ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ

Bilgi paylaştıkça çoğalır.

Kategori: Elektrik Makineleri (Page 1 of 2)

DİZEL JENERATÖR NASIL ÇALIŞIR?

Şubat 8, 2024 / / 0 Comments

Dizel Jeneratör Nasıl Çalışır?

Jeneratör nasıl çalışır sorusunun yanıt vermeden önce elektrik enerjisinin hayatımızdaki yerinden kısaca bahsetmek gerekmektedir. Hayatımızın en önemli enerji kaynaklarından biri olan elektrik enerjisi kesildiğinde en küçük haneden en büyük yerleşim alanlarına kadar insanların hayatları olumsuz yönde etkilenmektedir. Elektrik şebekelerinde doğal afet, yanlış işletme, insan hatası gibi insan kontrolünde veya dışında hatalar sebebiyle enerji kesintisi meydana gelebilmektedir. Özellikle kritik yüklerin var olduğu hastaneler, askeri tesisler, bankacılık merkezleri gibi bölgelerde enerji kesintisinin olmaması gerektiği, şebekenin enerjisi gitse bile bu tür yerlere elektrik enerjisinin devamının sağlanması büyük önem arz etmektedir. Jeneratör kelimesi İngilizce “generator” kelimesinden dilimize girmiş olup, elektrik üreteci anlamına gelmektedir.

BENZER İÇERİK:  SENKRON GENERATÖRLER (ALTERNATÖRLER)
Kabinsiz Bir Dizel Jeneratör Seti

Dizel Jeneratör Neden Kullanılır?

Dizel jeneratörler elektrik kesintilerine karşı yedek güç sağlama, şebekenin ulaşamadığı yerlere enerji temini sağlama, acil durumlarda ekstra güç ihtiyacını karşılama vb. gibi nedenlerle kullanılır. Özellikle kritik sistemlerde, hastanelerde, fabrikalarda ve diğer önemli tesislerde kullanılarak kesintisiz güç temin edilmesini sağlar. Dizel jeneratörler taşınabilir olduklarından, açık hava etkinlikleri, kampçılık, inşaat siteleri ve acil durum durumlarında mobil bir enerji kaynağı olarak kullanılabilirler. Ayrıca elektrik altyapısının olmadığı veya zayıf olduğu uzak bölgelerde enerji sağlamak için kullanılır. Bu, tarım arazileri, ormanlık alanlar veya dağlık bölgeler gibi yerlerde yaygın bir uygulamadır. Büyük endüstriyel tesisler, hastaneler, alışveriş merkezleri ve benzeri yerlerde, enerji talebini karşılamak ve sürekli güç sağlamak amacıyla da jeneratörler kullanılır. Felaket durumlarında, afet bölgelerinde veya acil durum kurtarma operasyonlarında, elektrik jeneratörleri ile enerji temini sağlanarak temel hizmetlerin devam etmesi mümkün olabilir. Özetle, dizel jeneratörler geniş bir uygulama alanına sahip olup, enerji güvenliğini artırmak ve çeşitli sektörlerde iş sürekliliğini sağlamak için kullanılırlar.

Dizel Jeneratörler Enerji Güvenliğini Artırmak ve Enerji Kesildiğinde Çeşitli Sektörlerde İş Sürekliliğini Sağlamak İçin Kullanılırlar.
BENZER İÇERİK:  TERMİK SANTRAL NASIL ÇALIŞIR?

Dizel Jeneratör Nasıl Çalışır?

Dizel jeneratör nasıl çalışır sorusuna direkt cevap vermektense, genel olarak jeneratör nasıl çalışır sorusuna cevap vermek daha doğru olacaktır. Dizel jeneratörler, genellikle bilinen ve yaygın olarak kullanılan jeneratör türüdür. Dizel, fosil akaryakıtlar kategorisine giren ve genellikle mazot olarak bilinen bir yakıt türüdür. Dizel jeneratörler, dizel yakıtla çalışan içten yanmalı bir motor ve buna uygun bir alternatörün akuple edilmesiyle oluşturulan bir elektrik üretim cihazıdır. Dizel motorların çalışma prensibi, otomobillerde bilinen şekilde dizel yakıtın oksijenle yanması esasına dayanır. Dizel, kendiliğinden alev alan bir yakıt türüdür. Motorun çalışma prensibi gereği, havanın sıcaklığı yükseltilir, yanma sonucu ortaya çıkan enerji pistonları itmekte kullanılır ve bu sayede hareket enerjisi elde edilir. Dizel motor tarafından üretilen hareket enerjisi alternatöre iletilir ve alternatör, bu enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür.

BENZER İÇERİK:  TÜRKİYE ENERJİ KAYNAKLARI – HANGİ ENERJİ KAYNAKLARINI KULLANMALIYIZ?

Dizel jeneratörler 5 kVA’dan 4000 kVA’ya güçte üretilebilir. Dizel jeneratörün gücü içten yanmalı motorun gücüyle orantılıdır. 1 fazlı veya 3 fazlı üretilebilir. Transformatörlerde olduğu gibi dizel jeneratörler paralel çalıştırılabilir. Her türlü senaryoya uygun otomasyon yapılabilir ve enerji kesinti süreleri kontrol edilebilir. Ayrıca kabinli ve kabinsiz olarak da tüm güç seçeneklerinin opsiyonları bulunur. Yüksek güçlerde çok gürültülü çalıştığından ses izolasyonlu kabinli uygulamaları çok kullanılır.

Dizel Jeneratörler 5 kVA’dan 4000 kVA’ya Kadar Güçte Üretilebilir.
BENZER İÇERİK:  KOJENERASYON VE TRİJENERASYON SİSTEMİ NASIL ÇALIŞIR?

Jeneratörlerde Prime Güç, Standby Güç ve Sürekli Güç Ne Anlama Geliyor?

Jeneratörlerde elektrik çıkış gücü prime güç, standby güç ve sürekli güç olarak üç şekilde tanımlanır. Sürekli güç, jeneratörün sabit yük altında sürekli çalışma gücünü ifade eder. Jeneratör bu güçte %100 yüklenebilir ancak aşırı yüklenemez. Sürekli şebekeye senkron çalışacak jeneratör projelerinde kullanılabilir. Standby güç ise değişken yük altında belirli sürede çalışabileceği gücü tanımlar. Örneğin genelde jeneratörler prime güçte %70 yük altında bir yılda ortalama 200 saat çalışabilir. Standby güçler tam yedek güçler için kullanılır. Bir yerin elektrik enerjisi gittiğinde, belirli yükleri belirli bir sürede çalıştırmak için Standby güç değeri jeneratörlerde belirtilir. Standby güçte de jeneratörler aşırı yüklenemez. Prime güç ise jeneratörlerin değişken yük altında sürekli çalışabileceği güç değerini belirtir. Yük değişken olsa da, jeneratörler ortalama en az %70 ile yüklenmelidir. Ayrıca ortalama 12 saatte, bir saat çalışarak %10 aşırı yüklenebilmektedir.

