ASENKRON GENERATÖRLER

ASENKRON GENERATÖRLER

Asenkron generatörler, genelde rüzgar santrallerinde kullanılan elektrik makinelerdir. Aslında asenkron makinenin yapısı değişmez, sadece motor veya generatör işletmesinde kullanılma durumuna göre ayrılır.

Asenkron Makinelerde Kayma Faktörü

Asenkron makinelerde kayma faktörü “s” ile gösterilir ve formülü aşağıdaki hesaplanır. Burada Ns senkron hızı, Nr ise rotor hızını belirtmektedir.

Asenkron makinenin motor işletmesindeki devir sayısı, senkron hızın altında olduğu için kayma 0-1 arasında pozitif bir değer alır. Ancak rotor hızı senkron hızın üzerine çıkarsa kayma sıfırdan küçük bir değer alır.  Teorik olarak rotor hızı senkron hızı aşamayacağından, makine dışarıdan ek bir tahrik mekanik enerji ile döndürülüyor anlamına gelir. Asenkron makineye dışarıdan tahrik verilir, mekanik enerji elektrik enerjisine dönüştürülür. Bu da generatör modunda çalışmayı tanımlamaktadır.

Asenkron Generatörlerin Reaktif Güç İhtiyacı

Generatör çalışmada, eş değer devrede rotorda indüklenen emk, kaymanın negatif olmasından dolayı negatif değer alır. Bu nedenle gerilimin ürettiği akımın yönü, asenkron motor işletmesindeki yönün zıt yönünde olur. Rotorda akan akımın biri reel, diğer imajiner olmak üzere iki bileşeni vardır. Reel bileşen aktif gücü, imajiner bileşen reaktif gücü temsil eder. Motor işletmesinden, dışarıdan bir tahrik ile asenkron generatör çalışma moduna geçen makinenin aktif gücü temsil eden akımın yönü değişir. Generatör işletmesinin gereği dışarıya aktif güç verir. Ancak, reaktif gücü temsil eden akım, motor çalışmada olduğu gibi şebekeden makineye akmaya devam etmektedir. Bunun anlamı şudur; asenkron makine motor değil de generatör modunda bile çalışsa bile, reaktif güç çekmektedir. Asenkron generatör, makinenin mıknatıslanması için gerekli duyulan reaktif gücü mutlaka bir yerden almak zorundadır. Bu kaynak, paralel bağlı olduğu şebekeden alabilir. Özetle, asenkron generatörler, şebekeden reaktif güç çeker, ancak karşılığında aktif güç verirler. Bu mıknatıslanma akımı, anma akımının yaklaşık %20-30’u mertebesindedir ve bu değer ihmal edilemeyecek kadar büyüktür. Fakat elektrik makinelerinde mıknatıslanma, döner manyetik alan ve akı oluşturması için transformatörlerde ve senkron generatörlerde bu değer %1 mertebelerindedir.

Asenkron generatörlerde rotor akımı şebekeye doğru iken, mıknatıslanma akımı rotora doğrudur. Mıknatıslanma akımı, rotorda indüklenen emk’dan 90 derece geri fazdadır. Rotor akımı ve mıknatıslanma akımı 180 derece zıt yöndedir. Bu durum güç faktörünü düşürür, bu da indüklenen çıkış geriliminin düşmesine neden olur.  Çünkü yük akımının amper-sarım ile mıknatıslanma akımının amper sarımı zıt yönde oluşmaktadır. Bu da toplam amper-sarımı düşürdüğünden çıkış gerilimini düşürür.

Asenkron generatörler, şebekeye bağlanması için önemli birkaç durum vardır. Hem şebekenin hem de asenkron generatörün frekansı ve faz sıraları aynı olması gerekir. Eğer aynı olmazsa, makine motor gibi çalışabilir. Tahrik sisteminin zıt yönüne dönme riski oluşabilir ve hasar verici durumlar ortaya çıkabilir.

Şebekenin Olmadığı Durumlarda Asenkron Generatörler Reaktif Güç İhtiyacını Nasıl Karşılar?

Asenkron generatörler şebekeye bağlanmadan da tek başına bir yük besleyebilir. Buradaki sorun, ekstra mıknatıslanma akımı için reaktif gücü nereden alacağıdır. Çünkü makinenin mıknatıslanma akımı çekeceği bir şebeke yoktur. Bu tip durumlarda ekstra kondansatör grupları kullanılır. Herhangi bir şebeke yoktur ve kondansatör (kapasitör) grubunun akım verebilmesi için ekstra bir gerilime ihtiyaç vardır. Bu iki şekilde karşılanabilir. Asenkron makinenin içerisindeki kalıcı mıknatıslıktan elde edilebilecek kalıcı gerilimle olabilir. Bu değer anma gerilimin %3-5’i mertebesinde olup, mıknatıslanma akımı için kondansatör gruplarına yeterli gerilim değer vermesine sebep olabilir. Diğer bir yöntem ise yüke ve stator uçlarına paralel bağlanan kondansatör grupları, kondansatörlerin sığasından oluşan empedansın büyüklüğüne göre, kondansatör uçlarından bir akım akıtacaktır. Bu akım, stator sargılarından geçerek bir amper-sarım yaratır. Artan amper-sarım, mıknatıslanma akımını, bu da tekrar stator uçlarındaki gerilimi artaracaktır. Bu şekilde stator uçlarında anma gerilime kadar devam eder. Böylece kendi kendine uyarma ile asenkron generatör, anma gerilimini elde etmiş olur. Asenkron generatöre bağlanacak kondansatör grubunun hesabı ve seçimi çok önemlidir.

Asenkron Generatörlerin Kullanım Alanları

Mekanik anlamda sağlam, maliyeti düşük, yapısı daha küçük olmasından dolayı rüzgar santrallerinde kullanılır. Her şekilde nerede kullanılırsa kullanılsın, şebekeden veya bir kondansatör grubundan da olsa reaktif gücün bir şekilde karşılanması gerekir.