DOĞRU AKIM DARBELEYİCİSİ İLE BESLENEN YABANCI UYARTIMLI MOTORUN TORK-HIZ KARAKTERİSTİĞİ

DOĞRU AKIM

DARBELEY İCİSİ İLE BESLENEN Y ABANCI UY ARTIMLI MOTORUN TORK HIZ KARAKTERİSTİĞİ

Dr. İsmail COŞKUN

Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi

ÖZET

Doğru akım motorlarının hız kontrolunda kullanılan klasik yöntemlerin genellikle tepki hızları ve verimleri düşük o lup, maliyetleri yüksektir. Bu çalışmada doğru akımın darbelenmesi incelenmiş ve doğru akım darbeleyicisi ile beslenen yabancı uyartımlı bir motorun tork hız karakteristiği çıkarılmıştır.

1. GİRİŞ

Endüstriyel uygulamaların çoğunda hızları değişebilen sistemlere ihtiyaç vardır. Değişik hız ihtiyacı, çeşitli me kanik sistemlerle karşılanabileceği gibi hızın kaynağında değiştirilebilme özelliğinden dolayı ya D.A. motorları ya da A.A. motorları yardımıyla karşılanabilir. A.A. motorları nın hızları stator kutup sayısına ve frekansına bağlıdır. Çalışan bir motorun hızını değiştirmek için stator frekan sının değiştirilmesi gerekir. D.A. makinasının şekil 1'deki eşdeğer devresi esas alınarak kararlı çalışan makinaya ait denklemler aşağıdaki gibi yazılabilir.

YÜA.

ŞEKİL 1

Uç gerilimi

Ea = Ra'a + Eg

0)

Zıt e.m.k.

Eg = k, O N

(2)

Tork

T = k2<!) l a

(3)

Manyetik akı

<> = k 3 l f

(4)

Bu ifadelerde, k ı, k2, k3, sırasıyla endüvi, tork ve en düktör sabiteleridir. (1) ve (2) nolu denklemler yardımıyla

D.A. motorunun hız ifadesi bulunabilir.

N=

M

(5)

Bu ifadeye göre D.A. motorlarının hızı,

1. Manyetik akıya (<]>)

2. Endüvi akımına (la) 3. Uç gerilimine (Ea)

bağlı olarak değişir.

Manyetik akının değiştirilmesiyle yapılan hız kontrolunda motor hızı belli değerin altına düşürülemez. Motor hızını yükseltmek için manyetik akının azaltılması gerekece ğinden, motor torku düşerken endüvi akımı da yükselir. Akımın yükselmesinin bir sonucu olarak komutasyon bo zulur, fırçalarda ark meydana gelir, endüvi sargıları ısınır ve motor yükü taşıyamaz.

Uç gerilimini değiştirerek yapılan hız kontrolunda çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Bunlardan bazılarına, Ward Leonard sistemi ve motor generatör setleri gibi elektro mekanik sistemler ve yarı iletken malzemelerle yapılan statik sistemler örnek olarak gösterilebilir. Elektromeka nik sistemlerin ağırlıkları ve hacımları fazla, verimleri dü şük ve maliyetleri yüksektir. Yarıiletken malzemelerle yapılan faz kontrol yöntemiyle alternatif akım doğru akı ma çevrilirken aynı anda elemanın iletim açısı değiştirile

3/8

rek dcğru gerilimin ortalama değeri ayarlanabilir (1). Böy lece, değişken uç gerilimi faz kontrol yöntemiyle elde edilebilir. Ancak bu yöntem şebekenin güç katsayısını etkilemekte ve şebekelerde darbelere sebep olmaktadır (2). Şebekenin frekansı sabit olduğundan, özellikle küçük iletim açılarında ve düşük devirlerde iletim süresi çok küçülmektedir. Bu durum ise motorda tork salınım larına ve vuruntulara sebep olmaktadır (3).

Uç gerilimini değiştirerek motor hızını ayarlamak için fre kansı değişebilen bir doğru akım darbeleyicisi kullanarak yukarıda belirtelen sorunlar ya azaltılır ya da yok edilebi lir.

2. DOĞRU AKIMIN DARBELENMESİ

Tristör gibi kontrol edilebilen bir yarı iletken elemanı ileti me ve kesime getirmek suretiyle, genliği sabit doğru geri limiı, ortalama değeri ayarlanabilen doğru gerilime dönüş türen devrelere darbeleyici denir. Aslında, doğru akım darbeleyicisi, iletim durumunda kaynağı yüke bağlayan ana tristörü tekrar kesime getirmek için içerisinde yar dımcı bir tristör bulunan bir komütasyon devresidir. Bu devreler yardımıyla genliği sabit doğru gerilimden, ayar lanabilir doğru gerilim elde edilmesinde şekil 2'de görülen başlıca iki çalışma modu kullanılır. Şekil 2.a'daki evirici doğrultucu modda, doğru akım önce alternatif akıma dönüştürülür, daha sonra düşürücü ya da yükseltici bir transformatör yardımıyla gerilim isteni len büyüklüğe ayarlanır ve tekrar doğrultularak ayarlı doğru gerilim elde edilir. Bu modda enerji dönüşümü iki aşamalı olduğundan sistem pahalı ve verimi düşüktür (2).

