KENDĠ BAġINA ÇALIġAN SENKRON GENERATÖRÜN ÖZEĞRĠLERĠNĠN ÇIKARILMASI VE ġebeke ĠLE PARALEL ÇALIġMANIN ĠNCELENMESĠ 1. Deneyin Amacı Senkron generatörün çalıģma ilkesi gözden geçirilerek endüklenen gerilim ifadesinin yorumlanması, endüvi reaksiyonunun etkilerinin yeniden gözden geçirilmesidir Bütün bunların ıģığında makinenin boģta ve yükte davranıģlarının analiz edilmesi için karakteristiklerinin Ģekilsel anlamları dıģında iģlevsel anlamlarının pekiģtirilmesi, yorumlanması ve elde edilmesi, Ģebeke ile senkronlanma koģullarının irdelenmesi, senkron generatörün Ģebeke ile paralel çalıģırken yüklenmesinin gözlenmesi, tek baģına ve Ģebeke ile paralel çalıģma durumlarının karģılaģtırılması bu deneyin kapsamındadır. 2. Deneye Gelmeden Önce Öğrenilmesi Gereken Kavram ve Konular 1. Senkron generatörün yapısı, 2. Döner alan ve oluģturulması, 3. Senkron generatörün çalıģma ilkesi, 4. Senkron generatörün eģdeğer devresi, 5. Senkron generatörde endüklenen gerilim ifadesi, 6. Senkron generatörde endüvi reaksiyonu, 7. Fazör diyagramları, 8. Senkron generatör karakteristikleri, 9. Senkronizasyon ve senkronizasyon koģulları, 10. ġebeke ile paralel bağlı generatörün yüklenmesi (Aktif-Reaktif Güç Ayarı). 3. Deney Hakkında Genel Bilgi 3.1. ÇalıĢma ilkesi 1
Senkron generatörün rotorunda bulunan N f sarım sayılı uyarma sargıları doğru akım ile beslendiklerinde, toplam değeri F f =N f. I f olan uyarma ampersarımı oluģturur. Bu uyarma ampersarımının değeri uyarma akımı değiģtirilmedikçe sabit kalır. Bir tahrik makinesi ile milinden tahrik edilen senkron generatörde rotor döndükçe bu uyarma ampersarımı da döner. AnlaĢılacağı üzere sabit genlikli ve konumu zamana bağlı değiģen bu döner alan üç fazlı endüvi sargılarını keser ve bu sargılarda gerilim endüklenir. Endüklenen gerilim frekansı rotorun döndürüldüğü hız n s ile orantılıdır. f 1 ns. p n s : d/d, f 1 : Hz (1) 60 Yukarıdaki bağıntıdan da anlaģılacağı üzere, senkron generatör tahrik hızına bağlı olarak mekanik koģulların elverdiği ölçüde her frekansta gerilim endükleyebilir ve değiģken frekanslı kaynak olarak kullanılabilir. ġebeke frekansında gerilim endüklemesi için senkron generatörün senkron hızda tahrik edilmesi gerekir. Uyarma alanı F f in statorun her faz sargısında endüklediği kutup tekerleği gerilimi E f nin etkin değeri aģağıdaki Ģekildedir: E f., k wa : Stator sargısı sargı faktörü (2) 4,44. kwa. Na. f1 fm N a : Stator sargısı faz baģına sarım sayısı fm : f uyarma akısının maksimum değeri Burada f uyarma akısı doğal olarak uyarma akımı I f ye bağlıdır. Diğer parametrelerin k wa ve N a üretilmiģ bir makine için değiģtirilemeyeceği düģünülürse + I f a R a I a V f E f E V - ġekil 1. Senkron generatörün eģdeğer devresi. senkron generatörde endüklenen kutup tekerleği gerilimi I f uyarma akımının ve n s tahrik hızının fonksiyonudur [E f =f(n s, I f )]. 3.2. Senkron generatörün eģdeğer devresi ve gerilim denklemleri Yukarıdan da görüldüğü üzere, senkron generatörün eģdeğer devresi a, endüvi reaktansı, σ, kaçak reaktans, R a, endüvi direcinden oluģur. E f, kutup tekerleği gerilimini, V, faz gerilimini, I a ise seçilen yön için endüvi akımını simgeler. 2
EĢdeğer devrede I I.(cos j.sin ) olduğu düģünülürse gerilim denklemi Ģu Ģekilde olur. a a E f s V I a.( Ra j. j. a ) (3) (4) a Yuvarlak rotorlu makinelerde hava aralığı sabit olduğu için, manyetik geçirgenlik ve dolayısı ile tüm hava aralığı boyunca a sabittir. Bu makinelerde endüvi için tek bir reaktans değerinden bahsedilebilir. Buna senkron reaktans denir ve s ile gösterilir. Çıkık kutuplu makinelerde hava aralığının sabit olmamasından manyetik geçirgenlik sabit değildir. Bunun sonucu olarak doğrudan toplam endüvi reaktansı ile sonuca varılması mümkün değildir. Hava aralığının en küçük olduğu, manyetik iletkenliğin en büyük olduğu noktadan geçen eksene boyuna eksen veya d ekseni denir. Buna karģı düģen en büyük reaktans değeri ad dir. Hava aralığının en büyük olduğu, manyetik iletkenliğin en küçük olduğu, noktadan geçen eksene enine eksen ya da q ekseni denir. Buna karģı düģen en küçük reaktans değeri aq dir. Buradan yola çıkarak endüviye iliģkin tüm büyüklükler [endüvi ampersarımı F a, endüvi gerilimi E a, endüvi akımı I a ] d ve q bileģenlerine ayrılarak incelenmelidir. F a : Endüvi ampersarımı F ad : Endüvi ampersarımı boyuna bileģeni F aq : Endüvi ampersarımı enine bileģeni E a : Endüvi reaksiyonu emk i E ad : Endüvi reaksiyonu emk i boyuna bileģeni E aq : Endüvi reaksiyonu emk i enine bileģeni I a : Endüvi akımı I ad : Endüvi akımı boyuna bileģeni I aq : Endüvi akımı enine bileģeni Çıkık kutuplu senkron generatör için eģdeğer devre gerilim denklemi Ģu Ģekilde elde edilir. E V I. R j.. I I j. I j. (5) f a a a ad ad aq aq ya da endüvi direnci ihmal edilirse ( d = ad + σ ve q = aq + σ olmak üzere ); E f V 1 ji ji (6) d d q q 3.3. Senkron generatör özeğrileri Bir generatörün yüklü ya da yüksüz olması endüvi sargılarında akım akıp akmamasına bağlıdır. Buna göre makinenin davranıģı önce yüksüz, sonra da yüklü durum için incelenmelidir. Senkron 3
makine için beģ değiģken sözkonusudur. Bunlar uç gerilimi V, endüvi akımı I a, güç faktörü cos, frekans f 1 ve uyarma akımı I f dir. Herhangi bir özeğri elde edilirken bunlardan üçü mutlaka sabit tutulmalıdır. 1. BoĢta özeğri E f =f(i f ), f 1 sabit, I a =0 2. Yük özeğrisi V= f(i f ), f 1, I a, cos φ sabit 3. Ayar özeğrisi I f =f(i a ), f 1, V, cos φ sabit 4. DıĢ özeğri V=f(I a ), f 1, I f, cos φ sabit 3.3.1. BoĢta özeğri E f = f( I f ), f 1 sabit, I a =0 Bu eğri elde edilirken makine boģta çalıģtırılmalıdır. Genaratörün yüksüz olduğu durum endüvi akımı I a nın sıfır olduğu durumdur. Bu durumda endüvi akımı sıfır olduğu için, I a =0, gerilim denklemi gereğince, uç gerilimi V 1 ile kutup tekerleği gerilimi E f eģit olur. Böylece makinenin uçlarında gerilim değeri ölçülerek, yüklü durumda ölçülmesi mümkün olmayan E f kutup tekerleği geriliminin değerine ulaģılmıģ olur. Frekans sabit tutulduğu takdirde E f. ifadesi 4,44. kwa. Na. f1 gereği f uyarma akısı, dolayısı ile I f uyarma akımı dıģında bir değiģken kalmaz. EĢitlikteki sabitlerden dolayı endüklenen gerilimin Ģekli akının uyarma akımı ile değiģim Ģekli ile aynı olacaktır. Elde edilen grafik, sabit frekansta, hangi uyarma akımında ne kadar gerilim endüklendiğini gösterecektir. Bağıntıdan da anlaģılacağı üzere, her sabit tutulan frekans değeri için ayrı bir özeğri elde edilecektir. f E f (V) I a =0, f 1 : sabit ġekil 2. Senkron generatörün boģta özeğrisi. I f (A) 4
3.3.2. Yükte özeğri V = f( I f ), f 1, I a, cos φ sabit Yükte özeğriler boģta özeğriler ile aynı grafiğe çizildiğinde bir anlam taģır. Bu özeğrinin elde edilmesinin amacı boģta özeğrinin elde edildiği frekansta, belirli bir yükleme durumu için (sabit tutulmuģ akım ve güç faktörü değerlerinde) ayarlanan bir uyarma akımı değerinde boģta özeğriye göre durumun gözlenerek, uç geriliminin ne kadar değiģtiğinin gözlenmesidir. Burada her sabit tutulan akım ve güç faktörü çifti için ayrı bir eğri elde edilecektir. Sabit tutulan akım değeri için güç faktörleri değiģtirilerek eğri aileleri elde edildiği zaman aynı akım değeri için güç faktörü değiģiminin uç gerilimini nasıl değiģtirdiği yorumlanabilir. Örneğin aynı akım değeri için iki ayrı güç faktörüne iliģkin eğrileri gözönüne alalım. Endüktiflik arttırılırsa, endüvi alanının uyarma alanını zayıflatıcı etkisi artacağından dolayı, uç gerilimin düģüģü de artacak ve iki eğriden daha endüktif olanı daha alttan geçecektir. Yine bu sabit tutulan akım değerinde kapasitiflik arttırılırsa, endüvi alanının uyarma alanını destekleyici etkisi artacağından dolayı, uç gerilimi diğerine göre daha fazla yükseleceğinden dolayı, daha kapasitif olan eğrilerin diğerlerinden daha yukarıdan geçmesi gerekir. Yükte özeğriler boģta özeğrilerle aynı eksen takımına çizildiği zaman bir anlam kazanır. E f, V (V) I a =0 I a =I an, cos =1 I a =I an, cos =0,8 (end) I a =I an, cos =0 (end) f 1 : sabit I f (A) ġekil 3. Senkron generatörün çeģitli durumlar için yükte özeğrileri. 3.3.3. Ayar özeğrisi I f = f( I a ), f 1, V, cos φ sabit Ayar Özeğrisini elde etmenin amacı uç gerilimi değiģtirilmeksizin sabit güç faktöründe yük akımı değiģirse uyarma akımının ne kadar değiģtiğini görmektir. Burada omik yükleme durumu gözönüne alındığında, omik yükteki endüvi reaksiyon etkisinden dolayı akım arttıkça uç geriliminin düģmesi beklendiğinden, uç gerilimini eski değerine getirmek için uyarma akımının arttırılması gereklidir. Endüktif durumda aynı olay incelenirse, endüvi reaksiyon etkisi ile bileģke alanın küçülmesi 5
hızlanacağı ve gerilim düģümü artacağından dolayı, uç gerilimini eski değerine getirmek için uyarma akımı daha da arttırılır. Bu durumda elde edilecek özeğriler ohmik durum için elde edilecek eğrilerin daha da üstünden geçecektir. Sonuç olarak daha endüktif olan eğri daha yukarıdan geçecektir. Kapasitif durumda endüvi alanı uyarma alanını destekleyeceğinden dolayı, endüvi akımı arttıkça, uç geriliminin büyümesi doğal sonuçtur. Endüvi akımı arttıkça, artacak olan uç gerilimi uyarma akımı azaltılarak giderilir. Bunun sonucunda elde edilen eğri ohmik yük durumundaki eğrinin altından geçecektir. Kapasitiflik artıkça bu destekleme daha da artacağından dolayı daha kapasitif olan özeğri daha aģağıdan geçecektir. I f (A) cos =0 (end) cos =0,8 (end) I fo cos =1 (omik) cos =0,8 (kap) V=V n (sabit) f 1 : sabit cos =0 (kap) I a (A) ġekil 4. Senkron generatörün çeģitli yük duruları için ayar karakteristikleri. Grafikteki I fo değeri, makine boģta iken (I a =0), uç gerilimini anma değerine eģit yapan uyarma akımı değeridir. 3.3.4. DıĢ karakteristik V 1 = f( I a ), f 1, I f, cos φ sabit DıĢ karakteristiği elde etmenin amacı uyarma akımı değiģtirilmeksizin sabit güç faktöründe yük akımı değiģirse, uç geriliminin ne kadar değiģtiğini görmektir. Burada omik yükleme durumu gözönüne alındığında, omik yükteki endüvi reaksiyon etkisinden dolayı uç geriliminin akım arttıkça düģmesi beklenir. Normal bir çalıģma durumunda yük arttıkça bu düģüģ uyarma akımı I f arttırılıp kutup tekerleği gerilimi E f büyütülerek telafi edilir. Fakat burada uyarma akımı sabit olduğu için gerilim düģüģünün önüne geçilemez. Endüktif durumda aynı olay incelenirse, endüvi reaksiyon 6
etkisi ile bileģke alanın küçülmesi hızlanacağı ve gerilim düģümü artacağından dolayı, bu durumda elde edilecek özeğriler omik durum için elde edilecek eğrilerin daha da altından geçecektir. Sonuç olarak daha endüktif olan eğri daha aģağıdan geçecektir. Kapasitif durumda endüvi alanu uyarma alanını destekleyeceğinden dolayı, endüvi akımı arttıkça uç geriliminin büyümesi doğal sonuçtur. Normal Ģartlarda bu durum uyarma akımı I f azaltılarak giderilir. Fakat burada uyarma akımı sabit olduğu için bu yükselmenin önüne geçilemez. Kapasitiflik artıkça bu destekleme daha da artacağından dolayı daha kapasitif olan özeğri daha yukarıdan geçecektir. V (V) cos =0 (kap) cos =1 (omik) V n cos =0,8 (end) cos =0 (end) f 1, I f : sabit I an I a (A) ġekil 5. Senkron generatörün çeģitli yük durumları için dıģ karakteristikleri. (cos n =0,8 için) 3.4. Senkronizasyon ve Ģebeke ile paralel çalıģma Senkron generatörler her zaman tek baģlarına çalıģarak yük beslemezler. Bir ya da daha fazla generatör ile paralel çalıģabilecekleri gibi sonsuz güçlü bir Ģebeke (birarada çalıģan generatörlerden oluģan, gücü makinemizin gücünden fazlası ile büyük, gerilimi ve frekansı sabit olan Ģebeke) ile de aynı Ģartlar altında çalıģabilirler. Generatörleri herhangi bir sorun yaģamadan birbirleri ile paralel bağlamaya senkronlama denir. Unutulmamalıdır ki her paralel bağlanma senkronlama değildir. Senkronlanma, makineye veya Ģebekeye akım darbesi yapmadan paralel bağlanmaktır. Senkronizasyon sırasında ortaya çıkabilecek problemler akım ve moment darbeleridir. Her iki durumu da önlemek için sağlanması gereken koģullara Senkronizasyon KoĢulları denir. 7
Senkronizasyon sırasında herhangi bir akım darbesi yaģamamak için doğal olarak makinenin endüklenen kutup tekerleği gerilimi E f ile uç gerilimi V fazör olarak eģit olmalıdır. ġebeke ile generatörü birbirine bağlayacak anahtar kapandığı anda makinenin uç gerilimi Ģebeke gerilimine eģit olacaktır. Ġlgili anahtar kapanmadan önce generatörümüz boģta çalıģıyor olacağına göre, henüz bağlanmamıģken uç gerilimi E f ye eģittir. Akım darbesini engellemek için kapanma anından hemen sonra eģit olması gereken E f ve V değerlerinin, henüz paralel bağlanılmamıģ durumda Generatör ve ġebeke gerilimlerini temsil ettiği anlaģılmaktadır. Buradan yola çıkarak Senkronizasyon ġartları elde edilebilir. 1. Fazör olarak bir eģitlik ancak frekansların eģit olması durumu için geçerlidir. Frekansların farklı olduğu bir durumda fazdan ve fazörden bahsedilemeyeceği açıktır. Bu durumda ilk Ģart ġebeke ile generatörün frekanslarının eģit olmasıdır. (f g = f Ģ ) 2. Darbe akımı akmaması için aynı frekanstaki gerilim genlikleri eģit olmalıdır. (V g = V Ģ ) 3. Bu iki Ģartın karģı karģıya gelen her faz için sağlanması gereklidir. Buradan yola çıkarak faz sıralarının da aynı olması, baģka bir deyiģle döner alan yönlerinin aynı olması gereklidir. (RST) g = (RST) Ģ 4. Yukarıdaki üç Ģart sağlansa bile iki gerilim arasında bir faz farkı varsa yine bir fark gerilimi oluģacaktır. Bu da darbe akımına sebep olacaktır. Akım darbesinin önlenmesi ile makinede moment darbesi de engelleyeceğinden, yukarıda bahsedilen Ģartlar sağlandığında makine güvenle Ģebekeye bağlanmıģ olur. Yukarıda Ģartlar incelendiğinde görülecektir ki en büyük akım darbesi gerilim farkının en büyük olduğu 180 o lik durumda durumda yaģanır.. Moment darbesi için en tehlikeli durum gerilimlerin etkin değerlerinin eģit olduğu durum için faz farkının 120 o derece olduğu durumdur. Bu Ģartların kontrol edilebilmesi için bir senkronoskop kullanılır. Senkronoskop un içinde frekans eģitliği için frekansmetre, gerilim eģitliği için voltmetre, sıfır voltmetresi, lamba düzenleri, faz sırasını kontrol edebilmek için çok küçük güçlü kütlesel rotorlu bir asenkron motor bulunur. Lamba düzenlerinden ise lambaların en parlak yandığı anın gözle tespiti fazlası ile zor olduğundan, yanan lamba ve dönen lamba düzenekleri tercih edilmemelidir. Sönen lamba düzeneğinin dezavantajı ise akkor telli lambaların kendi anma gerilimlerinin %40 ı civarında sönmeleridir. 3.5. ġebeke ile Paralel ÇalıĢan Senkron Generatör 8
Senkron generatör tek baģına çalıģırken tahrik hızı değiģtiğinde ve uyarma akımı değiģtirildiğinde endüklenen gerilim ve dolayısı ile uç gerilimi değiģecektir. Bu durumda makine yükün talep ettiği aktif gücü milinden aldığı tahrik gücü ile, reaktif gücü ise uyarma akımını değiģtirilmesi ile sağlayacaktır. Sonsuz güçteki bir Ģebeke ile paralel çalıģırken frekansın veya gerilim değiģmesi sözkonusu değildir. Bu konu ile görevli olan regülatörler gerilimi ve frekansı sabit tutacaklardır. Böyle bir Ģebeke ile senkronlandıktan sonra tahrik hızı arttırılmaya çalıģılırsa, veya uyarma akımı değiģtirilirse nelerin olacağı irdelenmelidir. Tahrik gücünün arttırılması (makinenin daha hızlı döndürülmeye çalıģılması, türbine daha fazla su gönderilmesi, dizel generatörlerde daha fazla yaktı giriģi sağlanması, vb) yük açısının büyümesine yolaçacaktır. Bu da makinenin yükünün artmasına yani Ģebekede yüklerin talep ettiği toplam güçten üzerine daha fazla pay alması anlamına gelecektir. Uyarma akımı değiģtirildiğinde ise kutup tekerleği gerilimi değiģecek, ancak mil gücünde herhangi bir değiģiklik yapılmadığı için aktif güç değiģmeyecek, reaktif güç ayar edilmiģ olacaktır. Makine anma akımı aģılmamak kaydı ile endüktif, ohmik veya kapasitif çalıģabilecektir. 4. Deneyin YapılıĢı Deney sırasında verilen montaj Ģeması kullanılacaktır. Kullanılacak makinelerin plaka değerleri Ģunlardır: Senkron Generatör: 8,5 kva, 190/110 V, 25.8/44,7 A, cos =1, 50 Hz, 1500 d/d Uyarma gerilimi: 65 V Uyarma Generatörü: 0,5 kw, 65 V, 7,5 A, 1500 d/d Tahrik Makinesi (ġönt Uyarmalı Doğru Akım Motoru): 10 PS, 220 V, 39 A, 1500 d/d Deneye baģlarken doğru akım motoruna yolverilir. Yolverme anında DA motorunda endüklenen gerilim sıfır olduğundan kalkıģ akımını sınırlamak için motorun endüvisine seri bağlı büyük bir yolverme direnci kullanılır. Bu direnç yavaģ yavaģ azaltılarak motora yolverilir ve sifirlanarak devre dıģı kalması sağlanır. Motor her durdurulduğunda yeniden yolverilirken bu direncin en büyük değerinde olduğu kontrol edilmelidir. 9
