Alternatör Deneyleri Yapımı

elektrikuretimi
20 Aralık 2011

 

Diğer elektrik makinelerinde (Transformatör-Dinamolar-Asenkron motorlar) olduğu gibi alternatörlerin de boş çalışma, yüklü çalışma ve kısa devre deneylerinin yapılması ve karakteristik eğrilerinin incelenmesi, bize alternatörlerin yüklü çalışmadaki gerilim düşümleri, kayıplar ve verimi, kullanılacak yardımcı üniteler hakkında gerekli bilgiyi verecektir. Şekil 2.22′de, şematik olarak alternatörün elektriksel devresi ifade edilmiştir.


Şekil: Alternatörün elektriksel devre şeması

I, K sargı uçları endüktör (kutup) devresini U, V, W sargı uçları ise üç fazlı endüvi devresini belirtmektedir. Alternatörlerde endüktör devresinden doğru akım geçtiğini ve bu akımın endüksiyon için gerekli olan manyetizmayı sağladığını biliyoruz. Bu akıma uyartım akımı denir. Peki endüktör devresine seri bağlanan direncin görevini söyler misiniz? Endüvi devresinde indüklenen gerilimi ayarlamak. Endüvi sargılarında indüklenen gerilim eşitliğine göre;

E=4.44.K.f.Ns.

İndüklenen gerilim manyetik akı ve frekansa bağlıdır. Frekans ise f=P.n/120 ifadesine göre alternatör hızına bağlıdır. Çünkü eşitliklerdeki diğer büyüklükler birer değişken değildir.

O halde bir alternatörün gerilimi,

Ø Devir sayısı değiştirilerek

Ø Kutuplardaki manyetik akı değiştirilerek ayarlanır.

Ancak alternatör devir sayısı aynı zamanda frekansı da değiştireceğinden, devir sayısı

ayarı ile gerilimi değiştirmek uygulanan bir yöntem değildir. Alternatörlerde gerilim ayarı,

uyartım akımı yardımı ile kutuplardaki manyetik akıyı değiştirmekle yapılır. Bu işlem için de uyartım sargısına seri bağlanan ayarlı bir reosta kullanılır.

Alternatörlerin Boş Çalışma Deneyi

Alternatörlerin boş çalışma deneyi, boş çalışma (mıknatıslanma) eğrilerini çıkarmak ve eğriler yardımı ile gerekli mıknatıslanma (uyartım) akımını tespit etmek amacıyla yapılır. Ayrıca kısa devre ve boş çalışma deneyleri yardımı ile alternatörün senkron empedansı bulunur.

Şekil 2′te, doğru akım motoru alternatör ve dinamonun ortak bir

Deneyi yaparken; alternatör uyartım direncini daima aynı yönde hareket ettirmelisin. Aksi takdirde doyma etkisi ile alınan değerler normal çıkmayabilir.

Deneyin Bağlantı Şeması

 


 

Şekil 2: Alternatör boş çalışma deneyi için gerekli bağlantı şeması

Doğru akım motoru alternatör için gerekli mekanik enerjiyi sağlarken dinamo ise alternatör kutupları için gerekli mıknatıslanma akımını sağlamaktadır. Bağlantı şemasındaki alternatörün U-W uçlarına bağlı voltmetre alternatörün fazlar arası gerilimini, dinamo çıkış uçlarına bağlı voltmetre alternatörün uyartım gerilimini, ampermetre ise alternatörün uyartım akımını gösterir. Alternatör miline bağlı olan dinamo, alternatör uyartımı için gerekli mıknatisiyeti sağladığından uyartım dinamosu olarak isimlendirilir. Dinamonun kutup sargılarına (C-D) bağlı olan t, s, q reostası dinamo çıkış gerilimini, dinamo çıkış gerilimi ise alternatörün uyartım akımını ve gerilimini düzenler. Boş çalışma deneyinde, senkron hızla döndürülen alternatörün mıknatıslanma (uyartım) akımı ile çıkış gerilimi arasındaki ilişki incelenir.

Deney İşlem Basamakları

Deney bağlantı şemasına göre bağlantıyı yapınız.

Daha sonra doğru akım motoru yardımı ile alternatöre gerekli mekanik enerjiyi sağlayınız.(Uyartım devresi açık iken) Devir deney boyunca sabit tutulur. Alternatörün endüktör (kutup) sargıları devresindeki şalter açık iken (uyartım akımı sıfırdır) endüvi devresine (U-W uçlarına) bağlı voltmetre bir değer gösterir. Bu değer kutuplardaki artık mıknatisiyetten kaynaklanan remenans gerilimidir.    Eğer    alternatör    ilk    defa çalıştırılıyorsa veya artık mıknatısiyet kaybolmuşsa hiç gerilim vermez.