Şekil 2.b.'deki doğru akım darbeleyicisi ile doğru gerilim, şekil 3'de görüldüğü gibi direkt olarak ayarlanabilen doğru gerilime dönüştürülebilir. Tristörün iletim süresince (tj) kaynak doğrudan yüke bağlanır. Tristör kesimde iken tK aralığında yük uçları kaynaktan ayrılır. Tristörün fletim kesim durumu sonucu direnç uçlarında meydana gelen darbelenmiş gerilimin ortalama değeri, t, E. E t|+tk

EOf Ea

(6)

olur.

Burada,

t; = iletim aralığı

tk= kesim aralığı T = tj + tk = darbeleme peryodu a = t, / T = transfer oranıdır.

Doğru akım darbeleyicilerinin kullanma yerlerinin başında doğru akım motorlarının hız kontrolü gelir. Uyartım akımı sabit tutulan yabancı uyartımlı bir doğru akım motorunun endüvi uç gerilimi sıfır ile kaynak gerilimi arasında değiş tirilirse, motorun hızı da sıfır ile anma hızı arasında deği şir. Darbeleyici ile beslenen motorun tork hız karakteris tiği faz kontrol yöntemiyle beslenen motorun tork hız ka rakteristiğine göre daha iyidir (4).

ŞEKİL 3

3. DARBELEY İCİ İLE BESLENEN Y ABANCI UY ARTIMLI MOTORUN PERFORMANSI Tork hız karakteristiği çıkarılan doğru akım makinası "SIEMENS" firması tarafından üretilmiş 110 V., 1450 d /d ve 2 Hp gücünde laboratuvar tipi bir motordur. Makinanın

A. A.

y/c

ŞEKİL 2

yabancı uyartımlı motor olarak çalışabilmesi için şekil 4'deki bağlantı yapılmıştır. Motorun endüktörü bir köprü bağlı diyot grubuyla çalışma gerilimine uygun olacak şekilde doğrudan A.A. kaynağına bağlanmıştır. Motorun hız kontrolü için endüvi gerilimini değiştirmek amacıyla endüvi devresine bir darbeleyici bağlanarak endüvi uç gerilimi ayarlanmıştır.

Deney sırasında, darbeieme frekansının düşük olduğu durumlarda ve özellikle a 'nın küçük değerlerinde motor akımı kesikli olmuştur. Bu bakımdan motorun tork hız ka rakteristiği hem kesikli akım için, hem de sürekli akım için çıkarılmıştır. Motorun tork hız karakteristiğini çıkar mak için motor miline fukofrenli dinamometre bağlanmış ve mildeki moment dinamometreden ölçülürken hız ise aynı mile bağlı takometreden okunmuştur.

Akımın kesikli ve sürekli durumu için motorun tork hız karakteristiği değerleri alınırken, darbeleyici transfer oranı önce 0,4 olarak ayarlanmış ve motorun yükü ka deme kademe anma yüküne kadar yükseltilmiştir. Özel likle küçük darbeieme frekansında ve transfer oranında akımdaki kesilme süresi uzamaktadır.

Kesikli endüvi akımı ve çeşitli transfer oranları için dar beleyici ile beslenen yabancı uyartımlı motora ait tork hız eğrileri şekil 5'de verilmiştir.

Endüvi akımının sürekli olması için ya endüvi devresine uygun değerde bir endüktans bağlanmalı ya da darbe ieme frekansı yükseltilmelidir. Ancak darbeieme frekansı yükseldikçe, darbeieme peryodu içindeki komutasyon zamanının etkinliği artmaktadır. Sürekli endüvi akımı ve

ŞEKİL 4

çeşitli taransfer oranları için motora ait tork hız karakte ristik eğrileri şekil 6'da verilmiştir.

SONUÇLAR

Bu çalışmadan aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir.

1. Darbeleyici ile beslenen yabancı uyartı mlı bir motorda, motorun komütasyon kapasitesi artarken motor akı mının etkin değeri azalmaktadır. Bunun sonucu ola rak motorun daha az enerji harcadığı ve ısındığı göz lenmiştir.

2. Endüvi akımının sürekli olmasını sağlamak için endüvi devresine endüktans bağlama yerine, darbeleme fre kansı yükseltilmiş ve benzer sonuç elde edilmiştir.

3. Y ükün çeşitli değerlerinde ve hız kontrol aralığında, motor kollektörlerinde meydana gelen arkın, faz kont rol yöntemiyle yapılan hız ayarlanmasındakine göre daha az olduğu sonucuna varılmıştır.

4. Transfer oranı küçüldükçe hızdaki düşüş daha hızlı ol maktadır. Bu durum darbeleme frekansı yükseltilerek kompanze edilebilmektedir.

KAY NAKLAR 1. Ritcey J.W. , "Silicon controlled rectifıer manual",

General electric Covp. , Aubum (1979) 2. Lander C.W.. "Power electronics". McGraw Hill, U.K.

(1981) 3. Sıngh S.N. and Kohli D.R., "Analysis and performance of a chopper controlled separately excited D.C. motor", IEEE trans. on ındustrial electronics, IE 29, No. 1 (1982) 4. Farrer W. , "DC to DC thyristor chopper for tractıon applıcatıon Proc. IEE, 125, 239 (1976)