Senkron Generatör

Senkron Generatör

Senkron Generatör

Alternatif akım, senkron generatörler ile üretilir. Bu makinelere kısaca alternatörler de denir. Milinden aldığı mekanik enerjiyi, 1 fazlı veya 3 fazlı alternatif gerilime dönüştüren veya alternatif gerilim üreten makineler alternatör olarak tanımlanabilir.

Senkron generatörler çoğunlukla elektrik santrallerinde elektrik enerjisi üretmek için kullanılırlar. Günümüzde en büyük gücün 1700 MVA gibi büyük bir değere ulaşmıştır. Senkron generatörler veya senkron motorlar elektrik makineleri arasında en büyük olanlarıdır. Senkron generatörlere kısaca alternatör denmektedir. Günümüzde tarafından 35-45 KV gerilimlere ve 1300 MVA güçlere kadar alternetör imalatı yapılabilmektedir. Üretilen alternatif akım genel olarak 3 fazlıdır. Ancak bazı durumlar için (elektrikli tren şebekeleri gibi) 1 fazlı üretimde yapılmaktadır.

Senkron generatörler (alternatörler) elektrik üretmek için kullanılan senkron makinelerdir. Elektrik üretiminde sabit hızda çalıştıkları için sıklıkla kullanırlar. Uyarmaları için serbest uyartım, özel uyartım yada kendi kendine uyartım metotları kullanılabilir. Uyartım mekanizması olmaksızın kompuntlama bağlaması ve tristörlü regülatörler yardımı ile de çalıştırılabilen tipleri vardır.

Alternatörler İki Ana Bölümden Oluşur

Elektrik makinelerini stator ve rotor oluşturmaktadır. Yapısal olarak kutup sargılarını taşıyan bir rotor, alternatif akım sargılarını taşıyan bir stator, alternatif akımı dış devreye vermeye yarayan bilezik ve fırça takımı, gövde ve klemens kutusu gibi yapılardan meydana gelmektedir. Senkron generatörler de kutup sargıları makinenin hareketli kısmında yani rotor da bulunur. Rotorda kutup sargıları yerine sabit bir mıknatıs da kullanılabilir.

Stator (endüvi): 

Senkron generatörlerin statoruna endüvi denir. Endüvi silisli sac paketlerinden yapılmış olup iç kısmına sargıların yerleştirilmesi için oluklar açılmıştır. Böylece oluşturulan nüve dökme demirden yapılan bir gövdenin içine oturtulur. Küçük güçlü alternatörlerde endüvininin dönen kısımda bulunmasına karşılık büyük güçlü alternatörlerde endüvi duran kısımdadır.

Rotor (endüktör veya kutuplar):

Uyartım sargılarını taşıyan kısıma endüktör denir. (Büyük güçlü alternatörlerde endüktör döner şekilde yapıldığından bu kısma rotor da denmektedir.) Endüktörü oluşturan kutuplar, alternetörü döndüren sistemlerin devir sayılarına göre iki şekilde yapılır.

Senkron Generatör Çalışma Prensibi

Alternatör Çalışma Prensibi

Alternatörler kendilerine verilen mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren elektrik makineleridir. Mıknatıs alanı içinde dönen bir iletkende endüksiyon yolu ile bir e.m.k oluşması prensibine göre çalışırlar. Çalışmaları doğru akım generatörünün çalışmasına benzer. Ancak kollektör yerine bilezik yapısı eklenmiştir. Küçük güçlü alternatörlerde kutuplar sabit, endüvi hareketlidir.

Büyük güçlü alternatörler de ise kutuplar hareketli endüvi sabittir. Döner kutuptaki sargıların bir mıknatıs alanı oluşturması için bu sargılara fırça ve bilezikler yolu ile doğru akım uygulanır. Böylece endüvi sargılarında endüksiyon yolu ile bir e.m.k oluşması sağlanır. Endüvide oluşan bu e.m.k fırça ve bileziklere gerek kalmadan doğrudan doğruya dış devreye alınır. Senkron generatörlerde uyartım akımı, ya senkron generatör miline bağlı bir dinamodan yada ayrı bir doğru akım kaynağından serbest uyartım şeklinde sağlanır.

