Yapısı, Çeşitleri, Çalışması, Ölçüm ve Kontrolleri

Elektrik enerjisinin üretiminde kullanılan makineler, modern yaşamın temel yapı taşlarından biridir. Evlerde kullandığımız elektrikten sanayi tesislerinde çalışan makinelerin enerjisine kadar tüm elektrik enerjisinin üretiminde jeneratörler görev yapmaktadır. Günümüzde elektrik enerjisinin büyük bölümü senkron jeneratörler tarafından üretilmektedir.

Senkron jeneratörler; hidroelektrik santrallerde, termik santrallerde, doğalgaz çevrim santrallerinde, rüzgâr türbinlerinde ve dizel jeneratör gruplarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Yüksek verimleri, kararlı çalışmaları ve kaliteli elektrik enerjisi üretebilmeleri nedeniyle enerji üretim sistemlerinin vazgeçilmez makineleridir.

Elektrik makinelerinin temel çalışma prensiplerini öğrenmek isteyen öğrencilerin öncelikle Doğru Akım Motorları (DC Motorlar) konusunu incelemeleri faydalı olacaktır. Çünkü jeneratörlerin çalışma prensibi elektromanyetik indüksiyon temeline dayanır ve elektrik makinelerinin temel mantığı bu konuda daha iyi anlaşılır.

Senkron Jeneratör Nedir?

Senkron jeneratör, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren alternatif akım makinesidir.

Bu makineler;

• Türbinler
• Dizel motorlar
• Gaz motorları
• Rüzgâr türbinleri

tarafından döndürülür.

Rotorun dönmesiyle oluşan manyetik alan stator sargılarında gerilim indükler ve elektrik enerjisi üretilir.

Günümüzde elektrik enerjisinin yaklaşık %90’dan fazlası senkron jeneratörler ile üretilmektedir.

Senkron Jeneratörlerin Kullanım Alanları

Senkron jeneratörler;

• Hidroelektrik santrallerde
• Termik santrallerde
• Doğalgaz çevrim santrallerinde
• Rüzgâr enerji santrallerinde
• Dizel jeneratör gruplarında
• Acil durum enerji sistemlerinde
• Gemi enerji sistemlerinde

yaygın olarak kullanılmaktadır.

1. Senkron Jeneratörlerin Yapısı

Stator

Stator jeneratörün sabit kısmıdır.

Üzerinde üç fazlı sargılar bulunur.

Görevleri:

• Elektrik enerjisinin üretildiği bölüm olmak
• Endüklenen gerilimi dış devreye aktarmak
• Üç fazlı enerji üretmek

Üretilen elektrik enerjisi stator sargılarından alınır.

Rotor

Rotor jeneratörün dönen kısmıdır.

Rotor üzerine doğru akım uygulanarak manyetik alan oluşturulur.

Bu alanın dönmesi sonucunda stator sargılarında gerilim meydana gelir.

Rotorun görevleri:

• Manyetik alan oluşturmak
• Enerji üretimini sağlamak
• Senkron çalışmayı gerçekleştirmek

Uyartım Sistemi

Rotorun manyetik alan oluşturabilmesi için doğru akım verilmesi gerekir.

Bu sisteme uyartım sistemi denir.

Uyartım;

• Fırça ve bilezik sistemi
• Fırçasız uyartım sistemi

ile sağlanabilir.

Mil ve Rulmanlar

Rotorun düzgün dönmesini sağlar.

Görevleri:

• Mekanik hareketi iletmek
• Titreşimi azaltmak
• Sürtünmeyi düşürmek

Soğutma Sistemi

Büyük güçlü jeneratörlerde oluşan ısıyı uzaklaştırmak için kullanılır.

Soğutma yöntemleri:

• Hava soğutmalı
• Su soğutmalı
• Hidrojen gazı soğutmalı

olarak uygulanabilir.

Senkron Jeneratörlerde Enerji Dönüşümü

Senkron jeneratörlerde enerji dönüşümü aşağıdaki şekilde gerçekleşir:

Türbin
↓
Mekanik Enerji
↓
Rotorun Dönmesi
↓
Manyetik Alan Oluşumu
↓
Stator Sargılarında Gerilim
↓
Elektrik Enerjisi

Bu süreç elektromanyetik indüksiyon prensibine dayanır.

2. Senkron Jeneratör Çeşitleri

Rotor yapılarına göre senkron jeneratörler iki temel gruba ayrılır.

Çıkık Kutuplu Senkron Jeneratörler

Rotor kutupları dışarı doğru çıkıntılı yapıdadır.

Özellikleri:

• Düşük devirde çalışırlar
• Çok kutupludurlar
• Büyük çaplıdırlar

Kullanım alanları:

• Hidroelektrik santraller
• Su türbinleri

Silindirik Rotorlu Senkron Jeneratörler

Rotor yüzeyi düzgündür.

Özellikleri:

• Yüksek hızda çalışırlar
• Mekanik dayanımları yüksektir
• Türbin sistemleri için uygundur

Kullanım alanları:

• Termik santraller
• Doğalgaz çevrim santralleri
• Buhar türbinleri

Fırçalı Senkron Jeneratörler

Rotora doğru akım;

• Karbon fırçalar
• Bilezikler

yardımıyla iletilir.

Bakım ihtiyacı yüksektir.

Fırçasız Senkron Jeneratörler

Modern enerji santrallerinde yaygın olarak kullanılır.

