Doğru Akım Motorları 1. Bölüm |
ElektrikPort Akademi

Elektrik enerjisini mekanik enerjiye çeviren elektrik makinalarından doğru akım motorlarının yapısı ve çalışma şekli nasıldır? Çeşitleri nelerdir? Karakteristikleri nelere göre değişir? Bu yazımızın ilk bölümünde doğru akım motorlarının çalışma prensibini ve konstrüksiyonunu detaylı bir şekilde inceleyeceğiz.

A- A+

24.01.2014 tarihli yazı 65570 kez okunmuştur.

DC Motor Motor Generatör Elektrik Enerjisi Mekanik Enerji Endüvi Kollektör

Makinenin girişlerine elektrik enerjisi uygulayıp çıkışlarından mekanik enerji elde ediyorsak bu çalışma şekline motor çalışma dendiğini biliyoruz. Bir elektrik makinası olan doğru akım motorlarının da girişine doğru gerilim uygulanır ve çıkışından mekanik enerji yani bir döndürme momenti elde edilir. Böylece motorun mili döner.

Doğru Akım Motorları ile Mekanik Enerji Nasıl Elde Ediliyor?

Herhangi bir iletkene doğru akım verildiğinde o iletken sabit bir manyetik alan oluşturur. Bu manyetik alanın N ve S kutbu vardır. N kutbundan S kutbuna doğru bir manyetik akı oluşur. İşte doğru akım motorunun da kutuplarına doğru akım verilerek doğru manyetik alan oluşturulur. Ayrıca endüvi fırçalar ve kollektör yolu üzerinden doğru akımla beslenir. Bu durumda Bio-Savart Yasası’ndan yararlanılarak endüvi iletkenlerinde bir kuvvet üretilir. Bu kuvvetin endüvi eksenine göre meydana getirdiği moment ile endüvinin bağlı olduğu motorun mili döner.

► Şekil 1: Biot-Savart Yasası: Manyetik alan içerisine yerleştirilen bir iletkenden akım geçirildiğinde bu iletkene dik bir kuvvet etkir.

Üretilen F kuvveti sağ el kuralına göre belirlenir. Baş parmağımız iletkenden geçen akım yönü ve geri kalan dört parmağımızda manyetik alan yönünü gösterirse avuç içinin baktığı yön manyetik kuvvetinin yönünü verir.

► Şekil 2: Sağ El Kuralı

Doğru akım motorları stator, endüvi, kollektör – fırça sistemi olmak üzere üç ana kısımdan meydana gelmiştir.

► Şekil 3: Doğru Akım Motor Konstrüksiyonu

Stator

Stator, makinenin hareket etmeyen kısmıdır. Mıknatıslanmayı, yani manyetik alanı meydana getiren kutupları ve kutup sargılarını taşır. Buraya sargılar üzerinden doğru gerilim verilerek doğru manyetik alan oluşturulur. Genel olarak karkas, ana kutuplar ve yardımcı kutuplardan oluşur.

Kutuplar ve Sargılar

► Ana Kutup: Ana Kutup statorun karkasına monte edilir. Kutup gövdesi ve kutup ayağı olmak üzere iki parçası vardır. Kutup gövdesine kutup sargıları sarılır. Kutup ayağı ise kutup gövdesinin altında endüviye bakan tarafta yer alır.

► Yardımcı Kutup ve Sargıları: Yardımcı kutupların temel görevi makinada oluşan endüvi reaksiyonunun yarattığı bozucu etkiyi azalmaktır. Endüvi reaksiyonundan dolayı geometrik nötr ekseni belli bir açı kadar yerinden sapar. Bu sapma açısını en aza indirmeye çalışır. Endüviye seri bağlanır ancak ters yönde akı üretir. Böylece bileşke akının enine alan vektörüne zıt yönde akı üreterek onu zayıflatmaya çalışır.

