Senkron jeneratör (alternatör) nedir?
Çalışma prensibi
Senkron jeneratör mil gücünü üç fazlı AC güce çevirir. DC alan akımı rotoru mıknatıslar, dönen kutuplar stator sargılarında bir E_f EMK’sı indükler. Rotor tam olarak n = 120·f/p senkron hızıyla dönmelidir; 4 kutuplu bir makine 1500 dev/dk’da 50 Hz verir. Faz başına E_f = V + jXs·I yazılır: uç gerilimi, uyartım EMK’sından senkron reaktans üzerindeki düşümün çıkarılmasıyla bulunur ve E_f, V’nin δ yük açısı kadar önündedir. Dünyadaki elektriğin neredeyse tamamı, alternatörleri döndüren türbinlerle üretilir.
Tek başına çalışma ve gerilim regülasyonu
Alternatör kendi yükünü beslerken hız frekansı, alan akımı gerilimi belirler; akımı ise yük belirler. Motor gibi geri (endüktif) bir yük armatür reaksiyonunu zayıflatıcı yapar, gerilim düşer ve alanın artırılması gerekir. Birim güç faktörlü yük gerilimi daha az düşürür; ileri (kapasitif) yük makineyi mıknatıslar ve gerilimi boştaki değerinin üstüne çıkarabilir. Gerilim regülasyonu (E_f − V)/V’dir: geri yüklerde pozitif, ileri yüklerde negatiftir.
Paralel çalışma ve senkronizasyon
Alternatör şebekeye bağlanmadan önce dört koşul sağlanmalıdır: gerilimler eşit, frekanslar eşit, faz sırası aynı ve faz açısı sıfır olmalıdır; bunu senkronoskop gösterir. Kesiciyi adımsız kapatmak büyük bir akım darbesine ve sert bir tork şokuna yol açar. Şebekeye bağlandıktan sonra gerilim ve frekans baraya aittir: etkin gücü türbin momenti, reaktif gücü alan akımı belirler. Aşırı uyarılmış makine reaktif güç verir, az uyarılmış makine reaktif güç çeker.
Yük açısı, kararlılık ve kapasite
Etkin güç P = 3·V·E_f·sin δ / Xs olduğundan δ türbin gücüyle büyür. δ = 90°’de güç yaklaşık 3·V·E_f/Xs değerinde tepe yapar; bunun ötesinde rotor kutup kaydırır ve senkronizma kaybolur. Daha güçlü bir alan bu sınırı yükseltir. Kapasite (P–Q) diyagramı bütün sınırları toplar: stator ısınması (armatür akımı çemberi), rotor ısınması (alan akımı çemberi), tahrik gücü ve kararlılık sınırı.
Sık sorulan sorular
- Geri yük eklenince uç gerilimi neden düşer?
- Geri akım, alan akısına ters yönde bir armatür reaksiyonu akısı üretir ve ayrıca senkron reaktans üzerinde gerilim düşürür. İkisi de neredeyse E_f ile aynı doğrultuda etki eder, bu yüzden V birim güç faktörlü yüke göre daha çok düşer. Gerilimi tutmak için alan akımını artırırsınız. İleri yük ise tersini yapar ve gerilimi yükseltebilir.
- Şebekedeki bir alternatörün etkin ve reaktif gücü nasıl kontrol edilir?
- Gerilimi ve frekansı şebeke tutar, bunları siz seçemezsiniz. Türbin vanasını açmak mil momentini, dolayısıyla etkin gücü ve yük açısını artırır. Reaktif gücü alan akımı değiştirir: daha fazla vermek için artırın, çekmek için azaltın. İkisini de simülatörde deneyin ve P ile Q’yu kapasite diyagramında izleyin.
- Türbin gücü çok yüksek olursa ne olur?
- Yük açısı kararlı hal sınırı olan 90°’ye kadar büyür. Bunun ötesinde elektriksel güç türbin gücünü dengeleyemez, rotor hızlanır ve şebeke alanına karşı kutup kaydırır; makine devreden çıkarılmalıdır. Daha büyük alan akımı sınırı yükseltir, bu yüzden az uyarılmış makine senkronizmadan ilk çıkan olur.