elektrik makineleri 4. kitap

SENKRON MAKİNELER  SENKRON GENERATÖRLER  (ALTERNATÖRLER) SENKRON MOTORLAR 

1

1. BÖLÜM SENKRON GENERATÖRLER  (ALTERNATÖRLER)

—. Giriş. — Senkron makinelerin genel yapılası. — Stator (Endüvi) (Endüvi) ve yapısı.  — Rotor (Endüktör veya veya kutuplar) ve yapısı.

GİRİŞ: Günümüde kullanılan ener!ilerin en önemlilerinden "iri de elektrik ener!isidir. Elektrik  ener!isi genel olarak "ir yakıtı yanması veya su düşümü yolu ile elde edilir. Son amanlarda  "aı atomların par#alanması sonu$u ortaya #ıkan #ok kuvvetli ısı ener!isi de elektrik  ener ener!is !isin inin in elde elde edilm edilmes esin inde de kull kullan anıl ılma makt ktad adır ır.. Elek Elektr trik ik ener ener!i !isi sini ninn üret üretim im%% ilet iletim im ve da&ıtımındaki gelişmeler ile öteki ener!ilere kolay$a dönüştürüle"ilmesi% "u ener!iyi da'a #ok  kullanılır duruma getirmiştir. Elektrik ener!isi do&ru ve alternati akım olarak üretilir. o&ru ve alternati akımın "ir"irine göre "aı üstünlükleri ve sakın$aları vardır. o&ru akım i#in en önemli "irka# öellik şu şekilde sıralana"ilir 

 — Elektrikle yapılan yüey kaplama$ılı&ı (Galvanoplasti) (Galvanoplasti) ve maden arıtma islerinde do&ru akım gereklidir.  — o&ru akımı akımı depo edilip tekrar kullanıla"ilir. kullanıla"ilir. (*kü gi"i)  — o&ru akım makinelerinin makinelerinin devir ayarları ayarları geniş sınırlar i#inde yapıla"ilir. yapıla"ilir. *lternati akım i#in de şunlar söylene"ilir+  —*lternati akım makineleri makineleri "üyük gü#lü gü#lü olarak yapıla"ildi&i yapıla"ildi&i i#in üretilen ener!inin "irim iyatı u$u olur. *lternati akımda kullanılan transormatörler yardımı ile ener!i iletimini ve da&ıtımı verimli "ir şekilde yapıla"ilir. *lternati akım makinelerinin "akımları kolay olup do&ru akım makinelerine göre da'a a arıa yaparlar. Elektrik ener!isi da'a #ok alternati akım olarak üretilmektedir. o&ru akım gereken yerlerde gene alternati akımdan aydalanılmakta ve alternati akım do&ru akıma dönüştürülerek kullanılmaktadır. *lternati akım SE,-R, GE,ER*/0RERE GE,ER*/0RERE üretilir. Senkron generatörlere kısa$a 2*//ER,*/0R3 denmektedir. 4ugün 56— 76-8 gerilimlere ve 1599 :8* gü#lere kadar  alternatörler yapıla"ilmektedir. ;retilen alternati akım genel olarak ;# alıdır. *n$ak "aı durumlar i#in (örne&in elektrikli tren şe"ekeleri gi"i.) "ir alı üretim de yapılmaktadır. yapılmaktadır.

ALTERNATÖRLERIN GENEL YAPILARI *lternatörler genel olarak iki ana "ölümden oluşur. 4unlar+ 4unlar+ a) S/*/R (E,8" 4,4 K9a,8a:   Juvarlak (dü) kutuplu alternatörlerde rotor  yüeyinin 1O5 ü "oş "ırakılarak% sargılar rotorun% ?O5Püne sarılır. 4öyle$e endüklenen emk nın da'a ala sinüsoidal olmasına yardım$ı olunur. ? % A,a; Ba+a,*5*,* Y*-*= Ya78a:   5 alı alternatörlerde u# "a&lantısı yıldı yapılırsa gerilimdeki "aı 'armonikler giderildi&i i#in gerilim da'a dügün olur. b)ALTERNATÖRLERDE MAGNETİK AKI DA@ILIŞI:

*lternatörlerde 'ava aralı&ındaki akı da&ılışı kutup şekillerine "a&lıdır. -utuplarla endüvi arasındaki 'ava aralı&ı kutup yüeyi "oyun$a aynı ise Aekil+ 5B5. de görülen emk elde edilir. 4u emk.Pnın sinüs e&risinden olduk#a arklı oldu&u görülmektedir.

Cıkıntılı kutuplar ile endüvi arasındaki 'ava aralı&ı kutup yüeyi  "oyun$a aynı aynı de&ilse "u akımın oluşturdu&u oluşturdu&u emk.Pnın şekli% şekli% Aekil+ 5 V 7

1F

deki gi"idir. 4urada 'ava aralı&ı kutupların ortasında a% u#lara do&ru da'a aladır. 4u şeki şekild ldee kutu kutupl plar arıı olan olan alte altern rnat atör örle lerd rdee endü endükl klen enen en emk. emk. sinü sinüss e&ri e&risi sine ne #ok #ok yakın akındı dır. r. (*lt (*lter erna natö törle rlerd rdee 'ava 'ava aral aralı& ı&ıı 6m 6mm m den den 6 $m ye kada kadarr ola" ola"il ilir ir..) Juvarl varlak ak kutu kutupl pluu alternatörlerde 'ava aralı&ı 'er yerde aynıdır. Gerilimin sinüs e&risine "enemesi i#in "u dea rotor sargılarında da'a ön$e söü edilen düenlemeler yapılır.

) ADIM VE DA@ITIM KATSAYILARI: *lternatörlerde endüvi sargıları tam adımlı ve kısa adımlı olarak iki şekilde sarılır. /am adımlı sargıda "o"inin "ir kenarı , kut"u altında iken ö"ür kenarı tam S kut"u altındadır. , ve S kutupları "ir"irinden 19 elektrik dere$esi a arkı oldu&undan% tam adımlı "ir "o"inin 'er iki kenarında endüklenen emk. "ir"irine eklene$ek şekildedir. şekildedir. Aekil+ 5B6. de tam adımlı "ir   "o"in ve "o"inin 'er iki kenarında endüklenen emk. ların toplanışını görmekteyi. 4una göre  "o"in gerilimi E% "o"inin 1. kenarında endüklenen E1% gerilimi ile ?. kenarında endüklenen E? geriliminin toplamına eşittir (E  E1 W E?). *n$ak E1  E? oldu&undan E  ?E1 veya %E ?E? yaıla"ilir. /am adımlı sargıda "o"in adımı J"% kutup adımı Jk ya eşittir.

1

Aeki Aekil+ l+ 5 BD. BD. da ise ise aynı aynı "o"i "o"ini ninn kısa kısa adım adımlı lı sarı sarıld ldı& ı&ın ınıı görü görüyo yoru ru. . 4u duru durumd mdaa endüklenen emk.Pda kü#ülmüştür. 4urada "o"inin 1. kenarı , kut"u altında iken ö"ür kenarı S kut"u altında olmayıp a#ısı kadar a arklı uaklıktadır. 4unun anlamı "o"inin 'er iki u$unda endüklenen gerilimlerin aralarında kadar a arkı olmasıdır. 4o"in adımı J". kutup adımı Jk dan kü#üktür. J" X Jk. 4u şekildeki sargılara da kısa adımlı sargı adı verilir. 4o"inin toplam gerilimini "ulmak i#in vektöriyel toplam yapılır. ( β   "o"in adımının kısalan kısmının elektriksel a#ısıdır.) a#ısıdır.) *ynı *ynı "o"ini kısa adımlı sardı&ınıda endüklenen emk.Pnın% tam adımlı sardı&ını aman endüklenen emk.Pya emk.Pya oranı adım katsayısının (-a Yyı) verir. -a  -ısa adımlı adımlı "o"in emk.ti O /am /am adımlı adımlı "o"in emk.ti veya  β   Ka = $os ?

yaıla"ilir. -ısa adımın tam adıma adıma oranına (a) dersek% dersek% a  -ısa adım O /am adım olur. *dım katsayısı -a  19 .(l—a) O ? şeklinde veya kısa$a -a  $os ZH9 (1—a) [ olarak gösterile"ilir. 4ir aın "ir kutup altındaki "o"inleri aynı olu&a sarılma. Sargılar   "irka# olu&a da&ıtılır. 4una göre da&ıtılmış "o"inlerin emk. ları toplamı% "o"inin da&ıtılmadı&ı durumdaki emk. tinden da'a kü#üktür. 4o"inleri da&ıtmakla% endüklenen emk. 1H

nın sinüs sinüsoid oidal al olm olmas asına ına yardım yardım$ı $ı olu olunma nmakta ktadır dır.. emek emek ki "o"inl "o"inler er da&ıtıl da&ıtıldı& dı&ıı aman aman endüklenen emk. ti "ulmak i#in% da&ıtılmamış "o"in emk% tini 1 den kü#ük "ir sayı ile #arpmak gerekir. gerekir. 4u sayıya da&ıtım katsayısı denir ve (-d) ile gösterilir. 4una K-  Da+**8* b6b/, 099b9 8./ > Da+**8a8* b6b/, 09b9 8./

 olarak "elirtilir. 4ilindi&i gi"i "ir aın "ir kutup altındaki oluk sayısı (\)L oluk sayısı (K)% aQ sayısı (m) ve kutup sayısı (?>) ye "a&lı olarak de&işir. 4una göre% C  =

 X 

şeklinde "ulunur.

? P .m

luklar arasıdaki elektriki a#ıyı katsayısı ormülünü% SinC .  Kd  = C .Sin

α   ile gösterirsek genel da&ıtım

α  ?

α 

şeklinde yaıla"ilir.

?

) ENDÜKLENEN EMK.CNIN &ESABI:

-ısa adımlı olarak sarılan da&ıtılmış "o"inli "ir alternatörün emk. ti%  E  ?% ??.  f  .φ . Z . Ka. Kd .19 G (8) ormülü ile "ulunur. a'a ön$eki a#ıklamalarda endüklenen emk. ormülünde -a ve -d  "ulunmamaktaydı.  "ulunmamaktaydı. *n$ak *n$ak "o"in kısa adımla ve da&ıtılmış şekilde sarılmışsa ormül -a ve -d gi"i "irden kü#ük katsayılarla #arpılmalıdır. -a ve -d i#in $etveller 'aırlanmış olup% 'esaplamak yerine "u $etvellerden aydalanıla"ilir. aydalanıla"ilir. 4u $etveller 'em 1 alı 'em de 5 alı  alı alternatörler  i#in düenlenmektedir. \etvel+ 5B1 de 1 ve 5 alı alternatörlerin #eşitli da&ıtım katsayıları verilmektedir. -utu -utupp "aşı "aşına na oluk oluk sayı sayısı sı(\ (\)) 1 al alıı alt. alt. (-d) (-d) 5 al alıı alt alt (-d) (-d) 1 1 1 ? 9%F9F 9%HDD 5 9%DDF 9%HD9 7 9%D65 9%H6 =

−

\etvel+ 5B1. 4ir ve ü# alı alternatörlerin da&ıtım katsayıları ) KONU İLE İLGİLİ ÖRNEK PROBLEMLER VE !ÖÜMLERİ: Ö, 1: F? oluklu D kutuplu kutuplu 5 alı "ir alternatörün alternatörün endüvi sargıları sargıları (1B 19) adımlı olarak sarılmıştır. 4u sarım şeklinde adım ve da&ıtım katsayılarını "ulunu. !;=48 1: 4u "o"in tam adımlı sarılsaydı% "o"in adımı adımı kutup adımına eşit olurdu. 4una 4una göre "o"in adımı%

?9

Yb =

 X  ? P 

F?