Kontrol Panosu Şasiye Monteli Kabinsiz Bir Jeneratör

Dizel Jeneratörlerin Yapısı

Jeneratörlerin yapısında içten yanmalı motor, alternatör, kontrol panosu, yakıt deposu ve şasi bulunur. Dizel motorlar mekanik veya elektronik tip governörlü (yakıt miktarını ayarlayan cihaz) olarak jeneratörde bulunur. Governör sayesinde hassas hız ayarı yapılabilmektedir. Alternatör ise hassas gerilim ayarı sağlayan elektronik tip voltaj regülatörlü olarak bulunur. Kontrol panoları, jeneratör şasisine monteli gelebilir veya ayrı olarak bulunur. Kontrol panolarında jeneratör kontrol cihazları, röleler, devre kesiciler, akım ve gerilim trafoları, sürücüler, kontaktörler gibi jeneratörün hızını, akımını, gerilimini, içerisinde bulunan pompaları izleyen ürünler bulunmaktadır.  Şasi ise dizel jeneratör setinin yükünü taşıyacak özelliktedir. Anti-vibrasyon takozları kullanılarak titreşim seviyesini minimuma indirgenir. Şasilerde kaldırma mapaları içerir. Böylece jeneratörlerin taşınmasında büyük kolaylıklar sağlanır. Genelde 1600 kVA’dan küçük güçteki jeneratör setlerinde yakıt deposu şasiye monteli, entegreli olarak bulunur. 1600 kVA’dan büyük güçteki jeneratör setlerinde ise dikdörtgen tip yakıt tankı jeneratör setinden ayrı bulunur. Her tipteki yakıt deposunda seviyesi göstergesi bulunmaktadır. Jeneratörlerin soğutması, tıpkı otomobil motorlarında olduğu gibi radyatörle sağlanır. Radyatör, genleşme tankı ve soğutucu fandan oluşan soğutma sistemi jeneratör ekipmanlarının uygun sıcaklık derecesinde çalışmasını sağlar. Dizel motorun daha verimli çalışmasını sağlayan turbo şarj sistemi  de intercooler soğutmasıyla beraber motorda bulunabilmektedir. Intercooler, turbonun havayı sıkıştırmasıyla daha çok ısınan havanın soğutulmasını sağlayan ek soğutucudur. Kontrol panolarında intercooler sıcaklık değeri sürekli takip edilir.

Dizel Jeneratör Komponentleri

Jeneratör kontrol cihazları çok fonksiyonel cihazlar olup, içerisinde PLC programı bile yazılabilecek özellikteki koruma cihazlarıdır. Akım ve gerilim okuyabilirken aynı zamanda analog ve dijital girişler & çıkışlar ile de jeneratörde izlenmesi gereken tüm parametreleri toplar. Hem alternatörün voltaj regülatörüne hem de motorun governörüne sinyal göndererek jeneratörün frekansını, gerilimini ve yüklenmesini kontrol eder. Kontrol cihazın türüne göre birçok haberleşme protokolü ile çalışabilen bu cihazlar jeneratörlerin beynidir.

Jeneratör Senkron Kontrol Panoları

Jeneratör Teknik Föylerinde Bulunan Parametreler

Jeneratör teknik föylerinde öncelikle jeneratörün üretici marka ve modeli, Standby güç (ESP) ve Prime güç (PRP) değerleri hem kVA hem de kW cinsinden yazar. Jeneratörün kabinli olup olmadığı ve buna göre boyut değerleri ve ağırlık bilgisi verilir. Teknik föyün bir sonraki sayfasında ise hem motor hem de alternatörle ilgili bilgiler bulunur. Motor markası ve modeli, markası,  silindir sayısı, hacmi, turbo şarj olup olmadığı vb. yazar. Bunun yanında motorun governör tipi, yakıt sarfiyatı, devir hızı, egzoz gazı sıcaklığı, yanma ve soğutma havası debileri yazar. Bu bilgiler kontrol panosundaki jeneratör kontrol cihazlarına program set ayarı yapılırken dizel motoru korumak için girilir. Ayrıca motor bölümünde dizel motorun yakıt sıkıştırma (kompresyon) oranı yazarken benzinli motorlarda hava & yakıt karışım oranı yazar. Alternatör bölümünde ise yine alternatör markası ve modeli, faz sayısı, kutup sayısı ve dolayısıyla frekansı, güç faktörü, izolasyon sınıfı ve koruma sınıfları yazar. Ayrıca alternatörün (generatörün) ikaz sistemi yani otomatik voltaj regülatörün modeli ve tipi gösterilir.

BENZER İÇERİK:  ELEKTRİK SANTRALİ KURULUMU İÇİN NELERE DİKKAT EDİLMELİDİR?

ELEKTRİK MAKİNELERİNDE ENERJİ DÖNÜŞÜMÜ

Kasım 5, 2023 / / 0 Comments

Elektrik makineleri, motor, generatör gibi hareketli ile transformatörler gibi hareketli olmayan makineler olarak sınıflandırılır. Hareket eden elektrik makineleri, girişlerine uygulanan enerji şekline göre motor veya generatör olarak çalışır. Eğer makinenin girişine elektrik enerjisi verilip, çıkışından mekanik enerji alınıyorsa motor çalışma, girişine mekanik enerji verilip, elektrik enerjisi elde ediliyorsa generatör çalışma olarak adlandılır. Bu iki tip çalışmada elektromekanik dönüşüm vardır. Transformatörlerde bu dönüşüm yoktur çünkü makine girişine elektrik enerjisi verilir, çıkışından da elektrik enerjisi alınır.

Elektrik Makinelerinde Elektromekanik Enerji Dönüşümü

Elektrik makinelerinde enerji dönüşümünün oluşabilmesi için Faraday, Biot-Savart ve Amper yasalarından faydalanılır. Bu yasalar elektrik mühendisliğinin temel yasalarıdır.

BENZER İÇERİK:  ASENKRON MOTOR NASIL ÇALIŞIR?

Elektrik Makinelerinin Sınıflandırılması

Hareketsiz Elektrik Makineleri

  • Güç transformatörleri
  • Dağıtım transformatörleri
  • Ölçü transformatörleri
  • Oto transformatörler
  • İzolasyon transformatörleri vb.

Hareketli Elektrik Makineleri

Hareketli elektrik makineleri öteleme (lineer motorlar) ve dönme hareketi yapan makineler olmak üzere ikiye ayrılır. Dönme hareketi yapan elektrik makineleri ise alternatif akım, doğru akım ve özel elektrik makineleri olmak üzere üçe ayrılır.

Alternatif akım makineleri

  • Asenkron makineler
  • Senkron makineler

Doğru akım makineleri

  • Serbest uyarmalı doğru akım makineleri
  • Şönt uyarmalı doğru akım makineleri
  • Seri uyarmalı doğru akım makineleri
  • Karma (kompund) uyarmalı doğru akım makineleri

Özel elektrik makineleri

  • Sabit mıknatıslı (permanent magnet) makineker
  • Servomotorlar vb.
Döner Elektrik Makinelerinde Hava Aralığından Dolayı Sürtünme ve Vantilasyon Kayıpları Olur
BENZER İÇERİK:  SENKRON MOTORLAR

Elektrik Makinelerinde Kayıplar

Elektrik makineleri enerji dönüşümünü gerçekleştirirken makineye verilen giriş gücü, bazı kayıplara uğrayarak çıkıştan alınır. Çünkü makine yapısında kullanılan demir, bakır, alüminyum vb. malzemelerin yapılarından dolayı kayıplar meydana gelir. Aynı şekilde hareketli elektrik makinelerinde ise ekstra bir de hava boşluğundan kaynaklanan sürtünme kayıpları da mevcuttur. Dolayısıyla elektrik makinelerinde çıkıştan alınan güç tam olarak %100 verimde alınamaz.

Transformatörlerde sadece bakır ve demir kayıpları (boşta ve yükte kayıplar) meydana gelirken (Pk), dönme hareketi yapan makinelerde bu kayıpların yanında sürtünme ve soğutma için harcanan vantilasyon kayıpları da (Pv) da oluşur. Verim, elektrik makinesinden alınan çıkış gücünün (Pç), giriş gücüne (Pg) oranıdır ve yüzde olarak tanımlanır.

