Anasayfa
DOĞRU AKIM MOTORLARI
Doğru akım motoru, doğru akım elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren
elektrik makinesidir. Doğru akım motorlarına D.A motor veya D.C motorda denilmektedir.
Herhangi bir iletkene doğru akım tatbik edildiğinde iletken, sabit bir manyetik alan oluşturur.
N ve S kutuplarından oluşan bu sabit manyetik alan etki alanının içerisindeki iletken
cisimlere veya farklı manyetik alanlara sabit mıknatısın gösterdiği etkiyi gösterir. Yani
iletken cisimleri kendisine çeker, aynı kutuplu manyetik alanları iter; farklı kutuplu manyetik
alanları çeker. N kutbundan S kutbuna doğru oluşan bu kuvveti manyetik akı olarak
adlandırıyoruz. DC motorlar, statorda oluşturulan sabit manyetik alanın rotorda oluşturulan
sabit manyetik alanı itmesi ve çekmesi prensibine göre çalışır. Statorda kuzey-güney
ekseninde oluşan sabit manyetik alana karşı, rotorda bu eksenden belli bir açıda kayık olarak
yerleştirilen sargıda ikinci bir sabit manyetik alan oluşturulur. Rotorun hareketi ile rotor
sargısının stator sargısıyla aynı eksene gelmesi ve hareketin sona ermesini engellemek için
rotor üzerinde birden fazla sargı oluşturulmuştur. Bu sargılar yine rotorun üzerindeki bir
kolektörde toplanır. Kolektöre uygulanan gerilim, kömür fırçalar marifeti ile aktarılır. Kömür
fırçalar, sabit eksende olduğu için rotor döndükçe gerilim uygulanan sargılar da değişecektir.
Her defasında satar eksenine belli açıda manyetik alan oluşturan sargıya gerilim tatbik
edildiğinden dönme sürekli devam eder.
DC motorların yol alma momentleri yüksektir ve devir sayıları geniş bir saha boyunca
ayarlanabilir. Dönüş yönü değiştirilmek istendiğinde rotora uygulanan gerilimin polaritesi
değiştirilir. Yani + ve – uçları ters bağlanır. Rotor (endüvi) akımı azaltılıp çoğaltıldığında
motorun devri de değişecektir. Bu tip motorların klima sistemlerinde kullanılamamasının en
büyük nedeni, hermetik yapı içerisindeki kompresörlerin yağ ve soğutucu akışkanın
kömürlere yapacağı negatif etki ve aşındığında kömürlere ulaşılamamasıdır.
ÖĞRENME FAALİYETİ–1
AMAÇ
ARAŞTIRMA
4
Bu nedenden dolayı klima sistemlerinde sabit mıknatıslı DC motorlar
kullanılmaktadır. Bu tip motorlarda statoru sargılı, endüvisi sabit mıknatıstan oluşan veya
endüvisi sargılı, statoru sabit mıknatıstan oluşan yapılar kullanılabilir. Bu yazıda statoru sabit
mıknatıstan oluşan resimler kullanılmıştır. Ancak bu belirleyici değildir. Statoru sabit
mıknatıslardan oluşan fırçasız (brushless) DC motorlarda rotor oyukları içerisindeki
sargıların oluşturduğu manyetik alan sayısı ile stator üzerindeki sabit mıknatıs sayısı aynı
değildir.
Şekil 1.1: D.C motor kesiti
Statordaki N,S ekseni(düşey eksen) ile rotordaki gerilim ile uygulanan sargının kutup
ekseni farklıdır.
Şekil 1.2’de anlaşılma rahatlığı açısından rotordaki tek bir sargı sembolize edilmiştir.
Gerçek motorda diğer oluklarda da sargılar bulunmaktadır.
Rotordaki sargılar birbirleriyle ilişkilendirildikten sonra kare dalgalar hâlinde akım
tatbik edilmektedir. Tatbik edilen akım, doğru akım olup tatbik edilme sıklığı devir sayısını
belirler. Yapı bileşenleri basit ve maliyeti düşük bir tetikleme (Komütasyon) modülü ile bu
işlem gerçekleştirildiğinden motorun imalat maliyeti de düşüktür.
Resim 1.1’de küçük kapasiteli bir brushless (Fırçasız) motor ve hız modülü
görülmektedir.
Bu tip motorlarda tetikleme hızını ayarlamak için rotorun konumunun bilinmesi
gerekir. Bu nedenle motor, rotorun konumunu sürekli olarak algılayan ve bildiren bir rotor
konum sensörü ile donatılmıştır. Tetikleme modülündeki yarı iletken invertörün ve rotor
konum sensörünün kombinasyonu sonucunda klasik DC makinelerindeki gibi doğrusal hızmoment
karakteristiğine sahip bir sürücü sistemi meydana getirilir. Otomatik senkron
çalışma, tetikleme sinyallerine göre çıkış üreten yarı iletken invertör ile sıralı olarak sargılara
akım yönlendirilerek sağlanır.
Doğru akım motorlarında endüvinin dönmesiyle beraber endüvideki sargıların kutup
sargılarının yarattığı sabit manyetik alanı kesmesi sonucunda üzerinde bir indükleme
gerilimi oluşur. Motorun çektiği akımın düşmesine neden olan bu gerilime zıt elektromotor
kuvveti denir.
Zıt emk dalga sekli yamuk (trapeziodal) olan otomatik-senkron motorlar için “fırçasız
DA motoru (FSDAM)” terimi; zıt EMK dalga sekli sünüzoidal olan otomatik-senkron
motorlar için “kalıcı mıknatıslı senkron motor (KMSM)” terimi kullanılması genel kabul
görmüştür.
6
Yamuk zıt EMK’li makine için rotor konum sensörü olarak basit konum dedektörleri
kullanılır. Örneğin Hail-etkili sensörler, rotor manyetik alanını algılar ve böylece faz
anahtarlama noktalarını tespit edebilirler. Sinüzoidal zıt EMK’li makine ise daha hassas
konum bilgisi gerektirir. Çünkü sargılara uygulanan akımın dalga şeklinin hassas olarak
izlenmesi gerekir. FSDA motorda moment fonksiyonu yamuk iken, KMS motorda moment
fonksiyonu sinüzoidaldir.
Fırçasız motorların avantajları:
Ø Yüksek verim
Ø Doğrusal moment-hız ilişkisi
Ø Yüksek moment-hacim oranı ( az bakır gerektirir)
Ø Fırçaların ve kolektörün olmayışı ( daha az bakım, tehlikeli ortamlarda
kullanılabilme)
Fırçasız motorların dezavantajları:
Ø Harici güç elektroniği gerektirir.
Ø Uygun çalışma için rotor konum bilgisi gerektirir.
Ø Hail-etkili sensörlere gerek vardır.
Ø Algılayıcısız yöntemlerin kullanımı ilave algoritmalar gerektirir.
Günümüzde özellikle V.R.F. sistemlerde ve split sistemlerde kullanılan yeni ekolojik
gazların sıkıştırma basıncının yüksek olması nedeni ile evaparatör ve kondenser alanları
küçülmüştür. Fırçasız motorların yüksek moment-hacim oranına sahip olması ve kolay
modüle edilebilme özelliklerinden dolayı bu tip cihazlar üreten hemen tüm önemli firmalar,
DC Inverter ismiyle piyasaya yeni ürünlerini sürmüşlerdir. Bu tip kompresörler, küçülen dış
ünite boyutlarına uyum sağlayan küçük hacimli olmasına karşın yüksek kapasiteli yapıları ile
ve de sıkıştırma yeteneklerindeki üstünlüklerin yeni gazlara mükemmel uyum sağlaması ile
en iyi çözüm olma durumundadır. DC Inverter kompresörlerin yakın ve orta zaman
diliminde en çok kullanılan ürün olacağına da kesin gözüyle bakılıp, sektördeki bu konudaki
bilgi eksikliğinin bir an önce giderilmesi gerekmektedir.
1.1. Doğru Akım Motorlarının Yapıları
Doğru akım motorları, endüktörün yapısına bağlı olarak elektromıknatıslı ve sabit
mıknatıslı olmak üzere iki şekilde imal edilir. Bu ikisi arasında endüktör haricinde yapı
bakımından farklı bir özellik yoktur.
1.1.1. Endüktör (Kutup)
Doğru akım motorlarında manyetik alanın meydana geldiği kısımdır. Endüktöre kutup
da denilmektedir. Kutup uzunluğu yaklaşık olarak endüvi uzunluğuna eşittir.
7
Endüktörler tabii mıknatıslarla yapıldığı gibi kutuplara sargılar sarılarak, bu sargıların
enerjilendirilmesiyle mıknatıslık özelliği kazandırılmış elektromıknatıslardan da yapılabilir.