=

D

= 1?

olur. 4o"inin olur. 4o"inin "ir kenarı kenarı 1. olu olukta kta iken iken ö"ür ö"ür kenar kenarıı 15. olu olukta kta "ul "ulunu unur. r. Ual"uki Ual"uki adım adım kısa1tılmış ve "o"inin "ir kenarı 1. olukta iken ö"ür kenarı 19. olu&a konulmuştur. -ısaltılmış oluk sayısı 5 tür.Cünkü tam adımlı sargıda 1? oluk% kısa adımlı sargıda H oluk kullanılmıştır. 4una göre% H a=   dir  Ka = Cos[ H9(1 − a ) ] dan 1?

 1 5  L = Cos H9   −   7       Ka = Cos ??%6 ⇒  Ka = 9%H?5G  Ka

B9 ;,+/ b/ baa /- ;=/8:   -ısaltma -ısaltma a#ısı β  % kısaltılan oluk sayısı ile oluklar  arasındaki elektriki a#ının #arpımına eşittir. , ve S kutupları arasında 19I elektrik% a#ı vardır. 1G9 = 16 9 lik  4ir kut kutup up #iti #iti arasın arasında da 1? olu olukk "ul "ulund undu&u u&una na göre% göre% iki oluk arasın arasında da α  = 1?

elektr elektriks iksel el a#ı a#ı vardı vardır. r. -ısaltıl -ısaltılan an olu olukk sayısı sayısı 5 old oldu&u u&una na göre göre katsayısı%  Ka

=

 Ka

=

Cos

β 

=

? 9%H?5G

Cos

76

=

?

β  = 5.16

9

=

76

9

olur. *dım

$os ??%6

olarak "ulunur.

a&ıtım kar sayısı (-d) nin "ulunması i#in ön$e (\) yi "ulalım. C  =

 Kd  =

 X  ? P .m

sin 7 7. sin

 Kd  =

=

F? D.5

=

7

olarak "ulunur.

16 ? 16

=

sin 59 9 7 sin F%6

9

=

9%6 7.9%1596

=

9%6 9%6??

? 9%H6FG

olarak "ulunur. Ö,2: 5D oluklu 5 alı 7 kutuplu "ir alternatör sarımında sargı adımı (1B) dir.*dım ve da&ıtım katsayılarını "ulunu. !;=48: /am sargı adımı J" yi "ulalım.  X  5D Yb = = =H yani (1B19) dur. ? P 

7

-ısa adım (1B) yani F oluktur.-ısaltılan oluk sayısı HBF? dir.4ir kutup #iti arasında H oluk "ulundu&undan oluklar arası elektriksel a#ı 19OH?9 dere$edir. α  = ?9 9 L  -ısaltma a#ısı β  = ?.?9 = 79  dir. 4una göre adım katsayısı% 79 β  = $os ?99 L -a9%H5HD dır.  Ka = $os = $os 9

9

?

?

8eya

?1

F       ?   = $osH9  1 −   = $osH9 −   = $os ?9 9    H      H    Ka = 9%H5HD olarak "ulunur. a&ıtım katsayısı i#in ön$e \ yi "ulalım%  Ka

C  =

 X 

=

? P .m

5D 7.5

=

olarak "ulunur.

5

4una göre da&ıtım kat sayısı sin 5.  Kd  = 5 sin .

?9 ? ?9

=

sin 59

9

5 sin 19

9

=

9%6 9%6?9H

= 9%H6HG

?

SR=*R  1 — *lternatörler 'angi prensi"e göre #alışırlar Calışmasını kısa$a anlatını. ? — *lternatörlerde endüklenen endüklenen emk ya etki eden aktörler nelerdir 5 — Gerilimin sinüs dalgası şeklinde olması i#in alternatör yapısında ne gi"i düenlemeler  yapılır 7 — 4ir iletkende endüklenen% gerilim 'angi ormülle "ulunur. Tormülde kullanılan 'arlerin anlam ve "irimlerini yaını. 6 — *dım katsayısının%ne oldu&unu ve nasıl "ulundu&unu ormüllerini%#ıkartarak ormüllerini%#ıkartarak a#ıklayını. D— -ısa adımlı sargı gerilim ile normal (tam) adımlı% sargı gerilimleri arasında ne gi"i arklar vardır F — a&ıtım katsayısının ne oldu&unu ormülleri ile "irlikte a#ıklayını.  — .*lternatörlerde kısa adımlı ve da&ıtılmış sargılardan oluşan "ir sarımda endüklenen emk nın ormülünü yaıp 'arlerin anlamlarını "elirtini. H— 7 oluklu 7 kutuplu 5 alı "ir alternatörde alternatörde "o"in kenarlar kenarlarıı (1B 19.) oluklarda oluklardadır. dır.4u 4u sarımda adım ve da&ıtım katsayılarını "ulunu. 19 — 5D oluklu 7 kutuplu 1699 devOdak ile döndürülen "ir alternatörde "o"in kenarları (1 .F) oluklarda oluklardadır. dır.-utu -utupp "aşına "aşına magnetik magnetik akı φ  7.19 G   :aQell dir. Uer olukta ?6 iletken vardır. 4u alternatörde endüklenen alar arası gerilimi "ulunu. =

−

.BÖLÜM ALT ALTERNA ERNAT TÖR ÖRLE LERİ RİN N !EŞİ !EŞİTL TLİİ YÜK ÜKLE LERD RDE E DÜŞÜMÜNÜ ETKİLEYEN $AKTÖRLER 

??