BENZER İÇERİK:  TRANSFORMATÖRLER | 1. BÖLÜM

Transformatörlerde verim hesabı aşağıdaki formülle yapılır.

    \[P_g=P_ç+P_k\]

    \[Verim=\frac{P_ç}{P_g}\]

Elektrik motorlarında verim hesabı aşağıdaki formülle yapılır.

    \[P_{elek}=P_{mek}+P_k+P_v\]

    \[Verim=\frac{P_{mek}}{P_{elek}}\]

Generatörlerde verim hesabı aşağıdaki formülle yapılır.

    \[P_{mek}=P_{elek}+P_k+P_v\]

    \[Verim=\frac{P_{elek}}{P_{mek}}\]

BENZER İÇERİK:  SENKRON GENERATÖRLER (ALTERNATÖRLER)
Spare part for engine water pump isolated on white.

ASENKRON MOTORLAR | 2. BÖLÜM

Ekim 30, 2023 / / 0 Comments

ASENKRON MOTOR | 2. BÖLÜM

Asenkron motor yapısının, en önemli hesaplanması gereken parametreleri moment (tork), hız veya devri, kontrol düzenekleri ve yol verme işlemleridir. Bu bölümde asenkron motor eşdeğer devresi, parametreleri, moment hesabı ve yol verme çeşitleri gösterilecektir.

BENZER İÇERİK:  ASENKRON MOTOR NASIL ÇALIŞIR?

Asenkron Motor Eşdeğer Devresi

Asenkron motorların çalışma ilkesi ve temel yapısı itibariyle transformatörlere benzediği için eşdeğer devresi transformatörlere çok benzerdir. Makinenin karmaşık yapısında primer ve sekonder sargılarındaki akan akımları, momenti, güç faktörünü, güç değerlerini, kayıpları hesaplamak amacıyla sadece bir fazın modelini çıkarmak ve bunun üzerinde hesaplarını yapmak daha kolaydır. Simetrik yapıya sahip asenkron motorlarda diğer fazlarında aynı modelin varlığı kabul edilerek hesaplamalar yapılır. T tipi ve L tipi olmak üzere iki türlü eşdeğer devre tipi vardır. Hesapların kolay yapılması sebebiyle genelde L tipi eşdeğer devre kullanılır. Asenkron motorların L tipi eşdeğer devresi aşağıdaki gibidir.

Asenkron Motorların L Tipi Eşdeğer Devre Modeli

Burada Vo statora uygulanan gerilimi, I1 stator akımını, Rs stator direncini, Xs stator kaçak reaktansını, Rr rotor direncini, Xr rotor kaçak reaktansını, Im boşta çalışma akımını, Xm manyetik reaktansı, I2 rotor akımını ve E ise rotorda indüklenen akımı temsil etmektedir.

BENZER İÇERİK:  ASENKRON GENERATÖRLER

Asenkron motorlarda Im ile gösterilen boşta çalışma akımı, stator ile rotor arasında bulunan ince fakat büyük manyetik direnç gösteren hava aralıklarından dolayı transformatördekinden daha büyüktür. Çünkü transformatörde manyetik direnç gösteren yapı hava değil, silisli saclardan oluşan manyetik nüvedir.

Asenkron Motor Moment Hesabı

Asenkron motorun L tipi eşdeğer devreye göre moment formülü aşağıdaki gibidir.

    \[M\;=\frac{m.p}{2\mathrm{πf}}\frac{R_r^'}s\frac{V_1^2}{Z^2}\]

Buradaki Z ile gösterilen eşdeğer devrenin L tipindeki empendasını ifade ederken, m faz sayısını, p kutup çifti sayısını, V1 ve f statora uygulanan gerilim ve frekansını göstermektedir.

Moment formülüne ve makinenin hızına göre asenkron motorun hız-moment grafiği aşağıdaki şekilde olur.

Asenkron Motorların Hız-Moment Grafiği

Grafiğe bakılacak olursa; motor senkron hızdayken (teoride mümkün olmayan) rotorun hızı sıfırdır. Motorun kalkınması için belli bir kalkış momenti (Mo) vardır. Bu durumda rotor hızı sıfırdır bunu motorun yenmesi gerekir ki motor kalkınsın ve dönmeye başlasın. Motor kalktıktan sonra belli bir hız değerinden sonra veriminin düştüğü görülmektedir. Yani devrilme momentini (Mk) aşmıştır. Makinenin devrilme momentini aşmaması gerekir. Bu durumdaki hızına devrilme hızı (nk), kaymasına ise devrilme kayması (sk) denir. Bu parametrelere göre moment formülünden devrilme momenti hesaplanır. Özetle asenkron motorlarda hız ayarı yapılırken veya yol verilirken kalkış momentini yenmesi ve devrilme momentini aşmaması gerekmektedir.

BENZER İÇERİK:  SENKRON MOTORLAR

Asenkron Motorlara Yol Verme İşlemi

Durmakta olan motorun stator sargılarına gerilim uygulandığında rotor hareketsiz olduğundan indüklenen emk sıfırdır. Dolayısıyla ilk anda motorun eşdeğer devresi kısa devre durumundadır ve çekilen akım kısa devre akımıdır. Bu yüksek akımın rotor sargılarında yarattığı kuvvet ile üretilen momente yol verme momenti denir. Rotor bunun etkisiyle dönmeye başlar. Hızın artması ile indüklenen zıt emk artar ve şebeke gerilimine ters yönde olduğundan, başlangıçta çekilen büyük kısa devre akımı yavaş yavaş düşmeye başlar. Motorun miline bağlanmış ve sürülmekte olan herhangi bir iş makinesinin karşıt momenti (frenleyici momenti), motorun kendi ürettiği momente eşit olunca, motor ve iş makinesinden oluşan ikili sabit bir hızda dönmeye devam eder. Bu geçici işleme yol verme işlemi denir.

Sincap Kafesli Asenkron Motorun Bağlantı Kutusu, Rotor ve Stator Yapıları

Yol verme sırasında şebekeden çekilen akımın büyük olması, şebekede geçici ve yüksek gerilim düşümlerinin meydana gelmesine, dolayısıyla gerilim dalgalanmalarına neden olur.  Bu istenmeyen bir durumdur. Bunun yanı sıra bu akım, makine sargılarında yüksek kayıplara sebep olur. Sargı sıcaklığının yükselmesine neden olur ve bu durum motora zarar verebilir. Bu yüzden yol verme işlemini yaparken bu tip durumların göz önünde bulundurulması gerekir. Yol verme işleminde şebekeden çekilen akımın yüksek olmamasına ve yol verme işleminin çok kısa sürede tamamlanması gerekir. Aşağıda asenkron motorlara yol verme işlemlerinden bazıları gösterilmektedir.

  • Oto-transformatör kullanmak
  • Sargı bağlantısında yıldız/üçgen değişimi yapmak
  • Akım sınırlayıcı bir direnç kullanarak yol vermek
  • Derin oluk etkisinden yararlanmak
  • Rotorda çift kafes kullanmak
  • Bileziklere direnç bağlamak
  • Yardımcı bir motor kullanmak
  • Güç elektroniği düzenleri (sürücüler, yumuşak yol vericiler) kullanmak

Bu düzeneklerden en çok güç elektroniği düzenleri yani sürücüler (driver), yumuşak yol vericiler (soft starter) kullanmak ve yıldız üçgen yol vermek işlemleri kullanılır.

BENZER İÇERİK:  SENKRON GENERATÖRLER (ALTERNATÖRLER)
Spare part for engine water pump isolated on white.

