close

Enter

Log in using OpenID

1 SERVO – SENKRO MEKANİZMALAR Yılmaz, Kaya

embedDownload
SERVO – SENKRO MEKANİZMALAR
1
Yılmaz, Kaya
SERVO – SENKRO MEKANİZMALAR
BÖLÜM 1
Yılmaz, Kaya
SEZİCİ ELEMANLAR VE DÖNÜŞTÜRÜCÜLER
( SENSÖRLER VE TRANSDÜSERLER)
Elektrik mühendisliği açısından bakıldığında büyüklükler, elektriksel büyüklükler
(akım , gerilim , direnç ) ve elektriksel olmayan büyüklükler olarak iki grupta
toplanabilir. Bu büyüklükler üzerinde bir işlem yapmak ya da bir kontrol değişkeni
olarak kullanabilmek için ölçülmeleri şarttır. Elektriksel olmayan büyüklükler çoğu
zaman elektriksel büyüklüklere dönüştürülerek ölçülür. Elektriksel olmayan
büyüklükleri elektriksel biçime dönüştürmek için dönüştürücülere ihtiyaç vardır.
Enerjiyi bir biçimden başka bir biçime dönüştüren elemanlara dönüştürücü denir.
Başka bir deyişle dönüştürücü ( transdcuser ) , bir çeşit sezici eleman yada cihazdır.
Fiziksel veya kimyasal büyüklükleri elektrik , pünomatik , ya da hidrolik çıkışlara
dönüştürür. Kullanım biçimine bağlı olarak , dönüştürücüler genel olarak elektriksel
ve mekaniksel dönüştürücüler olarak iki gruba ayırabiliriz.
Elektriksel etkiyle çalışan dönüştürücüler , girişlerine mekanik, kimyasal, ısı,
elektro mekanik vb. formlarda giriş yapılabilen ve bu formdaki giriş değişkenlerine
orantılı olarak elektriksel çıkış verirler. (Coşkun,
)
Bu dersimizde sensör yerine duyarlık elemanları veya sezici elemanlar gibi
deyimler kullanılacaktır.
Kontrol edilecek ya da ölçülecek fiziksel büyüklükleri sezen ve elektriksel forma
dönüştüren çok sayıda dönüştürücüler mevcuttur. Bunlardan bazıları ;
1) Pozisyon duyarlık elemanları
2) Foto elektrik elemanlar
3) Manyetik duyarlık elemanları
4) Endüktif duyarlık elemanları
5) Kapasitif duyarlık elemanları
6) Diğer duyarlık elemanları
...
2
SERVO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
1.1 POZİSYON DUYARLIK ELEMANLARI
1.1.1DİRENÇ TİPİ POTANSİYOMETRELER
Lineer olarak çalışan ayarlı dirençler, en basit şekilde pozisyon duyarlık elemanı
olarak dizayn edilebilir ve kullanılabilir. Ayarlı dirençlerin orta ucundan konuma veya
pozisyona göre değişen bir gerilim alınarak , pozisyon ya da konum değişikliği
saptanabilir. Şekil 1.1 ‘deki potansiyometrik köprü ile , referans değer ve pozisyonu
belirleyecek durum ilk başlangıçta belirlenir. Daha sonra pozisyondaki değişime göre
referans ( Vref ) ile Vg arasında fark oluşur. Bu fark gerilimi, mekanik bir pozisyon
değişiklini elektriksel bir forma dönüştürmüş olur.
Şekil 1.1 Potansiyometrik köprü
Bu tip potansiyometrelerin , kayıcı tip ve dönel tipleri mevcuttur. Şekil 1.2 ‘ de
ve şekil 1.3 ‘ teki örnekleri inceleyiniz.
Şekil 1.2 Kayıcı tip potansiyometre
Kayıcı tip potansiyometreler, genelde doğrusal yer değiştirmeler için kullanılır.
3
SERVO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
Dönen mile ya da pozisyona bağlı kol
Şekil 1.3 Dönel tip potansiyometre
Dönel tip potansiyometreler, açısal hızlardaki değişimleri algılaması için
kullanılır. Potansiyometrenin orta ucu milin dönüş hızına göre yer değiştirir. Burada
dikkat edilmesi gereken özellik, yer değiştirme miktarında veya açısal hızda meydana
gelen değişiklik oranında bir gerilim değişiminin oluşmasıdır. Yani lineerlik çok
önemlidir. Dönel tip potansiyometrelerde ana problem, bunlar tam 3600’ lik dönüş
yapamamasıdır. Bunlar genel olarak 3000 – 3400’ lik dönüş yapabilir.
Potansiyometrelerin lineerliğini, seçilen direnç malzemesinin özelliği ve
potansiyometrelerin yapım biçimleri belirler. İyi bir lineerlik elde etmek için sargılı
potansiyometrelerde sarım turları arasının eşit olması ve tur başına direnç değerleri
aynı olmalıdır. Ayrıca potansiyometreye yük olarak bağlanan devre direncinin
potansiyometre direncinden büyük olması gerekir.
Çözümleyicilik : Bitişik iki tur arasındaki gerilimin giriş gerilimine oranı
biçiminde tanımlanabilir. Çözümleyiciliğin iyi olması için tur sayısının yüksek olması
gerekir.
Çözümleme =
∆v ∆v 1
=
= .100
V
n.V n
olarak belirlenir.
∆v = İki tur arasındaki gerilim
V = Potansiyometre uçlarındaki gerilim
N = Sargılı potansiyometrelerin tur sayısı
4
SERVO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
örnek
Dönme açısı 330O ve 220KΩ’luk bir lineer potansiyometreye 12 volt
uygulandığında
a) Her bir radyan için potansiyometre sabitesini
b) potansiyometrenin kayıcı ucu %500’lik döndürüldüğünde ve potansiyometre
çıkışına 330KΩ’luk bir yük bağlandığında çıkış gerilimini hesaplayınız?
çözüm
a-) Dönme açısı 3300’dir
Hareket etme açısı radyan olarak
330 × 2Π 330 × 2 × 3,14
=
= 5,756 Radyan, olur.
360
360
Yay sabiti =
Geri lim
12
=
= 2,084 V / Radyan bulunur.
Hereketaçısı 5,756
b-) Potansiyometre %50O’lik döndürüldüğünde orta uçtan alınacak gerilim
Vo = %50 × Vi = 0,5 × 12 = 6V
Yük bağlı iken devrenin eşdeğer direnci değişir. Buna bağlı olarak çıkış gerilimi de
değişir.
110 × 330
= 110 + 82,5 = 192,5K
110 + 330
12
12
I=
=
= 0,0623 Amp.
Re 192,5
Vo = 12 − 110 KΩ × 0,0623 = 12 − 6,85 = 5,15V
Re = 110 +
5
SERVO – SENKRO MEKANİZMALAR
12 V
Yılmaz, Kaya
110KΩ
110KΩ
110KΩ
110KΩ
6V
Şekil 1.4
1.1.2 ENDÜKTİF POTANSİYOMETRELER :
Endüktif potansiyometreler toroid-sargılı oto trafosu biçimde olup alternatif
akım için tasarlanmıştır. Şekilde endüktif potansiyometre görülmektedir.
Potansiyometrenin nüvesi, manyetik geçirgenliği yüksek olan metallerden yapılmış
olup sargılar üzerinde hareket eden kontak kömürden yapılmıştır. Bu tip
potansiyometrelerin dirençli potansiyometrelere nazaran daha uzun ömürlü oldukları
bilinmektedir.
Şekil 1.5 Endüktif potansiyometre ve elektriksel gösterimi
6
SERVO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
1.2 FOTO-ELEKTRİKSEL DÖNÜŞTÜRÜCÜLER
Üzerine düşen ışık enerjisi ile iletkenliği değişen ya da ışık enerjisini , elektrik
enerjisine dönüştüren elektronik devre elemanlarıdır.
Işığın Temel Özellikleri:
a) Güneşten dünyamıza yayılan Işık, elektromanyetik bir yayılımdır. Dalga
boyları ile belirtilir. Kırmızı ile mor arasında kalan dalga boyları insan gözüyle
görülebilir. Kızıl ötesi veya mor ötesi ışınlar çıplak gözle görünmez.
b) Işığın hızı 300.000 km/sn olarak bilinmektedir. Ancak Havasız, havalı, cam ve su gibi
ortamlarda, değişik hızlarda ve dalga biçiminde yayılır.
c) Işık dalgası, foton denen, minik enerji paketlerinden oluşur.
Her rengin dalga boyları farklıdır. Örneğin mor ötesi ışığın dalga boyu 400 nanometrenin altındadır.
Kızıl ötesi ışığınki ise 750 nanometrenin üzerinde yer alır.
Dalga boyu λ ( lamda ) ile gösterilir. Birimi metredir. Bir saykılın mesafe olarak ifadesidir. Dalga
boyu arrtıkça frekans düşer, azaldıkça frekans yükselir. Frekanla ters orantılıdır. Mor renk, kırmızı
renge göre yüksek frekeanslı ışındır.
Işık ile ilgili daha geniş bilgi için fizik kitaplarına başvurunuz.
Foto elektrik-elektronik elemanlar işlevlerine göre iki ana gruba incelenebilir.
1-
Işığa Duyarlı Elemanlar : Kendilerine yönlendirilen ışık hüzmesinin etkisiyle,
yapılarındaki elektron hareketi sonucu direnç, voltaj gibi elektriksel değişimleri sağlayan devre
elemanlarıdır. Bunların başlıcaları ;
Fotosel(Foto-conduktive cell), foto pil ( solsarcell) l, Foto-diyot , Foto-transistör, foto-tristörler ışığa
duyarlı elemanların en tipik örnekleridir.
7
SERVO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
2- Işık Çıkaran Elemanlar : Renk maddesi katkılı, P-N yarı iletken bileşiminden oluşan bir çeşit
diyottur. Belirli bir eşik voltajı vardır. Düz yöne eşik voltajının üzerinde bir DC voltaj kaynağınadan,
elektrik enerjisi uygulanması sonucu, elektron akışı esnasında ışık enerjisi üreten devre
elemanıdır.Bu ışık enerjisi mercekler yardımıyla büyütülüp görünür hale getirilmektedir. En tipik
örneği LED'lerdir.
1.2.1 FOTO VOLTAİK PİL (SOLARSEL )
Güneş pili olarak bilinmektedir. Üzerine düşen ışık enerjisini, elektrik enerjisine dönüştüren bir
DC üreteçtir. Metal taban üzerine yerleştirilmiş P-N yarıiletken bileşimidir. Üstte metal yüzük yer
alır. Hücre, bağlantı terminalleri dışanda kalacak şekilde, pencereli bir mahfaza içine yerleştirilir.
Günümüzde üzerinde çok çalışmalar yapılmaktadır. Işıkla çalışan hesap makinalarında
kullanılmaktadır. Henüz pahalı teknoloji olduğundan ev ve iş yerlerinde kullanılması
yaygınlaşamamıştır. Yakın gelecekte binaların ışık gören kısımlarına güneş panelleri konularak
güneş enerjisinden elektrik enerjisi üretilerek kullanılması yaygınlaşacaktır.
Çoğunlukla aşağıdaki sembollerle ifade edilir
Şekil 1.6 Foto voltaik pil sembolleri
Çalışması, bir ışık hüzmesi, saydam cam pencere yoluyla foto voltaik pilin, ışığa duyarlı P tabakasına
geldiğinde, P-N birleşim bölgesinde, elektron hareketi başlar. Bu elektron hareketi sonucunda -şarjh
elektronlar ve +şarjlı delikler oluşur. Elektronlar N tabakada, delikler ise P tabakada toplanır. Böylece,
N tabakaya bağlı harici bağlantı terminali negatif, P tabakaya bağlı harici bağlantı terminal ide
pozitif olmak üzere bir DC üreteç oluşur. Işık yoğunluğu arttıkça, yeni elektro-delik çiftleri oluşarak,
üretecin potansiyeli artar. Elde edilebilecek en büyük voltaj, doğal olarak, yalnız ışık şiddetine değil,
8
SERVO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
aynı zamanda hücrenin boyutlarına da bağlıdır. başka bir deyişle, belli bir foto voltaik pil'den ışık
şiddetini arttırarak, istenildiği büyüklükte voltaj elde edilemez.
Foto piller, seri bağlanarak voltaj, paralel bağlanarak akım artırılabilir.
1.2.2 FOTOSEL (PHOTOCONDUCTİVE CELL)
Üzerine düşen ışığın yoğunluğuna göre direnci değişen bir elemandır. Direnç, üzerine düşen ışıkla
ters orantılı olarak değişir. LDR olarak ‘ da bilinmektedir. Çoğunlukla aşağıdaki sembollerle ifade
edilir.
Şekil 1.7 Foto direnç sembolleri ve görünüşü
Yapısı: cam veya seramikten yapılmış, yalıtkan taban üzerine, ince bir tabaka halinde, bakır katkılı,
kadmiyum sülfid, kadmiyum selenid veya kurşun sülfid gibi ışığa duyarlı maddelerden yapılmış bir
tabaka yerleştirilir.
En üstte ise, aralarında kıvnk bir açıklık kalacak şekilde iki metal plaka yerleştirilir. Elektrot olarak
tanımlanan her bir plakaya, iki çubuk lehimlenerek Fotosel'in harici bağlantı uçlan oluşturulur.
Işık, cam pencere yoluyla, kıvrık kanaldan geçerek, ışığa duyarlı tabakaya ulaşır.
işlevi: Fotosel'in iki yöndeki direncide aynıdır. Bu bakımdan, hem alternatif akımda hem de doğru
akım da kullanılabilir, direnci, tam karanlıkta MΩ! lar mertebesinde, tam aydınlıkta ise100 Ω
mertebesine kadar düşmektedir. Işık kontrollü devrelerde kullanılır.( Işık dedektörü gibi )
9
SERVO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
1.2.3 FOTODİYOT
Üzerine düşen ışık yoğunluğuna bağlı olarak direnci değişen ve tek yönde akım İleten elemandır.
Sembolü : Fotodiyot, çoğunlukla aşağıdaki sembollerle tanımlanır.
Şekil: 1.8 Foto diyot sembolleri
Yapısı: Esasta, metal taban üzerine yerleştirilmiş P-N yarıiletken eklemidir. Silikon dioksit çerçeve,
eklemi oksitlenmeden korumak için konulmuştur. En üstte, metal bir çerçeve bulunmaktadır.
Hücre, bağlantı terminalleri dışarıda kalacak şekilde, cam pencereli bir mahfaza içine
yerleştirilmiştir
Çalışması , Sabit voltajlı
bir kaynağa ters polarmalı olarak bağlanır. Fotodiyot karanlık
ortamda ise, üzerinden geçen akım teorik olarak sıfırdır. Üzerine ışık düşürülünce p-n
birleşiminde direnç azalır ve akım akmaya başlar. Işık şiddeti arttıkça, yeni elektron ve delikler
nedeniyle, P-N ekleminin direnci azalır ve akım artar. Işık azalınca, akımda azalır. Diğer bir ifadeyle, Fotodiyot ışık şiddetine bağlı, değişken bir direnç olarak da işlev görür.
Fotodiyot, Fotosel'e göre, daha zayıf ışıkla ve daha hızlı olarak çalışır.
1.2. 4 FOTOTRANSİSTÖR
Foto transistörlerin beyz polarması ışık şiddetisağlanır. Işık yoğunluğuna bağlı olarak, iletkenliği
değiştirilmektedir. Optik okuyucularda çoğunlukla foto transistörler tercih edilmektedir.
Aşağıdaki sembolle tanımlanır. Terminalleri C (Kollektör) B (Base) ve E (Emiter) olarak belirlenir.
Çoğunlukla yalnız C ve E uçlan kullanılır, B boştur.
10
SERVO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
Şekil: 1.9 Foto transisörler
Foto transistörler N-P-N yarıiletken eklemidir. Işık huzmesi Beyzi teşkil eden N yaniletken tabakaya
yönlendirilir. Hücre, terminalleri dışarıda kalacak şekilde cam pencereli veya mercekli bir mahfaza
içine yerleştirilir.
Karanlık bir ortamda, harici bir voltaj kaynağına bağlandığında transistör kesimdedir. Bir ışık
huzmesi, Fototransistörün penceresi yoluyla, beyz'i teşkil eden N tabakasına ulaşmca, iletim başlar.
Üzerine düşen ışık yoğunluğu arttıkça, iletkenliği artar (direnci azalır) ve daha çok akım iletir. Işık
azalırsa, olay ters yönde gelişir.
11
BÖLÜM 2
SERVO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
1.2.5 LED (Light Emiting Diode ),
İletime geçtiğinde ışık çıkaran diyod'dur. Aşağıdaki sembolle gösterilir.
Şekil : 1.11. LED
N Yarı iletken tabakasının yapısına göre şu renkler elde edilir.
Ga As P (Gallium, Arsenide Phosphide): Kırmızı ışık.
GA P (Gallium Phosphide): Yeşil ışık
Çoğunlukla kırmızı, yeşil, san veya beyaz renkli, dış mahfazayı oluşturan merceği vardır. Katod
ucu, Anod'dan 1 mm. kadar daha kısadır.
LED doğru polarma ile çalışır. Tipik olarak, LED'e uygulanan voltajın 1.2 volt değerine
ulaşmasından itibaren, akım hızla artar. Akım maksimum değerine ulaştığında, LED üzerindeki
voltaj 1.6 volt'ta sabit kalır. Çoğunlukla 5 ila 5 Om A değerinde olması gereken akım, LED'e seri
bağlanan bir dirençle sağlanır.
1.2.6 OPTO KUPLÖR
Elektriksel işaretleri , diğer bir devreye optik olarak aktaran devre elemanlarıdır. Sinyal iletimi ışık
yoluyla olduğundan iki devre birbirini elektriksel olarak yüklemezler. Devrenin bir tarafında meydana
gelen arıza diğer tarafı etkilemez.İçerisinde bir
LED ile bir FOTO –eleman vardır. Ayrıca
FOTOKUPLÖR olarak da anılmaktadır. Çoğunlukla aşağıdaki sembolle tanımlanır.
12
SERVO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
a
b
c
Şekil: 1.12 Çeşitli Opto kuplörler a) Foto diyot b) Fototransistör c) Fototristör
Yapısı ve Tipleri: Optokuplör, daha önceki bölümlerde açıklanan, LED –FOTODİYOT , LED ve
FOTOTRANSİSTÖR veya LED- FOTOTRİSTÖR'den oluşur. İki eleman arasındaki ışık iletimi,
mercekli bir kanal yoluyla yapılır.
LED devresinden geçen akım, ışık enerjisine dönüşerek, fototransistöre aktanlır. Fototransistör ışığı
algılayarak, LED devresinden geçen akımla aynı karakterli (DC veya değişken) bir akım oluşturup,
amaçlanan kontrol veya kumandayı sağlar.
1.2.7 FOTOELEKTRİK SENSÖRLER
Bu tip elemanlar yukarıdaki açıkladığımız optik elektrik yöntemlerinin biri ya da
bir kaçı kullanılarak ışık sensörleri de denen fotoelektrik sensörler yapılmıştır. Her
türlü malzeme, cisim ya da insan algılama için kullanılır. Şeffaf ya da reflektif
malzeme algılama, renk algılama gibi en zor uygulamalar dahil tüm uygulamalarda
kullanılır. Karşılıklı reflektörlü, polarize reflektörlü, cisimden yansımalı, arka planı
bastırıcılı tipte olanları vardır. Algılama mesafesi 500 metreye kadar olabilmektedir
13
SERVO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
1.2.7.1 KARŞILIKLI FOTOSEL:
Biri ışık verici diğeri ışık algılayıcı olmak üzere iki eyrı birimden oluşmaktadır.
Verici birimden çıkan ışık, alıcı birim tarafından sürekli gözlenir.. Aralarına bir cisim
girdiğinde ışık kesilir ve ışığa duyarlı olan diğer elemanda bir değişim olur. Bu
değişimi çıkış olarak nitelendirilir. Başka bir elektronik devre bu değişimi kullanarak
gerekli işlemi yapar. Bu çıkış bazen bir sayıcıyı tetikleyen pals şeklinde olabilir.
Şekil
: 1.13
Karşılıklı fotosel
Şekil: 1.14 Çeşitli tip fotoseller
İki ayrı üniteden oluşması nedeniyle bağlantı sorunu olabilir. Ancak algılama
mesafesi daha fazladır.
14
SERVO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
1.72.7.2 REFLEKTÖRLÜ FOTOSEL
Tek üniteden oluşur. Yani verici ışık kaynağı ile ışığa duyarlı eleman aynı birim
üzerinde olup, karşıdan ışığı yansıtacak bir yansıtıcı (reflektör ) vardır. Tek tarafa
elektriksel bağlantı yapıldığından montajı daha kolay ve ucuzdur. Ancak ışığı iyi
yansıtan malzemelerden yansıyan ışık tarafından yanılmalar olabilir.
1.2.7.3 CİSİMDEN YANSIMALI FOTOSEL
Bu tip fotosel de reflektör bulunmaz. Işık cisimden yansır. Cismin yüzey rengi
önemlidir. Siyah renkli cisimleri algılamak çok güçtür.
1.2.7.4 FİBER OPTİKLİ FOTOSEL
Alıcı ve verici yine aynı birim içindedir. Fiber optik kablo ile ışık taşınabilir
olduğundan fotoselin algılama yaptığı yer ile bulunduğu yerler farklı olabilir. Montaj
zorluğu olan yerler de tercih edilir.
1.2.7.5 RENK SEÇİCİ FOTOSEL
Cisimden yansımalı fotosel gibi çalışır. Siyah ile beyaz arasında 15 değişik
değeri algılama yeteneğine sahiptir. Ambalaj kağıdı üzerindeki renk işaretlerini
algılamak gibi işlemlerde gereklidir. Her rengin sinyal karşılığı farklıdır, bu farktan
dolayı renkler ayırt edilebilir. Renk algılayan fotoseller ayarlanırken, önce algılanması
istenen rengin üzerine getirilerek çıkış seviyesi belirlenir.