!ALI !ALIŞM ŞMAS ASII

VE

GERİ GERİLİ LİM M

 —Giriş  —Endüvi diren$i diren$i ve etkisi  —Endüvi reaktansı reaktansı ve etkisi  —Endüvi reaksiyonu reaksiyonu ve #eşitli #eşitli yüklerdeki etkisi  —Endüvi empedansı empedansı ve etkisi GİRİŞ: *lternatörler yüklendikleri aman u# gerilimlerinde de&işmeler olur. mik ve endükti  yük artışlarında u# gerilimlerinde aalmalar olurken kapasti yük artışlarında u# gerilimde yükselmeler yükselmeler görülür.*lternati görülür.*lternati akım devrelerinde ü# #eşit yük vardır.4unlar+ vardır.4unlar+ a)mik yükler%  ")Endükti yükler% yükler% $)-apasiti yükler olarak sıralana"ilir. O8/ 34: 4u yüklerden "aıları şunlardır+*kkor lemanlı lam"alar%elektrik o$akları ırınlar v". leridir.4u #eşit yüklerin gü# katsayıları "ire eşittir.*lternatörler "u #eşit yüklerle yüklendikleri aman u# gerilimlerinde 9 9 19 ?9  kadar aalmalar olur. E,-4/ E,-4/ 34: 34: Endüksiy Endüksiyon on motorları motorları % (asenkron (asenkron motorlar) endüksiy endüksiyon on ırınları% ırınları%  "alastlı lam"alar% kaynak makineleri v". yüklerdir. 4u #eşit yüklerde gü# katsayısı 1 den kü#ük olup% akım gerilimden geridedir.*lternatörlerin gerilimleri endükti yüklerde% "oştaki gerilimlerine göre yüde 69 ye kadar aalır. Ka7a5// 34: 4u #eşit yükler% yükler% kondansatörler% kondansatörler% aşırı uyartımlı uyartımlı senkron makineler makineler v". leridir.-apasiti leridir.-apasiti yüklerde u# gerilimleri artar.4öyle artar.4öyle "ir yükle #alışma yapılırken öl#ü aletlerine dikkat etmek gerekir. *lternatörlerde gerilim düşümünü etkileyen aktörler şunlardır+ ≈

1) Endüvi diren$i% ?) Endüvi reaktansı% 5) Endüvi reaksiyonu. reaksiyonu. a) ENDÜVİ DİRENFİ VE ETKİSİ: Endüviye sarılan sargıların "ir diren$i vardır. 4u diren# sargıları oluşturan iletkenin uunlu&u ve kesiti ile ilişkilidir. 4u diren$e do&ru akım diren$i veya omik diren# adi verilir ve (R) ile göste gösterili rilir. r. Ger#ek Ger#ekte te endüv endüvii diren$ diren$ii sade$e sade$e "u do&ru do&ru akım akım diren$ diren$ind inden en olu oluşma şma. . Cünkü Cünkü ? endüvide oluşan gü# kayıpları%  Iy . R  den "üyüktür. "üyüktür. 4ilindi&i gi"i endüvi sargılarında oluşan alternati akım% demir nüvede uko ve 'istereis kayıpları oluşturur. 4u kayıplar nedeni ile de gerilim düşümü olur. *lternati akımda se#ilen diren#% 'em do&ru akım diren$ine% 'em de "u kayıpların etkilerine eşde&er olmalıdır. 4u diren$e etkin diren# (Re) diyoru. Etkin diren#% endüvi sargılarının o'metre ile öl#ülen diren$inden "üyüktür. (Re] R). Etkin diren#% endüvi diren$inin yaklaşık 1%7—1%D kat kadardır. Uesaplamalarda "u de&er alternatörler i#in 1%6 olarak alına"ilir.

?5

Etkin diren# nedeni ile oluşan gerilim düşümü% endüvi akım% @y ile aynı adadır. Aekil+ 7B1. de omik endükti ve -apasiti yüklerde etkin diren# (Re) nin oluşturdu&u gerilim düşümleri görülmektedir. 4u gerilim düşümlerinin endüvi akımı ile aynı ada oldu&una dikkat edini. 4u şekillerde etkin diren# gerilim düşümleri I3. R şeklinde gösterilmektedir. gösterilmektedir. b) ENDÜV ENDÜVİİ REAKT REAKTA ANSI VE ETKİSİ ETKİSİ::

Endüvi sargılarından ge#en akım "ir magnetik akı oluşturur. 4u magnetik akımın "ir kısmı endüvi iletkenlerinin #evresinde ka#ak olarak  devresini tamamlar. tamamlar. -a#ak akılar aydalı akıyı aalttı&ı i#in gerilimin aalmasına  neden olur. 4u gerilim aalması endükti "ir gerilim düşümü (@y.K) şeklinde gösterilir. 4uradaki reaktansı (K ye) endüvi reaktansı denir. -a#ak akılar oluk i#indeki iletkenlerin #evresinde oluştu&u gi"i oluk dışındaki iletkenlerde de oluşur. Aekil Aekil 7B?. a) da oluk i#inde% ") de ise oluk dışındaki ka#ak akılar görülmektedir. görülmektedir.

Endüvi oluklarının şekli oluklardaki iletken sayısı ve rekans akıyı etkileyen aktörlerdir. Endüvi reaktansı K den dolayı oluşan gerilim düşümü% yük akımı @y den H9I ileridedir. Aekil+ 7 B5. de endüvi reaktansının omik% endükti kapasiti yüklerdeki gerilim düşümleri görülmektedir.

