jeneratör nedir

Jeneratör

Jeneratör nedir?

Jeneratörler, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren, alternatör ve motordan meydana gelen makinelere jeneratör denir. Bu aletlere, ışık enerjisini elektriğe dönüştüren fotoelektrik hücreleri, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren makineler, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren bataryalar, ısı enerjisini elektrik enerjisine çeviren termoelektrik jeneratörler ve dizel jeneratörler de dahildir.

Dinamo adı verilen elektromanyetik jeneratörde bir bobin, manyetik alan içinde indüksiyon çizgilerini kesecek biçimde hareket ettirilir. Elektrostatik jeneratörde (Van de Graaf jeneratörü, Wimshurst makinesi) mekanik enerji, elektrostatik indüksiyon yada sürtünmeyle üretilen eşit ve zıt elektriki yüklere bölünerek harcanır.

En küçük tesisten en büyük tesislere kadar farklı büyüklük ve kapasitelerde jeneratör imalatı yapılır. Alternatif akım (dalgalı akım) üreten makinelere alternatör, doğru akım üreten makinelere doğru akım jeneratörleri yada dinamo denir. Elde edilen AC (alternatif akım) veya dc (doğru akım) da olsa elektrik enerjisinin kaynağı aynıdır. Sadece makinanın yapım ve tasarımları farklıdır.

Bir elektrik motorunda, motor sargılarına elektrik enerjisi uyguladığında motorda bir mekanik dönme hareketi meydana gelir. Bu dönme hareketinin birimi “devir/dakika”dır. Motor boşta çalışırken milin dönüşünü zorlaştıran önemli bir etken yoktur. Motor belirli bir devir ile döner. Eğer motora yük bağlanırsa milin dönmesi zorlaşır. Bu halde motorun dönme hızında bir yavaşlama oluşur. Örnek olarak 1000 devir / dakika ile dönen motorun devri, yük miktarına göre 800 devir / dakika’ya kadar düşer.
Devirdeki bu değişme bazı iş kollarında önemli sakıncalar doğurabilir. Makine boşta, yarı yükte veya tam yükünde de çalışsa hızında değişiklik istenmiyorsa bu motorun devrini sabit tutacak bir kontrol sistemine ihtiyaç vardır. Verilen örneğe göre kontrol edilmek istenen büyüklük, motorun dakikadaki dönüş sayısıdır. Böyle bir kontrol sistemini geliştirmek için kontrol edilmesi gereken, makinenin teknik özelliklerini bilmektir. Mesela makinenin azalan veya artan devir sayısı hangi giriş parametrelerine bağımlıdır veya hangi değerlere etki edilmelidir ki motorun yüklendikçe düşme eğilimine giren devir sabit kalsın.

Mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren makine iki çeşittir:

1. Alternatif akım AC jeneratörleri
2. Doğru akım DC jeneratörleri.

Günümüzde elektrik enerjisinin büyük bir bölümü AC jeneratörlerle üretilir. Bu makinelere alternatör denir. Alternatörler, senkron jeneratörler de adı verilen makineler, tüm su ve buhar enerjisi ile güç elde eden santraller de ana jeneratörlerdir. Çünkü trafolar ile alternatif voltaj kolay bir şekilde yükseltilir ve düşürülür. Elektrik enerjisinin, nakli sırasında uzak mesafelere taşınması için yüksek voltaj, dağıtım ve kullanım için düşük voltaj gerekir.

1880’de Joseph Swarm ve Thomas Edison elektrik ampulünü bulunca, jenaretör ve güç kaynaklarına gereksinim duyuldu. Edison şirketi 1882 yılında New York’ta, Londra’da ve Milan’da elektrik enerisini aydınlatmada kullanmak için DC üreten merkezler kuruldu. Daha sonra AC ve DC akımlarının kullanılması hakkında görüşler ortaya atıldı. 1890′ da jeneretor ve trafo sistemlerindeki gelişmeler sonucu Amerikalı Nikola Tesla AC’nin elektriki güç iletimi ve kullanım avantajlarını ispatladı. İlk hidroelektrik santrali 1895 yılında Niagara şelalesinde AC jeneratörleri kullanıma açıldı.

Jeneratör Çalışma Prensibi 

Jeneratörler ve  çalışma prensipleri Faraday Yasası (Faraday Kanunu)’ na göredir. Bir tel bobini çevreleyen manyetik akım çizgi sayısı (maxwell) değiştirildiği zaman, bobinde manyetik akıya göre değişen sarım sayısı ile orantılı bir elektromotor kuvvet (EMK) meydana gelir.