Alternatöre motor tarafından gerekli mekanik enerji sağlandıktan sonra uyartım devresi şalterini kapatarak reosta yardımı ile uyartım akımını yavaş yavaş arttırınız.

Her kademede uyartım akımını (Im) ve alternatör çıkış gerilimini (E) ölçerek çizelgeye kaydediniz. Uyartım akımını artırma işlemine çıkış geriliminde değişiklik olmayıncaya kadar devam ediniz.

Uyartım akımı arttıkça manyetik akının (Ф) artacağını, buna bağlı olarak çıkış geriliminin artacağını biliyoruz. Kutuplar doyduktan sonra uyartım akımını kademe kademe azaltınız. Mıknatıslanma eğrisi bu sefer II nu.lu yolu izleyerek azalacaktır( Şekil 2.24). Kutuplardaki artık mıknatisiyetten dolayı iki eğri birbirinden farklıdır. Bu yüzden iki eğrinin ortalaması boş çalışma eğrisi olarak kabul edilir.

Devre enerjisini kesiniz.

Deneyde Alınan Değerler Tablosu

Sonuç

Deney yaparken uyartım akımının artırılması ve azaltılması işlemi (reostanın hareketi) hep bir yönde yapılmalıdır. Deney farklı devir sayılarında yapılırsa elde edilen mıknatıslanma    eğrileri de farklı olacaktır. Alternatörlerde        remenans         gerilimi,    uç geriliminin    yaklaşık    %        5-6    değerleri arasındadır. Buna göre çıkış gerilimi 10 kV olan bir alternatörde bu gerilim 500-600 Volt arasında olabilmektedir. Alternatör uyartım akımı sıfır olsa bile, bu alternatörün çalışırken uçlarına dokunmak tehlikeli olabilir. Yandaki grafiğe dikkat edilirse eğrinin alt kısımları doğruya    yakındır.    Fakat    uyartım     arttıkça eğimde artmaktadır. Bu durum kutupların doymasından ileri gelir.


 

Şekil 2.24: Alternatörün boş çalışma eğrisi

 

Alternatörlerin Yüklü Çalışma Deneyi (Dış Karekteristiği)

Alternatörün dış karakteristikleri, sabit ve anma (etiket) devrinde döndürülen alternatörün uyartım akımı (Iu) ve güç katsayısı (Cos φ) sabitken, yük akımı (Iy) ile alternatör uç gerilimi (U) arasındaki bağıntıyı veren eğrilere Dış karakteristik eğrileri denir. Deney genellikle omik-indüktif ve kapasitif yükler için ayrı ayrı yapılır. Ayarlı (reaktansı değiştirilebilen) indüktif ve kapasitif yükler bulmak zor olacağından güç katsayısı belli olan (Cos φ=0,8 gibi) farklı yükler kullanılır.

Deneyin Bağlantı Şeması

 

Deney bağlantı şemasında,W1/W2 Watmetreleri: Alıcıların çektikleri gücü. Cosφmetre: Deney boyunca sabit kalacak güç katsayısını. Voltmetre: Fazlar arası gerilimi.

Ampermetre: Alternatörden çekilen faz akımını, göstermektedir.

(S) ve (S1) şalterleri kapatılıp alternatörün omik yük ile kademe kademe yüklendiğini düşünelim. Alternatörden çekilen yük akımı arttıkça uç geriliminde düşme görülecektir (Şekil 2.25).


Şekil 2.25: Alternatörlerin yüklü çalışma deneyi için gerekli bağlantı şeması

Deney İşlem Basamakları

Deney bağlantı şemasına göre bağlantıyı yapınız. (Şekil 2.25) Alternatörü, uyartım devresi açıkken normal devir sayısında döndürünüz. Uyartım dinamosunun gerilim vermesini sağlayınız.Uyartım devresi dirençleri ayarlanarak alternatörün normal gerilim vermesini sağlayınız.

Alternatör yük direnci ile normal yük akımına kadar yükleyiniz. Bu durumdayken    gerilimi    ve    devri,    makinenın    normal    değerlerine ayarlayınız.

Uyartım akımı değiştirilmeden bütün yükleri kaldırarak boştaki gerilimi okuyunuz.

Alternatörü tekrar, kademe kademe yükleyerek, her yük değişiminde U ve Iy değerlerini alınız.

Aldığınız değerleri alınan değerler tablosuna kaydediniz. Yükleme işlemine tam yükün 1,2 katına kadar devam ediniz.

Alternatörlerin yüklü çalışma deneyinde; kapasitif yükte gerilim artmakta, endüktif yükte ise omik yükten daha fazla gerilim düşümü olmaktadır.

Deneyde Alınan Değerler Tablosu


Sonuç

Hatırlanacağı gibi gerilimin düşme nedenleri:

Ø Endüvi etkin direnci (Re)

Ø Kaçak reaktans (XL)

Ø Endüvi reaksiyonudur (Xa)

Endüvi reaksiyonu ve kaçak     reaktans toplamları    yerine    senkron        reaktans    (Xs) yazılabiliyordu.Eğrilerden anlaşılacağı gibi sabit devir, uyartım akımı ve güç katsayılarında en çok gerilim    düşümü    indüktif        yüklerde    meydana gelmektedir. Kapasitif yüklerde ise uç gerilimi anma değerinin üstüne çıkar. Yandaki grafikte, çeşitli yüklerdeki alternatör dış karakteristikleri gösterilmiştir

.

 

Şekil 2.26: Alternatörün dış karakteristik eğrileri

Alternatörlerin Kısa Devre Deneyi

 

Alternatörlerde kısa devre karakteristiği, uçları kısa devre edilen bir alternatörde, uyartım akımı ile kısa devre akımının değişimine denir. Deney senkron devirde 1 fazın nötrle veya üç fazın kendi arasında ampermetreler yardımı ile kısa devre edilmesiyle yapılır. Biz deneyimizi üç fazı kısa devre ederek yapalım.

Deneyin Bağlantı Şeması

Boş çalışma deneyi bağlantı şemasına ilave olarak alternatör çıkış uçları kısa devre edilir (Şekil 2.27).


Şekil 2.27: Alternatör çıkış uçlarının kısa devre edilerek yapılan kısa devre deney bağlantısı

 

Deney İşlem Basamakları


Sonuç

Kısa devre deneyi, boş çalışma deneyi yardımı ile senkron empedansın (Z) bulunması amacı ile uyartım akımını artırarak başlanır. Uyartım akımındaki her artış için yük akımı (kısa devre akımı) değerleri tabloya kaydedilir. Ancak deney yapılırken, uyartım (mıknatıslanma) akımının çok dikkatli ayarlanması gerekir. Çünkü uyartım akımındaki ani bir artış endüvi sargılarından çok büyük kısa devre akımlarının geçmesine ve sargıların yanmasına yol açar. Alternatörlerde kısa devre karakteristikleri doğru şeklindedir. Kutuplarda artık mıknatisiyet varsa I Nu’lu eğri, yoksa II Nu’lu eğri elde edilir (Şekil 2.28).


Şekil 2.28: Alternatör kısa devre karakteristiği

Boş çalışma ve kısa devre deney eğrileri aynı eksenler üzerine çizilerek çeşitli uyartım akımlarındaki senkron empedans değerleri bulunur. Senkron empedans, aynı uyartım akımındaki boş çalışma geriliminin (Eo), kısa devre akımına (Ik) bölünmesiyle bulunur.

(Eo) ve (Ik) değerlerinin aynı uyartım akımı için olduğu unutulmamalıdır. Senkron empedans, manyetik nüvenin doyumuna bağlı bir değişkendir.

Alternatörlerde gerilim düşümünü etkileyen faktörler endüvi etkin direnci (Re), kaçak reaktans (XL)    ve endüvi reaksiyonuydu (Xa). Biz bütün bu etkilerin vektörel toplamını senkron empedans (Zs) olarak isimlendirmiştik. Yandaki formülü     kullanarak Xs senkron reaktansda bulunabilr.

Alternatör kısa devre olduğundan uyartım direnci devreden yavaş yavaş çıkarılmalıdır.

Alternatörlerin Paralel Bağlama Deneyi ve Yüke İştirak

Deneyin Amacı: Alternatörleri paralel bağlamak ve yük aktarımını sağlamak. Teorik Bilgiler:

Dinamoları (D.A. generatörlerini ) paralel bağlamak için, bunların gerilim ve polaritelerinin aynı olması gerekir. Buna karşılık senkron generatörleri (Alternatörleri) paralel bağlarken çıkış gerilimlerinin, gerek genliğinin gerekse polaritelerinin belli bir frekansta devamlı değiştiği unutulmamalıdır. Bu sebepten, alternatörler paralel bağlarken aşağıdaki şartlar mutlaka sağlanmalıdır;

Bu şartlar sağlandığında, alternatörler senkronize edilmiş demektir. Üç fazlı iki alternatörü senkronize etmek için yapılması gereken işlemler aşağıda sırasıyla anlatılmıştır.

