Elektrik Devre Değişkenleri (DEVRE ANALİZİ I)

1.1.Giriş

Elektrik enerjisi ile ilgili olarak herbiri farklı bir uzmanlık alanı olan üç alan tanımlanabilir.
Üretim-İletim-Tüketim

Yukarıda tanımlanan herbir aşamada karşılaşılan sorunların çözümü için elektrik devreleri kullanılır.

1.2.Elektrik Devreleri ve Akım

Akım bir devre elemanına gelen veya o elemandan ayrılan yük miktarının zamana oranı olarak tanımlanabilir.
i(t)=dq(t)/dt
değeri anlık akımı vermektedir.

Akımın sabit olması durumunda türev yerine oran kullanılabilir.
I=Δq/Δt=q₂-q₁/t₂-t₁

Bu ifade aynı zamanda t₂ ve t₁ arasında akan ortalama akımı ifade eder.Eğer akım sabit ise anlık akım ve ortalama akım eşittir.

Zamanla değişen bir akım için üç genel dalga biçimi ele alınabilir.

• Sinüsoidal
• Üstel
• Doğrusal

1.3.Elektrik Devreleri ve Gerilim

Gerilimi tanımlayan iki unsur vardır.Gerilimin değeri ve yönü.Gerilimin değeri pozitif veya negatif olabilir.Yönü ise +,- polaritesi ile verilir.

V_ab=a ucunun b ucuna göre gerilimi (V_ab=V_a-V_b)

V_ab=b ucunun a ucuna göre gerilimi (V_ba=V_b-V_a)

Bir eleman üzerindeki gerilim,birim pozitif yükü (-) uçtan (+) uca götürmek için yapılan iş veya gereken enerji olarak tanımlanabilir.
V=dW/dq

1.4.Güç ve Enerji

Güç alınan veya verilen enerjinin zamana oranıdır.
p(t)=dW(t)/dt ==> Watt=Joule/Saniye

Bir elektrik devre elemanının gücü için:
p(t)=dW/dt=(dW/dq)*(dq/dt) ==> p(t)=v(t)*i(t)

Bir devre elemanı üzerindeki akım ve gerilimin gösterilmesinde iki durum vardır.

• Eğer akım elemanın (+) ucundan girip (-) ucundan çıkıyorsa buna pasif düzenleniş denir.Bu durumda p=v*i gücüne eleman tarafından alınan güç veya eleman tarafından harcanan güç denir.
• Eğer akım elemanın (-) ucundan girip (+) ucundan çıkıyorsa buna aktif düzenleniş denir.Bu durumda p=v*i gücüne eleman tarafından sağlanan(verilen) güç denir.

Aynı eleman için hesaplanan harcanan güç veya sağlanan güç değerleri birbirinin negatifine eşittir.

Eğer güç sabit ise yapılan işi bulmada integral yerine çarpma kullanılabilir.
w(t)=p*t

Dıştan Rotorlu AC Motorun Çalışma Prensibi

Bütün elektrik makinalarının çalışma ilkesi temelde şu iki fizik kuralına bağlıdır.

1. Manyetik alan içinde akım taşıyan iletkene kuvvet etkir.
2. Manyetik alan içinde hareket eden iletkende gerilim endüklenir.

Bütün elektrik makinaları(transformatör hariç) hem motor hem de jeneratör olarak çalışabilir.Uygulamada sık karşılaşılan elektrik makinaları;asenkron makinalar,senkron makinalar,doğru akım makinaları,özel elektrik makinaları(adım motorları,lineer motorlar,kütle rotorlu motorlar,sürekli mıknatıslı motorlar,üniversal motorlar vb.).Hemen hemen tüm elektrik makinaları,relüktans motoruna benzetilebilir.Duran kısım stator,dönen kısım rotor adını alır.Stator ve rotorda sargılar vardır.Dıştan rotorlu motorda bu prensip ters olarak alındığında stator kısmı sargılı ve sabit,rotor hareketlidir.

Dıştan rotorlu AC motorların devir sayıları yükle çok az değişir.Bu motorlar sabit devirli motorlar sınıfına girer.Doğru akım şönt motorlarında devir sayısı büyük sınırlar içinde değiştirilebilir.Fakat endüksiyon motorunun devir sayısı sınırlı olarak bir veya iki kademeli değiştirilebilir.Bu yüzden doğru akım şönt motor asenkron motordan daha üstündür.Fakat öte yandan;dıştan rotorlu AC motor asenkron motordan daha ucuzdur,bakım ihtiyaçları daha azdırve çalışmaları esnasında arklar meydana gelmez.

NS daimi mıknatıs kutuplarının ortasına kısa devreli bir stator yerleştirilir.Stator sargısından alınan hareketle N kutbundan çıkan manyetik kuvvet çizgileri rotordan geçerek S kutbuna gelirler ve iki kola ayrılarak alüminyum gövde üzerinden N kutbuna dönerler.Manyetik kuvvet çizgileri sayısında bir değişme olmadığı ve statordaki kısa devre çubuklarını kesmedikleri için rotor-stator çubuklarında bir EMK indüklenmez.

Kutupları saat ibresi yönünde (n) devri ile döndürelim.N kutbundan S kutbuna giden manyetik kuvvet çizgieri,duran rotorun kısa devre çubuklarını kestikleri için çubuklarda EMK'lar indüklenir.

Statordaki ana ve yardımcı sargılar rotorun içi laminasyon sac ve alüminyum gövdesi ile kısa devre edilmiş oldukları için sargılardan indüklem akımları geçer.

a)Manyetik alan içinde bulunan stator sargısından indüksiyon akım geçirince,herbir çubuk manyetik alanın dışına doğru itilecektir.N kutbunun altındaki çubuklar sağ tarafa,S kutbunun altındaki çubuklar sol tarafa doğru itilirler.Meydana gelen kuvvet çiftinin etkisi ile rotor saat ibresi yönünde dönmeye başlar.

b)Rotor çubuklarından geçen indüksiyon akımları rotorda Nr ve Sr kutuplarını meydana getirir.Dönen NS kutuplarının etkisi ile rotor saat ibresi yönünde dönmeye başlar.

Rotorun devri,dönen NS kutuplarının devrine eşit olduğu zaman,rotor çubukları manyetik kuvvet çizgileri tarafından kesilmez ve rotor çubuklarında EMK'lar indüklenmez.Bu nedenle çubuklardan indüksiyon akımı geçmez.Kısa devre çubuklarından akım geçmeyince manyetik alan tarafından itilmezler.

Rotoru döndüren moment ortadan kalkınca,NS kutupları ile beraber aynı devirle dönmekte olan rotorun devri azalır.İşte bu sırada rotor çubukları yeniden manyetik kuvvet çizgileri tarafından kesilmeye başlar ve çubuklarda EMK'lar indüklenir,endüksiyon akımı geçer.Rotor manyetik alan meydana getirir ve dönen NS kutuplarının peşinden sürüklenerek dönmeye devam eder.Hiçbir zaman rotorun devir sayısı NS kutuplarının devir sayısına eşit olmaz.ns=60 f/p idi.Rotor devir sayısını ise nr olarak gösterebiliriz.O halde hiçbir zaman ns=nr olmaz.

Dıştan Rotorlu AC Motorun Boşta Çalışması

Motorun milinde yük olmadığı zaman,rotor devri(nr),döner alanın devir sayısı(ns) yani;senkron devir sayısına yakındır.Rotor devri döner alan devrinden yaklaşık olarak %1 daha azdır.

(S=%1)Motor,boştaki statorun demir ve rotorun sürtünme kayıplarını karşılamak için şebekeden akımın enerji bileşenini çeker.Ayrıca bir miktar reaktif bileşeni de (mıknatıslanma akımı) çeker.Motorun boştaki güç katsayısı düşüktür.

Dıştan Rotorlu AC Motorun Yük Altında Çalışması

Motor boşta çalışırken kayma miktarı S=%1 idi.Yük binince motor devri azalır ve S büyür.Döner alanın rotor çubuklarını(sargılarını) kesme hızı artar.Rotorda indüklenen emk büyür.Faz akımları(rotor çubuklarından geçen)büyür.Motorun şebekeden çektiği akım artar.

Dıştan Rotorlu Motorun Endüstriyel Tasarımı

Motorun mili ile rulman arasında rotorun içinde dönen statoru direkt olarak motor kapağına pres geçme yapılarak uygun alanarda montajda kolaylık ve geniş ürün yelpazesinde kullanım alanı sağlar

Statorun içinden geçen milin motor kapağına dik olarak preslenerek stator ve motor kapağındaki rulmanlar üzerinde rotorun dönmesi sağlanır.

Statorun paket sacları silislidir ve paketler kendinden perçinlidir.Böylece manyetik alan performansı %30 artması beklenir.Diğer ürünlerde perçin kullanıldığı için bu performans düşmektedir.Rotor ve statordaki paket saclar daha iyi bir performans alabilmek için laminasyonlu sacdan oluşturularak kalıplarında ileri teknoloji kalıplama tekniğiyle stator ve rotor paketlerinin tek kalıpta çıkarılacak şekilde tasarlanmalıdır.Statorun sarım muhafaza kapağı sarımla metal gövdenin direkt temasını keserek motorun yanmasını engeller ve üzerindeki kanallar ile motorun soğuması sağlanır.Yüksek ısıya dayanıklı malzemeden yapılır ve diğer motorlara göre daha az ısınması sağlanır.+20°C ortam sıcaklığı şartlarında motor ömrü 60.000 saat olarak beklenmektedir.

Rotora enjeksiyon ile preslenen burcun özel malzemeden yapılmış olup kendinden yağlanma özelliği mevcuttur.Stator ile rotorun yataklanmasında rulmanlar kullanılmaktadır.Bu rulmanlar bağlantı elemanları ve yük dışındaki hemen hemen tüm gürültüyü yok etmektedir.Kablo yalıtım paletinin statorun yatak tarafındaki ağzına tırnaklar ve tornavida desteğiyle geçirilerek stator ağzına sıcak presleme ile paletin montajı sağlanır.

Kablo paleti kapağı ile palet üzerine kablolama yapıldıktan sonra montaj esnasında motor kapağının kablo paleti ile temasını önleyen koruyucu bir yapı görevini görür.Ayrıca şase kablolama ve sarım tellerinin koruması bu kapakla yapılır.Böylece insan sağlığı açısından ve motorun yanma riskine karşı önlem alınmış olur.Yüksek ısıya dayanıklı bu kablo paleti aynı zamanda motorun toplanmasında büyük kolaylık sağlar.

Motor kapağının üzerine belirli bir hava boşluğu sınırı dahilinde dikey doğrultuda hareket edecek şekilde segman sabitlenmelidir.Rotorun iç yüzeyi rotorun standart rotor çaplarına göre daha ufak tutulup statorun çapı büyütülerek performans yönünden daha iyi hale getirilmesi için tasarlanmalıdır.Bunun ana sebebi olarak Türkiyede imal edilen laminasyon saclarının kalitesinin düşük olmasından dolayı direnç kayıplarını ve manyetik alan kayıplarını en aza düşürmek,daha kaliteli saclarla imalat yapan yurtdışı firmalarının yaptığı dıştan rotorlu AC motorların performans değerlerini yakalamak hedeflenmiştir.Rotorların imalatında yüksek teknolojik kalıplama tekniği kullanılarak rotorların tek kalıp ile istenilen ebat ve paket boylarına göre tasarlanması planlanmıştır.Böylece daha çok ürün çeşidinde ve performans değerlerinde müşteri ihtiyaçlarına cevap verilmesi öngörülmüştür.

Dıştan Rotorlu Asenkron Motorlar

Sincap kafesli asenkron motor basit yapısı,kullanım kolaylığı ve düşük maliyetli olması nedeniyle endüstride oldukça yaygın bir kullanım alanı bulmaktadır.Bu motorlar rotoru statorun içerisinde tutmak için kullanılan iki adet rulmanın dışında fırça,bilezik gibi mekanik sürtünmeye neden olabilecek herhangi bir parça içermemesi nedeniyle hemen hemen hiç bakım gerektirmemekte ve oldukça uzun ömürlü olmaktadır.Standart bir asenkron motorda stator ve rotor yapısı şekilde gösterilmiştir.

Stator kısmındaki oluklara alternatif akım(AC) sargıları yerleştirilir.Rotoru ise oldukça basit bir yapıda olup kısa devre edilmiş rotor çubuklarından oluşmaktadır.Statora yerleştirilen AC sargılarına bir alternatif gerilim uygulanmasıyla makine içerisinde dönen bir manyetik alan oluşturulur.Oluşan bu döner alan rotor çubuklarında endüksiyon yoluyla bir gerilim endükler ve kısa devre edilmiş rotor çubuklarından akımın akmasıyla makine içerisinde ikinci bir manyetik alan oluşur.Bu iki manyetik alanın etkileşimi sonucu hareketli kısım(rotor) üzerinde bir döndürme momenti oluşur ve rotor dönmeye başlar.

