elektr k mak neler - SABİS

ELEKTRİK MAKİNELERİ
(MEP
112)
(ELP211)
Yazar:
Yrd. Doç. Dr. Mustafa Turan
S1
SAKARYA ÜNİVERSİTESİ
Adapazarı Meslek Yüksekokulu
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Bu ders içeriğinin basım, yayım ve satış hakları
Sakarya Üniversitesi’ne aittir.
"Uzaktan Öğretim" tekniğine uygun olarak hazırlanan bu ders içeriğinin
bütün hakları saklıdır.
İlgili kuruluştan izin almadan ders içeriğinin tümü ya da
bölümleri mekanik, elektronik, fotokopi, manyetik kayıt
veya başka şekillerde çoğaltılamaz,
basılamaz ve dağıtılamaz.
Copyright
© 2008
2005 by Sakarya University
All rights reserved
No part of this course content may be reproduced
or stored in a retrieval system, or transmitted
in any form or by any means mechanical, electronic,
photocopy, magnetic, tape or otherwise, without
permission in writing from the University.
Sürüm 1
2008
Sakarya........ 2005
S
1
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Temel Yasalar ve
Kurallar
Bu Haftanın Hedefi:
Elektrik makineleri ailesine genel bir bakış yapılıp,
elektromekanik yöntemler ile çalışan bu tip
makinelerin temel manyetik prensiplerinin kavranması
hedeflenmektedir.
Bu Haftanın Materyalleri
Kullanılan semboller
Animasyon
Soru
Veritabanı
Bağlantılı Soru
Simülasyon
Püf Noktası
1
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Giriş
Bütün elektrik makineleri, elektromanyetik enerji dönüşümü yaptıklarından, manyetik alan
yasalarına uyarlar. Manyetik akıların iletimi için manyetik özellikleri zenginleştirilmiş
demirli malzemeler ve elektrik akımı için de iletkenler içerirler.
Elektrik makineleri; doğru akım, tek fazlı alternatif akım ve üç fazlı alternatif akım için
ayrı ayrı tasarlanırlar. Yapı ve özel prensipleri birbirinden oldukça farklılık
gösterebilmektedir.
Bütün elektrik makineleri, elektromanyetik enerji dönüşümü yaptıklarından, manyetik alan
yasalarına uyarlar. Manyetik akıların iletimi için manyetik özellikleri zenginleştirilmiş
demirli malzemeler ve elektrik akımı için de iletkenler içerirler.
Elektrik makineleri; doğru akım, tek fazlı alternatif akım ve üç fazlı alternatif akım için
ayrı ayrı tasarlanırlar.
gösterebilmektedir.
Yapı
ve
özel
prensipleri
birbirinden
oldukça
farklılık
Döner Makineler
2
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
3
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Doğrusal Hareket Eden Makineler
4
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Duran Makineler / Transformatörler
5
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Çeşitli Özel Elektrik Makineleri
6
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
7
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
8
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
9
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Manyetik Alanlar ve Kuvvetler
Manyetik Alanlar ve Kuvvetler
Tüm elektrik makineleri elektromanyetik enerji dönüşümü yaptıklarından, elektrik
makinelerinin anlaşılabilmesi için manyetik alan prensiplerinin bilinmesi gerekir.
Manyetik Alanlar
1 Tesla (T) = 10000Gauss
Kaynak
Manyetik
Alan
(Gauss)
Yeryüzü
0.5
Ev gereçleri
10
Çubuk
mıknatıs
100
İnsani Sınır
2000
Büyük özel
elektro
mıknatıs
50000
Nicola
Tesla
(1856-1943) Friedrich Gauss (1777-1855)
Tesla’nın
geliştirdiği
Alternatif
Akım
şebekesi,
Thomas
Edison’un Doğru Akım şebekesinin
yerini almıştır.
10
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Önemli Kişiler ve İfadeler
Hareketli
elektrik
yükleri
manyetik alan oluşturur.
Andre
Marie
Manyetik alan içinde hareket Amper Yasası
eden yüklere kuvvet etkir.
Ampere Hans
Christian
Oersted
Manyetik alanları keşfetmiştir
Elektrik Akımı Manyetik Alan Oluşturur
Bu kural; manyetizma ve manyetik kuvvetleri açıklayan iki sağ el Hans Christian
kuralından ilkidir.
(1777-1851)
Oersted
11
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Bir Sarımın Oluşturduğu Manyetik Akı
Sağ el tirbuşon kuralı ile manyetik akı yönünün bulunuşuna dikkat ediniz
Sarımın Oluşturduğu Akıya Detaylı Bakış
Sarımın oluşturduğu manyetik akı aynen çubuk mıknatıstakine benzer. Burada, akım yünü,
akı yönü ve N-S kutuplarının oluşum yönüne dikkat ediniz.
