lineer motor ile levha hareketi - KTÜ Elektrik
advertisement
T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü LİNEER MOTOR İLE LEVHA HAREKETİ Adı Soyadı Recep HURMADALOGLU Emin Olcay DOKUZ DANIŞMAN Prof.Dr. Adem Sefa AKPINAR Mayıs 2012 TRABZON 1 2 T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü LİNEER MOTOR İLE LEVHA HAREKETİ Adı Soyadı Recep HURMADALOGLU Emin Olcay DOKUZ DANIŞMAN Prof.Dr. Adem Sefa AKPINAR Mayıs 2012 TRABZON i ii LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU Recep HURMADALOĞLU ve Emin Olcay DOKUZ tarafından Prof.Dr. Adem Sefa AKPINAR yönetiminde hazırlanan “LİNEER MOTOR İLE LEVHA HAREKETİ” başlıklı lisans bitirme projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak kabul edilmiştir. Danışman : Unvanı Adı ve SOYADI ……………………………… Jüri Üyesi 1 : Unvanı Adı ve SOYADI ……………………………… Jüri Üyesi 2 : Unvanı Adı ve SOYADI ……………………………… Bölüm Başkanı : Unvanı Adı ve SOYADI ……………………………… iii iv ÖNSÖZ Bu tez Bitirme Projesi dersi kapsamında hazırlanmıştır. Bitirme Projesi dersi 8. Yarıyılda alınması zorunlu bir derstir. Bu dersin ve tezin yazılış amacı bizlere mühendislik problemlerinin çözümüne proje tasarlayıp uygulamaya koyma becerisi kazandırmaktır. Bu çalışmayı destekleyen Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölüm Başkanlığına, bize bu sorumluluğu veren ve gelişmemize katkısı olan Sn Prof.Dr Adem Sefa AKPINAR’ a , Tez çalışmamız süresince değerli görüş ve bilgilerini bizimle paylaşan Arş. Gör. Mehmet Ali USTA’ya. sınıf arkadaşlarımız Murat ŞEN ve Özkan YAZGAN’a ayrıca labarutuar sorumlusu Yüksel SALMAN’a ve son olarak da üzerimizde en çok emeği bulunan ailemize teşekkürlerimizi sunuyoruz. Mayıs, 2012 Emin Olcay DOKUZ Recep HURMADALOĞLU v vi İÇİNDEKİLER Sayfa No Lisans Bitirme Projesi Onay Formu ................................................................................. iii Önsöz ................................................................................................................................ v İçindekiler ........................................................................................................................vii Özet ................................................................................................................................. xi Semboller Ve Kısaltmalar Özet ..................................................................................... xiii Şekil Listesi ..................................................................................................................... xv 1. Giriş ............................................................................................................................... 1 2. Teorik Altyapı ............................................................................................................... 3 2.1 Doğrusal Hareketli Motor(Lineer motor) ................................................................ 3 2.1.1 Döner Hareketli Motorlara(DÖHAM) Göre Farlılıklar ..................................... 3 2.1.2 Doğrusal Hareketli Motorların Sınıflandırılması .............................................. 4 2.1.3 Doğrusal Hareketli Asenkron Motorların Kullanım Yerleri ............................. 5 2.2 Doğrusal Hareketli Asenkron Motorların Yapısı ..................................................... 6 2.2.1 Doğrusal Hareketli Asenkron Motorların Sınıflandırılması .............................. 6 2.2.2 Tasarım Faktörleri ........................................................................................... 9 2.2.2.1 Hava Aralığı .......................................................................................... 9 2.2.2.2 İyilik Faktörü ......................................................................................... 9 2.2.2.3 Kutup Aralığı ......................................................................................... 9 2.2.2.4 Kutup Sayısı ........................................................................................ 10 2.2.3 DHİM’lerde Sargı Bağlantı Teknikleri ........................................................... 11 2.2.4 Lineer Senkron Hız ........................................................................................ 14 3. Tasarım ........................................................................................................................ 15 3.1 Stator Tasarımı ...................................................................................................... 15 3.1.1 Stator Sargı Düzeni ........................................................................................ 17 3.1.2 Stator Tasarımının Gerçekleştirilmesi ............................................................ 18 3.2 Tepki Levhasının(hareket levhası) Tasarımı .......................................................... 21 3.3 Kumanda Devresi .................................................................................................. 23 3.4 Tasarımın Tamamlanmış Hali ................................................................................ 26 4. Deneysel Çalışmalar..................................................................................................... 28 4.1 Çekilen Akım Ve Güç Ölçümleri ........................................................................... 28 vii viii 4.2 DHAM’ın Sekonderi Üzerine Yük Konarak Yapılan Hız Testi ............................... 31 5. Sonuçlar ....................................................................................................................... 33 6. Yorumlar Ve Değerlendirme ........................................................................................ 36 Kaynaklar .................................................................................................................... 37 Ekler ............................................................................................................................ 38 Özgeçmiş ..................................................................................................................... 