Enerji Üretim Sistemlerinin Temel Bileşenleri

Elektrik, çok farklı kaynaklardan üretilebilir fakat üretim teknikleri kaynak gözetmeksizin benzerdir. Bu yazımızda elektriğin üretilirken hangi kontrol aşamalarından geçtiğine değineceğiz.

A- A+

07.12.2021 tarihli yazı 3732 kez okunmuştur.

Elektrik generatörleri mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Örneğin buhar türbinlerinde buharın manyetik alan oluşturacak şaftı döndürmesi sonucunda generatörün elektrik üretmesi bir elektromekanik dönüşümdür. Bu işlem için kullanılan kömürün üçte bir oranında mekanik enerji elde edilir ve bu enerjiden neredeyse %100 verimle elektrik enerjisi üretilir.

Generatör ve Kontrol Tekniklerinin Temelleri

Ana Konsept

Üç fazlı bir generatör, üzerinde fazları oluşturacak A, B ve C kutuplarını bulunduran sabit statordan ve mıknatısın bulunduğu dönen rotordan oluşur. Genaratörün sargıları yıldız veya üçgen şeklinde bağlanabilir. Faz sargıları birbirlerinden 120°’lik açılarla ayrıldığı için generatörün çıkış gerilimleri arasındaki faz farkı da 120°’dir.

►İlginizi Çekebilir: Güneş Enerjisinden Nasıl Elektrik Elde Edilir?

Çalışma Prensibi

Faraday’ın Elektromanyetik İndüksiyon Yasası, generatörlerin çalışma prensibinin temelini oluşturur. Bu yasaya göre değişken bir manyetik alan içerisindeki bobinde elektromotor kuvveti (emk) indüklenir.Generatörlerin rotoru manyetik alan üretir ve bu alan sayesinde statoru indükler.

Oluşan manyetik alanın yoğunluğu sarım sayısını artırıp azaltarak ayarlanabilir. Bu sargılara alan sargısı denir ve rotor üzerinde bulunur. Emk enerjisinin indüklediği sargılara armatür sargıları denir ve stator üzerinde bulunur.

►İlginizi Çekebilir: Enerji İletim Hatları | 1. Bölüm

DC akım rotor sargılarından geçerek manyetik alan oluşturur. Rotor sabit hızda döndükçe stator üzerindeki sargılarda periyodik olarak değişen manyetik alan oluşur. Bu kuvvetler AC ve periyodiktir, her periyot rotorun bir devrine denk gelir. Stator sargıları birbirinden eşit uzaklıklarda bulunduğu için hepsinin dalgaları periyodun üçte biri kadar yer değiştirir. Yani üç fazlı elektrik üretilir.

Senkron generatörlerin rotor, stator ve sargılar gibi temel bileşenlerine ek olarak yardımcı birimler bulunur ve makinenin çıkış voltajını kabul edilebilir seviyelerde tutmak amacıyla kullanılır. Yardımcı birimler hız limitleyici, amortisör sargıları ve uyarı kontrol sistemlerinden oluşmaktadır.

1. Hız Limitleyici

Kısaca makinenin hızını ölçer ve duruma göre gerekli düzenlemeleri yapar. Generatöre gelen mekanik güç girişini ve rotorun hızını izleyen geri besleme (feedback) sisteminden aldığı sonuçları kıyaslar. Eğer rotor hızı senkron hızının altına düşerse güç yetersiz demektir ve yükseltmek gerekir. Ayarlama, sistem buhar türbini ise buhar ayarının yapıldığı valfi açarak veya hidroelektrik türbiniyse su akışını artırmak için baraj kapağını açarak yapılır. Hız limitleyiciler mekanik sistemler olduğu için ayarlama sırasında zaman gecikmeleri yaşanabilir.

2. Amortisör Sargıları

Rotor yüzeyindeki çentiklere gömülü iletken çubuklar amortisör sargılarıdır. Sincap kafesli rotor buna güzel bir örnektir. Amortisör sargıları makine için ek bir dengeleyici kuvvet sağlar. Makine kararlı durumda olduğu sürece stator ve rotor aynı hızda döner ve amortisör sargılarında akım indüklenmez. Fark olduğu durumlarda hızı sabitlemek için akım indüklenir.

3. Uyarı Kontrol Sistemi

Şebeke geriliminin dengeli ve yük sistemlerinin daha kontrollü olmasını sağlamak için Uyarı Kontrol Sistemleri kullanılır. Sistemde bir değişiklik olursa ve makinenin çıkış voltajı düşerse uyarı sistemi iç gerilimi yükseltir. Bu sayede çıkış voltajı ve buna bağlı olarak reaktif güç çıkışıda yükselir. Hız limitleyici ve uyarı kontrol sistemi çıkış voltajından ve rotor hızından alınan bilgiye göre çalışır.

Güvenilir elektrik enerjisi yüklerin daima sabit bir voltaj ve frekansla beslenmesi anlamına gelir. Böylelikle şebekeye bağlı hiçbir cihaz zarar görmez ve maksimum verimle çalışır. Bunu sürekli sağlamak imkansız olduğu için denge bozulduğu anda müdahale ederek voltajı dengeli hale getirecek sistemler geliştirilmiştir.

Kaynak:

►electrical-engineering-portal
►emo.org.tr