1. GİRİŞ
İçten yanmalı motorların ilk harekete geçirilebilmesi için öncelikle belirli bir devirde döndürülmesi gerekir. Bu gereksinimi karşılayabilmek amacı ile sistemlere ilk hareket (marş) sistemleri denir.
Motorlara ilk hareket verilmesi değişik metodlarla sağlanabilir. Bunlar iple, kolla, pedalla, marş motorlarıyla, yardımcı motorlarla ve basınçlı hava ile yapılan ilk hareket sistemleridir. Bunlardan en yaygın olarak kullanılan marş motorları ilk olarak 1911 yılında Cadillac motorlarında uygulanmış ve giderek yaygınlaşarak günümüzde en çok kullanılan sistem haline gelmiştir.
Marş motorları elektrik enerjisini mekanik enerjiye çeviren doğru akım (D.C) motorlarıdır. Marş motorları doğru akımla çalışan seri sargılı elektrik motorlarıdır. Yani endüvi ve endüktör sargıları bir birine seri bağlanmıştır. İç direncin az olması için kalın kesitli teller kullanılmıştır. Bu ilk harekete geçme esnasında fazla akım çekilmesi ve dolayısıyla döndürme momentinin büyük olması için gereklidir. Döndürme momenti, çekilen akım ve endüktördeki manyetik alan şiddetiyle doğru orantılıdır. Seri motorlar yüklendikçe döndürme momentleri artar, buna karşı devir sayıları düşer. Marş motorlarının ürettikleri döndürme momenti, içten yanmalı motorların ilk hareketi esnasında karşılaştığı direncin (hareketli parçalar arasında sürtünme, dönen parçaların atalet kuvvetleri, kompresyon esnasında meydana gelen basınç) meydana getirdiği moment etkisini yenebilecek kadar büyük olduğunda motor harekete geçer (Bulut ve arkadaşları, 1999).
Araç üzerinde bulunan şarj sisteminin amacı, elektrik alıcılarına (far, sinyal, cam sileceği, radyo vb.) akım vererek beslemek ve araç bataryasını devamlı şarjda tutmaktır.
Otomobil bataryasının görevi marş motorunu,farlar ve silecekler gibi otomobil alıcılarına yeterli miktarda elektrik sağlamaktadır. Bununla beraber batarya, kapasitesiyle sınırlıdır ve devamlı olarak otomobilin tüm elektriksel güç ihtiyacını karşılayabilecek kapasiteyi sağlayamaz. Her elektrik alıcısına gerektiği zaman ve miktarda elektriği sağlamak için, bataryanın daima tam şarjlı kalmasını sağlamak gerekir. Bunun için otomobillerde elektrik üretmek ve bataryayı tam şarjda tutmak için bir şarj sistemine gerek duyulmaktadır.
Araç motoru çok yüksek devirlerde çalışırken elektrikli alıcılar kullanılmayabilir. Şarj voltajı da batarya voltajından daha yüksek olacağından bataryayı aşırı şarj ve yüksek voltajlı şarjdan korumak için alternatörlü şarj sistemlerinde mekanik regülatörler yanında günümüzde yaygın olarak elektronik regülatörler kullanılmaktadır. Alıcıları besleme işlemi batarya, alternatör. alternatör regülatörü ve devre kablolarından meydana gelen parçalarla gerçekleşmektedir. Şarj sistemi şarjı, motorun bir kısım mekanik enerjisini elektrik enerjisine çevirerek yapar. Araç motoru çalışmadığı zamanda kullanılan bütün alıcılar batarya tarafından beslenir motor çalıştığında bu görevi şarj sistemi yapar.