ASENKRON MOTOR NASIL ÇALIŞIR?

Ekim 30, 2023 / / 0 Comments

Asenkron Motor Nedir, Neden Kullanılır?

Asenkron motorlar, en çok elektrik yükü olarak kullanılan elektrik makinesidir. Hem uygun maliyette üretilmesi hem de fazla bakım gerektirmemesi sebebiyle son derece tercih edilen bir motor tipidir. Bir fazlı ve üç fazlı olarak üretilirler. Bir fazlı asenkron motorlar küçük güçlü olarak çamaşır makinesi, buzdolabı, pompa gibi yapılarda kullanılırken üç fazlı asenkron motorlar ise daha çok endüstriyel tesislerde ve fabrikalarda konveyör sistemlerinde, CNC tezgahlarda vb. uygulamalarda kullanılır. Asenkron motor çalışma prensibi itibariyle kullanımı kolay ve kontrolü güç elektroniği devreleri yardımıyla talep edilen hızlarda ve torkta çalışmaları, kontrolünün çok kolay yapılması vb. gibi avantajları bulunduğundan piyasada en çok kullanılan elektrik makineleridir.

Endüstriyel Tesislerde Asenkron Motor Kullanımı
BENZER İÇERİK:  ASENKRON MOTORLAR | 2. BÖLÜM

Asenkron Motorların Konstrüksiyonu

Asenkron motorlar, yapısı itibariyle iki sargıdan oluşur. Bu sargılardan birinin görevi manyetik alanı yaratmak, diğerinin görevi ise hareketi sağlayacak olan kuvveti üretmektir. Bu sebeple dönme hareketini yapacak parçanın (rotorun) daire kesitli olması gerekir. Sabit olan kısım ile dönme hareketi yapan kısım arasına hava aralıkları yerleştirilir. Hava aralığında sarf edilen amper-sarımın küçük olması için, manyetik direnci demirinkinden büyük olan hava aralığının minimum olacak şekilde tasarlanması gerekir. Bunun için de hareketsiz parça (stator) da aynı rotor gibi yine daire kesitli yapılır. Asenkron motorlar rotor yapılarındaki farklılığa göre ikiye ayrılırlar.

  • Sincap kafes rotorlu asenkron motorlar
  • Bilezikli rotorlu asenkron motorlar

Sincap Kafes Rotorlu Asenkron Motor Çalışma Prensibi

Kısa devre çubuklu asenkron motor olarak da adlandırılır. Rotor silindirindeki açılan oluklara yerleştirilen sargılar, silindirin her iki ucundan kısa devre edilirler. Kısa devre edilmesinden dolayı bu sargılardan bir akım akar ve manyetik alanın etkisiyle Biot-Savart yasası gereği iletkene dik bir kuvvet etki eder. Böylece rotor dönmeye başlar.

Uçları Kısa Devre Edilmiş Sincap Kafes Yapısı

Bilezikli Rotorlu Asenkron Motor Çalışma Prensibi

Bilezikli rotorlu asenkron motorun rotor kısmına, statorda olduğu gibi üç fazlı sargılar yerleştirilir. Sargı uçları, fırça ve bilezikler yardımıyla harici olarak enerji verilmek üzere motor gövdesinde yer alan bağlantı kutusuna çıkarılır. Bileziklerin üzerine karbon fırçalar yerleştirilir. Böylece sargılar dış devreyle bağlantı kurulması sağlanır. Üzerinden geçecek akımın şiddetine göre karbon fırçalar farklı alaşımlardan yapılabilir.

Bilezikli Rotorlu Asenkron Motor Yapısı

Asenkron Motor Çalışma Prensibi

Asenkron motor çalışma prensibi gereği, ilk hareketini yapması elektromanyetik ilkelere dayanır. Statora alternatif gerilim uygulandığında, stator sargılarından bir akım akar ve bu akım bir alternatif manyetik döner alan ve akısı yaratır. Döner alanın meydana getirdiği manyetik akı çizgileri makinenin çevresinde döner. Döner manyetik alan hızına senkron hız denir. Senkron makinelerde rotor hızı, döner alanın yarattığı senkron hızda dönerken, asenkron makinelerde rotor bu hızdan farklı bir hızda dönmektedir. Bu yüzden bu makinelere asenkron makineler denir. Frekans ve makinenin kutup sayısıyla senkron hızı belirler. Elektrik makinelerinde senkron hız formülü aşağıdaki gibidir.

    \[n_s=\frac{60f}p\]

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.

BENZER İÇERİK:  SENKRON MOTORLAR

Döner manyetik alan senkron hızla, kısa devre edilmiş, durmakta olan rotor iletken düzlemlerinden geçerek rotor akımlarını indükler. İndükleme sonucunda oluşan kuvvetler ise, rotorun dönme hareketine başlamasına ve zamanla hızlanmasına neden olur. Rotor, Biot-savart yasası gereği kendisine etkiyen kuvvetlerin yardımıyla büyük bir ivme ile kalkar ve hızlanır. Bu kalkış esnasında, statora gerilim verildiği anda, henüz rotor duruyor iken makine bir transformatör gibi çalışır. Bu esnada makinenin transformatörden tek farkı, sekonder sargıların her iki tarafındaki manyetik devrenin birer hava aralığı ile stator manyetik devresine bağlı olmasıdır. Transformatörlerde hatırlanacağı gibi primer ve sekonder devre bir nüve (çekirdek) ile manyetik olarak birbirlerine bağlı idi. Bu esnada asenkron motorun stator sargılarında şebeke gerilimi ve frekansı varken, rotor sargılarında ise çevirme oranından kaynaklı daha indüklenmiş daha düşük gerilim vardır fakat frekans aynıdır. Bu değişme oranı bilezikli rotorlu asenkron motorlarda yaklaşık olarak bir civarındadır. Bu andan itibaren hızlanan rotor ile döner alan arasında arasındaki hız farkı azalmaya başlar. Dönmekte olan manyetik alan vektörü, rotorun iletken düzlemlerinden birim zaman içerisinde daha az geçmeye başlar. Dolayısıyla rotorda indüklenen gerilim azalır ve akım küçülür. Rotora etkiyen kuvvet de küçülür. Bu sırada ivmelenme devam ederken rotorun oluşturduğu dönme kuvveti, karşıt kuvvet olan yataklardaki sürtünme kuvveti ile hava ile olan sürtünme kuvvetleriyle eşit olduğunda ivme sıfırlanır ve motor sürekli aynı hızda dönmeye devam eder. Asenkron motor çalışma prensibi bu şekilde özetlenebilir.

Sincap Kafesli İndüksiyon Motorunun İç Yapısı

Rotor hızı dengeye ulaştığında senkron hıza yakın bir değerde ama daha düşük bir hızda dönmektedir. Rotor hızıyla döner alan hızı arasındaki fark çok küçüktür. Rotor hiçbir zaman kendiliğinden döner alan hızına erişemez. Erişse bile, döner alan vektörü rotor iletken düzlemlerinin içinden geçemez ve dolayısıyla rotor sargılarında bir gerilim indüklenemez ve kuvvet üretemez. Ancak dışarıdan bir ekstra tahrik ile döndürülürse bu hızı aşabilir, o zaman da zaten generatör modunda çalışıyor demektir.

