Elektrik Motorları ve Mıknatıslar
Elektrik Motorları
Faraday’in deneyinde, cıva dolu bir kabın içerisine ortasında mıknatıs bulunan iletken bir tel batırılmış, elektrik verilen telin bir manyetik alanla etkileştiğini ve etrafında döndüğünü görmüştür. Bu cihaz pratik olarak ilk elektrik motoru sayılmaktadır. Aynı zamanda temel elektrik motorunun çalışma prensibini açıklamaktadır. Nicola Tesla ise döner manyetik alanı bulmuş ve asenkron motoru icat etmiştir.
Şekil 1: Örnek Bir Hibrit Motor Yapısı
Elektrik motorları endüstride elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürmek için kullanılır. Yapısında stator ve rotor gibi temel birimler vardır. Hareket etmeyen kısma stator, kendi etrafında dönme hareketi yapan kısma rotor denir. Statorun gövdesinde oyuklar vardır ve bunlara iletkenler yerleştirilir. İletkenlerden akım geçtiğinde ise manyetik alan meydana gelir. Bu ise motorun çalışma prensibini tanımlar.
Mıknatıslar
Nikel (Ni) , Kobalt (Co), Demir (Fe) gibi metalleri çeken ama Bakır(Cu) ve Alüminyum (Al) gibi metallere etki etmeyen, manyetik alan üreten nesnelerdir. Bu çekme özelliğine mıknatıslık denir. Her mıkantısın iki kutbu vardır. Bunlar N (North-Kuzey) ve S (South-Güney) olarak adlandırılır. Aynı kutuplar birbirini iterken zıt kutuplar birbirini çekerler.
Şekil 2: Döner Alan Çalışma Prensibi
Mıknatıslar doğal mıknatıs, yapay mıknatıs ve elektromıknatıslar olarak üçe ayrılır.
- Doğal mıknatıslar, doğada ve uzayda en çok bulunan elementlerden birisi olan Demir gibi mıknatıslık özelliğini kendiliğinden kazanmış element veya alaşımlardır. Alnico ise mıknatıs yapımında kullanılan en önemli malzemelerden birisidir.
- Yapay mıknatıslar, gerçekte mıknatıs olmadıkları halde sonradan mıknatıslık özelliği kazanan maddelere denir. Günlük hayatta da bu mıknatıslar kullanılmaktadır. Farklı şekil ve boyutlarda fabrikalarda firmalar tarafından üretilebilirler. Daha çok çelik ve demir gibi nesnelerden yararlanılır.
- Elektromıknatıslar, elektrik akımının etkisi ile mıknatıslık özelliği gösteren manyetik maddelerdir. Elektromıknatıs üretebilmek için bir nüve ve nüvenin üzerine sarılan bir bobin gerekmektedir.
Sürekli Mıknatıslar
Doğal ve yapay mıknatıslara sürekli mıknatıs da denir. Uyarma ihtiyacı olmadan sahip olduğu manyetik özelliklerini çok uzun süre devam ettirebilen, yüksek sıcaklık veya şiddetli darbe mıknatıslığı ile bu özelliğini kaybedebilen mıknatıslardır. Yüksek B-H eğrilerine, yüksek kalıcı akı yoğunluğu (Br) ve yüksek mıknatıslanmayı giderici kuvvete (HcB) sahiptirler.
Sürekli mıknatıslarda bulunması beklenen ve motorun verimini belirleyen belli başlı özellikler vardır. Bunlar; iç kohersif kuvvet, doyma manyetizasyonu, kalıcı akı yoğunluğu, enerji yoğunluğu, BH karaktersitiği. İlk dördünün yüksek olması istenir ve BH karakteristiğinin de ikinci kısmının lineerliği önemli rol oynar.
1935 yılında ilk defa geliştirilen ticari mıknatıslar Alnico mıknatıslardır. Bunlar yüksek artık mıknatıslık ve iyi termal stabilitiyete sahiptirler. Korozyona karşı daha dayanıklıdırlar. Ancak belli bir sıcaklıktan sonra yüzey kararması görülebilir. Kırılgandır.
Şekil 3: Alnico Mıknatıs
1960’lı yıllarda Ferrit mıknatıslar kullanılmıştır. Alnico’ya göre daha az maliyetlidirler. Yüksek koersiflik ve lineer demanyetizasyon eğriliği gösterirler. Sert ama kırılgandırlar. Düzgün yüzeye sahiptir. Ba, Sr veya Pb gibi elementlerle diğer tipleri de oluşturulabilir.
Şekil 4: Ferrit Mıknatıs
1975’te ise SmCo mıknatıs üretilmiştir. Yüksek manyetizasyon özelliğine sahiptir ve üretiminde daha az malzemeye ihtiyaç duyar. Ancak ekonomik açıdan elektromıknatıslara göre maliyetlidir.
Şekil 5: SmCo Mıknatıs
Mıknatısların en son geliştirilen tipi ise NdFeB yani Neodyum-Demir-Bor mıknatıstır. Bu mıknatıs oldukça yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir. Daha ucuz bir nadir toprak mıknatıs çeşididir. Aşırı yüksek sıcaklıklarda manyetik özelliklerinde büyük bir düşüş olur.
Şekil 5: NdFeB Mıknatıs
Kaynak
- İlhan Büyükyörük, 2013
- Engin Ayçiçek, 2009
- Çeşitli İnternet Siteleri
- Elektrikport.com
- Elektrikrehberi.com
- İlhantan.tr.gg