2. LİTARETÖRÜN TARANMASI
2.1. Marş Sistemindeki Gelişmeler
İlk içten yanmalı Otto ve Dizel motorlarının ilk hareketi ipte, kolla ve pedalıa yapılmaya çalışılmıştır. Teknolojinin gelişmesiyle ilk hareket sistemleri de gelişmek zorunda kalmıştır. Krank mili iple veya elle yeterli hızda çevrilememiş ve elektrik motorları kullanılmaya başlamıştır.
l. Y. M’ları ilk harekete geçirebilmek için ilk anda motorda oluşan statik ve dinamik sürtünme kuvvetini yenecek momente ihtiyaç vardır ve bu moment marş motorunun çektiği akımla doğru orantılıdır, ilk hareket anında marş motorunun fazla akım çekmesi için endüvi ve endüktör sargılarının kalın olması gerekmektedir. Bunu sağlamak için ikaz ve endüvi sargılan lama şeklinde çok düşük dirençli bakır tellerden yapılmıştır ve endüvinin döndürülmesini sağlayan manyetik alanın güçlü olabilmesi için genellikle elektro mıknatıs kullanılmıştır. Gelişen teknolojiye bağlı olarak endüvi sargılarının yerine aynı güce sahip daimi mıknatıslar kullanılmaya başlanmıştır. Döndürme momentini etkileyen diğer bir etken ise kutup çifti sayısıdır ve kutup sayısı arttıkça momentin arttığı görülmüştür (Önsoy, 2001).
2.2. Endüvi üzerinde yapılan çalışmalar
Endüvi sargılan seri ve paralel olmak üzere iki şekilde yapılmıştır. Sekil 2-l da 12 dilimli ve 12 paralel sargılı endüvi Görülmektedir. Bataryanın negatif ucundan gelen elektronlar 1 nolu kollektör dilimi üzerinden geçerek buradan ikiye ayrılmış, daha sonra sargılardan geçerek pozitif kollektör altınca birleşerek bataryanın pozitif kutbundan devresin: tamamlamıştır. Bu tip marş motorlarında paralel sargı kullanarak endüvi sargılarının direnci düşürülmüş, düşük gerilimle daha yüksek akım çekmeleri sağlanmıştır. (Önsoy 2001)
Şekil 2.1. Dört kollu paralel endüvi sargısı devre şeması (Erşan, 2000)
Seri ve paralel sargı arasındaki en büyük fark, seri sargıca ,toplam direnç arttığı için marş motoru daha az akımla çalışmaktadır. Şekil 2.2 de seri sargılı iki paralel kollu endüvi görülmektedir. Seri sargılı endüvi yüksek gerilimli ve düşük akımlı motorlarda veya jeneratörlerde kullanılmıştır. (Önsoy 2001)
Şekil 2.2 İki kollu seri endüvi sargısı devre şeması (Erşan 20000)
2.3. Endüktör üzerinde yapılan çalışmalar
Marş motoru gücü ihtiyacı 0,3- 0,6 kW istenen yerlerde endüktör iki kutuplu, 0,5-1,4 kW güç istenen yerlerde dört kutuplu ve 1,4 kW fazla güç istenen yerlerde ise attı ve sekiz kutuplu marş motorları kullanılmıştır. Şekil 2.3’de iki ve dört kutuplu marş motoru devre şeması verilmiştir. Orta güçteki bazı marş motorlarında marş motorunun iç direncini düşük tutmak ve gücünü istenilen seviyeye çıkarmak için dört kutuplu yapılmış, bunlardan sadece ikisi ikaz sargısı olarak kullanılmıştır.
Şekil 2.3 İki ve dört kutuptu, çift ikaz sargılı marş motoru devre şeması.
Şekil.2.4’de dört kutuplu ve bütün kutupları ikaz sargısı olarak kullanılan marş motoru devre şeması görülmektedir Bu tip marş motorlarında ikaz sargıları ikişer ikişer seri bağlanmış daha sonra hepsi birbirine paralel bağlanarak, ikaz sargılarda toplam sarım sayısı artırılıp manyetik alan şiddeti yükselmiştir 24 V ve daha yüksek gerilimle çalışan düşük güçlü bazı marş motorlarının bütün ikaz sargıları birbirlerine seri bağlanmıştır
Şekil 2.4 Dört pabuçlu ve dört ikazlı marş motoru devre şeması.