Şekil : 1.15
Renk seçicili fotosel
15
SERVO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
1.2.7.6 LÜMİNİSANS SEÇİCİ FOTOSELLER
Bu tip fotoselin diğerlerinden farkı ultra violet ışık kaynağı kullanmasıdır. Bu ışın
luninisans maddeli cisimden geri yansır. Luminisans seçici fotoselin alıcı ünitesi bu
geri yansımayı alıp çıkış devresini tetikler. Luminisans seçici fotosel özellikle daha
geniş algılama mesafesi sağlar.
1.3 MANYETİK SENSÖRLER
Bir transformatör de spir başına meydana gelen emk sabittir. Ancak sargıları
etkileyen manyetik alan şiddeti, değiştirilerek spir başına volt sabiti değiştirilebilir.
Aşağıdaki şekli inceleyiniz. Primer sargıya A.C. giriş uygulandığında, aynı yönlü ve
eşit sarımlı sekonder sargılarda eşit miktarda emk oluşur. Sekonder sargılar şekildeki
gibi birbiriyle aynı polaritede olan uçlar şekildeki gibi seri bağlanacak olursa
çıkıştan alınacak olan gerilim sıfır volt olur.
Şekil : 1.16 Manyetik sensör
Bobinin içindeki nüve hareketli olup pozisyonu ayarlanmak istenen ve sistemin
hareketini nüveye aktaran bir mekanizmayla irtibatlandırılır. Hareketi sistemin istenen
pozisyonuna göre set edilir. Eğer sistemin pozisyonunda bir değişme olursa ortadaki
hareketli nüve aşağı-yukarı hareket edecektir. Bu hareketin sonucunda b sargısının
etkilendiği manyetik akı da değişecektir. Örneğin hareket yukarı doğru ise, b
sargısındaki gerilim azalacaktır. a sargısında meydana gelen emk aynı kaldığından
çıkış sıfırdan farklı bir değer olacaktır. Çıkışta bir gerilimin olması pozisyonun
bozulduğu anlamını taşımaktadır. Diğer bir deyişle hata sinyali üretilecektir. Bu hata
sinyali, kontrol elemanı tarafından
değerlendirilerek sürücü devrenin hatayı
düzeltmesi için enerji akışını değiştirecektir.
E- I trafosu olarak düzenlenen bir başka manyetik sensör şekil 1.17 ‘ de
görülmektedir. Trafonun nüve sacı EI şeklinde olduğunda böyle adlandırılmaktadır.
16
SERVO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
Şekil :1.17 E-I tipi manyetik sensör
Burada nüvenin E kısmı sabit olup I kısmı hareketlidir. Çalışma prensibi, I kısmı,
yukarı hareket ederse, b sargısını etkileyen manyetik akı azalacak ve b sargısındaki
gerilim azalacaktır. Aşağı yöne hareket ederse bu durumda a sargısının emk’sı
azalacaktır. nüvenin hareketi, pozisyonu kontrol edilecek mekanizmanın hareketi
tarafından etkilenecektir.
1.4 ENDÜKTİF YAKLAŞIM SENSÖRLERİ
Metal cisimlerin varlıklarını ya da geçişlerinin algılanması için kullanılır. Diğer bir ifade
ile İletken malzemelerin temassız algılanması için kullanılır. yüksek anahtarlama
frekansı gerektiren uygulamalarda kullanılır.
Plastik ya da metal kılıf içine alınmış olup değişik çaplarda olanları vardır. Algılama
mesafeleri, bağlantı tipi ve besleme voltajların göre değişik tipleri vardır.
Endüktif sensörlerin içerisinde bobin , bobini besleyen bir osilatör bulunur. Osilatör
bobin üzerinden sensörün ön yüzeyine yayılacak bir manyetik alan üretir. Eğer bu
alana manyetik bir cisim girerse, Eddy akımları bu metal üzerinde dolaşır. Metal
cisim sensöre yaklaştıkça bu akımın değeri artar ve osilatörü durdurur. Osilatörün
durması sonucunda çıkış durum değiştirir. İçersinde ya transistö ya da tristör bulunur.
Durum değişmesi ile iletimde olan eleman kesime gider.
Mekanik anahtarlara göre ömrü daha uzundur. Anahtarlama frekansı yüksektir.
Ortam koşullarından fazla etkilenmez. Algılanacak cisme dokunmaksızın algılama
yapar. Plastik veya cam arkasından metalin algılanması gibi üstün özellikleri vardır.
17
SERVO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
Şekil : 1.18 Değişik tip endüktif yaklaşım sensörleri
Sekil 1.19 Endüktif yaklaşım dedektörünün dalga şekli
Şekildeki osilatörün ürettiği dalga şekline bakılacak olursa metal cisim sensörün etki
alanına girince osilatörün ürettiği sinyalin genliği azalarak sıfır değerine inmiştir.
18
SERVO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
Endüktif sensör seçerken aşağıdaki özellikler dikkate alınmalıdır.
1) Sensörün tipi : silindirik , kompakt , U kesit, varikont veya yüzük tip gibi
değişik tipleri mevcuttur. Kullanılacağı yer dikkate alınarak seçilmelidir.
2) Algılama mesafesi: Endüktif yaklaşım sensörünün algılama mesafesi
içindeki bobinin boyutu ile orantılıdır. Ancak algılanması istene cismin
büyüklüğü, metalin cinsi,ortam sıcaklığı gibi diğer faktörlere de bağlıdır.
3) Elektriksel çıkış: kontak durumları normalde açık ya da kapalı olması ve
kontak akımı dikkate alınmalıdır.
4) Anahtarlama frekansı: Kontağın bir konum değiştirmesi 1 hz olarak
düşünülürse saniye de kaç kez açılıp kapanağı göz önüne alınarak
anahtarlama frekansı tesbit edilebilir.
5) Özel koşullar: Patlama tehlikesi olan yerler gibi .
Kullanıldığı alanlar: robotik sistemler, konvayörler, malzeme syma, asansör
seviye kontrol, kapı açma/kapama, metalik malzeme algılama , metalik malzeme
sayma,hız algılama, ... gibi alanlarda kullanılır.
1.5 KAPASİTİF DÖNÜŞTÜRÜCÜLER
Kondansatörler iki iletken levha arasında bir yalıtkan tabakadan oluşan
elemanlardır. Buna göre; Kondansatörlerin kapasitesini veren formüle bakacak
olursak;
C=
8,85.k .s
108.d
şeklindedir.
C = Kapasite (farad)
S = Levha yüzeyi (m)
k = Dielektrik katsayısı
= Dielektrik madde geçirgenliği
= Boşluğun geçirgenliği
d = Levhalar arası mesafe (m)
19
SERVO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
Buradaki sabit sayıları atarsak kondansatör kapasitesi, plakalararası mesafenin
değişimi veya plaka yüzeyinin değişimi ile değiştirilebileceği görülmektedir. Plaka
yüzeyleri veya plakalar arası mesafe değiştirilerek değişken kapasiteli kondansatörler
yapılmaktadır. Bu tip elemanlardaki kapasite değişimi, kontrol edilecek durumla
ilişkilendirilecek olursa kapasitif sensörler elde edilir.
Kapasitif dönüştürücülerde , kontrol edilmek istenen durum, pozisyon gibi
büyüklüklr kondansatör üzerinde kapasite değişimi yapar. Bu kapasite değişimi belki
levhalar arası mesafe değiştirilerek, ya da kondansatörün yüzey alanı değiştirilerek
yapılır.
1.5.1 KAPASİTİF YAKLAŞIM DEDEKTÖRLERİ
Anlatılan özelliklerde biriyle iletkenliğe bağlı olmadan tahta, cam,plastik ve deri gibi
malzemelerin ya da akıcı ve taneli yapıdaki malzemelerin temassız algılanması için
kullanılırlar. Plastik ya da metal kılıflar içerisinde bulunurlar. Farklı çaplarda silindirik
veya kompakt olanları vardır.
Şekil :1.20 Kapasitif yaklaşım
dedektörleri
Kapasitif dedektörler, tüm yalıtkan ve metal olmayan malzemeleri yakın
mesafeden algılama avantajına sahiptir. Toz malzemeleri algılamak için de
kullanılırlar. Temel kullanım alanları gıda işleme, kimya, plastik, inşaat
malzemeleri v.b.dir
20
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
BÖLÜM 3
Yılmaz, Kaya
1.6 DİĞER DÖNÜŞTÜRÜCÜLER
1.6.1 ISI SENSÖRLERİ
Isınma ile metallerin atomik yapılarındaki elektron hareketlerinde değişmeler
olur. İki farklı metalin atomik yapıları farklı olacağından, bu metaller bir noktadan
birleştirilirse bu iki metal parçası arasında mili volt mertebesinde bir gerilim oluşur.
Ancak bir süre sonra arasındaki bu potansiyel farkı ortadan kalkar. Bu iki farklı
metalin birleşme yüzeyi ısıtılacak olursa aradaki meydana gelen potansiyel farkı
ısınma ile doğru olarak artacaktır.Bu şekilde iki farklı metalin birleştirilerek ısı
enerjisini elektrik enerjisine dönüştürme işlemi endüstri de 1700 C0 dereceye kadar
sıcaklıkların ölçülmesinde kullanılmaktadır. Bu iki eleman, termik çift ya da termokupl
olarak adlandırılmaktadır. Aşağıda verilen tabloda bazı termik çiftler arasında
meydana gelen gerilimleri göstermektedir. İnceleyiniz.
Şekil : 1.22 Termik çift sembolü , prensip devresi , görünüşü
Termik çiftlerin en büyük dezavantajları çıkış sinyalinin zayıf olması ve pahalı
yükselteçlere gereksinim göstermesidir. Ayrıca ısıl çiftin soğuk uçları dış ortamdaki
sıcaklık değişimlerinden yalıtılmış olması gerekir.
Başka bir ısı sensörü ise, yine biliyoruz ki metallerin ısınması elektrik akımına
karşı gösterdikleri direnci değiştirir. Yarı iletkenlerin ısınması sonucunda
dirençlerinde çok büyük değişiklikler olmaktadır. Direnç değişimi 100 Ω ile 10 MΩ
arasında değişebilen termik dirençler vardır. Bu termik dirençler termistör olarak
anılmaktadır. Termistörlerin, PTC ve NTC olmak üzere iki tipi vardır. PTC’lerde direnç
değişimi, sıcaklıkla birlikte doğru olarak değişir. Sıcaklık arttıkça direnç değeri artar.
21
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
NTC’lerde ise durum bunun tersidir. Sıcaklık arttıkça direnç değeri azalır. Şekildeki
değişim eğrilerini inceleyiniz.Bu tip elemanların boyutları oldukça küçüktür. Küçük
sıcaklık değişimlerine duyarlıdır. Fiyatları ucuzdur. Ancak değişim her sıcaklıkta
lineer olmamaktadır. Lineer değişim aralıklarına dikkat etmek gerekir. 400 C0 ‘ye
kadar bu tip elemanların kullanılması uygun olmaktadır. Bu tip elemanlar elektrik
motorlarının korunmasında
kullanılmaktadır. Termistör stator sargısı içerisine
yerleştirilerek, stator sargıları normal ısı değerinin üstünde ısınırsa termistör
kumanda devresinin enerjisini keserek motorun yanması önlenmiş olur.
