Alternatör

Alternatör, mekanik enerjiyi alternatif akıma çeviren elektromekanik bir aygıttır. Çoğu alternatör bu işi yapmak için dönen bir manyetik alan kullanır. Aslında çoğu alternatif akım jeneratörü alternatör olarak adlandırılabilir fakat genelde hareketini içten yanmalı motorların sağladığı alternatif akım üreteçlerine bu isim verilir.

Alternatörler doğru akım üreteçleriyle aynı mantıkla çalışırlar. Bir iletkenin etrafındaki manyetik alan değişince iletkende bir akım oluşur. Modern tipik bir alternatörde rotor denilen mıknatıslar, demir cevherine sarılmış olan stator denilen sabit iletken sargıların içinde veya etrafında dönerler. Mekanik enerjinin rotorları döndürmesiyle iletkenler etrafındaki manyetik alan değişir ve elektrik akımı üretilmiş olur.

Rotorun manyetik alanı indüksiyonla (fırçasız jeneratörlerde), mıknatıslarla (genellikle çok ufak makinalarda) veya fırçalar yardımıyla aktarılacak bir akım ile elde edilebilir. Otomobillerde kullanılan alternatörlerde rotordaki manyetik alan her zaman fırçalar ile aktarılan akımla oluşturulur. Böylece rotordaki akım kontrol edilerek alternatörün oluşturduğu voltajın kontrol edilebilmesi sağlanır. Mıknatıs kullanan alternatörler ayrıca rotora akım vermek zorunda olmadıklarından daha verimlidir fakat mıknatısın maliyeti dolayısıyla büyüklükleri sınırlıdır. Mıknatısın manyetik alanı sabit olduğundan üretilen voltaj devir ile birlikte artar. Fırçasız alternatif akım üreteçleri genellikle otomobillerde kullanılanlardan çok daha büyük makinelerdir.

Fırçasız alternatörlerde alternatör çalışma prensibine göre ana ve ikaz sistemi olarak ikiye ayrılabilir. Ana sistemin hareketli kısmı olan ana rotor devir sayısına göre değişen sayıda kutuplardan oluşur. Rotordaki ana kutuplar çevirici makinanın devrinde döndürülür. Kutuplarda manyetik akının oluşması için doğru akım gereklidir. Ana kutuplara doğru akım ikaz sistemi tarafından verilir.

İkaz sisteminin çalışma prensibi ana sistemle aynı olmakla beraber kutup ve sargılar ters çevrilmiştir. Yani, ikaz sisteminde kutuplar hareketsiz olan ikaz statoru üzerinde, sargılar ise dönen ikaz rotoru üzerinde bulunur.

Ana statordaki bağımsız yardımcı sargılardan geçen akım voltaj regülatörü de doğrultularak, ikaz statorundaki kutup sargılarına verilir. Kutuplardan çıkan manyetik akıyı kesen ikaz rotoru üzerindeki bobinlerde üç faz alternatif akım oluşur. Alternatif akım, rotordaki döner köprü diyotlarda doğrultularak ana rotora(ana kutuplara) doğru akım olarak aktarılır.

Stator, stator çekirdekleri ve stator bobinlerinden meydana gelmiştir ve ön ve arka kapaklara tutturulmuştur. Stator çekirdeği, çelik kaplanmış ince plakalardan meydana gelir.

Eş yüklü diyot tablaları içinde, üç adet pozitif ve üç adet negatif diyot bulunur. Alternatör tarafından üretilen akım, uç kapaklardan yalıtılmış pozitif yönlü diyot tablalarından verilir.

Bir çevirici makina tarafından çevrilen hareket enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren elektrik makinasıdır. Alternatörler alternatif akım üreteçleridir. Genellikle elektrik enerjisinin şebekeden sağlanamadığı yerlerde kullanılır. Alternatör su türbinleri, rüzgâr, dizel motor gibi çeşitli çeviricilerle kullanılabilir. Elektrik ihtiyacı olan çoğu yerde şebeke yedeği olarak yaygın olarak dizel motor ile tahrik edilen alternatörler kullanılır. Dizel motor ile tahrik edilen alternatörler genelde 1500 devir/dakika hıza sahiptirler. 30 kVA'dan küçük güçlerde 3000 d/d hızlı alternatörlere de rastlanır. Su türbini ile çalışan alternatörler ise 750 veya 1000 d/d gibi düşük devirli alternatörlerdir.