Şekil 2.5 bütün fırçaları yalıtılmış marş motoru devre şeması gösterilmiştir. Bu tip marş motorları daha iyi şasileme yapmakta ve daha çok 24 V’luk sistemlerde kullanılmıştır. Bu sistemde giriş akımı önce iki fırça ve endüviye verilmiş . daha sonra endüvi çıkışındaki diğer iki fırça ile ikaz sargılarına akım verilerek şasi devresi tamamlanmıştır.
Şekil 2.5 Yalıtılmış tip marş motoru devre şeması.
Sabit tesislerde gemi veya büyük dizel motorlarını ilk harekete geçmede yüksek güçlü 32 ve 64 V ile çalışan şekil 2 6te görülen dört ve altı kutuplu ve bütün kutupları ikaz sargılı marş motorları kullanılmıştır (Önsoy 2001).
Sekil 2.6. Dört ve altı kutuplu, yüksek güçlü marş motoru devre şeması. (Özsoy 2001)
2.4. Şarj Sisteminde Yapılan Teknolojik Gelişmeler
Elektrik ile ilk kesifi yapan İngiliz bilim adamı Michael Faraday 19.uncu yüzyılın ilk yarısında yaptığı deney ve çalışmalar sonucunda manyetik enerjiden elektrik akımı elde edilebileceğini keşfetmiş ve ilk elektrik dinamosunu yapmıştır. O zamandan bu güne kadar çeşitli aşamalardan geçen dinamolar, otomobilin icat edilmesiyle otomobile de şarj sistemi olarak yerleşmiştir. Otomobille birlikte gelişen şarj sisteminde önce üç fırçalı dinamolar ve daha sonrada iki fırçalı şönt dinamolar kullanılmıştır (Aydın 2000).
Dinamolar “sabit bir manyetik alan içerisinde hareket ettirilen bir iletken akım indüklenir” prensibiyle çalışır.
Dinamonun verimi; manyetik alanın kuvvetine, iletkenin manyetik kuvvet hatlarını kesme hızına ve endüvinin her bobindeki iletken sayısına bağlıdır
Ancak günümüz otomobil motorları çok daha yüksek devirli olup, araçlarda elektrik alıcısı sayıları da artmıştır. Ayrıca motorlu araç sayısının artması ile şehir içi trafiğine yavaşlattığından dinamolar alçak hızlarda alıcıları besleyemez duruma gelmişlerdir. Bundan dolayı günümüzde dinamolar yerine alternatörlü şarj sistemleri kullanılmaktadır (Erşan 2000).
3- MARŞ SİSTEMLERİ
3-1 Motorun ilk harekete geçirilmesi
Bir içten yanmalı motorun, çalışmaya başlaması ve çalışmasını sürekli sürdürebilmesi için, sırasıyla aşağıdaki unsurlara ihtiyaç vardır.
-
Minimum ilk hareket hızı. (Yaklaşık 100 dev/dak.)
-
Sıkıştırma zamanı.
-
Ateşlemenin sağlanması.
-
Silindir içine alınan karışımın; tutuşturulması ve yanması.
Şekil 3.1. Marş Sisteminin Motorlarındaki Yeri
( l-Marş motoru 2-Batarya 3-Kontak anahtarı 4-Roleler) (Yolaçan 1987)
Minimum ilk hareket hızının, gerçekleşmesi ile diğer üç özellik meydana çelmektedir. Bunun için, elektrikli bir ilk hareket yani marş motorunun, yerleştirilmesine ihtiyaç vardır. Çünkü; içten yanmalı motorlar, diğer elektrik motorları ve buharlı motorlar gibi kendi kendine çalışmazlar. İlk hareket sırasında büyük zorluklarla karşı karşıyadırlar. Bunlar, kompresyon sırasında meydana gelen direnç, piston sürtünmesi ve yatakların sürtünmesinden (statik sürtünme) ileri gelmektedir. Bu kuvvetler, motorun tipine ve büyüklüğüne, silindir sayısına, yağlama karakteristiklerine ve motor sıcaklığına bağlı olarak değişir. Sürtünme direnci, düşük sıcaklıklar da daha yüksektir. Şekil-3.1’de marş sisteminin genel bir şematik resmi görülmektedir.
