1-Dengeli yükte senkron makinanın endiivi
reaksiyonu
Senkron makine ister generator, ister motor olarak
çalışsın rotor üzerindeki oluklara
yerleştirilmiş sargılar doğru akımla beslenir. Rotora kutup tekerleği de
denir. Generator olarak çalışması halinde kutup tekerleği senkron hızla bir
tahrik makinesi ile tahrik edilir. Kutup tekerleğinde,doğru akımla beslenen
bobinlerin senkron hızla döndürülmeleri bir dairesel döner alan meydana
getirir. Bu döner alan endüvideki (stator) sargılarda alternatif gerilimler
endükler. Bu alternatif gerilimlerin frekansı
f = p.n / 60
dır. Türkiye ve Avrupa ülkelerinde standart
frekans 50 Hz dir. Alternatif gerilimler üretilen stator sargılarından γelek=120º olan yerlerden çıkartılan 3 uç, bize üç
fazlı bir sistem teşkil eder,
Senkron
makina motor olarak çalıştırılıyorsa kutup tekerleğindeki bobinler yine doğru
akımla beslenir ve kutup tekerleği senkron hıza çıkacak şekilde döndürülür.
Stator sargılarına üç fazlı simetrik gerilim uygulanır. Bu değerle birbirine
eşit aralarinda 120º elektriksel açı olan alternatif akımlar bir dairesel döner
alan meydana getirir. Bu döner alan kutup tekerleğini de beraberinde
sürüklemeye başlar.
Generator halinde:
Kutup tekerleği döner alanı, stator döner alanını
beraberinde sürükler. Yani kutup tekerleği döner alanı stator döner alanından
bir açı kadar ilerdedir.
Motor
halinde:
Stator döner alanı, kutup tekerleği döner alanını
beraberinde sürükler. Yani stator döner alanı, kutup tekerleği döner alanının
bir açı kadar önündedir.
Her iki halde de iki döner
alan arasındaki açı makinanın etkin gücüne bağlıdır Generatör halinde; generatörün verdiği
elektrik gücü tüketici tarafından zorlanırsa açı en büyük değerini alır. Tahrik
makinası, senkron generatörün yükü arttıkça daha zorlanır.Yani açı büyür.
Sonunda generator senkronizmden çıkar. Ve hızı senkron üstü yüksek hızlara
ulaşır.
Motor halinde;
makinenin milinden verdiği güç, yük momentini karşılayamaz hale gelirse açı en
büyük değerini alır. Sonunda motor senkron hızdan düşer ve durur.
Makina ister
generatör olarak çalışsın, ister motor olarak çalışsın. Kutup tekerleği alanı
ile endüvi alanının meydana getirdiği bileşke alan makinada. söz konusudur.
1-1-Senkron generatorda omik yük durumu
Kutup tekerleğindeki bobinler doğru akımla beslenip
tahrik makinası ile nѕ senkron hızda tahrik edilince; mekanik açısal hız
ωgeo = 2 π ns
/ 60
dır. Elektriksel açısal hız ise,
ωelek = p . ωgeo
= p . 2 . π. ns / 60
dır p
, 60 (3.4.1.2)
ωelek = 2 π f olduğuna göre
f = p . ns /
60
olur
Bu stator çevresi üzerindeki herhangi bir
noktadaki alanın titreşim frekansıdır. Rotor ns hızı
ile sağa doğru döndürülürse, etki tepki yasasına göre, sanki rotor duruyor,
stator sola doğru ns hızı ile dönüyor gibi olur. Generator halinde
statordaki iletkenlerdeki alanın ns hızı ile sola dönmesi , rotor uyarma alanları
yönleri belli olduğundan sol el üç parmak kuralına göre endüklenen e.m.k.
akıtacağı I akımının yönü bulunur.
Kutup tekerleği m.m.k. olan θm’in ,
ststordaki sargılarda endüklediği e.m.k. Em ise,
ststordan çekilen akım I ise, Em ile I arasındaki açı omik yük halinde φ = 0
dır. Buna iç açı denir.
Generatörde toplam alan söz konusudur. Endüvi alanı θa ,
uyarma alanı θm ise toplam alan θres dir.
Omik yük durumunda θm ile θa
arasında 90 faz farkı vardır. θm boyuna alan dendiğinden θa ‘ya da enine alan denir.
 |
Şekil-1 Çıkık kutuplu senron generatorün omik yüklenmesi
1-2-Senkron
Generatörde Kapasitif Yük Durumu:
Kapasitif yük halinde akımın maksimum değeri, Em e.m.k. nin maksimum olduğu yerden φ açısı kadar ileridedir. Yani akım Em e.m.k den φ açısı kadar ilerde AA′ de maksimum olur. AA′ dik eksen üzerine θa endüvi alan vektörünü yerleştirirsek θa’nın biri θm üzerinde diğeri buna dik yönde iki bileşeni ortaya çıkar.
Şekil-2 Çıkı kutuplu senkron generatörün kapasitif yüklenmesi
θaq = θa . cosφ
θad = θa . sinφ
wa: Bir fazın toplam sarım sayısı
ξa1 =ξy1 . ξk1 . ξf1 , stator sargı faktörü (1. Harmonik için)
p: çift kutup sayısı
m: faz sayısı olmak üzere
θa = m . 2√2
/ π . I . ξa1 . wa / p
θaq = m . 2√2 / π . I . ξa1 . wa / p .
cosφ
θad = m . 2√2 / π . I . ξa1 . wa / p .
sinφ
I . cosφ =Iq =Iw
I . sinφ = Id =Idw olarak düşünülürse
θaq = m . 2√2 / π . ξa1 . wa / p .