?7

) ENDÜVİ REAKSİYONU VE VE !EŞİTLİ YÜKLERDEKİ YÜKLERDEKİ ETKİSİ:

*lternatörlerin endüvi sargılarından ge#en akımı magnetik "ir alan oluşturur. (5 alı sistemlerde döner alan) 4u magnetik alan (veya döner alanlar)% kutupların oluşturdu&u ana mıknatıs alanını etkiler. Endüvi alanının kutup alanını "omasına 2E,;8< RE*-Saralel "a&lı alternatörler arasında reakti yük aktarılması i#in neler  yapılır 1H — >aralel "a&lı iki alternatörden "irinin döndürü$ü makinesinden "u alternatöre verilen ener!i kesilirse% alternatör #alışmasını nasıl sürdürür ?9 — e&işken regülatörlü iki alternatörün yük "ölüşümünü% karakteristik e&rileri #imek  a#ıklayını. ?1 — Regülatör karakteristi&i sa"it olan "ir alternatör ile de&işken olan "aşka "ir alternatör  arasındaki yük aktarılmasını karakteristik e&rileri #ierek a#ıklayını. ?? — >aralel "a&lı iki alternatörden "irini devreden ayırmak i#in ne gi"i işlemler yapılır ?5 —*lternatörlerin paralel "a&lanması i#in gerilim e&rileri ile regülatör karakteristikleri i#in neler söylene"ilir D5

. BÖLÜM ALTERNATÖRLERİN ALTERNATÖRLERİN VERİMİ VE SO@UTULMALARI.

 — *lternatörlerin *lternatörlerin kayıpları  — *lternatörlerin *lternatörlerin kayıplarının "ulunması. "ulunması.  — *lternatörlerin *lternatörlerin verimi ve 'esaplanması% 'esaplanması%  — *lternatörlerde *lternatörlerde so&utma ve so&utma tüyleri. tüyleri. a) ALTERTNA ALTERTNATÖRLERİN TÖRLERİN KAYIPLARI: KAYIPLARI:

*lternatörlerin kayıpları% giriş gü$ü ile #ıkış gü$ü arasındaki arka eşittir. -ayıplar  genel olarak ü# grupta in$elenir. 4unlar  1 Bemir kayıpları% ? B4akır kayıpları% 5 BSürtünme ve rüg_r kayıplarıdır. D8/ Ka3*7a*:  emir kayıpları Tuko ve Uistereis kayıpları olarak ikiye ayrılır.

4u kayıplar magnetik alanın kutup u#ları ile endüvi (stator) sa# paketlerinde oluşturdu&u kayıplarıdır. *n$ak kutup u#larında oluşan kayıplar #ok kü#ük oldu&undan #o&u aman dikkate alınma. emir kayıpları yük ile de&işme. Takat uyartım akımı ile de&işir. =yartım sa"it tutuldu&unda  "u kayıplarda kayıplarda da de&işme olma. olma. 4u nedenle demir demir kayıplarına sa"it sa"it kayıplar da denir. denir. Ba* Ka3*7a: 4akır 4akır kayıpl kayıpları arı%% altern alternatö atörr yüklü yüklü iken iken ortay ortayaa #ıkan #ıkan kayıpla kayıplardır rdır..

Jükün a veya #ok olmasına göre "u kayıplarda de&işmeler olur. Genel olarak endüvi (stator) ve uyartım devresi kayıpları olarak iki "ölümde in$elenir. S44,8 ' R4=0 Ka3*7a*:  4u kayıplara mekanik kayıplar da denir. Jatak ve

ır#alardaki sürtünmeler ile rotor kutuplarının rügar kayıpları gi"i kayıplardan oluşur. 4u kayıpların de&eri% devir sa"it kaldık#a 'emen 'emen de&işme. 4u nedenle sa"it kayıplar  olarak da tanımlana"ilir. tanımlana"ilir. b) KAYIPLARIN BULUNMASI:

*lternatörlerin "oştaki kayıplarını "ula"ilmek i#in "oş #alışma deneyi yapılır. 4unun i#in alternatör verimi "elli "ir do&ru akım motoru ile senkron devrinde döndürülür. =yartım akımı yavaş yavaş arttırılarak 'er durumda do&ru akım motorunda alternatöre verilen gü# 'esaplanır. 'esaplanır. 4öyle$e #iile$ek e&riden sa"it kayıplar ve demir kay"ı kolay$a "uluna"ilir.

D7

=yartım devresi kay"ı% >u  =u.@u şeklinde "uluna"ilir. 4urada @u.. =yartım akımı (*)% =u... =yartım devresi gerilimidir. (8) Endüvi "akır kay"ı kısa devre deneyi ile "ulundu&u gi"i endüvi a diren$i öl#ülerek  de "uluna"ilir. 4unun i#in alternatörün "ir a Sargısının diren$i ommetre ile öl#ülerek 1%6 ile #arpılır ve etkin diren# (Re) "ulunur. ) ALTERNATÖRLERİN VERİMİ VE &ESAPLANMASI:

*lternatörlerde verim genel olarak iki metotla "ulunur. 4unlardan "iri irekt :etot3% öteki de Y-ayıplar :etodu3 dur. D/ M6: 4u metotla verimin "ulunması i#in alternatörün anma yüküne kadar 

yüklenmesi gerekir. 4üyük gü#lü makineleri anma yüküne kadar yüklemek 'em or 'em de  pa'alıdır. 4u nedenle direkt metot an$ak kü#ük gü#lü makineler i#in sö konusudur. konusudur. irekt metotla verim% 8erim  *lınan Gü# O 8erilen Gü# *lınan gü#% alternatör devresine ampermetre% voltmetre ve \os metre veya Mattmetre  "a&lanarak "ulunur. *lternatöre verilen gü# ise #eviri$i makine e&risinden aydalanarak   "elirlenir. irekt metot #ok a kullanılan "ir metot dur. Aekil+ B1. de "üyük "ir alternatörün

D6

#ıkış

ve

giriş

gü#leri

ile

kayıpların

şematik

alarak

gösterilmiştir.

