Bilgi paylaştıkça çoğalır.

Etiket: alternatör

DİZEL JENERATÖR NASIL ÇALIŞIR?

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.

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.

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.

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.

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.

SENKRON MOTORLAR

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.

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.

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.

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.

    \[n_s=\frac{60f}p\]

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

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.

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.