Jeneratörlerin Yapısı Ve Çalışma Prensibi

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 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  ve endüktör .

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.
Jeneratörlerin Kullanıldığı  Yerler
1)Elektriğin sıkça kesildiği yerlerede
2)Elektrik enerjisi bulunmayan şantiye vb. alanarda
3)Güç kesintisinin yaşanmaması gereken hastane, banka gibi kurumlarda
4)Baz istasyonu, tv vericisi gibi yapılarda
5)Şehir şebekesini kullanamayan inşaat alanlarında jeneratörler kullanılabilmektedir.

Jeneratörler alternatif akım jeneratörü ve doğru akım jeneratörü olmak üzere iki çeşittir.

A) Alternatif (Dalgalı) Akım ve Alternatif Akım Jeneratörleri :

1)Alternatif (Dalgalı) Akım :
Yönü ve büyüklüğü sürekli değişen akıma alternatif akım veya dalgalı akım denir.Alternatif akım “AC” harfleri ile gösterilir
Alternatif akımın;
• Yönü ve büyüklü sürekli değişir.
• Bazı araçlarla (doğrultucu ve diot) doğru akıma çevrilebilir.
• Üzerinden geçtiği teli ısıtır.
• Alternatif akım jeneratörleri ile üretilir.
2)Alternatif (Dalgalı) Akım Jeneratörleri (Alternatörler) :

Alternatif akım üretmek için kullanılan araçlara alternatif akım jeneratörü veya alternatör denir.

Alternatörlerde, elektrik motorlarında olduğu gibi bir mıknatısın magnetik alanı içinde bulunan ve dönebilen bir tel
çerçeve bulunur. Bu tel çerçeveye bobin veya armatür denir. Tel çerçevenin iki ucu iki farklı metal bileziğe (halkaya) bağlıdır. Bu metal bileziklere toplaç veya kolektör veya komütatör denir. Toplaçlara dokunan (ve akımın alındığı) iletken (metal) şeritlere fırça denir.

Tel çerçeve (bobin = armatür) magnetik alan içerisinde sürekli dönderilirse, indüksiyon akımında olduğu gibi tel çerçevenin içerisinden geçen magnetik alan kuvvet çizgilerinin sayısı sürekli değişir. Bu sayede tel çerçevede yönü ve büyüklüğü sürekli değişen bir akım oluşur. Bu akım alternatif akımdır.

Alternatif akım oluşurken;
• Tel çerçeve magnetik alan kuvvet çizgilerine dik olduğunda, tel çerçeveden geçen magnetik alan kuvvet çizgilerinin sayısı
en fazla olacağı için akım en büyük (yani maksimum) değeri alır.
• Tel çerçeve magnetik alan kuvvet çizgilerine paralel olduğunda, tel çerçeveden magnetik alan kuvvet çizgileri geçemeyeceği
için akım sıfır olur.
• Tel çerçeve 1 kez dönderilirse (tam devir yaparsa) akım 2 kez yön değiştirir.
• Tel çerçeve ilk duruma göre;
– 900 dönerse akım maksimum (max) olur.
– 1800 dönerse akım sıfır olur.
– 2700 dönerse akım zıt yönde maksimum (max) olur.
– 3600 dönerse akım sıfır olur.

B) Doğru Akım ve Doğru Akım Jeneratörleri :

1- Doğru Akım :
Yönü ve büyüklüğü zamanla değişmeyen, (+) ve (–) kutupları sabit (belirli) olan akıma doğru akım. Doğru akım DC harfleriile gösterilir.
Doğru akımın;
• Yönü ve büyüklü zamanla değişmez.
• (+) ve (–) kutupları sabittir.
• Üzerinden geçtiği teli ısıtır.
• Doğru akım jeneratörleri ile üretilir veya alternatif akımdan doğrultucu denilen araçlarla elde edilir.

2- Doğru Akım Jeneratörleri (Dinamolar) :
Doğru akım üretmek için kullanılan araçlara doğru akım jeneratörü veya dinamo denir.
Doğru akım jeneratörleri apı ve çalışma yönünden alternatif akım jeneratörlerine benzerler. Alternatörlerden tek farkı, telçerçevenin uçlarında toplaç olarak iki metal bilezik yerine iki yarım bilezik bulunmasıdır.
Doğru akım jeneratörlerinde tel çerçeve (bobin = armatür) magnetik alan içerisinde dönderilirse, alternatif akım
jeneratörlerinde olduğu gibi tel çerçevenin içerisinden geçen magnetik alan kuvvet çizgilerinin sayısı sürekli değişeceği için akım bir yönde oluşur. Oluşan akım, yarım bilezikler (toplaçlar) sayesinde fırçalara iletilir ve yönü değişmeyen doğru akım elde edilmiş olur.

Jeneratörün Özellikleri :
1)Regülasyon: Regülasyon, giriş gerilimindeki değişimlerin kontrol edilmesidir. Türkiye şartlarında şebeke gerilimindeki değişim -20 ile +15 arasında değişmektedir. KGK’lardan beklenen çıkış gerilimini +- yüzde 1 hata payı ile düzenlemesidir.

2)Gerilim Kararlılığı: Gerilim kararlılığı, çıkış geriliminin değişen şartlar altında sabit kalmasının sağlanmasıdır.

3)Yüke Karşı Regülasyon: Çıkışa bağlanan yüklerdeki değişime rağmen çıkış geriliminin sabit kalmasının sağlanmasıdır. KGK lardan beklenen hata payının +- yüzde 1 den ufak değerlerde olmasıdır.

4)Ani Yüke Karşı Regülasyon: Çıkış yükünün ani değişimi, şebeke geriliminin kesilmesi ve gelmesi hallerinde çıkışta olacak değişimin +-yüzde 10’dan küçük olması hedeflenir. Frekans Kararlılığı: Çıkış yükünün ani değişimi, şebeke geriliminin kesilmesi ve gelmesi hallerinde çıkışta olacak değişimin +-yüzde 10’dan küçük olması hedeflenir.

5)Aşırı Yük ve Kısa Devre Koruması: Çıkışta oluşabilecek aşırı yüklenme ve kısa devrelere karşı KGK’ nın kendini koruması, arızalanmaması ve çalışmayı sürdürmesi gerekmektedir. Yüzde 150 aşırı yükte KGK’ nın gerilim regülasyonun da en az 1 dakika süreyle çalışabilmesi ve hata durumu ortadan kalktığında herhangi bir operasyona gerek kalmadan çalışmasını sürdürmesi beklenir.

6)Toplam Harmonik Distorsiyon (THD): THD, çıkış geriliminde oluşan harmoniklerin bir ölçüsüdür. Bu harmonikler radyo, telsiz gibifrekans bağımlı cihazların çalışmasını etkileyebilir. Bu yüzden bu değerlerin lineer yükte yüzde 3’ten, nonlineer yüklerde ise yüzde 5 ten küçük olması istenir. Modern KGK larda PWM ( Darbe Genişlik Modülasyonu ) kullanılarak harmoniklerin değeri azaltılmaktadır.

7)Yüksek Verim: Her cihazda olduğu gibi KGK’larda da enerji kayıpları oluşur. Önemli olan bu kaybın düşük tutulmasıdır.Dolayısıyla yüksek verimli cihazlar tercih edilmelidir. Akü: Kesintisiz Güç Kaynağı’nda gücün sürekliliğini sağlamak için aküler kullanılmaktadır.

Jeneratörler hakkında yazdığım makalemin sonuna gelmiş bulunmaktayim.Bir dahaki makalemde görüşene dek esen kalın