DOĞRU AKIM GENERATÖRLERİ VE KARAKTERİSTİKLERİ

Transkript

1 1 DOĞRU AKIM GENERATÖRLERİ VE KARAKTERİSTİKLERİ

2 DOĞRU AKIM GENERATÖRLERİ Tanımlar Doğru akım makinelerinin kutupları sabit veya elektromıknatıslı olmaktadır. Sabit mıknatıslar küçük güçlü generatörlerde veya özel amaçlarda kullanılmaktadır. Kutupları elektromıknatıslı olanların kutup bobinleri ise çeşitli şekillerde beslenip uyartılır. Doğru akım makinelerinde kutup sargılarından doğru akım geçirilerek sabit bir manyetik alan oluşturulması işlemine uyartım adı verilir. Bütün doğru akım makinelerinde sargı uçları şu şekilde kabul edilmiştir. Endüvi sargı uçları; A-B Yardımcı sargı uçları; G-H Şönt sargı; C-D Seri sargı uçları; E-F Yabancı uyartımlı generatörlerde uyartım sargısı uçları I-K ile gösterilir. 2

3 DOĞRU AKIM GENERATÖRLERİ Tanımlar Yol verme reostası: (Motorlarda kalkış akımının sınırlanması amacıyla kullanılır.) Şebeke bağlantı ucu Şönt sargı bağlantı ucu Endüvi bağlantı ucu L M R Uyartım reostası: (Uyartım akımımın ayarlanması amacıyla kullanılır.) C-D nin kısa devre edilmesiyle şebekeye ya da endüviye bağlantı ucu Şönt sargıya bağlantı ucu s Şebeke yada endüviye bağlantı ucu q t 3

4 4 DOĞRU AKIM GENERATÖRLERİ VE KARAKTERİSTİKLERİ

5 Generatörler; mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Doğru akım generatörü, mekanik enerjiyi doğru akım elektrik enerjisine dönüştüren elektrik makinesidir. Doğru akım generatörleri uyartım şekillerine göre iki çeşittir. Yabancı uyartımlı generatörler Kendinden uyartımlı generatörler Kendinden uyartımlı generatörler de kullanılan alan sargısına göre üçe ayrılırlar. A.Şönt Generatörler B.Seri Generatörler C.Kompunt Generatörler 5

6 Kalıcı Mıknatıslı Harici Uyartımlı Seri Düz Kompunt Ters Kompunt Şönt 6

7 Yabancı Uyartımlı Generatörler Yabancı Uyartımlı Generatörler Bu generatörler harici bir kaynağa ihtiyaç duyarlar. Kullanılacak olan harici kaynak başka bir doğru akım kaynağı olabileceği gibi basit bir akü, kontrollü yada kontrolsüz doğrultmaç olabilir. Yabancı uyartımlı DA generatörlerinde endüvi sargı uçları A B, yardımcı sargı uçları G - H ve uyartım sargısı uçları ise I - K harfleri ile gösterilir. Uyartım devresi direnci Endüvi akımı Harici kaynak gerilimi Endüvi gerilimi R m = R f + R I a = I y V f = I m R f + R = I m. R m E a = U + I a R a U = E a I a. R a Yabancı Uyartımlı generatörün devreye bağlantısı 7

8 Yabancı Uyartımlı Generatörler Yabancı uyartımlı doğru akım generatörün klemens bağlantısı Doğru akım generatörlerinde uyartım devresine seri olarak tsq reostası bağlanır. Bu reostanın t ve s uçları generatörün uyartım akımının ve dolayısıyla manyetik alanın ayarlanması sağlanır. Uyartım akımının ayarlanması endüvide indüklenen kutup (uç) gerilimini değiştirir. 8

9 Yabancı Uyartımlı Generatörler Yabancı Uyartımlı Doğru Akım Generatörünün Boş Çalışma Karakteristiği Bir generatörün devir sayısı sabit ve yük akımı sıfır iken uyartım akımı ile kutup gerilimi arasındaki bağıntıya yabancı uyartımlı generatör boş çalışma karakteristiği adı verilir. Deneyin Yapılışı: Yabancı uyartımlı generatörün boş çalışma karakteristiğini elde etmek için generatör normal devir sayısı ile döndürülüp deney süresince sabit kalması sağlanır. Uyartım reostasının tamamen devrede olmasına dikkat edilip uyartım şalteri kapatılır ve uyartım reostası yardımıyla uyartım akımı kademe kademe arttırılır. Uyartım akımının belirli değerleri için endüvi uçlarından okunan kutup gerilimi tabloya kaydedilir. Öyle bir değere gelinir ki uyartım akımı arttırıldığı halde kutup geriliminin değişmediği görülür. Bu durumda kutuplar doyuma ulaşmış demektir. Bundan sonra uyartım akımı uyartım reostası yardımıyla kademe kademe azaltılarak sıfıra getirilir. Yatay eksen uyartım akımı dikey eksen kutup gerilimi olarak alınıp çıkış ve iniş eğrileri çizilir. 9

10 Yabancı Uyartımlı Generatörler Elde edilen eğriye dikkat edilirse iniş eğrisinde uyartım akımı sıfır olduğu halde generatör endüvisinde artık mıknatısiyetten dolayı bir gerilim okunduğu görülür. Uyartım akımı sıfır iken elde edilen bu gerilime remenans gerilimi adı verilir. Yabancı uyartımlı generatörler başka bir DA kaynağına ihtiyaç duyduklarından nadiren kullanılırlar. Laboratuvar ve ticari testler, özel regülasyon setleri için. Boş çalışma karakteristiği 10

11 Kendinden Uyartımlı Generatörler Kendinden Uyartımlı Generatörler Harici bir kaynaktan değil de generatörün kendi ürettiği gerilim tarafından uyartılan generatörlere kendinden uyartımlı generatörler adı verilir. Kendinden uyartımlı generatörler uyartım sargılarının endüvi uçlarına bağlanış şekillerine göre şönt, seri ve kompunt doğru akım generatörü olmak üzere üç çeşittir. Artık Mıknatısiyet Generatörlerin kutup sargılarından herhangi bir akım geçmese de manyetik malzemenin doyuma ulaşmasından dolayı kutuplardaki manyetik alan sıfır olmaz. Bu manyetik alanın yok olması zamana bağlıdır. Generatörlerin çalıştıktan sonra kutuplarında kalan bu manyetik alana artık mıknatısiyet adı verilir. Generatör uzun süre çalıştırılmamış yada ilk kez çalıştırılıyor ise üzerinde herhangi bir artık mıknatısiyet söz konusu olmayacağından kendi kendini uyartamaz. Bu nedenle pil, akü gibi doğru akım kaynağı ile artık mıknatısiyet sağlanır yada makine yabancı uyartımlı olarak çalıştırılır. 11

12 Kendinden Uyartımlı Generatörler Remenans Gerilimi Generatör normal devir sayısı ile dönerken uyartım akımı sıfır olsa da kutuplardaki artık mıknatısiyetten dolayı endüvide bir emk indüklenir. İndüklenen bu gerilime remenans gerilimi adı verilir. Kendi Kendine Uyartım Daha önce çalıştırılmış bir doğru akım makinesi kutuplarında doyuma ulaşılmasından dolayı artık mıknatısiyet kalır. Bu artık mıknatısiyet generatör anma hızında dönerken endüvi sargılarında bir remenans gerilimi indükler. Alan sargıları endüviye paralel olduğundan indüklenen bu gerilim alan sargılarından geçen akımı arttırır. Alan sargılarındaki akımın artışı artık mıknatısiyet akısını da arttırır. Buna bağlı olarak endüvide indüklenen gerilimi de artar. Generatörde indüklenen gerilimin artışı alan sargısı direnç çizgisi ile manyetik doyum çizgisinin kesiştiği noktaya kadar olur. Eğer alan sargıları artık mıknatısiyet değerini azaltacak şekilde bağlanmış ise indüklenen gerilimde azalma olur ve generatör kendi kendini uyartamaz. 12

13 Kendinden Uyartımlı Generatörler Kritik Direnç Uyartım devresi direnç eğrisi, mıknatıslama eğrisini lineer olarak değiştiği noktada keserse bu eğriye karşılık gelen değere kritik direnç adı verilir. Eğer uyartım devre direnci kritik devre direncinden büyük ise indüklenen gerilimde herhangi bir artış olmaz ve bu nedenle generatör kendi kendini uyartamaz. Kısaca generatörün kendi kendini uyartmaya başladığı uyartım reostası direnç değerine kritik direnç denir. Bir doğru akım generatörünün kendi kendini uyartabilmesi için; Kutuplarda artık mıknatısiyet akısı bulunmalı Generatörün endüvisinde indüklenen gerilimin oluşturacağı manyetik alan artık mıknatısiyet akısını destekleyecek yönde olmalı Uyartım devresi toplam direnci, kritik direnç değerinden küçük olmalıdır. Uyartım devresi direnci ile endüvi uç gerilimi arasındaki ilişki 13

14 14 ŞÖNT DOĞRU AKIM GENERATÖRLER

15 Şönt Generatörler Uyartım sargısı generatör endüvisine paralel şekilde bağlanmış olan generatörlerdir. Dışarıdan herhangi bir uyartıma gerek duymadan kendi kendini uyartırlar. Şönt generatörde endüvi uçları A B, kutup(uyartım) sargısının uçları C D, yardımcı sargı uçları da G H harfleri ile gösterilir. Şönt generatör klemens bağlantısı Uyartım devresi direnci R m = R f + R ş Endüvi akımı I a = I y + I m Şönt generatör prensip devre şeması Uç gerilimi U = I m R f + R ş = I m R m Uyartım akımı I m = U R m Endüvi gerilimi E a = U + I a R a U = E a I a R a 15

16 Şönt Generatörler 16

17 Şönt Generatörler Şönt Generatör Dış Karakteristiği Sabit devir sayısında uyartım direnci sabitken yük akımı ile uç gerilimi arasındaki bağıntıya şönt generatörün dış karakteristiği adı verilir. Şönt generatör boşta çalışırken eşdeğer devresinden de görüldüğü gibi endüvi akımı yük akımı sıfır olduğundan uyartım akımına eşit olur. Bu akım tam yük akımının çok küçük bir kısmına eşittir. Dolayısıyla boş çalışmada uç gerilimi U, endüvi iç direncinden dolayı oluşan gerilim düşümü I a.r a ihmal edilirse E a ya eşit olur. Eğer yük akımı arttırılırsa uç gerilimi aşağıdaki nedenlerden dolayı azalır. I a.r a gerilim düşümünün artması, Endüvi reaksiyonunun mıknatıslanmayı yok edici etkisinin artması, Uyartım akımının E a daki düşüm nedeniyle azalması. 17

18 Şönt Generatörler 18

19 Şönt Generatörler Yük akımının artması nedeniyle oluşan bu etkilerden de anlaşılacağı gibi başarılı bir çalışma için generatörün doyum bölgesinde çalıştırılması gerektiği görülmektedir. Aksi takdirde yukarıda açıklanan nedenlerden dolayı uç gerilimi sıfıra düşer. Şönt generatörün lineer bölgede çalıştığını ve yüklü şekilde uç geriliminde belli bir düşüş olduğunu kabul edersek, gerilimdeki bu düşüş uyartım akımında bir düşüşe dolayısıyla kutup akısında da bir düşüşe neden olur. Akıdaki azalma endüklenen gerilimde azalmaya sebep olacağından düşüş uç gerilimi sıfır olana kadar devam eder. Doğru akım generatörünün doyum bölgesinde çalıştığını kabul edersek akımdaki %10 luk bir azalmanın kutup başına akıda %2 ile %3 lük bir azalmaya neden olduğu görülür. Sonuçta uç gerilimi boşta çalışma gerilim değerinin altında bir değer olur ve bu gerilim değeri makinenin başarılı bir şekilde çalışabilmesi için uygun bir değerdir. Şönt Generatörün dış karakteristik eğrisi 19

20 Şönt Generatörler Generatör yüklendikçe yük akım belli bir değere kadar artar. Bu değerden sonra yük direncindeki azalmanın yük akımını arttıracağı yerde azalttığı görülür. İşte yük akımının azalmaya başladığı bu noktaya kırılma noktası adı verilir. Bu noktadan itibaren uç gerilimi de azalır. Yük direncindeki azalma devam edince uyartım akımı sıfıra gider ve generatör kısa devre edildiğinde yani yük direnci sıfır olduğunda geçen kısa devre akımı remenans geriliminin endüvi direncine bölümüne eşit olur. Bu sonuç bize şönt generatörün kısa devre durumunda bir zarar görmeyeceğini gösterir. Bu tip generatörler akümülatör şarjında, galvanoteknide, küçük aydınlatma tesislerinde, gerilimin yükle değişmesinin sakıncası olmayan yerlerde kullanılır. 20

21 Seri Generatörler Seri Generatörler Uyartım sargısı generatör endüvisine seri şekilde bağlanmış olan generatörlerdir. Dışarıdan herhangi bir uyartıma gerek duymadan şönt generatörlerde olduğu gibi kendi kendini uyartırlar. Seri generatörlerde endüvi uçları A B, kutup(uyartım) sargısının uçları E F, yardımcı sargı uçları da G H harfleri ile gösterilir. Seri generatör prensip devre şeması ve klemens bağlantısı Endüvi alan sargısı ve yük akımı I a = I s = I y Endüvi gerilimi E a = U + I a. R a + I s. R s Uç gerilimi U = E I a. R a I s. R s U = E I a. (R a + R s ) 21