BENZER İÇERİK:  ASENKRON GENERATÖRLER

Asenkron Makinelerde Kayma

Döner elektrik makinelerinde kayma deyimi çok önemlidir. Makinenin çalışma yapısını belirler. Elektrik makinelerin çalışabilmesi için alternatif döner manyetik alana, dolayısıyla manyetik akıya ihtiyacı vardır. Üç fazlı döner elektrik makinelerinde stator sargılarındaki döner manyetik alan hızı (yani senkron hızı) ile rotor hızının arasındaki farkın, senkron hıza göre oranı kayma değerini verir ve “s” ile gösterilir. Formülü aşağıdaki gibidir.

    \[s=\frac{n_s-n}{n_s}\]

Kayma değerine bağlı olarak aşağıdaki tabloda asenkron makinelerin çalışma şekilleri gösterilmiştir.

nsnsÇalışma Şekli
nsn0Motor Çalışma
nsn>nss<0Generatör Çalışma
-nsns>1Fren Çalışma
nsn=nss=0Boşta Çalışma
nsn=0s=1Transformatör Çalışma

İlk harekete geçme esnasında, rotor hareketsiz iken asenkron makine sekonderi kısa devre olan bir transformatör gibi çalışır. Hareket başladıktan sonra, sürekli çalışma noktasına ulaşıncaya kadar çalışma şekli motor çalışmadır. Çünkü bu durumda elektrik enerjisi şebekeden çekilir ve  mekanik enerjiye dönüştürülür. Rotor hızının hiçbir şekilde kendiliğinden senkron hıza erişemeyeceğinden, erişse bile o anda rotor sargısında gerilim değerinin sıfır olacağından makine bir güç üretmeyecektir ve boşta çalışacaktır. Senkron hıza kendiliğinden erişemeyen rotorun dışarıdan bir kuvvet yardımıyla senkron hızı aşması durumu ise generatör çalışma modudur. Çünkü artık makinenin girişinde harici mekanik güç verilirken, çıkışından elektrik enerjisi alınmaktadır. Motor çalışan bir makinenin döner alanın saat ibresi yönünde döndüğü ve sargılarına verilen üç fazlı akımların R,S,T sırası ile bağlı olduğu kabul edilsin. Bu durumda rotorun dönüş yönü, döner alanın dönüş yönündedir. Fazların sıralamasında iki fazın yerini değiştirilirse (örneğin R,T,S gibi) makineye hakim olan döner alanın yönü değişir. Rotor döner alana uyarak yavaşlamaya başlar ve frenlenmiş olur. Bu geçici duruma da fren çalışma modu adı verilir. Eğer makinenin faz sırası R,T,S olarak bırakılırsa, önce yavaşlar, sonra kısa bir süreliğine durur. Daha sonra ters yönde dönmeye başlar. Sürekli çalışma noktasına kadar hızlanır, bu noktaya geldiğinde motor olarak sürekli çalışmaya devam eder.

ASENKRON GENERATÖRLER

Ekim 22, 2023 / / 0 Comments

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.

    \[s=\frac{n_s-n_r}{n_s}\]

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.

BENZER İÇERİK:  SENKRON GENERATÖRLER (ALTERNATÖRLER)

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.

BENZER İÇERİK:  ASENKRON MOTOR NASIL ÇALIŞIR?

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.

Asenkron Generatörlerin Direkt Şebekeye (a) veya Direkt Yüke Bağlandığı Modeller
BENZER İÇERİK:  ASENKRON MOTORLAR | 2. BÖLÜM

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 Rüzgarin Türbiniyle Tahrik Sistemi

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.

BENZER İÇERİK:  GENERATÖRLERİN KISA DEVRE AKIMINA ETKİSİ

SENKRON MOTORLAR

Ekim 22, 2023 / / 0 Comments

SENKRON MOTORLAR

Elektrik enerjisini, mekanik enerjiye dönüştüren elektrik makinelerine elektrik motorları denir. Senkron devirle dönen motorlara senkron motorlar adı verilir. Senkron motor yapısında döner manyetik alan hızı ile rotor hızı aynı hızda, yani senkron hızda döner. Elektrik makinesinin içerisinde döner manyetik alan oluşur. Bu alan, senkron devirde döner. Rotorda aynı hızda dönüyorsa, senkron elektrik makinesi motor işletmesinde çalışıyor demektir.

Senkron motorlar, elektrik enerjisini mekanik enerjisine çeviren senkron elektrik makinelerdir. Frekans ve makinenin kutup sayısıyla senkron hızı belirler. Elektrik makinelerinde senkron hız formülü aşağıdaki gibidir.

    \[n_s=\frac{60f}p\]

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 Motorların Çalışma Prensibi

Senkron motorlar, yükün değeri değişse bile rotor devir sayısı sabit kalır. Bu hız da döner manyetik alanın hızıdır. Yapısı senkron generatör (alternatör) ile aynıdır.

BENZER İÇERİK:  SENKRON GENERATÖRLER (ALTERNATÖRLER)

Senkron generatörlerde uyarma akımı rotora doğru akım (DC) ile yapılırken, senkron motorların rotorları da DC akım ile beslenir; ek olarak statorları ise alternatif akım (AC) ile beslenir. Bu durumda oluşan döner manyetik ve akımla Biot-Savart yasasına göre rotor iletkenlerine bir kuvvet etki eder. Statorun yarattığı dönen manyetik alanın yarı periyodu tamamlandığında, stator kutuplarının polaritesi değişir. Bu nedenle rotora uygulanan momentin yönü saat yönünün tersine dönerken, statorun dönen alanı hala saat yönünde dönmeye devam eder. Bu nedenle bir tur tamamlandığında, rotoru etkileyen ortalama moment sıfır olur. Özetle, rotor ilk yarı periyotta saat yönünde, ikinci yarı periyotta ise saat yönünün tersine dönmeye çalışır. Senkron motorlar, asenkron motorlar gibi kendi kendine yol alamaz. Rotor senkron hızda döndüğünden, sargıları döner manyetik alan tarafında kesilmez ve bu sargılarda bir gerilim indüklenmez. Asenkron motorlarda ise bilindiği gibi rotor ile döner manyetik alanın devir hızı farklı olduğundan manyetik alan, rotor sargılarını farklı bir açıda keser ve rotor sargılarında gerilim indükler, akım akmasını sağlar. Bu da asenkron motorun rotorunu döndürür. Senkron motorda rotorda akım akmasını sağlamak için dışarıdan yol verme yöntemleri uygulanır.

Senkron Motorun Yapısı

Senkron Motorlara Yol Verme Yöntemleri

Yardımcı motor kullanarak yol verme; mile dışarıdan mekanik bir tahrik ile ilk yol verme bir motor ile sağlanır. Bu motor  bir DC motor veya asenkron motor olabilir. Senkron motorun hızı istenilen seviyeye ulaştığında sistemden yardımcı motor çıkartılır.

BENZER İÇERİK:  ASENKRON MOTOR NASIL ÇALIŞIR?

Senkron motorlara asenkron yol verme; her senkron elektrik makinelerin yapısında söndürüm (amörtisör) sargıları bulunur. Bu sargıların uçları kısa devre edilmiştir. Motorun rotor bölümüne bir sincap kafes yerleştirilip, kısa devre edilir. Statora gerilim uygulandığında sincak kafes kısmı sayesinde kısa devre edilmiş söndürüm sargılarından akım geçer, rotor dönmeye başlar ve hızlanır. Motorun yol alma akımı uyarma sargılarından geçtiği için ve akım büyük değerlerde olduğu için kesinlikle bir dirençle akımın sınırlandırılması gerekir. Yoksa uyarma sargıları, bu yüksek akımdan dolayı zarar görür.

Senkron Motorlarda Söndürüm (Amörtisör) Sargıları

Frekans değiştirerek yol verme; motorun stator sargılarına (endüvi sargıları) uygulanan gerilimin frekansı değiştirilerek senkron motorun döner alan hızı sıfırdan senkron hıza çıkarılır. Döner alanın frekansı değiştiği, rotorda gerilim indüklenecek ve bir akım akacaktır. Bu sayede rotor dönmeye başlayacaktır.