Deneyde senkron generatörün uyarma devresi için gerekli doğru gerilim, tahrik makinesi ile aynı milde dönen ve kendi kendini uyarabilen bir doğru akım Ģönt generaötrden sağlanır. Kullanılan uyarma devresi direnci ile bu doğru akım generatörünün çıkıģ gerilimi kontrol edilir ve senkron generatörün uyarma akımı ayar edilebilir. Doğru akım motorları sabit uyarma akımında yüklendikçe çektikleri akım artar ve hızları düģer. Deney sırasında senkron generatör yüklendikçe ihtiyacı olan gücü mil aracılığı ile doğru akım motorundan alacağından, doğru akım motorunun da yükü artar. Frekansı dolayısı ile tahrik hızını sabit tutabilmek için tahrik hızının her ölçmede kontrol edilmesi ve senkron hıza ayarlanması gerekir. Hızı arttırmak için doğru akım motorunun uyarma akımı azaltılmalıdır. Bu sırada uyarma sargılarının zarar görmesini engellemek için bu akım kontrol edilmelidir. 4.1. BoĢta özeğri E f = f( I f ), f 1 sabit, I a =0 Deneye baģlarken doğru akım motoruna açıklanan koģullara dikkat edilerek yolverilir. Hız senkron hıza ayar edilir. Senkron generatörün uyarma akımının ayar edildiği direnç en büyük değerine getirilir ve generatör uyarma devresini besleyecek olan anahtar kapatılır. Bu durumda akan uyarma akımı ve gerilim okunarak ölçmelere baģlanır. Uyarma akımı 0,5 A aralıklarla değiģtirilir, hız kontrol edilir ve doğru akım generatörünün anma akımı değeri olan 7,5 A e kadar ölçüm yapılır. Elde edilen sonuçlar kaydedilir. Deney sırasında her ölçme sırasında hızın senkron hız, yani gerilim frekansının 50 Hz olması sağlanmalıdır. 4.2. Yükte özeğri V 1 = f( I f ), f 1, I a, cos φ sabit Yükte eğriler direnç ve endüktif yükler için çıkartılacaktır. Güç faktörü cos =1 ve 0,8 endüktife ayar edilecektir. Deneye baģlarken DA motoruna açıklanan koģullara dikkat edilerek yolverilir. Hız senkron hıza ayar edilir. Senkron generatörün uyarma akımının ayar edildiği direnç en büyük değerine getirilir ve generatör uyarma devresini besleyecek olan anahtar kapatılır. Öncelikle cos =1 için deney yapılır. Endüktanslar devreye alınmadığı zaman cos =1 sabit kalacaktır. Yüke iliģkin anahtar kapatılmadan önce yük dirençleri en büyük değerine ayarlanır ve bu anahtar kapatılır. Uyarma akımı arttırılarak uç geriliminin büyümesi ve yük akımının artması sağlanır. Akım sabit tutulacağı değere eriģince (I an, I an /2, vb.) bu noktadan itibaren ölçümlere baģlanır. Uyarma akımı ve uç gerilim değeri okunur. Uyarma akımı 0,5 A aralıklarla değiģtirilir, hız ve endüvi akımı kontrol edilir, ölçümler tekrarlanır. Doğru akım generatörünün anma akımı değeri olan 7,5 A e kadar ölçüm yapılır. Elde edilen sonuçlar kaydedilir. Deney sırasında her ölçme sırasında hızın senkron hız yani gerilim frekansının 50 Hz olması sağlanmalıdır. 10
Daha sonra endüktanslar devreye alınır. Her ölçüm durumu için cos = 0,8 olması sağlanır. Yukarıdaki iģlemler tekrarlanır. 