22 Seri Generatörler Seri generatörlerde seri alan sargısından geçen akım endüvi sargılarından da geçtiğinden kalın kesitli ve az sipirlidir. Seri sargıya paralel bağlanan bir ayarlı direnç vasıtasıyla seri sargıdan geçen akımın ayarlanması sağlanır. Generatör boşta çalışırken seri sargının ürettiği akı sıfırdır. Dolayısıyla endüvi uç gerilimi artık mıknatısiyetten dolayı oluşan E r remenans gerilimine eşit olur. Generatör bir yüke bağlandığında, yükün çekeceği akım seri sargıdan geçeceğinden seri sargı artık mıknatısiyet akısını destekleyecek yönde bir manyetik akı üretir. Bu durumda endüvide indüklenen gerilim boşta elde edilen gerilim değerinden yüksek olur. Ancak uç gerilimi U, üretilen E geriliminden; Endüvi direnci R a ve seri sargı direnci R s den dolayı düşen gerilim, Endüvi reaksiyonunun etkisinden dolayı düşüktür. 22

23 Seri Generatörler Uyartım akımının ayarlanması amacıyla seri sargıya paralel ayarlı bir R d direnci bağlanmıştır. R d bağlanmaz ise devreden endüvi akımı geçer ve I a = I s = I olur. Seri generatörlerde kutup gerilimi her yük akımı için ayrı değerdedir. Yük akımındaki az bir değişme kutup geriliminde büyük değişmelere yol açar. Her ne kadar seri sargıya bağlanacak paralel direnç ile kutup gerilimini sabit tutmak mümkünse de kullanışlı değildir. Bu bakımdan seri generatörler enerji üretimi için santrallerde kullanılmazlar. 23

24 Kompunt Generatörler Kompunt (Bileşik) Doğru Akım Generatörleri Hem seri hem de şönt sargıyı bulunduran generatörlerdir. Kompunt generatörlerde seri ve şönt sargının oluşturduğu manyetik alan, bağlantı şekillerine göre birbirini destekleyecek yada yok edecek şekilde olabilir. Kompunt generatör prensip devre şeması Endüvi akımı I a = I + I m Endüvi gerilimi E a = U + I a. R a +I s. R s Uç gerilimi U = E I a. R a I s. R s Uyartım devresi direnci R m = R f + R ş Uç gerilimi U = I m. R f + R ş = I m. R m 24

25 Kompunt Generatörler 25

26 Kompunt Generatörler Arttırmalı (Eklemeli) Kompunt Generatör Bu tip generatörlerde seri sargının oluşturduğu alan şönt sargının alanını destekleyecek yöndedir. Kendi aralarında yukarı ve orta kompunt şeklinde iki çeşittir. Yukarı kompunt generatörlerde seri alan sargısı kutup gerilimini oldukça arttırırken orta kompunt generatörde endüvi reaksiyonundan meydana gelen düşümü karşılayacak kadardır. Azalmalı (Ters) Kompunt Generatör Bu tip generatörde seri sargının alanı şönt sargının alanını azaltacak yöndedir. Dolayısıyla kutup gerilimi yüklendikçe çok düşer. Kompunt generatörlerin boş çalışma karakteristiğinin yapılışı ve eğrinin şekli, aynen şönt generatörün boş çalışmada elde edilen eğri gibidir. 26

27 Kompunt Generatörler Arttırmalı ve Azaltmalı Kompunt Generatör Yukarı, Orta ve Ters Kompunt Generatörün Eğrileri 27

28 Kompunt Generatörler Kompunt Generatörün Dış Karakteristiği Devir sayısı ve şönt uyartım devresi direnci sabitken, yük akımı ile kutup gerilimi arasındaki bağıntıya kompunt generatörün dış karakteristiği denir. Kompunt generatörlerin kullanıldıkları yerler: Eklemeli kompunt generatörler, ışıklandırma ve elektrikli motor servislerinde kullanılır. Bu yerlerde aranan özellik gerilimin her yük için sabit kalmasıdır. Eklemeli kompunt generatörlerde yük artıkça seri sargının artan alanı düşen gerilimi karşılayacağı için alıcılardaki gerilim sabit kalır. Ters kompunt generatörler yük akımın artması ile gerilimin düşmesi istenen yerlerde elektrokimya ve elektrometalürji işlerinde kullanılır. 28

29 Kompunt Generatörler 29

30 KAYNAKLAR OĞUZ, Necati; GÖKKAYA, Muhittin; Elektrik Makineleri I, MEB Yayınları, 1992 PEŞİNT, M.Adnan; ÜRKMEZ, Abdullah; Elektrik Makineleri II, MEB Yayınları, 1992 BAL, Güngör; Doğru Akım Makineleri ve Sürücüleri, Seçkin Yayıncılık, Ağustos 2001 ALTUNSAÇLI, Adem; Elektrik Makineleri I,