Iq
θad = m . 2√2 / π . ξa1 . wa / p .
Id
Boyuna eksen olarak tarif ettiğimiz θm yönündeki toplam
m.m.k. de θD dersek
θD = θm + θad olur.
Sonuç olarak generatorün kapasitif çalışması sonucu,
yani şebekeye kapasitif akım vermesi durumunda endüvi alanının θad
bileşeni uyarma alanını destekler. Şayet φ = 90° ise endüvi alanının uyarma
alanını desteklemesi maksimumdur.
1-3-Senkron
generatörün endüktif yük durumu
Endüktif yük durumunda, yani generatörün endüktif
akım vermesi halinde, stator iletkenlerinde endüklenen Em e.m.k. nin maksimum
değeri ile akımın maksımum olduğu yer arasında φ açısı kadar faz farkı vardır
ve I akımı, Em nazaran φ açısı kadar
geridedir.
Şekil-3 Çıkık kutuplu senkron generatörün endüktif yüklenmesi
Endüni alanının boyuna bileşeni uyarma alanına
ters yöndedir. Yani boyuna yöndeki toplam alan θD = θm – θad
Burdan görüldüğü gibi generatörün endüktif akım
vermesi durumunda endüvi alanının boyuna bileşeni uyarma alanını zayıflatır. φ
= 90° olduğunda endüvi alanının uyarma alanını zayıflatması maksimumdur.
Endüvi alanının uyarma alanı üzerine etkisine
endüvi reaksiyonu denir. Bunların işletmedeki belirtileri şöyle özetlenebilir.
A: Yalnız çalışan senkron generatörda, uyarma akımına
dokunulmadığı durumda;
A.1.Omik yükte : Hafif bir gerilim düşümü olur
A.2. Kapasitif yükte : Uç gerilimi yükselir
A.3. Endüktif yükte : Uç gerilimi kuvvetli olarak düşer
B: Senkron generatör gerilimi sabit bir şebeke ile
paralel çalışıyorsa bu durumda endüklenen Em e.m.k.
sabit olması gerekecektir. Bu ise θD
nin sabit olması sabit olması
demektir.
Uyarma akımını cosφ = 1 yapan uyarma akımına ayarlayalım
( omik durum)
B.1. Uyarma akımını cosφ = 1 yapan değerden aşağı bir
değere ayarlarsak , θm küçülecektir. Halbuki Em = st
tir. Dolayısıyla θD = st olması
gerekir. θD ‘nin st kalması için θad oluşur.
θD = θm + θad olur.
Generatör kapasitif çalışır. Yani kapasitif akım verir.
B.2. Uyarma akımını cosφ = 1 yapan
değerden daha büyük bir değere ayarlayalım. θm büyüyecektir. Em = st, θ = st olması gerekir. Bu durumda θD = Θm – θad olur. Generatör endüktif çalışır. Yani
endüktif akım verir.
4-4-Senkron motorda endüktif, kapasitif, omik yük
durumları
Bundan önce
senkron generatörün omik, endüktif ve kapasitif yük durumları için endüvi
reaksiyonlarını incelemiştik. Generatörde dönüş ve uyarma alanı yönü aynı kalmak üzere uyarma akımının yönünü 180[S1]° aksedecek olursak motor çalışma durumuna geçmiş oluruz.
İncelemeleri yapacak olursak Şekil-4 de omik , kapasitif, ve endüktif çalışan
motor durumu elde ederiz.
Bu durumda
gerilim sabit bir şebekeden beslenen senkron motorda uyarma akımını cosφ = 1
yapan uyarma akımının altında bir değere ayarlayacak olursak, Em = st, θD = st olması gerekeceğinden motor endüktif
çalışır. Yani şebekeden endüktif akım çeker. Şayet cosφ = 1 yapan uyarma
akınının üstünde bir değere uyarma akınını ayarlarsak Em =
st, θD =
st olması gerekeceğinden motor kapasitif çalışır. Yani şebekeden kapasitif akım
çeker.
Endüvi
reaksiyonunun bu etkisinden dolayı senkron motorlar şebekelerde cosφ
düzenleyicisi olarak kullanılırlar. Bunlara dinamik kompanzatörler denir.
Senkron motorun kuvvetli uyarılmasında kapasitif çalışır. Yani şebekeden
kapasitif askım çeker. Motorun şebekeden kapasitif akım çekmesi bir anlamda
endüktif güç vermesi demektir.
Şekil-4 Çıkık kutuplu senkron motorun çeşitli yüklenme durumları
 |
2-Çıkık kutuplu senkron generatörün endüktif yük hali için fazör diyagramı
│OC│=ED = Em – Ead │OB│= Eo
│HC│= Ead = -jXad . Id │CA│=Eaq = -jXaq . Iq
│AG│= jXad . I
│AB│= jXaq .
I │OH│= Em
│NB│= jXq . I = (Xσ + Xaq) . I
│NG│=jXd . I = (Xσ + Xad) . I
Uad = jXad . Id Ura = Ra . I
Uaq = jXaq . Iq Uσa = jXσa . I
Iq = I cosφ Id = I . sinφ
 |
2-2-Çıkık kutuplu senkron generatörün omik ve kapasitif yük hali için fazör diyagramı
2-3-Çıkık kutuplu senkron generatörde omik direncin
ihmal edilkmesi durumunda fazör diyagramı
 |
Hiç yorum yok: