Ders 5

1. Ders 5 AKTUATÖRLER

2. Aktuatörler • Bir cismi hareket ettiren veya kontrol eden mekanik cihazlara denir. • Elektrik motorları ve elektrikli sürücüler • Hidrolik sürücüler • Pinomatik sürücüler • İçten yanmalı ve hibrit motorlar

3. Elektrikli aktuatörler • Elektriksel enerji mekanik enerjiye dönüştürülür. • DC motorlar (Doğru akım motorları) • AC motorlar (Alternatif akım motorları) • Doğrusal motorlar • Step (adım) motor

4. DC motorlar • Dönel aktuatörlerdir. • Güç aralığı 1 W -100 kW dır. • Güç kaynağı olarak güneş, rüzgar.. gibi enerji kaynaklarını elektrik enerjisine dönüştüren Grid, jeneratör veya pil kullanılabilir. • Doğru olarak kontrol edilmesi kolaydır.

5. Basit çalışma prensibi Elekrik akımı magnetik alan içindeki sarımlardan geçtiği zaman, sağ el kuralına göre baş parmak akım yönünde işaret parmağı magnetik alan yönünde tutulursa avuç içi yönünde magnetik kuvvet oluşur (F=I*L*B). Sonuçta magnetik kuvvet ile oluşturulan tork DC motor çıkışında dönme hareketinin elde edilmesini sağlar. video

6. Armatüre (rotor) voltaj uygulanır. • Üretilen akım komutatör ile armatür sargılarına aktarılır. • Armatür, kutuplu stator tarafından üretilen magnetik alan içinde döner. • Statorün magnetik alan üretmesi için DC akımla tahrik edilen kutupları vardır. • Armatür voltajı ve magnetik alan gücüyle hız kontrol edilir. • Hız voltaj ile orantılıdır. • Tork akım ile orantılıdır. • Güç=hız * Tork

7. DC motor: Temel kurallar • Tork akım ile orantılıdır. T=Kt * İa • Kt Tork sabiti, İa armatürde dolaşan akım • Kb: Ters elektromotor kuvveti (EMK) sabiti • omega çıktı açısal hızı • Ters EMK ile Jeneratör gibi manyetik alan içindeki armatür hareketi ile voltaj üretilir.

8. Tork-hız ilişkisi Yüksüz hız Hızın sıfırlandığı tork

9. Örnek problem DC motor • Tork sabiti Kt=5, Ters EMK sabiti Kb=0.2 olan 220 voltluk bir DC motor T=100Nm tork üretmektedir. Armatür direnci Ra=10ohm ise çıkış devrini bulunuz? (N=100 d/d) • Armatür direnci Ra=1ohm olursa aynı devir sayısını elde etmek için armatürden geçmesi gereken akımı ve üretilen torku bulunuz? (T=1000 Nm) (çözüm tahtada)

10. Örnek problem DC (shunt) motor • Şekilde V=220Volt luk bir DC shunt motorun devresi görülmektedir. Armatür direnci Ra=0.2 ohm, Bobin direnci Rf=220 ohm dur. Motor IL=10A akım kullanarak N=1000d/d dönü hızı sağlayan sabit T torku üretmektedir. • Armatür çevrimine Rd=5 ohm dış direnç eklendiğinde yeni devir hızını ve armatür akımını bulunuz.? (Ia2=9Amper, N2=794d/d, çözüm tahtada)

11. DC motor davranışı B sönüm katsayısı J kütle atalet momenti T girdi torku Omega çıktı açısal hızı Hareket denklemi 1. derece türev içerdiği için Torkun girdi hızın çıktı olduğu sistem 1. mertebeden gecikmeli sistemdir.

12. DC motor adım girdiye karşılık çıktı açısal hızının zamanla değişimi • 1. mertebeden sistemlerin zaman davranışı ayrıntılı olarak sistem modelleme dersinde işlenmektedir.

