tc adıyaman üniversitesi mühendislik fakültesi elektrik

T.C.
ADIYAMAN ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
ELEKTRİK MAKİNALARI LABORATUVARI I
DENEY FÖYLERİ
Hazırlayan
Arş. Gör. Ahmet NUR
DENEY-1
TRANSFORMATÖRLERDE POLARİTE TAYİNİ
 Kapaksız raporlar değerlendirilmeyecektir.
1. Teorik Bilgi
1.1 Elektrik Makinaları
Elektrik Makinaları elektrik enerjisini mekanik enerjiye veya mekanik enerjiyi elektrik
enerjisine dönüştüren cihazlardır.
Transformatörler, alternatif akımda gerilim veya akım seviyesini yükseltmek veya düşürmek
için kullanılırlar. Transformatörler, manyetik devre yapısı bakımından motor ve generatörlere
benzediklerinden elektrik makineleri ile birlikte değerlendirilmektedirler.
1.2 Manyetik Alan
Manyetik alanlar, elektrik makinelerinde enerji dönüşümünü sağlayan temel mekanizmadır.
Manyetik alanların elektrik makinelerinde kullanılması dört ana prensip ile açıklanır:
1. Akım taşıyan bir tel etrafında bir manyetik alan üretilir.
2. Zamanla değişen bir manyetik alan eğer bir sargıyı keserse, sargıda bir gerilim
endüklenir. Bu olay transformatör prensibini açıklar.
3. Akım taşıyan bir iletken manyetik alan içinde bulunursa, iletkende bir kuvvet
üretilir. Bu olay motor prensibini açıklar.
4. Manyetik alan içindeki bir iletken hareket ederse, üzerinde bir gerilim endüklenir.
Bu olay generatör prensibini açıklar.
Manyetik alan kavramını daha iyi anlayabilmek için bir mıknatısı ele alalım. Bir mıknatıs
demir gibi manyetik bir malzemeye yaklaştırıldığında, belirli bir mesafeden sonra demir
parçasını kendisine doğru çektiği görülür. Bu durumda, demir parçasına bir kuvvet etki
etmektedir. Bu kuvvet manyetik alan olarak tanımlanır. Manyetik alanı göstermek için
kullanılan çizgiler kuvvet çizgisi veya akı olarak tanımlanır.
2
1.3 Manyetik Akı
Bir mıknatısta manyetik alan yönünü gösteren kuvvet çizgileri manyetik akı olarak tanımlanır
ve F sembolü ile gösterilir, birimi weber dir. Manyetik akı yönü N kutbundan S kutbuna
doğru olup kapalı bir devre oluşturur. Manyetik alandaki kuvvet çizgilerinin sayısı manyetik
akının değerini verir. Manyetik akı yolunda demir gibi bir manyetik malzeme varsa, manyetik
akı yolunu değiştirir. Plastik gibi manyetik olmayan bir malzeme varsa, yolunu değiştirmez.
1.4 Elektromanyetik Alan
İçinden akım geçen bir iletkenin etrafında bir manyetik alan meydana gelir. Oluşan manyetik
alanın büyüklüğü geçen akım miktarına bağlıdır ve yönü sağ el kuralı ile bulunur. Eğer
iletken bir bobin şeklinde sarılırsa, toplam manyetik alan her bir iletkenden geçen manyetik
alanların toplamına eşit olur.
İletken bir manyetik nüve (çekirdek) üzerine sarılır ise, manyetik akı nüve üzerinden devresini
tamamlar.
3
Nüve etrafına sarılı sargıdan geçen akım tarafından manyetik alanın üretilmesini açıklayan
temel kanun Ampere Kanunu’dur.
Burada H manyetik alan şiddeti olup Inet akımı tarafından üretilir. l (L) manyetik akı yolunun
uzunluğudur ve birimi metredir. Çekirdek (nüve); demir veya ferromanyetik malzemeler
olarak bilinen belirli diğer metallerin alaşımından yapılmış ise, akım tarafından üretilen bütün
manyetik alanın nüve içerisinde kaldığı varsayılacaktır. Böylelikle, Ampere Kanunu’ndaki
integralin yolu, nüvenin ortalama yol uzunluğu lcore olacaktır. Akım taşıyan sargı telleri bu
yolu N defa keserler. Böylece integral alanı içinden geçen akım, manyetik alan şiddeti ile
manyetik alan yolu uzunluğunun çarpımına eşit olur.
Elektrik makinalarında kullanılan önemli bir manyetik büyüklük de manyetik akı
yoğunluğudur. Manyetik akı yoğunluğu manyetik alana dik bir birim alandan geçen akı
miktarıdır. Manyetik akı yoğunluğu B harfi ile gösterilir ve birimi Wb/m2 veya Tesladır (T).
Manyetik alan şiddeti H ve manyetik akı yoğunluğu B arasındaki ilişki ise:
şeklindedir. Burada; μ malzemenin manyetik geçirgenliğidir.
1.5 Manyetik geçirgenlik
Manyetik geçirgenlik (μ), malzeme içerisinden manyetik alanın geçişini tanımlayan bir
parametredir. Her malzeme bir manyetik geçirgenliğe sahiptir. Manyetik geçirgenliği yüksek
olan malzemelerde daha kolay manyetik alan oluşur. Boşluğun manyetik geçirgenliği μ0 ile
temsil edilir ve değeri sabittir, μ0 = 4π 10−7 H/m. Herhangi bir malzemenin geçirgenliği ile
havanın geçirgenliğinin oranlanması bağıl geçirgenliği μr verir. Bağıl geçirgenliğin yüksek
olması malzemenin manyetik özelliğinin yüksek olduğu anlamına gelir. Örneğin elektrik
4
makinalarında kullanılan çeliğin bağıl manyetik geçirgenlikleri 2000-6000 arasındadır. Bu
nedenle elektrik makinalarında manyetik akı, hava yerine 2000-6000 kat daha geçirgen olan
çelik üzerinden geçmektedir. Sonuç olarak bir nüvedeki akı yoğunluğunun genliği:
Toplam manyetik akının değeri ise:
2. Deney
Transformatörlerin birbirleriyle seri ve paralel bağlantılarının sağlıklı yapılabilmesi için,
bağlanacak transformatörlerin polaritelerinin bilinmesi zorunludur. Polarite, transformatörün
bobin gerilimlerinin ani yönlerini belirtir. Transformatörlerin primer ve sekonder sargılarının
her iki uçları, alternatif gerilimin frekansına bağlı olarak zaman zaman işaret değiştirirler.
Bunun için, transformatörün hangi ucunun hangi işareti taşıdığının yani polaritesinin
bilinmesi çok önemlidir. Sargıların polaritelerinin bilinmesi, transformatörlerin birbirleri ile
paralel bağlanmalarında veya çeşitli sargıların kendi aralarında bağlanmalarında büyük
kolaylık sağlar.
Bir transformatörde, yan yana bulunan primer ve sekonder uçları birbirine bağlanır ve primere
nominal gerilim uygulanırsa, boşta kalan diğer uçlar arassna voltmetre bağlandığında bir
gerilim değeri okunur. Bu değer; primer ve sekonder gerilimlerinin toplamını verirse
transformatör artı polariteli, farkını verirse eksi polaritelidir (şekil 1).
Şekil 1. (a) Eksi Polariteli, (b) Artı polariteli transformatör
5
2.1 Deneyin Yapılışı
Şekil 2’deki devre şemasını kurunuz. Düşüren tip transformatörün giriş ve çıkış uçlarından
birer tanesini birbiriyle kısa devre ediniz. Boşta kalan diğer uçlar arasına bir voltmetre
bağlayınız. Transformatörün giriiine 220V/50Hz gerilim uygulayarak voltmetrede okunan
değeri kaydediniz. Eğer voltmetrede okunan değer, giriş gerilim değerinden fazla ise
transformatör pozitif (+) polariteli, düşük ise negatif polaritelidir (-).
Şekil 2. Polarite tayini deneyi bağlantı şeması
Çalışma Soruları
1. Manyetik alanların elektrik makinelerinde kullanılması hangi prensipler ile açıklanır?
2. A transformer core with an effective mean path length of 10 in has a 300-turn coil wrapped
around one leg. Its cross-sectional area is 0.25 in2, and its magnetization curve is shown in
Figure below. If current of 0.25 A is flowing in the coil, what is the total flux in the core? What
is the flux density?
(Solution H=295 A.t/m, B 1.27 T, Φ=0.000205 Wb)
6