NTC termistörler ,manganea-oksit veya demir oksit gini maddelere bir miktar
titanyum veya nikel-oksit karıştırılmak suretiyle elde edilir.
PTC termistörler ise, Strontıum veya baryum gibi maddelere bir miktar titanyum – oksit
karıştırılarak elde edilir.
R
NTC
PTC
Doğrusal bölge
T Sıcaklık
Şekil :1.23 Termistör sembollri ve ısı -direnç karakteristikleri
1.6.2 Bİ-METAL ÇİFT
Sıcaklıkla, metallerin boyları değişir, boyunda uzama meydana gelir. Ancak bu
değişim metalden metale değişmektedir. Sıcaklıkla uzama katsayıları birbirinden çok
farklı iki metal çubuk birbirine sıkıca tespit edilirse bi-metal çift elde edilir. Sıcaklık
arttığında uzama katsayısı düşük olan metal tarafına bükülme olur. Bu bükülme
hareketinden yararlanılarak
kontroller sağlanabilmektedir. Termik rölelerin
çalışması, termostatların çalışması, termik sigortaların çalışmasında etken eleman bimetaldir. Isınma ile bükülen bi-metalin hareketi bir mekanik düzeneği tetikleyerek
kullanılmaktadır. Ya da elde edilen hareket bir kontağın açılıp kapanmasını
sağlayacak şekilde düzenlenerek bir devrenin çalışıp durmasını sağlamaktadır .
Şekil :1.23 Bi-metal çift
22
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
Bi-Metallerin hassasiyetlerinin arttırılması için U tipinde ya da spiral şekilde
üretilmektedir.
1.6.3 BASINÇ SENSÖRLERİ
Basınç, birim yüzeye uygulanan kuvvettir. Üzerine uygulanan basınçla orantılı
olarak elektriksel sinyaller üreten kristaller mevcuttur. Elektronikte çok kullanılan
kuartz veya baryum titanit gibi piezo-elektrik kristaller kendilerine uygulanan kuvvet
ile orantılı olarak bir gerilim yaratırlar. Akış hızı, hız, statik basınç ve sıvı seviyesi gibi
ölçümlerde kullanılır. (Akoğlu, 1986)
1.6.4 NEM SENSÖRLERİ
Ortamdaki nem miktarına bağlı olarak, nemin artması ile gerilen veya şişen,
azalması ile gevşeyen veya büzülen organik maddelerden nem sensörleri
yapılmaktadır. İnsan saçı neme çok duyarlıdır. Nem miktarına göre gerilen veya
esneyen insan saçının bu özelliğinden faydalanılarak nem sensörleri
yapılabilmektedir. Ancak saç telinin iyi seçilmesi gereklidir.
Naylon da aynı özelliğe sahiptir. Naylon sentetik bir madde olduğundan imalatı
kontrol altında tutulabilir. Hassasiyetleri daha yüksek duruma getirilebilir.
1.6.5 Senkrolar
Senkrolar aslında yapı itibari ile motora benzerler. Çalışması ise transformatör
gibidir. Dönen transformatör olara da düşünülebilir. Bundan dolayı bazen bir motor
gibi bazen de trafo gibi anlatılmaktadır. Prensip olarak bir elektrik motoru şeklinde
tasarlanmış elemanlardır. Stator ve rotordan meydana gelmiştir. Stator sargısı, 120
derecelik faz farkı ile sarılmış üç sargıdan meydana gelmiştir. Rotor sargısı ise iki
kutupludur. Statorun içinde hareket edecek şekilde yerleştirilmiştir. Şekilde elektrik
devresi görülmektedir. İnceleyiniz.
a
b
Şekil :1.24 a) Senkroların stator ve gövde yapısı
23
b) Elektriki şeması
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
Senkronlar, daha çok hata belirlemede ve veri transferinde kullanılır. Yapım ve
fonksiyonlarına göre üç ana gruba ayrılabilir.
1) Senkro vericiler
2) Senkro alıcılar
3) Senkro kontrol transformatörü
Senkro verici; Bu ünitede rotorun açısal konumuna göre elektrik sinyali üretilir ve
gönderilir.
Senkro alıcı; Senkro vericiden aldığı sinyale göre kendi pozisyonunu, konumunu
belirleyen cihazdır. Senkrolerin çalışma prensibi, verici senkronun pozisyonu, alıcı
senkroya elektriksel olarak iletilir ve alıcı senkro da kendi pozisyonunu verici
senkroya göre uyarlar. (coşkun,...)
1.6.5.1 SENKRO KONTROL TRANSFORMATÖRLERİ
Bu ünitede rotorun dönme açısıyla orantılı olarak stator sargılarında da bir
elektriki sinyal üretilir. Şekli inceleyiniz.
Şekil 1.25 Senkrolar ile pozisyon kontrol şeması
Yapı bakımından verici senkro ile alıcı senkro arasında çok az farklılık vardır. Bu
farklar şunlardır. Alıcıda rotor milini osilasyondan korumak için damper elemanı
vardır. Genel olarak bu damper elemanı bir disktir. Vericinin rotorundaki sargılar tek
grup iken alıcıdaki rotor sargısı dağıtılmıştır. Senkro veri transfer sisteminin
bağlantısı şekilde görüldüğü gibidir. Her iki ünitenin rotor sargıları bir A.C. kaynak
tarafından beslenir. Stator sargıları da kendi aralarında bağlanır.
24
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
Rotor sargılarına enerji uygulandığında, meydana gelen manyetik alandan
dolayı stator sargılarında bir emk meydana gelir. Meydana gelen emk’nın büyüklüğü
stator sargılarına ve rotorun konumuna bağlanır. Her iki rotorda aynı konumda ise
stator sargılarında eşit emk oluşur sargılar arasında herhangi bir akım olmaz.
Verici rotorunu θ açısı kadar döndürdüğümüzü düşünelim. Bu durumda alıcı
ve verici statorlarında indüklenen emk’ lar değişecektir ve stator sargılarında bir akım
akmaya başlayacaktır. Bu stator akımı alıcı rotoruna bir döndürme kuvveti olarak
yansıyacaktır. Meydana gelen döndürme torku, alıcı senkronun rotorunu verici
senkronun rotorunun pozisyonunu alıncaya kadar döndürür.
Sekil : 1.26 Senkro hata tespiti sistemi
Şekilde görüldüğü gibi sistem verici ve kontrol transformatöründen meydana
gelmiştir. Vericinin rotoru A.C.’le beslenirse, kendi stator sargılarında farklı
büyüklükte emk meydana gelir. Bu emk’ların büyüklükleri direkt olarak rotorun açısal
konumuna bağlıdır. Doğal olarak her üçü de aynı fazdadır. Bu durumda kontrol
transformatörünün sargılarından bir akım geçer ve statorda bir manyetik alan
meydana gelir. Meydana gelen bu alanın yönü vericideki alanın yönündedir. Sonuç
olarak her iki rotorun pozisyonu aynı oluncaya kadar dönme meydana gelir. Böylece
miller arasında mekaniki hiçbir bağlantı olmamasına rağmen indüklenen gerilimin
etkisiyle aynı dönüş sağlanmış olur. Vericinin rotoru döndürülürse, aynı şekilde
alıcının rotoru da döner. (Coşkun,...)
25
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
BÖLÜM 4
Yılmaz, Kaya
2 TAKOGENERATÖRLER
Tako generatörler yapı ve çalışma bakımından iki tiptirler.
1) Analog takometreler
2) Dijital takometreler
2.1 ANALOG TAKOMETRE
Bunlar aslında bir doğru akım ya da bir alternatif akım generatörüdür. En
önemli özelliği Volt / Devir sayısı oranı sabit olmasıdır.
Yani dönme sayısı ile ürettiği gerilim orantılı olarak değişir. Ölçme amaçlı
olduğu için 5-10 watt civarındadır.
2.1.1 ALTERNATİF AKIM TAKO GENERATÖRÜNÜN ÇALIŞMA PRENSİBİ
Yapısı: Bir fazlı alternatif akım generatörünün minyatürüdür. Ancak burada
endüktör sargısı yerine sabit mıknatıs vardır. Gövde üzerinde stator sargıları
mevcuttur.
Stator sargısı
Tako
generatör
uçları
N
S
Sabit mıknatıs
mil
v
A.C. tako çıkışı
t
Stator sargısı
Şekil 2.1 Alternatif akım tako generatörü ve sinyal çıkışı
Devri ölçülecek makinenin miline içteki sabit mekanik olarak mıknatıs
bağlıdır. Mil dönmez iken N-S kutuplarının meydana getirdiği manyetik alan sabit
bir değerde ve yöndedir. Sabit bir manyetik alan içinde kalan stator sargılarında
hiçbir gerilim meydana gelmez.
26
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
Manyetik alan içinde kalan bir iletkende gerilim oluşması için ya manyetik
alanda bir değişme olmalıdır, ya da iletken hareket etmelidir. Manyetik alan içine
dönen bir iletkende meydana gelen gerilim aşağıdaki formülle hesaplanır.
E = K .θ .n.10 −8 volt
Bu denklemde
E = gerilim (volt )
K = generatörün stator sarımıyla ilgili katsayı
θ = Bir kutup altıdaki toplam manyetik akı ( Weber )
n = İletkenin hızı ( devir / dakika )
Devir sayısı ölçülecek makinenin miline bağlı generatörün rotoru döndürülürse
N-S kutupları da aynı hızda dönecektir. N-S kutuplarının meydana getirdiği manyetik
akı stator sargıları üzerinde değişken bir alan oluşturacaktır. Değişken alan içinde
kalan stator sargılarında bir gerilim meydana gelecektir. Meydana gelen gerilimin
değeri devir ile doğru orantılıdır. Bu tip tako generatörler fırçasız tip oldukalrından
bakıma ihtiyaç göstermezler. Endüstri de çok fazla kullanılmaktadır. Bir başka
alternatif akım takometresi de şekil 2.2’ deki gibidir.
Şekil 2.2 Değişken relüktanslı tako generatör ve sinyal çıkışı
alınmıştır.)
27
( İnternet üzerinden
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
Şekil 2.2’ deki değişken relüktanslı takometre rotorunun üzerine dişler
açılmıştır. 180 derece eksen üzerine iki adet sabit mıknatıs yerleştirilmiş ve üzerine
stator sargıları sarılmıştır.
Rotorun üzerindeki diş tam sabit mıknatısın hava aralığını kapatacak şekle
geldiğinde mıknatıs üzerindeki manyetik alanın miktarı artacaktır. Sabit mıknatısın
hava aralığına boşluk geldiğinde mıknatıs üzerindeki manyetik alan azalacaktır.
Manyetik alanını şiddeti devresini tamamladığı yolun relüktansına bağlı olarak
değişmektedir.
