Senkron Makine

Senkron makine

Senkron makine

Senkron makineler kaynağın frekansına ve kutup sayılarına bağlı olarak her zaman senkron hızla dönen sabit hızlı makinelerdir. Manyetik alan rotordaki kutup sargılarının doğru akımla beslenmesi ile elde edilir. Senkron makinenin rotor sargıları (alan sargıları) harici bir kaynak vasıtası ile fırça-bilezik sistemi üzerinden DC akım uyartımına tabi tutulur. Senkron makinalar elektromıknatıslı veya küçük güçlerde sabit mıknatıslı bir rotor ile bir veya üç fazlı alternatif akım sargısı bulunan statordan meydana gelir. Senkron, kelime olarak eşit zamanlı anlamına gelmektedir.

Rotor sargıları türbin kanatları tarafından mekaniksel olarak döndürülür. Alan sargıları tarafından üretilen döner manyetik alan stator sargılarında gerilim indükler. Stator sargılarında indüklenen gerilimin frekansı rotor hızı ile eş zamanlıdır. Makinenin motor olarak çalışması için şebekeden çekilen elektrik akımının stator sargılarında dönen manyetik alan meydana getirmesi gereklidir. Senkron generatörlerede ise uyartım akımı, ya senkron generatör miline bağlı bir dinamodan yada ayrı bir doğru akım kaynağından serbest uyartım şeklinde sağlanır.

Senkron makineler, generatör ve motor olarak çalıştırılmak üzere imal edilir. Pratikte daha çok generatör olarak büyük enerji üretim merkezlerinde yani enerji santrallerinde kullanılırlar. Ayrıca bağlı olduğu şebekeye çok büyük kapasite gösterebilen dinamik kapasite olarak da güç faktörlerinin düzeltilmesi için motor olarak da kullanılabilirler.

Rotor devri ile stator devri eşit olan makinalardır. Senkron makineye mekanik enerji verildiği zaman, elektrik enerjisi alınırsa alternatör; elektrik enerjisi verildiği zaman mekanik enerji alınırsa senkron motor olur. Senkron makina; stator sargılarında alternatif akım, rotor sargılarında ise doğru akım bulunan ve rotor hızı senkron devirle dönen veya döndürülen makinelerdir.

Senkron Makinelerin Yapılarına Göre Sınıflandırılması

Senkron makinalar stator ve rotor devrelerinin düzgün olup olmayışına göre iki çeşittir.

• Silindirik rotorlu (yuvarlak kutuplu yada turbo makineler)
• Çıkık rotorlu (çıkık kutuplu makineler)

Silindirik rotorlu senkron makine

Bu makine tiplerinden silindirik rotorlu senkron makinede, hava aralığı çevre boyunca sabit olduğundan, stator ve rotor sargılarının öz endüktansları rotorun dönme açısına bağlı değildir. Kutup sayıları küçüldükçe senkron makina silindirik rotorlu yapılır. Dolayısıyla silindirik rotorlu senkron makinelerde devir sayısı yüksektir. Hızı yüksek tutmak için silindirik rotorlu senkron makinelerin rotor çapları kısa eksenel boyları ise büyüktür.

Çıkık rotorlu senkron makine

Çıkık kutuplu senkron makinelerde hava aralığı çevre boyunca sabit olmadığından stator sargısı öz endüktansı motorun dönme açısına bağlıdır. Çıkık kutuplu senkron makinede stator sargılarının direnci ve kaçak reaktansı ihmal edilirse hava aralığında oluşan manyetik akı devamlı statora uygulanan gerilime bağlı olur. Statora uygulanan gerilim sabit olduğundan akının büyüklüğü sabit kalacaktır. DC uyarma akımıyla sabit manyetik akı birbirini kilitler, moment oluşur ve rotor senkron hızda döner. Devir sayıları 1000 d/d nın altında ise senkron makina çıkık kutuplu olarak imal edilir. Çıkık kutuplu makinelerde, rotor çapı, silindirik rotorlulara göre daha büyüktür. Ancak hızı sınırlamak için eksenel boyları küçük yapılmaktadır.

Senkron Makinelerin Çalışma Prensibi

Stator da manyetik alan oluşturabilmek için rotordaki sargılara doğru akım uygulanması gerekir. Böylece elde edilen manyetik alanın dönme hızı ile içinden doğru akım akan rotor sargılarının dönme hızı eşitlenir. İki döner alan beraber hareket ederler. Bunun sonucunda elde edilen kuvvet rotorun sürekli senkron devir sayısında (n_s) kalmasını sağlar. Sistemin kuvvet üretebilmesi için stator da üretilen döner alan frekansının, rotor hızına eşdeğer olan frekans ile rotor da akan akım frekansının toplamına eşit olması gerekir.

Döner alan hızı = n_s, rotor hızı = n_r, ile gösterilmiştir. Arada kala fark hız rotor sargısında endüklenen gerilimin frekansına eşit devir sayısıdır.

Bu durum için denklem yazılırsa,

Döner alan hızı; rotor hız ile fark hızın toplamıdır.

1. n_s = n_r + ( n_s – n_r ) şeklinde olur.
2. n_s = 60.f₁ / p
3. n_s – n_r = 60.f₂ /p
4. Burada f₂ rotor sargılarında endüklenen gerilimin frekansıdır. Rotorun dönme hızı ile bu hıza eşdeğer frekans arasındaki ilişki n_s = n_r + ( n_s – n_r ) eşitliği yardımı ile,
5. n_r = 60. f_r / p olarak yazılır.

(2), (3), (4) eşitlikleri (1) eşitliğinde yerine yazılırsa aşağıdaki bağıntı bulunur.

f₁ = f_r + f₂

bu ifadede f₁ şebeke frekansıdır ve sabittir. f₂ rotor akımının frekansıdır ve rotor akımı doğru akım olduğu için sıfırdır. Buna göre ;

f₁ = f₂ olur. Rotorun hızı senkron hıza eşittir.

n_s = n_r

Rotor, döner alan hızında döner. Bu iki hız daima eşit olduğundan makineye senkron makine denir. Senkron makina fiyatları ebatlarına göre değişir.