BÜLENT ECEVİT ÜNİVERSİTESİ
ALAPLI MESLEK YÜKSEK OKULU
SENKRON MAKİNALAR
ÖĞR. GÖR. FİGEN ALTINTAŞ
1
SENKRON MAKİNALAR
Senkron makinalar elektromıknatıslı veya küçük güçlerde sabit mıknatıslı bir rotor ile bir
veya üç fazlı alternatif akım sargısı bulunan statordan oluşur. Bu makinalar sabit hızla
dönerler. İlk defa kullanılan bir makina olarak 1885‘de Nollet ve Van Malderen tarafından
generatör olarak imal edilmiştir. Güçleri bugün 1500 MVA hatta son yıllarda 2000 MVA’e
kadar ulaşmıştır. Gerilimleri ise 6, 15, 20, 27 kV dur. Daha çok generatör olarak
yapılmaktadır.
Senkron, kelime olarak eşit zamanlı anlamına gelmektedir. Bu kelime ilk kez elektrik
makinaları üzerinde araştırmalar yapan fizikçi Steinmetz tarafından kullanılmıştır. Senkron
makinalar grubuna, alternatörler (generatörler), senkron motorlar ve senkron
konvertörler girer. Senkron motor ile alternatör arasında yapı bakımından bir fark yoktur.
Senkron motor ile alternatörün (generatörün) farkı
Rotor devri ile stator devri eşit olan makinalardır. Senkron makinaya mekanik enerji verilip
elektrik enerjisi alınırsa alternatör; elektrik enerjisi verilip mekanik enerji alınırsa senkron
motor olur.
Senkron makina; stator sargılarında alternatif akım, rotor sargılarında ise doğru akım bulunan
ve rotor hızı senkron devirle dönen veya döndürülen makinalardır.
SENKRON GENERATÖRLER (ALTERNATÖRLER)
Günümüzde kullanılan enerjilerin en önemlilerinden biri de elektrik enerjisidir. Elektrik
enerjisi genel olarak bir yakıtın yanması veya su dönüşümü yolu ile elde edilir. Bazı atomların
parçalanması sonucu ortaya çıkan çok kuvvetli ısı enerjisiyle de elektrik enerjisi elde edilir.
Elektrik enerjisinin üretim, iletim ve dağıtımındaki gelişmeler ile diğer enerjilere kolayca
dönüştürülebilmesi bu enerjiyi daha çok kullanılır duruma getirmiştir.
Elektrik enerjisi doğru ve alternatif akım olarak üretilir. Doğru akımın özellikleri,
1- Elektrikle yapılan yüzey kaplamacılığı (Galvanoplasti) ve maden arıtma işlerinde doğru
akım gereklidir.
2- Doğru akım depo edilip tekrar kullanılabilir.(Akü gibi)
3- Doğru akım makinalarının devir ayarları geniş sınırlar içinde yapılabilir.
Alternatif akımın özellikleri,
1- Alternatif akım makinaları büyük güçlü olarak yapılabildiği için üretilen enerjinin birim
fiyatı ucuz olur.
2- Alternatif akımda kullanılan transformatörler yardımıyla enerji iletimi ve dağıtımı verimli
bir şekilde yapılabilir.
3- Alternatif akım makinalarının bakımları kolay olup doğru akım makinalarına göre daha az
arıza yaparlar.
Elektrik enerjisi daha çok alternatif akım olarak üretilir, doğru akım gereken yerlerde yine
alternatif akımdan yararlanılır. Alternatif akım doğru akıma dönüştürülerek kullanılmaktadır.
2
Alternatif akım senkron generatörlerde üretilir. Milinden aldığı mekanik enerjiyi, gerek 1 fazlı
gerekse 3 fazlı alternatif gerilime dönüştüren veya alternatif gerilim üreten senkron
generatörlere alternatör denir. Genel olarak üç fazlı olarak karşılaşılan alternatörlerden
günümüzde elde edilen maksimum güç 1500 MVA ulaşmıştır (nükleer santraller için turbo
alternatörler). Bugünkü imkânlarla 4 kutuplu 2500 MVA’lık turbo generatörlerin yapımı
mümkün olmaktadır.
Üretilen alternatif akım genel olarak üç fazlıdır. Ancak bazı durumlarda (Örneğin elektrikli
tren şebekeleri gibi) bir fazlı üretim de yapılmaktadır.
ALTERNATÖRLERİN YAPISI
Alternatörler genel olarak iki ana bölümden oluşur.
1- STATOR (ENDÜVİ)
2- ROTOR (ENDÜKTÖR veya KUTUPLAR)
1- STATOR (ENDÜVİ): Endüvi, alternatörlerde alternatif gerilimin elde edildiği kısma
denir. Birer yüzeyleri yalıtılmış silisli saç paketlerinden yapılmış olup, iç kısmına sargıların
yerleştirilmesi için oluklar açılmıştır. 0,35~0,5 mm kalınlığında özel silisli çelik saç
paketlerinden yapılır.
Endüvi sargıları yerleştirilmiş stator.
Endüvi yapısına göre alternatörler genel olarak iki tipte yapılırlar.
1- Endüvisi dönen, endüktörü sabit alternatörler
2- Endüvisi sabit, endüktörü dönen alternatörler
Alternatör ister dönen endüvili olsun, isterse duran endüvili olsun endüvi üzerinde daima
alternatif gerilimin üretildiği sargılar bulunur. Endüktör üzerinde ise daima kutup (doğru
akım) sargıları bulunur.
Döner endüvili alternatörler küçük güçte, duran endüvili alternatörler büyük güçte yapılırlar.
Çünkü dönen endüviden akım, bileziklere sürtünen fırçalarla alındığından, büyük akımlar için
bilezikleri ve fırçaları büyütmek gerekir. Bu da belirli bir sınıra kadar yapılabilir.
3
Dönen endüvili alternatör
Duran endüvili alternatör
Döner endüvili alternatörler yüksek gerilimli olarak yapılamazlar. Dönen endüviyi ve
bilezikleri izole etmek zordur. Endüvi oluklarına yerleştirilen iletkenler santrifüj kuvvet etkisi
ile zorlamalara maruz kaldıklarından izolasyonun ömrü kısalır.
Küçük güçlü alternatörler yapılışları bakımından dinamolara benzerler. Dinamonun endüvi
sargılarında indüklenen alternatif akım fırça ve kollektörlerle doğrultulur. Kollektör yerine
bilezikler konursa, endüvi sargılarında indüklenen alternatif akım bileziklere sürtünen
fırçalarla dışarıya alınır. Böylece dinamo alternatöre dönüştürülmüş olur.
Endüvinin duran kısımda yapılmasının birçok yararları vardır.
1- Endüvi sargılarında indüklenen gerilim dış devreye fırça ve bilezikler olmaksızın alınabilir.
2- Duran kısımdaki sargıların sarılması ve izolesi daha kolay yapılır.
3- Duran kısımdaki sargıların merkez kaç kuvvet etkisi ile yerlerinden fırlamaları söz konusu
olamaz.
4- Sargıların soğutulması daha kolay yapılabilir.
Duran endüvili alternatörler yüksek gerilimli ve büyük güçlü olarak yapılırlar. Bu
alternatörleri 2300, 6900, 13800 ve 23000 V’a kadar gerilimlerde imal etmek mümkün
olmuştur. Bu alternatörler 20000, 40000, 100000 ve 200000 kW güçlerde yapıldıkları gibi son
zamanlarda İngiltere’de 400000 kW (400 MW)’lık bir türbo alternatör yapılmıştır. Buhar
türbini ile alternatör tek bir ünite olarak imal edilen bu dev alternatörlerden 500 MW’lığının
yapımı için üzerinde halen çalışmalar yapılmaktadır.
2- ROTOR (ENDÜKTÖR-KUTUPLAR): Manyetik alanın meydana geldiği uyartım
(kutup) sargılarını taşıyan kısımdır. Büyük güçlü alternatörlerde endüktör döner şekilde
yapıldığından bu kısma rotor adı da verilir.
4
Endüktörü oluşturan kutuplar, alternatörü döndüren sistemlerin devir sayılarına göre iki
şekilde yapılır.
1- Çıkıntılı (çıkık) kutuplu alternatörler.
2- Düz (silindirik) kutuplu alternatörler.
Düz (silindirik) kutuplu alternatör
Çıkıntılı kutuplu alternatör
Çıkıntılı kutuplu alternatörler su türbinleri veya düşük devirli dizellerle döndürülür. Bu
kutuplar aynen bir doğru akım makinasının kutupları gibidir. Kutup başları birer yüzleri
yalıtılmış özel saç paketlerinden yapılır. Kutup ayakları ise, demirden yapılabilir. Bu şekilde
oluşturulan kutuplar rotora, perçin, cıvata veya kırlangıçkuyruğu geçmelerle tutturulur. Bu
kutuplar üzerine uyartım sargıları sarılır ve bu sargılar kendi aralarında N-S-N-S kutupları
oluşturacak şekilde bağlanırlar. Sargıların son iki ucu rotor üzerinde bulunan iki bileziğe
bağlanır, bu bilezikler ve fırçalar yardımıyla sargılar doğru akımla beslenir. Çıkıntılı kutuplu
senkron generatörler çok kutuplu olarak yapılırlar. Örneğin 72 kutuplu 260 MVA gücünde
yapılabilirler. Rotor çapları büyük, rotor uzunlukları ise kısadır.
Çıkıntılı kutuplu rotor
5
Çıkıntılı (Çıkık) kutuplu senkron makinanın yapısı
Çıkıntılı kutuplar yüksek devirli alternatörlerde hem santrifüj etki oluştururlar, hem de büyük
gürültü ve rüzgar kayıplarına neden olurlar. Kutupların üst kısımlarına, gerilimde ortaya çıkan
salınımları önlemek amacıyla kısa devre çubukları konur. Buralara aynı zamanda
havalandırma kanalları veya delikleri açılır.
Silindirik rotor
Düz kutuplu senkron generatörlere (Yuvarlak rotorlu) türbo generatörler de denir. Bunların
60. f
senkron hızları (ns =
) yüksektir. Rotor çapları küçük, rotor uzunlukları çok büyüktür.
P
Kutup sayıları 2, 4, 6 olarak yapılırlar. Yüksek devirli türbinlerde (buhar türbinleri)
kullanılırlar. Sargılar mile paralel olarak açılan oluklara yerleştirilir ve uçları rotordaki
bileziklere bağlanır. Bu alternatörlerde rüzgar kaybı çok azdır.
Bir senkron generatörün rotor çapı Dr (m) ise, bu rotorun çevre hızı,
 .Dr .n s
Vr =
(m/sn) dir.
60
Büyük çıkıntılı kutuplu alternatörlerde çevre hızı 80 m/sn, türbo alternatörlerde ise 200
m/sn’ye kadar çıkar.
Yuvarlak (silindirik) kutuplu senkron makinanın yapısı
Çıkıntılı kutuplu alternatörler düşey milli, türbo alternatörler ise yatay milli olarak çalışırlar.
6
ALTERNATÖRÜN ÇALIŞMA PRENSİBİ
Alternatörler kendisine verilen mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren bir elektrik
makinasıdır. Manyetik alan içinde dönen bir iletkende indüksiyon yolu ile bir e.m.k oluşması
prensibine göre çalışırlar.
Senkron generatör
Doğru akım generatör
Çalışması bir doğru akım generatörünün çalışmasına benzer. Ancak kollektör kaldırılmış
yerine bilezikler konulmuştur.
Alternatörün çalışma prensibi
Şekilde kutuplar sabit, endüvi hareketlidir. Bu küçük güçlü alternatörün çalışma prensibidir.
Büyük güçlü alternatörlerde ise kutuplar hareketli, endüvi sabittir. Döner kutuplardaki
sargıların bir manyetik alan oluşturması için bu sargılara fırça ve bilezikler yardımıyla doğru
akım uygulanır. Böylece endüvi sargılarında indüksiyon yolu ile bir e.m.k indüklenir.
Endüvide oluşan bu e.m.k fırça ve bileziklere gerek kalmadan doğrudan doğruya dış devreye
alınır.
Şekilde üç fazlı bir alternatörün endüvi ve endüktör sargılarının açılımı ve bu alternatörde tam
bir devirde indüklenen gerilimin şekli verilmiştir.
7
3 fazlı 4 kutuplu bir alternatörün endüvi ve endüktör sargılarının açılımı ve bir devirde
indüklenen üç fazlı gerilim eğrisi
ALTERNATÖRLERİN UYARTILMASI
Şebekeleri besleyen alternatörlerin yükleri günün her saatinde aynı değildir. Alternatörlerin
yüklü çalışma durumlarında (özellikle endüktif yükte) uç gerilimlerinde düşmeler olurken
üzerindeki yükü kalkan (boş çalışan) alternatörün uç geriliminde yükselmeler olur. Ancak
elektrik şebekelerinde yüke göre değişken bir gerilim değil sabit bir gerilim istenir. Bu da
değişik yük durumlarına göre alternatörlerin uç gerilimlerini ayarlamakla sağlanır. Bilindiği
gibi alternatörlerde gerilim;
a) Devir sayısı
b) Kutuplardaki manyetik akı gibi değişkenlere bağlıdır.
P.n
Devir sayısının değişmesi aynı zamanda (f =
) frekansı da değiştireceğinden gerilim ayarı
60
için kutuplardaki manyetik akının (Φ) değiştirilmesi gerekir. Bunun için de uyartım akımını
değiştirmek yeterlidir.
Alternatörün uyartımı doğru akımla yapılır. Alternatörlerin uyartım akımı başlıca üç şekilde
sağlanır:
a) Serbest uyartım,
b) Özel uyartım,
c) Kendi kendine uyartım.
a) SERBEST UYARTIM
Uyartım makinası, ana makinadan tamamen ayrıdır. Arada yalnız elektriksel bir bağlantı
vardır. Serbest uyartımda enerji bir akümülatör bataryasından veya doğru akım dinamosundan
sağlanır. Bu enerjiyle santralde bulunan diğer makinalarda uyartılabilir.
Serbest uyartım
8
b) ÖZEL UYARTIM
Bu sistemde senkron makinanın miline bir uyartım dinamosu yerleştirilmiştir. Böylece gerekli
uyartım akımı sağlanır. Uyartım akımı sağlayan dinamonun gücü, senkron makinanın
gücünün en çok % 5 i kadardır. Örneğin 250 kVA’ lık bir alternatör için 10- 12,5 kW uyartım
dinamosu yeterlidir.
Bazı alternatörlerde iyi bir gerilim ayarı ve kararlı çalışma için çift dinamo kullanılır.
Bunlardan ikincisi, uyartım dinamosunun kutuplarını uyarmak içindir.
Özel uyartım
c) KENDİ KENDİNE UYARTIM
Son zamanlarda senkron makinalarda kendi kendine uyartım çok kullanılmaya başlanmıştır.
Bunlarda aynen kendi kendine uyartımlı dinamolarda olduğu gibi alternatörün artık manyetik
alanından yararlanılır. Alternatörün ürettiği alternatif gerilim, doğrultmaçlar aracılığı ile
doğrultulur ve kutuplar uyartılır.
Alternatörün uyartım bağlantı şeması
Uyartım dinamosunun alternatör miline akuple edilmiş olmasının başlıca nedeni, gerekli
uyarma gücünün sürekli el altında bulunması içindir. Örneğin; şebekedeki bir kısa devrede
alternatör çıkış gerilimi kuvvetle düşer. Gerilimin normal değerine çıkarılması için dinamo
tarafından alternatörün kutuplarına büyük bir doğru akım gücünün verilmesi gerekir. (B)
reostası uyartım dinamosunun akımını ve dinamo çıkış gerilimini ayarlarken (A) reostası
alternatörün uyartım akımını ayarlamaktadır.
Sonuçta her iki reosta alternatörün uyartımı için gerekli doğru gerilimi ve alternatör çıkışını
ayarlar.
DEVİR REGÜLATÖRÜ
Aktif yük değişmeleri alternatörün devir sayısının değişmesine neden olur. Ancak devir
sayısı, devir regülatörleri yardımı ile kararlı bir şekilde tutularak gerilimin frekansında
meydana gelebilecek değişmeler önlenir. Bu regülatörler, alternatörlerin yüküne göre mekanik
enerjiyi azaltıp çoğaltarak frekansı sabit tutabilir.
“Elektriğin kalitesi frekansının düzgün olmasıdır.“
GERİLİM REGÜLATÖRÜ
Alternatör gerilimini yük durumuna göre ayarlayan (azaltan veya çoğaltan) düzeneklere
gerilim regülatörleri denir. Regülatörün çalışma prensibi alternatörün uyartımını sağlayan
9
uyartım dinamosunun kutup sargılarına seri olarak bir direncin girip çıkması şeklindedir.
Regülatör, alternatör çıkış gerilimine göre yardımcı uyartım dinamosunun gerilimini,
yardımcı uyartım dinamosu ise ana uyartım dinamosunun gerilimini, ana uyartım dinamosu
ise alternatör gerilimini düzenleyecektir
Gerilim regülatörü prensip şeması
Uyartım akımının her yük durumunda ayarlanması, el ile istenilen çabuklukta ve doğrulukta
yapılamaz. Bunun yerine otomatik gerilim regülatörleri kullanılır. Regülatörler yardımı ile
gerilim otomatik olarak çabuk ve istenilen doğrulukta ayarlanabilmektedir.
ALTERNATÖRLERDE İNDÜKLENEN E.M.K’ İNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER
Endüvide indüklenen e.m.k ‘in dalga şekline, endüktör kutuplarının hava aralığında meydana
getirdiği manyetik akının dağılışı ve endüvideki iletkenlerin yerleştirilişi etki eder.
Alternatörlerde elde edilen e.m.k´lerinin dalga şekli sinüs eğrisi seklinde olmalıdır. Çünkü
bütün alternatif akımla çalışan alıcılar (alternatif akım motorları, transformatörler gibi) sinüs
eğrisi şeklinde değişen alternatif akımda normal olarak çalışırlar ve gerekli ölçmeler
kolaylıkla yapılabilir.
Bu nedenle alternatör e.m.k formülünün elde edilmesinde, manyetik akı dağılışının (hava
aralığındaki akı yoğunluğunun değişimi) ve endüvi sargılarının incelenmesi gerekir.
İndüklenen gerilimin sinüzoidal olması için alternatörlerde bazı düzenlemeler yapılır.
1- Hava aralığındaki manyetik akıyı sinüzoidal yapmak: Alternatörlerde indüklenen
gerilimin dalga şekli tamamen hava aralığındaki manyetik akıya bağlıdır. Bu nedenle kutup
şekillerinde ve sargılarda çeşitli düzenlemeler yapılır. Örneğin; çıkıntılı kutuplu
alternatörlerde kutup yüzeyleri kavisli yapılarak akı dağılışının sinüzoidal olması sağlanır.
2- Endüvi sargılarını kısa adımlı sarmak: Endüvi sargıları kısa adımlı sarılarak gerilim
dalgalanmasındaki bazı harmonikler giderilir. Böylece indüklenen gerilimin sinüzoidal olması
sağlanır. Bu yöntem aynı zamanda işçilik ve kullanılan iletkenden ekonomi sağlar.
Harmonikler gerilimin bileşenleri olup, daha yüksek frekanslı fakat daha küçük genliklidir.
3- Endüvi sargılarını oluklara dağıtmak: Bir faza ait bobinleri bir kutup altında daha fazla
sayıda oluğa dağıtarak sarılan endüvi sargılarında indüklenen gerilim sinüzoidal olur.
4- Yuvarlak rotorlu alternatörlerde rotor sargılarını kademeli sarmak: Rotor sargılarını
kademeli (el sargısı şeklinde) sararak gerilimin sinüzoidal olması sağlanır.
5- Rotor yüzeyinin 2/3 ünü kullanmak: Yuvarlak rotorlu alternatörlerde, rotorda doğru
akımla beslenen uyartım döner alanını oluşturan sargı, bir kutup altındaki 2/3 oranındaki
oluklara yerleştirilip bir kutup altındaki olukların 1/3’ü boş bırakılır. Böylece alandaki 3 ve 3
katı harmonikler yok edilir. Dolayısıyla alanın kuvvetli bir birinci harmoniği vardır ve
indüklenen e.m.k ‘de kuvvetli bir birinci harmonik vardır.
6- Alternatör bağlantısını yıldız yapmak: 3 fazlı alternatörlerde uç bağlantısı yıldız
yapılırsa gerilimdeki bazı harmonikler giderilir.
10
Senkron generatör hangi tip olursa olsun statorunda üç fazlı bir alternatif akım sargısı
taşıdığından foucault ve histerezis kayıplarını azaltmak için stator 0,5 mm lik saçlardan
yapılır. Alternatör büyük güçlü ise akımın geçtiği bölge tespit edilerek bu kısımlar saçlardan,
diğer dış kısım ise dökme demir veya çelikten yapılırlar.
Stator olukları makinanın gerilimi yükseldikçe ağzı açık tipten yapılırlar.
Endüvi oluk çeşitleri
Rotor olukları ise endirekt, direkt soğutmalı tipte ve çok çeşitlidir.
Rotor olukları
Çıkıntılı kutuplu alternatörlerde doğru akım bobinlerini taşıyan kutuplar rotor gövdesine
çeşitli konstrüksiyonlarla bağlanır. Çıkıntılı kutuplar saçlardan yapılır.
Amortisör sargısı
Amortisör sargılı makinalarda kutup başlarına açılan oluklara amortisör sargısı yerleştirilir.
Bu sargı genellikle dikdörtgen kesitli iletkenlerden oluşur. Bu iletkenler rotorun her iki
tarafından kutup tekerleği çevresinde bir kısa devre halkası ile kısa devre edilir. Böylece
asenkron motorda kısa devre kafesine benzeyen bir kafes oluşturulur. Bu sargının görevi,
senkron motorlarda asenkron olarak yol vermeyi sağlaması, dengesiz yüklerde meydana gelen
ters döner alan bileşenini söndürmesi ve paralel çalışmada salınımları söndürmesidir.
11
ALTERNATÖRLERDE MANYETİK AKININ DAĞILIŞI
Elektrik makinalarının gerek momentin meydana gelmesinde ve gerekse gerilimin
indüklenmesinde hava aralığındaki alanın şekli birinci etkendir. Bu nedenle hava aralığı alan
şekillerini incelemek gerekir.
1- ÇIKINTILI KUTUPLU ALTERNATÖRLERDE MANYETİK AKININ DAĞILIŞI
Kutup yüzeyi ile endüvi arasındaki hava aralığı kutup yüzeyinin büyük bir kısmında aynı ise,
manyetik akının dağılışı dikdörtgen dalgaya benzer. Hava aralığının kutup yüzeyinin büyük
bir kısmında aynı olması, manyetik hava direncinin (relüktans) aynı olmasını sağladığından,
hava aralığındaki manyetik akı yoğunluğu geniş bir yüzeyde sabit kalır.
Düz kutuplu alternatörlerde hava aralığındaki akı dağılışı ve indüklenen emk’nın şekli
Kutup yüzeyi ile endüvi arasındaki hava aralığı kutup ekseninde en az ve eksenin her iki
tarafında düzgün artan alternatörlerde manyetik akının dağılışı sinüs dalgasına yaklaşır. Hava
aralığının en az olduğu kutup eksenlerinde manyetik direnç çok az olduğundan akı yoğunluğu
maksimumdur. Hava aralığı arttıkça akı yoğunluğu azalır.
Değişik hava aralıklı çıkıntılı kutuplu alternatörlerde hava aralığındaki akı dağılışı ve
indüklenen e.m.k‘nın şekli
12
2- DÜZ (SİLİNDİRİK) KUTUPLU ALTERNATÖRLERDE MANYETİK AKININ
DAĞILIŞI
Endüktör (rotor) türbo alternatörlerde silindir şeklindedir. Silindir boyunca açılan oluklara
kutup bobinleri yerleştirilir. Oluklar eksene paralel ve eksene doğru olmak üzere iki şekilde
açılırlar.
Silindirik rotorun oluklarına uygun olarak yerleştirilmiş bir spiral bobinin meydana getirdiği
manyetik akının dağılışı sinüs dalgasına çok yaklaşır.
Yuvarlak (silindirik) rotorlu senkron generatörlerde hava aralığı her yerde aynı olduğundan
relüktans hava aralığı boyunca sabittir.
ALTERNATÖRLERDE ELDE EDİLEN E.M.K’NIN HESAPLANMASI
Endüvi oluğundaki bir iletkende indüklenen e.m.k’i
Alternatör kutuplarının bir devrinde iletkenin kestiği akı;
Ф. 2P (max)
İletkenin 1sn’de kestiği akı;
n
Ф. 2P.
(max)
60
İletkende indüklenen e.m.k’in ortalama değeri;
2..P.n
Eort =
(V)
60.10 8
Alternatörün frekansı;
P.n
f=
c/sn (Hz)
60
Eort = 2. Ф. f. 10-8 (V)
Herhangi bir iletken 1 sn’de 108 maxwellik (1wb’lik) akıyı keserse, o iletkende indüklenen
e.m.k’in ortalama değeri 1 V’dur.
2P = Kutup sayısı
f = Frekans (Hz)
n = Dakikadaki devir sayısı (d/d)
Ф = Bir kutbun meydana getirdiği sinüzoidal akı (flüks)
E.m.k sinüzoidal olduğundan etkin değerini bulmak için ortalama değeri şekil faktörü olan
1,11 ile çarpmak gerekir.
Bir iletkende indüklenen e.m.k’in etkin (efektif) değeri;
E = 1,11. Eort
E = 2,22. Ф. f. 10-8 (V)
Endüvideki tam adımlı bir bobinde indüklenen e.m.k’in etkin değeri;
E = 4,44. Ф. f. 10-8 (V)
Spir (sarım) sayısı Nb olan bir bobinde indüklenen e.m.k’in etkin değeri;
Eb = 4,44. Ф. f. Nb. 10-8 (V)
Nb spirli bobindeki iletken sayısı;
Zb = 2. Nb
İletken sayısı Zb olan bir bobinde indüklenen e.m.k’in etkin değeri;
Eb = 2,22. Ф. f. Zb. 10-8 (V)
FAZ E.M.K’i
Endüvideki bir faza ait seri bağlı iletkenlerin sayısı (Z) olduğuna göre, faz e.m.k’i,
Efaz = 2,22. Ф. f. Z. 10-8 (V)
Bir faza ait seri bağlı spir (sarım) sayısı (N) olduğuna göre, faz e.m.k’i,
Efaz = 4,44. Ф. f. N. 10-8 (V)
13
Hava aralığındaki manyetik akının dağılışı sinüzoidal değilse, temel sinüs dalgası ile
harmoniklerden meydana gelmiştir. İndüklenen e.m.k’inde de bu harmonikler görülür. Çünkü
manyetik akının her harmoniği aynı harmonikte e.m.k indükler. Harmonik gerilimleri genel
olarak şu formüllerle ifade edilebilir.
Eh = 4,44. fh. Фh. N. 10-8 (V)
h = 1 temel dalga
h = 3,5,7,9 ….. harmonikleri
fh = temel dalga frekansı
Фh = Bir kutbun meydana getirdiği harmonik akısı
N = Bir faza ait toplam seri bağlı spir sayısı
KESİR ADIMLI SARGILAR
Alternatörlerde birbirini takip eden N kutbu ile S kutbu eksenleri arasındaki mesafeye kutup
adımı denir. Kutup adımı 1800 dir (elektriksel). Alternatörlerde endüvi sargıları tam adımlı ve
kısa adımlı olarak iki şekilde sarılır.
Tam adımlı bobin ve vektör diyagramı
Bir endüvi bobininin bir kenarı N kutbunun, diğer kenarı da S kutbunun altında olursa, bobin
adımı kutup adımına eşit olur. Bu şekilde yerleştirilmiş olan bobine tam adımlı bobin denir.
Bu şekildeki sargılara da tam adımlı sargı adı verilir.
Yk = Kutup adımı
Yb = Bobin adımı
Yb =Yk ise, tam adımlı bobindir.
Tam adımlı bobinde indüklenen e.m.k’in etkin değeri, bobininin bir kenarında indüklenen
e.m.k’in iki katına eşittir. Çünkü bobinin iki kenarındaki gerilimler arasında 1800 lik faz farkı
vardır. Bu iki gerilim seri bağlanmış bir durumdadır.
E = E1 + E2
E1 = E2 olduğundan E = 2.E1 = 2.E2
Kısaltılmış adımlı bobin ve vektör diyagramı
Bir endüvi bobininin bir kenarı N kutbunun altında, diğer kenarı da S kutbunun altında
olmayıp β açısı kadar faz farklı uzaklıkta ise, bobin adımı kutup adımından küçüktür. (Yb<Yk)
Bu şekilde yerleştirilmiş olan bobine kısa adımlı bobin denir. Bu şekildeki sargılara da kısa
adımlı (kısaltılmış adımlı) sargı adı verilir.
14
Kısaltılmış adımlı sargıda bobinin her iki ucunda indüklenen gerilimlerin aralarında β açısı
kadar faz farkı vardır. β bobin adımının kısalan kısmının elektriksel açısıdır. Bobinin toplam
gerilimini bulmak için vektöriyel toplam yapılır. Bobinin adımı kısaltılınca bobinin iki
kenarında indüklenen e.m.k’lar arasındaki faz farkı 1800 den küçük olur.
Eb = 2.E1. Cos

