Jeneratör Voltaj Regülatörü

Günümüzde, Türkiye şartlarında jeneratör, pek çok sebepten dolayı ihtiyaç olma özelliğini sürdürmektedir. Biz bu yazıda temel çalışma prensiplerini anlatacağız. Bu konunun en başında, hiç şüphesiz ayarlama konusu gelmektedir. Çünkü, jeneratör denilince ilk akla gelen elektrik üreten makineler olmalarıdır. Fakat, söylenmese de herkes tarafından, bu üretilen elektriğin düzenli olması kastedilmektedir.

Ayarlama ile ilgili genel açıklamalar:

Ayarlamanın Gerekliliği:

Bir şehrin elektrik şebekesinde yük değişimleri, şebekeyi besleyen kuvvet santralinde bulunan turbo jeneratör gurubunun devir sayısına ve gerilimine etki yapar. Bu durum dizel veya benzin gibi yakıtlarla veya termik ve nükleer yakıtlarla çalışan küçüklü, büyüklü bütün jeneratörler için de geçerlidir. Ayarlama yapmaksızın (veya yapılmaksızın) yükün ani olarak kalkması veya artması halinde jeneratörün devir sayısının kritik devir sayısına çıkması veya nominal devir sayısının altına düşmesi gibi hiç arzu edilmeyen durumlara sebebiyet verir. Bu gibi hallerden herhangi biri jeneratör çıkış geriliminin yükselmesi veya azalması gibi kusurlu durumların ortaya çıkmasına neden olur. Bunun sonucu yüklerin çalışma düzenleri bozulur ve istenmeyen arızalar ve verim kayıpları ortaya çıkar.

TANIMI:

Herhangi bir büyüklük (devir sayısı, sıcaklık, gerilim,...), dıştan bir etki olmaksızın, herhangi bir değişime maruz kalıyorsa, bunun ya zamana bağlı olmadan sabit tutulmasına, veya bir büyüklüğe veya başka birçok büyüklüklere belirli bir şekilde bağlı olarak değiştirilmesine AYARLAMA denir.

SİSTEMİ (Bağlantı ve Çalışma Sistemi Açısından):

Sistem üzerine, ayar edilen büyüklük tarafından ya doğrudan doğruya veya bir vasıta ile etki yapan ayar devresi vardır. Bu kapalı bir devredir. Sistemde meydana gelen istenmeyen değişiklikleri sürekli kontrol ederek meydana gelen sapmaları sisteme etki ederek anında mümkün olduğu oranda düzeltmeye çalışır.



S= Ayarlanacak sistem
R= Regülatör (ayar) devresi

Şekil 1— Bir sistem ve ayar devresinin blok diyagramı

AYAR DEVRESi:

Bir ayarlama, regülatörle ayarı arzu edilen büyüklüğü elde etmek için kumanda verilen sistem birliği AYAR DEVRESİNİ meydana getirmektedir. Ayar devresi, bu durumda ayarlanacak sistem ile regülatör olmak üzere iki kısma ayrılmaktadır. Alternatörlerde, uyartım dinamosu sistemi ile gerilim regülatörü bir ayar devresi teşkil etmektedir. Burada ayarlanacak sistemler, alternatör -uyartım dinamosu ve ayarlayacak sistem ise regülatördür.

Ayarlamanın etüdünde ve stabilitenin aranmasında geçen büyüklükler:

Ayar Büyüklüğü:(X): Ayarlanacak sistemden (alternatör - uyartım dinamosu) regülatöre tatbik edilen gerilimin değişen miktarına denir.
Kumanda Büyüklüğü (W): Arzu edilen gerilim değerinde tutulması için regülatöre etki yapan büyüklüğe denir.
Manevra büyüklüğü (Y):Regülatörden ayarlanacak sistemlere gidecek olan büyüklüğe denir.
Bozucu büyüklüğü (z) :Alternatörün yüklenmesi ile doğan ve dolayısı ile ayarlanacak sisteme etki yapan büyüklüğe denir.



Şekil 2— Çeşitli büyüklüklerin etkisi altında kalan bir ayar devresi.

JENERATÖRLERLE İLGİLİ AYARLAMADA KULLANILAN KISA BİLGİLER:

Jeneratörlerde alternatörün toplam amperi, Üç fazın akımlarının ortalamasına eşittir. Diğer bir şekliyle, alternatörün KW değerinin iki katına eşittir. Bunu şöyle ifade edebiliriz (formülize ederek):

100 KVA'lık bir jeneratörden 80 KW yükleme yapılabilir. Bu yükleme değeri maksimum olarak ulaşılan en yüksek değerdir. Jeneratörlerde KW değeri KVA değerinin 0,8 Cos ile çarpımı bulunur. Bu durumda KVA=KW*Cos formülü bize KVA ve KW arası ilişkiyi veriyor. Bunun anlamı şudur: Bir jeneratörde KVA her durumda sabit olan değerdir. KW değeri ise, Cos ile doğru uzantılıdır. Endüktif yüklerde Cos değeri düştüğünden, KW değeri de düşer.

Alternatörlerin ikazı, toplam KW'sının % 3'üdür. Bu, % 3'lük ikaz değeri, ikaz dinamosunda %10 oranında daha azdır (10' da bir daha az). Bir alternatör, 100 KW'lık ise, ana ikaz gücü 3 KW olur. 3KW=3000W 'dır. 3000 W 'dan ikaz akımı ve ikaz voltajını tespit etmek için elektrikte güç formülünü kullanırız. (Watt = Volt*Amper) P=I.V . Elektrik devrelerinde güç, gerilim ve akımın çarpımından elde ediliyor. Bu, 100 KW'lık jeneratörün ikaz voltajı 50 volt ise, ikaz akımı 60 amperdir. Eğer, bu jeneratörün pilot ikazı varsa, O zamana ikazdaki 3000 Watt'lık gücün onda birini alırız. Bu, takdirde jeneratörün ikazı (pilot ikazı) gücü, 300 Watt olur. Bu, pilot ikazın voltajı 50 volt ise, akımı 6 Amper olur.

Pilot ikaz, jeneratörün ikaz gücünü, onda bir oranında düşürmek için yapılmış ve jeneratörün ikazını besleyen bir dinamodur. (Dinamo doğru akım üreteçleridir.) Pilot ikaz dinamoları iki tipte yapılmaktadır. Birinci tip kömürlü olan dinamolardır. İkinci tip ise, döner diyotlu denen tiptir.

Jeneratörlerin ikaz dinamoları, aslında birer doğru akım jeneratörüdür. Ürettikleri doğru akım voltajını, alternatörün yine doğru akımla çalışan ikaz sargısına vererek, alternatörün elektrik üretmesine neden olur.

Buraya kadar anlatılanlar kısaca, jeneratörlerin çalışma prensibi hakkında sanırım yeterince bilgi vermektedir. Tabii, bu bilgiler jeneratörlerin elektrik üreten bölümleriyle ilgili olanlardır. Jeneratörlerde, alternatörün rotorunun dönmesini sağlayan ünitenin olması gerekir. Su gücü veya dizel motor gibi.

JENERATÖR VOLTAJ AYAR REGÜLATÖRÜNÜN İŞLEVİ:

Jeneratörlerde, alternatörden çekilen akımın (yükün çektiği akımın), alternatörün çıkışlarında (fazlarda) meydana getirdiği kayıpların, ikaz sargılarının beslenerek karşılanması gerekir. Bu ise, ikaz sargılarının, çekilen yük ile doğru orantılı olarak voltajının artırılması ile olur.

Yükte meydana gelen değişimlerin neticesinde ortaya çıkan kayıpların aynı anda ikaza voltaj verilerek (ikazın voltajı, dolayısıyla akımının arttırılması) karşılanması ve böylece alternatörün çıkışının sabit tutulması için yapılan işleme regülasyon denir.

Regülasyonla, alternatörün çıkış akımının, her türlü yükte (jeneratörün maksim güç sınırları dahilinde,) stabilizasyonunu sağlama işlemi yapılır. Bu stabilizasyonu sağlayan, stabilizasyonu amaçlayan her türlü devre ve düzeneklere jeneratör voltaj regülatörü denir. Voltaj regülatörleri, jeneratör çıkışında yükte meydana gelen değişimlere göre, oluşan akım düşümü veya akım yükselmesi gibi olaylara ters orantılı alarak ikaz sargısının voltajını ayarlamaktadır. Bu, ayarlama, alternatörün sargılarındaki manyetik akıyı değiştirerek (ayarlayarak) çıkıştaki kayıpları karşılamaktadır. Alternatördeki ikaz sargıları mıknatıslanmayı sağlamaya yöneliktir. Tabii mıknatıs uygun olmadığından, alternatörün mıknatıslanması işlemi ikaz sargıları ile yapılar. Bu sargılarda oluşan manyetik alan kutuplaşması, alternatörde, çıkıştan elektrik enerjisi elde edilmesine neden olur. Tabii olarak bu manyetik alanın işe yaraması için alternatörün dönmesi gereken bölümlerinin (rotor) döndürülmesi gerekir.

Biz bu konuda, alternatör ve ilgili bölümlerine girmeden voltaj regülatörünü inceleyeceğiz. Alternatörlerle ilgili pek çok konu içinden sadece voltaj regülatörleri ile ilgili olan kısmına değineceğiz.

ALTERNATÖR:

Alternatör, alternatif akım üreten makinalardır.
Alternatörlerin yapısı, genel olarak iki ana bölümden oluşur.

a - Endüvi (stator).
b - Endüktör (rotor) veya kutuplardır.

Alternatörlerde stator genel olarak duran kısımda bulunur. İç tarafında oluklar açılmış olup 0,30 ile 0,50 mm kalınlığında özel silisli çelik saç paketlerinden yapılır. Stator nüvesinde sargıların yerleştirilmesi için açılan olukların sayısı genel olarak 3 fazlı sarıma olanak verecek kadardır. Yani kutup başına (2p), oluk sayısı (x), X/2P*m tam sayı verecek şekilde yapılır, (m : faz sayısı) Fakat büyük güçlü alternatörlerde gerilim dalgasında meydana gelen harmoniklere engel olmak için kutup başına oluk sayısı kesirli olabilmektedir.

Alternatörler iki şekilde yapılır:

1. Statoru dönen, rotoru duran alternatörler.
2. Statoru duran, rotoru dönen alternatörler.

Statoru dönen, rotoru duran alternatörler küçük güçler için yapılırlar. Statoru duran, rotoru dönen alternatörler ise, yüksek gerilimli ve büyük güçler için yapılırlar. Bunlar, imalat için tercihe göre seçilir.

Alternatör, bir senkron motor olduğundan bir gerilim verildiğinde bir motor olarak (dönerek) da çalışır.