Akı çizgileri, mıknatısın dışında N’den S’e; mıknatısın içinde ise S’den N’ye doğrudur.
12
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Kuralın diğer bir ifadesi: Şayet sargıdaki akım saatin tersi yönde ise, mıknatısın N (kuzey)
kutbunu görüyorsunuzdur.
“.” size doğru; “x” ekrana doğru olan akışı gösterir.
B endüksiyonu merkezde en güçlüdür. Yukarıdaki sarımda, sarımın size bakan iç kısmı S
kutbudur. Sağ el tirbuşon kuralı ile kutuplaşmayı kendiniz de bulunuz.
Elektron Manyetik Bir Dipol Oluşturur
Elektron kendi ekseninde döner ve elektron
akımı dönme yönündedir.
Geleneksel olarak elektrik akımının yönü
elektron akımının tersi yönündedir.
Elektron; N ve S kutupları bulunan mikro bir
mıknatıs gibidir. Bu temel (ikili) oluşuma
manyetik dipol denir.
13
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Demirdeki manyetik spin dipolleri
N ve S Kutupları Birbirinden Ayrılamaz
Bir
mıknatısın
ikiye
parçalayarak,
birbirinden ayrık N ve S kutupları elde
edilmez. Açığa çıkan her bir parça müstakil
N ve S kutupları olan yeni bir mıknatıstır.
Parça sayısı arttıkça oluşum aynen devam
eder.
Bu süreç teorik olarak tek bir elektronun
spin
dipolüne
kadar
parçalanabilir.
Elektronda da N ve S dipol kutuplaşmasının
olduğu hatırlanırsa, tek kutuplu bir mıknatıs
hiçbir zaman elde edilemez.
Boyuna yönde de kesilse sonuç değişmez.
14
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Çubuk Mıknatıs ve Yerkürenin Manyetik Alanı
Çubuk
mıknatısın
manyetik
alanı,
yerkürenin manyetik alanına benzerdir. Akı
çizgileri S’den (manyetik güney) çıkar ve
N’ye (manyetik kuzey) girer.
Yerküre içindeki konveksiyon akımları manyetik alan oluşturur.
15
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Akım Geçen İletkenler Arasındaki Kuvvet
Akımların aynı yönde olması halinde, iletkenler birbirini çeker. Zıtlık
halinde itme vardır. Bu durum yükler arası çekime terstir: aynı cins
yükler birbirini iter, zıt cinsler birbirini çeker (+ yükler, - yükleri çeker gibi).
Önce iletkenlerden birine sağ el tirbuşon kuralını uygulayarak akımın
oluşturacağı kutuplaşmayı belirleyip, daha sonra diğer iletkene aynı kuralı
uygulayarak oluşacak kutuplaşmaların itme yada çekme yönünde
etikeleyeceğini gösterip, yukarıdaki durumu ispatlayınız.
Akım Çevrimleri Birbirini İter Yada Çeker
Akım çevrimleri manyetik dipol (ikili) oluşturuyor.
16
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Akım çevrimlerine ilişkin N ve S kutuplarını belirleyiniz.
Çubuk Mıknatıslar
Sabit konumlandırılan S kutbu;
kutbunu çekerken, S kutbunu iter.
N
Komşu uçlardaki manyetik dipol çevrimleri
aynı yönde ise mıknatıslar birbirini çeker.
17
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Mıknatıslanma Oluşumu
Böyle bir durum
karşısında,
demir
içindeki
elektron
spin
dipollerinin
yönlenmesi
ve
kümelenmesi
soldaki
şekillerde
görülmektedir.
Mıknatıslanma ve Mıknatıslanmış Demir
Yönlenmemiş dipoller
Yönlenmiş dipoller
Pusulada,
yerkürenin
manyetik S kutbu (jeolojik
N kutbu; kuzey), pusula
benzer
şekilde
iğnesini
yönledirir
ve
pusula
iğnesinin manyetik N kutbu
yerkürenin
manyetik
S
kutbunu gösterir.
Pusula iğnesinin gerçekte
kalıcı mıknatıstan yapılmış
olduğunu hatırlayınız.
Kalıcı mıknatıs askıdaki demirin dipollerini etkiler ve
mıknatısın akı çizgileri yönünde hizaya sokar. Demirdeki
yönlenen dipollerin sayısı, kalıcı mıknatısın B akı
yoğunluğunun büyüklüğüne bağlıdır.
18
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Elektromıknatıs ve Elektromanyetik Kapı Zili
Elektrik akımının oluşturduğu manyetik akı
bobin içerisindeki (akı yolu üzerinde)
demirin manyetik dipollerini güçlü bir
şekilde yönlendirir. Bu durum karşısında
demir,
elektrik
akımı
etkisi
ile
olur.