Eğer sincap kafesli asenkron motorun rotoru statorun içine değil de dışarısına yerleştirilirse dıştan rotorlu asenkron motor yapısı elde edilir.Stator motorun içerisinde sabit olarak yer almaktadır ve dönen kısım olan rotor motorun dış kısmında yer almaktadır.Rotorun yüksek eylemsizliğinin değişken yüklerde daha kararlı bir çalışmaya olanak vermesi,stator sargılarının yerleştirilme işleminin basitleştirilmesi ve sargı sonlarının daha kısa olması,düşük güçlerde bu yapının bazı uygulamalar için oldukça avantajlı olmasını sağlamaktadır.Tahrik edilen yükün(pervane veya fan) doğrudan rotorun dış kısmına yerleştirilmesi yer tasarrufu sağlayan kompakt bir tasarım elde edilmesini sağlar.Dıştan rotorlu asenkron motor klasik asenkron motor ile aynı çaışma prensibine sahiptir.

Motorun iç kısmında yer alan statora sargıların yerleştirilmesi klasik motorlara göre çok daha kolay olmaktadır.Bir dıştan rotorlu asenkron motorun ana parçaları aşağıdaki tabloda ayrıntılı olarak verilmiştir.

1.Burç	9.Kablo paleti kapağı
2.Rotor	10.Motor Kapağı
3.Balans alma parçası	11.Kablo koruyucu plastik
4.Motor mili	12.Kablo çıkış kapağı
5.Dişli Rondela	13.Segman
6.Rulman	14.Toz kapağı
7.Sargı kapağı	15.Ankuş
8.Stator	16.Kablo Paleti

Motorun mili motor kapağı içinden geçerek stator ve motor kapağındaki rulmanlar içinde döner ve bir ucu dış rotor kapağına geçer.Mili iyi sıkması için kapakta çelik bir burç bulunmaktadır.Yataklar düşük güçlü motorlarda sinter,daha büyüklerinde ise bilyalıdır.Yatak borusunun iki yatak arasında kalan boş kısmı yağ deposu olarak kullanılabilmektedir.Dış rotor paketi iç yüzeyinde kafes sargıyı taşır.Kafes sargı ise genellikle mile saptanan dış rotor kapağına bağlıdır ve çok kez onunla beraber alüminyumdan veya bir alüminyum alaşımdan dökülür.Dış rotor bir çan gibi stator üzerine geçerek,stator tespit flanşının bulunduğu karşı yan motoru saptamada kullanılır.

Klasik rotoru statorun içinde olan asenkron motorlarla karşılaştırıldığında,dıştan rotorlu asenkron motorun avantajları kısaca şöyle açıklanabilir:

• Stator olukları stator dış yüzeyinde bulunduğundan stator sargısı çok daha kolay bir şekilde yerleştirilebilir.
• Stator sargısı yan bağlantılarının daha kısa olması kullanılan bakır miktarını azaltır ve bu durum stator direncinin düşük olmasına ve veriminin artmasına olanak sağlar.
• Dönen kısmın çapının büyük olması nedeniyle rotorun eylemsizliği yüksektir.Bu durum motorun hareketinin yük değişimlerinde sabit kalmasını kolaylaştırır.
• Tahrik edilen kısım rotor dış yüzeyine monte edildiğinden basitlik ve yer tasarrufu sağlanır.

Elektrik Elektronik Mühendisliğine Giriş Ders Notları

Bu pdf dosyası Elektrik Elektronik Mühendisliğiokumaya başlayan bir kişinin görmesi gereken en azından temel olarak bilgi edinmesini sağlayacak öz ve anlaşılır bir kaynaktır.Elektrik ve ardından Elektronik bilimleri konusunda ve alt konuları hakkında değerli hocamın hazırlamış olduğu bir slayttır ve bu slayt siz yeni bölüme başlamış ve elektrik elektronik konusunda bilgi ararken buralara ulaşmışlara oldukça yararı dokunacağına inanıyorum.EEM Giriş derslerine paralel olarak hazırlanmıştır.

Dimmer Devresi

Bu yazıda günümüzde aydınlatma,ısı ayarı gibi enerjiyi kontrol edebildiğimiz sistemlerde manuel değiştirilebilen ve kullanım kolaylığı sağlayan dimmer devresinin genel özellikleri ele alınmıştır.

Özelliklerine ve çalışma prensiplerine değinecek olursak şöyle sıralayabiliriz:

• Çoğunlukla aydınlatma sistemlerinde parlaklık ayarlamada kullanılır.
  
• Devrenin çalışması için kullanılan elektronik elemanlar ise şöyledir:Triyak,Diyak,AC Kaynak,Direnç,Kondansatör,Potansiyometre
  
• Bu devrede asıl gerçekleşmesi gereken devreden istenilen kadar yükün geçmesini sağlamaktır.
• Lambanın parlaklığı potansiyometre ile istenilen miktarda ayarlanır.
• Triyak sayesinde güç kontrolü yapılır.
• Triyakın tetikleme açısı değiştirilerek enerji akışı sağlanır.
• Potansiyometrenin değeri değiştirilerek diyaktan geçen akımın dalga şekli değiştirilir.Yani tetikleme akımının faz açısı diyakla toprak arasında bulunan kondansatör aracılığıyla değiştirilir.

