TEK FAZLI ASENKRON MOTOR -...
Transcript of TEK FAZLI ASENKRON MOTOR -...
T.C.
KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
Mühendislik Fakültesi
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
TEK FAZLI ASENKRON MOTOR
196084 Yeşim Aysel BAYSAL
196107 Fatma İdil ÖZTAŞKIN
196139 Yasin YILDIZHAN
Prof. Dr. Cemil GÜRÜNLÜ
Mayıs 2012
TRABZON
T.C.
KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
Mühendislik Fakültesi
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
TEK FAZLI ASENKRON MOTOR
196084 Yeşim Aysel BAYSAL
196107 Fatma İdil ÖZTAŞKIN
196139 Yasin YILDIZHAN
Prof. Dr. Cemil GÜRÜNLÜ
Mayıs 2012
TRABZON
LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU
Yeşim Aysel BAYSAL, Fatma İdil ÖZTAŞKIN ve Yasin YILDIZHAN tarafından Prof.
Dr. Cemil GÜRÜNLÜ yönetiminde hazırlanan “ Tek Fazlı Asenkron Motor ” başlıklı
lisans tasarım projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans
Bitirme Projesi olarak kabul edilmiştir.
Danışman : Prof. Dr. Cemil GÜRÜNLÜ
Jüri Üyesi 1 :
Jüri Üyesi 2 :
Bölüm Başkanı : Prof. Dr. İsmail Hakkı ALTAŞ
V
ÖNSÖZ
Günümüzde kullanım alanı oldukça geniş olan tek fazlı asenkron motorların yapısının
ve çeşitlerinin incelenmesi, motora ait deneylerin tasarlanması, gerçekleştirilmesi ve
simülasyon çalışması yapılarak elde edilen sonuçların yapılan deneylerin sonuçlarıyla
karşılaştırılması bu lisans bitirme projesinin konusu olmuştur. Ayrıca bu proje kapsamında
deneylerin yapılabileceği bir deney seti de yapılmıştır.
Bu projenin konusunun belirlenmesinde bize fikir veren danışman hocamız Sayın Prof.
Dr. Cemil GÜRÜNLÜ’ ye, projemizin ilerlemesine katkıda bulunan Teknisyen Yüksel
SALMAN’ a, Arş. Gör. M. Şinasi AYAS‘ a ve Öğr. Gör. Oğuzhan ÇAKIR’ a
yardımlarından dolayı teşekkürlerimizi sunarız. Karadeniz Teknik Üniversitesi
Rektörlüğü’ne, Mühendislik Fakültesi Dekanlığına ve Elektrik-Elektronik Mühendisliği
Bölüm Başkanı Sayın Prof. Dr. İsmail Hakkı ALTAŞ hocamıza bu çalışmayı
desteklediklerinden dolayı içten teşekkürlerimizi sunarız. Ayrıca tez çalışmamız boyunca
yanımızda olan ailelerimize de teşekkür ederiz.
Mayıs 2012
Yeşim Aysel BAYSAL
Fatma İdil ÖZTAŞKIN
Yasin YILDIZHAN
VI
VII
İÇİNDEKİLER
LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU III
ÖNSÖZ V
İÇİNDEKİLER VI
ÖZET XI
ÇİZELGE LİSTESİ VIII
ŞEKİL LİSTESİ XIV
SEMBOLLER VE KISALTMALAR XVI
1.GİRİŞ 1
2. TEORİK ALTYAPI 5
2.1. TEK FAZLI ASENKRON MOTORUN YAPISI 5
2.2.TEK FAZLI ASEKRON MOTORUN ÇALIŞMA PRENSİBİ 5
2.3. TEK FAZLI ASENKRON MOTORUN ÇEŞİTLERİ 7
2.4. YARDIMCI SARGILI TEK FAZLI ASENKRON MOTORLAR 7
2.4.1. KONDANSATÖRSÜZ (ENDÜKTİF YOLVERMELİ) TEK FAZLI
ASENKRON MOTORLAR 7
2.4.2.TEK KONDASATÖRLÜ TEK FAZLI ASENKRON MOTORLAR 8
2.4.3. DAİMİ KONDASATÖRLÜ TEK FAZLI ASENKRON MOTORLAR 9
2.4.4. ÇİFT KONDASATÖRLÜ TEK FAZLI ASENKRON MOTORLAR 9
3. TASARIM 11
3.1. DENEY SETİNİN TASARIMI 11
3.2. ELEKTRONİK DEVRENİN TASARLANMASI 13
3.3. PIC PROGRAMININ ÇALIŞMA PRENSİBİ VE AKIŞ DİYAGRAMI 17
VIII
3.4. DENEYLERİN TASARIMI 19
3.4.1. KİLİTLİ ROTOR DENEYİNİN TASARIMI 19
3.4.2. BOŞTA ÇALIŞMA DENEYİNİN TASARIMI 20
3.4.3. TEK FAZLI ASENKRON MOTORUN KARAKTERİSTİKLERİNİN
ÇIKARILMASI DENEYİNİN TASARIMI 21
3.4.4. FARKLI KAPASİTE DEĞERLERİNDE KALKIŞ AKIMININ
İNCELENMESİ DENEYİNİN TASARIMI 22
4.SİMÜLASYONLAR 24
4.1. TEK FAZLI ENDÜKTİF YOL VERMELİ ASENKRON MOTOR
SİMÜLASYONU 27
4.2. TEK FAZLI TEK KONDANSATÖRLÜ ESENKRON MOTORUN
SİMÜLASYONU 30
4.3. TEK FAZLI ÇİFT KONDANSATÖRLÜ ESENKRON MOTORUN
SİMÜLASYONU 33
5. DENEYSEL ÇALIŞMA 38
5.1. BOŞTA ÇALIŞMA DENEYİ 38
5.1.1. DENEYİN YAPILIŞI 38
5.2. KİLİTLİ ROTOR DENEYİ 38
5.2.1. DENEYİN YAPILIŞI 38
5.3. DAİMİ KONDASATÖRLÜ TEK FAZLI ASENKRON MOTORUN YÜKLÜ
HALDEKİ KARAKTERİSTİKLERİNİN İNCELENMESİ DENEYİ 42
5.3.1. DENEYİN YAPILIŞI 42
5.4. FARKLI KAPASİTE DEĞERLERİNDE KALKIŞ AKIMININ İNCELENMESİ
DENEYİ 44
IX
5.4.1. DENEYİN YAPILIŞI 44
6. SONUÇLAR 46
6.1. KISA DEVRE DENEY SONUÇLARIN 46
6.2. BOŞTA ÇALIŞMA DENEY SONUÇLARI 46
6.3. . DAİMİ KONDASATÖRLÜ TEK FAZLI ASENKRON MOTORUN YÜKLÜ
HALDEKİ KARAKTERİSTİKLERİNİN İNCELENMESİ DENEY SONUÇLARI 47
6.4. FARKLI KAPASİTE DEĞERLERİNDE KALKIŞ AKIMININ İNCELENMESİ
DENEYİNİN SONUÇLARI 49
7.YORUMLAR VE DEĞERLENDİRME 50
7.1. MATLAB/ SIMULİNK Çalışmasının Yorumlanması 50
7.2. Deneysel Çalışmaların Yorumlanması 51
7.3. Değerlendirme 51
KAYNAKLAR
EK- 1
EK- 2
ÖZGEÇMİŞ
X
XI
ÖZET
Tek fazlı asenkron motorlar birçok sebeple hayatımızın hemen hemen her alanında
kullanılmaktadır. Bu sebeplerin başında ucuz ve basit yapılı olması gelir. Ayrıca üç fazlı
motorlara göre daha düşük gerilim seviyesinde çalışmaları bu motorların sık
kullanılmasının diğer bir sebebidir. Hayatımızda bu denli yeri olan tek fazlı asenkron
motorun teorik, deneysel ve simülasyon çalışmalarıyla incelenmesi ve bu çalışmaların
yapılabileceği bir deney setinin gerçekleştirilmesi bu tezin konusudur.
Projenin teorik altyapı bölümünde tek fazlı asenkron motorların temel yapısı, çalışma
prensibi ve çeşitleri hakkında bilgi verilmiştir. Tasarım bölümünde tek kondansatörlü ve
daimi kondansatörlü asenkron motora ait moment- devir (M- n), moment- akım (M- I),
moment- güç faktörü (M- cosφ) karakteristiğinin çıkarılması deneyleri, kullanacağımız
motorun parametrelerini belirlemek için boşta çalışma ile kilitli rotor deneyleri ve farklı
kapasite değerlerinin kalkış akımına etkisinin incelenmesi için deneysel çalışma
tasarlanmıştır. Ayrıca bu bölümde merkezkaç anahtar ve takometre görevi yapan bir
elektronik devre tasarımı ile deneylerin yapılacağı deney seti tasarımı yer almaktadır.
Simülasyon bölümünde MATLAB/ SİMULİNK programını kullanılarak tasarım
bölümünde tasarlanan deneylerin simülasyonu yapılmıştır. Deneysel çalışmalar bölümünde
ise tasarlanan deney seti yapılarak planlanan deneyler gerçekleştirilip gerekli veriler elde
edilmiştir. Sonuç bölümünde simülasyon çalışmalarıyla deneysel çalışmalar karşılaştırılıp
her iki çalışmada da motorun teorikte bilinen karakteristikleri elde edilmiş ve verimli
çalışma aralıkları belirlenmiştir. Böylece tasarlanan bu deney setiyle yapılan deneyler
sonucunda beklenen verilere ulaşılmıştır.
XII
XIII
ÇİZELGE LİSTESİ Sayfa No
Çizelge 1.1. İş zaman çizelgesi 4
Çizelge 3.1. Maliyet hesabı 23
Çizelge 4.1. Simülasyondaki motor parametreleri 24
Çizelge 4.2. Endüktif yolvermeli asenkron motora ait simülasyon ölçümleri 28
Çizelge 4.3. Tek fazlı tek Kondansatörlü asenkron motora ait simülasyon ölçümleri 31
Çizelge 4.4. Tek fazlı çift kondansatörlü asenkron motora ait simülasyon ölçümleri 34
Çizelge 5.1. Boşta çalışma deney sonuçları 38
Çizelge 5.2. Kilitli rotor deney sonuçları 39
Çizelge 5.3. Tek fazlı asm’ nin yüklü haldeki davranışlarının ölçüm sonuçları 42
Çizelge 5.4. Değişik kapasitelerde akım değerleri 44
Çizelge 6.1. Kısa devre deney sonuçları 46
Çizelge 6.2. Boşta çalışma deney sonuçları 46
Çizelge 6.3. Tek fazlı asm’ nin yüklü haldeki davranışlarının hesaplama sonuçları 47
XIV
ŞEKİL LİSTESİ Sayfa No
Şekil 2.1. Kondansatör yokken ana sargı ile yardımcı sargı akımları arasında
oluşan faz farkı 6
Şekil 2.2. Kondansatör varken ana sargı ile yardımcı sargı akımları arasında
oluşan faz farkı 6
Şekil 2.3. Kondansatörsüz tek fazlı asenkron motor 8
Şekil 2.4. Tek kondansatörlü tek fazlı asenkron motor 8
Şekil 2.5. Daimi kondansatörlü tek fazlı asenkron motor 9
Şekil 2.6. Çift kondansatörlü tek fazlı asenkron motorlar 10
Şekil 3.1. Deney setinin tasarım planı 12
Şekil 3.2. n <1020 d/d iken Proteus programının çıktısı 15
Şekil 3.3. n >1200 d/d iken Proteus programının çıktısı 16
Şekil 3.4. PIC programının akış diyagramı 18
Şekil 3.5. Daimi kondansatörlü asenkron motorun elektriksel bağlantı şeması 21
Şekil 4.1. Tek fazlı asenkron motorun karakteristiğinin belirlenmesi için
projede kullanılan model 25
Şekil 4.2. Modelde kullanılan alt sistem 26
Şekil 4.3: Endüktif yol vermeli asenkron motorun zamana göre akım ve hız eğrileri 27
Şekil 4.4. Endüktif yol vermeli asenkron motorun akım- moment karakteristiği 28
Şekil 4.5. Endüktif yol vermeli asenkron motorun devir- moment karakteristiği 29
Şekil 4.6. Endüktif yolvermeli asenkron motorun güç faktörü- moment karakteristiği 29
Şekil 4.7. Tek fazlı tek kondansatörlü asenkron motorun zamana göre akım ve hız
eğrileri 30
XV
Şekil 4.8. Tek kondansatörlü asenkron motorun akım- moment karakteristiği 31
Şekil 4.9. Tek kondansatörlü asenkron motorun devir- moment karakteristiği 32
Şekil 4.10. Tek kondansatörlü asenkron motorun güç faktörü- moment karakteristiği 32
Şekil 4.11. Çift kondansatörlü asenkron motorun zamana göre akım ve hız eğrileri 33
Şekil 4.12. Çift kondansatörlü asenkron motorun akım- moment karakteristiği 34
Şekil 4.13. Çift kondansatörlü asenkron motorun devir- moment karakteristiği 35
Şekil 4.14. Çift kondansatörlü asenkron motorun güç faktörü- moment karakteristiği 35
Şekil 4.15. Tek fazlı asenkron motorlar için akım- moment karakteristiği 36
Şekil 4.16. Tek fazlı asenkron motorlar için güç faktörü- moment karakteristiği 37
Şekil 4.17. Tek fazlı asenkron motorlar için devir- moment karakteristiği 37
Şekil 5.1. Boşta çalışma deney bağlantı şeması 40
Şekil 5.2. Kilitli rotor deney bağlantı şeması 41
Şekil 5.3. Tek fazlı asenkron motorun yüklü haldeki karakteristiklerinin incelenmesi
deneyi bağlantı şeması 43
Şekil 5.4. Farklı kapasite değerlerinde kalkış akımının incelenmesi deneyi bağlantı
şeması 45
Şekil 6.1. Tek fazlı asenkron motorun Endüvi gerilimi- Akım karakteristiği 48
Şekil 6.2. Tek fazlı asenkron motorun Endüvi gerilimi- Devir karakteristiği 48
Şekil 6.3. Tek fazlı asenkron motorun Endüvi gerilimi- Güç faktörü karakteristiği 49
Şekil 6.4. Akımın kapasiteye göre değişim grafiği 49
XVI
SEMBOLLER VE KISALTMALAR
: Stator akımı
: Rotor akımı
: Stator manyetik akısı
: Rotor Manyetik Akısı
: Ana Sargı Akımı
: Yardımcı Sargı Akımı
: Daimi kondansatör
: Yol verme kondansatörü
: Mıknatıslanma reaktansı
: Kilitli rotor gerilimi
: Kilitli rotor akımı
: Kilitli rotor gücü
: Kilitli rotor empedansı
: Kilitli rotor direnci
: Kilitli rotor reaktansı
: Boşta çalışma gerilimi
: Boşta çalışma akımı
: Boşta çalışma gücü
: Boşta çalışma empedansı
: Boşta çalışma direnci
: Boşta çalışma reaktansı
: Ana sargı faz açısı
: Yardımcı sargı faz açısı
PF: Güç faktörü
XVII
f: Frekans
M: Moment
: Boşta çalışma hızı
: Motor giriş gücü
: Endüvi gerilimi
: Stator direnci
: Stator reaktansı
: Rotor direnci
: Rotor reaktansı
P: Çift kutup sayısı
1. GİRİŞ
Bir çok makinanın çalışabilmesi için motorlara ihtiyaç duyulur. Bu makinalardan
özellikle günlük hayatımızda yer alanlarının çoğunda tek fazlı asenkron motorlar
kullanılmaktadır. Örneğin; evimizdeki buzdolabında, çamaşır makinesinde, bulaşık
makinesinde, mikserde, vantilatör gibi pek çok makinada tek fazlı asenkron motor
mevcuttur. Bu motorların yapımının basit olması, fiyatının ucuz olması ve düşük gerilim
değerlerinde çalışması bu motorların daha çok tercih edilmesinin sebebidir. Tek fazlı
asenkron motorların bu kadar etkin kullanımı bu motorların iyi bir şekilde öğrenilmesini
gündeme getirmektedir. Bu nedenle bu lisans bitirme tezinde tek fazlı asenkron motorlar
kapsamlı olarak incelenmeştir. Amaç bu motorların yapısını, çalışmasını ve
karakteristiklerini iyice anlamak ve bu bilgileri deneyler ve simulasyon çalışmalarıyla
desteklemektir.
Öncelikle tek fazlı asenkron motorların yapısının, çalışma prensibinin ve çeşitlerinin
incelenmesi, daha sonra motorun karakteristiklerinin MATLAB/ SIMULİNK programında
incelenmesi, son olarak da bu karakteristiklerin deneysel olarak incelenmesi bu tezin
kapsamını oluşturmaktadır.
Tasarım projesi kapsamında tasarlanan deneyleri gerçekleştirebilmek için öncelikle bir
deney seti tasarlandı. Yapılacak deneylerde akım, gerilim, güç ve devir sayısı ölçümü
gerektiğinden bu deney setinde 2 tane pano tipi AC digital ampermetre, 2 tane pano tipi
AC digital voltmetre, 1 tane wattmetre ve devir sayısını görüntülemek için de 1 tane LCD
gösterge bulunmaktadır. Devir sayısı takometreyle de ölçülebilirdi fakat daha kullanışlı bir
deney seti oluşturmak için devrin LCD ekranda gösterilmesi tercih edilmiştir. Bunun için
de elektronik bir devre tasarlammıştır. Elektronik devrede devir sayısını ölçmek için optik
çift kullanılmıştır. Devrede PIC16F628A entegresi kullanılmış olup program MPLAB
programında C dilinde yazılmıştır. Tek fazlı asenkron motorların bazı çeşitlerinde yol
verme amaçlı kullanılan yardımcı sargı ve kondansatör devreden çıkarılırken bazılarında
ise daima devrede kalmaktadır. Kondansatörün devreden çıkarılması gereken motorlarda
2
bu işlem motor nominal devrinin %75’ ine geldiğinde yapılmalıdır. Tasarlanan elektronik
devre de bu durum da göz önüne alınarak motor devri nominal devrin %75’ ine geldiğinde
yardımcı sargı ve kapasite röle aracılığıyla devre dışı bırakılmaktadır. Fakat bu projede
kullanılan motor daimi konsantörlü olduğu için devrenin bu kısmı aktif olarak
kullanılmamıştır. Deney seti kondansatörün devreden çıkarılması gereken bir motor çeşidi
için kullanılırsa kondansatörün otomatik olarak devreden çıkması için bu özellik
eklenmiştir. Aksi taktirde deneyi yapan kişinin motor devrinin ne zaman %75’ e ulaştığını
kestirmesi zor olabilir. Böyle bir durumda sargılar yanabilir. Bunu önlemek için deney
setine eklenen bu özellik oldukça kullanışlı olmaktadır. Aslında piyasadaki mevcut
motorların bazılarında motor miline takılı olan merkezkaç anahtarı aynı görevi
yapmaktadır fakat her zaman motorun kendinde böyle bir anahtar olmayabileceği göz
önüne alınarak deney setinde bu özelliğe yer verilmiştir.
Deney seti yapımı bitirildikten sonra öncelikle motorun boşta çalışma ve kilitli rotor
deneyleri yapılarak motora ait parametreler hesaplanmıştır. Daha sonra ise motora ait
moment- devir (M- n), moment- akım (M- I) ve moment- güç faktörü (M- cosφ)
karakteristiğinin çıkarılması için motorun yüklü haldeki davranışlarının incelenmesi deneyi
ve son olarak da farklı kapasitede değerlerinde motorun kalkış akımının incelenmesi
deneyi yapılmıştır. Bu deneyler yapılırken yük olarak DC bir generatör motor miline
akuple edilmiştir. Bu generatörün endüvi gerilimi tek fazlı varyak kullnılarak değiştirilmiş
böylece momentin değişmesi sağlanmıştır. Generatör DC olduğu için varyaktan alınan
çıkış gerilimi bir köprü doğrultucuyla doğrultulup o şekilde generatöre verilmiştir. Ayrıca
köprü doğrultucunun çıkışına DC gerilimdeki dalgalanmayı ortadan kaldırması için bir
kapasite eklenerek sabit bir DC gerilim elde edilmiştir. Deneyler, deneylerin yapılışı
kısmında detaylı bir şekilde anlatılmıştır.
MATLAB/ SIMULİNK’ de de motorun yüklü haldeki davranışları incelenmiştir. Bu
yapılırken Matlab’ in ‘help’ sekmesinden yararlanılmıştır. Burdaki ‘Single-Phase
Asynchronous Machine’ [1] modeli üzerinde değişikler yapılıp projeye uygun olacak
şekilde düzenlenerek simulasyon yapılmıştır. Bu model üzerinden gidilerek motor çeşidi
değiştirilip tek fazlı asenkron motorun değişik çeşitlerindeki karakteristiklerinin inceleme
fırsatı ele geçirilmiştir. Çünkü böyle bir incelemeyi pratikde gerçekleştirmek tek fazlı
asenkron motorun her çeşidine sahip olma güçlüğünden dolayı çok mümün değildir. Fakat
deneylerde kullanılan motor daimi kapasiteli bir motor olup bu motor için Matlab’ de bir
3
model mevcut değildir. Bu nedenle sonuçları birebir karşılaştırmak mümkün olmamıştır.
