DC jeneratörler, DC jeneratörlerin çalışma prensibi, DC jeneratörlerin yapısı, DC jeneratörlerin çalışma mantığı, DC jeneratör çeşitleri, DC jeneratörlerin kullanım alanları
DC jeneratörler
DC GENERATÖRLER
1.1. Doğru Akım Üretim Esasları
Bir iletkende gerilim oluşturabilmek endüksiyon prensibine dayanır. Endüksiyon prensibine göre; iletken ve manyetik alanın birbirlerini etkileyecek şekilde konumlandırılıp, en az birinin hareket ettirilmesi sonucunda iletkendeki yükler harekete geçer. Bu olay sonucunda iletkende bir gerilim meydana gelir. İletkende meydana gelen akımın yönü sağ el kuralına göre bulunabilir. Şekil 1.1’i inceleyiniz.
• Sağ el kuralı: Birbirlerine dik tutulan; baş, işaret ve orta parmaklardan, baş parmak hareket yönünü (V), işaret parmağı manyetik alan yönünü (B) gösterecek şekilde tutulursa, orta parmak iletkenden geçecek olan akımın yönünü (I) gösterir.
Şekil 1.2’de mıknatısın N-S kutupları arasında iletken 1,2,3 ve 4 yönlerinde ayrı ayrı hareket ettirilmektedir. İletkenin bu yönlerdeki hareketi sonucunda iletken üzerinde sağ el kuralına uygun olarak akımlar meydana gelir. Şekil 1.3, 1.4 ve 1.5’te bu akımların oluşumu görülmektedir.
Dikkat edilirse Şekil 1.5’te akım oluşmamıştır. Sağ el kuralına göre de akım oluşması mümkün değildir.
Manyetik alanda hareket ettirilen iletkende akım oluşabilmesi için; iletkenin alan kuvvet çizgileriyle arasında bir kesişme açısı olmalıdır. Şekil 1.5’te iletken, alana paralel hareket etmektedir.
1.2. İndüklenmiş Gerilimin Güç Etkileri
Manyetik alan içerisinde hareket ettirilen bir iletkende indüklenen (oluşan) elektromotor kuvvetinin (EMK) değeri, birim zamanda kesilen kuvvet çizgisi sayısı ile orantılıdır. İletkenin hareket ederken kuvvet çizgileriyle yaptığı açı kesilen kuvvet çizgisi
sayısını etkiler.
e = B * l * v * Sina *10-8
e: İletkende indüklenen elektromotor kuvvet………………….Volt
B: Birim yüzeydeki manyetik kuvvet çizgisi sayısı……………….Gaus/cm2
l: Manyetik alan içerisinde hareket eden iletkenin boyu……….cm ?: İletken ile manyetik kuvvet çizgileri arasındaki açı…………Derece 10-8: Sonucun volt olarak bulunması için gerekli olan sabit çarpan
Örnek 1: Kuvvet çizgilerini 900’lik bir açı ile kesecek şekilde hareket eden iletkenin boyu 40 cm, hareket hızı 250 cm/sn ve içerisinde bulunduğu alanın değeri 10000 gaus/cm2’ dir. İletkende indüklenen EMK’nin değerini bulunuz?
Çözüm 1:
Dikkat: İletken ile alan çizgileri arasındaki açı?=900 iken sin900=1 olacağından, iletkende indüklenen gerilim maksimum olur. ?=00 iken sin00=0 değerini alacağından indüklenen gerilim minimum olur. Şekil 1.3 ve Şekil 1.4’te ?=900 iken, Şekil 1.5’te ?=00’dir.
1.3. DC Generatörlerin Çalışma Esasları
Generatörlerin çalışma esasları endüksiyon prensibine dayanır. Harici bir manyetik alan içerisinde dönen bobinde gerilim indüklenir. İndüklenen gerilimin yönü Lenz kanununa göre kendisini oluşturan harici manyetik alana zıt bir EMK üretecek yöndedir. Üretilen bu EMK, dış devreye alınarak enerji ihtiyacı olan alanlarda kullanılır.
Kısaca açıklamak gerekirse; elektrik enerjisi üretmek için iki temel eleman ve bir işleve ihtiyacımız vardır. Bunlar;
Manyetik alan: Doğal mıknatıs veya elektromıknatıs ile elde edilebilir.
İletken: Elektrik akımını ileten maddedir. (Bakır telden yapılan bir bobin olabilir.)
İşlev: İki elemandan en az birinin hareket etmesidir. (Genellikle iletken hareketlidir.)
Şekil 1.6’da bu temel elemanlar ve işlevleri görülmektedir.
Geriye kalan bunların uygun biçimde bir araya getirilmesinden ibarettir. Bir araya getirilirken dikkat edilmesi gereken husus; hareket gerçekleşirken iki temel elemanın birbirlerinden etkilenmesini sağlamaktır. Bunun için de, ya manyetik alan iletken demetinin içerisinde oluşturulur veya iletken demeti manyetik alan içerisinde tutulur. Yani döner mıknatıslı veya döner bobinli olur.
Küçük güçlü generatörlerde genellikle manyetik alan dışta iletken demeti ise içte bulunur. Elde edilen gerilimin yönü hareketin ve manyetik alanın yönüne bağlı olarak değişir. Hareketin yönü veya manyetik alanın yönü değişirse oluşan gerilimin dolayısıyla dışarı alınan akımın yönü değişir. Elektrik makineleri dairesel hareket gerçekleştirdikleri için oluşacak olan akımın yönü, hareket yönüne bağlı olarak sürekli değişir. Şekil 1.6’da dikkat edilirse, bobinin üst (N kutbu) kısmında ve alt (S kutbu) kısmında akım yönleri farklıdır. Sağ el kuralı ile de oluşacak akımın yönü tespit edilebilir.
Buraya kadar anlatılanlar generatörün temel çalışma esasıdır.
1.4. Generatörlerde Komütasyon Kutbu ve Dengeleme Sargısının Kullanımı
Generatörlerin bir bobininde akımın fırçalar ve kolektör yardımı ile yön değiştirmesine komütasyon denir. Komütasyonu kolaylaştırmak için çeşitli yöntemler kullanılır. Bunlardan biri komütasyon kutbu adı verilen yardımcı kutupların kullanılmasıdır. Komütasyon kutupları ana kutupların arasına tam nötr bölgesine konur. Şekil 1.7’de komütasyon kutbunun kullanımı görülmektedir.
Endüvi manyetik alanının kutup manyetik alanına karşı gösterdiği zorluğa endüvi reaksiyonu denir. Büyük güçlü generatörlerde endüvi reaksiyonunun etkisi dengeleme (kompanzasyon) sargısı kullanılarak giderilir.
1.5. DC Generatörlerin Yapısı ve Çeşitleri
DC generatörlerin yapısı başlıca dört kısımdan oluşur. Bunlar:
Gövde ve kutuplar (Şekil 1.9)
Endüvi ve göbek (Şekil 1.10)
Kolektör ve fırçalar (Şekil 1.11)
Yatak, kapak ve diğer parçalar (Şekil 1.12)
1.6. DC Generatörlerin Çalışması
Generatörlerin çalışma esaslarında anlatılan ve şekil 1.6’da oluşumu gösterilen akım her yarım turda yön değiştirir. Büyük güçlü generatörlerde kutuplar elektromıknatıslardan oluşur. Kutupları oluşturan bu elektromıknatıslara uyartım sargısı ismi verilir.
Yönü değişken olan bu akımı tek yönlü olarak dışarı alabilmek için kolektör (komütatör) ve fırçalardan oluşan bir düzenek kullanılır. Şekil 1.13 ve Şekil 1.14’ü inceleyiniz.
1.6.1. Dışarıdan UyartımlıŞönt Generatör
Uyartım sargısı harici bir DC kaynak tarafından beslenen generatörlere dışardan uyartımlı generatörler denir. Şönt generatörlerde uyartım (indüktör) sargısı endüvi sargılarına paralel bağlanmıştır. Şönt dinamolarda endüvi uçları A-B, kutup sargı uçları I-K, yardımcı kutup sargı uçları ise G-H harfleri ile belirtilir. Uyartım direncinin uçları t-s-q ile gösterilir. Şekil 1.15’i inceleyiniz.