Voltaj değeri E = -n (d?)/dt)10-8 volt formülü ile hesaplanır. n = sarım sayısı? maxvell olarak manyetik akı ve t saniye cinsinden zamandır. Eksi işareti, indüklenen voltajın, kendisini meydana getiren kuvvete zıt olduğunu gösterir.

Elektrik enerjisi elde etmek için mekanik enerji kaynakları, buhar türbini, su enerjisi, güneş enerjisi ve rüzgar enerjisi gibi enerjilerden faydalanarak  jeneratörlerin çalışması için ilk hareketi sağlar. Jeneratörlerde, bobin sayesinde manyetik bir alan içerisinde indüksiyon çizgilerini keserek hareket eder ve elektriki yüklerde ve çeşitli alıcılarda tüketilir.

Dinamoda elektromanyetik indüksiyon akımı,

mıknatıs bir alan içerisinde ve kapalı bir devrede hareket ettirildiği zaman meydana gelir. Bir bobin N-S kutupları arasında döner bir alan oluşturarak alternatif gerilim meydana getirir.

Jeneratörler ve çalışma ilkeleri bakımından basit bir çalışma prensibi vardır. Elektrik motorları gibi çalışır. Ancak tersine çalışır. Önemli olan nokta, eksenin dönme hızının, akımın büyüklüğünü etkilemesidir. Bu da verimin artmasını sağlar. Üretilen gerilim fırça, kömür ve bakır dilimlerle dışarıya taşınır. Örneğin birkaç tane sipirden meydana gelen ve saat yönünde N-S kutupları içerisinde döndürülen bobin kuvvet çizgilerini keser. Saat yönünde dönen bobin alternatif bir akım indükleyecektir. Fırça, kömür ve bilezik yardımı ile dışarıya alınan bu gerilim bir lambaya bağlandığında ışık verir. Mekanik bir enerjinin elektrik enerjisine, elektrik enerjisinden ısı enerjisine veya ışık enerjisine dönüştüğünü görürüz.

Bir jeneratörü ilk hareketi veren buhar türbini, su türbini, gaz tirbünü yada içten yanmalı motor gibi cihazlardır. Bu sistemler günümüzde elektrik enerjisi üretmenin en etkili yolu durumuna gelmiştir. Jeneratörlerin bu yapısından dolayı tüm şehir şebekesini destekleyecek elektrik enerjisi üretmesi mümkündür. Ayrıca jeneratör kullanımına ihtiyaç duyulan diğer yerler; elektriğin sık kesildiği, elektrik enerjisinin bulunmadığı, baz istasyonları ve devamlı elektrik enerjisi gerektiren hastane gibi yerlerde sürekli kesintisiz güç kaynağı olarak kullanılır.

Fabrikalarda ekonomik yollardan enerji üretmek için doğalgazlı jeneratör kullanılan bir araçtır.  Doğalgaz yakıtlı jeneratörler dizel veya benzinli jeneratörlerle aynı prensibe göre çalışan sadece yakıt olarak dizel veya benzin değil doğalgaz kullanan jeneratörlerdir. Tıpkı diğer jeneratörler de olduğu gibi motordan gelen mekanik enerjiyi alternatör aracılığıyla elektrik enerjisine çevirirler. Şebeke yedeği olarak kullanılabildiği gibi sürekli olarak elektrik üretiminde de kullanılır.

Jeneratörlerin Yapısı

Küçük jeneratör de kalıcı manyetik alan uygulaması yapılır. İndüksiyon jeneratörleri hariç, büyük jeneratörler DC alan sargıları ile donatılmıştır. DC jeneratörler de alan sargıları statora, AC jeneratörlerinde alan sargıları rotora sarılmıştır. Alan sargıları sadece alçak voltaj ve güçlü dinamodan elektrik cereyanı gönderen iki iletken tele ihtiyaç vardır. Bu iki iletken tel dönme kuvvetlerine karşı kolaylıkla yalıtılırlar.