-) ALTERNATÖRLERDE SO@UTMA VE SO@UTMA TÜRLERİ

*lternatörlerde verimin ala olması% kayıpların aalmasına "a&lıdır. 4ilindi&i gi"i kayıpların #o&u ısı şeklinde ortaya #ıkar. *şırı ısınmalar alternatör ömrünü aalttı&ı gi"i verimi de "ir 'ayli kü#ültür. kü#ültür. *lternatörler *lternatörler i#in iin verilen sı$aklı&ın 19I\ aşılması% kullanılan yalıt yalıtkan kan madde maddeler lerin in öm ömrün rünüü yarı yarı yarıy yarıyaa aalt aaltır ır.. Tala Tala ısı iole iole madde maddeler lerin in dielek dielektri trik  k  dayanımlarının aalmasına% oksitlenmelere ve mekanik dayanımların aalmasına neden olur. 4unun i#in alternatörlerin so&utulmaları gerekir. So&utmada en önemli aktör% 'ava ile temas yüeyini arttırmaktır. 4unun i#in endüvi de #eşitli so&utma oyukları a#ılır. Cıkıntılı kutuplu alternatörlerde rotorun dönmesi ile oluşan 'ava akım% yeterli so&umayı sa&lar. 4u nedenle #ıkıntılı kutuplu alternatörlerde so&utma işi "ir sorun yaratma. Endüvi #apının "üyük ve uunlu&unun a olması da% sargıların 'ava ile temasını arttırır. 4öyle$e so&uma işi kolay$a ger#ekleştirilir. Juvarlak rotorlu alternatörlerde (/ür"o B alternatör) rotor #apı kü#ük olup rotor "oyu uundur. 4u tür alternatörlerde da'a #ok orlamalı 'avalı so&utma yöntemi uygulanır. 4unun

DD

i#in alternatör endüvisine enine ve "oyuna kanallar a#ılarak so&uma yüeyleri arttırılır. Aekil+ B ?. de enine ve "oyuna 'avalandırma #eşitleri görülmektedir.

SORULAR 

1 — *lternatörlerde ne gi"i kayıplar vardır ? — emir kayıplarının "ileşenlerini yaını. 5 — *lternatörlerde emir kayıpları 'angi deneylerle "ulunur 7 — *lternatörlerde verim 'angi yöntemlerle ve ne şekilde "ulunur 6 — 4akır kayıpları ne şekilde 'esaplana"ilir D — Sürtünme ve rügar kayıpları ne gi"i aktörlere "a&lı olarak de&işir F — =yartım devresi kayıplarından ne anlıyorsunu 4u kayıpların "ulunması i#in ne gi"i 'esaplamalar 'esaplamalar yapılır  — So&utmanın yerime etkisi nedir H — Uidro!enle so&utmanın 'ava ile so&utmaya göre üstünlüklerini ve sakın$alarını maddeler  şeklinde yaını. 19 — Sa"it kayıplar olarak 'angi kayıplardan sö edile"ilir 11 — 4ir makinenin #alışırken ala ısınması verimine ne şekilde etki eder 1? — 19 -8*% 1?99 volt yıldı "a&lı "ir alternatörün etkin a diren$i R  9%7 omdur. 4u alternatörün demir ve sürtünme kayıpları 7-. tır. *lternatör tam yükte ve Gü$ katsayısı \os

DF

 9H geri durumda #alışırken uyartım akımı 9 *mper% uyartım gerilimi d$ 1?6 volttur. 4u alternatörün verimini 'esaplayını. 'esaplayını. 15 — 8erimin alalaştırılması i#in alternatörün yapısında ve alternatör yapıldıktan sonra ne gi"i işlemler yapılır 17 — -ü#ük ve "üyük gü#lü alternatörlerin verimleri i#in neler söylene"ilir 16 — *lternatör tam yükle #alışırken mi% yoksa #ok kü#ük yüklerde #alışırken mi verimi da'a aladır ?. BÖLÜM ALTERNATÖRLERİN ALTERNATÖRLERİN UYARTILMASI UYARTILMASI VE GLRİLİM REGÜLATÖRLERİ

 —Giriş  — =yartım #eşitleri #eşitleri  — Ceşitli gerilim regülatörleri% regülatörleri%  — /iril /iril regülatörü  — Sektörlü gerilim gerilim regülatörü GİRİŞ:

Elektrik şe"ekelerini "esleyen alternatörlerin yükleri günün 'er saatinde de&işir. 4u yükler yükler #o&u aman endüktitir endüktitir.. 4ilindi&i 4ilindi&i gi"i endükti endükti yükler yükler alternatör alternatörün ün u# gerilimini gerilimini düşürür. ysa şe"ekeleri "esleyen alternatörlerin gerilimlerinin sa"it kalması yani yükle de&işmem de&işmemesi esi istenir. istenir. 4unun i#in 'er yük durumunda durumunda alternatö alternatörr u# gerilimini gerilimini ayarlama ayarlamak  k  gerekir.Gerilimi gerekir.Gerilimi ayarlamak i#in devir sayısının de&iştirilmesi% alternatör geriliminin rekansını deştire$e&inden "u yola gidilme. 4unun yerine uyartım akımının de&iştirilmesi ile gerilimin ayarlanması da'a uygundur. a) UYARTIM !EŞİTLERİ:

*lternatörlerde uyartım akımı% ya alternatör miline "a&lı "ir dinamodan% ya'ut ayrı "ir  do&ru do&ru akını akını kayna&ın kayna&ından dan ser"est ser"est uyartım uyartım şeklinde şeklinde sa&lanır sa&lanır.. Son amanlard amanlardaa "u uyartım uyartım #eşitlerine kendinden uyartımlı alternatör sistemleri de eklenmiştir.