41 ix x ÖZET Hazırlanan bu tez bitirme projesi dersi kapsamında ‘’Doğrusal Hareketli Asenkron motorda Levha hareketi’’ konulu projenin tezidir. Tez üç bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde Lineer Motorların yapısı, kullanırım alanları, doğrusal hareketli motorlara göre farklılıkları, sınıflandırılması ve tasarım faktörleri hakkında teorik bilgiler verilmiştir. İkinci bölümde oluşturulan sistemin tasarımı anlatılmış, sıra ile stator tasarımı, hareketli kısım tasarımı ve kumanda devresi tasarımı işlenmiştir. Ayrıca tüm tasarıma ait çizimler, değerler, kullanılan yöntemler bu bölümde anlatılmıştır. Üçüncü bölümde tasarlanan sistemin deneysel analizi yapılmış, makinenin çektiği akım ve güçler ölçülmüştür. Ayrıca belli yük değerleri altında hareketli kısmın hızı ivmesi ve oluşturulan kuvvet hesaplanmıştır. Tasarım projesinin maliyet çizelgesi belirlenmiş olup,raporun ‘’Ek’’ ler bulunmaktadır. Ayrıca standartlar ve kısıtlar formu da ekte belirtilmiştir. xi kısmında xii SEMBOLLER VE KISALTMALAR f Frekans Xm Manyetik reaktans G İyilik faktörü Kutup aralığı (adımı) Us Makinenin senkron hızı Vs Yürüyen manyeto motor kuvvetin ana harmoniğinin senkron hızı p Kutup sayısı s Kayma Jm Primerin hat akımının çizgisel akım yoğunluğu (A/m) Fm Üretilen kuvvet Fx Net kuvvet Fs Sürtünme kuvveti Kritik kayma F İtme kuvveti m Kütle L Hareketli kısmın aldığı yol g Yerçekimi ivmesi t Hareketli kısmın L mesafesini aldığı süre DHAM Doğrusal Hareketli Asenkron Motor DHDAM Doğrusal Hareketli Doğru Akım Motoru DÖHAM Döner Hareketli Asenkron Motorlar TYDHAM Tek Yanlı Doğrusal Hareketli Asenkron Motor ÇYDHAM Çift Yanlı Doğrusal Hareketli Asenkron Motor xiii xiv ŞEKİL LİSTESİ Sayfa No Şekil 1. Kısa Primerli ÇYDHAM ................................................................................... 7 Şekil 2. Kısa Sekonderli TYDHAM ............................................................................... 7 Şekil 3. DHAM’ların sınıflandırılması............................................................................ 8 Şekil 4. Kutup sayısı çift olan makinelerde kullanılan tek tabakalı sargılar ................... 12 Şekil 5. Kutup sayısı çift olan makinelerde kullanılan çift tabakalı sargılar ................... 12 Şekil 6. Kutup sayısı tek ve son oluklarında tek tabaka bulunan sargılar ....................... 13 Şekil 7. Çok küçük güçlü makinelerde kullanılan ekonomik sargılar ............................ 13 Şekil 8. Trafo saçlarından oluşturulan kalıp .................................................................. 16 Şekil 9. Trafo saçlarının yan yana dizimi ...................................................................... 16 Şekil 10. Trafo sacı boyutları(mm) ................................................................................ 16 Şekil 11. Stator sargı düzeni (yan görünüş) .................................................................... 17 Şekil 12. Stator sargı düzeni (üst görünüş) ..................................................................... 17 Şekil 13. 3 fazlı sistemin Tasarlanan Statora bağlanış biçimi ....................................... ..18 Şekil 14. E tipi trafo saçlarından oluşan demir çekirdeğin suntaya monte edilişi ............. 19 Şekil 15. Oluşturulan demir çekirdek, pressbanttan elde edilen sargı kalıbı ve 0,8 mm lik sargı teli ........................................................................................................................... 19 Şekil 16. Pressbantın oluklara yerleştirilmiş hali ............................................................ 20 Şekil 17. 90 spirlik sargı ve oluğa yerleştirişmiş hali ...................................................... 20 Şekil 18. Tepkime levhası boyutları ............................................................................... 21 Şekil 19. Tepkime levhası ile stator arasında hava aralığı boyutları ................................ 22 Şekil 20. Tasarlanan araba .............................................................................................. 22 Şekil 21. Arabaya monte edilen aliminyumlar ................................................................ 23 Şekil 22. Kumanda devresinin kontaklarla gösterimi ...................................................... 24 Şekil 23. Sargıların 3 fazlı sigorta ve kontaktör üzerinden bağlanışı ............................... 24 Şekil 24. Kızıl ötesi alıcı ve verici devresinin simülasyonu............................................. 25 Şekil 25. Karşılıklı olarak monte edilen alıcı ve verici devresi ........................................ 26 Şekil 26. Sistemin yandan görünüşü ............................................................................... 26 xv xvi Şekil 27. Sistemin yandan görünüşü ............................................................................... 27 Şekil 28. Ölçü aletlerinin motora bağlanışı ..................................................................... 28 Şekil 29. Lineer motorun bir fazına bağlanan ölçü aletleri .............................................. 31 Şekil 30. Ağırlık – hız grafiği .......................................................................................... 33 Şekil 31. Kuvvet – ağırlık grafiği .................................................................................... 34 Şekil 32. İvme – ağırlık grafiği ........................................................................................ 35 xvii xviii 1. GİRİŞ Projemizin konusu doğrusal hareketli asenkron makine ile levha hareketi sağlamaktır. Doğrusal hareketli motor klasik döner hareketli motorun ortadan kesilip açılmış haline benzer. Amacımız lineer bir manyetik alan üreten makine tasarlayıp bu makine ile levha hareketi gerçekleştirmek yada bir hareketli kısım(araba) yaparak lineer bir manyetik alanda bu arabayı düz bir çizgi boyunca ilerletmek ve uygulama olarak belli ağırlıklarda yükler taşınmayı gerçekleştirmektedir. Elektrik makineleri alanında doğrusal hareket üretme, doğrudan doğruya elde etme mümkün olmasına rağmen her nedense döner hareket üretimine ağırlık verilmiş, dolayısıyla, döner hareketli elektrik makineleri ticari alanda daha çok yer almıştır. Endüstriyel alanda çevremize baktığımızda çoğu uygulamada doğrusal hareket, doğrudan doğruya elde edilmek yerine, aracı aygıtlar yardımıyla döner hareketten elde edilmektedir. Örneğin; sürgülü tip kapıların açılıp kapanması, krenler, vitesler vb. benzeri uygulamalarda doğrusal hareket ara bir mekanizmaya ihtiyaç kalmadan doğrudan doğruya doğrusal hareketli motorlar (DHAM) tarafından elde edilebilir. Doğrusal hareketli makinelerin güvenirliği , sessizliği ve aracı mekanizma kullanmama gibi üstünlükleri olmasına rağmen bunların da değişik türden sorunları, arzu edilmeyen yanları bulunmaktadır. Örneğin hava aralıklarının büyük olmasının yol açtığı düşük verimlilik, uç ve yan etkileri gibi [1]. Daha ayrıntılı bilgi [1] den elde edilebilir. 