Akı değişmesini meydana getiren manyetik devrenin herhangi bir bölümü çelikten olabilir. DC makinelerinin alan kutupları ve bazı AC jeneratörlerinin döner alan yapısının bölümleri dahildir. Küçük hava boşluğu olan makinelerde kutuplar, akıları sabit olmasına karşın, genellikle haddelenerek işlemden geçirilmiş çelikten yapılırlar. İşlemden geçirme, frekans titreşimlerinden meydana gelen kayıpları minimuma indirmeye yarar. Çekirdek kaybını azaltmak için armatür çekirdeği daima ince çelik yapraklardan imal edilir.

Jeneratör Çeşitleri

Jeneratör firmaları tarafından farklı boyutlarda, küçük mobil jeneratör ve en büyük kapasiteli olana göre imal edilirler. Piyasada üretilen birçok jeneratör markaları vardır. Alternatörler de dalgalı akım üretilir. Doğru akım jeneratörü ve dinamolar da ise doğru akım üretilir. Her ikisinin de çalışması için ve jeneratörlerin yapısında gerekli olan elektrik kaynağı aynıdır. Doğru akım üreten alternatörün maliyeti yüksektir. Onun için jeneratör alternatör üreticileri tarafından yapılan alternatif akım üreten jenerat13168/index.htmörler kullanılır. Doğru akımın kullanılacağı yerlerde alternatif akım doğru akıma çevrilir. Günümüzde üretilen jeneratörlerin çoğu alternatif akım jeneratörleridir. Elektrik üreten alternatif akım makinesine senkron jeneratörler de denir. AC jeneratörlere, alternatör de denilmektedir. Buhar ve su enerjisi sağlayan santrallerde kullanılırlar. Jeneratör fiyatları çeşitlerine göre belirlenir.

Jeneratör çeşitleri üç gruba ayrılır;

1. Bir fazlı jenarotor
2. İki fazlı jeneratör
3. 3 fazlı jeneratör

Bir fazlı devrelerde sadece faz ve nötr uçları bulunur. 3 fazlı devrelerde ise R-S-T fazları vardır ve fazlar arasında ki açı 120º dir.

3 fazlı alternatif gerilim de aynı sistemde meydana gelir. Bir fazlı devrelerden farkı, fazları meydana getiren  bobinlerin 120º lik açı farkları ile yerleştirilmiş olmasıdır.

Üç fazlı siusoidal gerilim

Jeneratör Tipleri

• Beşgen kutuplu jeneratör (Homopolar Generator: HPG): Bu jeneratör direkt olarak, doğru akım üreten tek makinedir. DC jeneratörleri armatür sargılarında AC üretir ve sonra komütatör yardımı ile AC’ yi DC’ ye dönüştürür. HPG armatür sargıları yada komütatör yoktur.  Bu fark bu jeneratörün çok sağlam bir makine olmasına neden olur. HPG ilk elektromekanik jeneratördür.
• Manyeto Hidrodinamik Jeneratör: Bu jeneratör, yüksek bir hız ile fışkırtılan elektriki bakımından iletken gazdan, iki elektrottan ve manyetik alan meydana getiren alan sargılarından oluşmuştur. Bu jeneratörler şu anda etkin değildir. Çünkü gazı yeteri derecede iletken hale getirmek için yüksek bir sıcaklık yada büyük miktarda potasyuma ihtiyaç vardır.
• Yüksek frekans jeneratörleri: Elektrik aletinin minimum ağırlığı ve ebatı önemli olduğunda, 60 Hertzden yüksek frekanslar özellikle kullanışlıdır. Örneğin; 400 Hertz, güç kaynağı yaygın olarak uçaklarda kullanılır.

Jeneratör Nasıl Yapılır?

Basit jeneratör yapımı; iki temel gruptan meydana gelir.

• Stator
• Rotor

Stator 

Enerjinin indüklendiği ve sargının olduğu kısımdır. Büyük çaplı jeneratörlerde duran bölümdür. Büyük güçlü jeneratörlerde fazla akım meydana gelir. Stator duran bölüm olduğu için fırça ve bileziğe gereksinim duyulmadan akım dışarı alınır. Rotorlarda fırça ve bilezikler kullanılmaktadır. Sargıların statorda bulunması sarılmalarını kolaylaştırır. Kalın lamalardan büyük güçlü jeneratörlerin stator sargısı yapılır. Soğutulması kolaydır. Merkezkaç kuvvetinden dolayı yerinden çıkması mümkün olmaz.

