Basit Bir Elektrik Motoru

Yazar Administrator | 17 Eylül 2007

Elektrik motorlarının ve jeneratörlerin çalışma ilkeleri, birincisi Amper, ikincisi de Faraday tarafından keşfedilip formüllendirilmiş olan iki olguya dayanıyor:1. Bir manyetik alan içerisine yerleştirilmiş bulunan düz bir iletken tel üzerinden akım geçirildiğinde;

Manyetik alan tarafından, bu akımın manyetik alana dik olan bileşeni üzerinde bir kuvvet etki ettirilir. (Eğer tel düz değil de herhangi bir şekle sahipse, telin minicik düz parçaların ucuca eklenmesiyle oluştuğu düşünülebilir: Ki bu durumda söz konusu kuvvet, bu minicik düz parçalar üzerindeki ayrı ayrı kuvvetlerin vektörel toplamına eşittir.)

2. İletken bir tel, bir manyetik alana dik olarak hareket ettirildiğinde, bu telin iki ucu arasında bir gerilim oluşur.
Birinci olgudan hareketle, elekromanyetik enerji mekanik enerjiye; ikinci olgudan hareketle de, mekanik enerji elektrik enerjisine dönüştürülebilir. Elektrik motorları ve jeneratörler genellikle, her iki olguyu birlikte kullanırlar.

Şimdi basit bir doğru akım (DC) motoruna bakalım. Eğer; örneğin bir çivi alıp üzerine tel sararak, bir veya daha fazla sayıda halka oluşturduktan sonra, telin uçlarını bir pile bağlarsak, çivi bir elektromıknatısa dönüşür. Bu mıknatısın kuzey kutbu, sağ el kuralına göre belirlenir. Yani eğer sağ elimizin diğer parmaklarını çivi üzerindeki sarımlardan geçen akımın yönünde bükersek, başparmak manyetik alan yönüyle çakışmış ve kuzey kutbuna işaret ediyor olur.

Öte yandan varsayalım ki çivi, yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi; ortasından geçen ve iki ucu sabit yuvalara oturtulmuş dikey bir eksenle askıya alınmış olsun. Eğer pil bağlantıları şekilde gösterildiği gibi ise, elektromıknatısın kuzey kutbu, sabit U mıknatısın kuzey kutbuna bakıyor olur ve bu ikisi birbirini iter.

Bu durumda çivi, dikey eksen etrafında dönmeye başlar ve güney kutbu, U mıknatısın kuzey kutbunun karşısına gelince yavaşlar. Tam bu konuma geldiğinde hemen durmaz: Biraz daha ileri gittikten sonra durup, fazlaca geri döner ve bir süre ileri geri salınımlar yaptıktan sonra durur.Halbuki tam bu sırada akımın yönü değiştirilse, elektromıknatısın kutupları değişecek ve bu kutuplar sabit U mıknatısın, artık zıt değil de benzer kutuplarına bakıyor olduklarından, çivi yine itilerek dikey eksen etrafında dönmeye devam edecektir.

Dönme yönünü pilin nasıl bağlandığı belirler ve bağlantı uçları değiştirildiğinde, çivinin dönme yönü tersine döner.
Ancak, akım yönünü değiştirmek için pil bağlantılarını değiştirmek, uygulama açısından hiç de kolay veya rahat değildir. Bu amaçla, çivinin üzerindeki tel sarımların pille bağlantısı bir komütatör aracılığıyla sağlanır. Hem de böylelikle, aşağıda göreceğimiz gibi; çivi döndükçe, pilden gelen bağlantıların çiviyle beraber dönüp birbirine sarılması ve pili de dönmeye zorlaması önlenir.

Tabii ki, U şeklindeki sabit bir mıknatıs yerine, zıt kutupları birbirine bakan sabit iki çubuk mıknatıs da kullanılabilir. Hatta bu sabit mıknatıslar da elektromıknatıs olabilecekleri gibi, sayıları ikiden fazla da olabilir. Sabit mıknatıslara, durağan anlamında stator, hareketli elektromıknatısa ise, dönen anlamında rotor denilir.