Genel olarak bahsettiğimiz üzere dimmer devreleri potansiyometre kontrolü sayesinde ani şekilde gerilim düşüm ve yükselimine bağlı kullanımı kolay bir elektronik aletin devresidir.

Bobin

•  Akımın değişimiyle orantılı olarak karşı gerilim üretip enerjiyi içinde depolamaya yarayan devre elemanına "bobin" denir.
• Bobin birimi Henry olup H sembolü ile gösterilir.
• Bobin elemanı ise L harfi ile gösterilir.
• Akım sabit ise bobin üzerindeki gerilim 0;akım doğrusal artıyor ise bobin üzerindeki gerilim de doğrusal artmaktadır.
• Bobin DC şartlarda kısa devre gibi;AC şartlarda ise frekans arttıkça açık devre gibi davranır.

      L:Bobin endüktansı [Henry(H)]
      µ:Manyetik geçirgenliği [Henry/metre(H/m)]
      N:Sarım sayısını
      A:Bobin kesit alanını [metrekare(m²)]
      l;Tel uzunluğunu [metre(m)]

      ifade eder.Genel bir ifadeyle
      L=µ*N²*A/l
      formülü ile bobinin endüktansı bulunur.

      BOBİN RENK KODLARI
  
      Renk              1.renk          2.renk          3.renk(Çarpan)        4.renk
      Siyah                  0                  0                       10^0
      Kahverengi        1                  1                       10^1
      Kırmızı              2                  2                       10^2
      Turuncu             3                  3                       10^3
      Sarı                    4                  4                       10^4
      Yeşil                  5                  5                       10^5
      Mavi                 6                  6                        10^6
      Mor                   7                  7                       10^7
      Gri                    8                  8                        10^8
      Beyaz               9                  9                        10^9
      Altın                10                10                       10^-1                                        %5
      Gümüş             11                11                        10^-2                                       %10

•       1. ve 2. sayılar yan yana yazılır ve 3. rengin sayısal değeri çarpan olarak hesaplanır.
•       4. renk ise tolerans değeridir.
•       Sonuç mH cinsinden yazılır.

     Özel Durum:Bobin kodlaması siyah ile başlıyorsa 0.0xx şeklinde;altın ile başlıyorsa 0.xx                    şeklinde yazılarak diğer iki renk xx yerine konulur.

     NOT:Eğer kodlamada ilk renk siyah veya altın ise veya altın ara değer olarak kullanılıyorsa 3.           renk çarpan olarak değil sayısal değer olarak yazılır.

     Örnek:Kırmızı-altın-sarı renk koduna sahip bir bobinin endüktans değeri 1.5 mH'dir.

    BOBİN TÜRLERİ

    1)Sabit Bobin

       1a)Hava Nüveli Bobin:Genellikle yüksek frekanslı devrelerde kullanılır.

       1b)Ferrit Nüveli Bobin:Nüve Al-Cu ve bazı katkı maddelerinin bir araya gelmesiyle                            üretilir.Ferrit nüveler endüktansı artırır.

       1c)Demir Nüveli Bobin:Bir diğer adıyla şok bobinidir.Filtreleme ve ses frekans devrelerinde                kullanılır.

       1d)Toroid Bobin:Dijital elektronik devrelerde,yüksek frekanslı devrelerde kullanılır.Endüktansı          1µH ile 1H arasında değişir.

       1e)SMD Bobin:Boyutları değerlerine göre küçüktür.

    2)Ayarlı Bobin
   
      2a)Kademeli Bobinler:Bobinden alınan uçların çok konumlu bir anahtara bağlanması ile farklı           indüktanslar elde edilir.

      2b)Nüvesi Hareketli Bobinler:Nüvenin hareketiyle bobinin manyetik alanı ve buna bağlı olarak da       indüktansı değiştirilir.

      2c)Sargı Ayarlı Bobinler(Varyometre):Sürtünen bir tırnak ile bobinin değeri ayarlanabilir.

    BOBİNLERİN BAĞLANMASI

    a)Seri Bağlama
     
     Leş=L1+L2+...+Ln

   b)Paralel Bağlama

     1/Leş=1/L1+1/L2+...+1/Ln