Basit jeneratör yapımı sırasında, küçük güçlü jeneratörlerde kutup sargıları statora, rotora ise gerilimin üretildiği sargılar sarılır. Bilezik ve fırça ile meydana gelen alternatif gerilim dışarıya alınır. DC kaynaktan statorun sargısı beslenir. Gerilimden meydana gelen fırça ve bileziklerde ısı kayıpları, gerilim düşümü ve akımın az olmasından dolayı küçük güçlü jeneratörlerde fazla dikkate alınmaz.

Rotor 

Rotor dönen kısımdır. Büyük güçlü jeneratörlerde N-S kutuplarını oluşturan sargılarda rotorda bulunur. İki şekilde yapılırlar;

• Kutupları çıkıntılı rotorlar
• Kutupları silindirik rotorlar

Kutupları Çıkıntılı Rotorlar

Kutupları çıkıntılı olarak yapılan rotorların devir sayıları 1800 devir/dak. küçük olur. Fuko kayıplarının önlenmesi için özel saclardan yapılırlar. Rotor üzerinde olan iki tane bileziğe sargı çıkış uçları tutturulur. Fırça ve bilezikler ile rotor sargısı  doğru akımla beslenir. Rotor çapı büyük, uzunlukları küçük olan jeneratörler çok kutuplu yapılırlar. Kutupların üst tarafına gerilimdeki salınımları önlemek için kısa devre çubuğu konur. Rüzgar kayıpları kutup çıkıntısından dolayı çok olur. Onun için düşük devirde çalışırlar.

Kutupları  Silindirik (düz) Rotorlar

Bu jeneratörlerde sargılar rotor üstüne yerleştirilir. Rotor üzerindeki bileziklere sargının uçların montajı yapılır. Yüksek devirde kullanılan sargı bakır lamadan yapılır. Yatay mil ile çalışan bu tip jeneratörler silindirik kutupludur.

U-V-W ve Z-X-Y uçları üç fazlı alternatörler de stator ucudur. Bu uçlar yıldız olarak ta bağlanır. Rotor üzerinde I ve K uçları bulunur. Bu uçlar doğrudan ayarlı reosta yardımı ile doğru akım kaynağından beslenir . Jeneratör çalışmaya başladığı zaman 3 faz olan alternatif enerji üretilir.

Jeneratör Nerelerde Kullanılır?

Jeneratörler küçük ve büyük tüm işletmelerde yaygın olarak kullanılan cihazlar arasında yer almaktadır. Jeneratör ile alternatif olarak elektrik enerjisi elde edilebilmektedir.  Çalışma prensipleri benzinli ve dizel yakıtlıdır. Türkiye’de jeneratör kullanımı, marketler, büyük alışveriş merkezleri ve üretim yapan fabrikalarda elektrik kesintisi olduğu zaman devreye girerek elektrik enerjisi ihtiyacını sağlayan makineler yaygın olarak kullanılmaktadır.

Elektrik kesilmelerinin sık yaşandığı bölgelerde uygun jeneratörler ile elektrik enerjisi üretmek mümkündür. Büyük ölçekli işletmelerde mutlaka kullanılan jeneratörler, piyasada tüm boyutlarda ve tüm ihtiyaçlar için bulunabilmektedir.

Jeneratör Kullanırken Alınması Gereken Önlemler

• Büyük jeneratörlerin kullanıldığı oda, çıkması muhtemel bir yangından kolay etkilenmeyecek özellikte olmalı ve jeneratörün yeri çıkış yolunu kapatmamalıdır.
• Jeneratör kullanılımında bir jeneretaratörün regülasyon giriş gerilimindeki değişimlerin kontrolü yapılarak, gerilim kararlılığı ölçümü yapılmalıdır. (çıkış geriliminin değişen şartlar altında sabit kalma özelliği).
• Çıkıştaki yüklerin değişmesi durumunda gerilim sabit kalmalıdır.
• Ani yük değişimlerinde regülasyon sağlayarak frekans kararlılığı sağlanmalıdır.
• Aşırı yük ve kısa devrelere karşı koruma sağlamalı ve arıza yapmamalıdır.
• Enerji kayıpları mümkün olduğu kadar az olmalı, jeneratör yüksek verimli çalışmalıdır.
• Jeneratörler, ayrıca sarkmalara (kısa süreli gerilim düşüklüğü), kesintilere, yükseltmelere ve darbelere karşı dayanıklı olmalıdır.
• Jeneratör bakımı periyodik bakım yapılmalıdır.