2
ADIM KATSAYISI
Tam adımlı bobinin gerilimi, bobinin iki kenarında indüklenen e.m.k'lerin toplamı ile bulunur.
Bobinin her iki kenarında indüklenen e.m.k'ler eşit olduğundan, bobinin gerilimi bir
kenarındaki e.m.k'in iki katına eşittir (Eb = 2E1). Kesirli adımlı bobinin gerilimi ise, kenar
e.m.k’lerin vektöriyel toplamıdır.

Eb = 2.E1. Cos
2
Tam adımlı ve kısaltılmış adımlı bobinler
Sarım sayıları aynı olduğuna göre kesirli adımlı bobinde indüklenen e.m.k, tam adımlı bobin
e.m.k'inden daima küçüktür. O halde tam adımlı bobinin e.m.k’ini 1’den küçük bir katsayı ile
çarparak kesirli adımlı bobinin e.m.k’ini bulabiliriz. 1’den küçük olan bu katsayıya adım
katsayısı (ka) denir. Spir sayıları aynı olan kısaltılmış adımlı bobin e.m.k’inin tam adımlı
bobin e.m.k’ine oranı adım katsayısını verir.
Tam adımlı bobin e.m.k’i,
Eb = 2.E1
Kısaltılmış adımlı bobin e.m.k’i

Eb = 2.E1. Cos
2
Adım katsayısı
2 E1 .Cos
ka =

2 = Cos 
2
2 E1

ka = Cos
2
a = Kısa adımın tam adıma oranı (bobinin adımının kesirle ifadesi)
ka = Cos
180.1  a 
= Cos [90.(1 - a)]
2
15
ÖRNEKLER
1- 36 oluk, 4 kutuplu, bobin adımı (1- 8) olan sargı için adım katsayısını hesaplayınız.
X = 36
2P = 4
(1- 8) = 7 oluk
Bir kutba ait oluk sayısı,
X
36
Yk =
=
= 9 (1- 10)
2P
4
Kısaltılmış bobin adımı (1- 8)
Tam adımlı bobin adımı (1- 10)
360.P
360.2 180 180
α=
=
=
=
= 200
X
9
Yk
36
7
Derece olarak bobin adımı = (180 – β) = 180 - 40 = . 180 = 1400
9
Kısaltılan oluk sayısı = 9 – 7 = 2
Bobinin kısalma açısı,
β = Kısaltılan oluk sayısı.α = 2. 20 = 400

40
ka = Cos = Cos
= Cos20 = 0,94
2
2
2- 72 oluk, 6 kutuplu, bobin adımı (1- 10) olan sargı için adım katsayısını hesaplayınız.
X = 72
2P = 6
(1- 10) = 9 oluk
Bir kutba ait oluk sayısı,
X
72
Yk =
=
= 12 (1- 13)
2P
6
Bobin tam adımlı olarak sarılsaydı, bobin adımı kutup adımına eşit olurdu.(Yb=Yk) Bobinin
bir kenarı 1. olukta diğer kenarı 13. olukta bulunur. Fakat endüvi sargıları kısaltılmış
olduğundan bobinin bir kenarı 1. olukta diğer kenarı ise 10. oluktadır.
Kısaltılmış bobin adımı (1- 10)
Tam adımlı bobin adımı (1- 13)
N ve S kutupları arasında 1800 elektrik açı vardır. Bir kutup çifti arasında 12 oluk
bulunduğuna göre, iki oluk arasındaki elektriksel açı,
360.P
360.3 180 180
α=
=
=
=
= 150
X
12
Yk
72
9
Derece olarak bobin adımı = (180 – β) = 180 - 45 = . 180 = 1350
12
Kısaltılan oluk sayısı = 12 – 9 = 3
Bobinin kısalma açısı,
β = Kısaltılan oluk sayısı.α = 3. 15 = 450

45
ka = Cos = Cos
= Cos22,5 = 0,924
2
2
3- 96 oluk, 6 kutuplu, bobin adımı (1- 12) olan sargı için adım katsayısını hesaplayınız.
X = 96
2P = 6
(1- 12) = 11 oluk
Bir kutba ait oluk sayısı,
16
X
96
=
= 16 (1- 17)
2P
6
Bobin tam adımlı olarak sarılsaydı, bobin adımı kutup adımına eşit olurdu.(Yb=Yk) Bobinin
bir kenarı 1. olukta diğer kenarı 17. olukta bulunur. Fakat endüvi sargıları kısaltılmış
olduğundan bobinin bir kenarı 1. olukta diğer kenarı ise 12. oluktadır.
Kısaltılmış bobin adımı (1–12)
Tam adımlı bobin adımı (1- 17)
N ve S kutupları arasında 1800 elektriksel açı vardır. Bir kutup çifti arasında 16 oluk
bulunduğuna göre, iki oluk arasındaki elektriksel açı,
360.P
360.3 180 180
α=
=
=
=
= 11,250
X
16
Yk
96
11
Derece olarak bobin adımı = (180 – β) = 180 – 56,25 = . 180 = 123,750
16
Kısaltılan oluk sayısı = 16 – 11 = 5
Bobinin kısalma açısı
β = Kısaltılan oluk sayısı.α = 5. 11,25 = 56,250

56,25
ka = Cos = Cos
= 0,883
2
2
Yk =
DAĞITILMIŞ SARGILAR
Endüvide bobinin bir kenarı N kutbunun altındaki bir oluğa, diğer kenarı da S kutbunun
altındaki bir oluğa yerleştirilirse, bu bobine tam adımlı dağıtılmamış bobin denir.
Bir fazın bir kutup altındaki bobinleri aynı oluğa yerleştirilmez, sargılar birkaç oluğa dağıtılır.
Buna göre dağıtılmış bobinlerin e.m.k’leri toplamı, dağıtılmamış bobinlerin e.m.k’inden daha
küçüktür. Dağıtılmamış bobinde indüklenen e.m.k E1 ise, bu bobin yarı spirli iki bobin
şeklinde dağıtıldığında bobinlerden birinin gerilimi, dağıtılmamış bobin geriliminin yarısına
eşittir.
E
Gerilimleri 1 V olan seri bağlı iki bobinden oluşan bobin grubunun gerilimi, dağıtılmamış
2
bobinin geriliminden daha küçüktür. Çünkü grubu meydana getiren iki bobinin gerilimleri
E1
V olsa da, bu iki gerilim arasında faz farkı olduğundan cebirsel toplam değil, vektöriyel
2
toplam grubun gerilimini verir.
Bobinin dağılışı
Bobinleri dağıtarak indüklenen e.m.k’in sinüzoidal olması sağlanır.
Dağıtılmış bobin grubunda indüklenen e.m.k’ini bulmak için, dağıtılmamış bobin e.m.k’ini
1’den küçük bir katsayı ile çarpmak gerekir. Bu sayıya dağıtım katsayısı (kd) denir.
17
C = Bir fazın bir kutup altındaki oluk sayısı
X = Oluk sayısı
m = Faz sayısı
2P = Kutup sayısı
α = Oluklar arasındaki elektriksel açı
X
C=
2 P.m
SinC
kd =
C.Sin

2

2
Bobinin dağılışı ve e.m.k vektör diyagramı
120 spirli tam adımlı A bobinini 40’ar spirli ve tam adımlı üç bobine dağıttığımızda,
bobinlerden her birinin gerilimini bulmak için, bobinlerin gerilimlerini vektöriyel olarak
toplamak gerekir. Bobinlerin her birinin gerilimi E1 olduğuna göre, vektör diyagramından
bobin grubunun gerilimi,
Egr = E1 + 2.E1. Cosα
Dağıtılmış üçlü bobin gruplu sargılar için dağıtım katsayısı,
E  2 E1 .Cos
1  2.Cos
kd = 1
=
3E1
3
ÖRNEK: 36 oluklu, üç fazlı, 4 kutuplu bir alternatörün dağıtım katsayısını hesaplayınız.
X = 36
m=3
2P = 4
X
36
C=
=
= 3 oluk/faz.kutup
2 P.m 4.3
360.P 360.2
α=
=
= 200
X
36
1  2.Cos 1  2.Cos 20 1  2.0,94
kd =
=
=
= 0,994
3
3
3
18
ÖRNEK: Üç fazlı endüvi sargısında bir kutbun altında 12 oluk bulunduğuna göre dağıtım
katsayısını hesaplayınız.
X2P = 12 oluk/kutup
m =3
X
12
C=
=
= 4 oluk/faz.kutup
2 P.m
3
360.P 180 180
α=
=
=
= 150
X
12
X 2P

15
SinC
Sin 4
2 =
2 = Sin 30 = 0,50 = 0,96
kd =

15
4Sin 7,5 0,52
C.Sin
4.Sin
2
2
DÜZELTİLMİŞ E.M.K FORMÜLÜ
Alternatörlerde elde edilen e.m.k’in değeri,
Efaz = 4,44. Ф. f. Nf. 10-8 (V) formülü ile hesaplanan e.m.k’inden daha küçüktür. Bu e.m.k
formülünü adım ve dağıtım katsayıları ile çarparak alternatörlerde elde edilen e.m.k’nin
gerçek değeri hesaplanır.
Efaz = 4,44. Ф. f. Nf. ka. kd. 10-8 (V)
Efaz = 2,22. Ф. f. Zf. ka. kd. 10-8 (V)
eşitliğine düzeltilmiş e.m.k formülü denir.
ÖRNEK: 72 oluklu, 6 kutuplu, üç fazlı bir alternatörün endüvi sargıları (1- 10) adımlı olarak
sarılmıştır. Adım ve dağıtım katsayılarını hesaplayınız.
X = 72
2P = 6
m=3
(1- 10) 9 oluk
Bobin tam adımlı olarak sarılsaydı, bobin adımı kutup adımına eşit olurdu (Yb = Yk).
X
72
Yb =
=
= 12 (1- 13)
2P
6
Bobinin bir kenarı 1. olukta diğer kenarı 13. olukta bulunur. Fakat endüvi sargıları kısaltılmış
olduğundan bobinin bir kenarı 1. olukta diğer kenarı ise 10. oluktadır.
Kısaltılan oluk sayısı = 12 – 9 = 3
a=
9
3
=
12
4
  3 
ka = Cos 90.1  a  = Cos 90.1   = Cos22,50 = 0,9238
  4 
Kısaltma açısı (β), kısaltılan oluk sayısı ile oluklar arasındaki açının çarpımına eşittir. N ve S
kutupları arasında 1800 elektriki açı vardır. Bir kutup çifti arasında 12 oluk bulunduğuna göre,
iki oluk arasındaki elektriksel açı,
360.P
360.3 180
α=
=
=
= 150
X
12
72
Kısaltılan oluk sayısı 3 olduğuna göre,
β = Kısaltılan oluk sayısı.α = 3. 15 = 450
19