İçten yanmalı bir motorda, minimum ilk hareket hızının bağlı olduğu birçok faktör vardır. Bunlar;
* Marş sistemi voltajı.
* Motorun ilk hareket sırasında bilinen çalışma başlangıç sıcaklığı.
* Motor krank mili direnci. (İlk hareket sırasında motor krank milini çevirebilmesi için yüksek torka ihtiyaç vardır.)
* Batarya karakteristikleri.
* Batarya ve marş motoru arasındaki kablolarda meydana gelen voltaj düşmesi
* Marş motoru pinyonu ile volan arasındaki dişli oranı.
* Marş motorunun karakteristikleri. (Tork, hız ve kapasite)
* Çalışma başlangıç sıcaklığında motorun minimum krank hızı.
Şekil 3.2’de çalışma başlangıç sıcaklığına ait eğriler görülmektedir, (a) Marş motoru hızını belirtmektedir. Sıcaklığın düşmesi ile batarya iç direncinin artması sırasında, marş motoru hızı azalır, (b) Minimum motor hızını belirtir. Sıcaklık arttığı zaman, krank mili direncinin artması ile minimum motor hızı azalır, her iki eğrinin kesişme noktası çalışma başlangıç sıcaklığını verir. Şekil 3.2’de (-23 °C) olduğu görülmektedir. Motorun çalışmaya başlaması için özellikle göz önüne alınması gereken çalışma başlangıç sıcaklığına ait eğriler, Sekil 3.3’de motor devrine bağlı olarak meydana gelen tork ile birlikte ele alınmıştır. Burada, marş motoru torkunun sıcaklığın azalması ile birlikte azaldığı ve gerekli olan motor krank mili torkunun, minimum ilk hareket hızını arttırdığı görülmektedir.
Çalışma başlangıç sıcaklığına ait tipik değerler; otomobiller için -18 ile 25 oC, kamyon ve otobüsler için -15 ile 20 °C arasında aktarılmıştır (Tükek 2000).
Şekil 3.2. Çalışma başlangıç sıcaklığının değişimi
Şekil 3.3. Motor korku ile marş motoru torkunun karşılaştırılması
(ST: Marş motoru torku, ET: Motor Torku, Cs: Motor devri) (Tükek 2000)
3.2. Marş Sistemi Karakteristikleri
3.2.1. DC Motor Karakteristikleri
Uygun bir marş motoru tasarımı arasında, motor karakteristikleri önemli bir yer tutar.
Motorun başlıca dört tipi; şönt (paralel) sargılı, seri sargılı, karma (bileşik) sargılı ve daimi mıknatıslı motorlardır.
Şönt sargılı motorlar, Şekil 3.4.A’da gösterildiği gibi manyetik alanın değişmesinden etkilenmez ve hemen hemen torktan da bağımsızdır.
Seri sargılı motorlar, endüviye seri olarak bağlanırlar. Bu metodun amacı; endüvi sargıların içinden akım geçmesini sağlamaktır. Bu sadece, birkaç kalın telin sarılması ile yapılabilir. Motor, yük altında çalışmaya başladığı zaman, yüksek ilk hareket akımı, düşük direnç ve zıt EMK olmadığı sırada, çok kuvvetli bir manyetik alan meydana gelir. Bundan dolayı yüksek ilk hareket torku oluşur. Bu karakteristiklere sahip seri sargılı bir motor ideal bir marş motorudur. Seri sargılı bir marş motorunun devresi, Şekil 3.4.B’de gösterilmiştir.
Şekil 3.4. (A ) Şönt sargılı DC motor; (B) Seri sargılı DC motor; (C) Bileşik sargılı DC motor; (D) Daimi mıknatıs DC motor.