Senkron Motorların Kullanım Alanları

Senkron motorlar hem büyük hem de küçük güçlü uygulamalarda kullanılmaktadır. Bunlardan en çok kararlılığı yüksek, düşük güçlü sabit hızın gerekli olduğu uygulamalarda kullanılır. Aynı şekilde büyük güç gerektiren mekanik uygulamalarda da tercih edilir. Çünkü genelde büyük güçlü motorlar, senkron motorlar olarak seçilir.  Ayrıca kompanzasyon sistemi olarak kullanılır. Elektrik devrelerinin, güç sistemlerinin güç katsayısının düzeltilmesinde yaygın olarak tercih edilir.

BENZER İÇERİK:  ASENKRON MOTORLAR | 2. BÖLÜM

SENKRON GENERATÖRLER (ALTERNATÖRLER)

Ekim 22, 2023 / / 0 Comments

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.

BENZER İÇERİK:  SENKRON MOTORLAR

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.

    \[n_s=\frac{60f}p\]

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.

Senkron Generatörlerin Stator ve Rotor Sargıları
BENZER İÇERİK:  GENERATÖRLERİN KISA DEVRE AKIMINA ETKİSİ

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.

Çıkık Kutuplu (Solda) ve Silindirik Rotorlu (Sağda) Senkron Generatörler

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.

BENZER İÇERİK:  ASENKRON GENERATÖRLER

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.

TRANSFORMATÖRLER | 3. BÖLÜM

Ekim 10, 2023 / / 0 Comments

TEDAŞ TRAFO ŞARTNAMESİ – TRANSFORMATÖRLER | 3. BÖLÜM

TEDAŞ Trafo Şartnamesi ve İzolasyon Gerilimleri

Trafo kayıp değerleri, TEDAŞ’ın yayınladığı TEDAŞ trafo şartnamesi yönetmeliklerinden takip edilir. Hem trafo kayıpları hem de izolasyon gerilimi değerleri bu şartnamelerde yazmaktadır. Şartnameler hem yağlı tip trafo hem de kuru tip trafo için ayrı ayrı belirtilmiştir.

Transformatörlerin İzolasyon Gerilim Değerleri

Orta gerilim sistemlerinde hem IEC standartlarında hem de TEDAŞ trafo şartnamesi içerisinde izolasyon gerilimleri dünyada belirli bir standarda bağlanmıştır. Sadece transformatörler değil, kullanılan tüm elektriksel ekipmanların izolasyon gerilimleri iki türlü ifade edilir. Bu ifadeler şebeke frekanslı dayanım gerilimi (Power frequency withstand voltage – AC) ve yıldırım darbe dayanım gerilimi(lighting impulse withstand voltage – LI) şeklindedir. Bu değerler IEC standartlarına göre deniz seviyesinden 1000 m. yüksekliğe kadar geçerlidir. 36 kV’a kadar olan izolasyon gerilim değerleri aşağıdaki tabloda belirtilmiştir.

IEC Standartlarına Göre Orta Gerilim İzolasyon Değerleri
BENZER İÇERİK:  TRANSFORMATÖRLER | 1. BÖLÜM

TEDAŞ Trafo Şartnamesi Trafo Kayıpları

Transformatörler, verimlilik konusunda ideal bir elektrik makinesi olup verimliliği etkileyen en önemli faktör kayıplarıdır. Boşta kayıp ve yükte kayıp olmak üzere iki türlü kayıp vardır. Boşta kayıplar transformatörün demir veya nüve kaybı olarak bilinir. Transformatörün çalışması esnasında çekirdeğindeki histeresis ve eddy akımı kayıplarından oluşmaktadır. Yükte çalışma kaybı ise transformatörün iletken kayıplarını temsil etmektedir. Bu iki tip kaybın en aza indirgenmesi, transformatörün verimliliğini artırır. TEDAŞ trafo şartnameleri, TEDAŞ-MLZ/99-031.B “Sargıları Epoksi Reçine İle Örtülü Kuru Tip AG/OG Dağıtım Güç Transformatörleri Teknik Şartnamesi’ne” göre TEDAŞ’a devredilecek trafoların kayıpları ve TEDAŞ-MLZ/99-032.E “Hermetik Tip AG/OG Dağıtım Güç Transformatörleri Teknik Şartnamesi’ne” göre yağlı tip trafoların kayıpları ayrı ayrı belirtilmiştir.

BENZER İÇERİK:  TRANSFORMATÖRLER | 3. BÖLÜM

Yağlı tip trafoların TEDAŞ-MLZ/99-032.E şartnamesine göre boşta ve yükte çalışma kayıpları aşağıdaki gibidir.

TEDAŞ-MLZ/99-032.E Şartnamesi Transformatör Kayıp Değerleri

Kuru tip trafoların TEDAŞ-MLZ/99-031.B şartnamesine göre boşta ve yükte çalışma kayıpları aşağıdaki gibidir.

TEDAŞ-MLZ/99-031.B Şartnamesi Transformatör Kayıp Değerleri

TRANSFORMATÖRLER | 2. BÖLÜM

Ekim 10, 2023 / / 0 Comments

TRANSFORMATÖRLER | 2. BÖLÜM

Trafo Parametreleri ve Eşdeğer Devresi

Transformatörlerde Kısa Devre Gerilimi

Trafo parametreleri ve eşdeğer devresi nasıl hesaplanır ve modellenir? İlk olarak bir trafo parametresi olan kısa devre geriliminin bilinmesi gerekmektedir. Dağıtım transformatörlerinin diğer bir önemli parametresi ise kısa devre gerilimidir. Transformatörler teknik föylerinde “%Uk” olarak belirtilir. Dağıtım transformatörünün sekonder sargıları kısa devre edildiği zaman, primer sargılarında nominal akımın geçmesine neden olan gerilimdir. Bu gerilimin nominal gerilime oranı %Uk olarak tarif edilir. Bu değer, transformatörün sekonder sargısında herhangi bir kısa devre olduğundan primer sargısından akacağı maksimum akım değerini gösterir ve ona göre koruma elemanları seçilmelidir. 400 kVA ve daha küçük güçteki trafolarda %Uk değeri %4,5 iken 5 MVA’ya kadar %6-8 arasında değişir. Büyük güç trafolarında ise bu değer daha fazladır.

Transformatörlerin verimliliğini etkileyen en önemli faktör kayıplarıdır. Boşta kayıp ve yükte kayıp olmak üzere iki türlü kayıp vardır. Boşta kayıplar transformatörün demir veya nüve kaybı olarak bilinir. Transformatörün çalışması esnasında çekirdeğindeki histeresis ve eddy akımı kayıplarından oluşmaktadır. Yükte çalışma kaybı ise transformatörün iletken kayıplarını temsil etmektedir. Bu iki tip kaybın en aza indirgenmesi, transformatörün verimliliğini artırır.

Trafo Parametreleri ve Eşdeğer Devresi

Transformatörlerde Kısa Devre Akımının Hesaplanması

Transformatörün tam yükte primer nominal ve kısa devre akımı aşağıdaki formül ile hesaplanır.

    \[I_k=\frac{I_n}{U_k}100\]

Burada In ise transformatörün tam yükte nominal akımını temsil etmektedir ve aşağıdaki formülle hesaplanır.

    \[S\;=\;\sqrt[{}]3.U_n.I_n\]

Ik hem primer hem de sekonder devre için ayrı ayrı hesaplanmalıdır çünkü her iki bobinde de gerilim değerleri, dolayısıyla nominal akım değerleri farklıdır.