Çok küçük doğru akım motorlarında kutuplar (tabii mıknatıslı) sabit mıknatıslıdır. Fakat
genellikle elektromıknatıs kutuplar kullanılmaktadır.
Şekil 1.3: İndüktör ve yapısı
Doğru akım motorlarında kutup sayısı alternatif akım makinelerinde olduğu gibi hız,
indüklenen gerilim ve akımın frekansına bağlı değildir. Burada kutup sayısı makinenin
gücüne ve devir sayısına göre değişir. Endüktör, makinenin gücüne (büyüklüğüne, çapına)
ve devir sayısına göre 2, 4, 6, 8 veya daha çok kutuplu olur.
1.1.2. Endüvi
Gerilim indüklenen ve iletkenleri taşıyan kısma endüvi denir. Endüvi, kalınlığı 0,30-
0,70 mm arasında değişen dinamo saclarından yapılır. Dinamo sacları, istenen şekil ve
ölçüde preslerle kesildikten sonra tavlanır ve birer yüzeyleri yalıtılır. Yalıtma işleminde
kâğıt, lak kullanılır ve oksit tabakası oluşturulur. Endüvi sacları üzerine iletkenleri
yerleştirmek için oluklar açılır. Bu olukların şekil ve sayıları makinenin büyüklüğüne, sarım
tipine, sarım şekline ve devir sayısına göre değişir. Oluklar, küçük güçlü makinelerde
yuvarlak veya oval büyük güçlü makinelerde ise tam açık olarak yapılırlar.
Kolektör
Doğru akım motorlarında endüviye uygulanacak gerilimin iletilmesini kolektörler
sağlar. Kolektör dilimleri, haddeden geçirilmiş sert bakırdan pres edilerek yapılır. Bakır
dilimleri arasına 0,5-1,5 mm kalınlığında mika veya mikanit yalıtkan konur. Bu kalınlık,
kolektörün çapına ve komşu dilimler arasındaki gerilim farkına göre değişir. Kolektör
dilimleri ile bunlara temas eden fırçalar, bağlama elemanlarını teşkil ederler. Kolektör, doğru
akım motorlarının en önemli ve en çok arıza yapan parçasıdır. Bu nedenle kolektör dilimleri,
özenle yapılır ve dilimler arası gerilim farkı 15 voltu geçmeyecek şekilde ayarlanır.
Doğru akım motoru, doğru akım elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren
elektrik makinesidir. Doğru akım motorlarına D.A motor veya D.C motorda denilmektedir.
Herhangi bir iletkene doğru akım tatbik edildiğinde iletken, sabit bir manyetik alan oluşturur.
N ve S kutuplarından oluşan bu sabit manyetik alan etki alanının içerisindeki iletken
cisimlere veya farklı manyetik alanlara sabit mıknatısın gösterdiği etkiyi gösterir. Yani
iletken cisimleri kendisine çeker, aynı kutuplu manyetik alanları iter; farklı kutuplu manyetik
alanları çeker. N kutbundan S kutbuna doğru oluşan bu kuvveti manyetik akı olarak
adlandırıyoruz. DC motorlar, statorda oluşturulan sabit manyetik alanın rotorda oluşturulan
sabit manyetik alanı itmesi ve çekmesi prensibine göre çalışır. Statorda kuzey-güney
ekseninde oluşan sabit manyetik alana karşı, rotorda bu eksenden belli bir açıda kayık olarak
yerleştirilen sargıda ikinci bir sabit manyetik alan oluşturulur. Rotorun hareketi ile rotor
sargısının stator sargısıyla aynı eksene gelmesi ve hareketin sona ermesini engellemek için
rotor üzerinde birden fazla sargı oluşturulmuştur. Bu sargılar yine rotorun üzerindeki bir
kolektörde toplanır. Kolektöre uygulanan gerilim, kömür fırçalar marifeti ile aktarılır. Kömür
fırçalar, sabit eksende olduğu için rotor döndükçe gerilim uygulanan sargılar da değişecektir.
Her defasında satar eksenine belli açıda manyetik alan oluşturan sargıya gerilim tatbik
edildiğinden dönme sürekli devam eder.
DC motorların yol alma momentleri yüksektir ve devir sayıları geniş bir saha boyunca
ayarlanabilir. Dönüş yönü değiştirilmek istendiğinde rotora uygulanan gerilimin polaritesi
değiştirilir. Yani + ve – uçları ters bağlanır. Rotor (endüvi) akımı azaltılıp çoğaltıldığında
motorun devri de değişecektir. Bu tip motorların klima sistemlerinde kullanılamamasının en
büyük nedeni, hermetik yapı içerisindeki kompresörlerin yağ ve soğutucu akışkanın
kömürlere yapacağı negatif etki ve aşındığında kömürlere ulaşılamamasıdır.
ÖĞRENME FAALİYETİ–1
AMAÇ
ARAŞTIRMA
4
Bu nedenden dolayı klima sistemlerinde sabit mıknatıslı DC motorlar
kullanılmaktadır. Bu tip motorlarda statoru sargılı, endüvisi sabit mıknatıstan oluşan veya
endüvisi sargılı, statoru sabit mıknatıstan oluşan yapılar kullanılabilir. Bu yazıda statoru sabit
mıknatıstan oluşan resimler kullanılmıştır. Ancak bu belirleyici değildir. Statoru sabit
mıknatıslardan oluşan fırçasız (brushless) DC motorlarda rotor oyukları içerisindeki
sargıların oluşturduğu manyetik alan sayısı ile stator üzerindeki sabit mıknatıs sayısı aynı
değildir.
Şekil 1.1: D.C motor kesiti
Statordaki N,S ekseni(düşey eksen) ile rotordaki gerilim ile uygulanan sargının kutup
ekseni farklıdır.
Şekil 1.2’de anlaşılma rahatlığı açısından rotordaki tek bir sargı sembolize edilmiştir.
Gerçek motorda diğer oluklarda da sargılar bulunmaktadır.
Rotordaki sargılar birbirleriyle ilişkilendirildikten sonra kare dalgalar hâlinde akım
tatbik edilmektedir. Tatbik edilen akım, doğru akım olup tatbik edilme sıklığı devir sayısını
belirler. Yapı bileşenleri basit ve maliyeti düşük bir tetikleme (Komütasyon) modülü ile bu
işlem gerçekleştirildiğinden motorun imalat maliyeti de düşüktür.
Resim 1.1’de küçük kapasiteli bir brushless (Fırçasız) motor ve hız modülü
görülmektedir.
Bu tip motorlarda tetikleme hızını ayarlamak için rotorun konumunun bilinmesi
gerekir. Bu nedenle motor, rotorun konumunu sürekli olarak algılayan ve bildiren bir rotor
konum sensörü ile donatılmıştır. Tetikleme modülündeki yarı iletken invertörün ve rotor
konum sensörünün kombinasyonu sonucunda klasik DC makinelerindeki gibi doğrusal hızmoment
karakteristiğine sahip bir sürücü sistemi meydana getirilir. Otomatik senkron
çalışma, tetikleme sinyallerine göre çıkış üreten yarı iletken invertör ile sıralı olarak sargılara
akım yönlendirilerek sağlanır.
Doğru akım motorlarında endüvinin dönmesiyle beraber endüvideki sargıların kutup
sargılarının yarattığı sabit manyetik alanı kesmesi sonucunda üzerinde bir indükleme
gerilimi oluşur. Motorun çektiği akımın düşmesine neden olan bu gerilime zıt elektromotor
kuvveti denir.
Zıt emk dalga sekli yamuk (trapeziodal) olan otomatik-senkron motorlar için “fırçasız
DA motoru (FSDAM)” terimi; zıt EMK dalga sekli sünüzoidal olan otomatik-senkron
motorlar için “kalıcı mıknatıslı senkron motor (KMSM)” terimi kullanılması genel kabul
görmüştür.
6
Yamuk zıt EMK’li makine için rotor konum sensörü olarak basit konum dedektörleri
kullanılır. Örneğin Hail-etkili sensörler, rotor manyetik alanını algılar ve böylece faz
anahtarlama noktalarını tespit edebilirler. Sinüzoidal zıt EMK’li makine ise daha hassas
konum bilgisi gerektirir. Çünkü sargılara uygulanan akımın dalga şeklinin hassas olarak
izlenmesi gerekir. FSDA motorda moment fonksiyonu yamuk iken, KMS motorda moment
fonksiyonu sinüzoidaldir.
Fırçasız motorların avantajları:
Ø Yüksek verim
Ø Doğrusal moment-hız ilişkisi
Ø Yüksek moment-hacim oranı ( az bakır gerektirir)
Ø Fırçaların ve kolektörün olmayışı ( daha az bakım, tehlikeli ortamlarda
kullanılabilme)
Fırçasız motorların dezavantajları:
Ø Harici güç elektroniği gerektirir.
Ø Uygun çalışma için rotor konum bilgisi gerektirir.
