ELEKTRİK MAKİNALARI - Deneme Sınavı - 12

Manyetik alanlar ve bu alanlarla ilgili kanunlar ve kavramlar, elektrik makinalarının çalışma prensiplerinin temelini oluşturur. İki temel kanundan birincisi Biot-Savart Kanunu, ikincisi ise Amper Kanunu’dur. Elektromekanik enerji dönüşümü yapan bütün elektrik makinalarının ve transformatörlerin çalışma prensipleri, bu iki kanun ve diğer elektromanyetik kanunlar ile kolayca açıklanır. Bilindiği gibi elektromekanik enerji dönüşümü yapan bütün döner elektrik makinaları, motor veya generatör olarak çalıştırılabilirler. Motor çalışmada, makinaya verilen elektriksel enerji mekanik enerjiye; generatör çalışmada ise, makinaya verilen mekanik enerji elektriksel enerjiye dönüştürülür. Bu tanımlamalardan anlaşılacağı üzere bir elektrik makinası, biri mekaniksel diğeri elektriksel olmak üzere iki farklı ortamı birbirine bağlar. Manyetik alan, bu iki farklı ortamı birbirine bağlamada önemli rol oynar ve ortak ortam olarak nitelendirilir. Elektriksel enerjiyi doğrusal hareketle mekanik enerjiye dönüştüren röle, kontaktör gibi cihazlarda da ortak ortam manyetik alandır. Bu bilgilerden de anlaşıldığı gibi I, II, III, IV ve V seçeneklerinde yer alan ifadeler doğrudur, dolayısıyla doğru cevap E’dir.  Röle ise mekanik enerjiyi doğrusal hareketle elektriksel enerjiye değil, elektriksel enerjiyi doğrusal hareketle mekanik enerjiye dönüştürür, seçenek VI’da yer alan ifade doğru değildir.

Makinalar için gerekli manyetik alanı oluşturduğumuz devreye manyetik devre ismini veririz. En basit temel manyetik devre, manyetik alana ait kuvvet (akı) çizgilerini taşıyan ve ferromanyetik (demir özlü veya çelik) bir malzemeden imâl edilen nüve ile manyetik alan kaynağı olan sargı’dan meydana gelir. Elektrik makinalarından elde edilecek güç, makinada oluşturulan manyetik alanın değeri ile doğru orantılıdır. Akım taşıyan bir iletken kendi etrafında manyetik alan meydana getirir. Ortaya çıkan bu manyetik alan iletkendeki serbest elektrik yüklerinin (elektronların) hareketi ile ortaya çıkar. Manyetik alana ait kuvvet çizgilerinin yönü sağ ele kuralı ile belirlenir. Bu bilgilerden de anlaşıldığı gibi, I seçeneğinde yer alan ifade doğru değildir. II, III, IV ve V seçeneklerinde yer alan ifadeler ise doğrudur, dolayısıyla doğru cevap D’dir.

Bir malzeme dışarıdan uygulanan manyetik alan şiddeti ile mıknatıslanabilir. Malzemeye uygulanan H manyetik alan şiddetine karşılık malzeme içerisinde manyetik akı yoğunluğu değeri elde edilir. Oluşan manyetik akı yoğunluğunun genliğini, malzemenin manyetik geçirgenlik değeri ile mıknatıslanma ölçütü olarak tanımlayabileceğimiz manyetik alınganlık değeri belirler. Uygulanan manyetik alan şiddetine karşılık elde edilen manyetik akı yoğunluğu değeri  B= μH şeklinde yazılabilir. B= μH eşitliğinde B: Manyetik akı yoğunluğu (Tesla, T), µ: Manyetik geçirgenlik (Henry/metre, H/m), H: Manyetik alan şiddeti (Amper/metre, A/m), büyüklüklerini göstermektedir. Malzemelerin göreceli manyetik geçirgenlik ve manyetik alınganlık değerlerine göre, diamanyetik, paramanyetik ve ferromanyetik olarak üç sınıfa ayrılması mümkündür. Bu bilgilerden de anlaşıldığı gibi manyetik malzemelerin sınıflanmasına ilişkin olarak seçeneklerde yer alan ifadelerin tümü doğrudur, dolayısıyla doğru cevap E’dir.

Diamanyetik malzemeler, uygulanan kuvvetli bir manyetik alan şiddetine karşılık çok zayıf ve negatif değerlikli manyetik alınganlık değeri gösterirler. Negatif değerlikli alınganlık göstermesi, manyetik alan tarafından hafifçe itilecekleri anlamını taşır. Uygulanan alan kaldırıldıktan sonra kalıcı bir mıknatısiyet barındırmazlar. Periyodik tablodaki altın, gümüş, bakır, civa, bizmut ve karbon grafit gibi pek çok element diamanyetiktir. Bu malzemelerin yanında, su, tahta ve canlı doku da diamanyetik malzemeler kategorisindedir. Diamanyetik malzemeler kuvvetli bir alana maruz kaldıklarında havada asılı kalırlar.

Paramanyetik malzemeler manyetik alan tarafından zayıfça çekilirler ve küçük miktarda pozitif değerli manyetik alınganlık gösterirler. Bu malzemeler sıcaklığa karşı oldukça duyarlıdırlar. Alüminyum, uranyum ve pilatinyum gibi paramanyetik malzemelerin düşük sıcaklıklarda mıknatıslanmaları artar. Diğer paramanyetik malzemelere örnek olarak magnezyum, titanyum, tungsten, molibden ve lityum sayılabilir. Bu malzemeler çok düşük manyetik alınganlık değerleri (10-5 gibi) sebebiyle manyetik olmayan malzemeler olarak adlandırılırlar.

Bu bilgilerden de anlaşıldığı gibi I, III, IV ve V seçeneklerinde yer alan ifadeler doğrudur, dolayısıyla doğru cevap D’dir. Seçenek II’de yer alan ifade doğru değildir, periyodik tablodaki altın, gümüş, bakır, civa, bizmut ve karbon grafit gibi pek çok element paramanyetik değil, diamanyetiktir.

İsminden anlaşılacağı üzere ağırlıklı olarak demir veya demir özlü malzemeler olarak bilinmesine karşılık, nikel ve kobalt gibi malzemeler de ferromanyetik malzemelerdir. Kendi aralarında yumuşak ve sert olarak da sınıflandırılırlar. Demir gibi yumuşak malzemeleri mıknatıslamak kolay iken, nikel ve kobalt gibi malzemeler zor mıknatıslanırlar. Ancak tersine demir kalıcı mıknatısiyetini yitirme eğiliminde iken, diğerleri mıknatısiyetlerini koruma eğilimindedirler. Aynı zamanda bu malzemeler sabit mıknatısların fabrika ortamında yapay olarak elde edilmesinde de kullanılırlar. Bu bilgilerden de anlaşıldığı gibi I ve II seçeneklerinde yer alan ifadeler doğrudur, dolayısıyla doğru cevap A’dır. III, IV ve V seçeneklerinde yer alan ifadeler ise doğru değildir. Demir gibi yumuşak malzemeler zor değil kolay mıknatıslanır. Nikel ve kobalt gibi malzemeler kolay değil zor mıknatıslanır. Demir kalıcı mıknatısiyetini koruma eğiliminde değil, yitirme eğilimindedir.

Diamanyetik malzemenin manyetik alınganlık değeri “X_m  < 0(-10^-5)”dir, göreceli manyetik geçirgenlik ise “µ_r ≤ 1”dir, dolayısıyla doğru cevap A’dır. Paramanyetik malzeme tipinin manyetik alınganlık değeri “X_m  > 0(10^-5)”, göreceli manyetik geçirgenlik ise “µ_r ≥ 1”dir. Ferromanyetik malzeme tipinin manyetik alınganlık değeri “X_m  >>0”, göreceli manyetik geçirgenlik değeri ise “µ_r >>1”dir.

“Alüminyum, magnezyum, kalsiyum, krom, platin, tungsten” paramanyetik malzeme tipi grubuna dahil olan örnek malzemelerdir, dolayısıyla doğru cevap C’dir. “Bizmut, bakır, gümüş, altın, kurşun, civa, gümüş, silikon” diamanyetik malzeme tipi grubuna,  “demir, nikel, kobalt” ise ferromanyetik malzeme tipi grubuna dahildir.

Eğer sargı doğru gerilimle değil sinüsoidal gerilimle beslenirse, B-H karakteristiği tek bölgeli değil dört bölgeli olarak elde edilecektir. Elde edilen bu karakterisitik histerezis eğrisi olarak adlandırılır. Bu tanımdan da anlaşıldığı gibi sargı doğru gerilimle değil sinüsoidal gerilimle beslenirse, tek bölgeli değil dört bölgeli olarak elde edilen karakteristik histerezis eğrisi olarak adlandırılır, dolayısıyla doğru cevap A’dır. Diğer seçeneklerde yer alan terim ve kavramların tanımları şu şekilde ifade edilebilir:

Nüve üzerindeki sargının doğru akım ile beslenmiş olması sebebi ile elde edilen mıknatıslanma karakteristikleri DC mıknatıslanma karakteristiği olarak adlandırılır.

Kısaca B-H karakteristiği olarak adlandırılan karakteristikler, kısaltılmış adından da anlaşılacağı üzere, malzemede elde edilen B manyetik akı yoğunluğu değerinin, uygulanan manyetik alan şiddeti değeri H ile değişimini verir.

En basit manyetik devre, kapalı devre oluşturan ve ferromanyetik malzemeden imâl edilen bir nüve ile bu nüve üzerine sarılmış N sarımlı, I akımı taşıyan bir sargıdan oluşur. Sargının sarıldığı yere bu yerin karşılığındaki yere bacak, bu bacakları birleştiren kısımlara ise boyunduruk adı verilir. Ortadaki boşluk ise pencere boşluğu’dur.

Günümüzde motor ve jeneratörlerde manyetik alan kaynağı olarak sabit mıknatıslar yaygın olarak kullanılmaktadır. Sabit mıknatısların mıknatıslanma karakteristikleri sadece ikinci bölgede tanımlanır.

Sabit mıknatısların fabrika ortamında üretildiğine dikkat çekerek, kullanılan maddelerin yüksek sıcaklıklarda mıknatısiyet özelliklerini kaybettiğini belirtelim. Dolayısı ile bu mıknatıslar yüksek sıcaklıklarda kullanılmamalıdır. Bu bilgilerden de anlaşıldığı gibi III, IV ve V seçeneklerinde yer alan ifadeler doğrudur, dolayısıyla doğru cevap C’dir. Seçenek I’de yer alan ifade doğru değildir, sabit mıknatıslar yüksek sıcaklıklarda mıknatısiyet özelliklerini koruma eğiliminde değildir, tam tersine sabit mıknatıslar yüksek sıcaklıklarda mıknatısiyet özelliklerini kaybetmektedir. Seçenek II’de yer alan ifade de doğru değildir, çünkü günümüzde motor ve generatörlerde manyetik alan kaynağı olarak sabit mıknatıslar yaygın olarak kullanılmaktadır.

Endüktör (bobin) manyetik alanında enerji depo eden eleman olarak tanımlanır, dolayısıyla doğru cevap D’dir. Diğer seçeneklerde yer alan terimler şu şekilde tanımlanabilir:

Malzemelere ait göreceli manyetik geçirgenlik değeri, manyetik geçirgenlik değerinin boşluğun geçirgenlik değerine oranı olarak tanımlanır.

Eğer sargı doğru gerilimle değil sinüsoidal gerilimle beslenirse, B-H karakteristiği tek bölgeli değil dört bölgeli olarak elde edilecektir. Elde edilen bu karakteristik histerezis eğrisi olarak adlandırılır.

Akının hava aralığından geçişi sırasında, bazı akı çizgilerinin devresini daha açıktan tamamlaması durumu saçaklanma olarak tanımlanır ve hava aralığının kesit alanının büyümesine sebebiyet verir.

Kesit alanı dairesel olan halka biçimli manyetik nüve yapısının özel adı toroid’dir.

Manyetik alanlar ve bu alanlarla ilgili kanunlar ve kavramlar, elektrik makinalarının çalışma prensiplerinin temelini oluşturur. İki temel kanundan birincisi Biot-Savart Kanunu, ikincisi ise Amper Kanunu’dur.

Elektriksel enerjiyi doğrusal hareketle mekanik enerjiye dönüştüren röle, kontaktör gibi cihazlarda da ortak ortam manyetik alandır.

En basit temel manyetik devre, manyetik alana ait kuvvet (akı) çizgilerini taşıyan ve ferromanyetik (demir özlü veya çelik) bir malzemeden imâl edilen nüve ile manyetik alan kaynağı olan sargı’dan meydana gelir.

Diamanyetik malzemeler, uygulanan kuvvetli bir manyetik alan şiddetine karşılık çok zayıf ve negatif değerlikli manyetik alınganlık değeri gösterirler.

İsminden anlaşılacağı üzere ağırlıklı olarak demir veya demir özlü malzemeler olarak bilinmesine karşılık, nikel ve kobalt gibi malzemeler de ferromanyetik malzemelerdir.

Diamanyetik malzemelerin mıknatıslanma karakteristikleri, uygulanan alan yönünün tersi yönde mıknatıslanmaları sebebiyle, paramanyetik malzemeler için verdiğimiz karakteristiğin tersidir.

Günümüzde motor ve generatörlerde manyetik alan kaynağı olarak sabit mıknatıslar yaygın olarak kullanılmaktadır. Sabit mıknatısların mıknatıslanma karaktersitikleri sadece ikinci bölgede tanımlanır.

En basit manyetik devre, kapalı devre oluşturan ve ferromanyetik malzemeden imâl edilen bir nüve ile bu nüve üzerine sarılmış N sarımlı, I akımı taşıyan bir sargıdan oluşur. Sargının sarıldığı yere bu yerin karşılığındaki yere bacak, bu bacakları birleştiren kısımlara ise boyunduruk adı verilir.

Sabit mıknatıslar günümüzde motor ve generatörlerde alan kaynağı olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Fırçasız doğru akım motorları ve sabit mıknatıslı senkron motorlar bunlara örnek olarak
verilebilir.

Endüktör (bobin) manyetik alanında enerji depo eden elaman olarak tanımlanır. Elektrik alanında enerji depo eden kondansatöre karşılıktır.