4.3. Ayar özeğrisi I f = f( I a ), f 1, V, cos φ sabit Ayar özeğrileri direnç ve endüktans yükleri için çıkartılacaktır. Güç faktörü cos =1 ve 0,8 endüktife ayar edilir. Deneye baģlarken doğru akım motoruna açıklanan koģullara dikkat edilerek yolverilir. Hız senkron hıza ayar edilir. Senkron generatörün uyarma akımının ayar edildiği direnç en büyük değerine getirilir ve generatör uyarma devresini beslsyecek olan anahtar kapatılır. Generatörün uç gerilimi anma değerine ayar edilir ve her ölçüm için sabit kalması sağlanır. Frekasın 50 Hz olduğu kontrol edilerek endüvi akımı sıfır iken ilk değer kaydedilir (V=110 V, I a = 0 ve I f0 ). Öncelikle cos = 1 için deney yapılır. Endüktanslar devreye alınmadığı zaman cos =1 sabit kalacaktır. Daha sonra yük dirençleri en büyük değerlerine ayar edilerek yükü besleyecek olan anahtar kapatılarak akım istenilen değere ayar edilir ve uç gerilimi anma değerine getirilir. Frekans kontrol edilerek endüvi akımı ve uyarma akımı okunur. Endüvi akımı anma akımına kadar 2 A aralıklarla arttırılır. Deney sırasında her ölçme sırasında hızın senkron hız yani gerilim frekansının 50 Hz olması sağlanmalıdır. Daha sonra endüktanslar devreye alınır. Her ölçüm durumu için cos =0,8 olması sağlanır. Yukarıdaki iģlemler tekrarlanır. 4.4. DıĢ karakteristik V = f( I a ), f 1, I f, cos φ sabit DıĢ karakteristikler direnç ve endüktif yükler için çıkartılacaktır. Güç faktörü cos = 1 ve 0,8 e ayar edilecektir. Deneye baģlarken doğru akım motoruna açıklanan koģullara dikkat edilerek yolverilir. Hız senkron hıza ayar edilir. Senkron generatörün uyarma akımının ayar edildiği direnç en büyük değerine getirilir ve generatör uyarma devresini besleyecek olan anahtar kapatılır. Generatörün uç gerilimi anma değerinin üzerine ayar edilir ve bu durumdaki uyarma akımının her ölçüm için sabit kalması sağlanır. Frekasın 50 Hz olduğu teyid edilerek endüvi akımı sıfır iken ilk değer kaydedilir. Öncelikle cos = 1 için deney yapılır. Daha sonra yük dirençleri en büyük değerlerine ayar edilerek yükü besleyecek olan anahtar kapatılarak akım istenilen değere ayar edilir. Frekans kontrol edilerek uç gerilimi ve endüvi akımı okunur. Endüvi akımı anma akımına kadar 2 A aralıklarla arttırılır. Deney sırasında her ölçme sırasında hızın senkron hız yani gerilim frekansının 50 Hz olması sağlanmalıdır. Daha sonra endüktanslar devreye alınır. Her ölçüm durumu için cos = 0,8 olması sağlanır. Yukarıdaki iģlemler tekrarlanır. 4.5. Senkronizasyon 11
Makineyi senkronlamak için öncelikle faz sırası kontrol edilmelidir. Endüklenen kutup tekerleği gerilimi E f nin uyarma akımına ve frekansa bağlı olduğu düģünüldüğünde sağlanması gereken ikinci Ģart frekans eģitliğidir. Frekans eģitliği f=n s.p/60 eģitliği gereği tahrik makinesinin hızı ayar edilerek sağlanır. Bu durumda E f değeri sadece uyarma akımına bağlı olarak ayar edilebilecektir. Uyarma akımı I f ile uç gerilimi ayar edilerek üçüncü Ģart gerçeklenir. Lamba düzeneklerinden sönen lamba düzeneği kullanılacaktır. Bu düzende lambalar gerilimler eģit olduğunda sönerler. Gerilim farkı büyüdükçe lambaların parlaklıkları artacak, küçüldükçe azalacaktır. Üç Ģart sağlanmasına rağmen arada faz farkı mevcut ise frekans çok az değiģtirilerek gerilim farkının büyüyüp küçülmesi sağlanır. Bu durumda lambalar frekans farkı ile orantılı bir Ģekilde yanıp sönerler. Lambalar erken sönerse, sönük olma süresi birkaç peryot gözlenmeli ve sönük olma süresinin sonunda anahtar kapatılmalıdır. Bu durumda, senkron genaratörün endüvi akımının ölçüldüğü ampermetrenin hareket etmemesi, darbe akımının olmadığı anlamına gelir. Bu deney sırasında herhangi bir ölçüm yapılmayacak, bütün iģlemler gözlemlenecektir. 