Elektrik Üretimindeki Önemli Aktör:
Jeneratörler

Hayatımızın vazgeçilmezleri arasında yer alan elektrik enerjisinin üretilmesinde jeneratörler çok önemli görev almaktadır. Biz de bu yazımızda jeneratörlerin temel yapısı ve çalışma prensibini ele aldık.

A- A+

17.02.2013 tarihli yazı 70914 kez okunmuştur.

Jeneratörün Tarihi

Michael Faraday 1831 yılında elektrik üretebilen “Faraday disk” adında küçük bir jeneratör üretmiş ancak onun bu icadı o yıllarda büyük teknolojik atılımlara neden olmamıştır. 1850’li yıllarda ise artık seri olarak üretilmeye başlayan dinamolar ilk kez yaygın olarak aydınlatma amacıyla kullanılmıştır.

1880’de Thomas Edison ve Joseph Swarm elektrik ampulünü bulunca, jeneratörlere ve güç kaynaklarına büyük ihtiyaç duyulmuştur. Edison şirketi 1882’de New York’ta, Londra’da ve Milan’da elektrik enerjisini aydınlatmada kullanmak için DC üreten merkezler kurmuştur.

Bundan az sonra DC ve AC akımlarının kullanılması hakkında tartışmalar başlamıştır. 1890 yılının başlarına kadar olan transformatörlerdeki ve jeneratör sistemlerindeki gelişmeler sonucunda Amerikalı Nikola Tesla alternatif akımın elektriksel güç naklindeki kullanım avantajlarını ispat etmiştir. AC jeneratörlerini kullanan ilk büyük hidroelektrik santrali ise Niagara şelalesinde 1895’te açılmıştır.

Günümüzde ise jeneratörler hayatımızın vazgeçilmez unsurlarından biri durumuna gelmiştir. Son zamanlarda ise, robot ve makinalar için nano jeneratörler geliştirilmektedirler.

Jeneratörün Yapısı ve Çalışma Prensibi

Mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren makineler “jeneratör” veya “alternatör” ismi ile adlandırılmaktadır. Elektrik enerjisinin üretimi, iletilmesi ve dağıtılmasında alternatif akımın kullanılması büyük kolaylıklar sağlamaktadır. Alternatif akımın üretilmesinde jeneratörler kullanıldığı için senkron jeneratörlerin (alternatörlerin ) önemi büyüktür. Günümüzde elektrik enerjisini elde etmek için kullandığımız çeşitli mekanik kuvvetler vardır. Bu kuvvetler; hidroelektrik santrallerinde su ile, termik santrallerde kömürün yakılması sonucu elde edilen buhar ile, rüzgar santrallerinde rüzgar ile, nükleer güç santrallerinde çekirdek bölünmesinden açığa çıkan enerji yardımıyla üretilen buhar ile vb. şekillerle sağlanmaktadır. Jeneratörler başlıca iki ana bölümden oluşurlar; endüvi (stator) ve endüktör (rotor).

Stator, alternatörlerde alternatif gerilimin elde edildiği kısma denir. Birer yüzeyleri yalıtılmış silisli saçların paketlenmesinden yapılmışlardır. Stator yapısına göre duran statorlü ve dönen statorlü olmak üzere iki kısma ayrılır. Dönen statorlü alternatörün rotoru sabittir. Duran statorlü alternatörün rotoru ise hareketlidir. Alternatör ister dönen statorlü olsun isterse duran statorlü olsun, stator üzerinde daima alternatif gerilimin üretildiği sargılar bulunur. Rotor üzerinde ise daima kutup (doğru akım) sargıları bulunur. Genelde stator, küçük güçlü alternatörlerde dönen kısımda bulunur. Büyük güçlü alternatörlerde ise duran kısımdadır.

Döner statorlü alternatörler büyük güçler için yapılamazlar. Dönen statorlü makinelerde akım ve gerilimler dış devreye bilezik ve fırçalar yardımı ile alınmaktadır. Ancak kuvvetli akım ve yüksek gerilimlerde bu işlem birçok sorun oluşturacaktır.

Dönen Endüvili Senkron Jeneratörler

Bu tip senkron jeneratörlerde, "Sabit kutuplar içerisinde döndürülen iletkenlerde Faraday Kanununa göre bir gerilim indüklenir." prensibiyle çalışırlar ve indüklenen gerilimi bilezikler ve fırça yardımıyla alternatif akım olarak alınır.

Duran Endüvili Senkron Jeneratörler

Bu tip senkron jeneratörler; "Mekanik enerji ile döndürülen kutuplar etrafında bulunan iletkenlerde Faraday Kanununa göre bir gerilim indüklenir" prensibiyle çalışırlar. Genellikle büyük güçlü senkron jeneratörler bu tipte imal edilmektedir.

Rotoru (Kutupları) dönen, Statorü (Endüvi) duran alternatör prensibi

Senkron makinenin kutuplarındaki uyartım bobinleri doğru akım ile beslenir. Bu doğru akım bobinleri bir manyetik alan meydana getirir. Senkron jeneratörün senkron devir (ns) sayısı ile tahrik edilmesi sonucunda endüvi (rotor) çevresinde bu senkron hız ile döner. Dışardan tahrik sureti ile döndürülen bu döner alan stator sargısında değişik fazlarda gerilim indükleyecektir. Statorda indüklenen gerilim bilezik ve fırçaya gerek kalmadan direkt dış devreye alınmaktadır.

Alternatörlerin Uyarılması

Şebekeleri besleyen alternatörlerin yükleri günün her saatinde aynı değildir. Oysa, alternatörlerin yüklü çalışma durumlarında (özellikle indüktif yükte) uç gerilimlerinde düşmeler olurken, üzerindeki yükü kalkan (boş çalışan) alternatörün uç geriliminde yükselmeler olur. Ancak elektrik şebekelerinde yüke göre değişken bir gerilim değil, sabit bir gerilim arzu edilir. Bu da değişik yük durumlarına göre alternatörlerin uç gerilimlerini ayarlamakla sağlanır. Bilindiği gibi alternatörlerde gerilim;

►Devir sayısı,
►Kutuplardaki manyetik akı gibi değişkenlere bağlıdır.

Devir sayısının değişmesi aynı zamanda (F=P.n/120) frekansı da değiştireceğinden gerilim ayarı için kutuplardaki manyetik akının (Φ) değiştirilmesi gerekir. Bunun için de uyartım akımını değiştirmek yeterlidir.

Alternatörlerin uyartım akımı başlıca üç şekilde sağlanır.

► Serbest uyartım
►Özel uyartım
►Kendi kendine uyartım

Kaynaklar:

►Electric Machinery Fundamentals, Stephen Chapman
►www.science.smith.edu/.../SynchGenWiley