Doğru Akım (DA, DC) Makinalarında Kömütasyon Nedir? Bozan Etkenler ve Kolaylaştırıcı Etkenler Nelerdir?

Komütasyon Nedir?

Doğru akım makinelerinde (motor, dinamo) endüvideki bir bobinde, kolektör dilimleri ve fırçalar yardımıyla akımın yön değiştirmesi olayına komütasyon denir.

Bir doğru akım elektrik makinesi, normal çalışırken indüklenen karşılıklı gerilimler aynı polariteye sahiptir. Endüvi sargılarından akım geçerken her kutbun altındaki iletkenlerden geçen akımın yönü, iletkenlerden geçen akım yönü ile aynıdır.

Endüvi ile beraber hareket eden iletkenlerdeki akımın yönü, iletkenin bir kutbun altından diğer kutbun altına geçmesiyle yön değişikliğine uğrar. Bobin iletkenlerinden geçen akımın bu yön değiştirmesi olayına komütasyon denir.

Akım yön değiştirirken kollektörler ve fırçalar da yardımcı olur. Endüvi hızla dönerken bobinden geçen akımın yön değiştirmesi çok hızlıdır. Bundan dolayı bobin üzerinde Lenz Kanununa göre alanın azalmasını önleyecek şekilde küçük bir öz indüksiyon emk’sı indüklenir. Bu gerilim de komütasyon sırasında fırça ve kollektör arasında ısınma oluşturur ve elektriksel ark (şerare) meydana getirir.

Komütasyon durumu Doğru akım elektrik makinelerinde kaçınılmazdır. Komütasyon sebebiyle ark oluşumu fırça ve kollektör aşınmasına yol açar. Bu durum için bir takım önlemler vardır. Bu önlemler aynı zamanda komütasyonu kolaylaştırıcı etkiler de gösterir.
Komütasyonu Bozan Etkenler Nelerdir?

Elektriki arızaların dışında mekaniki olarak da birçok arızalar meydana gelebilir.

1- Endüvideki kollektör dilimleri arasındaki mikaların yüzeyden taşmış olması durumunda fırçalar kollektör yüzeyine iyi basamayacağı için ark oluşur. Bu durumu önlemek için mikalar bakır yüzeyden 1 – 1,5 milimetre aşağıda olmalıdır.

2- Kollektörün yuvarlak olmaması, ısı etkisi ile endüvinin yuvarlaklığının bozulması. Bu durumu önlemek için kollektörler sık olarak kontrol edilmelidir.

3- Fırçaların fırça tutucusuna bağlanışındaki bir hata olması veya fırçaların kollektör yüzeyine uygun basınçla basmaması durumunda komütasyon bozulur. Bu basınç normalde 150—250 gr/cm civarındadır ve bu baskı bir yay ile sağlanır. Yay basıncı sık olarak kontrol edilmelidir.

4- Kömür ile fırça yuvası arasındaki boşluğun fazla olması veya az olması, fırçalar arasındaki uzaklığın eşit olmaması ve fırçaların düşük kalitede olması da ark meydana gelmesine sebep olur.

Komütasyonun zor olduğu durumlarda geçiş direnci yüksek olan fırçalar kullanılır. Bu sayede komütasyondaki bobinde akımın yön değiştirmesi çok kolaylaşır. Ayrıca, fırçalar kollektör yüzeyine uyacak şekilde alıştırılması sağlanmalıdır.

Arkın önlenmesi için komütasyonu kolaylaştırıcı önlemler nelerdir?

1- Fırçaları kaydırmak
2- Yardımcı kutup kullanmak.

1- Fırçaları Kaydırmak :



Fırçaların dönüş yönünde kaydırılması esasına dayanan bu yöntem, bobin üzerinde meydana gelen gerilime karşı bir etki ile sönümleme mantığına dayanır. Bu durumda kısa devre olan bobin, nötr eksen üzerinde değil de kutupların etkisinde olan bölgelere gelir. Böylece zıt kutbun etkisi ile bobin üzerindeki gerilime zıt bir etki yapılarak negatif etki ortadan kaldırılır ve arkın meydana gelmesi engellenip komütasyonun daha kolay gerçekleşmesi sağlanır.

Fırçalar, endüvinin dönüş yönünde bir miktar kaydırıldığında, üzerindeki akımın yönü değişir. Bobin zıt kutbun etkisi altına gireceği için öz indüksiyon emk’sının etkisi yok olur. Akım kolay bir şekilde yön değiştirir ve yön değiştirme sırasında ark oluşmaz. Akım hızlandırılmış komütasyon eğrisini izler.
2- Yardımcı Kutup Kullanarak :



Yardımcı kutup yönteminin mantığı, fırçaları nötr ekseninden kaydırmadan nötr eksende sabit tutar. Bobinin diğer kutbun etkisine girerken üzerinde meydana gelecek özindükleme emk’sının yok edilmesi ve bundan dolayı fırçalarda ark meydana gelmesinin önlenmesine dayanır. Nötr ekseni üzerine yerleştirilmiş olan yardımcı kutuplar, bobinin kurtulduğu kutbun zıttı olacak şekilde kutuplandırılır. Bu yöntem genellikle modern DC elektrik makinelerinde tercih edilir.

Yardımcı kutuplardan endüvi akımı geçirildiği için, yüke göre değişen endüvi manyetik alanına karşılık aynı oranda ve zıt yönde yardımcı kutbun değeri de herhangi bir ayarlamaya gerek kalmadan değişir.

Yardımcı kutupları bulunan bir Doğru akım makinesinin hem endüvi reaksiyonuna karşı hem de komütasyonu kolaylaştırıcı görevini yardımcı kutuplar yapar.

Doğru Akım Makinelerinde Endüvi Reaksiyonu Nedir? Giderme Yöntemleri Nelerdir?

Endüvi Reaksiyonu :

Endüvi sargılarından geçen akımın meydana getireceği manyetik alanının, kutup manyetik alanına gösterdiği tepkiye endüvi reaksiyonu denir.

Endüviden geçen akımın oluşturduğu bu etki ile ana kutupların bir bölümünde alan zayıflaması olurken diğer bölümde alan kuvvetlenmesi oluşur. 

Endüvi sargılarında herhangi bir akım yok iken kutupların oluşturduğu manyetik akı, endüvi üzerinde düzgün bir dağılım yapar. Nötr bölgede bulunan bobinde indüklenen emk sıfır olduğundan, nötr bölge düzgün bir komitasyon için fırçaların yerleştirileceği yer olarak seçilir.

Normal dağılımda kutup alanı ile endüvi alanı birbirine diktir. Endüvi yüklendiğinde her iki akı da aynı anda makine üzerinde gösterildiğinde oluşacak olan manyetik akı dağılımı bozulur.

Endüvi manyetik akısının toplam manyetik akı dağılımına olan etkisine endüvi reaksiyonu denir.

Endüvi reaksiyonundan dolayı kutup ayaklarının bir tarafında manyetik kuvvet çizgilerinde azalma görülür. Kutup ayağının bir tarafındaki manyetik akının azalması, kutbun diğer tarafındaki manyetik akının artışı tarafından karşılanamaz. Bu nedenle endüvi reaksiyonu toplam akıyı azaltacağından endüvide indüklenecek olan emk E = K. φ. n formülüne göre azalır.

Endüvi reaksiyonunu giderme yöntemleri :

1. Kutup Ayaklarını Tarak Şeklinde Yapmak
2. Kutup Ayaklarına Oyuklar Açmak
3. Yardımcı Kutup Kullanmak
4. Kompanzasyon Sargısı Kullanmak

1- Kutup Ayaklarını Tarak Şeklinde Yapmak :

Kutupları oluşturan sacların bir kulakları kesilerek bir ters bir düz gelecek şekilde birbirine perçinlenmesiyle kutup ayağı oluşturulur. Kutup ayağının uç kısmındaki kesit yarıya indirildiğinden çok az bir manyetik akı artışında kutuplar doyuma ulaşır. Ana kutup alanı ve nötr ekseninde az bir kayma meydana getirilmiş olur. Bu yöntemle fırçaların kaydırılması önlenmiş olur ancak endüvi reaksiyonunun etkisi tam olarak ortadan kaldırılmamıştır. Kutup ayaklarının tarak şeklinde yapılması

2- Kutup Ayaklarına Oyuklar Açmak :

Ana kutuplar üzerine kutup ekseni paralel olacak şekilde oluklar açılarak endüvi alanının yolu ve dolayısıyla manyetik direnci arttırılmış olacağından endüvi akısının etkisi azaltılmış olur. Kutuplarına oyuklar açılacak makinelerde kutupların doyma sınırının yüksek olması gereklidir. Açılacak olan oyuklar ana manyetik akıyı azaltmayacak şekilde olmalıdır. Aksi halde endüvide indüklenen emk da bir azalma söz konusu olur. Yöntem endüvi reaksiyonunun etkisini tam olarak ortadan kaldırmaz. Sabit güçlü makinelerde kullanılmalıdır.