Senkron generatörden 3 fazlı alternatif akım elde etmek

Statora yerleştirilen sargıya endüvi sargısı, rotora yerleştirilen sargıya ise kutup sargısı denir. Yani endüvi duran kısımdadır. Endüvinin duran kısımda olmasının avantajları şunlardır:

  • Gerilimi dış devreye alırken fırça ve bileziklerin kullanılmaması
  • Hareketsiz kısımdaki sargıların izolesinin daha kolay olması
  • Sargılarda merkezkaç (santrifüj) etki ile karşılaşılmaması
  • Sargıları soğutmanın daha kolay olması

Ayriyeten makinede bir de amortisör (söndürüm) sargıları mevcuttur. Amortisör sargısının görevi, moment salınımlarının tolere edilmesini sağlar. Makine motor işletmesinde kullanılıyorsa, amortisör sargıları motorun asenkron olarak yol almasını sağlar.

Avrupa ve Türkiye’ de şebeke frekansı 50 Hz’dir. Frekansa göre çalışması düşünülen makinenin kutup çifti sayısı imalat aşamasında belli olduğundan rotorun döneceği hız şu denklem ile hesaplanır. Bu hıza senkron hız denir.

Dakikadaki devir sayısı:

Senkron makinenin dakikadaki senkron devir sayısı formülü

Senkron generatörler;

  • Yuvarlak rotorlu senkron generatör
  • Çıkık kutuplu senkron generatör

olarak ikiye ayrılır.

  • Yuvarlak Rotorlu Senkron Generatörler 

Makinenin her yerinde stator ve rotor arasındaki hava aralığı aynıdır. Bunlara aynı zamanda turbo rotorlu senkron generatörler de denir. Bu generatörlerin çapı dar, boyu uzun ve rüzgar kaybı azdır. Genel olarak kojenerasyon santrallerinde kullanılır.

  • Çıkık Kutuplu Senkron Generatörler

Makinenin her yerinde stator ve rotor arasındaki hava aralığı değişkendir. Her yerinde aynı değildir. Stator iç çevresi düzgün olmasına rağmen rotorun dış çevresi girintili çıkıntılı yani düzgün değildir. Bu generatörlerin çapı geniş, boyuna kısadır. Santrifüj etki ile çok gürültü yapar. Rüzgar kayıpları oluşturur. Genel olarak hidroelektrik santrallerinde kullanılır.

Senkron generatörlerde hesaplar yükün omik, endüktif ve kapasitif olmasına göre değişik şekilde yapılır. Endüklenen gerilimi, momenti yada çıkış gücünü bulmak için yuvarlak rotorlu generatörler de eşdeğer devre yada fazör diyagramlar kullanılır. Çıkık kutuplu senkron generatörler de eşdeğer devre bir yere kadar kullanılabilir. Bundan dolayı çıkık kutuplu makinelerde fazör diyagramlar ile işlemler yapılıp endüklenen gerilim, moment veya çıkış gücü gibi istenilen değerler ile hesaplanır. Aynı zamanda endüvi reaksiyonunun etkileri de yine yükün durumuna göre değişir.

Rotor bakımından çıkık kutuplu rotorlu olanlar genellikle su türbinleri ve küçük güçlü motorlar için kullanılırken, yuvarlak kutuplu rotorlu olanlar daha çok yüksek devirli türbinlerde kullanılmakta küçük çap ve uzun boylarından dolayı turbo alternatörler olarak ta adlandırılırlar.