1 Çizelge 1. İş-Zaman Çizelgesi Tarih Yapılanİş Malzemelerin Belirlenmesi Malzeme Temini Stator Gövdesinin Oluşturulması 20-24 Şubat 27 Şubat-2 Mart 5 -16 Mart 19 - 30 Mart 2 - 14 Nisan 16 - 27 Nisan 1 -11 Mayıs 14 25 Mayıs X X X X Stator Sargılarının Sarılması X Hareketli Kısmın Oluşturulması X X Kumanda Devresinin Oluşturulması X Elektromekanik Montajın Tamamlanması X X X Ölçümler Ve Testler X TEZ'in Hazırlanması X X X Teslim Çizilge 1’ de proje boyunca uygulanan iş – zaman çizelgesi verilmiştir. 2 2. TEORİK ALTYAPI 2.1 Doğrusal Hareketli Motor(DHAM) Bilindiği üzere asenkron makineler 3 fazlı sargılar yardımıyla döner bir manyetik alan oluşmaktadır. Aynı mantıkla doğrusal hareketli motorlarda da lineer bir manyetik alan oluşur. Doğrusal hareket elde etmek için döner hareketli motorların kullanıldığı çok sayıda örnek vardır. Endüstride doğrusal hareket gerektiren uygulamalarda genel yöntem olarak dönel bir motorun çıkışı kayış-kasnak, kremayer dişlisi, vidalı mil, silindir veya krank gibi araçlar kullanılarak doğrusal harekete dönüştürülür. Bunların yerine doğrusal hareketli motorlar kullanılarak daha az malzeme ve maliyette aynı iş gerçekleştirilebilir. 2.1.1 Döner Hareketli Motorlara(DÖHAM) Göre Farlılıklar DHAM’lar hareket doğrultusunda uçları sınırlıdır. Başlangıç ve sona sahiptirler. Bu DÖHAM’da olmayan bir özelliktir. Bu özellik uç etkisinin oluşmasına sebep olmaktadır, DHAM’un performansını olumsuz yönde etkiler. Ancak düşük hız uygulamalarında uç etkilerinin zararları ihmal edilebilir [2]. İkinci bir fark ise, DHAM’daki hava aralığı DÖHAM’a göre daha büyüktür. Bilindiği üzere hava aralığının enerji tutucu özelliğimden dolayı kayıplara neden olur bu yüzden küçük tutulması istenir. DÖHAM’da hava aralığı, iyi bir manyetik devre elde etmek için mümkün olduğunca küçük tutulur. Büyük hava demek kayıpların büyük olması ve verimin düşük olması demektir. Üçüncü fark, çoğu DÖHAM’un rotorunun iletken çubuklara ve sargılara sahip olmamasıdır. DHAM’un hareketli kısmı her zaman katı iletken levha veya yapraktan yapılır. Hareketli kısmın sargılı yapılması çok sık rastlanan bir durum değildir. DÖHAM’larda bulunmayan fakat DHAM’ların sahip olduğu diğer bir özellik kenar etkileridir. Bu etkinin nedeni primer(stator) genişliği sekonder(rotor) genişliğinden büyük olmasıdır. Kenar etkileri motor performansını olumsuz yönde etkiler. Son olarak, Tek Yanlı Doğrusal Hareketli Asenkron Motorlarda (TYDHAM) hareket doğrultusuna dik bir kuvvetin oluşmasıdır. Bu kuvvet, normal kuvvet olarak adlandırılır. Eğer bu kuvvet fazla ise motor kaldırma(levitasyon) işlevi görmüş olur.Anlatılanları kısaca özetlersek; DHAM’da olup DÖHAM’da olmayan özellikler; 3 a. Normal yönde oluşan kuvvetler b. Uç etkisi ve kenar etkisi c. Hava aralığının büyük oluşu Bu konuyla ilgili daha ayrıntılı bilgiye [2] ten ulaşılabilir. 2.1.2 Doğrusal Hareketli Motorların Sınıflandırılması I. Üretilen Kuvvetin Yönüne Göre: a. Teğetsel Kuvvet Ağırlıklı Motorlar b. Normal Kuvvet Ağırlıklı Motorlar Teğetsel kuvvet doğrusal hareket sağlarken normal kuvvet kaldırma işi yapar. II. Çalışma İlkelerine Göre: a. Doğrusal Hareketli Asenkron Motor b. Doğrusal Hareketli Senkron Motor c. Doğrusal Hareketli DA Motoru d. Doğrusal Hareketli Adım Motoru e. Doğrusal Hareketli Osilatör f. Sıvı Sekonder Doğrusal Hareketli Motor g. Magneto Hydrodinamik Generatör III. Kullanış Amaçlarına Göre: a. Doğrusal Hareketli Kuvvet Makinesi b. Doğrusal Hareketli Enerji Makinesi c. Doğrusal Hareketli Güç Makinesi d. Elektromanyetik Kaldırma ve Asılı Tutma Makinesi e. Özel Amaçlı Makineler IV. Sargılarına Göre: a. Halka Sargılı Doğrusal Hareketli Motor b. Yüzeysel Sargılı Doğrusal Hareketli Motor 4 2.1.3 Doğrusal Hareketli Motorların Kullanım Yerleri Doğrusal hareketli asenkron makinelerin başlıca kullanım yerleri olarak uzay mekiğinin fırlatılması ve tekstil endüstrisi için paket sarıcılarda iplik kılavuz ları, endüstriyel konveyörler ve aktüatörleri içerir. Bununla beraber lineer asenkron motorların en yaygın uygulaması yer taşımacılığı alanında olmuştur. Bu uygulamalar yüksek hızlı yolcu taşıma ve tasnifgarları için yürütücü ve yavaşlatıcılarıdır. Bazı önemli kullanım yerleri aşağıda sıralanmıştır. Ulaşım sistemlerinde hızlı trenlerde sürücü olarak. Kren ve yürüyen köprülerin doğrusal hareketinde. Takım Tezgahlarında tablanın veya kesicinin hareketinde. . Taşıma bantlarının sürülmesinde. Uçak geliştirmede rüzgar tüneli yerine. Gemi geliştirmede modelin hareketinde. Uçak ivmelendirme. Kapı açma- kapamada. Şerit testere çalıştırmada. İletken sıvıların pompalanmasında. İletken parçaların yer değiştirmesinde. Otomobillerin hız ve yapay kaza testlerinde. Örgü makinesinde iplik taşıyıcının sürülmesinde. Tekstil sektöründe mekiklerde. Kuyu açmada çekiç olarak. Doğrusal hareketli pompalarda. Doğrusal hareketli lazer tarayıcılarında. Robotik sanayinde. Öteleme hareketli aktuatörlerde. Öteleme hareketli konum kontrolünde. Bobin Sarma Sistemlerinde Asansörlerde. Gezgin fırlatma sistemlerinde. 5 2.2 Doğrusal Hareketli Asenkron Motorların Yapısı Doğrusal hareketli motoru elde etme yöntemlerinden biri döner hareketli motoru ortadan kesip açmaktır. Eğer asenkron motorun statoru ikiye kesilir ve üzerine bastırılır ise çift taraflı düz motorun statoru elde edilir. Eğer alüminyum levha stator arasına yerleştirilirse, Çift Yanlı Doğrusal Hareketli Asenkron Motor (ÇYDHAM) elde edilir. Eğer stator parçalarından birini sistemden çıkarırsak, Tek Yanlı Doğrusal Hareketli Asenkron Motor (TYDHAM) elde edilir. Daha ayrıntılı bilgi [3] ten ulaşilabilir. 