13. DC motor avantajları • Doğru pozisyon veya hız kontrolü • Düşük gürültü • Yüksek etkinlik • Düşük maliyet • Hız ve tork ayarının kolay olması

14. Bazı kullanım örnekleri • Tüketim ürünleri • CDler • disk sürücüler • Fanlar • Üretim • Robotlar • CNC tezgahları • Kaynak makinaları • matkaplar • Araçlar • Yakıt iradesi • Klima • Geçmişte akü şarj eden dinamolar

15. AC motorlar • Tek veya 3 fazlıdırlar. • Güç aralığı 100W-1MW • Yüksek güç, yüksek tork uygulamaları için uygundur. • Yüksek hız uygulamaları için uygundur. • Bazı tipleri fırçasızdır. • Kurulumu kolaydır. • Uzun ömürlü ve dayanıklıdır. • Son yıllarda dijital vektör kontrollü üretilmektedir. • Yapısı karmaşıktır ve ağırlığı fazladır. • Hız kontrolü için özel algoritmalara ihtiyaç duyar. (video) • İndiksiyon motoru örneği (video)

16. DC motordaki gibi bir akım sarımlardan geçer, ancak bu alternatif akımdır. Sarımda Tork uretilir. Akım alternatif olduğu için motor alternatif akım frekansında çalışır.Bu motora senkron motor denir. • İndiksiyon motoru da fırçalı bir AC motordur. Bunlarda akım direk kullanılmak yerine dönen sarımlarda indüklenerek kulanılır. Bu tip AC motorun dez avantajlarından biri dönen kontak noktalarından yüksek akım geçmesidir. Kontak noktalarında oluşan ısınma ve ark oluşumu enerji kaybına neden olduğu gibi motorun ömrünü kısaltır.

17. Genelde AC motorlarda motor sarımlarıyla aynı AC voltaj kaynağı ile magnetik alan üretilir. • Magnetik alan üreten sarımlara stator denir. • Dönen çekirdek ve sarımlarına armatür (rotor) denir. • AC motorda magnetik alan sarımlardaki alternatif akım değişimine paralel olarak sinüsoidal olarak değişir.

18. AC-DC motor karşılaştırması • Aynı gücün eldesi için kullanılacak bir AC motor maliyet bakımından daha ucuzdur. • AC motor daha dayanıklı olduğu için bakıma daha az ihtiyaç duyar. DC motorlarda ise sargı ve fırça ark oluşturmak suretiyle sıklıkla arıza çıkarabilir. • AC motorun devir sayısı yükle çok az bir değişim gösterir. Bu bakımdan sadece DC Shunt motor AC motordan üstündür. • DC motorda devir sayısı direk gerilim ile kontrol edilebilir. Eskiden AC motorun devir sayısı DC motor gibi kolaylıkla değiştirilemezdi. Gelişen teknoloji ile birlikte AC motorun devir sayısı AC gerilim Frekansı değişimi ile kontrol edilebilmektedir.

19. Bazı kullanım örnekleri • Vinçler, kaldırma sistemleri • Bantlar, taşıma sistemleri • Yüksek hız trenleri

20. Servomotor sistemleri • Motor, dişli, pozisyon sensörü, hata yükseltici, motor sürücüsü ve istenen pozisyonu kodlayan devreden oluşan sistemlerdir. • Şekilde tipik bir servomotor ünitesinin blok diyagramı görülmektedir. (RC tipi servomotor) • Bir kontrolör mili saniye mertebesindeki belli aralıklarla (20ms gibi) puls üretir. Bu pulsların genişliği 1-2 milisaniyedir. Puls genişliği motorun dönmesi gereken pozisyonu belirlemede kullanılır.

21. DC Servo motorlar • Servo sistemlerde kullanılan doğru akım motorlarına D.C. servomotorlar adı verilir. • D.C. servo motor çalışma prensibi açısından aslında, Statoru Daimi Mıknatıs olan bir D.C. motordur. Manyetik alan ile içinden akım geçirilen iletkenler arasındaki etkileşim nedeniyle bir döndürme momenti meydana gelir. • D.C. servomotorlarda rotor eylemsizlik momenti çok küçüktür. Bu sebepten piyasada çıkış momentinin eylemsizlik momentine oranı çok büyük olan motorlar bulunur. • Bazı D.C. Servomotorların çok küçük zaman sabitleri vardır. Bu girdiye çok hızlı bir şekilde tepki verebilmesi demektir.

22. DC servomotor kullanım alanları • Düşük güçlü D.C. servomotorlar piyasada genellikle bilgisayar kontrollü cihazlarda (disket sürücüler, teyp sürücüleri, yazıcılar, kelime işlemciler, tarayıcılar vs.) kullanılırlar. • Orta ve büyük güçlü servomotorlar ise sanayide genellikle robot sistemleri ile sayısal denetimli hassas diş açma tezgâhlarında kullanılır.