D

Senkron motorların kutuplarına% dügün "ir moment elde etmek ve motorun kendi kendine yol almasını almasını sa&lamak sa&lamak ama$ı ile sin$ap sin$ap kaes #u"uklan #u"uklan yerleştirili yerleştirilir. r. Sin$ap kalesi kalesi oluşturan oluşturan #u"uklar kutup yüeylerine iki taratan kısa devre edilerek yerleştirilmiştir. Aekil+ H B?. de 5D kutuplu "ir senkron motorun kutuplan üerinde "ulunan sin$ap kaes sargılan görülüyor. Sin$ap kaes sargıları% makinenin alternatör olarak #alışmasında gerilim de&işmelerini% motor  olarak #alışmasında ise moment de&işmelerini önler.

DH

b) SENKRON MOTORLARIN !ALIŞMA PRENSİBİ

4ir asenkron motorun statoruna gerilim uygulandı&ı anda motor 'emen #alışma&a  "aşlar.  "aşlar. Stator sargılarında oluşan döner alan% kapalı "ir devre oluşturan rotor sargılarında endüksiyon yolu ile "ir emk. indükleyerek "uradaki sargılardan akım dolaştırır. Rotordan ge#en "u akımın yarattı&ı alan ile stator sargılarındaki döner alan "irleşerek döndürü$ü momenti oluşturur. Senkron Senkron motorların #alışma prensi"i da'a "aşkadır+ 4u motorların iki ayrı akım devresi vardır. Statoruna (endüvi) alternati akım% rotoruna (kutuplara) do&ru akım uygulanır. Rotora uygulanan do&ru akım% yan yana sıralanan kutuplan ,—S—,—S% .,—S şeklinde ener!ilendirir. o&ru akımı yön de&iştiren "ir akım olmadı&ından kutuplar #alışma süresin$e öelliklerini aynen korurlar.

 , kut"u olan daima , kut"u% S kut"u da aynı şekilde  kut"u olarak kalır. Statora uygulanan 5 alı alternati gerilimin "u sargılarda "ir döner alan oluşturur. *n$ak statorun döner alan kutupları ile rotorun (endüktörün) sa"it kutupları. rotorun ataleti nedeni ile kilitleneme. 4u yüden rotor dönme. Aekil+ HB5. de "ir senkron motorun #alışma prensi"i görülmektedir. Statora uygulanan gerilimin "u sargılarda oluşturdu&u döner alanın kutupları ,1—S1—,1B S1 olarak% rotora uygulanan do&ru akımın oluşturdu&u sa"it kutuplar ise% ,?—S?—,?—S? şeklinde sıralanmıştır. Rotor ve stator kutuplan% ıt kutuplar olarak karşılıklı geldikleri anda  "ir"irlerini #ekerler. öner alan rotoru sürüklemek ister. *n$ak rotor ataletinden dolayı "u 'ıa uyama. Cok kısa "ir aman sonra stator kutuplan alternati akımın rekansına uygun olarak isim de&iştirir. ,1 kutru S1% kut"u olur. S1% kut"u olan da ,1% kut"u olur. 4u durumda rotor ve stator kutupları karşılıklı "ir"irlerini iterler. 4öyle$e rotor ve stator arasındaki itme

F9

#ekme sonu$u "ileşke moment sıır oldu&undan rotor döneme. Rotorun dönmesini sa&lamak  i#in yardım$ı yol verme sistemleri geliştirilmiştir. Senk Senkro ronn mo moto torr #alı #alışm şmay ayaa "aşl "aşlad adık ıkta tann sonr sonra% a% sin$ sin$ap ap kae kaesl slii oluş oluştu tura rann roto rotor  r  #u"uklarında "ir emk. endüklenme. Cünkü rotor da senkron 'ıla döndü&ü i#in% #u"uklar  döner alan taraından kesilme. Rotorun devir sayısında de&işiklik olmadık#a sargılardan "ir  akım dolaşması sö konusu olma. S,6, M66a*, K9a,-*a* Y:

Senkron motorlar kompresörlerde% "üyük vantilatör ve aspiratörlerde% pompalarda% 'adde'ane ve pres makinelerinde% gemilerde pervanelerin döndürülmesinde% ka&ıt ve tekstil makinelerinde% do&ru akım genaratörlerinin döndürülmesinde kullanılırlar. *yrı$a *yrı$a şe"ekelerin gü# katsay katsayılar ılarını ınınn düelt düeltilm ilmesi esinde nde de kul kullan lanılm ılmakt aktadı adır. r. 4u ama#l ama#laa kul kullan lanıla ılann senkro senkronn motorlara Senkron -:>*,S*/0R adı verilir. ) SENKRON MOTORLARA YOL VERME YÖNTEMLERİ

Senkro Senkronn mo motorl torları arınn ilk ilk%% 'areke 'arekete te "aşlam "aşlamala aların rınıı sa&lam sa&lamak ak i#in i#in #eşit #eşitli li yönte yöntemle mler  r  geliştirilmiştir. 4unun i#in rotor devir sayısını% senkron 'ı veya ona yakın 'ılara kadar  yükseltmek gerekir. Stator ve rotor kutupların kilitlenmesi sa&landıktan sonra% senkron motor  kendili&inden dönmesine devam ede"ilir. 1% Ya-*8* B/= D;,-48 Ma/,5/ / S,6, M66a Y6 V8:

