SENKRON GENERATÖRLER (ALTERNATÖRLER)

SENKRON GENERATÖRLER

Senkron generatörler, alternatör olarak da adlandırılan, elektrik üretiminde en çok kullanılan elektrik makinelerinden biridir. Elektrik makinelerinde, transformatörlerin dışında senkron makineler ile asenkron makineler bulunmaktadır. Manyetik döner alanın oluşumu makinen çalışma prensibini belirler. Senkron ve asenkron makinelerin çalışması manyetik döner alana bağlıdır. Bu iki tip makinede de hem rotor hem de stator denen yapılar bulunmaktadır. Senkron makinelerde rotor hızı, döner alanın yarattığı senkron hızda dönerken, asenkron makinelerde rotor bu hızdan farklı bir hızda dönmektedir.

Senkron generatörler veya alternatörler, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren senkron elektrik makinelerdir. Frekans ve makinenin kutup sayısıyla senkron hızı belirler. Elektrik makinelerinde senkron hız formülü aşağıdaki gibidir.

Bu formülde Ns senkron hızı tanımlarken, f frekansı ve p ise elektrik makinesinin (generatör, alternatör, motor) kutup çifti (2 kutuplu makinenin kutup çifti sayısı p, 1 olur) sayısını belirtmektedir.

Senkron Generatörlerin Yapısı

Senkron generatörlerde kutup sargıları rotorda bulunmaktadır. Rotor, makinenin hareketli kısmıdır. Sonuçta bu kısım, döner manyetik alanı oluşturan bölümdür. Kutup sargıları, düzgün bir doğru manyetik alan oluşturmak için doğru akımla beslenir. Böylece makinenin hava aralığında zamanla değişmeyen ve sabit bir büyüklüğe sahip manyetik bir alan meydana gelir. Bu manyetik alan, rotorun harici bir tahrik cihazı tarafından döndürülmesi sonucu statora yerleştirilmiş üç fazlı sargı düzlemlerini farklı açılarda geçer ve stator sargılarında bir gerilim indükler. Bu indüklenen gerilim değişken, yani alternatif (AC) gerilimdir. Burada çıkarılacak en önemli sonuç, makineye bir tahrik yardımıyla rotoru döndürüldüğünde (yani mekanik enerji verildiğinde), statorundan elektrik enerjisi elde etmemizdir. Stator sargı düzlemlerinden geçen ve sargıyı kesen manyetik akının düzleme dik olan normal ekseni ile yaptığı açı 0-360 derece arasında değiştiğinden, alternatif akım elde edilmektedir. Senkron generatörün (alternatörün) Statorda bulunan sargılara endüvi sargısı, rotordaki sargılara ise kutup sargıları denir. Makinenin duran bölümü endüvi kısmı olduğundan elektrik enerjisi buradan başka bir dış devreye aktarılırken ekstra fırça veya bilezik gibi bir aksesuara ihtiyaç duyulmaz. Stator kısmı hareketsiz olduğundan izole edilmesi ve soğutulması daha kolaydır. Ayrıca bu sargılar, santrifüj (merkezkaç) etkiden etkilenmediği için ekstra bir önlem almaya gerek duyulmaz. Senkron generatörlerde ek olarak söndürüm (amörtisör) sargıları bulunur. Bu sargılar, eğer makine motor işletmesinde kullanılıyorsa, moment salınımlarını sönümler ve asenkron olarak yol almasını sağlar.

İki tip senkron generatör (alternatör) tipi bulunur.

• Yuvarlak rotorlu senkron generatör
• Çıkık kutuplu senkron generatör

Yuvarlak (Silindirik) Rotorlu Senkron Generatörler (Alternatörler)

Turbo alternatörler olarak da adlandırılır. Stator ve rotor arasındaki hava aralığı makinenin her yerinde aynıdır. Diğer alternatör tiplerine göre çapı daha dar, boyu daha uzundur. DC enerji vermek için rotordaki kutup sargılarının uçları, rotor milindeki bileziklere bağlıdır. Genelde iki veya dört kutuplu olarak üretilirler. Orta büyüklükteki üretim santrallerinde (kojenerasyon, dizel jeneratörler vb.) kullanılır.

Çıkık Kutuplu Senkron Generatörler (Alternatörler)

Yuvarlak rotorlu senkron generatörlere istinaden, rotorun yapısı gereği, stator ve rotor arasındaki hava aralığı değişkendir. Hidroelektrik gibi mekanik tahriki düşük devirli uygulamalarda kullanılır. Diğer alternatör tiplerine göre çapı daha geniş, boyu daha kısadır. Santrifüj etkiden dolayı çok gürültülü bir makine olup, genelde büyük güçteki elektrik santrallerinde kullanılır.

Senkron Generatörlerde Hesaplamalar ve Kullanım Alanları

Senkron generatörlerde indüklenen gerilim, moment vb. hesaplar, yükün dirençli (omik), endüktif veya kapasitif özelliklerine göre farklılık gösterir. Yuvarlak rotorlu senkron generatörlerde, endülenen gerilimi, momenti veya çıkış gücünün hesabı için genellikle eşdeğer devreler veya fazör diyagramlar yardımıyla yapılır. Ancak çıkık kutuplu senkron generatörlerde, eşdeğer devreler belirli bir noktaya kadar kullanılır ve bu nedenle fazör diyagramların kullanılmasında daha çok fayda vardır.

Senkron generatörler (alternatörler), hem güç hem de yapı olarak elektrik makinelerinin en büyük olanlarıdır. Genelde elektrik üretiminde kullanılır ancak bazı durumlarda, eğer büyük güçte bir mekanik enerji istenirse, senkron motor olarak da kullanılmaktadır. Ortalama 2000 MVA değerine kadar bir alternatör, elektrik gücü üretebilmektedir.