Elimizde mevcut tek bir motor bulunduğundan Matlab’ deki modelde kullandığımız
parametler gerçek motor parametreleri olmayıp help’ deki modele ait parametrelerdir.
Tek fazlı asenkron motorlar geniş kullanım alanından dolayı bir çok çalışmanın konusu
olmuştur. Fakat daha çok tek fazlı asenkron motorun hız kontrolü, yolverme mekanizması
ve uygun kapasite değerinin belirlemesi çalışmaları yapılmıştır.
1994’ de Alexander Domijan ve Yin Yuexin yaptıkları çalışmada örnek bir motoru
EMTP programında modelleyerek moment için deney sonuçlarını ve modelleme
sonuçlarını karşılaştırmışlardır [2].
1996’ da D. Umans tarafından yapılan çalışmada tek fazlı asenkron motorlar bilgisayar
ortamında modellenmiş ve tork ifadesi motor genel denklemlerinden elde edilmiştir. Bu
denklemlerin çözülmesi sonucunda torkun zamanla değişimi incelenmiştir [3].
Selin Özçıra, Nur Bekiroğlu ve Engin Ayçiçek tek fazlı asenkron motorların
karakteristiklerinin incelenmesi, karşılaştırılması ve uygun yolverme mekanizmasının
seçimi üzerine çalışma yapmışlardır. Bu çalışmada tek fazlı asenkron motor çeşitlerinden
yardımcı sargılı, kondansatör yolvermeli, sürekli kondansatörlü ve gölge kutuplu asenkron
motorlar için deneyler yapılmış ve deney sonuçlarından yararlanılarak motor
karakteristikleri elde edilmiş ve karşılaştırılmıştır [4].
Bu çalışmada yapılanlardan farklı olarak çift kondansatörlü tek fazlı asenkron motorun
da karakteristikleri incelenmiştir. Ayrıca kapasite ve yardımcı sargının motor devri
nominal devrin %75’ ine gelince devreden çıkarılmasının elektronik bir devreyle
gerçekleştirilmesine yapılan literatür çalışmasında rastlanmamıştır.
Bu proje boyunca yapılan çalışmalarda Çizelge 1.1.’ deki iş-zaman çizelgesi takip
edilmiştir.
4
Çizelge 1.1. İş zaman çizelgesi
Yapılan işler Başlangıç/Bitiş
Tarihi
ŞUBAT
MART NİSAN MAYIS
Tek fazlı asenkron motor
deneyinde kullanılacak
malzemelerin temini
22.02.2012
29.02.2012
Deney düzeneğinin ana
gövdesinin oluşturulması
29.02.2012
08.03.2012
Kapasite ve yardımcı
sargının devreden
çıkarılması ve aynı
zamanda LCD ekranda
devir sayısının
görüntülenmesi için
elektronik devre
tasarlanması
08.03.2012
22.03.2012
Tasarlanan devrenin PIC
programı üzerinde
çalışılması
22.03.2012
08.04.2012
Devrenin kontrolü için
PROTEUS programında
simülasyon çalışmasının
yapılması
08.04.2012
15.04.2012
Devrenin elektronik kart
olarak gerçekleştirilmesi
15.04.2012
22.04.2012
Deney setinin
hazırlanması ve deneylere
başlanması
22.04.2012
02.05.2012
Tek fazlı asenkron
motorların devre
parametrelerinin
hesaplanması
02.05.2012
08.05.2012
Daimi kondansatörlü tek
fazlı asenkron motorun
karakteristiğinin
çıkarılması deneyinin
yapılması
08.05.2012
12.05.2012
Tek fazlı asenkron
motorda yardımcı sargıya
farklı kapasite değerleri
bağlayarak kalkış
akımının incelenmesi
deneyinin yapılması
12.05.2012
15.05.2012
Tezin yazılıp bitirme
projesinin tamamlanması
15.05.2012
24.05.2012
2. TEORİK ALTYAPI
2.1. Tek Fazlı Asenkron Motorun Yapısı
Tek fazlı asenkron motorlar yapısal olarak stator, rotor ve yatakdan oluşmuştur. Stator
birer yüzeyi yalıtılmış silisli saçların paketlenmesinden yapılmış manyetik nüve ile bu
nüveyi taşıyan gövdeden oluşmuş olup, stator çevresine sargıların yerleştirilmesi için
oluklar açılmıştır. Rotoru ise kısa devre çubuklu (sincap kafesli) ve silisli saçların
paketlenmesinden meydana gelmiştir. Sargıların soğutulması için de rotor mili üzerine
soğutma (vantilasyon) pervanesi yerleştirilmiştir.
2.2. Tek Fazlı Asenkron Motorun Çalışma Prensibi
Üç fazlı asenkron motorlarda olduğu gibi tek fazlı asenkron motorların da çalışması için
döner bir manyetik alana ihtiyaç vardır. Bu alanın oluşabilmesi akı eksenleri ile arasında
90˚ faz farkı olan iki sargı ve bu sargılardan 90˚ faz farklı akım akıtmak gerekmektedir. Bu
alanı tek fazlı şebeke gerilimi ile sağlamak için tek fazlı asenkron motorun stator
oluklarına ana sargı dışında yardımcı sargı olarak adlandırılan sargılar ana sargıyla akı
eksenleri arasında 90˚ faz farkı olacak şekilde yerleştirilirler. Aynı gerilimde çalışan iki
ayrı sargıdan birinin diğerine göre endüktifliği daha çok olursa bu iki sargıdan akan
akımlar arasından akımları arasında bir faz farkı oluşur. Bu nedenle ana sargı yardımcı
sargıya göre daha kalın kesitli (omik direnci küçük) ve çok spirli (endüktansı büyük),
olarak yapılır. Yardımcı sargı ise ince kesitli (omik direnci büyük) ve az sarımlı
(endüktansı küçük) olarak hazırlanır. Buna rağmen yardımcı sargı, sarım sayısından ötürü
az da olsa endüktif özellik gösterecek, ana sargı ise uzunluk ve kesitinden ötürü tamamen
endüktif olmayacaktır. Bu sebeplerden dolayı ana sargı akımı ve yardımcı sargı akımı
arasında 90°’ den küçük bir açı farkı olacaktır. Bu açı farkını 90°’ ye ulaştırmak için
yardımcı sargı devresine seri bir kondansatör bağlanır. Böylece yardımcı sargı akımı,
gerilimden daha ileri faza alınmış olur. Şekil.2.1’ de kondansatör yokken ana sargı ile
yardımcı sargı akımları arasında oluşan faz farkı gösterilmektedir. Şekil 2.2’ de ise
6
kondansatör varken ana sargı ile yardımcı sargı akımları arasında oluşan faz farkı
gösterilmektedir. Görüldüğü gibi kondansatör varken yardımcı sargı akımı gerilimden ileri
faza geçmiş ve ana sargı ile yardımcı sargı arasındaki açı artarak 90°’ ye yaklaşmıştır. Bu
konu hakkında daha detaylı bilgi edinmek için kaynak [3]’ den faydalanabilinir.
Şekil 2.1. Kondansatör yokken ana sargı ile yardımcı sargı akımları arasında oluşan faz
Farkı
Şekil 2.2. Kondansatör varken ana sargı ile yardımcı sargı akımları arasında oluşan faz
farkı
7
2.3. Tek Fazlı Asenkron Motorun Çeşitleri
Tek fazlı asenkron motorlar çeşitlerine göre 4 gruba ayrılır.
1. Yardımcı Sargılı Asenkron Motorlar
a. Kondansatörsüz (endüktif yol vermeli)
b. Tek kondansatörlü
c. Daimi kondansatörlü
d. Çift kondansatörlü
2. Yardımcı Kutuplu Asenkron Motorlar
3. Relüktans Motorlar
4. Küçük Senkron Motorlar
Yapılan çalışmalarda yardımcı sargılı tek fazlı asenkron motoru kullanıldığından
raporda bu motor üzerinde durulmuştur.
2.4. Yardımcı Sargılı Tek Fazlı Asenkron Motorlar
2.4.1.Kondansatörsüz (Endüktif Yol Vermeli) Tek Fazlı Asenkron Motorlar
Bu motorlarda sadece ana sargıya paralel bağlı yardımcı sargı bulunmaktadır. Bu sargı
motorun devir sayısı nominal devir sayısının %75-80’ ine ulaştığında yardımcı sargıya seri
bağlı olan merkezkaç anahtar aracılığıyla devreden çıkarılır. Şekil 2.3. ‘ de kondasatörsüz
tek fazlı asenkron motorun devre modeli gösterilmektedir. Bu motorlar düşük kalkış
momentli ve yol alma zamanı küçük yüklerde tercih edilirler. Çünkü kalkış anındaki
momenti anma momentinden daha küçük olup kalkış akımı ise anma akımının neredeyse 7
katı kadardır [4].
8
Şekil 2.3. Kondansatörsüz tek fazlı asenkron motor
2.4.2. Tek Kondansatörlü Tek Fazlı Asenkron Motorlar
Tek kondansatörlü tek fazlı asenkron motorların yardımcı sargılı tek fazlı asenkron
motorlardan farkı yardımcı sargıya seri bağlanan kondansatördür. Şekil 2.4.’ de tek
kondansatörlü tek fazlı asenkron motorun devre modeli gösterilmektedir. Devredeki
kondansatör ve seri bağlı olduğu yardımcı sargılar motor hızı nominal hızın yaklaşık
olarak % 75’ ine geldiğinde bir merkezkaç anahtarıyla devreden çıkarılmaktadır.
Kondansatör reaktansından dolayı motorun şebekeden çektiği ilk kalkış akımı düşük
olmaktadır ve kondansatör değeri büyüdükçe de motorun yol alma momenti büyümektedir.
Fakat kondansatörün büyümesi yardımcı sargının daha çok akım çekerek yanmasına neden
olabilir. Bu nedenle uygun kapasite değerini belirlemek oldukça önemlidir. Yüksek
moment gerektiren yerlerde kullanımı tercih edilir.
Şekil 2.4. Tek kondansatörlü tek fazlı asenkron motor
9
2.4.3. Daimi Kondansatörlü Tek Fazlı Asenkron Motorlar
Daimi kondansatörlü tek fazlı asenkron motorlar, yardımcı sargı ile seri bağlı bir daimi
kondansatör ile çalışırlar. Bu motorlarda yardımcı sargı ve ona seri bağlı bulunan
kondansatör, hem yol alma esnasında hem de sürekli çalışmada devamlı olarak devrede
kalır [5]. Bu durum Şekil 2.5’ de gösterilmektedir.
Diğer tek fazlı asenkron motorların kullanmış oldukları merkezkaç anahtarına bu
motorlarda gerek duyulmaması daimi kondansatörlü tek fazlı asenkron motorların
avantajıdır. Bu anahtarının bulunmaması nedeniyle çok düzgün ve sessiz çalışarak az
bakım gerektirirler. [4-6]
Şekil 2.5. Daimi kondansatörlü tek fazlı asenkron motor
2.4.4. Çift Kondansatörlü Tek Fazlı Asenkron Motorlar
Çift kondansatörlü asenkron motorlarda isminden de anlaşılacağı gibi iki tane
kondansatör bulunmaktadır. bunlardan biri sürekli olarak devrede kalırken ona paralel olan
diğer kondansatör devir nominal devrin %75’inde iken merkezkaç anahtar vasıtası ile
devre dışı bırakılmaktadır. çıkan bu kondansatör motorun kalkış momentinin büyük
olmasını sağlamak için onulmuştur. Daimi olarak devrede duran kondansatör ise verimin
daha iyi olmasını sağlar. Şekil 2.6’ da anlatılan bu durum görülmektedir.
Çift kondansatörlü tek fazlı asenkron motor; tek kondansatörlü asenkron motorlara göre
verimi daha iyi, daimi kondansatörlüye göre ise kalkış momenti daha büyüktür. Diğer
10
asenkron motor türlerine olan bu üstünlüklerine karşın iki tane kondansatörün kullanılması
sisteme ek bir maliyet getirmektedir.
Şekil 2.6. Çift kondansatörlü tek fazlı asenkron motorlar
3. TASARIM
3.1. Deney Setinin Tasarımı
Deney setini tasarlarken öncelikle deneyde asıl olarak kullanılan malzemelerin üzerine
yerleştirilebileceği eni 60 cm, boyu ise 45 cm olan bir tahta kestirilecektir. Bu tahtaya
sehpa tarzında bir aparat monte edilerek motor ve yük olarak kullanılan generatörün bu
aparatın üzerine yerleştirilmesi uygundur. Böylece motor üst kısımda çalışırken ölçüm için
gerekli bağlantılardan yalıtılmış olup daha güvenli bir çalışma sağlanacaktır. Aksi taktirde
motor miline takılan herhangi bir bağlantı kablosu tehlikeli sonuçlara yol açabilir. Ölçü
aletleri ise motorun olduğu aparatla alt tahta arasına eğimli olacak şekilde yerleştirilen
parçaya monte edilecektir. Burada, deneyi yapan kişinin ölçümleri daha rahat yapması ve
değerleri sağlıklı okuyabilmesi göz önünde bulundurulmuştur. Gösterge bölümünde 2 tane
pano tipi AC digital ampermetre, 2 tane pano tipi AC digital voltmetre, 1 tane wattmetre ve
devir sayısını görüntülemek için de 1 tane LCD gösterge bulunacaktır. Aslında yapılacak
deneyler için 1 tane ampermetre ve 1 tane de voltmetre yeterli olmaktadır fakat deney
esnasında herhangi bir yerdeki akım veya gerilim ölçülmek istenirse kullanıcıya kolaylık
sağlaması düşünülerek her birinden 2’ şer tane konulması planlanmıştır.
Tek fazlı asenkron motor, AC ampermetre, voltmetre ve wattmetrenin beslemeleri için
gerekli olan 220 V şebeke geriliminin deney seti üzerinden alınması uygun görülmüştür.
Düzeneğin sol tarafına enerjiyi kesip açmak için ON-OFF anahtar ve gösterge kısmına
deney setinde enerji olup olmadığını anlayabilmek için ışıklı bir lamba ve aşırı akımda
devreyi korumak için 5 A’ lik bir sigorta konulacaktır.
Tek fazlı asenkron Motorun ana sargı ve yardımcı sargı uçları ile generatörün endüvi
sargı uçlarının alt tahtanın üzerine alınması planlanmıştır. Bu şekilde göstergelerin
üzerinden bağlantı kablosunun geçerek göstergenin üzerini kapatması önlenmiş olacak ve
ölçüm yaparken sıkıntı yaşanmayacaktır.
Devir sayısını LCD ekranda gösteren ve devir sayısı nominal devrin %75’ ine
geldiğinde kapasiteyi ve yardımcı sargıyı devreden çıkaran elektronik devrenin deney
setinin alt tahtası üzerine sabitlenmesi planlanmıştır. Devir sayısını ölçmek için
kullanılacak olan CNY70 sensörü ise motorların yerleştirildiği aparata motor mili görecek
şekilde takılacaktır. Bu sensörün çalışma aralığı dikkate alındığında motor miline yakın bir
konumda bulunması gerektiği görülmektedir. Şekil 3.1’ de deney setinin tasarım planı
görülmektedir.
12
Şekil 3.1. Deney setinin tasarım planı
13
3.2. Elektronik Devrenin Tasarlanması
Devir sayısını LCD ekranda gösteren ve devir sayısı nominal devrin %75’ ine
geldiğinde kapasiteyi ve yardımcı sargıyı röle aracılığıyla devreden çıkaran elektronik bir
devrenin tasarımı bu kısımda yapılmıştır.
Elektronik devre tasarlanırken ilk önce kullanılacak entegrenin PIC16F628A olmasına
karar verilmiştir. Daha sonra PIC16F628A entegresinin ve 16x2 karakter olan LCD’ nin
datasheetleri incelenerek giriş ve çıkış verileri için hangi bacakların kullanılacağı
kararlaştırılmış. LCD data uçları 8 pindir ve bunlardan sadece 4 tanesi kullanılacaktır.
Bunlar PIC’ in 6., 7., 8., ve 9. pinleri olarak belirlenmiştir. Bu belirlemeden sonra pic’ in
röleyi sürdüğü pinin LCD data uçlarına giden pin olmamasına dikkat edilmiştir. Aksi
taktirde LCD’ ye data gittikçe pinin durumunu değiştirecektir. Bunlar göz önünde
bulundurularak röleye çıkışın PIC’ in 17. pininden verilmesine karar verilmiştir. Son
olarak optik çiftten alınan çıkışın PIC’ in T0CLK pinine bağlanacağına karar verilmiştir.
Bu pine bağlanıldığı zaman gelen sinyalleri pic kendiliğinden sayar. Arka planda sayma
yaparken diğer işleri de yapabilir. Fakat başka bir boş pin tercih edilmiş olsaydı PIC’ in
pini sürekli sorgulaması gerekecekti. Bu durumda sadece o işle uğraşması gerekeceğinden
başka işlere bakamayacaktı. Bu nedenle T0CLK pini tercih edilmiştir. Hiç bir sinyal
kaçırılmamalıdır. Aksi taktirde devir sayısı hatalı gösterilir. Diğer pinler ise standarttır.
Datasheette belirtildiği gibi bağlanır. PIC’ in MCLR pini 4,7 K direnç üzerinden +5 V’ a
bağlanacaktır. MCLR eğer 0 V olursa PIC resetlenir. Direnç pinin akımını sınırlamak için
konulacaktır. PIC’ in besleme ucu olan 14. pinine 100 µF’ lık bir kapasite bağlanacaktır.
Bu kapasite PIC’ in beslemesindeki dalgalanmaları ortadan kaldırıp sabit gerilim
sağlayabilmek için kullanılır.
Röle devresini sürmek için PIC’ in 17. pini kullanılacaktı. PIC’ in bir pininden max 20 -
25 mA çekilebilir. PIC’ in piniyle doğrudan röle sürülemez. Aksi halde o pin bozulabilir.
Bu nedenle röle transistorle sürülecektir. PIC 5V çıkışı verdiği için röle 5V’ luk tek
kontaklı bir röle kullanılacaktır. Burada rölenin bobin uçlarına ters diyot bağlamak
gerekmektedir. Bunun sebebi ise bobine enerji verilince oluşan ters emk dan dolayı
sistemin zarar görmesini engellemektir. Bu ters diyot ters emk lari en az indirgemeye
yarar.
Devrede devir sayısını ölçmek için kullanılacak sensör CNY70 olarak belirlenmiştir. Bu
sensörde fotodiyot ile fototransistör bulunmaktadır. Fotodiyotun yaydığı ışığı fototransistör
alınca iletime geçmektedir. Fakat ikisi aynı yerde olduğundan fotodiyotun yaydığı ışığın
14
yansıyıp fototransistöre gelmesi gerekmektedir. Bunun için motor mili beyaz bantla
sarılacak sadece ufak bir kısmına siyah bant yapıştırılacaktır. Böylece siyah bantta
transistör kesimde, beyazda ise iletimde olacaktır. PIC’ e giden çıkış transistörün
kollektöründen alınacağından siyahta yani transisör kesimdeyken çıkış 5V, beyazda yani
transistör iletimdeyken ise çıkış 0V olacaktır. Yani CNY70’ in çıkışından bir kare dalga
elde edilecektir. Bu kare dalganın her yükselen kenarını PIC’ in 3. pini yani T0CLK pini 1
periyot boyunca sayacaktır. Böylece bu değer programda kullanılarak LCD’ de devir sayısı
görüntülenecektir.
Ayrıca devreye sabit 5V sağlayabilmek için bir regülatör devresi tasarlanmıştır. Bu
devrede LM7805 regülatörü kullanılacaktır.
Tasarlanan bu devre öncelikle Proteus programında oluşturulup simülasyonu
yapılmıştır. Fakat Proteus programında optik çift ve regülatör kısımları eklenmemiştir.
Çünkü sabit 5V’ u direk DC bir kaynaktan verebilme imkanız vardır. Optik çifttin
üreteceği kare dalga ise sinyal üreticiden karşılanmıştır. Sinyal üreticinin frekansını
değiştirilerek farklı hız değerleri gözlemlenmiştir. Böylece yazılan programın ve devrenin
LCD ile röle kısımlarının tasarımında hata olup olmadığı hakkında devreyi
gerçekleştirmeden önce fikir edinmiş olunacaktır.
Şekil 3.2.’ de sinyal üreticinin frekansı f= 34 Hz’ e ayarlanarak program
çalıştırıldığında elde edilen devir sayısının LCD ekranda 1020 d/d olarak elde edildiği
görülmektedir.
n=
(3.1)
(3.1)’ deki denklemde f= 34 Hz, P=2 değerleri yerine konulursa 1020 değerini verdiği
görülecektir. Bu durumda devir sayısı nominal devir sayısının %75’inin altında
olduğundan röle devreye girmemiş olacaktır. Yani kapasite hala devrede bulunmaktadır.
rölenin devreye girmediği Şekil 3.2.’ deki lambanın sönük olduğundan anlaşılmaktadır.
Şekil 3.3.’ de ise sinyal üreticinin frekansı f= 40 Hz’ e ayarlandığında ise LCD ekranda
devir sayısının 1200 d/d olarak elde edildiği görülmektedir. Değerler yine (3.1)’ deki
formülde yerine konulursa 1200 d/d elde edileceği görülmektedir. Bu durumda devir sayısı
artık nominal devrin %75’ i olan 1035 d/d’ nın üzerine çıkmış dolayısıyla röle
enerjilenmiştir. Bu durum lambanın yanmasından da gözlemlenebilir.
15
Şekil 3.2. n <1020 d/d iken Proteus programının çıktısı
16
Şekil 3.3. n >1200 d/d iken Proteus programının çıktısı
17
3.3. PIC Programının Çalışma Prensibi Akış Diyagramı
İlk başta PIC tanıtılır. Sonra LCD ile kullanılacak özel dosyalar çağrılır ve PIC giriş
çıkışları tanıtılır. Daha sonra sistem enerjilendirilerek çalışır vaziyette iken optik çift ile
motorun devri ölçülür. Optik çift ile maksimum devrin %75’e ulaşıp ulaşmadığı sorgulanır.
%75 e ulaştıysa röle devreye alınır ve sürekli olarak optik çift devrin %75 olduğunu
sorgulama yapar. Eğer ki devir sayısı %75’ in altına düşerse röle devre dışı bırakılır. Aynı
zamanda devre çalışmaya başladığı andan itibaren ekranda 0.001 s süre içerisinde LCD’ de
programda yazılmış olan komutlar görünür. Yani; DEVİR SAYISI ve d/d ifadeleri
görünür. Optik çift sayesinde devre sürekli devir sayısının % 75 in altında mı değil mi
diye sorgulama yapar. Devrede asıl istenen optik çiften gelen bilginin PIC’ e aktarılması ve
PIC’ in de bu bilgiyi RA0 çıkışından röleye göndermesidir. Optik çiftin sayımına göre
PIC’ in içine atılan yazılım içersindeki formül sayesinde (60*f/2) devir sayısı hesabı yapılır
ve bu sonuç aynı zamanda LCD’ ye aktarılır. LCD’ de değerlerin yazılış formatı ‘XXXXX
XXXXXX d/d’ şeklindedir. Devreye enerji verilir verilmez 0.001 s içersinde osilatör
tarafından hızlıca taranan yazılım devreye girer ve devre aktif duruma gelir. Devre
enerjiliyken optik çift komut beklemektedir ve komutu algılamaya başlar başlamaz sinyal
saymaya başlar ve bu bilgi PIC’ e geri dönüş sağlar. PIC’ e geri dönüş sağlayan optik çift
röleyi devreye alıp almıyacağını ayarlar ve işlemini tamamlamış olur döngü bu şekilde
sürekli devam eder. Bu programın akış diyagramı Şekil 3.4.’de görülmektedir. C dilinde
MPLAB programında yazılmış olan program EK.1’ de bulunmaktadır.
18
Şekil 3.4. PIC programının akış diyagramı
19
3.4. Deneylerin Tasarımı
3.4.1. Kilitli Rotor Deneyinin Tasarımı
Bu deneyin amacı eşdeğer devre parametrelerinden stator sargı direnci ve endüktansı ile
rotor eşdeğer sargı direnci ve endüktansını hesaplamaktır. Bu işlem yapılırken tek fazlı
asenkron motorun eşdeğer devresi göz önünde bulundurulacaktır. Kilitli rotor deneyi motor
mili mekanik olarak kilitliyken (s=1) yardımcı sargı açık devre edilerek yapılacaktır.
Bu deneyi tasarlarken öncelikle deneyi yapabilmek için gerekli malzemelerin neler
olduğu tespit edilmiştir. Yapılacak deneylerde, tasarlanan deney seti kullanılacağından
deneyler için gerekli olan ampermetre, voltmetre ve wattmetre bu setten karşılanacaktır.
Tek fazlı asenkron motor ile yük olarak kullanılan DC generatör de zaten deney seti
üzerinde bulunmaktadır. Bunun dışında iki adet varyak ve bir adet köprü doğrultucu
kullanılacaktır.
Bu deneyde öncelikle motor mili kilitlenmelidir. Bunun için motor milindeki momentin
değiştirilmesi gerekir. Momentin değiştirilmesi mile bağlı DC generatörün endüvi gerilimi
değiştirilerek sağlanır. Endüvi gerilimin değiştirilmesi için varyak ve köprü doğrultucu
kullanılacaktır. Çünkü yük DC generatördür dolayısıyla şebekeden alınan AC gerilimin
doğrultulması gerekir. Ayrıca köprü doğrultucunun çıkışına bir kapasite de bağlanacaktır.
Çünkü doğrultucunun doğrulttuğu gerilimdeki dalgalıkların süzülmesi gerekmektedir. Bu
şekilde generatöre sabit bir DC gerilim sağlanmış olacaktır. Ototrafo da generatöre uygulan
bu gerilim değerini değiştirmek için kullanılacak böylece moment değeri değişmiş
olacaktır.
Varyaktan gerilim değeri motor dönmeyene kadar arttırılacaktır. Motor durduğu anda
akım anma değerinin 1,2 katına ulaşıncaya kadar uç gerilim ikinci varyak kullanılarak
değiştirilicektir. Daha sonra ise anma akım değerine ulaşıldığındaki gerilim akım
, ve güç değerleri ölçülecektir. Ölçülen bu sonuçlar kullanılarak denklem (3.2)’
den , denklem (3.3)’ den hesaplanarak denklem (3.4) yerine konulursa değeri
bulunur.
=
olur. (3.2)
Kilitli rotor direnci, =
(3.3)
20
Kilitli rotor reaktansı,
√
olur. (3.4)
Tek fazlı asenkron motorun kilitli rotor deneyi için geçerli olan eşdeğer devresi göz
önüne alındığında denklem (3.5) ve denklem (3.6)’ daki eşitlikler yazılabilir. Bu eşitliklere
göre stator sargı direnci bilinirse rotor eşdeğer sargı direnci bulunabilir. Stator sargı
endüktansı ile rotor eşdeğer sargı endüktansı ise denklem (3.7)’ de kullanılarak
hesaplanabilir.
= + (3.5)
= + (3.6)
(3.7)
Kilitli rotor deneyi hem ana sargı için hem de yardımcı sargı için ayrı ayrı açık devre
işlemi gerçekleştirilerek yapılacaktır.
3.4.2. Boşta Çalışma Deneyinin Tasarımı
Boşta çalışma deneyinin amacı motor mıknatıslanma reaktansını hesaplamaktır. Bu
deneyi yapmak için tasarlanan deney setinden başka bir malzemenin kullanımına gerek
yoktur. Motor boşta yani yüksüz çalışırken makina nominal uç geriliminde , ,
değerleri ölçülecektir. Ölçülen bu değerler denklem (3.8)’ de ve denklem (3.9)’ da yerine
konularak ve değerleri hesaplanacaktır. Hesaplanan bu değerler denklem (3.10)’ da
kullanılarak bulunacaktır.
=
dır. (3.8)
Boşta çalışma eşdeğer devre direnci,
=
olur. (3.9)
Bu durumda boşta çalışma reaktansı,
√
olur. (3.10)
21
Tek fazlı asenkron motorun boşta çalışma deneyi için geçerli olan eşdeğer devresi göz
önüne alındığında denklem (3.11)’ deki eşitlik yazılabilir. Bu eşitlikten de bulunur.
= +0.5 + 0.5 denkleminden, (3.11)
= 2 - 2 - bulunur.
3.4.3. Tek Fazlı Asenkron Motorun Karakteristiklerinin Çıkarılması Deneyinin
Tasarımı
Bu deneyin amacı tek fazlı asenkron motora ait moment- devir (M- n), moment- akım
(M- I), ve moment- güç faktörü (M- cosφ) karakteristilerinin çıkarılmasıdır. Bu deneyi
yapabilmek için ihtiyaç duyulan malzemeler, tasarlanan deney setinden hariç 1 tane
varyak, köprü doğrultucu ve harici kapasitedir. Bu deneyde de varyak ve köprü doğrultucu
generatöre ayarlanabilir sabit bir gerilim sağlayabilmek için kullanılacaktır. Böylece
moment değeri değiştirilerek hız, gerilim, akım ve giriş gücü ölçülecektir. Bu değerler
kullanılarak ise kayma, görünür güç ve güç katsayısı hesaplanacaktır. Bu deney yapılırken
kullanılan motor çeşidi daimi kondansatörlü tek fazlı asenkron motor olduğundan yardımcı
sargı ve kondansatör devrede kalacaktır. Bu deneyin elektriksel bağlantı şeması Şekil 3.5’
de verilmektedir.
Şekil 3.5. Daimi kondansatörlü asenkron motorun elektriksel bağlantı şeması
22
3.4.4. Farklı Kapasite Değerlerinde Kalkış Akımının İncelenmesi Deneyinin
Tasarımı
Bu deneyde farklı kapasite değerlerindeki kalkış akımı ölçülerek en uygun kapasite
değerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Deneyi gerçekleştirebilmek için deney seti haricinde
analog bir ampermetre gerekmektedir. Çünkü kalkış akımını digital bir ampermetre ile
ölçmek mümkün değildir. Deney yapılırken her yeni kapasite değeri için motor durdurulup
yeniden başlatılmalıdır. Aksi taktirde motor çok ısınacağından sargılar yanabilir.
Bu projenin gerçekleştirilme maliyetinin ne kadar olacağı Çizelge 3.1’ de
hesaplanmıştır. Fakat bu proje yapılırken gerekli malzemelerin bir kısmı Karadeniz Teknik
Üniversitesi Elektrik- Elektronik Mühendisliği Bölümü’ndeki Makina Laboratuarı’ ndan
karşılanacağından bu projenin maliyeti hesaplanan 880 TL değil 155 TL olacaktır.
23
Çizelge 3.1. Maliyet hesabı
MALZEMENİN
ADI
TEKNİK
ÖZELLİKLERİ
ADET TOPLAM
ADET
TOPLAM
FİYAT
TEK FAZLI
ASENKRON
MOTOR
2 Kutuplu,250W
1.8A,1380d/d
1
1
200 TL
DIGITAL
A.C.
VOLTMETRE
250V
Kalibrasyon
1
2
100 TL
DIGITAL
A.C.
AMPERMETRE
10A
Kalibrasyon
1
2
100 TL
DIGITAL
A.C.
WATTMETRE
500W
Kalibrasyon
1
1
75 TL
OTO
TRANSFORMATÖR
220V Çevirici
Transformatör
1
2
200 TL
KAPASİTE YÜKÜ
1-20 µF
300V
1
1
50 TL
DENEY SETİNİN
YAPILMASI
---
1
1
55 TL
ELEKTRONİK
KART İÇİN
GEREKLİ
MALZEMELER
---
1
1
60 TL
KAPLİN
---
1
1
40 TL
880 TL
4. SİMÜLASYONLAR
Bu kısımda MATLAB’ in simulink ara yüzünde endüktif yolvermeli, tek kondasatörlü
ve çift kondasatörlü motorların akım-zaman ve hız-zaman eğrileri elde edilmiştir. Ayrıca
moment-hız, moment-akım ve moment-güç katsayısı karakteristikleri oluşturulmuştur. Bu
karakteristikleri elde edebilmek için kullanılan model ‘Single-Phase Asynchronous
Machine’ modeli olup Matlab’ in ‘help’ dosyasından alınmıştır. Bu modelin üzerinde
değişiklikler yapılarak yapılacak çalışmalara uygun bir şekilde düzenlenmiştir. Şekil 4.1’
de kullanılan bu modelin düzeltilmiş hali bulunmaktadır. Şekil 4.2’ de ise , verim ve
güç faktörünü gözlemleyebilmek için kullanılan subsystem gösterilmektedir.
Simülasyonlarda kullanılan motor parametreleri motorun gerçek değerleri olmayıp
simülasyondaki parametrelerdir. Simülasyonda kullanılan motor parametreleri Çizelge 4.1’
de verildiği gibidir. Bunun nedeni gerçek motorun daimi kondansatörlü tek fazlı asenkron
motor olmasıdır. Simulink’ de tek fazlı asenkron motorun bu çeşidi için bir model
bulunmamaktadır.
Çizelge 4.1. Simülasyondaki motor parametreleri
Motor plaka değerleri 186.5W 110V 60Hz
Ana sargı stator direnç
ve endüktansı
2.02 Ω 7.4 mH
Rotor direnç ve
endüktansı
4.12 Ω 5.16 mH
Mıknatıslanma
endüktansı
0.177 mH
Yardımcı sargı stator
direnç ve endüktansı
7.14 Ω 8.54 mH
Yolverme kapasite
değeri
255 µF
Daimi kapasite değeri 21 µF
25
Şekil 4.1. Tek fazlı asenkron motorun karakteristiğinin belirlenmesi için projede kullanılan model
26
Şekil 4.2. Modelde kullanılan alt sistem
27
4.1. Tek Fazlı Endüktif Yolvermeli Asenkron Motor Simulasyonu
Şekil 4.1’ deki model kullnılarak sadece motorun çeşidi endüktif yolvermeli olarak
seçilmiştir. Diğer parametreler Çizelge 4.1’ deki parametrelerle aynı alınmıştır. Program
‘run’ yapılarak scope’ dan endüktif yolvermeli asenkron motorun zamana göre akım ve
hız eğrileri gözlemlenmiştir. Şekil 4.3’ de bu eğriler görülmektedir. Program çıktısında
elde edilen verilen Çizelge 4.2’ de bulunmaktadır.
Şekil 4.3. Endüktif Yolvermeli Asenkron Motorun Zamana Göre Akım ve Hız Eğrileri
28
Çizelge 4.2. Endüktif yol vermeli asenkron motora ait simulasyon ölçümleri
Çizelge 4.2’ deki veriler kullanılarak Şekil 4.4 ’ de görünen moment-hız, Şekil 4.5 ’
de görünen moment-akım ve Şekil 4.6 ’ da görünen moment-güç katsayısı karakteristik
eğrileri MATLAB’ de çizdirilerek elde edilmiştir.
Şekil 4.4. Endüktif yol vermeli asenkron motorun akım- moment karakteristiği
Moment
(N.m)
Akım(A)
Hız(rad/s)
(W)
Güç
Katsayısı
Verim
(%)
Devir
sayısı
(d/d)
0.1 4.05 187.2 18.7 0.15 37 1787.6
0.2 4.08 186.45 37.29 0.21 52 1780.4
0.3 4.21 185.6 55.7 0.24 70 1772.3
0.4 4.29 184.8 73.93 0.28 78 1764.7
0.5 4.33 184.0 92.0 0.37 73 1757.0
0.6 4.45 183.0 109.8 0.43 72 1747.5
0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.64
4.05
4.1
4.15
4.2
4.25
4.3
4.35
4.4
4.45
4.5
Moment (N.m)
Akım
(A
)
29
Şekil 4.5. Endüktif yolvermeli asenkron motorun devir- moment karakteristiği
Şekil 4.6. Endüktif yolvermeli asenkron motorun güç faktörü- moment karakteristiği
0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.61745
1750
1755
1760
1765
1770
1775
1780
1785
1790
Moment (Nm)
Devir (
d/d
)
0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.60.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
Moment (Nm)
Güç F
aktö
rü
30
4.2. Tek Fazlı Tek Kondansatörlü Asenkron Motorun Simülasyonu
Şekil 4.1 ’ deki model kullanılarak sadece motorun çeşidi tek kondansatörlü olarak
seçilmiştir. Diğer parametreler Çizelge 4.1 ’ deki parametrelerle aynı alınmıştır. Program
‘run’ yapılarak scope’ dan tek kondansatörlü asenkron motorun zamana göre akım ve hız
eğrileri gözlemlenmiştir. Şekil 4.7 ’ de bu eğriler görülmektedir. Program çıktısında elde
edilen verilen Çizelge 4.3 ’ de bulunmaktadır.
Şekil 4.7. Tek fazlı tek kondansatörlü asenkron motorun zamana göre akım ve hız eğrileri
31
Çizelge 4.3. Tek fazlı tek kondansatörlü asenkron motora ait simülasyon ölçümleri
Çizelge 4.3’ deki veriler kullanılarak Şekil 4.8’ de görünen moment-hız, Şekil 4.9’ de
görünen moment-akım ve Şekil 4.10’ da görünen moment-güç katsayısı karakteristik
eğrileri MATLAB’ de çizdirilerek elde edilmiştir.
Şekil 4.8. Tek kondansatörlü asenkron motorun akım- moment karakteristiği
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.24
5
6
7
8
9
10
Moment (N.m)
Akım
(A
)
Moment
(N.m)
Akım(A)
Hız(rad/s)
(W)
Güç
Katsayısı
Verim(%)
Devir
sayısı
(d/d)
0.2 4.1 186.4 37.3 0.21 54 1780
0.4 4.2 184.8 73.9 0.31 74 1764.7
0.6 4.3 183.1 109.9 0.43 75 1748.4
0.8 4.6 181.2 145 0.49 81 1730.3
1.0 5.0 179.3 179.3 0.59 78 1712.1
1.2 5.5 177.1 212.6 0.66 76 1691.1
1.4 6.0 174.7 244.4 0.71 75 1668.2
1.6 6.7 172.1 275.4 0.76 71 1643.4
1.8 7.5 169.1 304.5 0.79 68 1614.7
2.0 8.7 165.6 331.3 0.81 65 1581.3
2.2 10.0 161.3 354.5 0.82 63 1540.3
32
Şekil 4.9. Tek kondansatörlü asenkron motorun devir- moment karakteristiği
Şekil 4.10. Tek kondansatörlü asenkron motorun güç faktörü- moment karakteristiği
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.21500
1550
1600
1650
1700
1750
1800
Moment (N.m)
Devir (
d/d
)
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.20.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Moment (N.m)
Güç F
aktö
rü
33
4.3. Tek Fazlı Çift Kondansatörlü Asenkron Motorun Simülasyonu
Şekil 4.1’ deki model kullanılarak motorun çeşidi çift kondansatörlü olarak seçilmiştir.
Diğer parametreler Çizelge 4.1’ deki parametrelerle aynı alınmıştır. Program ‘run’
yapılarak scope’ dan çift kondansatörlü asenkron motorun zamana göre akım ve hız
eğrileri gözlemlenmiştir. Şekil 4.11’ de bu eğriler görülmektedir. Program çıktısında elde
edilen verilen Çizelge 4.4’ de bulunmaktadır.
Şekil 4.11. Çift kondansatörlü asenkron motorun zamana göre akım ve hız eğrileri
34
Çizelge 4.4. Tek fazlı çift kondansatörlü asenkron motora ait simülasyon ölçümleri
Çizelge 4.4’ deki veriler kullanılarak Şekil 4.12’ de görünen moment-hız, Şekil 4.13’ de
görünen moment-akım ve Şekil 4.14’ da görünen moment-güç katsayısı karakteristik
eğrileri MATLAB’ de çizdirilerek elde edilmiştir.
Şekil 4.12. Çift kondansatörlü asenkron motorun akım- moment karakteristiği
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.22
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
Moment (N.m)
Akım
(A
)
Moment
(N.m)
Akım(A) Hız(rad/s) (W) Güç
Katsayısı
Verim(%) Devir
sayısı (d/d)
0.2 2.48 187.15 37.43 0.63 39 1782.2
0.4 2.50 185.8 74.33 0.74 57 1774.3
0.6 2.52 184.5 110.7 0.82 66 1761.8
0.8 2.72 183.0 146.4 0.86 72 1747.5
1.0 2.90 181.3 181.4 0.89 75 1731.4
1.2 3.10 179.8 215.8 0.91 77 1716.9
1.4 3.50 178.0 249.3 0.92 78 1699.7
1.6 4.00 176.1 281.8 0.93 77 1681.6
1.8 4.75 174.1 313.4 0.94 76 1662.5
2.0 5.4 171.8 343.6 0.94 75 1640.5
2.2 6.3 169.2 372.3 0.94 74 1615.7
35
Şekil 4.13. Çift kondansatörlü asenkron motorun devir- moment karakteristiği
Şekil 4.14. Çift kondansatörlü asenkron motorun güç faktörü- moment karakteristiği
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.21600
1620
1640
1660
1680
1700
1720
1740
1760
1780
1800
Moment (N.m)
Devir (
d/d
)
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1
Moment (N.m)
Güç F
aktö
rü
36
Tek fazlı asenkron motorların endüktif yolvermeli, tek kondansatörlü ve çift
kondansatörlü çeşitlerinin moment- akım, moment- güç faktörü ve moment- devir sayısı
grafikleri karşılaştırmanın daha kolay yapılabilmesi için Şekil 4.15, Şekil 4.16 ve Şekil
4.17 ’de bir arada görülmektedir.
Şekil 4.15. Tek fazlı asenkron motorlar için akım- moment karakteristiği
0 0.5 1 1.5 2 2.52
3
4
5
6
7
8
9
10
Moment (N.m)
Akım
(A
)
tek kondansatörlü
endüktif yolvermeli
çift kondansatörlü
37
Şekil 4.16. Tek fazlı asenkron motorlar için güç faktörü- moment karakteristiği
Şekil 4.17. Tek fazlı asenkron motorlar için devir- moment karakteristiği
0 0.5 1 1.5 2 2.50.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Moment (N.m)
Güç F
aktö
rü
tek kondansatörlü
endüktif yolvermeli
çift kondansatörlü
0 0.5 1 1.5 2 2.51500
1550
1600
1650
1700
1750
1800
Moment (N. m)
Devir (
d/d
)
tek kondansatörlü
endüktif yolvermeli
çift kondansatörlü
5. DENEYSEL ÇALIŞMA
5.1. Boşta Çalışma Deneyi
5.1.1. Deneyin Yapılışı
1. Tek fazlı asenkron motor miline akuple edilmiş yükden ayrılır.
2. Şekil 5.1’ deki bağlantılar yapılır.
3. Sisteme enerji verilir.
4. Makina uç gerilimi 220 V iken akım, gerilim, güç ve devir sayısı değerleri ölçülür.
Ölçülen bu değerler Çizelge 5.1’ e kaydedilmiştir.
Çizelge 5.1. Boşta çalışma deney sonuçları
Boşta çalışma akımı, 0,78 A
Boşta çalışma gerimi, 220 V
Boşta çalışma gücü, 22 W
Boşta çalışma devir sayısı, 1495 d/d
5.2. Kilitli Rotor Deneyi
5.2.1. Deneyin Yapılışı
1. Şekil 5.2’ deki bağlantılar yapılır.
2. Sisteme enerji verilir.
3. Yardımcı sargılar açık devre edilir.
4. Varyak2’ den DC generatörün endüvi gerilimi motor kilitlenene kadar değiştirilir.
5. Varyak1’ den uç gerilim akım anma değerinin 1,2 katına ulaşıncaya kadar
arttırılacaktır.
6. Akım 2,16 A’ e ulaştığında , , değerleri ölçülür.
Ölçülen bu değerler Çizelge 5.2’ ye kaydedilmiştir.
39
Çizelge 5.2. Kilitli rotor deney sonuçları
Kısa devre akımı, 2,16 A
Kısa devre gerimi, 84 V
Kısa devre gücü, 117 W
40
Şekil 5.1. Boşta çalışma deney bağlantı şeması
41
Şekil 5.2. Kilitli rotor deney bağlantı şeması
42
5.3. Daimi Kondansatörlü Tek Fazlı Asenkron Motorun Yüklü Haldeki
Karakteristiklerinin İncelenmesi Deneyi
5.3.1. Deneyin Yapılışı
1. Şekil 5.3’ deki bağlantılar yapılır.
2. Sisteme enerji verilir.
3. Varyak2’ den DC generatörün endüvi gerilimi motor durana kadar 4V aralıklarla
değiştirilerek her bir gerilimi için gerilim, akım, güç ve devir sayısı ölçülür.
Ölçülen bu değerler Çizelge 5.3’ e kaydedilmiştir.
Aslında bu deneyde ölçülen değerler moment skalasına göre alınmak istenmiştir fakat
moment ölçer bulunmadığından dolayı gerilimine göre alınmıştır. Sonuçda
gerilimiyle moment orantılı olduğundan karakteristiğe bir etkisi olmayacaktır.
Çizelge 5.3. Tek fazlı asm’ nin yüklü haldeki davranışlarının ölçüm sonuçları
(V) Devir
sayısı(d/d)
Gerilim(V) Akım (A) (W)
0 1495 220 0,78 22
4 1494 222 0,82 38
8 1492 222 0,89 50
12 1489 222 0,96 68
16 1484 222 1,06 90
20 1479 222 1,18 116
24 1468 222 1,39 160
28 1457 222 1,59 201
32 1443 222 1,82 253
36 1422 222 2,15 328
40 1400 222 2,5 406
43
Şekil 5.3. Tek fazlı asenkron motorun yüklü haldeki karakteristiklerinin incelenmesi deneyi bağlantı şeması
44
5.4. Farklı Kapasite Değerlerinde Kalkış Akımının İncelenmesi
5.4.1. Deneyin Yapılışı
1. Şekil 5.4’ deki bağlantılar yapılır.
2. Sisteme enerji verilir.
3.Çizelge 5.4’ de belirtilen kapasite değerlerinde sırasıyla kalkış akımı analog
ampermetreden gözlemlenir.
4. Her kapasite değeri için yapılan ölçümden sonra sistemin enerjisi kesilerek bir kaç dk
beklenir.
Bu deneyin ölçüm sonuçları Çizelge 5.4’ e kaydedilmiştir.
Çizelge 5.4. Değişik kapasitelerde akım değerleri
Kapasite (µF) Akım (A)
3 7,5
6 6,4
9 5,7
12 5
15 4,4
18 4,3
21 3,8
45
Şekil 5.4. Farklı Kapasite Değerlerinde Kalkış Akımının İncelenmesi Deneyi Bağlantı Şeması
6. SONUÇLAR
6.1. Kısa Devre Deney Sonuçları
Çizelge 5.2’ deki deney sonuçları kullanılarak stator sargı endüktansı ile rotor eşdeğer
sargı direnci ve endüktansını hesaplanmıştır. Çizelge 6.1’ de hesaplanan bu değerler
görülmektedir.
Ana sargının omik direnci ohmmetre ile 15 Ω ölçülmüştür.
Çizelge 6.1. Kısa devre deney sonuçları
=
= 38,8 Ω
=
= 25 Ω
√
29,7 Ω
-
10 Ω
= 14,8 Ω
6.2. Boşta Çalışma Deney Sonuçları
Çizelge 5.1’ deki deney sonuçları kullanılarak motorun mıknatıslanma reaktansı
hesaplanmıştır. Hesaplanan bu değerlere Çizelge 6.2’ de yer verilmiştir.
Çizelge 6.2. Boşta çalışma deney sonuçları
=
Ω
=
= 36,16 Ω
√
279,6 Ω
= 2 - 2 - =514,8 Ω
47
6.3. Daimi Kondansatörlü Tek Fazlı Asenkron Motorun Yüklü Haldeki
Karakteristiklerinin İncelenmesi Deney Sonuçları
Çizelge 5.3’ deki deney sonuçları kullanılarak kayma, görünür güç ve güç katsayısı
hesaplanacaktır. Hesaplanan bu değerlere Çizelge 6.3’ de yer verilmiştir.
Çizelge 6.3. Tek fazlı asm’ nin yüklü haldeki davranışlarının hesaplama sonuçları
(V) s (Kayma)
s=
cosɸ=
S (kVA)
S=V*I
0 0 0,128 171,6
4 0,0004 0,21 180,4
8 0,005 0,255 195,8
12 0,007 0,322 211,2
16 0,01 0,386 233,2
20 0,014 0,446 259,6
24 0,021 0,523 305,8
28 0,029 0,575 349,8
32 0,039 0,625 400,4
36 0,054 0,69 473
40 0,071 0,74 550
Motor akımının, hızının ve güç faktörünün ’ ye göre değişiminin grafikleri sırasıyla
Şekil 6.1’ de, Şekil 6.2’ de ve Şekil 6.3’ de çizilmiştir.
48
Şekil 6.1. Tek fazlı asenkron motorun Endüvi gerilimi- Akım karakteristiği
Şekil 6.2. Tek fazlı asenkron motorun Endüvi gerilimi- Devir karakteristiği
49
Şekil 6.3. Tek fazlı asenkron motorun Endüvi gerilimi- Güç faktörü karakteristiği
6.4. Farklı Kapasite Değerlerinde Kalkış Akımının İncelenmesi Deneyinin Sonuçları
Çizelge 5.4’ de ölçülen değerler kullanılarak Şekil 6.4’ deki akımın kapasiteye göre
değişim grafiği çizilmiştir.
Şekil 6.4. Akımın kapasiteye göre değişim grafiği
7. YORUMLAR VE DEĞERLENDİRME
7.1. MATLAB/ SIMULİNK Çalışmasının Yorumlanması
Bu çalışma motorun değişik çeşitlerinin karakteristiklerini inceleyerek birbirlerine göre
üstün yanları ve zayıflıkları belirlenmiştir. Ayrıca hangi uygulamalarda hangi tek fazlı
asenkron motorun optimal çalışma sağlayacağının belirlenmesi önemli bir kriterdir. Bu
nedenle güç, moment ve devir gibi motor büyüklüklerinin motorun kullanılacağı
uygulamaya uygunluğu göz önünde bulundurulmalıdır. İstenen şartlara uygun olan bir
motorun ise işletme maliyetinin düşük, veriminin yüksek olması beklenir.
Simülasyon sonuçlarından elde edilen grafikler incelendiğinde yüksek momentte
şebekeden en düşük akımı çekmesiyle çift kondansatörlü asenkron motor diğerlerine göre
daha uygun gibi görünmektedir. Bu durum Şekil 4.15’ de görülmektedir. Fakat bu
motorların diğerlerine göre bazı dezavantajları vardır. Bu dezavantajların başında;
yolverme kondansatörünün bir merkezkaç anahtar ile devre dışı bırakılması sonucunda
motorda oluşan kararsızlık, iki tane kondansatörlerle kullanılmalarından dolayı sisteme
getirdikleri ek maliyet ve sürekli olarak devrede kalan kondansatörün seçiminin zor olması
gelmektedir. Bu dezavantajlar bazı uygulamalarda endüktif yolvermeli asenkron motorun
tercih edilmesine sebep olur. Endüktif yolvermeli motorlarda ise ana ve yardımcı sargı
akımları arasındaki faz farkının küçük olması nedeniyle, bu motorların kalkış anında
çektiği akımlar oldukça yüksektir. Endüktif yolvermeli asenkron motora göre tek
kondansatörlü asenkron motorun kalkış akımı daha düşük fakat maliyeti ise daha yüksektir.
Sonuç olarak, düşük kalkış akımı gerektiren ve büyük kalkış momenti gerektiren
yerlerde çift kondansatörlü asenkron motorlar, düşük kalkış momenti gerektiren yerlerde
endüktif yolvermeli asenkron motorların kullanılması optimum çalışma sağlayacaktır. Tek
kondansatörlü asenkron motor da büyük kalkış momenti sağlamaktadır ancak çift
kondansatörlü tek fazlı asenkron motorun bütün dezavantajlarına rağmen daha çok tercih
edilmesinin nedeni veriminin daha yüksel olmasıdır.
51
7.2. Deneysel Çalışmaların Yorumlanması
Elde edilen grafikler ve sonuçlar değerlendirildiği zaman elde edilen sonuçların
teorikde bilinen sonuçlarla uyuştuğu görülmüştür. Moment arttıkça devir sayısının
azaldığı, çakilen akımın ve cosɸ’ in arttığı beklenilen sonuçlardır. Farklı kapasite
değerlerinindeki kalkış akımının incelenmesi deneyi yapılarak kalkış anında çekilen
akımın motora zarar vermemesi için uygun kapasitenin motorun nominal değerine göre
belirlenmesi gerekir. Bu amaçla bu deney oldukça önemlidir.
7.3. Değerlendirme
Yapılan deneysel çalışmada daha uygun bir tek fazlı asenkron motor kullanılsaydı daha
iyi sonuçlar elde edilebilirdi fakat çok eski, kullanılmış bir motor olduğundan bazı
ölçümlerin alınmasında zorluklar yaşanıldı.
Yapılan deney setinde momenti ölçebilmek için bir gösterge olsaydı daha iyi olabilirdi.
Bunun için anlık güç çıkışı bir portla bilgisayara alınıp moment değeri hesaplattırılarak
sete eklenebilirdi. Bunun dışında yapılan analog deney seti öğrencilerin deneyleri işin iç
yapısının nasıl olduğunu daha iyi görüp anlamaları açısından laboratuardaki deney
setlerine göre daha uygundur.
Bu lisans bitirme çalışmasıyla teorik bilgilerin pratikte kullanılma imkanı ele geçilmiş
ve tek fazlı asenkron motorlar hakkında pekçok şey öğrenilmiştir. Ayrıca sistem
gerçekleştirilirken pratik bilgiler öğrenilmiş, çıkan sorunlara alternatif çözümler üretme ve
mühendis gibi düşünme yetisini geliştirmiştir. Son olarak bu çalışma takım çalışmasının
zorluklarını göstermiştir.
KAYNAKLAR
[1] (2012) MathWork Company web sitesi [online],
http://www.mathworks.com/help/toolbox/physmod/powersys/ref/singlephaseasy
nchronousmachine.html
[2] A. Jr. Domijan and Y. Yuexin, “Single/Phase Induction Machine Simulation
Using the Electromagnetic Transient Program: Theory and Test Cases”, IEEE
Transactions on Energy Conversion, Vol.9, No: 3, pp.535-542, September 1994.
[3] D. U. Stephen, Steady – “State, Lumped –Parameter Model for Capacitor – Run,
Single-Phase Induction Motors”, IEEE Transactions on Industry Applications,
Vol.32, No:1, pp.169-179, January /February 1996.
[4] N. Bekiroğlu, , Ş, Ġ. Aybar, O. , Zorlu, S. , Aydeniz, M. , Önel, Ġ. , Ayçiçek, E.
, Özçır, S. , Elektrik Makineleri Deneyi, Birsen Yayınevi, İstanbul,2006
[5] A. H. Saçkan, „‟ Elektrik makinaları, cilt III; asenkron motorlar‟‟, Milli Eğitim
Basımevi, İstanbul, 1981
[6] T. H. Liu, “Phase Induction Motor”, IECON Proceedings v 2, p. 1140 –
1145Wang, P. C., 1993
1
EKLER
EK1. PIC Programının kodları
#include <pic.h>
#include "delay.h"
#include "lcd.h"
#include <stdio.h>
//Konfigurasyon ayarlari
__CONFIG(0XFF21);
// Optik algilayici RA0'a pinine bagli
#define SW RA0
// Global degiskenler
unsigned char kontrol=0;
unsigned char sonuc[]=" ";
unsigned int CX;
float P=2.0;
unsigned int a;
float devir;
unsigned int devir2=0,sayac=1;
//---- TIMER kesme alt programi -----------------------------------
static void interrupt
isr(void)
if(T0IF)
sayac++;
T0IF=0; // Bayragi temizle
2
TMR0=0; // TIMER'i tekrar yukle
if(TMR1IF)
if(++CX>=20) //1 saniye
devir2=60*sayac*TMR0; // 1 saniyedeki devir sayisi ile 60 carp
dakikadaki devir sayisini bul
TMR0=0;
sayac=1;
kontrol=1;
CX=0;
TMR1L=0xB0;
TMR1H=0x3C;
TMR1IF=0;
//--------- LCD alt programi----------
void LCD_yaz(void)
//lcd_clear(); // LCD'yi temizle
if(devir2<1030)
RA0=0;
else
RA0=1;
lcd_goto(0x00);
lcd_puts(" DEVIR SAYISI ");
if(kontrol)
3
sprintf(sonuc+3,"%d d/d",devir2);
lcd_goto(0x40);
lcd_puts(sonuc);
kontrol=0;
//----------- ANA PROGRAM ------------
main(void)
TRISA=0x01; // Port A'nin ilk pini giris
TRISB=0x00; // PortB'nin hepsi cikis
CMCON=0x07; // PortA sayisal giris
PORTA=0; // Baslangic durumu ayarlari
PORTB=0;
// LCD islemleri
//DelayMs(250);
lcd_init();
lcd_clear();
lcd_write(0x0C); //imleci gizle
lcd_goto(0x00);
lcd_puts(" DEVIR SAYISI ");
T0CS=1; // Dahili clock
PSA=0; // Prescaler TMR0 icin ayarli
PS0=0; PS1=0; PS2=0; // Oran 1:8
T0IF=0; // Bayrak temizle
TMR1IF=0;
T0IE=1; // TIMER baslat
TMR0=0; // 125 sayim (256-131=125)
4
TMR1IE=1;
PEIE=1;
ei(); // Butun kesmeler etkin
TMR1L=0xB0;
TMR1H=0x3C;
T1CON=1;
// Devir olcum islemleri
for(;;)
LCD_yaz(); // LCD alt programina git
// islemleri tekrarla
// Programin sonu
1
EK2. STANDARTLAR VE KISITLAR FORMU
1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız.
Projemiz 40×60 cm boyutlarında deney setinden oluşmaktadır. Deney düzeneğinde bir
adet tek fazlı asenkron motor, 1 adet generatör, 2’ şer adet pano tipi DC digital
ampermetre ve voltmetre, 1 adet digital wattmetre, 1 adet LCD ekran, harici olarak
ayarlanabilir kapasite , köprü doğrultucu ve 2 adet oto transformatör bulunmaktadır.
2. Projenizde bir mühendislik problemini kendiniz formüle edip, çözdünüz mü?
Matlab/ Simulink ortamında tasarlamış olduğumuz deneyleri gerçekledik. Elektronik
devreyi gerçeklemek için PIC programını kullandık.
3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız?
Elektrik Makineleri I ve Electrical Machines II derslerinde edindiğimiz bilgileri
projemizde kullanma olanağı bulduk.
4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir?
Maliyeti düşük tutup verimi ise yüksek tutmaya çalıştık. Referans olarak daha güvenilir
bulduğumuz akademik kaynaklardan yararlandık. Kullandığımız en önemli standart
VDE standartıdır.
5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir?
a) Ekonomi
Tasarlayacağımız deney seti için kullanacağımız malzemeler maliyet bakımından en
optimum şekilde seçilmiştir. Elektronik devrede kullanacağımız devre elemanlarının
zarar görmesine karşılık yedekleri temin edilmiştir.
b) Çevre sorunları:
Projemiz çevre için hiçbir sorun teşkil etmemektedir.
c) Sürdürülebilirlik:
Projemizin bir deney seti niteliği taşıması bizden sonra Karadeniz Teknik Üniversitesi
elektrik ve kontrol labaratuarında kullanılmasına olanak sağlayacaktır. Ayrıca üzerinde
detaylı araştırma yapılırsa yeni yaklaşımlar getirilebilir.
d) Üretilebilirlik:
Hali hazırda üretimi yapılmaktadır.
e) Etik:
Mühendislik etiği kurallarının dışına çıkılmamıştır.
f) Sağlık
Sağlık üzerinde olumlu olumsuz bir etkisi yoktur.
g) Güvenlik:
50V ‘dan yukarı gerilimlerde elektrik tesislerinde koruma önlemlerinin alınması
zorunludur.
2
h) Sosyal ve politik sorunlar:
Sosyal ve politik sorunlar teşkil etmemektedir.
Projenin Adı Tek Fazlı Asenkron Motor
Projedeki Öğrencilerin
adları
Fatma İdil Öztaşkın
Yasin Yıldızhan
Yeşim Aysel Baysal
Tarih ve İmzalar 20.05.2012
ÖZGEÇMİŞ
Fatma İdil ÖZTAŞKIN, 21.04.1989 tarihinde Yozgat’ da doğdu. İlköğretim’ i,
Cumhuriyet İlköğretim Okulu’ nda okudu. Ortaokul’ u Celal Atik İlköğretim Okulu’ nda
okudu. Lise öğrenimini ise Yozgat Anadolu Lisesi’nde tamamladı. Bir yıl lise hazırlık
sınıfı okudu. Lise öğreniminden sonra Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik
Mühendisliği Bölümünü kazandı. Halen bu bölümde 4. sınıf öğrencisi olarak öğrenimine
devam etmektedir. EMOGENÇ üyeliği, Elektrik- Elektronik Kulübü üyeliği vardır.
Bunların yanı sıra çeşitli seminerlere katılmış ve sertifikalar almaya hak kazanmıştır. İleri
seviyede İngilizce bilmektedir.
Yeşim Aysel BAYSAL, 31.10.1989 tarihinde Elazığ’ da doğdu. İlköğretim’ i, 5 Nisan
İlköğretim Okulu’ nda okudu. Ortaokul’ u Mustafa Kemal İlköğretim Okulu’ nda okudu.
Lise öğrenimini ise 80. Yıl Cumhuriyet Lisesi’ nde tamamladı. Lise öğrenimini birincilikle
bitirdi. Lise öğreniminden sonra Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik
Mühendisliği Bölümünü kazandı. Halen bu bölümde 4. sınıf öğrencisi olarak öğrenimine
devam etmektedir. İleri seviyede İngilizce bilmektedir.
Yasin YILDIZHAN, 17.12.1987 tarihinde Nevşehir’ de doğdu. İlköğretim’ i, Kirazlı
İlköğretim Okulu’ nda okudu. Lise öğrenimini ise M. Niyazi Altuğ (YDA) Lisesi’ nde
tamamladı. Lise öğreniminden sonra İstanbul Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümünü
kazandı. Daha sonra bu bölümü bırakarak Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik-
Elektronik Mühendisliği Bölümünü kazandı. Halen bu bölümde 4. sınıf öğrencisi olarak
öğrenimine devam etmektedir. İleri seviyede İngilizce bilmektedir.