Bu
oluşuma
mıknatıslanmış
elektromıknatıs denir.
Paramanyetizma ve Ferromanyetizma
Oksijen paramanyetik bir maddedir, oksijen
molekülleri manyetik dipollerden oluşur. Fakat
bu
domenler
normal
sıcaklıklarda
zayıf
etkileşimleri nedeni ile yönlenmemiştir.
Paramanyetizma; ferromanyetizmadan çok daha
zayıftır.
Ferromanyetizma; demir ve karakter olarak
demir gibi, oda sıcaklıklarda güçlü bir manyetik
alan oluşturacak şekilde manyetik dipolleri
birbirleri ile güçlü etkileşimli ve birlikte
yönlenebilen malzemelerin ortak özelliklerine
verilen isimdir.
19
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Manyetik Kayıt
İtme ve Çekmenin Belirlenmesi
Akım geçen sarımların oluşturduğu
manyetik alan, demir içerisindeki
manyetik dipolleri yönlendirerek
elektromıknatısı oluşturur.
20
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Demir Tozları Manyeti Akı Çizgilerinin Yönünü Gösterir
Demir tozları çok küçük çubuk
mıknatıslar
olarak
Mıknatısın
manyetik
alanı değerlendirilebilir. Bu bağlamda
demir tozlarını mıknatıslar.
demir
tozları
B
manyetik
endüksiyonuna
paralel
çizgiler
halinde yönlenir.
Pusula; İğnesi B ile yönlenen bir Mıknatıstır
21
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Akım Geçen İletkene Etkiyen Manyetik Kuvvet
Manyetik alan içerisinde, İçinden akım
geçen bir iletkene etkiyen manyetik
kuvvetin yönü diğer bir sağ el kuralı ile
bulunur.
Karıştırmayınız:
Önceden bahsedilen sağ el tirbuşon
yönü
(manyetik
kuralı
ile
B’nin
endüksiyon)
belirlenir.
Kuvvet
oluşumunda, iletkene dik olarak etkiyen
akı esastır. Bu yüzden
gelmektedir.
çarpanı
22
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
İkinci Sağ El Kuralı ile Kuvvetin Yönünün Belirlenmesi
Mıknatıs çeneleri arasındaki iletkenin sapacağı yönü bulunuz.
23
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Manyetik Alan İçinde Bulunan Akım Çevrimine Etkiyen Moment
Doğru Akım (DA) Motorunun Prensibi
24
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
CD Motoru
B Endüksiyonu İçersinde Hareket Eden Yükler
Elektrik alanının (E) oluşturacağı kuvvet, hıza paralel yönde olabilir. Fakat
manyetik kuvvet hız vektörüne her zaman diktir.
25
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Hareketli Yükler için Sağ El Kuralı
Hareketli Yüklere Etkiyen Kuvvet
Hız (v) manyetik endüksiyona (B) paralel ise,
manyetik kuvvet sıfırdır. Bunun sebebi;
olmasıdır.
26
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Hareketli Yüklere Etkiyen Kuvvet: F = qvB sin q
; 0 ile 180 derece arsındaki açılar için
pozitif değerlidir.
F = qvB sin q
Her bir durum için kuvvetin (F) yönünü belirleyiniz
27
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Yükler Dairesel Bir Yörüngede Hareket Eder
Manyetik Alanda Dairesel Yörüngeler
28
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
B Alanında Dairesel Hareket
Kuvvet için Sağ El Kuralı
Dört parmak manyetik endüksiyonun (B) yönünü,
baş parmak hız vektörünün (v) yönünü gösterirse;
avuçiçi kuvvetin (F) yönünü gösterir.
Kütle Spektrometresi
(3) ile (6) ifadeleri eşittir:
olur.
29
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Manyetik Alanda Elektron Demeti
Elektronlar aşağı doğru saptığına göre, B’nin yönü
nedir?
Kuzey Işıkları (Aurora Borealis)
Atmosferdeki nükleer patlamalar kuzey ve
güney kutuplarında ışıklar oluşturur.
30
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Magnetohidrodinami (MHD)
Yamato II
Amper Yasası
elemanına paralel akı yuğunluğu
I = kapalı çerçeve içindeki net akım. Bu
örnekte iki akımın toplamıdır (her ikiside aynı
yönde)
31
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
Amper Yasası’nın Düz Bir İletkene Uygulanması
Amper Yasası:
Yarıçap
nedir?
uzaklığındaki
akı
yoğunluğu
(B)
--------------------------
elemanına paralel akı yuğunluğu,
yarıçap üstünde sabit olup = B
boşluğun manyetik geçirgenliği olup,
birimi H/m dir (H; Henri)
Sayısal Örnek
0.04 m mesafedeki B ‘yi siz hesaplayınız
32
ELP211-H1-1
MEP112-H1-1
33