Çalışması: Rotor hareketsiz iken mıknatıs üzerindeki sargılar, sabit bir alan
içinde olduklarından üzerinde bir gerilim doğmaz. Ancak rotor döndürülünce rotor
dişlileri sabit mıknatıs önünden geçerken manyetik alan devresini, bir dişli üzerinden
bir boşluk üzerinden tamamlamak zorunda kalacaktır. Yani sabit mıknatısın önüne
rotorun dişi geldiğinde manyetik geçirgenlik yüksek olacak, boşluk geldiğinde
manyetik geçirgenlik düşük olacaktır. Böylece manyetik direnç değişken olduğundan
bobinler değişken şiddette manyetik alan içinde kalmış olacaktır. Değişken manyetik
alan içerisinde kalan bobinde bir gerilim doğar. Rotor sargılarında, rotorun hızına
bağlı olarak sinüsoidal bir gerilim meydana gelecektir. Stator sargılarında meydana
gelen sinüsoidal’ın genliği potansiyometre ile ayarlanabilmektedir. Bu
tür
takometrelerde, rotor bir devir yaptığında, diş sayısı kadar saykıl meydana
gelmektedir. Bir saniyede ölçülen saykıl sayısı , dişli sayısına bölünürse saniyedeki
devir bulunur. Burada devir sayısını, devir / dakika cinsinden bulmak için 60 ile
çarpmak gerekir.
n=
Frekans.60
= .......devir / dakika olacaktır.
Dişişlisayı
Devir sayısının birimi, devir / dakikadır.
Bu tip tako generatörler de elde edilen sinyalin frekansı, frekans/gerilim
dönüştürücülerle doğru gerilime dönüştürülerek ölçme işlemi yapılır. Elde edilen
gerilim ile devir arasında doğrusal bir orantı vardır.
Frekans
Şekil 2.3
Gerilim
Frekans / gerilim dönüştürücü blok şeması
28
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
2.1.2 DOĞRU AKIM TAKO GENERATÖRLERİ
Daimi mıknatıs
N
Karbon fırça
Endüvi
S
Daimi mıknatıs
Şekil 2.4 Doğru akım takometresi
Yapısı: Endüvi ya da rotoru çepeçevre saran bir daimi mıknatıs kutupları ve
ortada mile bağlı olarak dönen sargılı bir rotor vardır . Endüvinin dönüş hızına bağlı
olarak, endüvi sargısında bir gerilim meydana gelir.
Aslında , endüvi sargısında meydana gelen gerilim A.C ‘dir. Ancak dış
devreye enerjinin alınması fırça ve kollektör sistemi ile yapıldığından D.C akıma
dönüştürülür. Çıkış devresinde elde edilen D.C gerilim , şekilde görüldüğü gibidir.
Şekil 2.5 Tako generatörde meydana gelen gerilim
Tako generatörün çıkışı görüldüğü gibi tam doğru akım değildir. Tam doğru akıma
dönüştürmek gerekirse filtre elemanları kullanılır.
D.C takometreler fırça ve kollektör sistemine sahip olduklarından bakıma ihtiyaç
gösterirler.
Enerji akışı
Giriş
Fark
Yükselteç
sürücü
Vref
Motor
Yük
Geri besleme
Şekil: 2.6 Bir tako generatörün hız denetiminde kullanılması
29
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
2.1.3 DİJİTAL TAKOMETRELER
Dönen mil üzerinde bir delikli disk bulunur. Delikli diskin bir tarafında ışık
kaynağı , diğer tarafında da ışık sensörü bulunur. Delikli diskin her hareketinde
delikten geçen ışık, ışık sensörünü uyarır. Işık sensörüne gelen kesik kesik ışık,
elektriksel sinyale dönüştürülür. Elde edilen elektriksel sinyal bir frekans/ gerilim
dönüştürücü ile doğru akıma çevrilerek ölçülür. Doğru akımın değeri ile devir sayısı
arasında doğrusal bir ilişki olduğundan sonuçta devir ölçülmüş olur.
Yüksek devirli makinelerde tako generatörler motora hiç yük etkisi yaratmaması
istenir. Bu tür yerlerde sayısal takometreler kullanılır.Takometrenin içinde bir ışık
kaynağı ve ışık sensörü bulunur. Işık kaynağından çıkan ışık, mil üzerinde bir
yansıtıcı ile ışık sensörü uyarılır. Işık sensörü kesik kesik gelen her bir ışık dalgasını
bir tetikleme palsi şeklinde bir sayıcı devre girişine uygular. Sayıcının tasarımına
göre çıkış bilgisi iki şekilde alınabilir.
1) Bir önceki örnekteki gibi frekans / gerilim dönüştürücü arabirim ile ölçme
yapılabilir.
2) Elde edilen frekans, bir tur başına milin verdiği pals sayısına bölünür. Yine
elde edilen sayı 60 ile çarpılarak dakikadaki devir sayısı bulunur.
2.2 ŞAFT POZİSYONU VE SAYISAL KODLAYICILAR
Hareket eden bir milin duruş pozisyonunu
belirlemede kullanılan
dönüştürücülere şaft pozisyon dönüştürücüleri denir. Bu tip dönüştürücüler yapısı ve
çalışması ile üç grupta toplanabilir.
1) Fırça şaft kodlayıcı
2) Manyetik şaft kodlayıcı
3) Optik şaft kodlayıcılar
30
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
2.2.1 FIRÇA ŞAFT KODLAYICILAR:
Şekil:2.7
Yapısı : Mil üzerinde dönen mile tutturulmuş bir disk bulunur. Disk üzeri,
iletken ve yalıtkan kısımlara ayrılıyor. İletken kısımlara basacak şekilde uygun
aralıklarda fırçalar yerleştirilmiştir. İletken kısımlar üzerine gerilim uygulanıyor.
Fırçalar üzerinde iletken kısımlara geldiğinde 5 V, yalıtkan kısımlara geldiğinde 0 V
oluyor . Fırçalara bağlı çıkışlarda kare dalga sinyaller üretiliyor. Elde edilen
sinyallerle göre şaft pozisyonu belirlenir.
Bu tip kodlayıcılar uygulamada fazla kullanılmamaktadır. Çünkü fırçalar dönen
disk üzerine bastığında çabuk aşınmaktadır. Ömürleri oldukça kısadır.
2.2.2. MANYETİK ŞALT KODLAYICILARI.
Bu tip kodlayıcılarda ise dönen disk üzerine magnetik ve magnetik olmayan
parçalar yerleştirilir. Disk üzerine basan, magnetik alanlardan etkilenen bir başka
sensörle şaft pozisyonu belirlenir.
2.2.3 OPTİK ŞAFT KODLAYICILAR
Bu tip şaft kodlayıcıları üç kısımdan oluşmaktadır.
1) Disk, diskin üzeri ışığı geçiren ve geçirmeyen kısımlara ayrılmıştır.
2) Işık kaynağı
3) Işığı algılayan ışık sensörü.
Sayısallaştırılmış disk, bir yanında ışık kaynağı, diğer tarafına da ışık sensörü
yerleştirilmiştir. Işık sensörü diskin şeffaf yerine geldiğinde üzerinde 1 değeri, opak
kısmına geldiğinde ise 0 değeri oluşur.
31
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
Örnekte, disk ışığı geçiren ve geçirmeyen parçalara ayrılmıştır. Diske bakan ve yan
yana duran 4 ışık sensörü bulunmaktadır. Sensörler diskin 0 bölümünde iken, tüm
sensörler ışık geçirmeyen(Opak ) kısma geldiğinde hepsinin üzerinde 0 olacaktır ve
sensör çıkışları sayısal olarak 0000 olacaktır. Şaft hareket edip 1 bölümü optik
sensörlerin önüne geldiğinde sensörlerde 0001 bilgisi olacaktır. 2 bölümünde ise
optik sensörlerde 0010 bilgisi oluşacaktır. Disk üzerindeki düzenlemeden de
anlaşıldığı gibi diskin duruş pozisyonuna göre sensör çıkışlarından 0 – 15 arasında
değişen sayısal değerler alınarak şaftın duruş pozisyonu belirlenir.
Şekil 2.8
S0
S1
Işık kaynağı
Disk
Optik okuyucular
Şaft
S2
S3
Şekil :2.9 optik okuyuculardan alınan sinyallerin ikili kod karşılığı
Uygulamalarda binary kodlanmış diskler yanlışlıklara neden olabilmektedir.
Ara geçiş noktalarında şaft pozisyonu tam olarak algılanamamaktadır. Örneğin
sensörlerin karşısında 7-8 arası bölüm kaldığını düşünelim. Bu durumda
sensörlerden 1111 bilgisi okunur, ki bu gerçek değerden çok farklı bir değerdir . İşte
32
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
bu tip hataları ortadan kaldırmak için disk ikili kodlanmak yerine gray kodu ile
kodlanmaktadır.
Gray kodunda her bölümün bir önceki bölümün kodundan 1 bit değişiktir. Tam
ara durumda kalan sensörler ya bir önceki durumu yada bir sonraki konumu belirler
böylece oluşacak hata oldukça küçük olacaktır.
Gray kodunu, ikili koda dönüştüren bir devre ile lojik devre ile şaft pozisyonu
daha doğru bir şekilde algılanabilmektedir. Böylece şaftın pozisyonu algılanacaktır.
Disk üzerideki bölümleri arttırarak daha hassas pozisyon algılaması yapılabilecektir
Şaftın dönüş yönü saymanın yukarı veya aşağı durumuna göre belirlenebilir.
Şekil 2.10
Çıkıştan elde edilen kare dalga, doğrultularak dış devreye alınır . Dış devrede
dijital / analog dönüştürücüler sayesinde de dijital tako generatör elde edilebilir.
33
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
BÖLÜM 5
Yılmaz, Kaya
3 OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ
3.1.Giriş
Bilim ve teknoloji ilerledikçe insan kas gücünün üretimdeki payı azaltmaktadır.
Üretimi, makine ile veya insan gücüyle diye ayırsak, sürekli makine tarafı artma
eğilimindedir. Makinelerin kullanımı da yine insan denetimi yerine başka makineler
veya teçhizatlar yardımıyla yapılmaya çalışılmaktadır. Bilgisayarlı takım
tezgahlarında ( CNC ) nerdeyse çalışan sistem üzerinde insan denetimi yok denecek
düzeydedir. Üretilmek istenen ürünün şekli bilgisayar ile çizilerek, elde edilen şekil
bilgisayar programına dönüştürülerek üretim yapılmaktadır.
Otomatik kontrol sistemleri, çalışan sistemlerin insan gücüne gerek kalmadan
denetlenmesini, kontrol edilmesini konu olarak alır. Dünyada emek yoğun üretim
pahalı bir üretim yöntemi haline gelmiştir. Otomasyon sistemi ile üretim, daha
ekonomik olmaktadır. Üretimin her aşamasına hızlı bir şekilde girmeye devam ediyor.