Şekil 2.4.’de gösterilen birleşik sargılı motor, şönt ve seri sargılı motorların bir birleşimidir. Manyetik alan sargılarının bağlantısı, karakteristikleri değiştirebilir. Genel olarak Şönt sargılarının yerinin değiştirilmesi incelenmelidir. Şönt sargıları ya endüvi karşısına veya endüvi ile seri sargıların karşısına bağlanır. Büyük marş motorları, çoğunlukla bileşik sargılıdır ve iki yolla çalışır. Birinci durum, endüvi ile seri sargıların, şönt sargıları da içine alarak bir bağlantı oluşturmasıdır. Bu bağlantı şekline çok nadir rastlanır. Burada; şönt sargılarının direnci, kavraşmayı sağlamak için düşük bir torka izin verir. Marş motorunun pinyon dişlisi, volan dişlisi ile tam olarak kavraştığında, mevcut akımın endüvi ve seri sargılardan geçmesi ile maksimum gerekli torku bu sırada verir. Şönt sargı şimdi paralel bağlantılı olacak ve motorun maksimum hızını sınırlama görevi yapacaktır.
Daimi mıknatıslı marş motorları, diğerlerine nazaran daha küçük ve yapı itibariyle de daha basittir. Daimi mıknatıs, aynı zamanda alan uyarıcılı olarak da isimlendirilir. Bu uyarıcı bütün çalışma koşullarında değişmeden kalır. ( Şekil-3.4.D) (Tükek 2000)
Şekil 3.5. Marş Motoru karakteristik eğrileri.
Motorun bu tip karakteristik eğrileri, şönt sargılı motora oldukça yakındır. Ancak bunlardan biri kullanıldığı zaman bir marş motorunda, batarya voltajı düşmeye başlar. Çünkü motor, seri sargılı bir makineye yakın bir yolla çalışır. Daimi mıknatıs marş motorlarında, meydana gelen yüksek hızı önlemek için, marş motoru içine bir planet dişli grubu yerleştirilir ve böylece tork artışı sağlanmış olur. Buradaki karakteristik eğriler, marş motoru üzerinde yer alan bilgilerden alınmıştır. Şekil 3.5. da gösterilen, hafif bir taşıtın marş motoru karakteristik eğrileridir.
Şekil 3.5’da motorun hızı ile yük değişimi ifade edilmektedir. Çok yüksek hız oluşmasının sebebi, marş motorunun yüksüz koşullar altında çalıştırılmasıdır. Bu durum motora zarar verebilir. Motor yüksüz yani, boşta çalıştırıldığı zamanı endüvi üzerindeki yüksek santrifüj kuvvetler, sargıları yok etmeye neden olabilir. Bu motorun maksimum gücü, orta hızlarda belirlenebilir. Ama maksimum tork sıfır hız konumunda elde edilir. Eğrilerin grafik üzerinde gösterilişi iki grub halindedir. Biri -20 0C’de diğeri ise+20 0C’dedir.(Tükek 2000)
3.2.2. Marş Motoru Parametreleri
Marş motorunun durgun halde iken çektiği akım ile hesaplanır. (3.1)
R direnci, kutup pabuçlarındaki uyarım sargıları ile endüvi sargılarını dirençlerinin toplamına eşittir. Formülden anlaşıldığı gibi R direnci ne kadar küçük olursa ilk hareket sırasında marş motorunun çektiği akım ve buna bağlı olarak vereceği döndürme momenti de o derece büyük olur. Marş motoru durgun halde iken çektiği akımı r direnci sınırlar. (Demirrel 1971)
Marş motoru dönmeye başlayınca endüvi sargılarında zıt bir elektromotor kuvveti (ZEMK) doğar. Çünkü manyetik alan içinde dönen endüvi sargılan bu alanın kuvvet hatlarını keserler. Dinamo prensibine göre kuvvet hatlarını kesecek yönde hareket eden iletkende gerilim indüklenir. Bu gerilimin yönü marşa akım veren batarya gerilimine ters yöndedir. Buna Zıt Elektro Motor Kuvveti denir. Bu zıt elektro motor kuvveti marş sargılarından geçen akımı azaltır. Bu ;
(3.2.)
