Jeneratör Çalışma Prensibi

     Jeneratörler, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren genellikle elektromanyetik endüksiyon kullanan cihazlardır. Tam tersi olan elektrik enerjisinin mekanik enerjiye çevrilmesine yarayan motorlarla oldukça fazla benzerlik gösterirler.

Çalışma prensibi: Elektrik jeneratörlerinin çoğunun çalışma teorisi Faraday kanununa dayanır. Bir tel bobini çevreleyen magnetik akım çizgi sayısı (maxwell) değiştirildiğinde, bobinde manyetik akıya göre değişen sarım sayısıyla orantılı bir elektromotor kuvveti hasıl olur. ani voltaj değeri E = -n (df)/dt)10-8 volttur. Burada n sarım sayısı, f maxvell olarak manyetik akı ve t saniye cinsinden zamandır. Eksi işareti, indüklenen voltajın, kendisini hasıl eden kuvvete zıt olduğunu belirtir. Jeneratörün bir parçası diğerine göre mekanik olarak hareket ettirildiğinde jeneratör sargılarında voltaj indüklenir, böylece armatür sargıları adı verilen bobin çevresinde manyetik akı meydana gelir. Manyetik akı sürekli mıknatısın, DC alan sargısından veya AC kaynağından elde edilebilir.

 Alternatif Akım

Yönü ve büyüklüğü sürekli değişen akıma alternatif akım veya dalgalı akım denir. Alternatif akım AC harfleri ile gösterilir.

Alternatif akımın;

• Yönü ve büyüklü sürekli değişir.
• Bazı araçlarla (doğrultucu ve diyot) doğru akıma çevrilebilir.
• Üzerinden geçtiği teli ısıtır.
• Alternatif akım jeneratörleri ile üretilir.

Alternatif Akım Jeneratörleri (Alternatörler)

     Alternatif akım üretmek için kullanılan araçlara alternatif akım jeneratörü veya alternatör denir.

Alternatörlerde, elektrik motorlarında olduğu gibi bir mıknatısın magnetik alanı içinde bulunan ve dönebilen bir tel çerçeve bulunur. Bu tel çerçeveye bobin veya armatür denir. Tel çerçevenin iki ucu iki farklı metal bileziğe (halkaya) bağlıdır. Bu metal bileziklere kolektör veya komütatör denir. Komutatöre dokunan (ve akımın alındığı) iletken (metal) şeritlere fırça denir.

Tel çerçeve (bobin = armatür) magnetik alan içerisinde sürekli dönderilirse, indüksiyon akımında olduğu gibi tel çerçevenin içerisinden geçen magnetik alan kuvvet çizgilerinin sayısı sürekli değişir. Bu sayede tel çerçevede yönü ve büyüklüğü sürekli değişen bir akım oluşur. Bu akım alternatif akımdır.

Alternatif akım oluşurken;

• Tel çerçeve magnetik alan kuvvet çizgilerine dik olduğunda, tel çerçeveden geçen magnetik alan kuvvet çizgilerinin sayısı en fazla olacağı için akım en büyük (yani maksimum) değeri alır.
• Tel çerçeve magnetik alan kuvvet çizgilerine paralel olduğunda, tel çerçeveden magnetik alan kuvvet çizgileri geçemeyeceği için akım sıfır olur.
• Tel çerçeve 1 kez döndürülürse (tam devir yaparsa) akım 2 kez yön değiştirir.
• Tel çerçeve ilk duruma göre; 
  • 900 dönerse akım maksimum (max) olur.
  • 1800 dönerse akım sıfır olur.
  • 2700 dönerse akım zıt yönde maksimum (max) olur.
  • 3600 dönerse akım sıfır olur.

Doğru Akım

     Yönü ve büyüklüğü zamanla değişmeyen, (+) ve (–) kutupları sabit (belirli) olan akıma doğru akım. Doğru akım DC harfleri ile gösterilir.

Doğru akımın;

• Yönü ve büyüklü zamanla değişmez.
• (+) ve (–) kutupları sabittir.
• Üzerinden geçtiği teli ısıtır.
• Doğru akım jeneratörleri ile üretilir veya alternatif akımdan doğrultucu denilen araçlarla elde edilir (Doğrultucularda, akımı tek yönde geçiren diotlar bulunur).

Doğru Akım Jeneratörleri (Dinamolar)

     Doğru akım üretmek için kullanılan araçlara doğru akım jeneratörü veya dinamo denir.

Doğru akım jeneratörleri yapı ve çalışma yönünden alternatif akım jeneratörlerine benzerler. Alternatörlerden tek farkı, tel çerçevenin uçlarında komutatör olarak iki metal bilezik yerine iki yarım bilezik bulunmasıdır.