45
= Cos
= 0,9238
2
2
X
72
C=
=
= 4 oluk/faz. kutup
2 P.m
6 .3

15
SinC
Sin 4
2 =
2 = 0,50 = 0,9576
kd =

15
0,5221
C.Sin
4.Sin
2
2
ka = Cos
ÖRNEK: 36 oluklu, 3 fazlı, 4 kutuplu bir alternatör sarımında sargı adımı (1- 8) dir. Adım ve
dağıtım katsayılarını hesaplayınız.
X = 36
m=3
2P = 4
(1- 8) 7 oluk
Tam sargı adımı
X
36
Yb =
=
= 9 (1- 10)
2P
4
Kısaltılan oluk sayısı = 9 – 7 = 2
Bir kutup çifti arasında 9 oluk bulunduğundan oluklar arasındaki elektriksel açı,
360.P 360.2 180
α=
=
=
= 200
X
9
36
Kısaltma açısı β = 2. 200 = 400
a=
7
9
  7 
ka = Cos 90.1  a  = Cos 90.1   = Cos200 = 0,9396
  9 

40
ka = Cos = Cos
= 0,9396
2
2
X
36
C=
=
= 3 oluk/faz.kutup
2 P.m
4 .3

20
SinC
Sin 3
2 =
2 = 0,50 = 0,959
kd =

20
0,513
C.Sin
3.Sin
2
2
1  2.Cos
1  2.Cos 20
kd =
=
= 0,959
3
3
ÖRNEK: 96 oluklu, 4 kutuplu, 1500 d/d lı, 3 fazlı bir alternatörde her bobin 16 spirdir. Kutup
başına manyetik akı 2,58.106 maxwell, bobin adımı (1- 20) olan bu alternatörde indüklenen
faz e.m.k’ini bulunuz.
X = 96
2P = 4
n = 1500 d/d
m=3
20
Ф = 2,58.106 maxwell
(1- 20) 19 oluk
P.n
2.1500
f=
=
= 50 Hz
60
60
96 oluk olduğu için bobin sayısı da 96 dır. Bir faza ait bobin sayısı,
96
= 32
3
Bir faza ait toplam spir sayısı,
X
96
Nf =
. Nb =
. 16 = 512 spir/faz
m
3
Bir kutba ait oluk sayısı,
X
96
=
= 24 oluk/kutup
2P
4
Tam adımlı bobin (1- 25) 24 oluk
Alternatör sargısının adımı (1- 20)
Kısaltılan oluk sayısı = 24 - 19 = 5
Oluklar arasındaki açı,
360.P
360.2 180
α=
=
=
= 7,50
X
24
96
Bobinin kısalma açısı,
β = Kısaltılan oluk sayısı.α = 5. 7,5 = 37,50
Bobinin iki kenarı arasındaki açı = 180 – β = 180 - 37,5 = 142,50

37,5
ka = Cos = Cos
= 0,947
2
2
X
96
C=
=
= 8 oluk/faz. kutup
2 P.m
4 .3

7,5
Sin8
SinC
2 =
2 = 0,50 = 0,95
kd =
7,5

0,513
8.Sin
C.Sin
2
2
Efaz = 4,44. Ф. f. Nf. ka. kd. 10-8 = 4,44. 50. 2,58.106. 512. 0,947. 0,95. 10-8 = 2660 V
ÖRNEK: 96 oluklu, 4 kutuplu, 1500 d/d lı, 3 fazlı bir alternatörün her oluğunda 40 iletken
vardır. Kutup başına manyetik akı 3.106 maxwell, sargı adımı (1- 20) olan bu alternatörde
indüklenen faz e.m.k’ini bulunuz.
X = 96
2P = 4
n = 1500d/d
m=3
ZX = 40 ilet/oluk
(1- 20) 19 oluk
Φ = 3.106 max
P.n
2.1500
f=
=
= 50 Hz
60
60
Bir fazın seri bağlı iletken sayısı,
X
96
Zf =
. ZX =
. 40 = 1280 iletken/faz
m
3
21
İki iletken bir spir oluşturduğuna göre spir sayısı,
Zf
1280
Nf =
=
= 640 spir/faz
2
2
Bir kutba ait oluk sayısı,
X
96
Yb =
=
= 24
2P
4
Bobin adımı (1- 25) 24 oluk
Kısa adım (1- 20) 19 oluk
Kısaltılan oluk sayısı = 24 – 19 = 5
360.P
360.2 180
α=
=
=
= 7,50
X
24
96
Kısaltma açısı,
Β = Kısaltılan oluk sayısı.α = 5. 7,5 = 37,50
a=
19
24
  19 
ka = Cos 90.1  a  = Cos 90.1   = 0,9496
  24 