Günümüzde fırçalı alternatörler yerini daha modern ve bakım gerektirmeyen voltajın elektronik voltaj regülatörü ile sabitlendiği alternatörlere bırakmıştır. Fırçasız alternatörlerde döner kutuplar rotordadır, döner kutuplar ana rotor olarak da adlandırılırlar. Mil üzerinde ana rotorla beraber ikaz statoru sargıları ve döner diyotlar bulunur. İkaz rotorunda endüklenen üç fazlı gerilim diyotlarda doğrultularak ana rotora verilir.

İkaz statorunda ise sabit kutuplar vardır. Otomatik voltaj regülatörü ile ikaz statoruna verilen akım kontrol edilir. Bu sayede ana rotoru besleyen ikaz rotoru kontrol edilmiş olur. Voltaj regülatörü alternatör tarafından üretilen gerilimi kontrol eder. Alternatör çıkış gerilim istenilen değerin altında ise regülatör ikaz statoruna daha fazla akım basarak ana rotor ürettiği manyetik alan şiddetini arttırarak ana klemensteki voltajı sabit tutmaya çalışır.

Voltaj regülatörü ikaz statorunu beslemek için gerekli enerjiyi stator sargılarından veya stator sargılarından bağımsız yerleştirilen yardımcı sargılardan alır. Alternatörlerdeki voltaj regülatörleri enerjisini yardımcı sargılardan alması ani yüklemelerde voltajın çökmesini önler ve alternatör voltajının daha stabil olmasını sağlar. Yardımcı sargılı alternatörler ani yüklemelerde nominal yükün %150 si kadar yükü kaldırabilir. Aynı zamanda yardımcı sargı kullanılması halinde kısa devre akımı nominal akımın 3 katına kadar çıkabilir. Yardımcı sargısı olmayan alternatörlerde ise elektrik motoru start akımları gibi ani yüklerde voltaj çöker ve yük kalkmadan alternatör voltajı istenilen değere kaldıramaz.

Voltaj regülatörü fazları ölçerek voltajı sabit tutar. Voltaj regülatörünün en etkin şekilde çalışması için regülatörün 3 fazın kontrolünü yaparak voltaj ayarı yapmalıdır. Sadece tek faza bağlı voltaj regülatörlerinde diğer fazlardaki artış veya dengesiz yük hissedilemez.

Standby güç: Alternatörün belli bir sure çalıştırıldıktan sonra dinlendirilerek soğumaya bırakılması, soğuyan alternatörün tekrar çalıştırılması ile elde edilen güç. Standby güç devamlı gücün yaklaşık 1.1 katıdır.

Alternatörün güç tespiti yapılırken alternatör sargılarının nominal yükte tamamen ısınana kadar çalıştırılması gerekir. Alternatörün phi=0.8 yükte tamamen ısınması için en az dört saat çalıştırılmalıdır. Bir alternatör yarım saat %150 yükte çalıştırılabilir. Yani 100 kVA lık bir alternatör 150 kVA'lık yük ile yarım saat çalıştırılması alternatörün 150 kVA olacağı anlamına gelmez. Yarım saatten fazla çalıştığında alternatör çok fazla ısınacak veya sargıları yanacaktır. Alternatörün gerçek gücü en sıcak olduğu durumda yani en az dört saat çalıştıktan sonra kendini gösterir.

Otomobillerde kullanılan alternatörler aracın motoru çalışıyorken aküyü şarj eder ve diğer tüm elektrik sistemlerine enerji sağlar. Alternatörler, doğru akım elde etmek için gereken çeviriciye sahip olmadıklarından doğru akım üreteçlerine göre daha basit, hafif ve dayanıklıdırlar. Bu dayanaklıkları sayesinde daha yüksek hızlarda çalışabilirler, böylece otomobillerdeki altenatörler motor hızının iki katı hızda dönebilir, bu da alternatörün rölantideki çıkış gücünü artırır. 1960'lardan sonra yarı iletken diyotların ucuza bulunabilmesi ile birlikte otomobil üreticileri doğru akım üreteçleri yerine alternatörleri kullanmaya başladılar. Otomobil alternatörleri alternatif akımı doğru akıma çevirmek için akım düzelticileri kullanırlar. Dalgalanmaları düşük seviyede tutmak için otomobil alternatörlerinde 3 fazlı sargı kullanılmaktadır.