Trafo Eşdeğer Devresi

Transformatörlerde primer ve sekonder sargıları, iki ayrı sargı birbirlerine manyetik olarak bağlı ancak elektriksel olarak bağlı olmadıkları için transformatörlerde eşdeğer devre çizmek için bir yöntem vardır. Birinin diğerine indirgenmesi gerekir. Bunun için de bir dönüştürme oranı kullanılır (ü). Bu dönüştürme oranı primer ve sekonder gerilimlerinin birbirine oranıyla bulunur.

    \[ü=\frac{V_1}{V_2}\]

Genel olarak bir transformatörün primere indirgenmiş T tipi eş değer devresi aşağıdaki gibidir. Normalde sekondere indirgenmiş eşdeğer devre de çizilebilir ancak literatürde genelde primere indirgenmiş eşdeğer devre çizilerek hesaplar yapılır.

Transformatör T Tipi Eşdeğer Devresi

Burada r1 ve x1 transformatörün primer devresi sargı direncini ve reaktansını belirtirken, r’2 ve x’2 ise primere indirgenmiş sekonder devresi sargı direncini ve reaktansını belirtir. Rfe transformatörün nüvedeki manyetik direncini, Xm ise manyetik reaktansı simgelemektedir. Bu iki parametre transformatörün nüve kayıplarını temsil eder. Transformatörün bu parametreleri boşta çalışma ve kısa devre deneyleriyle elde edilir. Kısa devre deneyi ile transformatörün sargı dirençleri ve reaktansları, boşta çalışma deneyi ile manyetik direnci ve reaktansı hesaplanır.

Transformatörlerde Kısa Devre Deneyi

Transformatörün kısa devre deneyi eşdeğer devresi aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.


Transformatörün Kısa Devre Çalışma Deneyi Eş Değer Devre Modeli

Kısa devre çalışma deneyinde transformatörün sekonder devresi kısa devre edilir. Primer tarafına ise nominal akım oluşacak şekilde bir gerilim uygulanır. Uygulanan bu gerilim değerine transformatörün bağıl kısa devre gerilimi denir. Kısa devre testinde transformatörün manyetik devresinde çok küçük bir akım geçtiğinden bu değer ihmal edilir. Transformatörün kısa devre deneyine göre primer ve sekonder devreleri empedans parametreleri hesaplanmaktadır.

    \[\%U_k=\frac{V_k}{V_n}\]

Yukarıdaki formülden Vk değeri hesaplanır ve aşağıdaki transformatörün aktif güç formülünden cosαk bulunur.

    \[P_k=\sqrt3V_kI_n\cos\left(\alpha_k\right)\]

Trafonun empedansı hesaplanır. Empedanstan primer ve primere indirgenmiş sekonder devredeki sargı dirençleri ve kaçak reaktansları bulunur. Bu değerler birbirlerine çok yakın değerde olduklarından eşit olarak kabul edilebilir.

    \[Z_k=\frac{\displaystyle\frac{V_k}{\sqrt3}}{I_n}\]

    \[R_k=Z_k\cos\left(\alpha_k\right)\]

    \[R_k=r_1+r'_2\\]

    \[r_1\sim r'_2\\]

    \[X_k=Z_k\sin\left(\alpha_K\right)\\]

    \[X_k=x_1+x'_2\\]

    \[x_1\sim x'_2\\]

Buradan sekonder devredeki sargı dirençleri (r2) ve kaçak reaktanslar (x2) ise dönüştürme oranı kullanılarak elde edilir.

    \[r'_2=ü^2r_2\\]

    \[x'_2=ü^2x_2\\]

Transformatörün Boşta Çalışma Deneyi

Transformatörün boşta çalışma deneyinden manyetik direnci ve reaktansı hesaplanmaktadır. Boşta çalışma deneyinin eş değer devresi aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.


Transformatörün Boşta Çalışma Deneyi Eş Değer Devre Modeli

Transformatörlerde sekonder ortalama boşta çalışma akımı (Io) yapılan deneylerle bulunur. Bu değerle aşağıdaki formülle beraber cosalfa0 değeri bulunur.

    \[P_0=\sqrt3U_0I_0\cos\left(\alpha_0\right)\\]

Boşta çalışma deneyinden sekondere indirgenmiş Rfe ve Xm değerleri aşağıdaki şekilde hesaplanabilir.

    \[I'_{fe}=I_0\cos\left(\alpha_0\right)\\]

    \[I'_m=I_0\sin\left(\alpha_0\right)\\]

    \[Z'_0=\frac{U_0}{I_0}\\]

    \[R'_{fe}=Z'_0\cos\left(\alpha_0\right)\\]

    \[X'_m=Z'_0\sin\left(\alpha_0\right)\\]

Primere indirgenmiş Rfe ve Xm değerleri ise dönüştürme oranı vasıtasıyla hesaplanır.

    \[R_{fe}=ü^2R'_{fe}\\]

    \[X_m=ü^2X'_m\\]

Transformatörün Güç Değerinin Hesaplanması

Görünür güç (S), aktif güç (Pk) ve reaktif güç (Q) aşağıdaki formüllerle hesaplanır.

    \[S=\sqrt3U_nI_n\\]

    \[P=\sqrt3U_nI_n\cos\left(\alpha\right)\\]

    \[Q=\sqrt3U_nI_n\sin\left(\alpha\right)\\]

BENZER İÇERİK:  TRANSFORMATÖRLER | 3. BÖLÜM

TRANSFORMATÖRLER | 1. BÖLÜM

Ekim 10, 2023 / / 0 Comments

TRANSFORMATÖRLER | 1. BÖLÜM

Transformatör Nedir, Neden Kullanılır?

Trafo nedir, neden kullanılır? Trafo çalışma prensibi nasıldır? Elektrik enerjisini santraller vasıtasıyla üretiyor, enerji nakil hatları ile iletiyor ve daha sonra şehirlerde enerjinin kullanılacak şekilde dağıtımını yapıyoruz. Bu proseste transformatörler (kısa adıyla trafolar) büyük önem arz etmektedir.  Hem şehir şebekelerinde hem de enterkonnekte şebekelerde akım/gerilim değerlerinin ve kayıpların kontrol edilmesiyle optimum verimlilik sağlanır.

Enerji Üretimi, İletimi ve Dağıtımı
BENZER İÇERİK:  TRANSFORMATÖRLER | 2. BÖLÜM

Genel anlamda transformatörler (trafolar) elektrik enerjisinde gerilimin bir değerden başka bir değere dönüşümünü yapan elektriksel cihazdır. Trafolar, kendisine gelen gerilimi değiştirdiği için teoride gücün sabit kaldığını düşünecek olursak doğal olarak akımı da değiştirmiş oluyor. Böylece sistemin hem gerilimini hem de akımını değiştirdiği için kayıpları, iletken kesitleri, anahtarlama mekanizması gibi parametreleri de değiştireceğinden elektrik enerjisinin kontrolü istenilen ölçüde yapılabilmektedir. Hareketli bir parçası olmadığı için motor, generatör (alternatör) gibi diğer elektrik makinelerine göre daha verimlidir. %99’lara yakın verimlilikleri vardır ancak yine de kayıplardan dolayı çıkış gücü bir miktar azalacaktır.