37,5
ka = Cos = Cos
= 0,9496
2
2
X
96
C=
=
= 8 oluk/faz. kutup
2 P.m
4 .3

7,5
Sin8
SinC
2 =
2 = 0,50 = 0,95
kd =
7,5

0,513
8.Sin
C.Sin
2
2
Efaz = 2,22. Ф. f. Zf. ka. kd. 10-8 = 2,22. 50. 3.106. 640. 0,94. 0,95. 10-8 = 3856,86 V
ALTERNATÖRLERİN ÇEŞİTLİ YÜKLERDE ÇALIŞMASI VE GERİLİM
DÜŞÜMÜNÜ ETKİLEYEN FAKTÖRLER
Alternatörler yüklenince uç gerilimlerinde değişmeler görülür. Bir alternatörün uçlarındaki
gerilimin yüklendikçe, yüksüz gerilimine göre, düşmesi veya yükselmesi yükün cinsine
bağlıdır. Alternatif akımda üç çeşit yük vardır.
a) Güç katsayısı 1 olan omik dirençli yükler: Elektrik ocakları, kızaran telli lambalar (akkor
flemanlı lambalar), fırınlar vb. yükler, alternatörün uçlarındaki gerilimin boştaki uç gerilimine
göre % 8- 20 kadar düşmesine neden olurlar.
b) Geri güç katsayılı endüktif yükler: Endüksiyon motorları (asenkron motorlar), elektrik
kaynak makinası, endüksiyon fırınları, balastlı (fluoresan) lambalar gibi yüklerde güç
katsayısı birden küçük olup, akım gerilimden geridedir. Alternatörlerin gerilimleri endüktif
yüklerde boştaki gerilimin % 25- 50’sine kadar düşer.
c) İleri güç katsayılı kapasitif yükler: Kondansatörler, aşırı uyartımlı senkron motorlar vb.
yüklerde güç katsayısı birden küçük olup, akım geriliminden ileridedir. Alternatörlerin
gerilimleri kapasitif yüklerde artar. Kapasitif yükle çalışma yapılırken ölçü aletlerine dikkat
etmek gerekir.
22
Alternatörün yük karakteristik eğrileri
Alternatör yüklenince uçlarındaki gerilim değişiminin tam yük geriliminin yüzdesi olarak
ifade edilmesine regülasyon denir. Alternatörün uyartım generatörü gücünün ve kısa devre
akımının tayini regülasyona bağlıdır.
Alternatörün çalışmasına ve gerilim regülasyonuna etki eden faktörlerin iyice incelenmesi
gerekir. Büyük alternatörleri çeşitli yüklerde yükleyerek deneylerle gerilim regülasyonlarını
bulmak genellikle imkansızdır. Bu durumda alternatörleri yüklemeden regülasyonlarını
bulabilmek için çeşitli metotlar geliştirilmiştir.
Yüklü çalışmada alternatörlerin uç gerilimlerine etki eden faktörler endüvinin etkin direnci,
endüvinin kaçak reaktansı ve endüvi reaksiyonudur.
1- ENDÜVİ ETKİN DİRENCİ VE ETKİSİ
Demir nüveli bir bobine alternatif gerilim uygulandığında bobinden geçen alternatif akımın
meydana getireceği değişken manyetik akı, demir nüvede histerezis ve fuko kayıplarına neden
olur. Bu kayıplar nedeni ile gerilim düşümü olur.
Endüviye sarılan sargıların bir direnci vardır. Bu direnç sargıları oluşturan iletkenin cinsine,
uzunluğuna ve kesitine bağlıdır. Bu dirence doğru akım direnci veya omik direnç denir ve R
ile gösterilir. Bobin iletkenlerinin omik direncinin neden olduğu R.I2 kaybı da vardır. Bu
kayıplar kaynak tarafından karşılanacaktır. Endüvi direnci sadece doğru akım direncinden
oluşmaz, çünkü endüvide oluşan güç kayıpları R.I2 den büyüktür. Alternatif akımda seçilen
direnç hem doğru akım direncine, hem de bu kayıpların etkilerine eşdeğer olmalıdır. Bütün bu
ısı şeklinde kaybolan kayıpları ifade eden Ra direncine bobinin alternatif akım direnci denir.
Bobinin alternatif akım direnci, doğru akım direncinden daha büyüktür (Ra ˃ R). Bobinin
alternatif akım direncine etkin (Efektif) direnç denir.
Alternatörün endüvi oluklarına yerleştirilen bobinler de demir nüveli bobinlerdir. Endüvi
bobinlerinden geçen alternatif akımın meydana getirdiği değişken kaçak akı bobinlerden
geçen alternatif akımla orantılıdır.
Histerezis kayıpları akı yoğunluğunun 1,6 ıncı kuvveti (B1,6) ile ve fuko kayıpları da manyetik
akı yoğunluğunun karesi (B2) ile değişir.
Ph = Kh. f. (Bmax)1,6 (W)
Pf = Kf. f. (Bmax)2 (W)
Endüvi iletkenlerinin kesitleri büyük ise, bu iletkenler üzerinde de hissedilir fuko akımları ve
dolayısıyla kayıplar meydana gelir. Endüvi iletkenlerinin etkin direnci oluk ve dişlerin
boyutları ile iletkenlerin kesitlerine bağlıdır. Etkin direnç doğru akım direncinin % 115 ~175’i
23
arasında değişir. Etkin direnç endüvi direncinin 1,4~1,6 katı kadardır. Hesaplamalarda bu
değer alternatörler için 1,5 olarak alınabilir. Ra = 1,5. Rd
Omik, endüktif ve kapasitif yüklü alternatörlerde etkin dirençteki omik gerilim düşümü
Etkin direnç nedeniyle oluşan omik gerilim düşümü endüvi akımı ile aynı fazdadır.
2- ENDÜVİ KAÇAK REAKTANSI VE ETKİSİ
Endüvi iletkenlerinden geçen akımın meydana getireceği manyetik akının bir kısmı kaçak
olarak endüvi iletkenlerinin çevresinde devresini tamamlar. Kaçak akılar faydalı akıyı
azalttığı için gerilimin azalmasına neden olurlar. Bu gerilim azalması endüktif bir gerilim
düşümü Iy. XL şeklinde gösterilir. Buradaki reaktansa XL ye endüvi kaçak reaktansı denir.
Silisyumlu demir saçlardan yapılmış olan endüvinin oluklarındaki iletkenlerin etrafındaki
manyetik direncin (relüktansın) düşük olması kaçak akının oldukça büyük olmasına neden
olur. Endüvi oluklarının şekli, oluklardaki iletken sayısı ve frekans kaçak akıyı etkileyen
faktörlerdir. Kaçak akılar oluk içindeki iletkenlerin çevresinde oluştuğu gibi, oluk dışındaki
iletkenlerde de oluşur. Buna göre endüvinin kaçak akısı iki kısma ayrılabilir.
a) Oluklardaki iletkenler etrafındaki kaçak akılar.
b) Bobinlerin baş ve sonlarındaki kaçak akılar.
a) OLUKLARDAKİ KAÇAK AKILAR
Oluklardaki iletkenlerden geçen akımın meydana getirdiği iletkenleri çevreleyen kaçak akılar
oluğun şekline göre değişirler.
Endüvi oluklarındaki kaçak akılar
Oluklar derinleştikçe kaçak akılar artar, olukların ağızları kapandıkça kaçak akılar artar.
Oluğun dibindeki iletkenlerin reaktansı üst taraftakilere göre daha fazladır. Çünkü bir oluğun
içindeki iletkenlerden dip tarafta olanlarını çevreleyen kaçak akı, üst taraftaki iletkenlerin
etrafını çevreleyen kaçak akıdan daha büyüktür.
b) BOBİN SONLARINDAKİ KAÇAK AKILAR
Endüvi oluklarına yerleştirilen bobinlerin sonlarındaki kaçak manyetik akılar, oluk kaçak
akısından daha azdır. Oluktaki kaçak akılar 4 max / A. cm ise, bobin sonlarındaki kaçak akılar
yaklaşık olarak 0,4- 0,8 max /A. cm olur.
24
Bobin sonlarındaki kaçak akılar
Herhangi bir bobinin endüktansı (öz indükleme katsayısı) spir sayısının karesi ile değişir.
Eğer oluklardaki seri bağlı iletkenlerin sayısı iki kat arttırılırsa, her oluğun kaçak reaktansı
(diğer şartlar aynı tutulduğuna göre) dört kat arttırılmış olur.
Kaçak akının meydana getirdiği endüktans alternatif akımın açısal hızı ile çarpılınca kaçak
reaktans bulunur. Bir alternatörün 25 c/sn’deki kaçak reaktansı, diğer şartlar aynı olduğuna
göre 50 c/sn’deki reaktansından oldukça küçüktür.
Omik, endüktif ve kapasitif yüklü alternatörlerde reaktanstaki endüktif gerilim düşümü
XL = 2π. f. L
Endüvi kaçak reaktansından dolayı oluşan gerilim düşümü yük akımından 900 ileridedir.
ENDÜVİ REAKSİYONU VE ÇEŞİTLİ YÜKLERDEKİ ETKİSİ
Alternatörün endüvi sargılarından geçen yük akımı manyetik bir alan oluşturur, (3 fazlı
sistemlerde döner alan). Bu manyetik alan kutupların oluşturduğu ana mıknatıs alanını etkiler.
Endüvi alanının kutup alanını bozmasına ENDÜVİ REAKSİYONU denir.
Endüvinin manyetik akısı ile kutupların manyetik akısının toplamı hava aralığındaki akıyı
verir. Hava aralığındaki akı kutupların meydana getirdiği akıdan büyük olduğu gibi, küçük de
olabilir. Hava aralığındaki akının azalması alternatörün uçlarındaki gerilimin düşmesine,
artması da gerilimin yükselmesine neden olur. Endüvinin meydana getirdiği akı sargılardan
geçen yük akımına bağlıdır.
Senkron makinaların manyetik devresi
25
Endüvi akımının oluşturduğu alan, kutupların oluşturduğu ana alanı, yükün cinsine göre
zayıflatır veya kuvvetlendirir. Bu durum uç geriliminin azalması veya yükselmesi şeklinde
kendini gösterir.
Omik ve endüktif yüklerde endüvi reaksiyonu, hava aralığındaki faydalı akıyı azaltır,
alternatör uç gerilimi düşer. Kapasitif yüklerde ise endüvi reaksiyonu etkisiyle faydalı akı
artar, alternatör uç gerilimi yükselir.
OMİK YÜKTE ENDÜVİ REAKSİYONU ETKİSİ
Alternatör güç katsayısı bir olan bir yükü beslediğinde endüviden geçen akım indüklenen
e.m.k ile aynı fazdadır. Kutupların oluşturduğu alan ile endüviden geçen yük akımının
oluşturduğu alanın bileşkesi hava aralığındaki alanı oluşturur.
Omik yükte endüvi reaksiyonu etkisi (kutup akısı, endüvi akısı, bileşke akı)
Bobin kenarları N ve S kutuplarının altındayken, bobinde indüklenen gerilim ve akım en
büyük değerindedir. Çünkü omik yükte akım ve gerilim aynı fazdadır. Endüvinin manyetik
akısı ile kutupların manyetik akısı arasında 900 elektrik derecelik faz farkı vardır. Endüvinin
meydana getirdiği manyetik akı kutupların yarısında kutbun akısı ile aynı yönde, diğer
yarısında ise ters yöndedir. Kutuplar doymaya yakın değilse, kutupların yarısındaki akının
azalmasını, diğer yarısındaki akının artması karşılar.
Şekilde görüldüğü gibi, N kutbunun sol tarafında endüvinin manyetik akısı ile kutupların
manyetik akısı aynı yöndedir. Böylece burada alan kuvvetlenmektedir. Aynı kutbun sağ
tarafında ise, endüvinin manyetik akısı ile kutupların manyetik akısı birbirlerini zayıflatacak
yöndedir. Kutbun bir tarafında alan zayıflarken, aynı kutbun diğer tarafında alan
kuvvetlenmektedir. Ancak nüvenin doymasından dolayı zayıflama ve kuvvetlenme aynı
26
değerde değildir. Bu nedenle bileşke alanı zayıflamıştır. Bunun sonucu omik yükle yüklenen
alternatörün uç geriliminde biraz azalma olur.
TAM ENDÜKTİF YÜKTE ENDÜVİ REAKSİYONU ETKİSİ
Alternatör güç katsayısı sıfır geri olan bir yükü beslerken endüviden geçen yük akımı
gerilimden 900 geri kalır. Yükün tam endüktif olduğu duruma hemen hemen hiç rastlanmaz.
Endüktif yükte akım gerilimden 900 (elektriksel) sonra en büyük değerini alır.
Şekilde görüldüğü gibi bobinin bir kenarı N kutbu, diğer kenarı S kutbu altında bulunan 1
no’lu bobinde indüklenen e.m.k maksimumdur. 2 no’lu bobinde indüklenen e.m.k sıfır, geçen
akım maksimumdur. N ve S kutupları arası 1800 (elektriksel) dir. 2. durumda bobin kenarları
1. duruma göre 900 faz farklıdır. Endüktif yükte akım gerilimden 900 sonra en büyük değerini
almaktadır. 2 no’lu bobinin meydana getirdiği manyetik akı S kutbunun akısına ters yöndedir.
Endüvi akısı kutupların akısına ters yönde olduğundan ana akıyı azaltacaktır. Bobinin 2.
konumunda bobin alanı ile kutup alanı birbirini kutbun bütün yüzeyi boyunca zayıflatmakta
ve bileşke akı çok azalmaktadır. Bu da indüklenen e.m.k’in azalmasına dolayısıyla
alternatörün uçlarındaki gerilimin düşmesine neden olur.
Endüktif yükte endüvi reaksiyonu
Endüktif yükte alternatör uç gerilimindeki azalma omik yüktekinden daha fazladır. Çünkü
omik yükte endüvi alanı, kutup alanını kutbun bir yarısında zayıflatırken diğer yarısında
kuvvetlendirmektedir.
TAM KAPASİTİF YÜKTE ENDÜVİ REAKSİYONU ETKİSİ
Alternatör güç katsayısı sıfır ileri olan bir yükü beslerken endüviden geçen yük akımı
indüklenen e.m.k’inden 900 ileride olacaktır. Kapasitif yükte akım gerilimden 900 ileridedir.
İndüklenen e.m.k maksimum değerine bobin kenarları kutupların altında olduğu zaman ulaşır.
Şekilde görüldüğü gibi bobinin bir kenarı N kutbu, diğer kenarı S kutbu altında bulunan 1
no’lu bobinde indüklenen emk maksimumdur. 2 no’lu bobinde indüklenen e.m.k sıfır, geçen
akım maksimumdur. N ve S kutupları arası 1800 (elektriksel) dir. 2.durumda bobin kenarları
1.duruma göre 900 faz farklıdır. Kapasitif yükte akım, bobinin 1. durumundan 900 önce yani
2. durumunda en büyük değerini almaktadır. 2 no’lu bobinden geçen akımın meydana
getirdiği manyetik akı N kutbunun akısı ile aynı yöndedir. Endüvinin manyetik akısı
27
kutupların akısı ile aynı yönde olduğundan toplam akı büyür. Bobinin 2. konumunda bobin
alanı ile kutup alanı aynı yönde olduğundan bütün kutup yüzeyi boyunca alan kuvvetlenmekte
ve bileşke alan artmaktadır. Manyetik akının artması alternatörde indüklenen e.m.k’in
artmasına dolayısıyla alternatörün uçlarındaki gerilimin büyümesine neden olur.
Kapasitif yükte endüvi reaksiyonu
Kapasitif yüklerde alternatörün uçlarındaki yüklü gerilimi boştaki geriliminden daha
büyüktür.
Alternatörlerde endüvi reaksiyonu etkisini azaltmak için hava aralığı biraz büyük yapılır.
Endüvi reaksiyonu aynen kaçak reaktans etkisi gösterdiğinden alternatörlerde toplam etki
senkron reaktans (XS) olarak isimlendirilir.
Senkron Reaktans = Endüvi reaksiyon etkisi + Kaçak reaktans
XS = XL+ Xa
ALTERNATÖRÜN EŞDEĞER DEVRESİ
Üç fazlı senkron makinalarda eşdeğer devre bir fazlı için dizilir. Stator sargısı yıldız bağlıdır.
Alternatörün eşdeğer devresi
E0 = Bir faz sargısının boştaki e.m.k’i
Ra = Eşdeğer etkin faz direnci
XS = Senkron faz reaktansı (Kaçak akı + Endüvi reaksiyonu)
Iy = Yük akımı
Ut = Yüklü çalışmadaki faz gerilimi
28
Senkron makinalar genellikle üç fazlı olarak yapılırlar. Fakat iç devreleri ve hesaplamalar bir
faza göre düzenlenir. Endüvi sargılarında etkin dirençte (Ra) düşen gerilimden başka,
sargılarının L selfinden dolayı da bir gerilim düşümü meydana gelir. L selfinden dolayı
meydana gelen gerilim düşümü, endüvi reaksiyonu selfi ile sargıların kaçak akı selfleridir. Bu
selflerin meydana getirdikleri reaksiyonlar Xa ve XL şeklinde belirtilir.
XS = XL+ Xa
Düz (Silindirik) kutuplu alternatörlerde senkron reaktans, hava aralığının bütün kutup yüzeyi
boyunca aynı olmasından dolayı kolayca bulunur. Çıkıntılı kutuplu alternatörlerde ise hava
aralığı her yerde aynı değildir. Hava aralığı kutup ekseninde az, kutuplar arasında ise fazladır.
Bu nedenle senkron reaktans, dolayısıyla senkron empedans, yuvarlak rotorlu alternatörden
farklı metot ile bulunur. Bu metotlardan en çok Senkron Empedans yöntemi uygulanır.
Senkron reaktansı oluşturan etkin direnç, makinanın büyüklüğüne, endüvi iletken kesitine,
sarımların bağlantı şekline, frekansa ve kayıplara bağlı olarak birden küçük veya birkaç ohm
değerinde olabilir. Reaktans ise frekans, kutup şekli, hava aralığı ve makinanın yapım
şekillerine bağlıdır. Genellikle senkron reaktans etkin dirençten büyüktür (XS > Ra). XS,
Ra’ nın 10 katından büyükse Ra’nın etkisi çok az olacağından dikkate alınmaz.
Alternatörün endüvi etkin faz direnci (Ra) ve endüvi kaçak faz reaktansı (XL) da düşen
gerilimleri vektöriyel olarak topladığımızda, endüvi empedansından dolayı düşen gerilim
bulunur. Alternatörlerde indüklenen e.m.k, uç gerilimi ile empedanstaki gerilim düşümünün
vektöriyel toplamına eşittir.
E = U + (I. Z)
ALTERNATÖRLERİN ÇEŞİTLİ KARAKTERİSTİK EĞRİLERİ
Alternatörlerin boşta, yükte ve kısa devre durumlarındaki karakteristik eğrilerinin
incelenmesiyle birçok özellikleri daha kolay anlaşılır. Alternatörlerin çalıştırılması, kumanda
edilmesi, alternatör ile birlikte kullanılarak yardımcı ünitelerin özellikleri bu karakteristik
eğriler yardımıyla kolayca belirlenir. Örneğin kısa devre karakteristiğinin bilinmesi ile
devredeki olaylar, bu devrede kullanılan ayırıcılar, kesiciler, sigortalar vb devre elemanlarının
özellikleri tespit edilebilir. Yüklü çalışma ve ayar karakteristiklerinin bilinmesi de
kullanılacak regülatörler hakkında bir fikir verir. Kısa devre ve boş çalışma eğrileri
yardımıyla senkron empedans bulunabilir.
BOŞTA ÇALIŞMA DENEYİ
I-K sargı uçları endüktör (kutup) devresini U, V, W sargı uçları ise üç fazlı endüvi devresini
belirtir. Alternatörlerde endüktör devresinden doğru akım geçer ve bu akım endüksiyon için
gerekli olan manyetizmayı sağlar. Bu akıma uyartım akımı denir.
Uyartım devresine uygulanan doğru akım, ayarlı bir direnç ve ampermetre üzerinden geçirilir.
Uyartım akımı bu direnç yardımıyla ayarlanır. Endivi devresine yalnız voltmetre bağlanır.
Alternatörün nötr ucu dışarıya çıkarılmışsa voltmetre faz- nötr arasına, çıkarılmamışsa iki faz
arasına bağlanır. Alternatör döndürücü bir makina ile akuple bağlanmıştır. Ayrıca mil
üzerinde bir uyartım dinamosu da bulunabilir. Uyartım devresinin (+) ve (-) veya (I-K)
uçlarından doğru akım verilir.
Alternatörün elektriksel devre şeması
29
Alternatör boş çalışma deneyi için gerekli bağlantı şeması
Alternatörlerin boş çalışma deneyi, boş çalışma eğrilerini çıkarmak ve eğriler yardımı ile
gerekli mıknatıslanma (uyartım) akımını tespit etmek amacıyla yapılır.
Deneyi yaparken alternatör uyartım direnci daima aynı yönde hareket ettirmelidir, aksi
takdirde doyma etkisi ile alınan değerler normal çıkmayabilir.
Doğru akım motoru alternatör için gerekli mekanik enerjiyi sağlar, dinamo ise alternatör
kutupları için gerekli mıknatıslanma akımını sağlar. 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 mıknatısiyeti
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 ayarlar. Boş çalışma deneyinde, senkron hızla döndürülen
alternatörün mıknatıslanma (uyartım) akımı ile çıkış gerilimi arasındaki ilişki incelenir.
Alternatör, miline akuple bir makina ile senkron devirde döndürülür ve devir deney sürecince
sabit tutulur. Uyartım akımı sıfırken endüvi uçlarına bağlı voltmetre bir değer gösterir. Bu
değer kutuplardaki artık mıknatısiyetten kaynaklanan remenans gerilimidir. Eğer alternatör
ilk defa çalıştırılıyorsa veya artık mıknatısiyet kaybolmuşsa voltmetre bir değer göstermez.
Alternatörlerde artık mıknatıs gerilimi (remenans gerilimi), uç gerilimlerinin yaklaşık % 5- 6’
sı kadardır. Buna göre 10 kV’luk bir alternatörde bu gerilim 500- 600 V kadar olabilmektedir.
Bu durumda uyartım akımı sıfır olsa da alternatör çalışırken uçlarına dokunmak tehlikelidir.
Uyartım akımı reosta yardımı ile kademeli olarak arttırılır ve her kademede uyartım akımına
karşılık gelen alternatör gerilimi ölçülür. Uyartım akımının arttırılmasına gerilimde değişme
olmayıncaya kadar devam edilir. Uyartım akımı arttıkça manyetik akı (Ф) artacağından, buna
bağlı olarak çıkış gerilimi de artar Kutuplar doyduktan sonra uyartım akımı kademeli olarak
azaltılarak alternatör gerilimi ölçülür. Mıknatıslanma eğrisi bu sefer II no’lu yolu izleyerek
azalacaktır.
Uyartım akımının arttırılması ve azaltılmasında daima aynı yönde işlem yapılmalıdır, aksi
halde doyma nedeni ile eğri yanlış değerlerle çizilmiş olur. Kutuplardaki artık mıknatısiyetten
dolayı (doymadan dolayı) her iki eğri birbirinden farklıdır. Bu nedenle iki eğrinin ortalaması
boş çalışma karakteristik eğrisi olarak alınabilir.
Eğrinin başlangıç kısımlarında değişme daha fazladır, uyartım akımı artırıldıkça değişme
kutuplar doyuma ulaştığından azalır. Deney farklı devir sayılarında yapılırsa elde edilen
mıknatıslanma eğrileri de farklı olacaktır.
30
Alternatörün boş çalışma eğrisi
Boş çalışma eğrilerinden çıkarılan sonuçlara göre, alternatörlerde uç gerilimi uyartım akımı
ile ayarlanabilir. Gerilimin devir sayısı ile ayarlanması alternatörün ürettiği gerilimin
frekansını değiştireceğinden geçerli bir metot değildir. Boş çalışma eğrilerine mıknatıslanma
eğrileri de denir. Eğri yardımıyla alternatörün hava aralığının relüktansını yenebilmesi için
gerekli uyartım akımı ile demir nüvenin mıknatıslanması için gereken uyartım akımları
bulunabilir.
KISA DEVRE DENEYİ
Uçları kısa devre edilmiş bir alternatörde, uyartım akımına bağlı olarak kısa devre akımının
değişimini veren eğriye kısa devre karakteristiği denir.
Alternatör ampermetrelerle kısa devre edilir ve senkron devirle döndürülür. Teorik olarak kısa
devre akımı devir sayısına bağlı olmadığından devrin sabit tutulmasına gerek yoktur. Kısa
devre 1, 2 veya 3 fazlı olabilir. Simetrik olması bakımından burada 3 fazlı kısa devreden söz
edilecektir.
Alternatör çıkış uçlarının kısa devre edilerek yapılan kısa devre deney bağlantısı
31
Alternatör kısa devre deneyi için gerekli bağlantı şeması
Uyartım akımı sıfırdan başlayarak kademeli olarak arttırılır ve her uyartım akımında geçen
kısa devre akımı değeri tespit edilir. Uyartım akımının arttırılmasına nominal yük akımının