Formülü ile gösterilmektedir. Burada "e " ZEMK’dir. Yapılan araştırmalar sonucu ZEMK;
(3.3.)
bağıntısı ile hesaplanabilir.
Bu formüldeki kutbun manyetik akışıdır
= B.A (3.4)
eşitliği ile ifade edilir.formüldeki B manyetik alandır Uzun bir telin manyetik alanı;
(3.5)
Dairesel bir halkadan geçen akımın manyetik alanı;
(3.6)
N sarımlı bir akım kangalı halinde bir halkanın manyetik alanı;
(3.7)
L uzunluğundaki N sarımlı bir selenoidin manyetik alanın büyüklüğü;
(3 .8)
ile ifade edilir. (Demirel 1971)
İçinden akım geçen bir iletken bir daimi mıknatısın içine sokulduğunda bir elektromanyetik kuvvetin etkisi altında kalır Bu elektro manyetik kuvvetin büyüklüğü;
F=I.L.B.Sin (3 9)
Burada açısı L ile B arasındaki açıdır. Eğer bu akımı taşıyan iki tel birbirleri] bir S kadar mesafe yaklaştırılırsa bu iki kuvvet birbirlerine etki yaparlar. Bunlar;
ve (3.10)
olur. Buradan, ikinci telin birinci tele olan etkisi;
(3.11)
birinci telin ikinci tele olan etkisi;
(3.12)
olur.F1-2=F2-1=F olduğundan
(3.13)
ifadesi ile bulunur. (Çolakoğlu 1987)
Marş motorunun devri:
Marş motorlarının devri;
(3.14)
(I.R) iç direncin sebep olduğu gerilim düşmesini belirtmektedir. Formüldeki (a,z,p) değerleri marş motorunun yapımına bağlı olduğundan sabit alınabilirler. Dolayısıyla bunları bir K sabitiyle gösterirsek 3.14 no lu formül;
(3.15)
şekline girer. Formülün durumu incelendiğinde marş motorunun hızı gerilimle doğru orantılı, pabuçlardaki manyetik kuvvet ve çekilen akımla ters orantılı olduğu görülür. Marş motorlarının yüksüz durumda devrinin çok armasının ve yüklendikçe devrinin azalmasının nedeni onaya çıkmaktadır. (Demirel 1971)
Marş motorunun döndürme momenti:
Genel olarak marş motorlarının döndürme momenti;
(3.16)
eşitliği ile hesaplanır. Marş motorları seri motorlar olduğundan endüvi ( Ie ) motorun çektiği akıma eşittir. Bu eşitlikte a,z,p değerleri marş motorunun yapımıyla sabitleşeceğinden döndürme momenti çekilen akım ve endüktörlerdeki manyetik alan şiddeti ile değişecektir. Pratikte marş motorlarının döndürme momenti sürtünme kayıplarından dolayı özel cihazlarda frenlenmesiyle bulunur (Demirel 1971)
Marş motorunun gücü:
Marş motorları durgun halde iken maksimum tork ürettikleri halde güçleri sıfıdır. Çünkü güç hareketle vardır. Marş motoru harekete geçtiğinde güç üretimi başlar. Marş motoru harekete geçmeye başladığı anda çektiği akım;
(3.17)
kadar olmaktadır Burada.
E=e+(I.R) (3.18)
şeklinde yazılabilir Eşitliğin her tarafına I ile çarparsak;
I.E=(I.e)+(I2R) (3.19)
eşitliğini elde ederiz.Elde edilen eşitlikte ( I.R2) marş motoru sargıları direnci sebebiyle ısıya dönüşerek kaybolan gücünü ifade etmektedir. Dolaysıyla,marş motorunun gerçek faydalı gücü sadece (I.e ) olacaktır. Marş motorlarının mekanik gücü ise döndürme momenti ve devir sayısı bilindiğinde
(3.20)
Eşitliği ile hesaplanabilir. Marş motorunun net çıkış gücü ( Md ) ölçülerek
hesaplanabilir. Net çıkış gücü ile elektrik enerjisinin sağladığı güç arasındaki fark yatak sürtünmeleri ve fuko akım kayıplarına sarf edilen kayıp gücü vermektedir (Bulut ve Ark., 1999).