Ø Hail-etkili sensörlere gerek vardır.
Ø Algılayıcısız yöntemlerin kullanımı ilave algoritmalar gerektirir.
Günümüzde özellikle V.R.F. sistemlerde ve split sistemlerde kullanılan yeni ekolojik
gazların sıkıştırma basıncının yüksek olması nedeni ile evaparatör ve kondenser alanları
küçülmüştür. Fırçasız motorların yüksek moment-hacim oranına sahip olması ve kolay
modüle edilebilme özelliklerinden dolayı bu tip cihazlar üreten hemen tüm önemli firmalar,
DC Inverter ismiyle piyasaya yeni ürünlerini sürmüşlerdir. Bu tip kompresörler, küçülen dış
ünite boyutlarına uyum sağlayan küçük hacimli olmasına karşın yüksek kapasiteli yapıları ile
ve de sıkıştırma yeteneklerindeki üstünlüklerin yeni gazlara mükemmel uyum sağlaması ile
en iyi çözüm olma durumundadır. DC Inverter kompresörlerin yakın ve orta zaman
diliminde en çok kullanılan ürün olacağına da kesin gözüyle bakılıp, sektördeki bu konudaki
bilgi eksikliğinin bir an önce giderilmesi gerekmektedir.
1.1. Doğru Akım Motorlarının Yapıları
Doğru akım motorları, endüktörün yapısına bağlı olarak elektromıknatıslı ve sabit
mıknatıslı olmak üzere iki şekilde imal edilir. Bu ikisi arasında endüktör haricinde yapı
bakımından farklı bir özellik yoktur.
1.1.1. Endüktör (Kutup)
Doğru akım motorlarında manyetik alanın meydana geldiği kısımdır. Endüktöre kutup
da denilmektedir. Kutup uzunluğu yaklaşık olarak endüvi uzunluğuna eşittir.
7
Endüktörler tabii mıknatıslarla yapıldığı gibi kutuplara sargılar sarılarak, bu sargıların
enerjilendirilmesiyle mıknatıslık özelliği kazandırılmış elektromıknatıslardan da yapılabilir.
Çok küçük doğru akım motorlarında kutuplar (tabii mıknatıslı) sabit mıknatıslıdır. Fakat
genellikle elektromıknatıs kutuplar kullanılmaktadır.
Şekil 1.3: İndüktör ve yapısı
Doğru akım motorlarında kutup sayısı alternatif akım makinelerinde olduğu gibi hız,
indüklenen gerilim ve akımın frekansına bağlı değildir. Burada kutup sayısı makinenin
gücüne ve devir sayısına göre değişir. Endüktör, makinenin gücüne (büyüklüğüne, çapına)
ve devir sayısına göre 2, 4, 6, 8 veya daha çok kutuplu olur.
1.1.2. Endüvi
Gerilim indüklenen ve iletkenleri taşıyan kısma endüvi denir. Endüvi, kalınlığı 0,30-
0,70 mm arasında değişen dinamo saclarından yapılır. Dinamo sacları, istenen şekil ve
ölçüde preslerle kesildikten sonra tavlanır ve birer yüzeyleri yalıtılır. Yalıtma işleminde
kâğıt, lak kullanılır ve oksit tabakası oluşturulur. Endüvi sacları üzerine iletkenleri
yerleştirmek için oluklar açılır. Bu olukların şekil ve sayıları makinenin büyüklüğüne, sarım
tipine, sarım şekline ve devir sayısına göre değişir. Oluklar, küçük güçlü makinelerde
yuvarlak veya oval büyük güçlü makinelerde ise tam açık olarak yapılırlar.
Kolektör
Doğru akım motorlarında endüviye uygulanacak gerilimin iletilmesini kolektörler
sağlar. Kolektör dilimleri, haddeden geçirilmiş sert bakırdan pres edilerek yapılır. Bakır
dilimleri arasına 0,5-1,5 mm kalınlığında mika veya mikanit yalıtkan konur. Bu kalınlık,
kolektörün çapına ve komşu dilimler arasındaki gerilim farkına göre değişir. Kolektör
dilimleri ile bunlara temas eden fırçalar, bağlama elemanlarını teşkil ederler. Kolektör, doğru
akım motorlarının en önemli ve en çok arıza yapan parçasıdır. Bu nedenle kolektör dilimleri,
özenle yapılır ve dilimler arası gerilim farkı 15 voltu geçmeyecek şekilde ayarlanır.