1,5- 2 katı kısa devre akımı geçinceye kadar devam edilir. Deney sırasında uyartım akımının
çok dikkatli ayarlanması gerekir. Çünkü büyük uyartım akımlarında geçecek kısa devre
akımları alternatörü yakabilir.
Alternatör kısa devre karakteristiği
Kısa devre karakteristiği doğru şeklindedir. Alternatör kısa devre durumunda düşük akı
yoğunluğu ile çalışır, güç katsayısı da küçüktür (endüktif).
Deneyden yararlanarak doğru bir şekilde senkron empedansı bulabilmek için, kısa devre
akımını kısa bir süre için nominal yük akımının 1,5- 2 katına kadar arttırabiliriz. Bu şekilde
uyartım akımı arttırıldığından akı yoğunlu da artmış olmakta ve eğri daha gerçekçi
olmaktadır.
Senkron empedansın bulunması için boşta çalışma ve kısa devre deneylerinden elde edilen
E0 = f (Im) ve Ik = f (Im) eğrilerinden yararlanılır. Bu iki eğri aynı eksene çizilerek, çeşitli
uyartım akımlarındaki senkron empedans değerleri, boştaki gerilimin aynı uyartımdaki kısa
devre akımına bölünmesi ile bulunarak aynı eksene ZS = f (Im) eğrisi çizilir.
32
Alternatörün doyma eğrisi, kısa devre karakteristiği, senkron empedans eğrisi
E0 = ZS. Ik = Ra. Ik + j XS. Ik
ZS = Ra + j XS
E
ZS = 0
Ik
XS = Z S  Ra
E0 =Boştaki gerilim
Im = Uyartım akımı
Ik = Kısa devre akımı
ZS = Senkron faz empedans
Ra = Endüvi etkin faz direnci
XS = Senkron faz reaktansı
Genel olarak ZS >> Ra olduğundan XS = ZS yazılabilir.
Senkron reaktans ve senkron empedansın değeri manyetik nüvenin doyma derecesine
bağlıdır. Düşük akı yoğunluklarında endüvi reaksiyon m.m.k’inin etkisi, yüksek akı
yoğunluklarına göre daha fazladır. Kısa devrede alternatör düşük akı yoğunluğunda
çalıştığından senkron reaktans büyük olur. Küçük uyartım akımlarında senkron empedans
normalden büyüktür.
Alternatörün normal çalışmasında akı yoğunluğu doymaya yakın olacağından endüvi
reaksiyonunun etkisi daha az olur, dolayısıyla senkron empedans daha küçüktür.
Senkron empedansı bulurken kısa devre akımını mümkün olan en yüksek değerde almak
gerekir. Pratik olarak ZS = f (Im) eğrisinin düzleştiği (sabitleştiği) yerdeki ZS değerini almak,
hesaplamalarda yeterli doğruluğu sağlayabilmektedir.
Bu metotla bulunan senkron empedans ve reaktans normal değerinden büyük olacağından
hesaplanan gerilim regülasyonu da normal değerinden büyük olacaktır. Bu nedenle bu metoda
kötümser metot da denir. Alternatör daima hesaplanan değerden daha iyi regülasyona sahip
olacaktır.
2
2
ÖRNEK: 3 fazlı, 380 V gerilimli, yıldız bağlı bir alternatörde uyartım akımı 10 A’deyken
kısa devre oluşmuş, kısa devre akımı 100 A ölçülmüştür. Kısa devre ortadan kalktığında yine
10 A uyartım akımında faz başına boştaki alternatör uç gerilimi 250 V’a yükselmiştir.
Alternatörün ohmmetre ile ölçülen doğru akım faz dirençi 0,2 Ω dur. Bu alternatörün etkin faz
direncini, senkron empedansını ve senkron reaktansını bulunuz.
33
m=3~ λ
Uh = 380 V
Im = 10 A  Ik = 100 A
Im = 10 A  E0f = 250 V
Rd = 0,2 Ω
Ra =1,5. Rd = 1,5. 0,2 = 0,3 Ω
E0 f
250
ZS =
=
= 2,5 Ω
Ik
100
XS =
Z S  Ra =
2
2
2,5 2  0,32 = 2,48 Ω
Senkron empedans ve senkron reaktans birbirine çok yakın olduğundan ZS ≈ XS olarak
alınabilir. Ancak senkron empedansın bulunmasında, kısa devre akımını oluşturan uyartım
akımının nominal uyartım akımından küçük olduğu durumlarda, doğru sonuçlar elde
edilemez. Nominal uyartım akımındaki kısa devre akımı ise çok fazladır. Bu akım alternatör
için tehlikeli olduğundan, kısa devre deney eğrisinin doğrusal değiştiği varsayılarak boyu
uzatılır. Daha sonra nominal uyartım akımındaki boş gerilim, aynı uyartımdaki kısa devre
akımına bölünerek en uygun ZS bulunur, ya da ZS = f (Im) eğrisinin düz kısımdaki değeri
alınmalıdır.
ÖRNEK: Bir fazlı, 220 V’luk bir alternatörde 5 A uyartımda boş çalışma gerilimi 240 V
ölçülmüştür. 5 A uyartımda kısa devre akımı ise 60 A’dir. Etkin faz direnci 1 Ω olan
alternatörün senkron reaktansını bulunuz.
m=1~
U = 220 V
Im = 5 A  Ik = 60 A
Im = 5 A  E0 = 240 V
Ra = 1 Ω
E
240
ZS = 0 =
=4Ω
Ik
60
XS =
Z S  Ra =
2
2
4 2  12 = 3,87 Ω
ALTERNATÖRLERİN DIŞ KARAKTERİSTİKLERİ
Sabit ve nominal devrinde döndürülen bir alternatörde, uyartım akımı ve güç katsayısı sabit,
yük akımına bağlı olarak alternatör uç geriliminin değişimini veren U = f (Iy) eğrilerine dış
karakteristik eğrileri denir.
Bu deney genellikle omik, endüktif ve kapasitif yükler için ayrı ayrı yapılır. Deney için ayarlı
saf endüktif ve saf kapasitif yükler bulmak zordur. Bu nedenle güç katsayısı belirli, örneğin
Cosφ = 0,8 geri olan yüklerle, kondansatörlerden oluşan yükler kullanılabilir.
34
Alternatörlerin yüklü çalışma deneyi için gerekli bağlantı şeması
Alternatör nominal devir sayısında döndürülür. Uyartım akımı ayarlanarak nominal uç
gerilimi elde edilir.
Deney süresince devir ve uyartım akımı sabit tutulur. Daha sonra alternatör omik, endüktif ve
kapasitif yüklerle yüklenir, her yük akımındaki uç gerilimleri alınır. Cosφmetre yardımıyla
güç katsayısının sabit kaldığı kontrol edilmelidir. Yüklemeye nominal yükün 1,2~1,3 katına
kadar devam edilir. Çizilen eğrilerden de görüldüğü gibi omik ve endüktif yüklerde gerilim
azalırken, kapasitif yüklerde gerilim artmaktadır.
Alternatörün dış karakteristik eğrileri
ALTERNATÖRLERİN AYAR KARAKTERİSTİKLERİ
Sabit ve nominal devrinde döndürülen bir alternatörde uç gerilimi ve güç katsayısı sabit, yük
akımına bağlı olarak uyartım akımının değişimini veren Im = f (Iy) eğrisine ayar karakteristiği
denir.
35
Saf endüktif ve saf kapasitif yükler bulunamazsa deney yalnız omik yükler için de yapılabilir.
Bir alternatörün ayar karakteristiği bilinirse, bu alternatör için kullanılacak regülatörün
özellikleri bilinebilir, ayrıca alternatör uç gerilimini belirli bir yükte sabit tutmak için gerekli
uyartım akımları da bulunabilir.
İşletmede tüketici tarafından yükün cinsine göre değişen uç geriliminin sabit kalması istenir.
Bu nedenle senkron generatörde yük durumuna göre uç gerilimini nominal değerinde sabit
tutmak için uyartım akımına etki edilir.
Alternatörün ayar karakteristiği
ALTERNATÖRLERİN YÜK KARAKTERİSTİKLERİ
Sabit ve nominal devrinde döndürülen bir alternatörde yük akımı nominal değerinde sabit,
değişik güç faktörlerinde uyartım akımına bağlı olarak uç geriliminin değişimini veren
U = f (Im) eğrisine yük karakteristiği denir.
Nominal yük akımının gerilime göre faz durumu söz konusu olduğundan, nominal yük akımı
sabit olmak üzere değişik Cosφ değerlerinde sonsuz sayıda yük eğrileri bulunur. Bu nedenle
Cosφ yi sabit tutmak gerekir.
Alternatörün yük karakteristiği
36
GERİLİM REGÜLASYONU
Alternatör ns = sabit, In = sabit yüklü olarak tek başına çalışırken, uç gerilimi Un = sabit
durumda ani olarak yükü kalkarsa uçlarındaki gerilim E0 olur.
Alternatörler yüklendiğinde uçlarındaki gerilim yükün cinsine ve miktarına göre, endüvinin
etkin direncinden, kaçak reaktansından ve endüvi reaksiyonundan dolayı düşer veya yükselir.
Tam yükte, nominal devrinde ve nominal uç gerilimi ile çalışmakta olan bir alternatörün
uyartım akımı sabit tutulup, yükü kaldırıldığı zaman, uç gerilimindeki değişmenin tam yük
gerilimine oranına gerilim regülasyonu veya kısaca regülasyon denir
E Un
% Reg = 0
· 100
Un
Tam yükteki uç gerilimi (U) makinanın etiketinden alınabilir. Ancak boştaki gerilimin (E0)
bulunması için senkron empedansın, makinanın yükünün ve güç katsayısının bilinmesi
gerekir.
Alternatörlerin gerilim regülasyonlarının çeşitli yüklerle yükleyerek bulunması kolay olmakla
birlikte, büyük alternatörler için güç katsayıları farklı tam yükler bulmak çok zor ve pahalıdır.
Bunun için alternatörleri yüklemeden regülasyonlarını hesaplama yöntemleri bulunmuştur. Bu
yöntemlerden biri senkron empedans metodudur.
Bu metotla bulunan regülasyon gerçek değerinden büyük olduğu için buna kötümser metot da
denir.
BOŞTA İNDÜKLENEN E.M.K’İN BULUNMASI VE ÇEŞİTLİ
YÜKLERDE REGÜLASYON HESAPLAMALARI
Bir alternatörün deneylerle etkin faz direnci, senkron faz empedansı ve senkron faz
reaktansını bulup, eşdeğer devreyi kullanarak alternatörü çeşitli yüklerde yükleyebiliriz. Her
yükün uçlarındaki gerilim ve çektiği akım bilindiğine göre, endüvide indüklenen E0 faz
e.m.k’ini hesaplayarak, yük deneyi yapmadan alternatörün çeşitli yüklerdeki % gerilim
regülasyonları her yük için ayrı ayrı bulunabilir.
Bir alternatörün regülasyonunu bulmak için yükün uçlarındaki faz gerilimini ve alternatörün
bir fazında indüklenen e.m.k’ini (alternatör boştayken uçlarındaki gerilimi) bilmemiz gerekir.
1- OMİK YÜKTE (Cosφ 1)
Yükün uçlarındaki U gerilimi ve yükün çektiği Iy akımı bilindiğine göre, endüvide indüklenen
E0 faz e.m.k’ini bulmak için yükün uçlarındaki U gerilimine, yükten ve endüviden geçen Iy
yük akımının endüvide oluşturduğu omik (Iy. Ra) ve endüktif (Iy. XS) gerilim düşümleri
vektöriyel olarak ilave edilir. Kirşof kanununa göre, devreye uygulanan e.m.k devredeki
gerilim düşümlerinin toplamına eşittir.
Devredeki gerilim düşümleri aynı fazda alındığından vektöriyel olarak toplanırlar.
E0 =
U  I
% Reg =
.Ra   I y . X S 
2
y
2
(V)
E0  U
.100
U
37
Yükün uçlarındaki U gerilimi Iy yük akımı ile aynı fazdadır. Etkin faz direncinde düşen (Iy. Ra)
omik gerilim düşümü akımla aynı fazda olduğundan U vektörünün ucuna eklenir. Senkron faz
reaktansında düşen (Iy. XS) endüktif gerilim düşümü akımdan 900 ileride olduğundan, (Iy..Ra)
vektörünün ucuna akımdan 900 ileride olarak çizilir.
2- ENDÜKTİF YÜK
U gerilimi referans vektörü olarak çizilir. Iy yük akımı U geriliminden φ açısı kadar geridedir.
Etkin faz direncinde düşen (Iy. Ra) omik gerilim düşümü vektörü akımla aynı fazda olduğundan,
akıma paralel olarak U vektörünün ucuna eklenir. Senkron faz reaktansında düşen (Iy. XS)
endüktif gerilim düşümü vektörü akımdan 900 ileride olduğundan, (Iy. Ra) vektörünün ucuna dik
olarak eklenir. Bu üç vektörün bileşkesi endüvide indüklenen E0 faz e.m.k’ini verir. Bu e.m.k
yük kaldırıldığında alternatörün uçlarında ölçülen faz e.m.k’ dir.
E0 =
U .Cos  I
% Reg =
.Ra   U .Sin  I y . X S 
2
y
2
(V)
E0  U
.100
U
3- KAPASİTİF YÜK
U gerilimi referans vektörü olarak çizilir. Iy yük akımı U geriliminden φ açısı kadar ileridedir.
Etkin faz direncinde düşen (Iy. Ra) omik gerilim düşümü akımla aynı fazda olduğundan, akıma
paralel olarak U vektörünün ucuna eklenir. Senkron faz reaktansında düşen (Iy. XS) endüktif
gerilim düşümü vektörü akımdan 900 ileride olduğundan, (Iy. Ra) vektörünün ucuna dik olarak
eklenir.Bu üç vektörün bileşkesi endüvide indüklenen E0 faz e.m.k’ini verir.Bu e.m.k yük
kaldırıldığında alternatörün uçlarında ölçülen faz e.m.k’ idir.
E0 =
U .Cos  I
% Reg =
.Ra   U .Sin  I y . X S 
2
y
2
(V)
E0  U
.100
U
ÖRNEK: 3 fazlı, 380 V gerilimli, yıldız bağlı, 30 A’lik bir alternatörün faz başına etkin
direnci 0,2 Ω, senkron faz reaktansı 2,5 Ω’dur. Bu alternatörün faz başına E0 gerilimini ve
regülasyonlarını,
a) Omik (Cosφ = 1)
b) Cosφ = 0,8 endüktif
38
c) Cosφ = 0,8 kapasitif yüklerde hesaplayınız.
m=3~ λ
Uh = 380 V
I = 30 A
Ra = 0,2 Ω
XS = 2,5 Ω
Sinφ = 0,6
U
380
Uf = h =
= 220 V
3
3
a) E0 =
U  I
% Reg =
E0  U
238  220
. 100 =
. 100 = % 8,18
220
U
y
2
2
.Ra   I y . X S  =
220  30.0,22  30.2,52
= 238 V
b) E0 = U .Cos  I y .Ra 2  U .Sin  I y . X S 2 = 220.0,8  30.0,22  220.0,6  30.2,52
E0 = 275,6V
E U
275,6  220
% Reg = 0
. 100 =
. 100 = % 25,27
220
U
c)
U .Cos  I
y
2
2
.Ra   U .Sin  I y . X S  =
220.0,8  30.0,22  220.0,6  30.2,52
E0 = 190,7 V
E U
190,7  220
% Reg = 0
. 100 =
. 100 = - % 13,3
220
U
İşaretin (-) olması gerilimin yükseldiğini gösterir.
ÖRNEK: 3 fazlı, 380 V, yıldız bağlı bir alternatör tam yükle çalışırken yükü tamamen
kaldırılmış ve gerilimin 460 V’a yükseldiği görülmüştür. Bu alternatörün regülasyonunu
bulunuz.
m=3~ λ
Uh = 380 V
E0 = 460 V
U
380
Uf = h =
= 220 V
3
3
E
460
E0f = 0h =
= 265,6 V
3
3
E U
460  380
% Reg = 0
. 100 =
. 100 = % 21
380
U
E U
265,6  220
% Reg = 0
. 100 =
. 100 = % 21
U
220
ÖRNEK: 60 kVA, 240 V, 60 Hz, bir fazlı bir alternatör 10 A ile uyartıldığında, boşta
uçlarındaki gerilim 175 V’dur. Kısa devre edilip 10 A ile uyartıldığında endüvi kısa devre
akımı 376 A’dır. Endüvinin doğru akımla ölçülen direnci 0,05 Ω’dur. Alternatör Cosφ = 0,8
tam endüktif yükle çalışırken rügülasyon yüzdesini bulunuz.
S = 60 kVA
U = 240 V
m=1~
39
f = 60 Hz
Im = 10 A  E0 = 175 V
Im = 10 A  Ik = 376 A
Rd = 0,05 Ω
Cosφ = 0,8 (end)
Sinφ = 0,6
Ra = 1,5. Rd = 1,5. 0,05 = 0,075 Ω
E
175
ZS = 0 =
= 0,46 Ω
Ik
376
XS = Z S  Ra =
2
Iy =
2
0,46 2  0,075 2 = 0,44 Ω
S
60000
=
= 250 A
U
240
E0 = U .Cos  I y .Ra 2  U .Sin  I y . X S 2 =
E0 =
240.0,8  250.0,0752  240.0,6  250.0,442 = 332 V
E0  U
332  240
. 100 =
. 100 = % 38,3
240
U
ÖRNEK: 1500 kVA, 2300 V, 60 Hz, 3 fazlı, yıldız bağlı bir alternatörün iki ucu arasındaki
doğru akımla ölçülen direnç 0,12 Ω’dur. Alternatör 240 A ile uyartıldığında, yüksüz
alternatörün uçlarında 2180 V’luk fazlar arası e.m.k meydana gelmiştir. Kısa devre edilip
240 A ile uyartıldığında endüvi kısa devre akımı 1400 A’dır. Alternatörün senkron
empedansını ve güç katsayısı 0,85 geri olan tam yükteki regülasyonunu hesaplayınız.
S = 1500 kVA
Uh = 2300 V
f = 60 Hz
m=3~ λ
Rλ = 0,12 Ω (iki ucundan)
Cosφ = 0,85
Sinφ = 0,526
Im = 240 A  E0h = 2180 V
Im = 240 A  Ik = 1400 A
R
0,12
Rd =  =
= 0,06 Ω
2
2
Ra = 1,5. Rd = 1,5. 0,06 = 0,09 Ω
E
2180
E0f = 0h =
= 1260 V
3
3
E0 f
1260
ZS =
=
= 0,9 Ω
Ik
1400
% Reg =
XS =
Iy =
Uf =
Z S  Ra =
2
S
2
1500000
= 376 A
3.2300
2300
=
= 1330 V
3
3
3.U
Uh
=
0,9 2  0,09 2 = 0,9 Ω
40
E0 = U .Cos  I y .Ra 2  U .Sin  I y . X S 2 =
E0=
1330.0,85  376.0,092  1330.0,526  376.0,92
% Reg =
= 1560 V
E0  U
1560  1330
. 100 =
. 100 = % 17,29
1330
U
ÖRNEK: 1500 kVA, 2300 V, 60 Hz, 3 fazlı, üçgen bağlı bir alternatörün iki ucu arasındaki
doğru akımla ölçülen direnç 0,12 Ω’dur. Alternatör 240 A ile uyartıldığında, yüksüz
alternatörün uçlarında 2180 V e.m.k meydana gelmiştir. Kısa devre edilip 240 A ile
uyartıldığında endüvi kısa devre hat akımı 1400 A’dır. Alternatörün senkron empedansını ve
güç katsayısı 0,85 geri olan tam yükteki regülasyonunu hesaplayınız.
S = 1500 kVA
U = 2300 V
f = 60 Hz
m=3~ Δ
RΔ = 0,12 Ω (iki ucundan)
Cosφ = 0,85
Sinφ = 0,526
Im = 240 A  E0 = 2180 V
Im = 240 A  Ikh = 1400 A
3
3
Rd = . RΔ = . 0,12 = 0,18 Ω
2
2
Ra = 1,5. Rd = 1,5. 0,18 = 0,27 Ω
I
1400
I kf = kh =
= 808 A
3
3
E
2180
ZS = 0 =
= 2,7 Ω
I kf
808
XS =
Iyh =
Iyf =
Z S  Ra =
2
S
3.U
I yh
=
2
=
2,7 2  0,27 2 = 2,7 Ω
1500000
3.2300
= 376 A
376
= 217 A
3
3
S
1500000
Iyf =
=
= 217 A
3.U
3.2300
E0 = U .Cos  I y .Ra 2  U .Sin  I y . X S 2 =
E0=
2300.0,85  217.0,272  2300.0,526  217.2,72
% Reg =
E0  U
2700  2300
. 100 =
. 100 = % 17,4
2300
U
41
= 2700 V
ALTERNATÖRLERİN VERİMİ
Alternatörlerde verim bütün elektrik makinalarında olduğu gibi direkt ve endirekt metotla
bulunur.
DİREKT METOT
Alternatör nominal yüküne kadar yüklenir. Alternatör devresine bağlı ampermetre, voltmetre,
Cosφmetre veya wattmetreden alınan değerlerle alınan güç hesaplanır. Çevirici makina
eğrisinden yararlanarak verilen güç belirlenir, verim hesaplanır.
P
η = A . 100
PV
Büyük güçlü makinalar için uygun yükler bulmak zor ve pahalı olduğundan, bu metot küçük
güçlü makinalara uygulanır.
ENDİREKT METOT ( KAYIPLAR METODU)
Alternatöre verilen güç (giriş gücü) ile alınan güç (çıkış gücü) arasındaki fark kayıpları verir.
Kayıplar genel olarak demir, bakır, sürtünme ve vantilasyon kayıpları olarak üç grupta
incelenir.
A- DEMİR KAYIPLARI
Endüvide ve kutup yüzeylerinde meydana gelen histerezis ve fuko kayıplarından oluşur.
Manyetik alanın kutup uçları ile endüvi (stator) saç paketlerinde oluşturduğu kayıplardır.
Kutup yüzeylerinde meydana gelen kayıplar çok küçüktür, genellikle dikkate alınmaz. Esas
kayıp endüvide meydana gelir. Demir kayıpları yük ile değişmez, uyartım akımı ile değişir.
Uyartım sabit tutulduğunda bu kayıplarda da değişme olmaz. Bu nedenle demir kayıplarına
sabit kayıplar denir.
B- BAKIR KAYIPLARI
Bu kayıplar alternatör yüklüyken meydana gelen kayıplardır. Yükün az ya da çok olması bu
kayıpları etkiler. Genel olarak endüvi (stator) ve uyartım devresi kayıpları olarak iki bölümde
incelenir.
1- ENDÜVİ BAKIR KAYBI
Endüvi sargılarından geçen Iy yük akımının neden olduğu, ısı şeklinde görülen joule kaybıdır.
Üç fazlı alternatörlerde faz başına bulunan bakır kaybı 3 ile çarpılarak toplam endüvi bakır
kaybı bulunur.
Pcu = 3. Ra. Iy2 (W)
Endüvi sargılarındaki kaybın hesaplanmasında kullanılan endüvi faz direnci sargıların 750 C
deki direnci olmalıdır. Endüvinin faz direnci doğru akımda ölçülen değer ise, hesaplanan Cu
kaybı artık yük kayıplarını içermez. Hesaplamada etkin faz direnci kullanılırsa, bulunan Cu
kaybı artık yük kayıplarını da içerir.
Alternatör yüklenince endüviden geçen yük akımının neden olduğu manyetik alandaki
distorsiyondan (Bozulma, değişikliğe uğrama) dolayı ilave nüve kaybı ve bakır iletkenlerde
de fuko kaybı meydana gelir. Bu kayıplara artık yük kaybı denir. Alternatörün toplam
kayıpları hesaplanırken artık yük kayıpları da ilave edilmelidir.
Bakır kaybının hesaplanmasında etkin faz direnci kullanılmışsa, toplam kaybı bulurken artık
yük kaybının ilave edilmesine gerek yoktur.
2- UYARTIM KAYIPLARI
Alternatörün uyartım devresinden geçen akımın kutup sargılarında oluşturduğu kayıplardır.
Alternatörün kutuplarını uyartmak için sarf edilen güç veya kutup sargılarında kaybolan
güçtür.
Pu = Uu. Iu = Ru. Iu2
42
Iu = Uyartım akımı
Uu = Uyartım gerilimi
Ru = Uyartım sargısı direnci
Pu = Uyartım kaybı
Fırçaların bileziklere temas direncinde kaybolan güç de uyartım kaybından sayılır.
Alternatörün milindeki uyartım dinamosunun kayıpları ile reostalardaki kayıplar, santralin
genel kayıplarından sayılır, alternatörün kayıplarına dahil edilmez.
C- SÜRTÜNME VE VANTİLASYON KAYBI
Bu kayıplara mekanik kayıplar da denir. Yatakların ve fırçaların sürtünme kaybı ile
makinanın soğutulması için sarf edilen vantilasyon (rüzgar) kayıpları, rotor kutuplarının
vantilasyon kayıpları gibi kayıplardan oluşur. Sürtünme ve vantilasyon kaybı devir sayısı ile
değişir, yük ile değişmez. Devir sabit kaldıkça bu kayıplarda değişmez, bu nedenle sabit
kayıplardır.
Sürtünme ve vantilasyon kaybı ile demir kaybı alternatörün boştaki kayıplarıdır. Boşta
çalışma deneyi ile bu kayıplar bulunur.
Kayıpları ve verimi bilinen bir doğru akım motoru ile alternatör boşta çalıştırılır. Alternatörün
devri senkron devirde sabit tutulur. Uyartım akımı kademeli olarak arttırılarak, her uyartım
akımında doğru akım motorunun alternatöre verdiği güç ölçülür. Alınan değerlerle uyartım
akımına bağlı olarak değişen güç eğrisi P = f (Iu) çizilerek, eğriden sabit kayıplar ve demir
kaybı bulunur. Uyartım akımı sıfır yapıldığında, alternatörü senkron devirle döndürmek için
doğru akım motorunun alternatöre verdiği güç, sürtünme ve vantilasyon kaybına eşittir. Bu
kayıplar sabit olduğundan vantilasyon kaybı ile demir kaybı ayrı ayrı gösterilmiştir.
Uyartım ile verilen gücün değişim eğrisi
Endüvi bakır kaybını ve artık yük kaybını bulmak için kısa devre deneyi yapılır. Alternatör
kayıpları bilinen doğru akım motoru ile senkron devirle döndürülür. Alternatörün uçları
ampermetrelerle kısa devre edilir. Uyartım akımı kademeli olarak arttırılarak her uyartımda
doğru akım motorunun alternatöre verdiği güç ölçülür. Alınan değerlerle uyartım akımına
bağlı olarak değişen güç eğrisi çizilir.
43
Kısa devre edilmiş alternatörde uyartım ile verilen gücün değişim eğrisi
Uyartım akımı sıfırken alternatöre verilen güç, sürtünme ve vantilasyon kaybına eşittir. Buna
göre kısa devre deneyinde alternatöre verilen gücün bir kısmı sürtünme ve vantilasyon
kaybını, diğer kısmı da endüvi Cu kaybını karşılamaktadır. Bu arada alternatörde ihmal
edilebilecek değerde demir kaybı da vardır. R. I2 ve artık güç kayıpları bu demir kaybını da