3.2.3 Fiziksel Prensipler
Bir iletkenden akım geçtiği zaman , aşağıdaki resimde gösterildiği yönde Ampere’nin vida kuralına göre , bir manyetik alan yaratır. (Demirel, 1971)
Şekil 3.6 İletkendeki manyetik alanın yönü
Sağ el kuralı:Baş parmak iletkendeki akım yönünü gösterecek şekilde iletkeni sağ ele avuçlanırsa diğer parmaklar iletkenin etrafındaki kuvvet hatlarının yönünü gösterir
Eğer bir iletken daimi mıknatısın N ve S kutupları arasına yerleştirilirse iletkenden geçen akımın yarattığı manyetik kuvvet çizgisi ve mıknatısın manyetik kuvvet çizgisi birbirleriyle çakışır. Bu, iletkenin altındaki manyetik alanın yükselmesine ve üstündekinin de azalmasına neden olur. (Şekil. 3.7.). Bunun etkisiyle, iletken kendisini yukarıya doğru itmeye çalışan bir kuvvetin etkisinde kalır (Fleming’in sol- el kuralı) (Demirel 1971)
Şekil 3.7. Manyetik alan içindeki iletkenin hareket etmesi)
Fleming’in sol-el kuralı: Elimizin işaret parmağını manyetik alanın yönünü, orta parmağı akım yönünü gösterecek şekilde tutulursa , baş parmak elektromanyetik kuvvetin yönünü gösterir (Şekil:3.8)
Şekil: 3.8. Fleming’in sol el kuralı
Eğer daimi mıknatısın kutupları arasına yerleştirilen bir tel çerçeveden akım geçirilirse, tel çerçeve dönmeye başlayacaktır. Bunun nedeni , akımın çerçevenin her iki tararından farklı yönde geçmesidir. Doğru zamanlamayla bir komütatör (çevirgeç) kullanarak akımın geçiş yönünü alternatif olarak değiştirilmesi Şekil 3.9 motor çalışmasını basitleşerek göstermektedir. (Demirel 1971)
Şekil 3.9. Marş motorunun çalışması
3.3. Marş sistemi devreleri
Marş sistemi devresi, taşıt üzerinde bulunan diğer devrelere göre çok daha basittir. Bu devredeki ana problem, mevcut kablolardaki voltaj düşmesinden ileri gelmektedir. Marş motoru genellikle bir yaylı yükleme anahtarı, yani kontak anahtarı ile çalışır. Bu anahtar, aynı zamanda ateşleme sistemi ve diğer aksesuarlara da kumanda eder. Anahtar vasıtasıyla, devreden geçen akım bir role sayesinde kontrol edilerek, marş motoru selenoidinin çalışmasını sağlar.
Bazı nedenlerden dolayı; marş motoru selenoidi üzerine, genellikle ateşleme ve yakıt pompası devresinin çalışması sırasında, sistemi korumak için bir dengeleme direnci yerleştirilir Şekil 3.10 da marş sisteminin temel devresi görülmektedir.