Doğru akım jeneratörlerinde tel çerçeve (bobin = armatür) magnetik alan içerisinde döndürülürse, alternatif akım jeneratörlerinde olduğu gibi tel çerçevenin içerisinden geçen magnetik alan kuvvet çizgilerinin sayısı sürekli değişeceği için akım bir yönde oluşur. Oluşan akım, yarım bilezikler (toplaçlar) sayesinde fırçalara iletilir ve yönü değişmeyen doğru akım elde edilmiş olur.

Jeneratörlerin özel tipleri

     Beşgen kutuplu jeneratörler (Homopolar Generator: HPG): Bu doğrudan doğruya, doğru akım üreten tek makinadır. Bütün diğer tür DC jeneratörleri armatür sargılarında AC üretir ve sonra komütatör vâsıtasıyla AC?yi DC?ye dönüştürür. HPG armatür sargılarına veya komütatöre sâhip değildir. Bu fark bu jeneratörün çok sağlam bir makina olmasına sebep olur. HPG ilk elektromekanik jeneratör olmasına rağmen, sonuncu olarak uygulama sahasına girmiştir.

Manyeto Hidrodinamik Jeneratör: Bu jeneratör esas îtibâriyle, yüksek bir hızla fışkırtılan elektrikî bakımından iletken gazdan (iyonize gaz), iki elektrottan ve manyetik alan hâsıl eden alan sargılarından ibârettir. Bu jeneratörler henüz çok etkin değildir. Çünkü gazı yeteri derecede iletken hale getirmek için yüksek bir sıcaklık veya büyük miktarda potasyum gereklidir.

Yüksek frekans jeneratörleri: Elektrik cihazının minimum ağırlığı ve ebatı önemli olduğunda, 60 Hertzden yüksek frekanslar özellikle kullanışlıdır. Meselâ 400 Hertz, güç kaynağı yaygın olarak uçakta kullanılmaktadır.

Video : Jeneratör Çalışma Prensibi

Jeneratörün Özellikleri

     Regülasyon: Regülasyon, giriş gerilimindeki değişimlerin kontrol edilmesidir. Türkiye şartlarında şebeke gerilimindeki değişim -20 ile +15 arasında değişmektedir. KGK’lardan beklenen çıkış gerilimini +- yüzde 1 hata payı ile düzenlemesidir.

     Gerilim Kararlılığı: Gerilim kararlılığı, çıkış geriliminin değişen şartlar altında sabit kalmasının sağlanmasıdır.

    Yüke Karşı Regülasyon: Çıkışa bağlanan yüklerdeki değişime rağmen çıkış geriliminin sabit kalmasının sağlanmasıdır. KGK lardan beklenen hata payının +- yüzde 1 den ufak değerlerde olmasıdır.

    Ani Yüke Karşı Regülasyon: Çıkış yükünün ani değişimi, şebeke geriliminin kesilmesi ve gelmesi hallerinde çıkışta olacak değişimin +-yüzde 10’dan küçük olması hedeflenir. Frekans Kararlılığı: Çıkış yükünün ani değişimi, şebeke geriliminin kesilmesi ve gelmesi hallerinde çıkışta olacak değişimin +-yüzde 10’dan küçük olması hedeflenir.

    Aşırı Yük ve Kısa Devre Koruması: Çıkışta oluşabilecek aşırı yüklenme ve kısa devrelere karşı KGK’ nın kendini koruması, arızalanmaması ve çalışmayı sürdürmesi gerekmektedir. Yüzde 150 aşırı yükte KGK’ nın gerilim regülasyonun da en az 1 dakika süreyle çalışabilmesi ve hata durumu ortadan kalktığında herhangi bir operasyona gerek kalmadan çalışmasını sürdürmesi beklenir.

    Toplam Harmonik Distorsiyon (THD): THD, çıkış geriliminde oluşan harmoniklerin bir ölçüsüdür. Bu harmonikler radyo, telsiz gibi frekans bağımlı cihazların çalışmasını etkileyebilir. Bu yüzden bu değerlerin lineer yükte yüzde 3’ten, nonlineer yüklerde ise yüzde 5 ten küçük olması istenir. Modern KGK larda PWM ( Darbe Genişlik Modülasyonu ) kullanılarak harmoniklerin değeri azaltılmaktadır.

    Yüksek Verim: Her cihazda olduğu gibi KGK’larda da enerji kayıpları oluşur. Önemli olan bu kaybın düşük tutulmasıdır. Dolayısıyla yüksek verimli cihazlar tercih edilmelidir. Akü: Kesintisiz Güç Kaynağı’nda gücün sürekliliğini sağlamak için aküler kullanılmaktadır.