Böylece daha ucuz ve standardı önceden belirtilen ölçülerde üretim yapılabiliyor. İyi
yetişmiş bir kalifiye elemanın manuel tezgahlarda 4 saatte ürettiği bir ürün, otomatik
sistemlerde 7 dakika gibi kısa sürede üretiliyor. Arada 34 kat gibi bir fark var. Bu fark
maliyet açısından kapatılamaz büyüklüktedir. Sağlık ve çevre koşulları dikkate
alındığında bazı iş alanlarında insan çalıştırmak mümkün değildir. (Çok sıcak yerler,
zehirli yerler, tehlikeli yerler gibi )
Otomatik kontrol sistemlerinin tarihi gelişmesine baktığımızda ilk olarak buhar
makinelerini görürüz. Burada buhar makinesinin hızı otomatik olarak
denetlenmektedir. Buhar makinesinin hızı arttıkça makinenin miline bağlı uçar toplar
merkez kaç kuvvetinden dolayı yukarı çıkar. Uçar topların hareketi mil üzerine
yerleştirilmiş kaygan mekanizmayı harekete geçirerek yukarı kaymasını sağlar.
Bunun yukarı kayması buhar kanalını kontrol ederek buhar makinesine giden buhar
miktarını azaltarak hız artışını engeller. Aynı şekilde buhar makinesinin devri
azalınca uçar toplar aşağıya doğru inmek ister. Buna bağlı mekanizma aşağı kayar,
bu da buhar valfini kontrol ederek buhar girişini arttırır. Böylece buhar makinesinin
hızı insan denetimine gerek kalmadan yapılmıştır.
34
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
Şekil 3.1 Bir türbinin hız regülatörü
İkinci dünya savaşı esnasında insanlar için tehlikeli olan görevler, otomatik
sistemlerle yapılmak istenmiştir. Pilotsuz keşif uçakları üzerindeki çalışmalar otomatik
kontrol sistemlerinin alanına girdiğinden bu dönemde çok büyük gelişmeler
sağlanmıştır. Savaş sonrası, bu teknoloji üretime kaymış, iş gücü sıkıntısı çekilen
alanlar ve emeğin pahalı olduğu alanlarda otomatik sistemler geliştirilmeye
çalışılmıştır.
Bu çalışmalar sonucunda olumlu gelişmeler sağlanmıştır. Otomasyon sistemleri
düşüncesi devamlı olarak üretimin her alanına artarak girmeye devam etmiştir.
Üretim miktarında önemli artışlar sağlanmıştır. Bu gün gelişmiş ülkelere baktığımızda
gelişmişliğinin temelinde, üretimi arttıran otomasyon sistemleri olduğu kolaylıkla
anlaşılabilir. Dünya pazarında rekabet için, kalite ve fiyatın en önemli etken olduğu
açıktır.
Servo-senkro sistemler olarak bilinen ya da servo mekanizmalar olarak da
adlandırılan kontrol sistemi, mekanik bir hareketin pozisyonunu, konumunu ayarlama,
kontrol etme işlemi olarak bilinir. Servo- senkro sistemlerin teorisi de yine otomatik
kontrol sistemleri içerisinde yer alır. Servo sistemlerin anlaşılması için otomatik
kontrol sistemlerinin temel prensipleri bilinmelidir.
Otomatik kontrol sistemleri içerisinde regülatörler, pozisyon kontrolleri, devir
kontrolü,basınç,---gibi diğer fiziksel büyüklükler de vardır. Ancak, otomatik kontrol
sistemleri içerisinde yer alan lineer diferansiyel denklemler ile açıklanan servo
sistemler ile regülatörler arasında oldukça benzerlikler vardır.
35
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
3.2 GENEL TANIMLAR
Bu derste kullanılacak terimlerin iyi bilinmesi, konuların daha anlaşılır olması
için gereklidir.
Sistem : Belirli bir iş veya işlem için bir araya getirilmiş, birbirleri ile doğrudan
ya da dolaylı etkileşimli elemanlar topluluğudur.
Bilgisayar denilince aklımıza klavye, fare, ekran, sistem ünitesi, yazıcı gibi
fiziksel parçalar gelmektedir. İşte bu elemanların topluluğu sistemi oluşturmaktadır.
Otomatik kontrol, bir sistematik kavramdır. İçerisinde birden fazla bileşeni vardır.
Kontrol sistemi : Herhangi bir iş yapan birimin denetlenmesi amacıyla
geliştirilen devrelerdir.
Giriş: Sistem içerisine akan, sistem tarafından işlenen işaretler, büyüklükler.
Çıkış: Sistem dışına çıkan,işlem görmüş işaretler, büyüklükler.
Örneğin, bir hidroelektrik santralında sisteme giriş olan büyüklükler su ise çıkış
elektrik enerjisidir. Veya bir elektrik motorunun girişine uygulanan elektrik enerjisi
sistemin girişi ise motor milinden elde edilen mekanik enerji sistemin çıkışıdır.
Bazen sistemlerin bir girişi yerine bir çok girişi olabilir. Bu tür sistemlere çok
girişli sistemler denir. Yine aynı şekilde, sistemlerde birden fazla çıkış olursa o tür
sistemlere çok çıkışlı sistemler denir.Otomatik kontrolün amacı , bir sistemde üretilen
değişkenler üzerinde ayar yapmak , sistemin istenilen şekilde çalışmasını
sağlamaktır.
Bir elektrik motorunu ele alalım. Motor sargıların gerekli olan elektrik enerjisini
uyguladığınızda motor da bir mekanik dönme hareketi oluşur. Bu dönme hareketinin
birimi devir/dakika ‘dır. Motor boşta çalışırken,milin dönüşünü zorlaştıran hiçbir etki
yoktur. Motor belirli bir devirle döner. Motora yük bağlanırsa, milin dönmesi
zorlaşacaktır. Bu durumda motorun dönme hızında bir yavaşlama olur. Örneğin 1000
devir/ dakika ile dönen motorun devri yük miktarına göre 800 devir / dakikaya kadar
düşer. Devirdeki bu değişme bazı iş kollarında sakıncalar yaratabilir. Makine boşta
da çalışşa , yarı yükte veya tam yükünde de çalışşa hızında değişiklik istenmiyorsa
bu motorun devrini sabit tutacak bir kontrol sistemine ihtiyaç var demektir. Bu
örneğimize göre kontrol edilmek istenen büyüklük motorun dakikadaki dönüş
sayısıdır.
Böyle bir kontrol sistemini geliştirmek için, kontrol edeceğimiz makinenin teknik
özelliklerini bilmemiz gerekir. Örneğin makinenin azalan veya artan devir sayısı hangi
giriş parametrelerine bağımlıdır. Ya da hangi değerlere etki edilmelidir ki motorun
yüklendikçe ,düşme eğilimine giren devir sabit kalsın.
36
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
Başka bir örnek ise elektrik şebekemizde kullandığımız gerilimin değeri 220
Volt’tur. Alıcılarımızın normal çalışabilmesi için gerilimin sabit 220 voltta olması
şarttır. Biliyoruz ki bütün üreteçlerin ortak özelliği, üzerinden çekilen elektrik enerjisi
arttıkça çıkış gerilimleri azalır. Yük kalktıkça çıkış gerilimleri de artar. Elektrik
şebekesinde çok büyük ve karmaşık enerji hareketleri olmaktadır. Her saniye
içerisinde, elektrik kullanan aboneler alıcılarını rastgele bir şekilde çalıştırıp
durdururlar. Bunun sonucunda 220 volt olarak istenen voltaj seviyesi, yük arttıkça
azalır. Yük azaldıkça gerilim artar. Elektrik aboneleri arasında bir koordinasyon
sağlanamayacağı açıktır. Her isteyen evindeki veya iş yerindeki elektriği istediği an
kullanabilir. Bu durum, trafiğe bir sürü araç çıkmış ancak hiçbir kural olmadan herkes
aracını istediği gibi kullanmak istediği ortama benzetebiliriz. Çok büyük kaoslar
olacağı hiç şüphesizdir. Aynı kaos elektrik enerjisinin başına gelmektedir. Eğer
gerilim regülatörleri kullanılmamış olsa idi, 220 volt istenen gerilim belki de 100 volt
ile 500 volt arasında salınım yapacaktı. 100 volt ile 500 volt arasında sürekli değişen
enerjiyi kullanmamız mümkün değildir. Kullandığımız bütün cihazlar hemen bozulur.
Bu örneğe göre kullandığımız elektrik enerjisinin istenen değeri, 220 volt’ta sabit
olmasıdır. O halde kontrol etmek istediğimiz değişken gerilimdir. Burada bir kontrol
sistemi geliştirmek için, elektrik enerjisi üreten üreteçlerin ve aradaki aktarma
elemanlarının karakteristik özellikleri bilinmelidir. Hangi parametreleri kullanarak
gerilim değişimini önleyebiliriz. Bu parametreler nasıl kontrol altına alınır. İşte
otomatik kontrolün çalışma alanı budur. Otomatik kontrol sistemi bir devrede bir veya
bir çok fiziksel büyüklüğün değişimini kontrol etmek amacıyla geliştirildiğine göre, iyi
bir kontrol sisteminden beklenen çalışma aşağıdaki özellikleri yerine getirmelidir.
1) Sistem de meydana gelen herhangi bir bozucu etkiden sonra bile değişkenin
değeri set değerinden minimum şekilde sapma olmalıdır. Çalışan sistemler, sürekli
bozucu etkiler altındadır. Örnek elektrik motorunun aniden yüklenmesi veya
aniden üzerindeki yükün kalkması gibi. Yine elektrik motorunun sargılarına
uygulanan gerilimin ani değer değiştirmesi bozucu etki olarak ifade edilir.
2) Bozulma sonunda , normal çalışmaya en kısa zamanda dönebilmelidir.
Örneğin elektrik motoru ani bir bozucu etki ile karşılaşmışsa, buradaki devir
regülatörü, bu değişimi hemen hissetmelidir ve hemen düzeltici önlemi almalıdır.
Burada istenen, bozulma ile normale dönme arasındaki zaman çok kısa olmalıdır.
3) Çalışma şartlarında meydana gelen değişmelerden ötürü olacak sapma set
değerinden minimum seviyede olmalıdır. Yine örneğimizi elektrik motoru ile
sürdürecek olursak, motorun yükündeki değişme veya giriş gerilimindeki
değişimler bir devir değişikliği yaratacaktır. Ancak bu durum da istenen, her ne
kadar değişim olsa da istenen değerden çok uzak olmamalıdır. Yani set değerine
yakın olmalıdır.
37
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
3.3 KONTROL SİSTEMİNİN TÜRLERİ :
Sistemlerin çalışmasına göre iki tip kontrol sistemi vardır.