Senkron motorun miline döndürü$ü "ir makine akuple olarak "a&lanır. Sa&lanan "u yardım$ı makinenin devir sayısı% senkron motorun devrine eşit veya ona yakın olmalıdır. öndürü$ü makine olarak "ir do&ru akım motoru% "ir asenkron motor% diel veya "enin motorlar kullanıla"ilir. Senkron motor% "u motorlar yardımı ile senkron devir veya ona yakın 'ılarda döndürülür. 4u sırada statoruna alternati gerilim uygulanır. uygulanır. 4u gerilimin oluşturdu&u döner alan yönü% rotorun dönüş yönünde olmalıdır. 4undan sonra% döndürülen rotora ır#alar  ve "ileikler yardımı ile do&ru akım uygulanarak rotor ve stator kutuplarının kilitlenmesi sa&lanır. sa&lanır. 4öyle$e motor senkron 'ıa yükseltilmiş olur. 4undan sonra yardım$ı motor ile olan akuple "a&lantı sökülür. Jardım$ı motor gü$ünün "üyük olmasına gerek yoktur. Senkron. motoru döndürüle"ile$ek "üyüklükte olması yeterlidir. 2 % S,6, M669 Şb İ S,6,/= E- Y6 V8:

4unun i#in gene yardım$ı "ir döndürme makinesine gerek vardır. Jardım Jardım$ı $ı makine ile rotor% senkron 'ı veya ona yakın 'ılara kadar döndürülür. -utup sargılarına do&ru akım uygulanarak uygulanarak alternatör gi"i gerilim vermesi sa&lanır. .*lternatörlerin paralel "a&lama koşullan aynen aynen uygulanar uygulanarak ak şalteri şalteri senkroni senkronim m anında anında kapatılır kapatılır.. 4undan 4undan sonra sonra yardım$ı yardım$ı motorun motorun ener!isi kesilir. (4u motor "ir asenkron motorsa% şalteri a#ılarak devre dışı edilir.) *yrı$a F1

meka mekanik nik "ir düenl düenlee mil miller lerii de ayrıla ayrıla"il "ilir ir.. 4unda 4undann sonra sonra makin makinee senkro senkronn mo motor tor olarak  olarak  #alışmasını sürdürür. sürdürür. "% A3,* M/ Ü=/,- B99,a, U3a*8 D/,a8659 / Y6 V8:

=yartım dinamosu "ir do&ru akım kayna&ından "eslenerek motor olarak #alıştırılır. o&ru akım motorunun #alışması ayarlanarak% devir sayısının senkron motorun devir sayısına eşit veya ona yakın olması sa&lanır.4undan sa&lanır.4undan sonra senkron motorun statoruna alternati gerilim uygulanır. 4u gerilimin oluşturdu&u döner alanın yönü de rotorun dönüş yönünde olmalıdır. 4u sırada kutuplara do&ru gerilim uygulanır ve rotor kutuplan ile döner alan kutuplarının kilitlenmesi sa&lanır. 4öyle$e senkron motor% senkron 'ıla dönme&e "aşlar. 4u anda do&ru akım motoru do&ru akım kayna&ından ayrılarak senkron motorun uyartım devresine "a&lanır. 4undan sonra senkron motorun uyartımı ayarlanarak istenen #alışma şekli ger#ekeştirilir. % S,6, M669 A5,6, M66 Oaa !a***7 Y6 V8:

Senkron motorların kutuplarının% 'ava aralı&ına "akan yüeylerine ve mile paralel olarak% asenkron motorlarda oldu&u gi"i sin$ap kaes #u"ukları konuldu&unu söylemiştik. 4u #u"uklar 'er iki taratan kısa devre edilmiş oldu&undan kapalı "ir devre oluşturur. *senkron motor olarak #alışma durumunda% motor şe"ekeden "üyük "ir akım #eker. 4u yüden asenkron motorlarda oldu&u gi"i "urada da #eşitli yol verme yöntemleri uygulanır. 4unlardan en ala kullanılan oto traoları ile yapılan yol verme yöntemidir. Senkron motor  durum durumuna una ge#tik ge#tikten ten sonra sonra yol yol alma alma akımı akımı aalı aalır. r. a'a a'a sonra sonra senkro senkronn mo motor torun un uyartı uyartım m ayarlanarak istenen #alışma şekli sürdürülür. ikkat edile$ek önemli noktalardan "iri de% motor düşük 'ılarda #alışırken do&ru akımın uygulanmaya$a&ıdır. Cünkü düşük 'ılarda uygulanan do&ru akım% iken etkisi yaparak motorun şe"ekeden da'a "üyük akım #ekmesine neden olur. *yrı$a asenkron #alışma durumunda kutup sargılarının kısa devre edilmesi veya kü#ük "ir diren# üerinden kapatılması gerekir. Joksa "u sargılarda sipir sayısının yüksek  olmasından dolayı% yüksek gerilimler indüklenerek sargıların iolasyonunu "oa"ilir. v=ş .@ş .\os (Matt) Tormülü ile "ulunur. :otordan alınan gü# (mekanik gü#) ise iş gü# olarak anılır. Ta "aşına iş gü# (mekanik gü#) ise yük akımı 1. endüvide oluşan ıt emk ve "unların arasındaki a#ının kosinüsünün kosinüsünün #arpımına eşittir. >i E.@y \osf (Matt.) 4ir senkron motorda gü$ü 'esaplaya"ilmek i#in ıt emk (E)Pnin "ilimsel gerekir. Senkron motor mo torun un om omik% ik% endükt endükti i ve kapasi kapasiti ti #alışm #alışmaa durum durumları larına na ıt emk emk sı de&iş de&işik ik şekill şekillerd erdee 'esaplanır. 4unlar aşa&ıdaki konularda in$elenmektedir. t) J=8*R*- -=/=>= SE,KR, :/R*R* N@/ E:-.  ,@, CEA