Öte yandan gerçek bir elektrik motorunda çivinin yerini, soldaki şekilde gösterilen ve armatür denilen bir parça alır. Yarım daire şeklinde bükülmüş bulunan ve birbiriyle örtüşmedikleri gibi, hatta buluşmayan iki dikdörten plakadan oluşan komütatörler, bu armatürün dönme ekseni üzerinde sabitlenmiştir. (1. şekilde elektromıknatısa, kesiti siyah daire şeklinde gösterilmiş olan dikey dönme ekseninden aşağıya doğru bakılıyor. 2. şekilde elektromıknatıs, sabit mıknatıslar arasındaki yatay konumunda gösterilmiş. Üçüncü şekilde ise, komutatör plakalarının arasındaki boşluklardan birini net olarak gösterebilmek için, tel sarımları gösterilmemiş.)Dikkat edilecek olursa, her üç şekilde de, pilden gelen bağlantılar yok. Çünkü bu bağlantılar, elektromıknatısın dönüşüne engel olmamaları için, aşağıdaki şekilde gösterilen fırçalarla sağlanıyor.

Fırçalar, komütatör plakalarına serbestçe dokunan yaylı iki tel veya kömür parçasından oluşuyor. Şöyle ki; komütatör plakaları elektromıknatısla birlikte, sabit duran bu iki fırçanın arasında dönüyor. Hal böyle olunca fırçalardan her biri, sırasıyla bir veya diğer komütatör plakasına değiyor ve bu durum; sarımlardaki akımın yönünü, elektromıknatısın sürekli dönmesini sağlayacak biçimde değiştirip duruyor. (Akımın yönünü değiştirmenin başka yolları da var tabii. Örneğin elektromıknatısın, dönerken açıp kapattığı bir anahtar vasıtasıyla. Veya AC motorlarda, uygun frekanslı alternatif akım kullanarak vb.)

Dolayısıyla bir DC motoru yapmak için; iki sabit mıknatıs, bir komütatör, iki fırça, bir elektromıknatıs ve bir veya daha fazla pil gerekiyor. Bu parçaların hemen hepsini, hemen herhangi bir motoru açtığınızda görebilirsiniz.

Ancak bu, iki uçlu bir elektromıknatıs kullanan, yani iki kutuplu motorun bir sorunu vardır. Eğer motoru çalıştırmak istediğimizde, elektromıknatısın güney kutbu o anda tesadüfen, sabit mıknatısın kuzey kutbuna bakıyor ise, motor çalışmaya başlayamaz. Bu durumda motorun çalışmaya başlaması için, elektromıknatısın bir miktar döndürülmesi gerekir. Bu ise, uygulama açısından rahatsızlık verici bir durumdur. Dolayısıyla motorlar hemen daima, ayrı sarımlardan oluşan üç (veya daha fazla) kutuplu olarak yapılırlar. Bu durumda kutup sayısı kadar komütatör plakası vardır ve kutuplardan sadece birinin sabit mıknatısın zıt kutbuna bakıyor olması, motorun çalışmaya başlamasını engelleyemez.

Ayrıca; iki kutuplu bir motorda komütatörün dönmesi sırasında fırçalar bir komütatör plakasından diğerine geçerken, tam o sırada kısa bir süre için, plakaların ikisine birden değerler. Bu, pili kısa devre yapar ve enerjisinin bir kısmının ziyan olmasına yol açar. Halbuki üç kutuplu motorlarda bu sorun da yoktur.
Son olarak; alternatif akımla çalışan endüktif motorlarda, sabit mıknatısın yerini stator sarımları alır. Bu sarımlardan geçen ve birbirlerini faz farkıyla izleyen alternatif akımlar, dönen bir manyetik alan yaratırlar ve rotor, üzerinde oluşan endüksiyon akımlarının yarattığı manyetik alan nedeniyle, bu dönen manyetik alanla birlikte dönmeye zorlanır.

Kaynak:tübitak