2.2.1 Doğrusal Hareketli Asenkron Motorların Sınıflandırılması DHAM’da yatay yönde ve dikey yönde iki kuvvet meydana gelmektedir. Hareket doğrultusuna dik olan kuvvete normal kuvvet denmekteydi. Bu kuvvet primer ile sekonder arasında kaldırma veya itme olarak etki eder. Eğer normal kuvvet kaldırma işlevi yapıyorsa bu tür motorlara levitasyon (kaldırma) motorları denir. Süspansiyon uygulamalarında kullanılır. Eğer hareket doğrultusunda kuvvet oluşup itme (öteleme) işlevi yapıyorsa bu tür motorlara doğrusal hareketli motorlar denir. DHAM’larda da hava aralığı manyetik alanı hareket eder. Ancak çok fazlı asenkron motorlardan farklı olarak hava aralığı alanı üç bileşene sahiptir. Bu bileşenler: İleri yönde bileşen, geri yönde bir bileşen ve manyetik devrenin süreksizliğinden dolayı titreşimli bir bileşen. İleri yön bileşeni en etkin bileşen olarak sekonderde indüklenen akımlarla etkileşmesi sonucu yararlı kuvvet oluşmasını sağlar. DÖHAM’dan farklı olarak, DHAM’un sekonderi sabit primeri hareketli yada primeri sabit sekonderi hareketli olabilmektedir.[5] Primer ile sekonder arasındaki uzunluk farkına bağlı olarak DHAM kısa primerli (Şekil 1.) veya kısa sekonderli (Şekil 2.) olabilmektedir. 6 Şekil 1. Kısa Primerli ÇYDHAM[4] Şekil 2. Kısa Sekonderli TYDHAM[4] DHAM’un sekonderi, alüminyum veya bakır tabakadan oluşur. Bazen de ferromanyetik malzeme olan demir tabaka alüminyum levhanın altına yerleştirilir. Bunun yanında sekonder kafes tipinde veya sargılı olabilmektedir. Ama sargılı tip sekonder uygulamalarına çok sık rastlanmamaktadır. DHAM’nin enine yönde yeniden yuvarlanması ile farklı bir topoloji geliştirilebilir. Genişlik, çember seklini alacak şekilde yuvarlanırsa TYDHAM elde edilir. Bu konuda daha ayrıntılı bilgiye [4] ten ulaşılabilir. 7 Doğrusal Hareketli Lineer Asenkron Motor Primeri Kısa Boylu Sekonderi Kısa Boylu Primeri Haraketli Skonderi Hareketli Sekonderi Çok Levhalı Sekonderi Tek Levhalı Düz Yapılı Boyuna Akılı Primeri Yüzeysel Sargılı Tubuler Yapılı Enine Akılı Enine Akılı Primeri Halka Sargılı Primer Magnetik Devresi Açık Olan Magnetik Bakmdan Tek Yanlı Boyuna Akılı Çift Yanlı Şekil 3. DHAM’ların sınıflandırılması [4] 8 Kapalı Olan 2.2.2 Tasarım Faktörleri Doğrusal hareketli asenkron motor tasarımı, makine performansını etkileyen birçok faktörü içerir. Bunlardan bazıları aşağıda incelenmiştir. 2.2.2.1 Hava Aralığı Hava aralığı makine tasarımında çok önemli bir faktördür. Hava aralığı büyük olursa mıknatıslanma akımı da büyük olur, bu da güç faktörünün düşmesi anlamına gelir. Çünkü hava aralığı büyüdükçe, hava aralığının enerjiyi tutma özelliğinden dolayı kayıplar da büyük olacaktır. Böyle bir DHAM’de çıkış-uç bölgesindeki kayıplarda artar. Ayrıca büyük bir hava aralığına sahip bir makinede çıkış gücü ve dolayısıyla verim de düşecektir. Tüm bu özelliklerden dolayı hava aralığı mümkün olduğunca küçük tutulmalıdır. 2.2.2.2 İyilik Faktörü Tasarım yapılırken dikkat edilmesi gereken kriter özellikle düşük hızlı DHAM’ler içiniyilik faktörüdür. İyilik faktörü, makinenin bir enerji biçimini başka bir enerji biçimine dönüştürebilme yeteneğine bağlıdır. Elektrik makineleri açısından ise elektrik gücün manyetik güce dönüştürülmesindeki basarım olarak ifade edilebilir. Diğer bir ifadeyle manyetik reaktans Xm’ın ikincil kısım direnci R2 ’ye oranıdır. İyilik faktörünün etkin değeri denklem (1) ile verilmiştir. Burada Xm ve R2 hesaplanabilir makine parametreleridir.[3] G = = (1) 2.2.2.3 Kutup Aralığı [3] Denklem (1)’den anlaşılacağı üzere iyelik faktörü kutup aralığının karesi ile doğru orantılıdır, yani büyük bir iyelik faktörü için kutup aralığının da büyük olması gerekir. Ancak , kutup aralığı artırıldıkça DHAM arka demirinin kalınlığı da dolayısıyla artacaktır. Bu da DHAM’nin boyutlarının ve ağırlığının artmasına neden olur. Ayrıca kutup aralığının artması, sargıların yerleştirildiği alanın artmasına ve aktif akı yolunun 9 azalmasına neden olur. Verimi etkiler düşmesine neden olur. Son olarak, senkron hızın bağıntısından görüldüğü üzere(bkz. denklem 2) senkron hızı da etkilemektedir, artması hızın düşmesine neden olur. Daha ayrıntılı bilgiye [3] ten ulaşılabilir. Vs = 2 f Sabit bir frekansta, kutup aralığı (2) , senkron hızı belirleyici etkenlerdir. Boyutları önceden belirlenmiş bir makinede kutup aralığının büyümesi kutup sayısının azalmasına neden olur ve bu istenmeyen bir durumdur. Görüldüğü gibi kutup aralığı her açıdan tasarımı etkileye bir faktördür. 2.2.2.4 Kutup Sayısı Kutup sayısının artması uç etkilerini düşürür[2]. Çünkü kutup sayısı arttıkça uç etkisinden kaynaklanan kayıplar kutuplar arasında paylaşılır ve bu durum makine performansını artırır. Dolayısıyla kutup sayısının artırılması makine tasarımında performans açısından önemlidir. Bu faktörlerin dışında tasarımda göz önüne alınması diğer parametreler ve etkileri Tablo 1’de verilmiştir 10 Çizelge 1. Parametre değişikliklerinin performansa etkileri [3]. Etken Hava Aralığı Etken Artarsa g Etken Azalırsa Mıknatıslanma akımı artar İyilik Faktörü artar Çıkış – uç kayıpları artar Çıkıs gücü artar Verim artar İyilik faktörü artar Kutup Aralığı Kutup sayısı artar Arka demiri kalınlığı artar Senkron hız artar Kutup Sayısı 2p Uç etkileri azaları İkincil kısım kaçak reaktansı artar Adım Genişliği w Kaçak reaktans artar Güç artar Verim artar İkincil Kısım Direnci Uç etkileri azalır İyilik Faktörü artar İkincil kısım Ir2 kayıpları Azalır İkincil kısım Kalınlığı İyilik faktörü artar İkincil kısım kaçak Başlangıç akımı artar reaktansı artar 2.2.3 DHİM’lerde Sargı Bağlantı Teknikleri Sargılar üç fazlı sargılardır. Bilindiği gibi döner alan elde etmek için en az iki fazlı sargılara ihtiyaç vardır. Bu sargılar akı eksenleri 90º faz farkı olacak şekilde yerleştirirler ve sargılar arasında akan akımın genlikleri eşit aralarında 90º faz farkı olması gerekliydi. Yürüyen alan elde etmek için en az üç faza ihtiyaç bulunmaktadır. Bu sargılar aynı akı ekseni üzerine yerleştirilmeli ve sargıdan geçen akımlar arasında 120º faz farkı olmalıdır. Sargıların sarım sayıları eşit ve sargı teli kalınlıkları birbirinin aynısı özdeş olmalıdır. Tek fazlı asenkron motorlarda da gölge kutuplu motorda olduğu gibi bazı konfigürasyonlar ile yürüyen alan elde edilebilir. Döner hareketli asenkron motorlarındakine benzer şekilde DHAM’larda da değişik sargı bağlantı türleri bulunmaktadır. Bunlar; 11 a. Kutup sayısı çift olan makinelerde kullanılan tek tabakalı sargılar 1 2 A 3 4 5 6 7 8 9 B 10 11 12 X Şekil 4. Kutup sayısı çift olan makinelerde kullanılan tek tabakalı sargılar[3]. b. Kutup sayısı çift olan makinelerde kullanılan çift tabakalı sargılar A B’ C’ A’ B A’ B C A B’ C A B’ C’ A’ B C’ A’ B C B’ C Şekil 5. Kutup sayısı çift olan makinelerde kullanılan çift tabakalı sargılar [3]. 