1) Açık çevirim kontrol sistemi
2) Kapalı çevirim kontrol sistemi
3.3.1 AÇIK ÇEVİRİM KONTROL SİSTEMİ :
Giriş
Sistem
Çıkış
Şekil: 3.2 Açık çevrim kontrol sistemi
Açık çevrim kontrol sisteminde giriş bağımsız bir değişkendir. Çıkışın, giriş
üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Çıkış, girişin bir fonksiyonudur. Örneğin bir elektrik
motoruna elektrik enerjisini bir şalter üzerinden uygulandığını düşünelim. Motorun
dönme hızı ile şalterin çalışması arasında hiçbir denetim yoktur. Bu durum da şalter
motoru durdurup çalıştırma görevi yapar. Elektrik motorunu yüklendiğinde devri
düşer, şalter burada devrin düşmesini önleyici bir tedbir almaz. Böyle bir görevi
yoktur. Ancak piyasada kullanılan değişik tiplerde şalterler vardır. Bunlar motorun
aşırı yüklenmesinden dolayı koruyucu özelliği olan şalterler vardır. Bu tip şalterler,
aşırı akım röleleri ile birleştirilmiş şalterlerdir. Tabi ki istenirse giriş gerilimine göre de
motoru durdurup çalıştıran şalterler yapılabilir.
Başka bir örnek ise, bir trafik kavşağında trafiğin denetlenmesi açık kontrol
sistemine göre yapıldığında, kavşaktaki trafik sinyali hep aynı periyodlarda
çalışacaktır. Kırmızı 40 saniye yanıyor, yeşilde 40 saniye yanıyorsa, günün her
saatinde aynı çevrim sürüp gidecektir. Kavşaktaki trafik yoğunluğu ile ilgili hiçbir
denetim yoktur.
Kuruluşu ucuz bir kontrol yöntemidir fazla bilgi gerektirmez. Ancak işletilmesi her
zaman ucuz değildir. Örneğin trafik sinyalizasyonu örneğini ele alalım. Açık çevrim
kontrol sistemi ile iyi bir trafik sinyalizasyonu yapmanın imkanı yoktur. Kötü bir
sinyalizasyon ise, yolların verimli kullanılmamasına, yakıt masrafının fazla olmasına,
gürültü kirliliğinin artmasına, zaman kaybına, strese ve trafik kazalarına neden olduğu
düşünülürse ilk kuruluş masrafının ucuz olmasının hiçbir anlamı kalmaz.
38
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
3.3.2 KAPALI ÇEVİRİM KONTROL SİSTEMİ :
Bu tip kontrol sisteminde çıkış, yalnızca girişin bir fonksiyonu değildir. Çıkıştan
alınan bir geri besleme ile giriş her zaman kontrol altına alınır. Çıkış, giriş ile geri
beslemenin toplamının bir fonksiyonudur. Diğer bir değişle bu tip sistemlerde çıkış
girişi denetlemektedir, geri besleme işlemi vardır.
Trafik sinyalizasyonu örneğini tekrar ele alalım. Kapalı çevrim kontrol sistemi
uygulanırsa trafik akışı nasıl olur. Trafiğin denetlenmesi yine ışıklalarla olacak ama,
yoldaki trafik yoğunluğu da her zaman sensörler yardımı ile ölçülecektir. Sensörler
den alınan ölçüm sonucuna göre trafiğin yoğun olduğu tarafa daha fazla yeşil
yakarak trafik sıkışıklığı önlenebilir. Ayrıca, hep aynı güzargah üzerinde seyreden
taşıtlar, şehir içi hız limitlerinde gittiği zaman tekrar tekrar kırmızı ışığa yakalanma
ihtimali azaltılır. Bu örnekte sinyalizasyonun çalışma zamanlaması sistemin girişi ise,
taşıtların durumu da çıkıştır. O halde iyi bir çıkış için yolun doluluk ve boşluk oranları
dikkate alınarak zamanlama değiştirilebilmelidir.
Başka bir örnek olarak bir hidroelektrik santralini bir sistem olarak düşünelim.
Sistemin girişi su, çıkışı ise elektrik enerjisidir. Örneğimizi biraz daha somutlaştırmak
için sayısal değerler verelim. 100MW’lık bir generatörü döndüren türbine akan su
miktarının debisi de 100 birim ile ifade edelim. Günün her saatinde türbin aynı güç
talebiyle karşılaşmayacaktır. Bazen talep 100 MW ise bazen 50 MW’ta düşecektir.
Türbine giren su miktarı her zaman 100 birim olmamalıdır. Talep 50 MW ise su girişi
de 50 birime düşmelidir. Aksi halde su kullanımı açısından ekonomik olmadığı gibi
türbin devri de sabit kalamaz. Gerçekte, talep normal sınırlar içinde iken türbin devri
hep sabit kalmaktadır. Eğer türbin devri sabit kalmazsa üretilen enerjinin frekansını
50 Hz’ de sabit tutulamaz. Şebeke frekansı türbin devrine bağlıdır.
Elektrik abonelerinin kullandığı elektrik miktarına göre üretim sürekli değişim
içerisinde olmaktadır. Abonelerin elektrik yük talebi, generatörü döndüren türbine yük
olarak binmektedir. Talep arttıkça, türbine binen yük miktarı artmaktadır. Türbin hep
aynı devirde dönmesi için, su girişi de artmalıdır. Talep azaldıkça, türbinden yük
kalkıyor, dolayısıyla hız yükselmemesi için su girişi azalmalıdır. Burada, yükün
değişimine göre, türbine giren su miktarı da değişmektedir.
39
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
şebeke
R S T
su
giriş i
Hidrolik servo
mekanizma
Dişli
redüktör
MT
T.G
Generatör
y
Türbin
J.D
U
Ux
sıvı giriş ve çıkışı
Kontrol
elemanı
U= referans giriş
Ux= geri besleme
Stator
kontrollü D.A
motoru
Şekil 3.3 Türbin devir regülatörü
Türbinin hızı tako generatör yardımıyla sürekli ölçülmektedir. Ölçülen hız
gerilime dönüştürülerek geri beleme olarak uygulanmaktadır. Devir yükselme
eğilimine girdiğinde tako genaratörde üretilen gerilim de yükselir. Devir düşünce tako
generatördeki gerilim de düşer.
Şekildeki devrede, tako generatörde elde edilen geri besleme gerilimi kontrol
elemanına uygulanmıştır. Kontrol elemanının iki girişi bulunmaktadır. Bunlardan bir
tanesi referans girişi diğeri ise geri belseme girişidir. Geri besleme sinyali referans
girişini azaltır yöndedir. Türbinin hızı su giriş miktarına bağlıdır. Çok su girişi olursa
devir yükselir, su azalırsa devir azalır. Devri etkileyen diğer faktör ise generatörden
çekilen elektrik akımıdır. Çekilen akım arttıkça türbinin devri azalır, akım azaldıkça
türbin devri yükselir.
Devremizde bilmemiz gereken diğer elemanların çalışması ise, stator kontrollü
doğru akım motoru, buna bağlı olarak çalışan hidrolik servo sistemdir. Stator
kontrollü d.a. motorunun statoruna gerilim uygulandığında bir dönme hareketi üretilir.
Bu hareketin yönü ise doğru akımın yönüyle ilgilidir.
Hidrolik servo mekanizmanın çalışması: Motorun hareketi dişli sistemi ile
doğrusal hale getirilir. Dişlinin hareketi bir sıvı valfini kontrol etmektedir. İleri geri
hareketi ile sıvının silindir içersindeki hareketinin yönünü ve miktarını sağlar. Silindir
içerisinde bulunan pistonu hareket ettirir. Piston, su girişindeki vanayı kontrol ederek
türbine giren su ayarlanır. (Su giriş kontrolü türbin üzerindeki kanatçıkların hareket
açısı değiştirilerek de yapılabilir.)
40
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
Generatörden çekilen enerji azaldığında, türbin devri yükselecektir. Buna bağlı
olarak tako generatörün ürettiği gerilim artacak ve referans geriliminde fazla
olacağından kontrol elemanı motora enerji gönderecektir. Motor gelen enerji miktarı
kadar hareket ederek dişliyi sağa doğru döndürecektir. Buna bağlı olarak valf
içersindeki sıvı, silindir içersine pistonu sağa itecek yönde bir hareket oluşturacaktır.
Pistona bağlı savak su girişini azaltacaktır.
Generatörden çekilen akım arttığında, türbinin devri yavaşlayacak, geri belseme
sistemi su girişini arttırarak devirdeki değişimi engelleyecektir. Böyle bir otomatik
kontrol sistemi ile türbin devri denetlenir. Her yük değişiminde türbin devrinde de bir
değişim yaratacak ancak bu değişim %3, %4 civarında olmaktadır. Bunun anlamı
şebeke frekansı tam 50Hz yerine,49-51Hz aralığında değişir demektir. Ancak açık
çevirim kontrol sistemi uygulanırsa değişim %40 ‘lara çıkar buda 30Hz ile 70Hz
arasında değişim anlamına gelir. Bu kadar geniş bir aralıkta frekansı değişen bir
elektrik enerjisi kullanılamaz.
Giriş
Fark
Çıkış
Sistem
Geri besleme
Şekil 3.4 Kapalı Çevrim kontrol sistemi
Bu tür kontrol sisteminde çıkış, giriş ile geri besleme sinyali farkının bir
fonksiyonudur.
41
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
BÖLÜM 6
3.4 GERİ BESLEME ÇEŞİTLERİ
Vgiriş
G
Vçıkış
H
Şekil :3.5 Geri beslemeli bir yükselteç devresi
Çıkıştan alınan geri besleme sinyali girişi, arttıracak şekilde uygulanırsa buna
pozitif geri besleme denir. Giriş sinyalini azaltacak yönde uygulanırsa negatif geri
besleme adını alır. Otomatik kontrol sistemlerinde negatif geri besleme kullanılır. Çünkü
otomatik kontrol sistemlerinde esas amaç her hangi bir fiziksel büyüklüğü kontrol altına
almaktır.
Çıkıştan alınan sinyal girişi arttıracak şekilde uygulanacak olursa, giriş artınca çıkış
artar, çıkıştan alınan geri besleme sinyali artarak sürekli girişi arttırır. Dolayısıyla çıkışta
sürekli artış içerisinde olacaktır. Bu artış bir süre sonra sistemin çıkışını sıfıra götürüp,
tekrar salınım yaparak devamlı karasız çalışacaktır.
Pozitif geri besleme osilatörlerde kullanılır. LC tank devresinde salınımlar
esnasında kaybolan enerjiyi takviye amacıyla geri besleme yapılır. Sönümsüz osilasyon
ancak pozitif geri besleme ile elde edilir.
Çıkıştan alınan sinyal girişi azaltacak yönde uygulanırsa bu tip geri beslemeye
negatif geri besleme denir. Sistem girişi ve geri besleme oranı herhangi bir değere
ayarlanır, ve bu değerin sabit olması istenir. Sistemde bir değişme olmazsa çalışmasını
ayarlandığı gibi sürdürür. Dışarıdan gelen bir bozucu etki sonunda çıkışta bir azalma
olursa, bu azalma geri besleme sinyalini de azaltacaktır. Girişteki değer ile geri besleme
arasındaki değer artacak ve yükseltici devresine daha büyük bir sinyal gireceğinden,
çıkıştaki azalmayı önleyecektir. Çıkış yükselecek olursa, geri besleme sinyali de
yükselecek,girişi daha fazla azaltarak çıkıştaki artışı önlemeye çalışacaktır.