Senkron Generatörlerin Paralel Bağlanması

Bir senkron generatörün dönmesi için rotoruna uygulanan moment ne kadar büyük olursa, makine elektrik şebekesine o kadar güç verir. Güçlü bir generatörün verimi güç / kütle oranı yüksek olduğundan aratacaktır. Ancak senkron generatörün büyük güçlü olması işletmede bazı sorunlara yol açar. Bu sorunlardan ilki bakım esnasında ortaya çıkar. Generatör bakım için işletme dışına alınacağı zaman şebekede büyük bir güç açığı oluşur. Bir diğer sorun ise şebekede generatörler arasında yük dağılımının yapılması esnasında karşılaşılır. Şebekenin talep gücü azaldığında generatör nominal gücünden çok düşük değerde çalışır ve verimi de düşük olur. Elektrik enerjisi üretmek için kullanılan mekanik enerji verimsiz kullanılmış olur. Bu nedenle yüksek güçlü bir senkron generatör yerine şebekeye güç veren birden fazla senkron generatör paralel bağlı olarak birlikte çalıştırılabilir. Bu şekilde çalıştırılan generatörlere “paralel bağlı generatörler” denir.

Senkron Generatörlerin Paralel Bağlanma Şartları

1-) Paralel bağlanacak alternatörlerin çıkış uçlarındaki gerilimlerinin ani değerlerinin sürekli birbirlerine eşit olmalıdır. (E1=E2). Gerilim eşitliği çift voltmetreler ile gözlenir.
1. alternatörün E1 gerilimi, 2. alternatörün E2 geriliminden büyük olursa; Gerilimi küçük olan 2. alternatör sisteme akım vermediği gibi şebekeden akım çekmeye başlar ve motor olarak çalışmasına devam eder.

2-) Paralel bağlantı için, frekanslarının sürekli birbirine eşit olması gerekmektedir (F1=F2). Frekans eşitliği çift frekansmetreler ile gözlenir.

Frekans F=p.n/120 kutup sayısı ve devir sayısına bağlı olduğuna ve alternatör kutup sayısı (P) değiştirilemeyeceğine göre, f1=f2 eşitliği alternatörlerin devir sayıları değiştirilerek sağlanır. Alternatör devir sayısı da; dizel grubu, su türbini, gaz türbini gibi kendisini çeviren mekanik güç kaynağının yakıt miktarı ile ayarlanır.

Paralel bağlantı için özel yapılmış çift voltmetreler ve çift frekansmetreler yardımı ile (E1=E2) gerilim eşitliği ve (f1=f2) frekans eşitliği gözlenmelidir. Aynı ölçümler normal voltmetreler ve frekansmetreler ile de yapılabilir. Ölçü aletlerinin çift kadran ve çift skalalı olması sadece rahat bir ölçüm kolaylığı içindir.

3-) Paralel bağlantı için diğer bir koşul ise faz sıralarının aynı olmasıdır. Faz sıralarının  aynı ve çalışma süresi boyunca üst üste çakışık olması gerekmektedir.  Bu aynı zamanda aynı adlı uçların kendi aralarında (R1, R2 ile S1, S2 ile) bağlanması anlamına da gelir. Bu koşulun kontrolü faz sırası göstericisi denilen aletle yapılır. Aynı amaçla küçük güçlü bir asenkron motor da kullanılır.

Paralel bağlanma esnasında oluşacak akım darbesi ve gerilim dalgalanması önlenmelidir.

Senkron Generatörlerin Kullanım Alanları

Çıkık kutuplu senkron generatörler düşük devirlerinden dolayı hidroelektrik santrallerinde su türbinlerinin tahrik etmesi ile elektrik enerjisi üretmek veya rüzgar enerjisinden elektrik enerjisi üretmek amacı ile kullanılırlar. Silindirik rotorlu senkron generatörler devir sayıları yüksek olduğundan genellikle buhar türbinlerinde tercih edilirler. Küçük güçlü senkron generatörler otomobillerde şarj dinamosu olarak ta kullanılmaktadırlar. Senkron alternatör firmaları tarafından büyük güçte veya küçük güçte üretimi yapılan senkron generatör fiyatları da ebatlarına göre değişmektedir.

elektrikelektrik motorlarıelektronikfabrikamakinamekanikotomasyon

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir