ELEKTROMEKANİK ENERJİ DÖNÜŞÜMÜ PRENSİPLERİ

Enerjiyi bir türden diğer bir türe; dönme, öteleme veya titreşim hareketi yaparak dönüştüren cihazlara transdüser denir.

Enerji dönüşümünü dönme hareketi ile yaparak, girişindeki elektrik enerjisini mekanik enerjiye çeviren makinalara elektrik motorları, girişindeki mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren makinalara da elektrik generatörleri denir.

Motor ve generatörlerden başka, hareket eden hiçbir parçası olmayan, girişindeki elektrik enerjisinin türünü değiştirmeyen, buna karşılık gerilim, akım gibi bileşenlerini değiştiren makinalar vardır. Bu makinalara da transformatör adı verilir.

Dönme hareketi ile enerji dönüşümü yapan elektrik makinalarının giriş veya çıkışlarından birinde elektrik enerjisi ve diğerinde ise mekanik enerji vardır. Bu enerjilerin birbirine dönüştürülmesi olayını karakterize edebilmemiz için enerjinin sakınımı prensibini dikkate almamız gereklidir. Bu prensibe göre; sisteme verilen enerjinin bir kısmı kayıp enerji olarak sistemin elektrik ve mekanik kısımlarında ısı enerjisine dönüşecek, diğer bir kısmı mekanik ve elektriksel kısımlarda depo edilecek ve geri kalan kısmı da şekil değiştirerek sistem çıkışından faydalı enerji olarak alınacaktır.

Aynı fiziksel prensiplere göre elektromekanik enerji dönüşümü yapan, ancak işlevlerine bağlı olarak yapıları birbirinden farklı olan birçok cihaz söz konusudur;

1. Transdüserler: Ölçme ve kontrol amaçlı olarak kullanılan ve genel olarak giriş ve çıkış büyüklükleri arasında doğrusal ilişki olan ve küçük işaretlerle çalışan moment motorları, mikrofon, pikap ve hoparlör gibi cihazlar.
2. Röle ve elektromıknatıslar: Öteleme hareketi ile bir kuvvetin oluşturulduğu ve devrelerin açmakapama işlemlerinde kullanılan cihazlar,
3. Elektrik motor ve generatörleri: Dönme hareketi ile elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren ya da tersini sağlayan cihazlar. 

Konum Açısı θ, dönme hareketi yapan elektromekanik sistemde keyfi olarak seçilen bir referansa göre hareketli kısmın konumunu belirleyen açıdır. Başka deyişle açısal olarak alınan yoldur. Konum açısı [rad] simgesi ile gösterilen radyan ya da [º] simgesi ile gösterilen derece ile ölçülür.

ω açısal hızı, konum açısının zamana göre değişim hızıdır. Keyfi olarak seçilen hareket yönüne bağlı olarak pozitif ya da negatiftir. Genel olarak saat dönüş yönü referans alındığından bu yöndeki hareket için referans, pozitif olarak seçilir. Dönme hareketinde açısal hız, ω = dθ / dt olup [rad/san] simgesi ile gösterilen radyan/saniye ile ölçülür. Öteleme hareketinde ise çizgisel hız,           v = dx / dt ile tanımlanır. x ötelemesi, metre olarak ölçüldüğünde   [m/san] simgesi ile gösterilen metre/saniye ile ölçülür.

Açısal ivmelendirme (hızlanma), açısal hızın zamana göre değişim hızıdır. Açısal ivmelendirme, açısal hız artıyorsa pozitif olarak tanımlanır. Matematiksel olarak dönme hareketinde açısal ivmelendirme,α
α = dω / dt
olup, [rad/ san²] simgesi ile gösterilen radyan / saniye² ile ölçülür.

Öteleme hareketinde ise,
a = dv / dt
olarak tanımlanır ve [m/ san² ] simgesi ile gösterilen metre / saniye² ile ölçülür.

Bir cismin dönme kuvveti, moment olarak adlandırılır.

Öteleme hareketi yapan bir cisme bir kuvvet etki ettiğinde, m cismin kütlesini ve a da uygulanan kuvvet sonucunda oluşan ivmeyi gösterirse kuvvet,
F = ma

olarak tanımlanır.

Bir cisim ya da sistem bir F kuvvetinin etkisi ile bir x ötelemesi yaptığında ortaya çıkan iş,

W = ∫ Fdx

ile tanımlanır.

Uygulanan kuvvetin sabit olması durumunda,

W= Fx

olur.

Cismin ya da sistemin dönme hareketi yapması durumunda iş,

W = ∫ Tdθ

olarak tanımlanır.

Uygulanan momentin sabit olması durumunda,

W = T θ

ile tanımlanır.

Güç, işin zamana göre değişim hızı olarak tanımlanır. Matematiksel olarak,

P = dW / dt

denklemi ile tanımlanır.

T = 2BNIlr

3 = 2 x 0.5 x 200 x I x 0.2 x 0.05

I = 3/2 = 1.5

Hareketsiz duran bir iletken zamanla değişen bir manyetik alana maruz kalırsa, Faraday kanununa göre bu iletkende bir gerilim endüklenir. Endüklenen gerilim endüksiyon gerilimi olarak tanımlanır ve aşağıdaki eşitlik ile hesaplanır.

e_i (t) = -(dφ / dt)

İletkenin içinde bulunduğu manyetik alan zamanla değişmiyorsa (doğru akım makinalarında olduğu gibi) gerilim endüklenmesi için iletkenin veya alanın hareketli olması gerekir. Bu yolla endüklenen gerilim hareket gerilimi olarak isimlendirilir.

Manyeto motor kuvvet (Amper-sarım) değeri, makinadan alınacak güce karşılık gelir.

Alternatif akım (AA) makinası dendiğinde ilk akla gelen makinalar asenkron ve senkron makinalardır. Bu makinaların çalışma prensiplerinin temelinde döner alan kavramı vardır. Çok fazlı bir makinada statora açılmış oluklara dağıtılarak yerleştirilmiş faz sargılarına, aynı faz sayısında gerilimler uygulandığında döner bir manyetik alan meydana getirilir.

3 fazlı AA makinalarında bir faza ait bobin, birkaç bobinin seri bağlanarak statordaki oluklara dağıtılarak yerleştirilirler. Bu sebeple bu sargılara dağıtılmış sargılar ismi de verilir.

Sargıların oluklardaki tabaka sayısına (bobin kenarı) göre iki çeşidi bulunur. Bunlar:

1. Tek tabakalı sarımlar:
   a. El sarımı
   b. Yarım kalıp (yarım gabari, yarım Amerikan) sarım
2. Çift tabakalı sarım (Tam kalıp sarım)

olarak sınıflandırılırlar.