12 C’ c. Kutup sayısı tek ve son oluklarında tek tabaka bulunan sargılar 1 2 3 A 4 5 6 7 8 9 10 B 11 12 X 13 Y C Şekil 6. Kutup sayısı tek ve son oluklarında tek tabaka bulunan sargılar [3]. d. Çok küçük güçlü makinelerde kullanılan ekonomik sargılar. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Y A Z B X C Şekil 7. Çok küçük güçlü makinelerde kullanılan ekonomik sargılar [3]. Bu sargı şekillerinin birbirlerine karşı üstünlükleri, maliyetleri ile ürettikleri yürüyen hava aralığı alanına bağlıdır. Sekil 4, Sekil 5. ve Sekil 7.’in sargı bağlantıları demir çekirdekten daha fazla faydalanma imkanı sağlarlar ancak üretilen hava aralığı akısı, 13 yürüyen ve gerekli olan alan yanında gereksiz harmonikler de içerir. Sekil 6.’da görülen sargılar ise, orta bölgelerde tamamen yürüyen dalgalar oluşturmalarına rağmen uçlarda bulunan tek tabakalı sargılar civarında yürüyen dalgalara ek olarak, yürümeyen ve sadece titreşen alanlar ortaya çıkarırlar. Bu nedenle yüksek çekme veya itme kuvveti gereken yerlerde kullanılırlar. Sekil 7.’deki sargı tipinde hava aralığı alanında uzay harmoniği fazla olup bu, sargının sargı faktörünün düşmesine yol açar. Ama küçük değerli çekme kuvvetlerinde uygulama alanı bulan bu sargılarda daha az bakır, imal ve montaj kolaylığı gibi üstünlükler bulunmaktadır. Çoğu düz yapılı DHAM’lerin sekonderleri alüminyum veya bakırdan yapılmış levhalardan oluşmaktadır. Çift yanlı düz yapılı DHAM’de hava aralığı akı yoğunluğu tek yanlı olanlara nazaran daha yoğundur. Bu da tek yanlı DHAM’nin daha az kuvvet üreteceğini gösterir. Bu dezavantajına karsın hem bakır, hem demir sarfiyatı daha az, dolayısıyla ağırlığı ve maliyeti daha küçük olacaktır. Başka bir yapıda sincap kafes tip rotora benzer şekilde merdiven biçimli sekonderdir. Bu konuyla ilgili daha ayrıntılı bilgiye [3] nolu kaynaktan ulaşılabilir. 2.2.4 Lineer Senkron Hız Geleneksel döner hareketli bir motoru dikkate alırsak, bu motordan magnetik alanın hızını ve şeklini bozmadan motorun statorunu düz(yassı) hale getirmek mümkündür. Bu düz stator sabit hızla hareket eden bir magnetik alan üretecektir. Lineer motorun senkron hızı aşağıdaki bağıntıda verilmektedir. Vs = 2.p.f (3) Vs: senkron hız [m/s] p: kutup arası genişlik [m] f: frekans [Hz] Formülde görüldüğü gibi senkron hız kutup sayısına bağlı değil fakat sadece kutup adım mesafesine bağlıdır. Bu mantıklı 2 kutuplu lineer motor ile 6 kutup lineer motorun senkron hızı aynı olacaktır. Buradaki şart iki makinenin de kutup genişliğinin birbirine eşit olmasıdır. 14 3. TASARIM Tasarlanan olan DHAM teknik verileri aşağıda verilmiştir. Çizelge 2. DHAM’ın teknik verileri. Çeşit Tek yanlı kısa primerli DHAM Kutup adımı 144 mm Kutup sayısı 2 kutuplu Primer uzunluğu 384 mm Sekonder uzunluğu 600 mm Tek bir bobin sarım (spir) sayısı 90 spir E tipi silisli trafo sacı kalınlığı 0,5 mm Kullanılan EMAYE Bobin teli kesiti 0,8 mm 3.1 Stator Tasarımı Bilindiği üzere bir doğrusal hareketli asenkron motor elde etmek için döner hareketli asenkron motoru kesip açmak gerekir. Ancak uygulamada bu zordur. Onun yerine E tipi trafo saç malzemeleri kullanıldı. İnce silisyumlu trafo saçları şekil 8 da gösterildiği gibi yerleştirildi. Burada çok sayıda trafo sacı kullanılmasının sebebi oluşacak girdap akımları kaybını azaltmaktır. Elde edilebilir trafo saçları, stator uzunluğu ve kutup sayısı stator tasarımını sınırlandırmaktadır. Her birinin kalınlığı 0.5mm olan trafo sacı boyutları mm cinsinden Şekil 10.’da gösterilmiştir. Her bir trafo sacı uzunluğu 96 mm dir. Oluşturulan DHAM için trafo saçlarının paketlenmesinden oluşan kalıplardan 4 tane yan yana koyuldu.(Şekil 9). Dolayısıyla stator boyu 384 mm dir. Her bir kalıpta 70 adet olmak üzere toplam 280 adet aşağıdaki boyutlara sahip trafo sacı kullanıldı. (Şekil 8.) 15 3,2 cm 1,6 3,6 cm 6,4cm 9,6 cm Şekil 8. Trafo saçlarından oluşturulan kalıp Şekil 9. Trafo saçlarının yan yana dizimi 16 16 32 16 16 48 64 96 Şekil 10. Trafo sacı boyutları(mm) 16 3.1.1. Stator Sargı Düzeni Lineer alan oluşturmak için E tipi trafo saç paketlerine saracığımız 3 fazlı sargıların belirli bir sarım teknikleri vardır. Bu sarım tekniklerinden daha önceki sayfalarda bahsetmiştik. Bunların birbirlerine göre bazı avantaj ve dezavantajları mevcuttu. Bu sargı sargıların birbirlerine karşı üstünlükleri, maliyetleri ile ürettikleri yürüyen hava aralığı alanına bağlıdır. Biz tasarlanacak TYDHAM’un statorunda iki tabakalı sargılar kullandık. Çünkü bunlar çok küçük güçlü makinelerde kullanılan ekonomik sargılardır ve daha az bakır, imal ve montaj kolaylığı gibi üstünlükleri vardır. Akım tüketimi azaltmak için sarımlar seridir. Kutup aralığı 144 mm dır. Stator sargı düzeni Şekil 11. ve Şekil 12.’de gösterilmiştir. Şekil 11. Stator sargı düzeni (yan görünüş) K M -K Y GIRIS M -Y CIKIS Şekil 12. Stator sargı düzeni (üst görünüş) 17 Şekil 13. 3 fazlı sistemin Tasarlanan Statora bağlanış biçimi(Autocad çizimi) R Fazı: kırmızı renkle gösterilen hat S Fazı: mavi renkle gösterilen hat T Fazı: yeşil renkle gösterilen hat Elde edilebilir trafo saçları, stator uzunluğu ve kutup sayısı stator tasarımını sınırlandırmaktadır. Yukarıdaki şekiller sargı düzenini 3 farklı açıdan göstermektedir. 