Marş sistemi devresindeki voltaj düşmesi problemi, özellikle çok düşük sıcaklıkta ve ilk hareket sırasındaki olumsuz koşullar altında, yüksek akım ihtiyacı gereken durumlarda meydana gelmektedir. (Tükek 2000)
Şekil 3.10 Temel marş devresi ( I - Bendix tipi , II Boşaltıcı tip )
Hafif bir taşıt motoru için, tipik bir marş akımı 150 A civarındadır. Ama ilk hareket sırasında meydana gelen durdurucu tork için gerekli akım 500 A’dan daha fazla olabilir. Normal çalışma durumunda, genellikle marş motoru ve batarya arasındaki devrede müsaade edilen maksimum voltaj düşmesi 0,5 V olmalıdır. 12 voltluk bir devrede basit bir ohm kanunu hesaplaması yapılırsa maksimum müsaade edilen devre direncinin 2,5 ohm olduğu görülür. Bu en kötü durumda meydana gelen direnç değeridir Daha düşük direnç değeri için uygun iletken maddelerin seçilmesi önemli bir husustur. (Tükek 2000)
3.3.1. Bataryalar
Bataryanın motorlu araçlardaki temel görevleri motorun ilk hareket sırasında marş motorunu çalıştıracak yüksek akımı vermek, motor devrini yüksek ve elektrik sarfiyatının düşük olduğu zamanlarda şarj sistemini ürettiği elektrik enerjisini kimyasal enerji şeklinde depolamak ve elektrik sarfiyatının yüksek ve şarj akımının ise düşük veya şarj sisteminin çalışmadığı zamanlarda elektrikli alıcıları beslemektir. Ayrıca batarya sistemde voltaj dengeleyicisi olarak ta iş görür.
Motorlu araçlarda kullanılan bataryaların iki temel maddesi kurşun ve sülfürik asit olduğundan bunlara kurşun-asit esaslı bataryalar denir.Bu bataryalar kullanıldıkları yere ve çalışma şekillerine göre çok çeşitli tipleri varsa da bunları başlıca üç gurupta tanımlamak mümkündür:
-
Otomotiv Bataryalar; Bu bataryalar motorlu araçlarda kullanılan bataryalardır. Bunların temel çalışma özellikleri marş sırasında kısa bir süre için büyük bir akım vermeleridir.Bunun dışındaki zamanlarda nispeten küçük akımlarla şarj ve deşarj olurlar.Marş sırasındaki yüksek akımı verebilmelerini sağlamak için plâkaları ince yapılarak aktif maddenin elektrolitle daha kolay temas etmesi sağlanmıştır. Plâkaları ince olduğundan nispeten kısa ömürlüdürler.Ayrıca,hem iç direncini azaltmak ve hemde hacminin küçük olmasını sağlamak için plâkaları birbirine iyice yaklaştırılmış ve birbirlerine değmelerini önlemek için araya separatörler konulmuştur.
-
Trakaiyoner Bataryalar; Bu bataryalar vinç,yük taşıyıcı ve özellikle denizaltı gibi elektrik motoru ile çalışan araçlarda kullanılırlar ve orta büyüklükteki bir akımı sürekli olarak verirler.Yapılan otomotiv bataryalardan çok daha sağlamdır ve bu nedenle çok uzun ömürlüdürler.
3. Stasyoner Bataryalar: Bu bataryalar telefon santrallarında kullanılırlar. Küçük bir akımla şarj ve deşarj olurlar.En önemli özellikleri uzun ömürlü olmalarıdır.
Kurşun-asit esaslı bataryalardan başka demir-nikel (Edison bataryası), nikel-kadmiyum ve gümüşoksit-çinko elktrodlu bataryalar da vardır. Bunların hepsinde elektrolit olarak potasyum hidroksit ve su karışımı kullanılır.Bu yüzden bunlara alkali (baz) elektrolitli bataryalar da denir.Verebildikleri akım ve gerilime göre hacimleri çok büyük olduğundan otomotiv batarya olarak kullanılamazlar. Gümüşoksit-çinko bataryalar ilk ikisinin tersine hacimlerine göre büyük bir enerji depolayabilirler, fakat gümüş çok pahalı bir madendir. Buna. rağmen belirli alanlarda (portatif film makinası, televizyon,model uçaklar,test cihazları ve askeri telsizler v.b.) kullanılmaktadırlar. Daha başka cins bataryalar üzerindeki araştırmalar da sürmektedir.
Şekil 3.11. Basit Bir kurşun-asit esaslı eleman