B Il F о о
advertisement
K.T.Ü Elektrik-Elektronik Müh. Böl. Temel Elektrik Laboratuarı-I DOĞRU AKIM MOTORU DENEYİ 1.GİRİŞ Manyetik alan içerisinde bulunan bir telden akım geçirilecek olursa bu tele bir kuvvet etki eder, Aşağıdaki Şekil 1’de manyetik alan bir U - tipi mıknatıs tarafından sağlanmaktadır Telden gösterilen yönde bir akım geçirilecek olursa mıknatısın içine doğru çekilir. + (Il) F y X N B x I B F S z Şekil 1. Manyetik alan içindeki iletkene kuvvet etkimesi Akımın yönü ters çevrildiğinde tel mıknatısın dışına doğru itilir. Tele etki eden kuvvet, manyetik alan şiddeti B, iletkenden geçen akım I ve iletkenin uzunluğu l den F Il B bağıntısına göre bulunur. Kuvvet (I.l) vektörü ile B vektörünün oluşturduğu düzleme diktir ve bağıntıda da görüldüğü gibi vektörel çarpımdan elde edilmektedir. Kuvvet iletkenin tüm uzunluğuna etki etmektedir, fakat biz hesaplamalarda bu kuvvetin yalnızca bileşkesini kullanacağız. Manyetik alanda iletkene etki eden bu kuvvetten elektrik motorlarında yararlanılmaktadır. Aşağıdaki Şekil 2’de basit bir elektro motorun yapısı verilmiştir. Motor manyetik alan içerisine yerleştirilmiş bir çerçeveden oluşmaktadır. Bu çerçeveden bir i akımı şekilde görüldüğü yönde geçirilirse çerçevenin N kutbuna dönük olan bölgesine düzlemden dışarı yönde ve çerçevenin S kutbuna dönük olan bölgesine ise düzleme doğru kuvvetler etki eder. Bu kuvvetler birbirine eşit ve zıt yöndedirler. Bu kuvvet çiftinin çerçeveye verdiği momenti M 2 B I l r olarak bulabiliriz. Çerçeve bu momentin etkisi ile şekilde verilen yönde dönmeye başlayacaktır. Çerçevenin dönmesi ile kuvvet yönleri sabit kaldığından momentte, bir azalma olacaktır. Çerçeveye etki eden moment çerçeve tam dik konuma geldiği anda sıfırdır. Sistemin eylemsizliğinden dolayı çerçeve dikey duruma geçecek olursa bu sefer çerçeveye etki eden kuvvet onu geri çevirmeye çalınacak ve çerçeveye tam dikey kurumda duracaktır. Çerçevenin durmasını önlemek için çerçeveye dikey durumda iken geçen akımın yönünü değiştirmek gerekir. Akım yönü değişince çerçeve 180°’lik bir dönme yaparak yine dikey konuma gelir. Sürekli olarak çerçevenin dikey konumunda akım yönü değiştirilecek olursa çerçeve dönmeye devam eder. Akımın yönünün çevrilmesi motorlarda parçalı bilezikler ve fırçalar yardımıyla sağlanmaktadır. B I I N S r M Şekil 2. Basit bir elektromekanik enerji dönüştürücü sistemi 2.Çerçevede Gerilim indüklenmesi: Bir çerçeve manyetik alan içerisinde döndürülecek olursa çerçevenin içerisinden geçen manyetik akı sürekli olarak + max ile - max arasında değişir. Manyetik akının değişmesi indüksiyon d yasasına göre çerçevenin uçlarında e geriliminin indüklenmesine neden dt olacaktır. Çerçeve düzlemi manyetik alan şiddeti yönüne paralel olduğu zaman (deneyde çerçevenin yatay olduğu konum) çerçeveden geçen akı sıfırdır, Çerçeve sabit bir hızla döndürülecek olursa bu konumda manyetik akının değişme hızı maksimum olacağından üretilen gerilim de en yüksek değerinde olacaktır. Çerçeve düzlemi manyetik alan şiddeti yönüne dik duruma geldiğinde çerçeveden geçen akı maksimum olacaktır. Fakat akının değişme hızı sıfır olduğundan üretilen gerilim de sıfır olacaktır. Çerçevenin dönmeye devam etmesi ile çerçeveden geçen akı azalacağından ters yönde bir gerilim çerçevenin uçlarında indüklenecektir. Görüldüğü gibi çerçevede üretilen gerilim, değişken bir gerilimdir ve dönme hareketinin düzgün olması durumunda Şekil 3’te görüldüğü gibi sinüzoidal bir gerilim olacaktır. Şekil 3 Yukarda elektromotorun yapısını incelerken çerçeve manyetik alan şiddetine dik konuma gelince çerçeve akımının yönünün değiştirildiğini görmüştük. Çerçevenin uçlarında indüklenen gerilim parçalı bileziklerden gözlenecek olursa Şekil 4’te görüldüğü gibi doğrultulmuş olarak izlenecektir. Şekil 4 Çerçevenin manyetik alanda dönerken ürettiği bu gerilim sistemin motor veya generatör olarak çalışırken özelliklerine etkimektedir. İndüklenen gerilim akının değişmesi ile orantılı olduğundan ve akı değişimi de çerçevenin dönme hızına bağlı olduğundan indüklenen bu gerilim için E k n bağıntısını yazabiliriz. Bu bağıntıda k bir sabit, n çerçevenin devir sayısıdır. 3 . DENEYİN YAPILIŞI: l - Mıknatısın kutup ayakları arasına bir iletkeni asınız. Bu iletken den aşağıdaki Şekil 5’te gösterilen devreye göre çeşitli büyüklüklerde akım geçirerek iletkene etki eden kuvveti bulunuz. Şekil 5. Deney bağlantı şeması 2 - Çerçeveyi döndürünüz. Çerçevenin generatör uçlarında indüklenen gerilimi bir osiloskop yardımıyla izleyiniz. Aynı işlemi çerçevenin motor çıkışları için yapınız. 3 - Motor deneyi: Çerçeveye Şekil 6’da gösterildiği gibi motor girişlerinden bir gerilim uygulanacak olursa devreden geçen akımı bulalım. R1 i R2 Uk U E Şekil 6 Çevre denklemini yazalım. Uk R1 I R2 I E 0 U R2 I E 0 I U E R2 4 - Şekil 2’yi motor olarak düşününüz ve sistemin ürettiği momentin ifadesini çıkartınız.