1.6.2. Kendinden UyartımlıŞönt Generatör
Uyartım sargısını kendi ürettiği enerji ile besleyen generatörlere kendinden uyartımlı denir. Sargı uçları harfle gösterilirken dışarıdan uyartımlışönt generatörden farklı olarak kutup sargı uçları C-D ile gösterilir. Şekil 1.16’yı inceleyiniz.
1.6.3. Kompunt Generatör
Hem seri hem de paralel iki farklı kutup sargısı bulunan generatörlerdir (Şekil 1.17).
Seri ve paralel kutup sargıları birbirlerinin alanlarını destekliyorsa buna eklemeli kompunt, birbirlerinin alanlarını zayıflatıyorsa buna ters kompunt denir (Şekil 1.18).
1.6.4. Seri Generatör
Uyartım sargısının endüvi sargısına seri bağlı olan generatörlerdir. Sargı uçları gösterilirken şönt generatörlerden farklı olarak kutup sargı uçları E-F harfleri ile gösterilir. Şekil 1.19’u inceleyiniz.
1.6.5. DC Generatörlerde Gerilim ve Polarite Miktarının Denetimi
Generatörlerde gerilim ayarı yapabilmek için; kutuplardan geçen uyartım akımının, dolayısıyla kutupların manyetik alanlarının denetlenmesi gerekir.
1.6.6. DC Generatörlerde Arıza Giderme
Generatörlerde arızalar; kutuplarda, kolektör ve fırçalarda, endüvide ve yatak-kapak gibi elemanlarda meydana gelir.
1.6.6.1. Kutup Arızaları
• Devre kopukluğu: Sarım dikkatsizliği, sarsıntı, çekme, dışarıdan darbe veya bobin içerisinde meydana gelen bir kısa devre sonucu oluşabilir.
Sargı uçları devreden ve endüviden ayrılarak seri lamba ile kontrol edilerek kopukluğun hangi sargıda olduğu bulunabilir.
• Kısa devre: Bobin uçlarının veya sarımların birbirlerine veya gövdeye değmesidir.
Kısa devre kontrolü voltmetre ile yapılır. Kutup sargılarına gerilim uygulanarak her bobinin ucundaki gerilim ölçülür. Farklı gerilim ölçülen bobinin içerisinde kısa devre vardır.
• Gövdeye kaçak: Kutup sargılarının yalıtkanlığının bozulması, bağlantı ve kutup bobinlerinin birbirlerine değmesi ile olabilir. Kontrol için, bobin bağlantıları çözülüp seri lamba ile ölçülür.
1.6.6.2. Kolektör ve Fırça Arızaları
Kolektörde oluşan arızalar, gövdeye kaçak ve iki veya daha fazla dilimin kısa devre olmasıdır. Dilimler arasıtemizlenerek giderilebilir.
Fırçaların kolektöre bastığı noktada şerare meydana geliyorsa fırçada arıza vardır. Çeşitli sebeplerden kaynaklanan bu arıza fırçanın değiştirilmesiyle giderilir.
1.6.6.3. Endüvi Sargı Arızaları
Endüvide kısa devre: Arızalı bobinde yüksek ısı oluşur ve bağlı olduğu kolektör dilimlerinde kararmalar meydana gelir. Arızalı endüvi, endüvi ölçüm cihazı (Growler) üzerine konulup bobin olukları üzerine ince bir sac konulur. Sac hangi bobin üzerinde titrerse o bobin arızalıdır.
Kopukluk: Endüvinin ısınması, kolektörde kararma ve fırçalarda şerare ile kendini gösterir. Arızalı endüvi growler cihazına konup kolektör dilimleri arasındaki gerilim ölçülür. Kopuk olan bobinde gerilim ölçülemez.
Gövdeye kaçak: Kolektörde şerare ve endüvide aşırıısınma ile kendini gösterir. Seri lamba ile kontrolden sonra, bobin uçları kolektörden ayrılarak yine seri lamba ile kaçağa sebep olan bobin veya bobinler bulunabilir.
1.6.6.4. Yatak ve Mekanik Arızalar
DC makinelerinde en çok arıza yapan parçalardan biri yataklardır. Uzun süre çalışmaktan veya bakımsızlıktan bozulabilir. Gürültülü ve vuruntulu çalışma ile kendini gösterir. Yatakların değiştirilmesi ile düzeltilir.