Trafo Çalışma Prensibi

Trafo temel çalışma prensibi, elektromanyetizma yasalarına dayanmaktadır. Transformatörlerde birincil sargı (primer sargı) ve ikincil sargı (sekonder sargı) olmak üzere iki sargı bulunur. Bu sargılar yalıtılmış, silisli saclardan oluşan bir çekirdek etrafına sarılır. Elektrik enerjisi, primer sargıya uygulandığında, bu sargıda bir akım oluşur ve bu akım manyetik bir alanın oluşmasına neden olur. Primer sargıdaki akımın büyüklüğü ve yönü, manyetik alanın büyüklüğünü ve yönünü belirler. Bu manyetik akı, çekirdek üzerinden ikincil sargıya iletilir ve ikincil sargı üzerinde bir EMF (elektromotor kuvvet) indükler. Faraday’ın elektromanyetik indüksiyon yasasına göre değişken (alternatif) bir manyetik alan, bir iletkende elektrik akımı üreteceğinden transformatör, bu temel prensibe dayalı olarak çalışır. Sekonder sargı üzerindeki EMF, sekonder devrede bir akımın oluşmasına yol açar. Sekonder sargıdaki sarım sayısı, birincil sargıdaki sarım sayısına göre farklı olduğundan, gerilimin değeri de farklı olacaktır.

Transformatör Çalışma Prensibi
BENZER İÇERİK:  TRANSFORMATÖRLER | 3. BÖLÜM

Trafo Çalışma Prensibi Önemli Özellikleri

Transformatörler, teorik olarak güç ve frekans değişmeden elektrik enerjisinin gerilim değerini değiştirdiğinden akım değeri de otomatik olarak değişir. Böylece enterkonnekte şebekelerde gerilimi yükselterek dolayısıyla akım düşürülerek enerji iletilir. Akımın düşmesi, iletken kesitlerini düşüreceğinden kayıpları azaltır. Ayrıca iletken maliyetlerini de düşürür. Enerji santrallerinde gerilim 400 V, 690 V, 800 V, 6,3 kV veya 11 kV olarak üretilir. Bir yükseltici (step-up) trafo vasıtasıyla şebekenin kullanım durumuna göre, orta gerilime daha sonra ise yüksek gerilime çıkarılır. Enerji iletim hatlarıyla güç, uzun mesafeler kat ettikten sonra yine bu sefer indirici (step-down) trafolar ile önce orta gerilime daha sonra günlük hayatta kullanıma uygun alçak gerilim (400V veya 220 V) seviyesine indirilir. Türkiye’de orta gerilimde transformatörler 15,8 kV, 31,5 kV veya 34,5 kV seviyelerinde kullanılıyorken, yüksek gerilimde bu değerler 110 kV, 154 kV veya 380 kV’dur. Başka ülkelerde farklı gerilim değerleri kullanılmaktadır.

BENZER İÇERİK:  YAĞLI TİP TRANSFORMATÖRLER

Trafoların verimlerinin %99 mertebelerinde olmasından dolayı şebekedeki kayıpları düşük oranda etkilidir. Elektrik şebekelerinde çok sayıda transformatör kullanıldığı için kayıplarda yapılacak küçük iyileştirmeler bile tüm sistemin verimliliğinde büyük katkılar sağlamaktadır. Bu yüzden trafo üreticileri, %99 olan verimi daha yukarıya, %100’e yakın bir seviyeye çıkarmaya çalışmaktadır.

Transformatörlerin iletkeni ya alüminyum ya da bakır sargıdır. Bakır sargılı trafolar halen günümüzde kullanılmaktadır ancak maliyetinden dolayı artık alüminyum sargılı trafolar daha çok tercih edilmektedir. Alüminyum daha düşük maliyette bir iletken olduğu için bakıra göre mukavemeti daha sert olsa da teknolojinin gelişmesiyle aynı kayıplarda ve test değerlerinde alüminyum sargılarla trafolar üretilebilmektedir.

BENZER İÇERİK:  KURU TİP TRAFOLAR

Transformatör Çeşitleri Nelerdir?

Faz sayısına göre trafolar; monofaze ve trifaze olmak üzere iki çeşittir. Trifaze yani üç fazlı transformatörler güç sistemleri ve dağıtım şebekelerinde kullanılırken, monofaze transformatörler genelde alçak gerilim otomasyon sistemlerinde veya güç elektroniğinde kullanılmaktadır.

İzolasyon şekillerine göre trafolar; kuru tip ve yağlı tip trafolar. Kuru tip transformatörler, patlama özelliği olmadığı için insanların yoğun olduğu alanlarda (hastane, otel, tiyatro alanları vb.) kullanılırken, yağlı tip trafolar ise fabrikalarda, güneş enerjisi tesislerinde vb. yerlerde dış ortama açık ve ağır şartların olduğu yerde kullanılır.

Kuru Tip Transformatörler
BENZER İÇERİK:  TRAFOLARIN PARALEL BAĞLANMA KOŞULLARI

Kullanım yöntemine göre trafolar; güç trafoları, dağıtım trafoları, indirici ve yükseltici trafolar, ölçü transformatörleri, özel amaçlı transformatörler. Transformatörler uygulamaya göre istenildiğinde her türlü kullanıma uygun olarak üretilebilir. Burada sadece birkaç tipin verildiğini belirtmek gerekir çünkü daha fazla trafo tipi de bulunmaktadır. Güç transformatörleri enerji santrallerinde veya şehir & enterkonnekte şebekelerde kullanılır. Güç değerleri yaklaşık 5 MVA ile 1000 MVA arasında değişir. Dağıtım transformatörleri ise en fazla 5 MVA’ya kadar üretilirken, şehir şebekelerindeki orta gerilimi başka bir orta gerilime veya 400 V’luk alçak gerilime dönüştüren trafolardır. İndirici (step-down) ve yükseltici (step-up) trafolar ise aslında birer dağıtım veya güç transformatörleridir. Sadece primer sargılarına gelen gerilimin değerini eğer sekonder sargılarında düşürüyorsa indirici tip (step-down), yükseltiyorsa yükseltici tiptir (step-up). Ölçü transformatörleri ise karşımıza akım transformatörleri ve gerilim transformatörleri olarak çıkar. Bu trafolar, akım ve gerilim sinyallerinin doğru bir biçimde ölçülmesinde kullanılmaktadır. Özel amaçlı transformatörler ise çok geniş bir yelpazeye sahiptir. Birkaç tip örnek verecek olursak; izolasyon trafoları, yüksek frekans darbe transformatörleri vb. gibi trafo tipleri sayılabilir.

Yağlı Tip Transformatörler

Bu belirtilen trafo tipleri, transformatörlerin sadece birkaç çeşidini kapsar. Her bir transformatör türü, belirli bir uygulama veya işlev için tasarlanır ve farklı özelliklere sahiptir. Uygulamanın gereksinimlerine ve çalışma koşullarına bağlı olarak farklı transformatör türleri kullanılır. Bu makalede daha çok endüstriyel tesislerinde, güç ve enerji sistemlerinde kullanılan transformatörlerden bahsedilse de bunların yanında transformatörler yaygın şekilde elektronik cihazlarda, güç elektroniğinde ve otomasyon sistemlerinde de kullanılmaktadır. Sonuçta gerilimi sadece 220 V ve üzeri devrelerde değil, mV mertebelerinde veya 220 V ve altındaki değerlerde kullanılan elektronik, haberleşme, telekomünikasyon, tıbbi cihazlar gibi yapılarla da büyük ölçüde kullanılmaktadır.

BENZER İÇERİK:  TRANSFORMATÖR BAĞLANTI GRUPLARI VE GRUP AÇILARI
« Older posts

KATEGORİLER

SOSYAL MEDYA

İLETİŞİM

    © 2024 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ

    Theme by Anders Noren — Up ↑