3.1.2 Stator Tasarımının Gerçekleştirilmesi İlk olarak 0,5 mm lik E tipi trafo saclarını her birinde 70 tane olacak şekilde paketler oluşturuldu. Bu paketler suntanın üzerine yerleştirildi. Burada yerleştirilen kalıpların boylarının aynı hizaya gelecek şekilde olmasına özen gösterildi. Çünkü sağlıklı bir hava aralığı için bu gerekliydi. Sargıları oluklara yerleştirmek için pres banttan kalıplar oluşturuldu. Bu kalıplardan 6 tane yapılarak her birine 90 spir olacak şekilde 0,8 mm lik sargı teli ile sarımlar oluşturuldu. 3 fazlı bu sargılar oluklara yerleştirildi. Sargıların birbirini tutması için üzerlerine vernik sürüldü. Vernik ayrıca sargıların çıkaracağı sesi azaltacaktır. Dışarı çıkartılam sargı uçları klementslerle şekil 20 de gösterildiği gibi bağlantıları gerçekleştiridi. Hava aralığında lineer bir manyetik alan oluşması için bu bağlantılar önemli ve gereklidir. Sargı çıkışları ise birbirleriyle kısa devre edildi yani sargılar yıldız bağlandı. Yukarıda anlatınlar gerçekleştirilirken oluşturulan sistem adım adım aşağıda fotoraflandırılmıştır. 18 Şekil14. E tipi trafo saçlarından oluşan demir çekirdeğin suntaya monte edilişi Şekil 15. Oluşturulan demir çekirdek, pressbanttan elde edilen sargı kalıbı ve 0,8 mm lik sargı teli 19 Şekil 16. Pressbantın oluklara yerleştirilmiş hali Şekil 17. 90 spirlik sargı ve oluğa yerleştirişmiş hali Şekil 14 E tipi trafo saçlarından oluşan demir çekirdeğin suntaya monte edilişini, şekil 15 ve şekil 16 Oluşturulan demir çekirdek, pressbanttan elde edilen sargı kalıbı ve 0,8 mm lik sargı telini, şekil 17 90 spirlik sargı ve oluğa yerleştirişmiş hali göstermektedir. 20 3.2 Tepki Levhasının(hareket levhası) Tasarımı Lineer motorun düzgün çalışması için uygun bir tepkime levhası gerekmektedir. Tepkime levhası genellikle standart çelik alüminyum veya bakırdan yapılır. Tek taraflı lineer asenkron motor için gereken tepkime levhası 3mm kalınlığında alüminyum yada 2mm kalınlığında bakırdır. Tepkime levhası 2 katmanlı alüminyum-çelik, alüminyum demir olacak şekilde de yapılabilir. Tasarladığımız doğrusal hareketli asenkron motorda tepki levhası hareketli kısmı oluşturmaktadır. Tepkime levhası olarak alüminyum kullanıldı. Bu kısım hareket edeceğinden dolayı tepkime levhasına bir araba görünümü verildi. Tahtadan yapılan U şeklinde arabanın içini alüminyum döşendi ve stator ile alüminyum arasında 1 mm hava aralığı olacak şekilde tekerlekler monte edildi. Böylece hareket levhası tasarımını gerçekleştirilmiş oldu. Tasarımı yapacağımız tepkime levhasının boyutları şekil 18 de, tepkime levhası ile stator arasında hava aralığı boyutları şekil 19 da verilmiştir. 9,2 cm cm 5,3 cm 60 cm cm Şekil 18. Tepkime levhası boyutları 21 0,1 cm 5,3 cm 2,8 cm cm 3,6cm 2,8cm 1,3 cm cm 1,3 cm cm Şekil 19. Tepkime levhası ile stator arasında hava aralığı boyutları Gerçekleştirilen tasarıma ait fotoğraflar şekil 20 ve şekil 21 de sergilenmiştir. Şekil 20. Tasarlanan araba 22 Şekil 21. Arabaya monte edilen aliminyumlar 3.3 Kumanda Devresi Hareketli kısım sistemi terk ettiğinde manyetik devre kendini hava aralığından tamamladığı için sargılar çok fazla akım çekmekte bu da kısa sürede sargıların ısınmasına yol açmaktaydı. Ayrıca hareketli kısım sargıları terk ettiğinde boşta kalan sargılar işlevsiz yere çalışıp enerji kaybına neden olmakta, buda hem verimsiz hem de sağlıksız çalışmaya neden olmaktaydı. Bu ihtiyaçlardan dolayı sistemin kendi kendini otomatik olarak kapatan bir kumanda devresi tasarlamak uygun olacaktır. Kumanda devresi olarak kızılötesi alıcı verici devresi tamda istenen işi yerine getirebilecektir. Bu kumanda devresi basitçe alıcı ve verici olmak üzere iki kısımdan oluşur. Devreler karşılıklı birbirine bakacak şekilde konulduğunda verici devre kızılötesi ışın gönderir, alıcı devre algılar ve alıcı devredeki röle çeker. Eğer iki devre arasına bir cisim girerse alıcı devresindeki röle bırakır ve bu şekilde röle ye bağlı alarm,lamba,sayıcı vb. gibi cihazlar çalıştırılıp kumanda edilebilir. Eğer kızılötesi alıcı ve verici devresi yapılıp bunlar primer çıkışına karşılıklı olarak monte edilirse, hareketli kısım sistemi terk 23 ettiğinde bu iki devre arasına girer, röle bırakır ve rölenin NO kontağı üzerinden bir kontaktörün ana bobinleri enerjilendirilirse 3 fazlı sargılar ile varyak arasındaki bağlantı kontaktör üzerinden kontrol edilebilir. Faz Röle Alıcı Röle Nötr Kontaktör Şekil 22. Kumanda devresinin kontaklarla gösterimi Sigorta Kontaktör R 3 fazlı sargılar S T Şekil 23. Sargıların 3 fazlı sigorta ve kontaktör üzerinden bağlanışı 24 Alıcı ile verici devresi arasında herhangi bir cisim yokken şekil 22’de alıcının kontağı kapalı dolayısıyla röle enerjilenir ve NO kontağı kapanır. NO kontağı üzerinden kontaktörün ana bobinleri enerjilenir, kontaktör çeker şekil 23’deki 3 fazlı sigortanın çıkışları ile sargıların girişleri birbirine bağlanmış olur. İki devre arasına hareketli kısım girdiğinde şekil 22’de alıcı NC kontağı açılır, rölenin enerjisi kesilir. Dolayısıyla kontaktör, rölenin NO kontağı üzerinden enerjisi kesilir. Şekil 23’de 3 fazlı sargıların kontaktör üzerinden sigorta çıkışı ile bağlantısı kesilmiş olur. Kızılötesi alıcı ve verici devresinin ISIS programında çizilmesi, ve simülasyon çalışması şekil 24’te gösterilmiştir. Şekil 24. Kızıl ötesi alıcı ve verici devresinin simülasyonu Devrenin açıkça çalışması şöledir; D1 led diyotu R1 direnci üzerinden enerjilenir ve FT1 fototransistörüne ışın gönderir. Bu durumda fototransistör tetiklenir ve iletime geçer. Fototransistör üzerinden RL1 rölesinin ana bobini enerjilenir ve normalde açık kontağı kapanır, normalde kapalı kontağı açılır. D1 ile FT1 arasına hareketli kısım geldiğinde FT1 tetiklenemez dolayısıyla rölenin ana bobini enerjilenmez, röle kontakları konumunu korur. 25 Karşılıklı olarak yerleştirilen alıcı ve verici devreleri şekil 25’te gösterilmiştir. Şekil 25. Karşılıklı olarak monte edilen alıcı ve verici devresi 3.4 Tasarımın Tamamlanmış Hali Şekil 26. Sistemin yandan görünüşü 26 Şekil 27. Sistemin önden görünüşü Şekil 26 tasarımın bitmiş halinin yandan görünüşünü şekil 27 ise önden görünüşünü göstermektedir. 27 4. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Sistem oluşturulduktan sonra motorun belirli gerilimlerde ne kadar akım ve güç çekeceğini saptayabilmek için ölçümler yapılmıştır. Ayrıca lineer asenkron motorun sekonderi üzerine çeşitli değerlerde yük konularak hız testi yapılmıştır. 