Avantajları:

• Daha az bakım
• Daha yüksek güvenilirlik
• Daha uzun ömür

Senkron Jeneratörlerin Avantajları

• Yüksek verim sağlar.
• Kaliteli enerji üretir.
• Frekans kontrolü kolaydır.
• Büyük güçlerde çalışabilir.
• Uzun ömürlüdür.
• Şebeke ile senkron çalışabilir.

Senkron Jeneratörlerin Dezavantajları

• Uyartım sistemi gerektirir.
• İlk yatırım maliyeti yüksektir.
• Yapısı karmaşıktır.
• Düzenli bakım ister.

3. Senkron Jeneratörlerin Çalışması

Senkron jeneratörlerin çalışma prensibi elektromanyetik indüksiyona dayanır.

Manyetik Alanın Oluşturulması

Rotor sargılarına doğru akım uygulanır.

Böylece rotor bir elektromıknatıs gibi davranır.

Kuzey ve güney kutupları oluşur.

Rotorun Döndürülmesi

Rotor;

• Türbin
• Dizel motor
• Gaz türbini

yardımıyla döndürülür.

Manyetik Alanın Kesilmesi

Rotor döndükçe manyetik alan stator sargılarını keser.

Bu durumda stator sargılarında gerilim oluşur.

Alternatif Gerilim Üretilmesi

Manyetik alanın sürekli değişmesi nedeniyle stator sargılarında alternatif gerilim meydana gelir.

Bu gerilim;

• Tek fazlı
• Üç fazlı

olarak elde edilebilir.

Frekansın Oluşması

Üretilen frekans rotor devri ve kutup sayısına bağlıdır.

Frekans bağıntısı:

Burada;

• f = Frekans (Hz)
• n = Devir sayısı (d/dk)
• P = Kutup sayısı

olarak ifade edilir.

Senkronizasyon Nedir?

Senkron jeneratörlerin elektrik şebekesine bağlanabilmesi için;

• Gerilim
• Frekans
• Faz sırası
• Faz açısı

değerlerinin şebeke ile uyumlu olması gerekir.

Bu işleme senkronizasyon adı verilir.

Konvertör ve İnvertör Sistemleri ile İlişkisi

Modern enerji sistemlerinde senkron jeneratörlerden elde edilen enerjinin dönüştürülmesi ve kontrol edilmesi amacıyla güç elektroniği devreleri kullanılmaktadır.

Bu konuda ayrıntılı bilgi almak isteyenler Konvertör ve İnvertör Sistemleri konusunu inceleyebilirler.

4. Senkron Jeneratörlerde Ölçüm ve Kontroller

Elektrik üretim sistemlerinde güvenilir çalışma için düzenli bakım ve kontroller yapılmalıdır.

Görsel Kontrol

Kontrol edilmesi gereken noktalar:

• Kablo bağlantıları
• Sargılar
• Soğutma sistemi
• Rulmanlar
• Fırçalar
• Bilezikler

Sargı Direnci Ölçümü

Ohmmetre ile yapılır.

Amaç:

• Kısa devre kontrolü
• Kopuk sargı tespiti
• Faz dengesi kontrolü

İzolasyon Direnci Ölçümü

Megger cihazı ile gerçekleştirilir.

Ölçümler:

• Faz-Gövde
• Faz-Faz

arasında yapılır.

Düşük izolasyon değeri ciddi arızaların habercisi olabilir.

Uyartım Devresi Kontrolü

Kontrol edilir:

• Uyartım gerilimi
• Fırçalar
• Bilezikler
• Kablo bağlantıları

Uyartım arızaları enerji üretimini doğrudan etkiler.

Gerilim Ölçümü

Voltmetre ile yapılır.

Kontrol edilir:

• Faz gerilimleri
• Hat gerilimleri
• Gerilim dengesi

Frekans Ölçümü

Frekansmetre kullanılır.

Türkiye’de standart şebeke frekansı:

50 Hz’dir.

Akım Ölçümü

Pens ampermetre ile gerçekleştirilir.

Kontrol edilir:

• Faz akımları
• Yük akımı
• Dengesizlikler

Titreşim Kontrolü

Titreşim analiz cihazları kullanılır.

Aşırı titreşim;

• Rulman arızası
• Rotor balans bozukluğu
• Mil eğriliği

gibi problemlerin göstergesi olabilir.

Sıcaklık Kontrolü

Kontrol edilen bölgeler:

• Stator sargıları
• Rotor
• Rulmanlar
• Soğutma sistemi

Termal kamera kullanılarak sıcak noktalar tespit edilebilir.

Senkron Jeneratörlerde Bakımın Önemi

Düzenli bakım sayesinde:

• Arızalar erken tespit edilir.
• Enerji üretim sürekliliği sağlanır.
• Verim artar.
• Ekipman ömrü uzar.
• Beklenmeyen duruşlar azalır.

Özellikle enerji santrallerinde bakım faaliyetleri büyük ekonomik önem taşımaktadır.

Sonuç

Senkron jeneratörler günümüzde elektrik enerjisi üretiminin temel makineleridir. Hidroelektrik santrallerden termik santrallere, rüzgâr türbinlerinden dizel jeneratör gruplarına kadar çok geniş bir kullanım alanına sahiptirler. Yapıları, çeşitleri, çalışma prensipleri ve ölçüm-kontrol yöntemleri incelendiğinde elektrik üretim teknolojisinin temelini oluşturdukları görülmektedir.

Mesleki ve Teknik Anadolu Liselerinde ve Mesleki Eğitim Merkezlerinde eğitim gören öğrenciler için senkron jeneratörlerin öğrenilmesi, elektrik makineleri ve enerji sistemleri alanında önemli bir mesleki kazanım sağlayacaktır.