içerir.
Endüvi etkin faz direnci kısa devre deneyinden bulunabilir.
P  Psürt vant
Ra = V
2
3.I a
PV = Nominal akıma eşit kısa devre akımında verilen güç.
Psürt+vant = Sürtünme ve vantilasyon kaybı.
Ia = Nominal endüvi akımı
Etkin faz direncinde kaybolan güç, endüvi Cu kaybı ile artık güç kaybının toplamına eşittir.
Endüvi Cu kaybı kısa devre deneyi ile bulunabildiği gibi, endüvi faz direnci ölçülerek de
bulunabilir. Bunun için alternatörün bir faz sargısının direnci ohmmetre ile ölçülüp 1,5 ile
çarpılır, etkin direnç bulunur.
Pcu = 3. Ra. Iy2 şeklinde üç fazın toplam Cu kaybı hesaplanır.
Alternatörün kayıpları bilindiğine göre verim,
PA
η=
. 100
PA  PCU  PFe  Psürtvant  Pu  Partır
PV = PA + Pcu + PFe + Pu+ Psürt+vant + Partık = PA + Ptk
η=
PV  Ptk
PA
. 100 =
. 100
PV
PA  Ptk
44
ÖRNEK: Şekildeki alternatörün verimini bulunuz.
PA = 500 kW
Psür+vant = 12 kW
Pcu + Part = 16,4 kW
Pu = 6,6 kW
Ptk = Psürt+vant + Pcu + Part + Pu = 12 + 16,4 + 6,6 = 35 kW
PV = PA + Ptk = 500 + 35 = 535 kW
P
500
η = A . 100 =
. 100 = % 93,4
535
PV
ÖRNEK: 240 kVA, 2300 V, üç fazlı, yıldız bağlı bir alternatörün etkin faz direnci 0,65 Ω,
demir, sürtünme ve vantilasyon kayıpları toplamı 6 kW’dır. Alternatör Cosφ = 0,8 tam
endüktif yükte çalışırken uyartım akımı 50 A, uyartım gerilimi 125 V dur. Alternatörün
verimini bulunuz.
S = 240 kVA = 240000 VA
Uh = 2300 V
m=3~ λ
Ra = 0,65 Ω
PFe+ Psürt +vant = 6 kW
Cosφ = 0,8 (end)
Iu = 50 A
Uu = 125 V
S
240000
Iy =
=
= 60 A
3.2300
3.U
Pcu = 3. Ra. Iy2 = 3. 0,65. 602 = 7020 W
Pu = Uu. Iu = 125. 50 = 6250 W
Ptk = Pcu + Pu + PFe + Psür+vant = 7020 + 6250 + 6000 = 19270 W
PA = S. Cosφ = 240. 0,8 =192 kW
45
PV = PA + Ptk = 192000 + 19270 = 211270 W
P
192000
η = A . 100 =
. 100 = % 90,8
211270
PV
ÖRNEK: 250 kVA 2300 V, üç fazlı, üçgen bağlı alternatörün endüvi etkin faz direnci 1,8 Ω,
sürtünme ve vantilasyon kaybı 3,4 kW, demir kayıpları 6,25 kW’dır. Alternatör Cosφ = 0,8
tam endüktif yükte çalışırken, kutupları 125 V, 72 A ile uyartılıyor. Alternatörün, verimini
bulunuz.
S = 250 kVA
U = 2300 V
m=3~Δ
Ra = 1,8 Ω
Psürt +vant = 3,4 kW
PFe = 6,25 kW
Cosφ = 0,8 (end)
Uu = 125 V
Iu = 72 A
S
250000
Iyh =
=
= 62,8 A
3.2300
3.U
I
62,8
Iyf = h =
= 36,2 A
3
3
S
250000
Iyf =
=
= 36,2 A
3.U
3.2300
Pcu = 3. Ra. Iy2 = 3. 1,8. (36,2)2 = 7076,3 W
Pu = Uu. Iu = 125. 72 = 9000 W
Ptk = Pu + Pcu + PFe + Psür+vant = 9000 + 7076,3 + 6250 + 3400 = 25726,3 W
PA = S. Cosφ = 250. 0,8 = 200 kW
PV = PA + Ptk = 200000 + 25726,3 = 225726,3 W
P
200000
η = A . 100 =
. 100 = % 88,6
225726,3
PV
SENKRON MOTORLAR
Senkron motor ile senkron generatör (alternatör) arasında yapı bakımından büyük bir fark
yoktur. Doğru akım generatörü (dinamo) nasıl bir motor olarak çalışıyorsa, alternatif akım
generatörü (alternatör) de senkron motor olarak çalışabilir.
Yüksüz bara üzerinde paralel çalışmakta olan iki alternatörden birinin döndürücü
makinasından bu alternatöre verilen mekanik enerji kesilirse, bu alternatörün durmadığı
senkron hızla dönmesine devam ettiği görülür. Bu alternatör diğer alternatörden çektiği
elektrik enerjisi ile senkron motor olarak çalışmıştır. Diğer alternatörden kayıplarını
karşılayacak kadar bir akım çeker.
Senkron motorlar senkron devirle dönerler. Devir sayısı asenkron motorlarda olduğu gibi,
frekans ve kutup sayısına bağlıdır. Senkron devir sayısı,
120. f
60. f
nS =
=
2P
P
formülü ile bulunur.
46
50 Hz’de çalışan senkron motorların devir sayıları
Asenkron motorlarda rotor devir sayısı, döner alan devir sayısından daima daha küçüktür. Bu
iki devir sayısı arasındaki farka kayma adı verilir. Asenkron motorun çalışma prensibi bu
kayma ile açıklanır.
Senkron motorlarda ise, rotor devir sayısı döner alan devir sayısına eşittir. Bu nedenle
senkron motorlarda kayma söz konusu değildir. Senkron motor ister boşta, ister yükte çalışsın
devir sayısında hiçbir değişiklik olmaz.
Senkron motorların kutuplarına düzgün bir moment elde etmek ve motorun kendi kendine yol
almasını sağlamak amacıyla sincap kafes çubukları yerleştirilir. Sincap kafesi oluşturan
çubuklar kutup yüzeylerine iki taraftan kısa devre edilerek yerleştirilmiştir. Sincap kafes
sargıları makinanın alternatör olarak çalışmasında gerilim değişmelerini, motor olarak
çalışmasında ise moment değişmelerini önler.
SENKRON MOTORUN YAPISI
Rotor devir sayısı döner alan devir sayısına eşit olan motorlara senkron motor denir.
Senkron motor
Senkron motorlar iki bölümden oluşur.
1- Stator (Endüvi)
2- Rotor (Endüktör veya kutuplar)
1- Stator (Endüvi): Silisli saçların paketlenmesinden yapılmış olup, iç kısımlarına sargıların
yerleştirilmesi için oluklar açılmıştır. Bu şekilde oluşturulan nüve, dökme demirden yapılan
bir gövdenin içine oturtulur.
2- Rotor (Endüktör veya kutuplar): Uyartım sargılarını taşıyan kısımdır. Senkron motorlar
rotor cinsine göre iki çeşittir.
a) Yuvarlak kutuplu senkron motorlar
b) Çıkıntılı kutuplu senkron motorlar
47
Senkron motorun kesitleri
a) Çıkıntılı kutup rotorlu
b) Yuvarlak rotorlu
SENKRON MOTORLARIN ÇALIŞMA PRENSİBİ
Bir asenkron motorun stator sargılarına gerilim uygulandığında, stator sargılarında oluşan
döner alan, kapalı bir devre oluşturan rotor sargılarında endüksiyon yolu ile bir e.m.k
İndükleyerek rotor sargılarından akım dolaştırır. Rotordan geçen bu akımın yarattığı alan ile
stator sargılarındaki döner alan birleşerek döndürücü momenti oluşturur ve motor çalışmaya
başlar.
Senkron motorların iki ayrı akım devresi vardır. Statoruna (endüvi) alternatif akım, rotoruna
(kutuplar) doğru akım uygulanır. Rotora uygulanan doğru akım, yan yana sıralanan kutupları
N-S-N-S şeklinde enerjilendirir. Doğru akım yön değiştiren bir akım olmadığından kutuplar
çalışma süresince özelliklerini aynen korurlar. N kutbu daima N kutbu, S kutbu da aynı
şekilde S kutbu olarak kalır.
Senkron motorun çalışma prensibi
Statora uygulanan üç fazlı alternatif gerilim bu sargılarda bir döner alan meydana getirir.
Statorun döner alan kutupları ile rotorun (endüktör) sabit kutupları, rotorun ataleti nedeniyle
kilitlenemez. Bu yüzden rotor dönmez. Statora uygulanan gerilimin bu sargılarda oluşturduğu
döner alanın kutupları Nı-Sı-Nı-Sı, rotora uygulanan doğru akımın oluşturduğu sabit kutuplar
N2-S2-N2-S2 şeklinde sıralanmıştır. Rotor ve stator kutupları zıt kutuplar olarak karşılıklı
geldikleri anda birbirlerini çekerler, döner alan rotoru sürüklemek ister, fakat rotor ataletinden
dolayı bu hıza uyamaz. Çok kısa bir zaman sonra stator kutupları alternatif akımın frekansına
uygun olarak isim değiştirir. Nı kutbu Sı kutbu olur, Sı kutbu da Nı kutbu olur. Bu durumda
aynı adlı kutuplar karşı karşıya geldiklerinden birbirlerini iterler. Böylece rotor ve stator
arasındaki itme çekme sonucu bileşke moment sıfır olduğundan rotor dönemez. Rotorun
dönmesini sağlamak için yardımcı yol verme sistemleri geliştirilmiştir.
Senkron motoru çalıştırmak için, rotorun devir sayısını senkron devir sayısına veya ona yakın
devirlere kadar yükseltmek gerekir. Bu devir sayısı ile dönmekte olan rotorun sabit kutupları
döner alan kutupları ile kolayca kilitlenir. Kilitlenme sırasında zıt kutuplar birbirlerini
48
çekerek, döner alan tarafından ve döner alan hızı ile döndürülürler. Bu olaya rotorun döner
alan tarafından sürüklenmesi de denir.
Senkron motor çalışmaya başladıktan sonra, sincap kafesi oluşturan rotor çubuklarında bir
e.m.k indüklenmez. Çünkü rotor da senkron hızla döndüğünden çubuklar döner alan
tarafından kesilmez. Rotorun devir sayısında değişiklik olmadıkça bu sargılardan bir akım
dolaşması söz konusu değildir.
Senkron generatörlerde doğru akımla beslenen rotor kutupları bir uyartım makinası ile
uyartılar ve stator sargılarında alternatif gerilimler indüklenir. Aralarında bir kutup altında
1200 elektriksel açı olan yerlerden uç çıkarıldığında, üç fazlı dengeli bir alternatif gerilim
sistemi elde edilir. Üç fazlı alternatif akımlar bir döner alan meydana getirir. Üzerinden doğru
akım geçen bir elektromıknatısın döndürülmesiyle de bir döner alan meydana gelir Bu iki
döner alan da senkron hızla dönerler. Rotor döner alanı önde, stator döner alanı arkadadır.
Aralarında β yük açısı kadar fark vardır. Generatörün verdiği akım arttıkça β açısı büyür.
Uyartım momenti artırılırsa β açısı tekrar küçülür.
Şebeke ile paralel çalışan senkron generatörde uyartım momentini azaltalım. Stator döner
alanı şebekenin frekansı sabit olduğundan senkron hızla dönecektir. Uyartım momenti
azaldığından kutup tekerleği döner alanı gittikçe stator döner alanına yaklaşacak, uyartım
momenti ortadan kaldırılırsa bu kez stator döner alanı rotor döner alanının önüne geçecektir.
Aralarındaki β yük açısı (-) olacaktır. Bu duruma senkron makinanın motor olarak çalışması
denir.
Üç fazlı bir alternatörü, paralel bağlama şartlarını yerine getirdikten sonra, tam senkron
anında şalterini kapatarak şebekeye paralel bağlayalım. Alternatörün vektör diyagramında
görüldüğü gibi, Eg = U ve fg = f olduğunda Eg ile U’nun bileşkesi Er e.m.k’i sıfırdır. Er = 0 ve
E
IS = r olduğundan IS = 0 dır. Şebekeye paralel bağlanan alternatörün devresindeki
ZS
ampermetre sıfırı gösterir. Alternatör üzerine yük almadığı gibi şebekeden güç de çekmez.
Senkron an vektör diyagramı
Alternatörün senkron motor olarak
çalışma vektör diyagramı
Bu durumda alternatörü döndüren uyartım makinası (su türbini, dizel motoru vs.)
durdurulduğunda, alternatörün çıkıntılı kutuplu rotoru geriye doğru kayar. Dolayısıyla
kutupların manyetik akısının endüvi sargılarında indüklediği Eg e.m.k’i de kayar. İndüklenen
e.m.k (Eg) ile şebeke gerilimi (U) arasındaki açı 1800 değil (180 - β) dır. Bu durum da U ile
Eg’nin bileşkesi Er gerilimi, empedansı ZS olan endüvi faz sargılarından IS akımının
geçmesine neden olur.
E
IS = r
ZS
49
IS ile Er arasındaki (α) açısı ZS empedansının açısıdır.
α = arctg
XS
Ra
Üç fazlı alternatörün her bir fazından geçecek olan IS akımları, endüvide döner bir manyetik
alan meydana getirir. Rotorun çıkıntılı kutupları ile döner alanın kutupları birbirine
kilitlenerek, rotor döner alanla birlikte senkron hızla dönmeye başlar. Rotorun devri döner
alanın devrine eşittir.
nr = nS
Senkron motor olarak çalışmaya başlayan üç fazlı alternatörün şebekeden çektiği güç,
P = 3 . U. IS. Cosφ kayıplarına eşittir.
Senkron motorunun çalışması için, döner alanın kutupları ile rotor kutuplarının
kilitlenmelerini sağlamak gerekir. Bunun için senkron motorunun yapısında alternatörden
farklı olan bazı değişiklikler yapılır.
SENKRON MOTORLARA YOL VERMEK
Senkron motoru çalıştırmak için, rotorun devrini senkron devir sayısına çıkarmak gerekir.
Senkron devir sayısına yakın bir devirle dönen rotorun sabit kutupları, kolayca dönen endüvi
manyetik alanının kutupları ile kilitlenebilir ve senkron motor kendiliğinden dönmesine
devam eder. Senkron motorun çalıştırılmasında çeşitli metotlar kullanılır.
1- YARDIMCI BİR DÖNDÜRME MAKİNASI İLE YOL VERMEK
Senkron motorun miline devir sayısı senkron motorunun devrine eşit veya ona yakın
döndürücü bir makina akuple olarak bağlanır (Doğru akım motoru, asenkron motor, dizel
motor veya benzin motoru v.s). Senkron motor, bu motorlar yardımıyla senkron devir veya
ona yakın hızlarda döndürülür, senkron hıza yaklaşıldığında statoruna üç fazlı şebeke gerilimi
uygulanır. Bu gerilimin oluşturduğu döner alan yönü, rotorun dönüş yönünde olmalıdır.
Döndürülen rotora fırçalar ve bilezikler yardımıyla doğru akım uygulanarak, rotor ve stator
kutuplarının kilitlenmesi sağlanır. Böylece motor senkron hıza yükseltilmiş olur. Daha sonra
yardımcı motor ile olan akuple bağlantı sökülür.
2- SENKRON MOTORU ŞEBEKE İLE SENKRONİZE EDEREK YOL VERMEK
Yardımcı makina ile rotor, senkron hız veya ona yakın hızlarda döndürülür. Kutup sargılarına
doğru akım uygulanarak alternatör gibi gerilim vermesi sağlanır. Alternatörlerin paralel
bağlanma koşuları aynen uygulanarak, senkronizm anında şalter kapatılır. Daha sonra
yardımcı motorun enerjisi kesilir. Bu motor bir asenkron motor ise, şalteri açılarak devre dışı
bırakılır. Ayrıca mekanik bir düzenle milleri de ayrılabilir. Bundan sonra makina senkron
motor olarak çalışmasını sürdürür.
3- AYNI MİL ÜZERİNDE BULUNAN UYARTIM DİNAMOSU İLE YOL VERMEK
Uyartım dinamosu bir doğru akım kaynağından beslenerek motor olarak çalıştırılır. Doğru
akım motorunun çalışması ayarlanarak, devir sayısının senkron devir sayısına eşit veya ona
yakın olması sağlanır. Daha sonra senkron motorun statoruna alternatif gerilim uygulanır. Bu
gerilimin oluşturduğu döner alanın yönü de rotorun dönüş yönünde olmalıdır. Bu sırada
kutuplara doğru gerilim uygulanarak, rotor kutupları ile döner alan kutuplarının kilitlenmesi
sağlanır. Böylece senkron motor senkron hızla dönmeye başlar. Bu anda doğru akım motoru
doğru akım kaynağından ayrılarak, senkron motorun uyartım devresine bağlanır. Senkron
motorun uyartımı ayarlanarak istenen çalışma şekli gerçekleştirilir.
50
4- SENKRON MOTORU ASENKRON MOTOR OLARAK ÇALIŞTIRILIP YOL
VERMEK
a) KISA DEVRE ROTORLU (SİNCAP KAFESLİ) ASENKRON MOTOR OLARAK
ÇALIŞTIRIP YOL VERMEK
Senkron motorun rotor kutuplarının hava aralığına bakan yüzeylerine ve mile paralel olarak,
asenkron motorun rotorunda olduğu gibi kısa devre çubukları (sincap kafes) yerleştirilir. Bu
çubuklar her iki taraftan kısa devre edildiklerinden kapalı bir devre oluşturur.
Senkron motorun statoruna (endüvisine) üç fazlı alternatif gerilim uygulandığında, rotorun
sincap kafes sargılarında endüksiyon yolu ile bir gerilim oluşur. Kapalı devre nedeniyle
sargılardan bir akım geçer. Bu geçen akımın yaratığı alan ile stator döner alanı birleşerek
döndürücü momenti oluştururlar. Böylece asenkron motor olarak çalışmaya geçilmiş olur.
Rotor hızı senkron devir sayısına yaklaştığında, rotor sargılarına (kutup sargıları ) doğru akım
uygulanarak kutuplar uyartılır ve stator (endüvi) döner alanının kutupları ile kilitlenmesi
sağlanır. Bu durumda rotorun devri senkron devire çıkar ve motor senkron motor olarak
çalışmasına devam eder. Rotor kutuplarındaki sincap kafes çubuklarında (kısa devre
çubuklarında) hiçbir gerilim indüklenmez. Çünkü rotor senkron devir ile döndüğü için kısa
devre çubukları döner manyetik alan (manyetik akı) tarafından kesilmez.
Kısa devreli rotor
Asenkron motor olarak çalışma durumunda, motor şebekeden büyük bir akım çeker. Bu
nedenle çeşitli yol verme yöntemleri kullanılır. En fazla kullanılan yol verme yöntemi oto
trafoları ile yapılan yol verme yöntemidir. Senkron motor olarak çalışmaya geçtikten sonra
yol alma akımı azalır. Daha sonra senkron motorun uyartımı ayarlanarak istenen çalışma şekli
sürdürülür.
Motor düşük hızlarda çalışırken doğru akım uygulanmamalıdır. Çünkü düşük hızlarda
uygulanan doğru akım, fren etkisi yaparak motorun şebekeden daha büyük akım çekmesine
neden olur. Ayrıca asenkron çalışma durumunda kutup sargılarının kısa devre edilmesi veya
küçük bir direnç üzerinde kapatılması gerekir. Aksi halde bu sargılarda spir sayısının yüksek
olmasından dolayı, yüksek gerilimler indüklenerek sargıların izolasyonu bozulabilir.
Motor senkron hıza yaklaştığında bu sargılarda indüklenen gerilim azalır; çünkü kesme hızı
azalmıştır. Bu sırada kutup sargılarının kısa devre edilen uçları açılarak, doğru akım
kaynağına bağlanır. Böylece döner alanın oluşturduğu stator kutupları ile rotor kutuplarının
kilitlenmesi kolaylaştırılmış olur.
51
b) ROTORU SARGILI (BİLEZİKLİ) ASENKRON MOTOR OLARAK
ÇALIŞTIRILIP YOL VERMEK
Daha önce sözü edilen senkron motorlara yol verme yöntemleri, motorun yüksüz olarak
kalkınmasında uygulanabilir. Bazı durumlarda ise, senkron motorun yük altında kalkınma
zorunluluğu vardır. Bu gibi durumlarda senkron motorun rotoruna üç fazlı sargılı rotorlu
asenkron motorlarda olduğu gibi sargılar yerleştirilir. Bu sargıların birer uçları rotor milli
üzerinde bulunan bileziklere bağlanır, diğer uçları da genellikte yıldız bağlanır. Mil üzerinde
5 adet bilezik vardır. Bu bileziklerin 3 tanesi rotora sarılan 3 fazlı sargı için, 2 tanesi ise kutup
sargılarına doğru gerilim uygulamak içindir. Rotorda bulunan üç fazlı sargılara bilezikler ve
fırçalar yardımıyla direnç ilave edilerek, senkron motorun kalkınma momenti arttırılır.
Senkron motorun statoruna 3 fazlı alternatif gerilim uygulanır. Kutup sargıları uyartılmadan
senkron motor, önce sargılı rotorlu asenkron motor gibi rotor sargılarına en büyük değerinde
direnç ilave edilerek çalıştırılır. Motor asenkron motor olarak büyük bir kalkınma momenti ile
çalışmaya başlar. Motor yol aldıkça rotor sargılarına ilave edilen dirençler kademeli olarak
devreden çıkartılır ve sonunda kısa devre edilir. Bu sırada motorun devir sayısı da senkron
devir sayısına yaklaşmıştır. Bu anda uyartım dinamosundan elde edilen doğru akım kutup
sargılarına uygulanarak, uyartım akımının meydana getirdiği sabit rotor kutupları ile döner
alanın kutuplarının kilitlenmesi sağlanır ve rotor senkron hızla dönmeye başlar.
Motorun sargılı rotorlu asenkron motor olarak çalışmasında kalkınma momenti büyük
olduğundan, yük altında harekete başlaması da sağlanmış olur. Motor senkron devirle
dönerken rotor sargılarında endüksiyon gerilimleri oluşmadığından senkron çalışmada bu
sargıların bir etkisi olmaz.
5- SÜPER SENKRON MOTOR
Yüklü kalkınmada maksimum dönme momenti elde edilen süper senkron motor General
elektrik firması tarafından geliştirilmiştir. Endüvi (stator) endüktörün (rotorun) etrafında
dönebilecek şekilde yapılmış ve statorun etrafına şerit fren ilave edilmiştir.
Süper senkron motora yol vermek için, önce motorun freni gevşetilir ve endüviye düşük
şebeke gerilimi uygulanır. Üzerindeki yükten dolayı sabit duran rotorun kutup yüzeylerine
yerleştirilmiş olan kısa devre kafesin meydana getireceği döndürme momentinin etkisiyle,
rotorun normal dönüş yönüne ters yönde stator dönmeye başlar. Bir süre sonra statora normal
şebeke gerilimi uygulanır.
Stator senkron devir sayısına yakın devirle dönerken sabit duran rotorun kutupları
uyartıldığında, stator senkron devirle dönmeye başlar. Statorun etrafındaki fren şerit yavaş
yavaş sıkıldıkça rotor dönmeye başlar. Stator frenlenerek durdurulduğunda, rotor senkron
devirle dönmesine devam eder.
AMORTİSÖR SARGISI KULLANARAK ASENKRON MOTOR OLARAK YOL
VERME
Bu tip yol vermede senkron motorun amortisör sargısı olması gerekir.
Önce A1 ve A2 anahtarları kapanır. A3 anahtarı 1 konumundadır. Bu anda senkron motora
uygulanan gerilim % 50 Un dir. Senkron motorda amortisör sargılarında endüksiyon yoluyla
e.m.k indüklenir ve bir kısa devre kafesi olduğundan motor aynen asenkron motorda olduğu
gibi, amortisör iletkenlerinden geçen akımlar nedeniyle asenkron motor olarak yol alır. Daha
sonra A2 anahtarı açılır. Motorun uçlarına % 100 Un - % 25 Un = % 75 Un bir gerilim
uygulanmış olur. Oto transformatör a-b arası % 25 Un ve b-c arası % 50 Un olarak şekilde
boyutlandırılmıştır. Sonra A3 anahtarı 2 konumuna getirilerek % 100 Un uygulanmış olur. Bu
sırada A4 anahtarı kapatılarak uyartım verilir. Senkron motor böylece senkron devirde
dönmeye başlar. A4 anahtarı kapanmadan önce senkron motor döner alan hızına % 99 kadar
52
yaklaşmıştır. A4 kapanınca bir yarı periyotta döner alan tarafından kapılarak senkron hıza
ulaşır.
Amortisör sargılı senkron motora gerilim ayarı ile yol verme
FREKANSLA YOL VERME
Senkron motorun uyartım devresi doğru akımla beslenir. Stator gerilimi, senkron motorun
kutup geriliminde ancak frekansı düşük bir gerilimdir.
Senkron motora frekans değiştirerek yol verme
53
Bu yardımcı şebeke ile R’-S’-T’ oluşturulur. Bunun için hızı bir doğru akım serbest uyartımlı
motorla uyartılan, bir üç fazlı senkron generatör vardır. Doğru akım motorunun hızı
değiştirilerek senkron generatörün ürettiği gerilimin frekansı değiştirilir.
Yol verilecek senkron motor uçları önce A anahtarının (1) konumundadır. Yani frekansı
ayarlanabilen R’-S’-T’ şebekesinden beslenir. fy frekansı yavaş yavaş büyütülür, senkron
motor dönmeye başlar. fy frekansı yükseldikçe hız artar. fy = fş yani şebeke frekansına eşit
olunca A anahtarı 2 konumuna alınır. Böylece senkron motor senkron devir sayısında
dönmeye başlar.
KÜÇÜK GÜÇLÜ SENKRON MOTORLARA YOL VERME
Şebekeye bağlanan çıkık kutuplu bir senkron motor rotor kutupları uyartılmamış durumda,
kutuplardaki bobinlerde büyük e.m.k indüklenerek zarar vermemesi için, sargı uçları dirençler
üzerinden kısa devre edilip topraklanmalıdır. Boşta yol aldıktan sonra kutuplar uyarılır.
Kutuplar ters kapılmışsa şebekeden çok büyük endüktif akım çeker. Uyartım arttırılarak
kapasitif akım çekmesi sağlanır. Senkron motor salınıma başlar, salınımlar o kadar büyür ki
rotor kutupları döner alandan kurtulur. Rotor kutupları daha sonra döner alan tarafından tekrar
kapılır. Bu defa doğru kutup kapıldığından şebekeden çekilen akım düşer.
KUTUP SARGILARINDA ENDÜKLENEN E.M.K
Stator sargılarına üç fazlı alternatif akım uygulandığında meydana gelen manyetik döner alan,
ilk anda sabit olan rotorun kutup sargılarını keserek yüksek bir e.m.k indükler. Kutup
sargılarında indüklenen yüksek gerilim kısa devreye neden olabilir. Bunu önlemek için kutup
sargıları bu gerilime dayanacak şekilde izole edilmeli veya sargılar kısımlara bölünmelidir.
Rotor hızlandıkça kutup sargılarında indüklenen e.m.k de azalır ve senkron devir de sıfır olur.
Bazı durumlarda ilk hareket anında kutup sargıları bir direnç üzerinden veya doğrudan kısa
devre edilerek, indüklenen e.m.k sargıların yüksek olan reaktif dirençlerinde düşürülür.
SENKRON MOTORUN ÖZELİKLERİ
Senkron makina bağlı bulunduğu şebekede motor veya generatör olarak çalışabilir.
Generatör durumunda rotor döner alanı önde, stator döner alanı arkada, motor durumunda ise
stator döner alanı önde, rotor döner alanı arkadadır. Aradaki açı β yük açısıdır. Yani generatör
durumunda Em e.m.k’ i U vektörünün önünde, motor durumunda ise U vektörü Em vektörünün
önündedir.
Senkron motorlarda devir sayısı yükle değişmez. Ancak yük attıkça senkron motor şebekeden
daha çok akım çeker.
Senkron motorun boşta ve yükte çalışma durumu
54
Yardımcı bir motorla senkron motoru döndürerek alternatör olarak çalıştıralım. Paralel
bağlama şartlarını yerine getirdikten sonra, tam senkron anında şalteri kapatarak motoru
şebekeye bağlayalım.
Senkron motoru boşta çalıştırarak, statoruna alternatif bir gerilim uygulandığında, stator
sargılarında uygulanan şebeke gerilimine eşit ve zıt yönde bir e.m.k indüklenir. Burada Uş = E
E
olduğundan bileşke gerilim sıfır olur. Statordan geçen yük akımı Iy = R eşitliğine göre,
ZS
Iy = 0 olur. Senkron motorun boştaki kayıpları dikkate alınmazsa boşta çekilen yük akımı sıfır
olur. Bu durumda döner alan kutuplarının ekseni ile stator döner alan kutuplarının ekseni
çakışık durumdadır. Uyartım makinasının senkron motora verdiği enerji, soğutma ve
sürtünme kayıpları ile demir kayıplarını karşılar.
Senkron anındaki vektör diyagramı
Senkron anından β0 geri durumdaki
vektör diyagramı
Uyartım makinası durdurulunca, senkron motorun rotoru senkron anına göre geri kalır.
Motorun yükü arttırılacak olursa, döner kutupların eksenleri ile stator döner alan kutuplarının
eksenleri arasında bir β açısı oluşur. Yükün etkisi ile döner kutuplar β açısı kadar geri kalır,
ancak senkron motorun devir sayısında bir değişiklik olmaz. Statora uygulanan şebeke
gerilimi ile, zıt e.m.k arasında da kutup eksenleri arasındaki β ya eşit bir faz farkı oluşmuştur.
Şebeke gerilimi ile zıt e.m.k’in vektöriyel toplamı (bileşkesi) artık sıfır değildir. Bu bileşke
gerilimin etkisi ile bir akım dolaşır. Stator sargılarının etkin direncini dikkate almazsak, geçen
yük akımı bileşke geriliminden yaklaşık 900 (elektriksel açı) geridedir.
E
Iy = R
ZS
ZS =
Re  X S
2
2
ER
ZS
Şebekeden çekilen akım ile uygulanan gerilim arasında φ açısı vardır. Gerçekte stator
sargılarının omik direncinden dolayı, bileşke gerilim ile yük akımı arasındaki açı tam 900
değildir. Bu nedenle motor boşta çalışırken şebekeden çok az akım çeker. Bu akım motorun
boştaki kayıplarını karşılamaya yarar.
Re = 0  ZS = XS
 Iy =
55
Endüvide kutupların meydana getirdiği manyetik akının indüklediği faz e.m.k’i ile şebeke
geriliminin bileşkesi, endüvi sargılarından Iy akımının geçmesine neden olur. Motorun
şebekeden faz başına çektiği güç (P = U. Iy. Cosφ), sürtünme ve soğutma kayıpları ile demir
kayıplarını karşılar.
Senkron motorun çalışmasını, endüvi döner alanının kutupları ile rotorun kutupları arasındaki
kilitlenme sağlar.
Senkron motorun yükü arttığında, uygulanan gerilimle zıt e.m.k arasındaki  açısı büyür.
Bunun sonucu bileşke gerilim, dolayısıyla yük akımı artar. Çünkü yük artınca, rotor stator
döner alanından geri kalmaya başlar. Makinayı senkron tutan moment nedeni ile stator döner
alanından ayrılmaz, fakat yüke karşı düşen büyümüş bir yük açısında motor çalışmasına
devam eder. Generatörde uyartım momenti artınca generatörün verdiği aktif güç artar.
Motorda ise yük artınca, motorun şebekeden çektiği aktif güç artar.
Motora tatbik edilen yük arttıkça, yükü karşılamak için şebekeden çekilen güç de artar.
Senkron motorun yükü arttıkça rotor ve stator eksenleri arasındaki açı da büyür. Hava
aralığındaki manyetik kuvvet hatları, lastik bantlar gibi gerilir. Yük çok fazla arttırılacak
olursa, manyetik kuvvet hatları kopar, senkron motor senkronizmden ayrılır ve durur.
Motorun durması ile şebekeden çekilen akım çok artar. Buna engel olmak için, motor
devresine gerekli devre elemanları (sigorta, röle, kontaktör, kesici vb.) konmalıdır.
Senkron motor artan yükü (devir sayısı azalmadan) stator döner alan ekseni ile, kutup ekseni
arasındaki  açısının büyümesi şeklinde karşılar. Yükün çok fazla artması sonucu stator ve
rotor kutupları arasındaki kilitlenme bozulur. Kilitlenmenin bozulduğu bu yüke
senkronizmden çıkış yükü, bu andaki momente de kopma momenti adı verilir.
Yükün artması ’yı değiştirdiği gibi, uyartımın değişmesi de ’yı değiştirir. Buradaki
açıklamalar, uyartımın sabit tutulduğu durumlar için geçerlidir. Senkron motorlarda kopma
yükü, nominal yükün % 150-300’ü arasında değişir. Nominal yükten sonraki yüklerde
motorun çalışma süresi kısalır ve kısa bir süre sonra motor durur.
Üç fazlı senkron motorda toplam giriş gücünü bulmak için, bir fazın giriş gücü 3 ile çarpılır.
Motorda meydana gelen toplam mekanik güç (iç güç-döner manyetik alanın gücü-motordan
alınan güç),
Pmek = 3. E. Iy. Cosγ (W)
γ = E ile Iy arasındaki açı
γ=-φ
Motorun milinden alınan gücü bulmak için, motorda meydana gelen toplam mekanik güçten,
sürtünme, vantilasyon ve demir kayıplarını çıkarmak gerekir. Motorun şebekeden çektiği
toplam güçten bakır kaybını çıkararak motorda meydana gelen mekanik güç (iç güç) bulunur.
56
SENKRON MOTORUN ÇALIŞMASINA UYARTIM AKIMININ ETKİSİ
Senkron motorlarda yük sabit tutulup, uyartım akımı değiştirilecek olursa motorun çalışma
durumu omik, endüktif ve kapasitif olarak değiştirilebilir. Uyartım akımı fazla ise motor
kapasitif, az ise endüktif çalışır.
Senkron motorun sabit yükte ve değişik uyartım akımları için vektör diyagramları
Motorun şebekeden çektiği Iy akımının iki bileşeni vardır. Aktif bileşen Iγ, Iy akımının aktif
bileşeni, reaktif bileşen Iμ ise mıknatıslama bileşenidir. Aktif bileşen daima şebeke gerilimi
ile aynı fazda olup yük ve kayıpların karşılanmasında kullanılır. Reaktif bileşen aktif
bileşenden 900 faz farklıdır. Yük az ise aktif bileşen de azdır
Belli bir yükte motorun % 100 uyartımla çalışma durumundaki uyartıma nominal (anma)
uyartım denir. Bu çalışma durumunda UŞ = E dir. Senkron motorun şebekeden çektiği Iy akımı
ile şebeke gerilimi UŞ arasında φ açısı kadar bir faz farkı vardır.
Motorun uyartım akımını azalttığımızda, kutupların manyetik akısının indüklediği E zıt
e.m.k’i azalır. Çünkü kesilen kuvvet hattı sayısı azalmıştır. Döner alanın kutupları ile rotorun
kutupları arasındaki kayma açısı biraz büyür. Yük sabit olduğu için motorun şebekeden
57
çektiği akımın wattlı bileşeni (enerji bileşeni) sabit kalır. E1 e.m.k ile UŞ’nin bileşkesi ER1’in
durumu ve şiddeti değiştiği için, motorun çektiği yük akımı (Iyı) artar, UŞ ile yaptığı açı (φı)
büyür. Dolayısıyla motorun güç katsayısı küçülür. Aktif bileşen aynı kaldığı halde, şebekeden
çekilen mıknatıslama akımı bileşeni büyümüştür. Motorun endüktif çalışma durumuna
geçtiğini reaktif akımın artmasından da anlayabiliriz. (Iyı > Iyr). Motor yükü sabit olduğundan
UŞ. Iyı. Cosφı çarpımı sabit kalır.
Çalışma şekli ne olursa olsun, yük akımı ile bileşke gerilim arasında yaklaşık 90 0 lik bir açı
vardır.
Uyartım akımını artırarak motorun omik çalışma durumuna geçildiğinde E2 e.m.k’i artar.
Motorun şebekeden çektiği wattlı akım sabit kaldığı halde, mıknatıslama akımına olan ihtiyaç
azaldığı için mıknatıslama akımı sıfır olur. UŞ ile Iy arasındaki açı da sıfırdır. Bu durumda
motorun güç katsayısı birdir, Iy yük akımı aktif bileşene eşittir. Omik çalışma durumunda
şebekeden çekilen akım en küçük değerindedir.
Senkron motorun uyartım akımını arttırmaya devam ettiğimizde zıt e.m.k’i artar ve şebeke
geriliminden daha büyük değerler almaya başlar (E >U). Aşırı uyartımlı durumdaki senkron
motor şebekeye mıknatıslama akımı verir ve üzerindeki yükü taşımak için de wattlı akım
çeker. Bileşke gerilimden yaklaşık 900 geride olan motorun yük akımı, şebeke geriliminden
ileride olduğundan motor ileri güç katsayılı bir yük durumundadır yani kapasitif olarak
çalışmaktadır. Endüvi döner alanının kutupları ile rotorun kutupları arasındaki β kayma açısı
küçülmüştür.
Her üç çalışma şeklinde güç sabit kalmıştır.
UŞ. Iy. Cosφ = UŞ. Iy1. Cosφ1 = UŞ. Iy2. Cosφ2 = UŞ. Iy3. Cosφ3
Iy. Cosφ = Iy1. Cosφ1 = Iy2. Cosφ2 = Iy3. Cosφ3
Sonuç olarak sabit bir yük altında ve boşta çalışan bir senkron motorun uyartım akımını
ayarlayarak, motorun şebekeden çektiği akım ve güç katsayısı değiştirilebilir. Omik çalışma
durumunda güç katsayısı 1’dir. Motorun şebekeden çektiği akım en küçük değerindedir.
Çalışma şekli ne olursa olsun yük değişmedikçe senkron motorun şebekeden çektiği akımın
aktif bileşeni sabit kalır ( Ia = Ia1 = Ia2 = Ia3). Reaktif bileşen ise uyartıma göre değişir.
SABİT GERİLİMLİ ŞEBEKEDE ÇALIŞAN SENKRON MOTORDA İNDÜKLENEN
ZIT E.M.K’İN HESAPLANMASI
Sabit gerilimli şebekede çalışan senkron motorun uyartım akımını azaltmak ve arttırmak
motorun güç katsayısını değiştirir. Senkron motor endüvisinin her fazında indüklenen zıt
e.m.k, kutupların meydana getirdiği manyetik akı ile orantılıdır.
Belirli bir yük ve güç katsayısı ile çalışan senkron motorda indüklenen zıt e.m.k’in bilinmesi
gerekir.
Ra = Senkron motorun etkin (efektif) faz direnci
XS = Senkron faz reaktansı
E = İndüklenen zıt e.m.k
Bileşke e.m.k (ER) senkron empedansta düşen gerilime eşittir. Aynı zamanda vektöriyel
olarak,
ER = U - E yazılabilir.
Senkron motorun eşdeğer devresi
58
Eşdeğer devreye Kirşof’un gerilimler kanununu uygulayalım.
U = E + Iy. ZS = E + Ra. Iy + XS. Iy
E = U - Iy. ZS = U - Ra. Iy – XS. Iy bulunur
Buradan senkron motora uygulanan gerilimden senkron empedansta düşen gerilim vektöriyel
olarak çıkartılırsa, zıt e.m.k’in elde edildiği görülür.
a) Güç katsayısını geri olan senkron motorlarda zıt e.m.k’in hesaplanması
Motora uygulanan gerilim yatay bir vektörle, motorun çektiği akım gerilimden φ açısı kadar
geride bir vektörle çizilir.
E = U – Iy. Ra - Iy. XS eşitliğine göre, senkron faz reaktansında ve etkin faz direncinde düşen
gerilimleri U vektöründen çıkartalım. Vektör diyagramında omik gerilim düşümü akımla aynı
fazda, reaktif gerilim düşümü de akımdan 900 ileridedir. Şebeke gerilimi ile zıt e.m.k arasında
β geri kalma açısı (yük açısı), zıt e.m.k ile yük akımı arasında α açısı vardır. Taralı üçgende
hipotenüs zıt e.m.k’ ine eşittir.
Endüktif çalışmada zıt e.m.k vektör diyagramı
E=
U .Cos  I
.Ra   U .Sin  I y . X S  (V)
2
y
2
b) Güç katsayısı 1 olan senkron motorlarda zıt e.m.k’in hesaplanması
Motor omik çalıştığı için şebeke gerilimi ile yük akımı aynı fazda gösterilmiştir. Taralı
üçgende hipotenüs zıt e.m.k’ ine eşittir.
Omik çalışmada zıt e.m.k vektör diyagramı
E=
U  I
.Ra   I y . X S  (V)
2
y
2
c) Güç katsayısı ileri olan senkron motorlarda zıt e.m.k’in hesaplanması
Motora uygulanan gerilim yatay, motorun çektiği akım gerilimden φ açısı kadar ileride bir
vektörle çizilir. Senkron faz reaktansında ve etkin faz direncinde düşen gerilimleri vektöriyel
olarak U vektöründen çıkararak E vektörü bulunur. Omik gerilim düşümü akımla aynı fazda,
reaktif gerilim düşümü de akımdan 900 ileridedir. Taralı üçgende hipotenüs zıt e.m.k’ ine
59
eşittir. Şebeke gerilimi ile zıt e.m.k arasında β geri kalma açısı (yük açısı), zıt e.m.k ile yük
akımı arasında α açısı vardır.
α=β+φ
Kapasitif çalışmada zıt e.m.k vektör diyagramı
E=
U .Cos  I
.Ra   U .Sin  I y . X S  (V)
2
y
2
ÖRNEKLER
1- 3 fazlı, 380 V gerilimli, yıldız bağlı, 15 kW’ lık bir senkron motorun etkin faz direnci
Ra = 0,5 Ω, senkron faz reaktansı XS = 2 Ω’dur. Senkron motorun endüvisinde indüklenen zıt
e.m.k’ini,
a) Cosφ = 1 omik çalışmada,
b) Cosφ = 0,8 endüktif çalışmada,
c) Cosφ = 0,8 kapasitif çalışmada hesaplayınız.
P
15000
a) Iy =
=
= 22,8 A
3.U .Cos
3.380.1
U
380
Uf = h =
= 220 V
3
3
E=
U  I
b) Iy =
E=
.Ra   I y . X S  =
2
y
2
P
3.U .Cos
U .Cos  I
=
15000
3.380.0,8
= 213,5 V
= 28,5 A
.Ra   U .Sin  I y . X S  =
2
y
220  22,8.0,52  22,8.22
2
220.0,8  28,5.0,52  220.0,6  28,5.22
E = 178,3 V
c) E= U .Cos  I y .Ra   U .Sin  I y . X S  =
2
2
220.0,8  28,5.0,52  220.0,6  28,5.22
E = 262,7 V
Senkron motorun omik ve endüktif çalışma durumlarında endüvide oluşan zıt e.m k
uygulanan şebeke geriliminden daha küçük, kapasitif çalışma durumunda ise daha büyüktür.
2- 1500 HP, 6600 V, 3 fazlı, yıldız bağlı, senkron motorun etkin faz direnci 0,4 Ω, senkron
faz reaktansı 12 Ω’dur. Motor, zıt e.m.k’i uygulanan gerilime eşit olarak çalışıyor. Motorun
üzerindeki yük rotoru 50 elektrik derecesi kaydırdığına göre,
a) Endüvideki bileşke faz e.m.k’ini (Er),
b) Şebekeden çekilen faz akımını (Is),
c) Is ile Er ve uygulanan Uf gerilimi arasındaki açıları,
60
d) Motorun şebekeden çektiği faz gücünü ve toplam gücü vektör diyagramını çizerek
bulunuz.
6600
a) Uf = Ef =
= 3810 V
3
Er =
U
 E f .Cos   E f .Sin  =
2
f
2
3810  3810.Cos52  3810.Sin52 = 332 V
b) Senkron empedans,
Ra  X S =
2
ZS =
2
0,4 2  12 2 = 12 Ω
Er
332
=
= 27,6 A
12
ZS
X
12
c) α = arctg S = arctg
= arctg30 = 88,060
Ra
0,4
180  
180  5
φ=α= 88,06 = 0,560
2
2
IS =
d) Pgiriş = Uf. IS. Cosφ = 3810. 27,6. Cos 0,56 = 105000 W/faz = 105 kW/faz
Toplam güç,
P = 3. 105 = 315 kW
3- Senkron motorun yükünü yavaş yavaş arttırarak β kaymasını 100, 300, 600, 88,060 ve 1000
elektrik derecesi olmasını temin eden yükler için,
a) Endüvideki bileşke faz e.m.k’ini (Er),
b) Şebekeden çekilen faz akımını (Is),
c) Is ile Er ve uygulanan Uf gerilimi arasındaki açıları,
d) Motorun şebekeden çektiği faz gücünü ve toplam gücü vektör diyagramını çizerek
bulunuz.
β = 100 için;
a) Er =
U
 E f .Cos   E f .Sin  =
2
f
2
3810  3810.Cos102  3810.Sin102 = 683 V
b) Senkron empedans,
ZS =
IS =
Ra  X S =
2
2
0,4 2  12 2 = 12 Ω
Er
683
=
= 56,9 A
12
ZS
61
XS
12
= arctg
= arctg30 = 88,060
Ra
0,4
180  
180  10
φ=α= 88,06 = 3,060
2
2
c) α = arctg
d) Pgiriş = Uf. IS. Cosφ = 3810. 56,9. Cos 3,06 = 216000 W/faz = 216 kW/faz
Toplam güç,
P = 3. 216 = 648 kW
β = 300 için;
a) Er =
U
 E f .Cos   E f .Sin  =
2
f
2
3810  3810.Cos302  3810.Sin302 = 1970 V
b) Senkron empedans,
ZS =
Ra  X S =
2
2
0,4 2  12 2 = 12 Ω
E r 1970
=
= 164 A
ZS
12
X
12
c) α = arctg S = arctg
= arctg30 = 88,060
Ra
0,4
180  
180  30
φ=α= 88,06 = 13,060
2
2
IS =
d) Pgiriş = Uf. IS. Cosφ = 3810. 164. Cos 13,06 = 617000 W/faz = 617 kW/faz
Toplam güç,
P = 3. 617 = 1851 kW
β = 600 için;
a) Er =
U
 E f .Cos   E f .Sin  =
2
f
2
3810  3810.Cos602  3810.Sin602 = 3810 V
62
b) Senkron empedans,
ZS =
Ra  X S =
2
2
0,4 2  12 2 = 12 Ω
Er
3810
=
= 317,5 A
12
ZS
X
12
c) α = arctg S = arctg
= arctg30 = 88,060
Ra
0,4
180  
180  60
φ=α= 88,06 = 28,060
2
2
IS =
d) Pgiriş = Uf. IS. Cosφ = 3810. 317,5. Cos 28,06 = 1067000 W/faz = 1067 kW/faz
Toplam güç,
P = 3. 1067 = 3201 kW
β = 88,060 için; (β = α)
a) Er =
U
 E f .Cos   E f .Sin  =
2
f
2
3810  3810.Cos88,062  3810.Sin88,062 =
Er = 5300 V
b) Senkron empedans,
ZS =
Ra  X S =
2
2
0,4 2  12 2 = 12 Ω
Er
5300
=
= 442 A
12
ZS
X
12
c) α = arctg S = arctg
= arctg30 = 88,060
Ra
0,4
180  
180  88,06
φ=α= 88,06 = 42,060
2
2
IS =
63
d) Pgiriş = Uf. IS. Cosφ = 3810. 442.Cos 42,06 = 1249000 W/faz = 1249 kW/faz
Toplam güç,
P = 3. 1249 = 3747 kW
β = 1000 için;
a) Er =
U
 E f .Cos   E f .Sin  =
2
f
2
3810  3810.Cos1002  3810.Sin1002 =
Er = 5833 V
b) Senkron empedans,
ZS =
Ra  X S =
2
2
0,4 2  12 2 = 12 Ω
Er
5833
=
= 486 A
12
ZS
X
12
c) α = arctg S = arctg
= arctg30 = 88,060
Ra
0,4
180  
180  100
φ=α= 88,06 = 48,060
2
2
IS =
d) Pgiriş = Uf. IS. Cosφ = 3810. 486. Cos 48,06 = 1235000 W/faz = 1235 kW/faz
Toplam güç,
P = 3. 1235 = 3670 kW
Bu neticeleri tablo halinde yazarak incelediğimizde, maksimum gücün β = α = 88,060
kaymada elde edildiği görülür. ß = α dan daha büyük bir kaymada motorun çektiği güç
düştüğünden rotorun kutupları arasındaki kilitlenme kopar ve motor durur.
64
4- 1500 HP, 6600 V, 3 fazlı, yıldız bağlı, senkron motorun etkin faz direnci 0,4 Ω, senkron
faz reaktansı 12 Ω’dur. Kutupların meydana getirdiği manyetik akının endüvi faz sargısında
indüklediği zıt emk (yüksüz zıt emk) 4300 V olacak şekilde motorun uyartım akımı
arttırılmıştır. Motorun üzerindeki yük rotoru 50 elektrik derecesi kaydırdığına göre,
a) Endüvideki bileşke faz e.m.k’ini (Er),
b) Şebekeden çekilen faz akımını (Is),
c) Is ile Er arasındaki γ, Is ile U arasındaki φ açılarını,
d) Motorun şebekeden çektiği toplam gücü vektör diyagramını çizerek bulunuz.
E
a) Er =
Er =
f
.Cos  U f
4702  3742
  E
2
.Sin  =
2
f
4300.Cos5  38102  4300.Sin52
= 600 V
b) Senkron empedans,
ZS =
Ra  X S =
2
2
0,4 2  12 2 = 12 Ω
Er
600
=
= 50 A
ZS
12
X
12
c) α = arctg S = arctg
= arctg30 = 88,060
Ra
0,4
IS =
E f .Sin
374
= 0,798  γ = 38,50
E f .Cos  U f
470
φ = 180 – ( α + γ) = 180 – (88,06 + 38,50) = 53,440
Tang γ =
d) P =
=
3 . Uh. IS. Cosφ =
3 . 6600. 50. Cos 53,44 = 340,5 kW
65
Not: Senkron motorun 27,6 A olan faz akımı 50 ampere yükseldi ve akım da gerilime nazaran
53,420 ileriye geçti. Motorun şebekeden çektiği güç 315 kW’dan 340,5 kW’a yükseldi. Bu
artan demir ve bakır kayıplarından ileri gelir.
5- 1500 HP, 6600 V, 3 fazlı, yıldız bağlı, senkron motorun etkin faz direnci 0,4 Ω, senkron
faz reaktansı 12 Ω’dur. Kutupların meydana getirdiği manyetik akının endüvi faz sargısında
indüklediği zıt emk (yüksüz zıt emk) 3300 V olacak şekilde motorun uyartım akımı
azaltılmıştır. Motorun üzerindeki yük rotoru 50 elektrik derecesi kaydırdığına göre,
a) Endüvideki bileşke faz e.m.k’ini (Er),
b) Şebekeden çekilen faz akımını (Is),
c) Is ile Er arasındaki γ, Is ile U arasındaki φ açılarını,
d) Motorun şebekeden çektiği toplam gücü vektör diyagramını çizerek bulunuz.
U
a) Er =
 E f .Cos   E f .Sin  =
2
f
2
3810  3300.Cos52  3300.Sin52
Er = 523  287  596 V
b) Senkron empedans,
2
ZS =
2
Ra  X S =
2
2
0,4 2  12 2 = 12 Ω
Er
596
=
= 49,7 A
12
ZS
X
12
c) α = arctg S = arctg
= arctg30 = 88,060
Ra
0,4
IS =
E f .Sin
287
= 0,539
U f  E f .Cos
523
φ = α - γ = 88,06 - 28,330 = 59,730
Tang γ =
d) P =
=
3 . Uh. IS. Cosφ =