4.1 Çekilen Akım Ve Güç Ölçümleri Ölçümleri yapmak için gerekli ampermetre, voltmetre ve watmetre şekil 28’deki gibi bağlanmıştır. A A1 V1 V3 A2 W1 W2 W3 Lineer Motor B V2 C A3 Şekil 28. Ölçü aletlerinin motora bağlanışı Yukarda ki devre bağlantısında W1 = UAB .I B.Cos(UAB .I B) gücünü (4) W2= UBC .I B. .Cos(UAB .I B) gücünü (5) W3= UAC .I B. .Cos(UAC .I B) gücünü ölçüyor. (6) 28 Ayrton yöntemine göre üç faza ait aktif toplam güç ifadesi P3faz = W1 + W2 = Uh . Ih . Cos ile bulunur. (7) W3 = Uh . Ih . Sin ifadesine karşılık gelen gücü ölçmektedir. Bu nedenle motorun harcadığı reaktif gücün karşılığı; Q= .W3 eşitliği ile bulunur. (8) Ölçülen değerler aşağıda tablolar halinde verilmiştir. Çizelge 3. R fazına ilişkin ölçülen değerler Şebeke (%) Akım (A) Gerilim (V) Güç (W) 2% 3 9,23 22,15 4% 4,8 14,88 57,13 6% 6,65 20,88 111,08 8% 8,8 28,47 200,43 10% 10,4 34,5 286,4 12% 13,5 38,02 410,4 14% 15 44,73 536 16% 15,5 52,78 654,4 18% 3 fazlı varyak ile R fazına değişik yüzdelik değerlerde gerilim uygulanarak, bu gerilimler altında ölçülen akım ve güçler çizelge 3’de verilmiştir. 29 Çizelge 4. S fazına ilişkin ölçülen değerler Şebeke (%) Akım (A) Gerilim (V) Güç (W) 2% 3,2 9,1 23,296 4% 4,6 14,21 52,3 6% 6,68 21,32 112,57 8% 8,9 28,39 202,137 10% 10,34 34,45 284,97 12% 13,42 38,1 409,042 14% 15,1 44,68 539,74 16% 15,8 52,72 666,38 18% 3 fazlı varyak ile S fazına değişik yüzdelik değerlerde gerilim uygulanarak, bu gerilimler altında ölçülen akım ve güçler çizelge 4’de verilmiştir. Çizelge 5. T fazına ilişkin değerler Şebeke (%) Akım (A) Gerilim (V) Güç (W) 2% 2,95 9,34 22,04 4% 4,75 14,66 55,71 6% 6,8 20,95 11,956 8% 8,85 28,52 201,92 10% 9,95 34,72 276,371 12% 13,48 38,14 411,302 14% 15,12 45,1 545,53 16% 15,47 52,69 652,092 18% 3 fazlı varyak ile T fazına değişik yüzdelik değerlerde gerilim uygulanarak, bu gerilimler altında ölçülen akım ve güçler çizelge 5’de verilmiştir. 30 Fazlar arası ölçümlerde ufak farklılıklar gözlemlendi. Bu farklılıkların sebebi, sargıların ne kadar titizlikle kutuplara sarılsa da tam olarak özdeş olamadığını gösterebiliriz. Şekil 29’da ölçü aletleri ve tasarım gösterilmektedir. Şekil 29. Lineer motorun bir fazına bağlanan ölçü aletleri 4.2 Lineer Asenkron Motorun Sekonderi Üzerine Yük Konarak Yapılan Hız Testi Lineer asenkron motorun sekonderi üzerine farklı ağırlıklar konulmuş ve 45 V gerilim, 50 Hz frekansta aşağıdaki tablodaki sonuçlar elde edilmiştir. İtme kuvveti için aşağıdaki ifadeler kullanılmıştır. F= itme kuvveti (N) (4) Burada L, hareketli kısmın aldığı mesafeyi t ise bu mesafeyi ne kadar sürede aldığını temsil etmektedir. 31 P = m.g burada; g = 9,81 yerçekimi ivmesi, m=kütle (Kg) (5) = (6) Senkron hız s = 14,4 m/s dir. Sekonderin hareket aralığı 28 cm dir. a = F / m ivme ( N/m ) (7) Çizelge 6. Farklı yüklerdeki hız ölçümleri Ağırlıklar (kg) Süre (ms) Hız (m/s) Kuvvet (N) İvme (N/m) 1,85 (yüksüz) 47 5,95 234,5 126,75 3,1 49 5,71 361,51 116,61 4,35 53 5,28 433,6 99,68 5,6 61 4,59 421,39 75,23 6,85 70,5 3,97 385,9 56.26 Çizelge 6’da hareketli kısmın üzerine konulan değişik değerdeki yükler için süre,hız,kuvvet ve ivme hesaplanmıştır. İlk olarak her yük için hareketli kısmın L mesafesini ne kadar sürede aldığı ölçülmüş, denklem (6) yardımı ile hız, denklem (4) yardımı ile kuvvet son olarak denklem (7) kullanılarak da ivme hesaplanmıştır. Ölçümler sırasında güvenlik üst düzeyde tutulmuştur. Çünkü sistem insan için tehlike oluşturabilecek gerilimlerde çalışmakta, küçük bir dikkatsizlik sonucu ciddi sorunlara yol açabilmektedir. Bu yüzde görünürde temas edilebilecek bütün kablolar yalıtılmış gerekli uyarılar yapılmıştır. Ayrıca motorun fazla akım çekip sargıların yanma ihtimaline karşı 3 fazlı aşırı akım sigortası kullanılarak güvenlik sağlanmıştır. 32 5. SONUÇLAR Proje başarıyla gerçekleştirilmiş olup amaçlandığı gibi hareketli kısmın lineer bir manyetik alanda hareketi sağlanmıştır. Motor üstünde çeşitli deneyler ve ölçümler yapılmıştır. Bunlar içinde önemli olanı makinenin oluşturduğu hız, kuvvet ve ivmedir. Denklem 3 yardımıyla oluşturulan makinenin senkron hızı; s = 14,4 m/s ( p = 144 mm, f = 50 Hz ) olarak bulunmuştu. Lineer Asenkron Makinenin Çalışması için hareketli kısmın hızı bu hızdan küçük olması gerekmektedir. Statorun üzerine çeşitli değerde ağırlıklar konup, oluşturulan hız, kuvvet ve ivme değerleri çizelge 6 da, oluşan grafikler de şekil 30, şekil 31 ve şekil 32 de verilmiştir. 7 6 Hız(m/sn) 5 4 Hız 3 2 1 Ağırlık (kg) 0 1,85 3,1 4,35 5,6 6,85 Şekil 30. Ağırlık – hız grafiği Şekil 30 hareketli kısmın üzerine çeşitli değerde ağırlıklar konulması ile hızının değişiminin grafiğini göstermektedir. Taşınacak yükteki artış hızı düşürmekle birlikte 33 çalışmayı engelleyecek bir düşüş yaşanmamıştır. Oluşturan küçük prototip bir DHAM için uygulama olarak yük taşınmasında bu hız değerleri idealdir. 500 450 400 kuvvet (N) 350 300 250 Kuvvet 200 150 100 50 Ağırlık(kg) 0 1,85 3,1 4,35 5,6 Şekil 31. Kuvvet – ağırlık grafiği Şekil 31 hareketli kısmın üzerine çeşitli değerde ağırlıklar konulması ile oluşturulan kuvvetin değişiminin grafiğini göstermektedir. 34 140 120 ivme(N/m) 100 80 İvme 60 40 20 Ağırlık(kg) 0 1,85 3,1 4,35 5,6 Şekil 32. İvme – ağırlık grafiği Şekil 32 hareketli kısmın üzerine çeşitli değerde ağırlıklar konulması ile oluşturulan ivmenin değişiminin grafiğini göstermektedir. 35 6. YORUMLAR VE DEĞERLENDİRME Tasarlanan doğrusal hareketli asenkron motor 2 kutuplu olup,kullanılan sargılar 2 tabanlı sargılardır. DHAM pratik tasarım maliyetini azaltmak için mümkün olduğunca basit tasarlanmıştır. DHAM performans ve verimi arttırmak için her alanda geliştirilebilir. Deney aşamalarında sistemde oluşan uç etkileri açıkça hissedilmiştir. Hareketli levhaya lineer kuvvet etkimesi için 3 sargı yani 1 kutbu görmesi gerekmektedir. Buda hareket alanını kısıtlamaktadır. Ayrıca sargı giriş ve çıkışlarında titreşimlere yol açmaktadır. Bununla birlikte hava aralığının fazla olması sargıların büyük değerlerde akım çekmesine ve ısınmasına yol açmaktadır. Bu nedenle hava aralığı mümkün olduğunca küçük tutulmuş, hareketli kısım sistemi terk ettiğinde sargılardan yüksek değerde akım geçmemesi için kumanda devresiyle sargıların enerjisi kesilmesi sağlanmıştır Değişken frekans sürücüleri ve değişken gerilim kıyıcıları ile motor hızı kontrol edilebilir. Ayrıca bir kontrol paneli veya devresi vasıtasıyla fazların yerleri değiştirilirse, motorun dönüş yönü değiştirilebilir. Düzgün bir anahtarlama ile makine ileri geri hareket ettirilebilir. 1890’lardan beri lineer motor biliniyor olmasına rağmen, bu alanda sadece küçük atılımlar olmuştur. Lineer motor teknolojisi yavaş gelişmektedir. Büyük şirketler bu konuda yeni yeni atılımlar yapmaya başlamıştır. Bunun gibi küçük projeler lineer motora olan ilgilin atmasına yardımcı olacaktır. Uygulamada özellikle hızlı trenlerin çalışmasında Lineer Motordan yararlanılır. Lineer Motorların çok yüksek değerde hızlara çıkabilmeleri bu tür trenler için vazgeçilmez bir özelliktir. Ayrıca günümüzde NASA uzaya roket fırlatmak için Lineer Motorların bu özelliğinden faydalanmakta, kısa bir sürede roketin çok yüksek bir hıza çıkmasını sağlamaktadır. Bunların dışında uzun bir yapıya sahip bir fabrikada malzemenin bir uçtan bir uca taşınmasında kayış-kasnaklı sistemlere nazaran bu sistemler tercih edilebilir, gerekli yatırımlar ile bu motorların gelişimi sağlanırsa daha yüksek verim ile taşıma işlemi gerçekleştirilebilir. 36 KAYNAKLAR [1]. Akpınar, A.S., Doğrusal Hareketli Elektrik Makineleri Yüksek Lisans Ders Notları, KTÜ, 2004. [2]. Gieras, J.F., Linear Induction Drives, Clarendon Pres, Oxford, 1994. [3]. Nasar, S.A. and Boldea, I., Linear Motors: Theory, Design and Practical Applications,Prentice-Hall, Inc., New Jersey, 1987. [4]. Nasar, S.A. and Boldea,I., Linear Motion Electric Machines, John Wiley&Sons, 1976. [5]. Özkop, E., Dogrusal Hareketli Asenkron Motorun Bulanık Mantıkla Kontrolü, Yüksek Lisans Tezi, K.T.Ü., Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon, 2006. 37 EKLER EK 1 Malzeme Çizelgesi Malzeme Miktar Birim Fiyat(TL) Toplam(TL) E tipi Trafo sacı 18 kg 10 180 0,8 mm sargı teli 0,5 kg 60 30 3 fazlı sigorta 1 Adet 30 30 Kontaktör 1 Adet 45 45 Baskı Devre Malzemeleri 1 Adet 20 20 3x2,5 mm Güç Kablosu 1 Adet 10 10 315 38 EK 2 Standartlar Ve Kısıtlamalar Formu 1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız. Deneysel veya uygulama amaçlı küçük bir model halinde oluşturulmuştur. Maddi kısıtlar tasarım boyutunu kısıtlamaktadır. Endüstriyel uygulamalarda daha büyük bir modeli oluşturulursa kullanım açısından daha iyi olacaktır. 2. Projenizde bir mühendislik problemini kendiniz formüle edip, çözdünüz mü? Eşdeğer devre Üzerinden çeşitli formüller üretilmeye çalışılmış olup, gerekli çözümler yapılmıştır. Yapılan formülüzasyon işlemleri tez de belirlitmiştir. 3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız? Enerji Dönüşümü, Elektrik Makineleri( özellikle Asenkron Makine) dersi bilgilerinden faydalanarak, edilinen beceriler kullanmaya çalışıldı. Lineer Motorlar lisans üstü programında anlatılan bir derstir. Ama çalışma bakımından asenkron makineye benzediği için bu derste anlatılan bilgiler yararlı olmuştur. 4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir? Güvenirlik, Hassasiyet, Zamanında Teslim, optimum maliyet, yüksek performans 5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir? a) Ekonomi Demir nüve ve sargı maliyetleri öğrenci bütçesini aşan maddi değeri yüksek malzemelerdir. Tasarımda mümkün olduğu kadar optimum maliyet sağlanmaya çalışılmıştır. b) Çevre sorunları: Projemizde kullanacağımız manyetik alan çok aşırı bir büyüklükte olmamakla beraber manyetik bir zararlılık söz konusu olabilir. Bunun haricinde proje herhangi bir zarar teşkil etmemektedir c) Sürdürülebilirlik: Yapmak istediğimiz çalışma, sürdürülebilirliğini devam ettirmektedir. Örneklerini görmekteyiz; proje gerçek hayatta MAGLEV (MANYETİK LEVİTASYON) treni adı verilen trenlerde kullanılmaktadır. Ayrıca uzun bir yapıya sahip bir fabrikada malzemenin bir uçtan bir uca taşınmasında, gerekli yatırımların yapılması halinde bu motorlar kullanılabilir. 39 d) Üretilebilirlik: Endüstride kullanılabilir ve üretilebilir hale getirmek için ek ilave sistemler eklenebilir. Proje bu haliyle deneme amaçlı optimum maliyette tasarlanmış küçük bir uygulamadır. Eğer bu gibi projelerle Lineer Motorlara yatırım teşvik edilirse, ileride malzeme taşınmasında kayış – kasnaklı sistemlerin yerini alabilir. e) Etik: Lineer motor ile levha hareketi projesi daha önce yapılmış örneği olan bir projedir. Ancak biz bu projeyi gerçekleştirirken daha önce ki projeleri kendimize örnek alarak, onlardan farklı ve kendi özgünlüğünü yaratan bir proje gerçekleştirme çalıştık. Özellikle daha önce yapılan primeri hareketli Lineer Motor yerine tersi olan sekonderi hareketli bir motor tasarlamayı uygun gördük. f) Sağlık: Büyük ölçüde Sağlık tehditleri olmamaktadır. g) Güvenlik: Görünürde temas edilebilecek bütün kablolar yalıtılmış gerekli uyarılar yapılmıştır. Ayrıca motorun fazla akım çekip sargıların yanma ihtimaline karşı 3 fazlı aşırı akım sigortası kullanılarak güvenlik sağlanmıştır. h) Sosyal ve politik sorunlar: Ders yoğunluğu ve diğer yapılan projeler birer sorun teşkil ederek,bitirme projesine ayrılan zamanı kısıtlamıştır. LİNEER MOTOR İLE LEVHA HAREKETİ Projenin Adı Projedeki Adları Öğrencilerin Recep HURMADALOĞLU, Emin Olcay DOKUZ Tarih ve İmzalar 40 ÖZGEÇMİŞ 1989 yılında, Trabzon’un Arsin İlçesi’nde doğdu. İlkokulu Trabzon ‘un çeşitli ilçelerinde tamamladıktan sonra 2006 yılında Trabzon Fatih Lisesi’nden mezun oldu. 2008 yılında başladığı Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi ElektrikElektronik Mühendisliği Bölümü’nden halen eğitimine devam etmektedir. Yabancı dil olarak İngilizce bilmektedir. Emin Olcay DOKUZ ÖZGEÇMİŞ 1990 yılında, Düzce’nin Akçakoca ilçesinde doğdum. İlkokulumu Akçakoca Hamiyet Sevil ilköğretim okulunda tamamladıktan sonra 2008 yılında Akçakoca Anadolu Lisesinden mezun oldum. Aynı yıl başladığım Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği bölümünde eğitimime devam etmekteyim. Recep HURMADALOĞLU 41