Deneyin Bağlantı Şeması


Şekil 2.29: Senkron generatörleri senkronlama ve paralel bağlama deney bağlantısı

Deney İşlem Basamakları

G1 alternatörünün, santralin ana baralarına belli frekans ve gerilimde enerji verdiğini farzedelim.

Paralel bağlanacak G2 alternatörünün, G1 alternatörü ile senkronize edildiğini kabul ediyoruz. G2 alternatörünün hızını istenen frekans elde edilinceye kadar    yükseltiniz.    Aynı zamanda,    G2 alternatörünün gerilimini, alan reostası yardımı ile G1 alternatörünün gerilimine eşit olacak şekilde ayarlayınız.

G2 alternatörünün üç faz çıkış geriliminlerinin, G1 alternatörünün gerilimleriyle aynı fazda olması için; her iki alternatörün faz sırası ve frekanslarının birbirine eşit olması şarttır. Bu şartların sağlanıp sağlanmadığını senkronizasyon lambaları yardımıyla kontrol ediniz.

Şekil 2.29′da üç fazlı iki alternatörü senkronize etmek için kullanılan bir devr e görülmektedir. G1 alternatörü yüke enerji vermekte, G2 alternatörü ise buna paralel bağlanacaktır. Çalışma gerilimleri, alternatörün çıkış gerilimine uygun üç lambadan her biri, şekildeki gibi birer anahtara bağlanmıştır. Alternatörler birlikte çalışırken, şu iki durumdan biriyle karşılaşabilirsiniz;

a) Her üç lamba, G1 ve G2 alternatörlerinin frekansları arasındaki farka bağlı bir hız ile hep birlikte yanıp sönebilirler.

b) Her üç lamba, alternatörlerin frekansları arasındaki farka bağlı bir hızla, fakat birlikte yanıp sönmeyebilirler. Bu durumda G2 alternatörü ile G1 alternatörü arasındaki faz bağlantısı veya sırası aynı değildir.

Şimdi, G2 alternatörünün faz durumunu, G1 alternatörününkine eşit olacak şekilde düzeltmeniz gerekecek. O halde, G2 alternatörünün bağlantı uçlarından herhangi ikisinin yerlerini değiştirmelisiniz.

Yukarıdaki işlem basamakları yapıldığında senkronizasyon lambalarının üçü birlikte sönüp yanacaklardır. Bu bize, alternatörler arasındaki faz bağlantısının doğru olduğunu ifade eder.

G2 alternatörünü döndüren makinenin hızını biraz ayarlayarak, G1 alternatörü ile eşit duruma getiriniz. Alternatörler arasındaki frekans farkı azaldıkça, senkronizasyon lambalarının belli bir hızdaki ışık şiddeti değerinde bir azalma

olacaktır. Lambaların parlaklıklarının azalıp çoğalma hızı, iki alternatör arasındaki frekans farkını gösterir.

Örneğin, G1 alternatörünün frekansı 50 saykıl ve deneye yeni giren G2 alternatörünün frekansı da 49 saykıl ise frekanslar arasındaki fark l saykıl/saniye dir. Buna göre, senkronizasyon lambaları saniyede bir defa yanıp bir defa sönecektir. Lambalar söndüğü anda, G2 alternatörünün ani polaritesi, G1 alternatörünün frekansı ile aynıdır. Bu anda G2 alternatörünün şalteri kapatıldığında iki alternatör paralel bağlanmış olur.

Senkronizasyon lambaları şalterin uçları arasına direkt olarak bağlanırsa buna üç lambalı karanlık bağlama adı verilir. Bir alternatörün faz sırasını tayin etmek için bu metot her zaman kullanılabilir.

Alternatörün faz sırası tespit edilip stator sargılarıyla, şalter ve santralin ana baraları arasındaki bağlantıları bir kere yapıldıktan sonra; alternatörü devreye paralel olarak her bağlayışımızda, faz sırasını tespit için yapılan işlemi tekrarlamaya gerek kalmaz.

Sonuç

Elektrik santralleri, şebekelerin güç ihtiyacını karşılamak amacıyla başka santrallerle paralel bağlanırlar. Santrallerde artan güç ihtiyacını karşılamak için gerektiğinde birkaç alternatör paralel bağlanabilir. Paralel bağlanacak alternatörlerde, gerilimlerin eşit olması, frekansların eşit olması, faz; sıralarının aynı olması ve birbirine bağlanacak uçlarda faz farkının bulunmaması gerekir.


Resim: Alternatör deneylerinin yapılacağı örnek deney seti ve deneyin yapılışı

 

Kaynak: MEEGEP

Yorumlar