4.6. ġebeke ile paralel çalıģan senkron generatör Makine Ģebekeye senkronlandıktan sonra tahrik gücü ve uyarma akımı değiģtirilerek aktif ve reaktif gücün değiģimi gözlenecektir. Sabit aktif güçte, reaktif güç ayar edilirken uyarma akımı azaltıldıkça akımın etkin değerinin azaldığı, omik yükleme anında minimum olduğu ve bu noktadan sonra akımın etkin değerinin tekrar arttığı görülmelidir. Bu deney sırasında herhangi bir ölçüm yapılmayacak, bütün iģlemler gözlemlenecektir. Daha sonra generatörün üzerindeki yük sıfırlanmalı ve Ģebekeden ayırılarak durdurulmalıdır. 5. Deney Sonuçlarının Değerlendirilmesi Deneyde elde edilen sonuçlar doğrudan kullanılacağı ( V, I a, I f, f, cos ), bu büyüklüklerden baģka büyüklüklere (güç, verim, vb.) ihtiyaç olmadığı için herhangi bir iģleme veya hesap yolu ile değerlendirmeye gerek yoktur. 6. Deney Raporunun Hazırlanması Raporda deneyin amacı belirtilmeli, montaj Ģeması çizilmelidir. Deney sırasında yapılan ölçümler tablo halinde verilmelidir. BoĢta ve yükte çalıģma özeğrileri aynı eksen takımında olacak Ģekilde, ayar özeğrisi de dâhil olmak üzere, ilgili sonuçlar milimetrik kâğıda iģaretlenmeli ve özeğriler elde edilmelidir. Yanıtlanacak sorular raporda yanıtlanmalıdır. 12
7. Yanıtlanacak Sorular 1. Deneyde kullanılan çıkık kutuplu senkron generatörde endüklenen gerilimi tam sinüs biçimli değildir. Bu durum makinenin hangi özelliğinden kaynaklanmaktadır? Gerilim formunu sinüse yaklaģtırmak için neler yapılmalıdır? 2. Senkron generatör gerilimi ve frekansı değiģtirilebilen bir kaynak olarak kullanılabilir mi? Açıklayınız. 3. Generatör akımının omik, endüktif veya kapasitif olması uç gerilimini kutup tekerleği gerilimine göre nasıl değiģtirir? 4. Frekans ayarı için neler yapılmıģtır? Tahrik motoru asenkron motor seçilebilir mi? Açıklayınız 5. V>E f durumu senkron generatörde hangi duruma karģı gelir? Açıklayınız. 6. Senkronizasyon Ģartları için geçerli olan toleransları araģtırınız. 7. Senkronizasyon Ģartlarının her biri için (diğer üç Ģart sağlanmıģken) sağlanmama koģulunu irdeleyiniz. (Örn: Frekanslar eģit, faz sırası aynı, faz farkı yok, fakat gerilimler eģit değil) Kaynaklar [1] KOSTENKO, M., PIOTROVSKY, L., 1974, Elelctrical Machines in Two Volumes, Vol.2, Mir Publishers, Moskova [2] ALGER, P.L., 1951, The Nature of Electrical Machines, John Wiley & Sons Inc, New York [3] GÜZELBEYOĞLU N., 1992, Elektrik Makinaları I-II, ĠTÜ Matbaası, Ġstanbul [4] BODUROĞLU T., 1988, Elektrik Makinaları Dersleri, Senkron Makinalar (Teorik Bilgi), ĠTÜ Matbaası, Ġstanbul [5] BODUROĞLU T., Elektrik Makinaları Deneyleri, Ġ.T.Ü., 1983. 13
+ - 220 V L R R S A A A A A A T 0 K 3 K 4 V F V K 1 N 3 Güç Analizörü R f u v w 3 Güç Analizörü R y A M L R K G DA M A B x y S G K I z G A B C D 1 u x y 2 v z w H A R fd A TAHRĠK MAKĠNASI DOĞRU AKIM MOTORU K 2 ġekil 5. Deney bağlama I Ģemaları. (1 no lu çerçeve, yükleme deneyine, 2 no lu çerçeve senkronizasyon deneyine aittir.) 14
Tablo 1. Deney sonuç tablosu. BoĢta Özeğri Yük Özeğrisi Ayar Özeğrisi DıĢ Karakteristik n s sabit, I a =0 n s, I a sabit, cos =1 n s, I a sabit, cos =0,8 (end) n s, V sabit, cos =1 n s, V sabit, cos =0,8 (end) n s, I f sabit, cos =1 n s, I f sabit, cos =0,8 (end) I f E f I f V I f V I f I a I f I a V I a V I a 15