Negatif geri beslemeli sistemlerde
TF =
42
G3
( aradaki işaret +)
1 + G 3H 3
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
TF =
Pozitif geri beslemeli sistemlerde
G3
( aradaki işaret - )
1 − G 3H 3
3.5 BLOK DİYAGRAMLARI
Bir kontrol sistemi bir çok elemanlardan oluşabilir. Sistemin türüne ve işlevine bağlı
olarak eleman sayısı değişir. Kontrol sisteminde her bir eleman tarafından oluşturulan
fonksiyonları göstermek için blok diyagramı olarak isimlendirilen bir diyagram kullanılır
Bir sistemin blok diyagramı, sistemin her bir eleman ya da eleman grubunun
fonksiyonel veya sinyal akışının grafiksel gösterimidir. Blok diyagramı çeşitli elemanlar
arasıda varolan karşılıklı bağıntıyı tanımlar.
3.5.1 BLOK DİYAGRAMI ELEMANLARI:
Bir blok diyagramı bloklar,oklar,toplama noktaları ve ayrılma noktalarından
(kol noktası)meydana gelmiştir. Blok diyagramında tüm sistem değişkenleri birbirine
işlevsel (fonksiyonel) bloklar halinde bağlıdır.
X
Toplama
noktası
X
±
Blok
Y
Ayrılma noktası
Blok’un tanımı
A
Y
A
Şekil 3.6 Blok Şema Elemanları
a. Oklar: bir blok diyagramının bloklarını ve diğer elemanları birbirine bağlayan ve
sinyallerin akış yönünü gösteren işaretler olarak ele alınır. Okların yönü sinyallerin
akış yönünü gösterir ve bir blok diyagramı içinde sinyaller yalnızca oklar yönünde
olabilir.
b. Toplama Noktaları: Bir toplama noktası toplama işlemini belirten içi boş veya
içine çapraz konmuş bir çemberle gösterilir. Toplama noktaları bir blok diyagramı
içerisinde yerine getirdikleri işlevlere göre mukayese noktası veya hata sezici ve
toplayıcı olmak üzere iki şekilde bulunurlar.
c. Ayrılma Noktaları Veya Kol Noktaları: Oklar ile temsil edilen sinyallerin kollara
ayrıldığı ve bir bloktan ayrılan çıkış sinyalinin aynı zamanda diğer bloklara veya
toplama noktalarına gittiği noktalardır.
43
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
3.5.2 BLOK DİYAGRAMININ TEMEL ÖZELLİKLERİ:
a) Blok diyagramı gerçek sistemin sinyal akışını gösterir. Bu nedenle
matematiksel yönteme göre sistemi daha gerçekçi bir şekilde gösterir.
b) Sistemin dinamik davranışı ile ilgili bilgiyi içermekte olup sistemin fiziksel yapısı
ile ilgili herhangi bir bilgiyi içermez.
c) Üzerinde enerjinin esas kaynağı açık bir şekilde gösterilmez.
d) Ele alınan çözümlerin bakış açısına bağlı olarak bir sistem içinde farklı sayıda
blok diyagramı çizilebilir.
3.5.3 BLOK DİYAGRAMLARININ İNDİRGENMESİ:
Blok diyagramı indirgenmesinde amaç tüm sisteme ait transfer fonksiyonunu bir
blok içerisinde göstermek ve böylece sisteme ait giriş çıkış bağıntısını elde etmektedir.
Blok diyagramının indirgenmesinde:
1) Geri besleme yolu üzerinde transfer fonksiyonları çarpımı aynı kalmalı ,
2) Geri besleme döngüsü içerisindeki,transfer fonksiyonu aynı kalmalı.
3.5.4 BLOK DİYAGRAMI İNDİRGEME KURALLARI
Karmaşık yapıdaki blok diyagramları aşağıda verilen basit indirgeme kuralları
uygulanarak her giriş – çıkış arası tek bir blok’a indirgenebilir.
1)
X1
G1
G2
X2
X1
G1.G2
X2
X 2 = G1.G 2. X 1
44
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
2)
G1
X1
X3
X2
X1
G1 ± G 2
X2
X4
G2
X 2 = X 1.(G1 + G 2)
X 3 = G1. X 1
X 4 = G 2. X 1
X 2 = X3+ X 4
3)
X1
X1
X2
X2
X2
G
G
X 2 = G.X 1
X2
G
X 2 = G. X 1
4)
X1
G
X3
X4
X1
X2
X5
X3
G
−
1
G
X2
5)
X 2 = G. X 1
X 2 = G. X 1
45
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
6)
Yılmaz, Kaya
1
X 5 = X 1 −  . X 2
G
X 3 = G. X 5
X 4 = G. X 1
X3 = X4− X2
7)
X 4 = X1 − X 2
X 3 = G. X 1 − G. X 2
X 3 = G. X 4
X 2 = G. X 3 = G.( X 1 − X 4 )
X 3 = X1 + X 4
X 4 = H .X 2
X 2 = G. X 3
X 2 = G ( X 1 − X 4) )....... X 4 = H . X 2idi
X 2 = G.( X 1 − H . X 2 )
X 2 = G. X 1 − G.H . X 2 => ..G. X 1 − G.H . X 2 − X 2 = 0
G. X 1 − X 2.(1 + G.H ) )...Buradanda. X 2' yi.çe ker sek
G
 G. X 1 
X2 =
. X 1elde.edilir.
=
 1 + G.H  1 + G.H
X 2 = X 1.
G
1 + G.H
3.5.5 KARMAŞIK BLOK DİYAGRAMLARININ İNDİRGENMESİ
Blok diyagramları bazen o kadar karmaşık bir hale gelir ki , sistemin tepkisini
görebilmek veya inceleyebilmek açısından indirgemek gerekebilir. Sistemin eş değer
transfer fonksiyonu bulunarak sistemin geneli hakkında bir yorum yapılabilir duruma
getirilir Aşağıdaki örnekte karmaşık bir blok diyagramın indirgenmesi adım adım
yapılacaktır.
46
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
Örnek verilen blok diyagramı indirgeyerek transfer fonksiyonunu bulunuz.
R
C
G1
G2
G3
H3
H2
H1
Şekil 3.7 Karmaşık bir blok diyagram örneği
Çözüm için, blok diyagramında seri bağlı elemanlar, paralele elemanlar ve geri
beslemeli bloklar aranır. Elektrik devrelerinde eşdeğer direncin bulunduğu gibi eşdeğer
transfer fonksiyonun da bulunmasında işleme çıkış tarafında başlanarak girişe doğru
ilerlenir.
Adım 1:
G3
TF =
G3
1 + G 3H 3
H3
Bu tip geri beslemeli bir blokun transfer fonksiyonu TF =
G3
‘tür
1 + G 3H 3
Blok diyagramımızı yeniden çizersek , blok diyagramı aşağıdaki gibi olur.
R
C
G1
G2
G3
1 + G 3H 3
H2
H1
.
G2
TF =
G 2G 3
1 + G 2G 3H 3
G3
1 + G 3H 3
47
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
Seri hale gelen blokun eşdeğeri alınır. Şimdi blok diyagramımızı yeniden çizelim.
R
G1
G2
C
G 2G 3
G3
1 + G 2G 3H 3 1 + G 3H 3
H2
H1
G4 =
G 2G 3
1 + G 2G 3H 3
dersek ,
G 4
1 + G 4 H 2
R
C
G1
G4 /1+G4H2
H1
G1.G4 / 1+G1G4H2
H1
G5 =
G 1G 4
1 + G 1G 4 H 2
dersek, o zaman blok diyagramını yeniden çizelim.
R
Çıkış
G5
±
R
Ç
G5
1 ± H 1 G5
H1
48
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Devrenin eşdeğer transfer fonksiyonu =
Yılmaz, Kaya
G5
olur.
1 + G5H 1
3.5.6 ÇOK GİRİŞLİ TEK ÇIKIŞLI KONTROL SİSTEMİNE ÖRNEKLER
Örnek :
Verilen lineer devrenin eşdeğer transfer fonksiyonunu bulunuz.
Şekil 3.8 Çok girişli blok diyagram
Çözüm:
Devremiz lineer verildiğinden bir giriş haricinde tüm girişleri sıfır kabul ederiz.Aktif olan
giriş için transfer fonksiyonunu bulunuz.Her bir giriş için transfer için aynı işlemi
tekrarlayacağız.
ADIM I- U1,U2 girişleri sıfır kabul edilerek R girişi için transfer fonksiyonunu
CR =
ADIM II-
CU 1 =
G 2.G3
1 + G1.G 2.G3.F1
U2 =R=0 kabul edilerek U1 için transfer fonksiyonunu bulalım.
G 2.G3
1 − G 2.G3.F1
ADIM III- U1= R = 0 kabul edilerek U2 için transfer fonksiyonunu bulalım.
CU 2 =
G3
1 − G1.G 2.G3.F1
Eşdeğer transfer fonksiyonu hepsinin toplamına eşittir.
C = CR + CU 1 + CU 2
G1.G 2.G3
G 2.G3
G3
olarak bulunur.
C=
+
+
1 + G1.G 2.G3.F1 1 − G1.G 2.G3.F1 1 − G1.G 2.G3.F1
49
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
Örnek :
İki girişli iki çıkışlı kontrol sisteminin eşdeğer transfer fonksiyonunu bulunuz.
Şekil 3.9 İki giriş iki çıkışlı blok diyagram
Bu tip blok diyagramların eşdeğer transfer fonksiyonunu bulmak için ,her bir
adımda bir giriş ve bir çıkış haricinde tüm giriş ve çıkışlar sıfır kabul edilerek her girişin
.her bir çıkışa göre transfer fonksiyonu bulunur.Örneğin bu devre de 4 adet transfer
fonksiyonu bulunacak ,eşdeğer transfer fonksiyonu ise iki adet olacaktır.Her çıkışa göre
transfer fonksiyonu olacak .burada iki çıkış olduğuna göre iki adet transfer
fonksiyonumuz olur.
ADIM I: R2 =0 kabul edilerek ,R1 ‘in C1 çıkışına göre transfer fonksiyonunun
bulunması devreyi R2 ve C2 göz ardı ederek yeniden çizersek;
50
SEVRO – SENKRO MEKANİZMALAR
Yılmaz, Kaya
ADIM II: C1 çıkışını R2 girişine bulursak
C1 = C1.R1 + C1.R 2 =
G1
G1.G 2.G3
+
1 − G1.G 2.G3.G 4 1 − G1.G 2.G3.G 4
C 2 R1 =
G1.G 2.G 4
1 − G1.G 2.G3.G 4
ADIM III;
C2 çıkışına göre transfer fonksiyonunu bulalım.
Bu durumda ,C1 göz ardı edilerek, R2 = 0 kabul edilir.Blok diyagramını çizersek;
ADIM IV-; R2 girişine göre C2 çıkışını bulalım .
C 2 = C 2 R1 + C 2 R 2 =
G1.G 2.G3
G4
olur..
+
1 − G1.G 2.G3.G 4 1 − G1.G 2.G3.G 4
51
Author
Document
Category
Uncategorized
Views
3
File Size
824 KB
Tags
1/--pages
Report inappropriate content