3- Yardımcı Kutup Kullanmak : 

Endüvinin meydana getirdiği alan nötr ekseni doğrultusundadır. Eğer bu bölgedeki alana eşit ve zıt yönde bir alan meydana getirirsek, her iki alan birbirini yok edeceğinden endüvi alanının etkisi ortadan kalkar. Nötr eksenine yerleştirilen yardımcı kutuplar kullanılır. Yardımcı kutupların meydana getireceği alanın endüvi alanına eşit olması için endüvi akımı yardımcı kutup sargılarından da geçirilir. Endüvi dönüş yönüne göre ana kutuptan sonra gelen yardımcı kutuplar ana kutbun tersi olarak adlandırılır. Endüvi reaksiyonunun etkileri tam olarak önlenemez. Çünkü yardımcı kutbun alanı ana kutupların altındaki bölgede etkili olmaz.

4- Kompanzasyon Sargısı Kullanmak : 

Büyük güçlü makinelerde endüvi reaksiyonunun etkisi gidermede kullanılan yöntemdir. Kompanzasyon sargıları ana kutuplar altına açılan oyuklara yerleştirilir. Kompanzasyon sargılarından geçen akım endüvi sargılarından geçen akımın tersi yönündedir. Bu nedenle oluşacak olan manyetik alanlar birbirinin tersi yönünde olur. Oluşacak olan manyetik alanların birbirine eşit olması için endüvi sargılarından geçen akım kompanzasyon sargılarından da geçirilir. Böylece endüvi alanının etkisi ortadan kaldırılmış olur.

Doğru Akım (DC, DA) Makinalarının (Dinamo, Motor) Yapısı Nasıldır? Hangi Parçalar Bulunur?

Doğru akım makineleri yapı olarak; dönen kısım (endüvi), duran kısım (endüktör), yatak, kapak, fırça ve kolektörden oluşur.

DA Makinalarının Parçalarının Görevleri :

Endüktör (Duran Kısım) :

Görevi manyetik alan meydana getirmektir. N ve S manyetik kutupları burada oluşur.

Endüktör sargısı DA makinesinin gövdesinde bulunur, vida veya somunlarla gövdeye tutturulur.

Endüktör, Doğru akım makinesinin özelliğine göre endüktör sargısı yapısal değişiklikler gösterir.

Küçük güçlü DA makinelerinde ve pilli oyuncakta daimi mıknatıs, endüktör olarak görev yapmaktadır.

Büyük güçlü DA makinelerinde bobin sargıları ile manyetik alan oluşturulur.

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.

Endüvi (Dönen Kısım) :

DA makinelerinde dönen, mekanik enerjinin alındığı kısımdır.

Doğru akım makinesinin yapısına göre çeşitli ebatlarda yapılmaktadır. Endüvi üzerinde kolektör ve preslenmiş sac paket bulunur.

Sac üzerindeki emaye yalıtkanlı iletkenlerden akım geçtiğinde motor olarak çalışır yani döner. Manyetik alan içindeki endüvi dışarıdan bir kuvvetle döndürülürse DA gerilim üretir yani dinamo görevi yapar.

Endüvi Periyodik aralıklarla endüvinin bakımının yapılması, kollektör yüzeyinin temizlenmesi gerekir.

Büyük, güçlü doğru akım makineleri yüksek akım çekmektedir. Bundan dolayı kollektöre iki ya da daha fazla fırça ile doğru gerilim uygulanır.

Endüvi üzerinde kolektör vardır ve bakır dilimlerden oluşur. Endüvide bulunan iletkenler bu dilimlere lehimlenerek yada presle bağlanır.

Fırça ve Fırça Yatağı :

Fırça, doğru akım makinesi motor olarak çalışıyorsa gerilim uygulanmasını sağlar. Doğru akım makinesinin özelliğine göre boyutu değişmektedir.

Fırçanın kolektörlere uygun basınçla basması gereklidir. Bu nedenle doğru akım makinelerinin fırçaları üzerinde baskı yayları bulunur.

Fırça, fırça yuvasına yerleştirilir. Baskı yayının gevşek ya da çok sıkı olması motorun verimli çalışmasını engeller.

Yatak Kapak ve Diğer Parçalar :

Doğru akım makinelerinin en önemli parçalarından biri de yataklarıdır. Endüvide olduğu gibi yataklarda periyodik bakım gerektirir. Bilezikli tip metal yataklar ya da bilyeli yatak kullanılır.

DA makinelerinin soğutulması için çeşitli tip yapıda pervaneler kullanılır.