γ = 28,330
3 . 6600. 49,7. Cos 59,73 = 286,2 kW
Not: Senkron motor, zıt emk’i 3810 V iken β = 50 lik kaymada şebekeden 27,6 A. çekerken,
zıt e.m.k’i 3300 V’a düştüğünde aynı β = 50 lik kaymada çektiği akım 49,6 A’e yükselmiştir.
Motorun şebekeden çektiği güç 315 kW’dan 286,2 kW’a düşmüştür. Güçteki bu düşme azalan
demir kayıplarından ileri gelir.
β = 50
β = 50
β = 50
E = 4300 V
E = 3810 V
E = 3300 V
Is = 50 A
Is = 27,6 A
Is = 49,6 A
66
P = 113,5 kW/faz
P = 105 kW/faz
P = 95,4 kW/faz
SENKRON MOTORUN KARAKTERİSTİK EĞRİLERİ
SENKRON MOTORUN V EĞRİLERİ
Üç fazlı senkron motorun şebekeden çektiği güç
P = 3 . Uh. Ih. Cosφ (W)
U = Şebekenin fazlar arası gerilimi
I = Motorun şebekeden çektiği hat akımı
Cosφ = Motorun güç katsayısı
Sabit şebeke geriliminde çalışan senkron motorun üzerindeki yük sabit tutulursa, uyartım
akımı değiştikçe motorun güç katsayısı değişeceğinden şebekeden çekilen akım da değişir.
Güç katsayısı artınca akım azalır, güç katsayısı azalınca akım artar. Ancak uyartım akımı ne
olursa olsun (I. Cosφ) sabit kalır.
Demir ve bakır kayıplarında meydana gelen değişmeler ihmal edilirse, motorun şebekeden
çektiği güç sabit olur. (P = 3 . Uh. Ih. Cosφ gücü sabit kalır)
Güç katsayısının en büyük durumunda (Cosφ = 1 omik çalışma durumu) şebekeden çekilen
akım da en küçük değerindedir.
Sabit bir yük altında çalışan senkron motorun şebekeden çektiği akım, uyartım akımı
değiştikçe değişir.
Sabit yük ve sabit gerilimde çalışan senkron motorun, uyartım akımına bağlı olarak yük
akımının değişimini veren Iy = f (Iu) eğrilerine V eğrileri denir. Çeşitli yüklerdeki endüvi
akımının (yük akımının) uyartım akımına göre değişimi, V harfine benzediği için bu eğrilere
V eğrileri adı verilmiştir. Yük akımı ile güç katsayısının değişmesi ters orantılı olduğundan
aynı deneyde Cosφ = f ( Iu) eğrileri de elde edilir.
Belirli bir yükte en küçük yük akımını oluşturan uyartım akımından daha küçük uyartım
akımlarında, senkron motor endüktif, daha büyük uyartım akımlarında ise senkron motor
kapasitif olarak çalışır.
Senkron motorun bağlantı şeması
V eğrileri motorun boşta ve çeşitli yüklerinde yapılır. Senkron motora önce boşta yol
verilerek, senkron devirde dönmesi sağlanır. Motor yüklenerek yük sabit tutulur. Motorun
çektiği güç ölçülür. Motorun uyartım akımı değiştirilerek, her uyartım akımında motorun
şebekeden çektiği akım ölçülür.
67
Uyartım akımı değiştirilerek senkron motorun şebekeden çektiği akım en küçük değerine
ayarlanır. Bu anda Cosφ = 1 dir. Cosφ = 1 omik çalışma durumunda senkron motorun
şebekeden çektiği akım azdır.
Uyartım akımı azaltılarak motorun endüktif çalışması sağlanır. Bu anda motorun şebekeden
çektiği akımın arttığı görülür. Cosφmetrenin gösterdiği değer ise küçülür. Uyartım akımının
azaltılmasına, motorun şebekeden çektiği akımın nominal yük akımının % 130-150’sine kadar
devam edilir.
Uyartım akımı arttırılarak motorun kapasitif çalışması sağlanır. Bu anda motorun şebekeden
çektiği akımın arttığı görülür. Cosφmetrenin gösterdiği değer ise küçülür.
Wattmetreden okunan toplam güç hemen hemen her durumda sabit kalmıştır.
Sabit aktif güçteki akımlar, uyartım akımının fonksiyonu olarak çizilirse senkron makinanın
V eğrileri elde edilir.
Senkron motorun devresine bağlı Cosφmetre ile her uyartımdaki güç katsayılarını tespit
ederek, uyartım akımına bağlı olarak güç katsayısının değişimini veren Cosφ = f (Iu) eğrileri
çizilir.
Çeşitli yüklerdeki Cosφ eğrilerinin tepe noktalarının, aynı yüklerdeki V eğrilerine uygun
olarak sağ tarafa doğru kaydığı görülür. Uyartım akımlarının değiştirilmesi ile Cosφ’nin
68
değişimi boşta çalışmada çok fazladır. Yük arttıkça Cosφ’nin uyartım akımı ile değişimi de
azalmaktadır. Eğrilerin tepe noktalarının 1’den geçtiğine dikkat ediniz.
Her yükte Cosφ = 1 için gerekli uyartım akımı değişiktir. Motorun yükü arttıkça eğriler sağ
tarafa doğru kaymaktadır. Çünkü çeşitli yüklerde endüvi reaksiyonu ve doyma farklıdır.
Uyartım akımının değiştirilmesi ile yük akımı da değiştiğinden, endüvi sargılarında oluşan
bakır kaybı da değişir. Bu nedenle senkron motorun şebekeden çektiği aktif güçte buna uygun
küçük değişmeler olur.
Motor boştayken daha düşük uyartımda Cosφ = 1 olduğu halde, yarı yükte Cosφ = 1 olması
için daha fazla uyartım akımına ihtiyaç vardır. Motor tam yükte çalışırken Cosφ = 1 olması
için gerekli uyartım akımı, yarı yük uyartım akımından daha fazladır.
Senkron motor belirli bir yükte çalışırken uyartım akımı sıfır yapılamaz. Aksi halde motor
senkronizmden kopar ve durur.
Yük altında çalışan senkron motorun uyartım akımı nominal uyartım akımının üzerinde ise
(aşırı uyartımlı), şebekeden çektiği akım gerilimden ileride ve güç katsayısı 1’den küçük ve
69
ileridedir. Senkron motor düşük uyartımlı olarak çalışıyorsa, şebekeden çektiği akım
gerilimden geride ve güç katsayısı da 1’den küçük ve geridedir.
V eğrileri bilinen senkron motorlar yardımıyla şebekelerin, fabrika, iş yeri vb. yerlerin güç
katsayıları kolayca ayarlanabilir. V eğrileri senkron makinanın alternatör olarak çalışma
durumunda da çıkarılabilir.
SENKRON MOTORLARDA VERİM
Senkron motorlarda verimin hesaplanması alternatörlerde yapılan hesaplamalara benzer.
Verim direkt ve endirekt metot ile hesaplanır.
1- Direkt Metot: Senkron motor, verim eğrisi bilinen bir döndürücü makina ile akuple
bağlanır. Fren kullanılarak da senkron motorun milindeki moment ölçülebilir.
Senkron motordan alınan güç, iç güce eşittir. Bu güce mekanik güç de denir. Alınan güç
moment formülü yardımıyla bulunur.
M .n
M .n
PA =
(W)
PA =
(kW)
975
0,975
Senkron motora verilen güç ise, devresine bağlı ampermetre, voltmetre ve Cosφmetreden
alınan değerlerden hesaplanır veya watttmetre ile ölçülür. Alınan ve verilen güç değerlerinden
yararlanarak verim,
P
η = A . 100 şeklinde hesaplanır.
PV
2- Endirekt Metot (Kayıplar Metodu): Senkron motora verilen güç, devresine bağlı
ampermetre, voltmetre ve Cosφmetreden alınan değerlerden hesaplanır veya watttmetre ile
ölçülür. Kayıplar bulunduktan sonra verilen güçten yararlanarak alınan güç bulunur.
PV = 3 . U. I. Cosφ
PTK = PCu + Pu + PFe + Psürt
PCu = 3. Ra. IS2
Pu = Uu. Iu
PA = PV - PTK
P
η = A . 100
PV
PV = PA + PTK
ÖRNEK: 60 kW, 2300 V, 50 Hz, 3 fazlı, yıldız bağlı bir senkron motorun endüvisinin (stator
sargılarının) etkin faz direnci 1 Ω, demir ve sürtünme kayıpları toplamı 1,5 kW dır. Senkron
motorun uyartım devresi, tam yükte 125 V gerilim altında 20 A ile uyartılmaktadır. Motorun
Cosφ = 0,8 (geri) tam endüktif yükteki verimini bulunuz.
PV = 3 . U. I. Cosφ
PV
60000
IS =
=
= 18,85 A
3.U .Cos
3.2300.0,8
PCu = 3. Ra. IS2 = 3. 1. (18,85)2 = 1066 W
Pu = Uu. Iu = 125. 20 = 2500 W
PTK = PCu + Pu + PFe + Psürt = 2500 + 1500 + 1066 = 5066 W
PA = PV - PTK = 60000 – 5066 = 54934 W
P
54934
η = A . 100 =
. 100 = % 91,5
PV
60000
70
YARARLANILAN KAYNAKLAR:
1- Elektrik Makinaları I,II - Prof. Dr. Nurdan GÜZELBEYOĞLU
2- Elektrik Makinaları IV – M. Adnan PEŞİNT
3- Alternatif Akım - Elektrik Makinaları – Mahmut ALACACI – Adem ALTUNSAÇLI
4- Elektrik Makinaları – Senkron Makinalar – M. Adnan PEŞİNT
5- Senkron Makinalar – Ahmet Hamdi SAÇKAN
6- Megep ve çeşitli internet sayfaları
71
Download

SENKRON MAKİNALAR - Bülent Ecevit Üniversitesi