► Kompanzasyon Sargıları: Yine endüvi reaksiyonunun neden olduğu bozucu etkiyi yok etmek ve kutup ayakları geniş olan makinalarda endüviden gelen manyetik akının kutuplara girmesine engel olmak için yerleştirilir. Bu yüzden kutup ayaklarının altındaki oluklara yerleştirilir.

► Şekil 4: Doğru Akım Motoru İç ve Dış Parçaları

► İlginizi Çekebilir: Doğru Akım Elektrik Makinelerinde Zıt Elektro Motor Kuvvet ve Önemi

Endüvi
Endüvi sargılarının bulunduğu rotor da denilen momentin üretildiği bölümdür. Burada motor yol aldıktan sonra kutupların meydana getirdiği doğru manyetik alan endüvi sargılarında Lenz Yasası gereği bir gerilim endükler. Çünkü manyetik alan sabit iken rotor döndüğünden rotorda endüvi sargılarında bir EMK (ElektroMotor Kuvvet) endüklenir. Bu endüklenen gerilim alternatif ve sinüsoidaldır.

► Şekil 5: N:endüvideki sarım sayısı
Φ: Manyetik akı
B: Manyetik Alan
S: Manyetik Alan İçinde İletkenin Süpürdüğü Alan

Manyetik alan sabit, iletkenin süpürdüğü alan değişken olduğundan elde edilen EMK;

► Şekil 6: Lenz Yasasına Göre DC Motor Endüvisinde Endüklenen Gerilim

Yine Lenz Yasası'nda ki formülden yola çıkılarak elde edilen başka bir EMK formülü;

► Şekil 7: Endüvide Endüklenen EMK Formülü

k: Konstrüksiyon faktörü
Φ : Manyetik Akı
n: Devir sayısı

Motor akım çektiğinde endüviye doğru bir akım gider. Kutupların neden olduğu manyetik alanla birlikte endüvi iletkenlerinde Biot-Savart Yasası gereği bir F kuvveti oluşur ve rotor dönmeye başlar. Motor bu mantıkta dönme hareketi yapar.

Küçük güçlü motorlar devreye doğrudan bağlanarak çalıştırılabilir. Fakat büyük güçlü doğru akım motorları devreye doğrudan bağlanarak çalıştırılamazlar çünkü endüvi direnci küçük olduğu için motorlar yol alırken yüksek akım çekerler.

İlk kalkma anında motorun içinde bir zıt EMK üretilmediğinden çekilen akım çok yüksek olacaktır. Bu akım motor ve şebeke için tehlikelidir. Sigorta veya aşırı akım rölesi varsa devrede bunlar her yol almak istediğinde atar. Bu yüzden motora ilk yol verilmesi gerekir. Yol verildikten sonra kendi içinde zıt EMK üreteceğinden yol alma akımı azalacaktır.

Kollektör ve Fırçalar

► Kollektör: Akımı ileten bakırdan yapılmış silindir biçiminde milin üstüne monte edilmiş bir parçadır. Endüviye doğru akım kollektör yardımıyla iletilir.

► Fırçalar: Kollektörle akım alışverişi yapan parçalardır. Milde kollektör üzerinde geometrik nötr eksenine yerleştirilir. Çünkü geometrik nötr ekseninde akı yoğunluğu sıfırdır. Fırça malzemesi makine için çok önemlidir. Çünkü aşınma ve kıvılcım çıkartma durumu vardır. Malzeme olarak yapımında karbon ve metal tozları kullanılır. Metal tozları iletkenliği ve sertliği arttırır, sürtünmeyi azaltır. İşletmede çabuk aşınırlar. Bunu engellemek için fırça ile fırçanın kollektör yüzeyinin teması minimuma indirgenmelidir. Yani temas yüzeyi olabildiğinde küçük tutulmalıdır ki aşınma ve kıvılcım daha az olsun. Temas yüzeyinin küçük tutulsun ki aşınma yapınca kopan iletken parçaların fırça ve kollektör yüzeyini terk etmesi kolaylaşsın.