydana gelen bu enerji kaybı üçe ayrılır.
1- Bakır kayıpları (Joule Kayıpları) 2- Demir kayıpları
3- Mekanik kayıplar
Bakır kayıpları, makina içinde üzerinden akım geçen bütün iletkenlerde meydana gelir. Şönt uyartım sargısı bulunan doğru akım makinalarının uyartım devresindeki bakır kaybı ihmal edilecek olursa, bakır kaybı makinanın yüklenmesi sonucunda meydana gelir. Bu nedenle bakır kayıplarına yük kayıpları da denir.
Demir ve sürtünme kayıpları, nominal devir sayısı ile dönen doğru akım makinasının kutuplarının nominal uyartım akımı ile uyartılması sonucunda meydana gelir. Buna göre demir ve sürtünme kayıpları, makina boşta da yükte de çalışsa, kutupları uyarıldığında daima var olacaktır. Bu nedenle bu kayıplara makinanın boştaki kayıpları denir.
Bu kayıplar makinanın çeşitli kısımlarının sıcaklıklarını arttırarak, makinadan çekilecek olan gücü sınırlarlar.
1- BAKIR KAYIPLARI
Doğru akım makinalarının çeşitli kısımlarındaki sargılarda akım geçişinden dolayı ısı meydana gelir. Meydana gelen ısı joule kanununa göre R.I² dir. Bu ısı hiçbir işe yaramadığından makina için bir kayıptır. Bu kayba bakır kaybı (joule kaybı) denir.
Endüvi devresinde yük akımının neden olduğu endüvi sargısının omik direncinden dolayı meydana gelen bakır kaybı,
Pacu = Ra. Ia² dir.
Şönt ve kompunt makinalarda endüvi akımı Ia, seri makinalarda ise Ia = I olduğuna göre endüvi devresi bakır kaybı,
Pacu = Ra. Ia² (Şönt ve Kompunt makinalarda) veya Pacu = Ra. I² (Seri makinalarda)
Endüvi akımı yük ile değiştiğinden bakır kayıpları değişen kayıplardır.
Endüvi akımının fırçalardan geçmesi nedeniyle burada da (Ia. 2∆Ub)’ye eşit bir joule kaybı meydana gelir.
Doğru akım makinasında şönt uyartım sargısı varsa, şönt sargıdan geçen uyartım akımı da, uyartım sargısının omik direncinde ve sargıya seri olarak bağlanan ayar direncinde joule kayıplarının meydana gelmesine neden olur. Şönt sargı bakır kayıpları şönt ve kompunt
makinalarda görülür. Uyartım akımı hemen hemen sabit olduğundan bu kayıplar sabit kayıplardır.
Şönt dinamo veya şönt motorda yük akımı ile kutup gerilimi veya devir sayısının nominal değerlerine yeniden ayarlanması ile şönt uyartım devresindeki bakır kaybı yük akımına bağlı olarak biraz değişebilir. Şönt dinamoda biraz artar, şönt motorda ise biraz azalır. Yatay karakteristikli kompunt dinamoda seri uyartım sargısı kutup gerilimini nominal değere getireceğinden, şönt devredeki uyartım kayıpları yüke bağlı olmayacaktır. Genel olarak şönt motorlarda, uyartım devresi direnci nominal yükte ayar edildiği konumu koruyacağından, uyartım devrelerinde meydana gelen joule kaybı da yüke bağlı değildir.
Boşta çalışmada şönt devrelerde joule kaybı olacağına göre, motorun boştaki kayıpları hesaplanırken, uyartım devresindeki joule kaybının da hesaba katılması gerekir. Bu durum ancak şönt ve kompunt makinalarda söz konusudur. Şönt sargı bakır kaybı,
Pmcu = Rm. Im² dir.
Seri sargı bakır kayıpları, seri ve kompunt makinalarda görülür. Seri makinalarda endüvi akımı devre akımına eşit olduğundan (Ia = I), seri sargı bakır kaybı,
Pscu = Rs. I² (Seri makinalarda) Pscu = Rs. Ia² (Kompunt makinalarda)
Seri sargıdan geçen akım yükle değiştiğinden, seri sargı bakır kaybı değişen kayıplardır.
Doğru akım makinasının endüvi sargısına seri uyartım sargısından başka seri olarak bağlanan yardımcı kutup ve kompanzasyon sargısı varsa, bu sargılarda oluşan kayıplarında diğer kayıplara ilave edilmesi gerekir. Bu sargılardan da endüvi akımı geçmektedir. Yardımcı kutup ve kompanzasyon sargısı bakır kaybı,
Ryk. Ia² ve Rk. Ia² (Şönt ve Kompunt makinalarda) Ryk. I² ve Rk. I² (Seri makinalarda)
Bu kayıplar yük akımı ile değiştiğinden değişen kayıplardır. Yardımcı kutup ve kompanzasyon sargısı endüvi ile seri bağlı olduğundan dışarıdan yapılacak bir ölçmede hepsi birden bulunur ve endüvi direnci kayıpları olarak tek değer hesaplanır.
Bu bakır kayıplarından başka lehim yerlerindeki dirençlerden dolayı meydana gelen bakır kayıpları ile fırça ve fırça geçiş direncinden dolayı meydana gelen bakır kayıplarını da dikkate almak gerekir.
2- DEMİR KAYIPLARI
Kutupların uyartılması ile meydana gelen uyartım alanı içinde, endüvinin hareket etmesiyle endüvi gövdesinde, dişlerde ve kutup ayaklarında demir kayıpları meydana gelir. Demir kayıpları Histerezis ve Foucault (Fuko) kayıpları olarak ikiye ayrılır.
PFe = Ph + Pf
Bu kayıplar kutupların uyartılmasından sonra meydana geldiklerinden, doğru akım makinası ister boşta ister yüklü çalışsın, her iki işletme durumunda da vardır. Uyartım akımı değiştirilmedikçe, bu kayıplarında değişmeyeceği düşünülse de endüvi akımının uyartım alanı üzerine etkisi ile meydana gelen alan eğrisi bozulması yükte ilave demir kayıplarının meydana gelmesine neden olur. Makinanın yüklenmesiyle artan demir kayıplarına ilave demir kayıpları denir. Genel olarak bu kayıplar ihmal edilecek derecede küçük değildirler. Nominal yük akımı ile yüklenmiş olan bir doğru akım makinasında meydana gelen ilave demir kaybı, boşta çalışmadaki demir kaybının % 50’si kadardır.
İlave demir kayıpları her ne kadar dişlerdeki doymaya bağlıysa da, yaklaşık hesaplarda yük akımının karesi ile orantılı oldukları kabul edilebilir.
Histerezis Kayıpları: Manyetik alan içinde hareket eden endüvinin demir kısmında meydana gelen kayıplardır. Endüvinin hareketinde demir molekülleri, ana alana göre daima hareket halindedirler. Bu hareket ısı şeklinde kendini gösterir. Elektrik makinalarında histerezis kayıplarını azaltmak için, endüvi saçları silis alaşımlı yapılırlar.
Foucault (Fuko) Kayıpları: Endüvinin hareketinde demir kısımlar üzerinde indüklenen e.m.k’inden dolayı endüvi demir gövdesi üzerinde dolaşan akımların demir kısmı ısıtması şeklinde görülen kayıplardır. Foucault kayıplarını azaltmak için, endüvi birer yüzleri yalıtılmış ince saçlardan yapılır. Böylece dolaşan bu akımların değeri azaltılarak foucault kayıpları en az değere indirilir.
3- MEKANİK KAYIPLAR
Doğru akım makinasında meydana gelen çeşitli sürtünme ve vantilasyondan dolayı bir enerji kaybı olur. Bu kayıplar makinanın yatakları ve fırçalarında meydana gelebileceği gibi, endüvi ve sargı başlarının hava içindeki hareketlerinden dolayı, makinayı soğutmak için kullanılan vantilatörün meydana getirdiği kayıplardır.
Fırçalarda meydana gelen kayıplar, fırça cinsine, kollektör yüzeyinin temizliğine, fırçanın kollektör yüzeyindeki basıncına, fırçanın kollektöre olan temas yüzeyinin büyüklüğüne ve kollektörün çevre hızına bağlıdır.
Makinanın yataklarında meydana gelen sürtünme kayıpları, yatağın bilezikli metal yatak, rulmanlı veya bilyalı yatak olmasına göre değişir. Büyük makinalarda genellikle bilezikli yağlı yataklar kullanılır. Bu yataklar sessiz çalışırlar, fakat sürtünmeden dolayı meydana gelen kayıpları bilyalı ve rulmanlı yataklara oranla daha büyüktür. Bilyalı ve rulmanlı yataklarda sürtünme kayıpları küçüktür.
Bilyalı ve rulmanlı yatakları bulunan bir makinada yatak ve vantilasyon kayıpları % 0,5~1 arasındadır. Endüvide ayrıca vantilatörde varsa, vantilatör için de makinanın nominal gücünün % 1~2’si kadar bir kaybı hesaba katmak gerekir.
