Pil gibi bir elektrik kaynağından sağlanan akıma,doğru akım (DC) denir. Böyle bir akım, bir tel içinden hep aynı yönde ve aynı gerilim değerinde akar. Buna karşılık, hemen tüm ülkelerde kullanılan alternatif akım (AC) belli bir frekansla, yani, genellikle,saniyede 50-60 kez (50-60 Hz. yazılır) önce bir yöne,hemen ardından da ters yöne akar.
Örneğin 50 Hz'lik bir frekansta akım, saniyenin ilk yüzde birlik bölümünde en üst değerine çıkar ve ardından sıfıra düşer; ikinci yüzde birlik zamanda ise, ters yönde en üst değerine çıkar ve gene sıfıra düşer. Böylece, saniyenin ellide biri kadar bir süre içinde bir çevrimi tamamlar.
Elektrikli ısıtıcılar ya da ampuller akımın yönü ne olursa olsun çaİışır. Günlük yaşamda akımın titreşimli olmasının pek bir önemi yoktur.
Alternatif akımın doğru akıma bir üstünlüğü vardır. Alternatif akımın gerilimi hiç bir hareketli parçacığı olmayan TRANSFORMATÖR'lerle yükseltilip düşürülebilir. Alternatif akım motorlarının ve alternatörlerin,akımı toplayan kesikli bileziklerden oluşan komütatörleri yoktur. Bu nedenle AC motorları,komütatörleri bulunan DC motorlarından daha güvenilir aygıtlardır.
Frekans, akım taşıyan tellerin, transformatörlerin, ışıklandırma aygıtlarının, dönen makinaların ve öteki elektrikli araçların farklı gereksinimlerini karşılayacak biçimde seçilmiştir.Frekans,'Türkiye'de ve Avrupa'da 50 Hz (saniyedeki çevrim sayısı) ;. ABD ve Kanada'da ise 60 Hz'dir.
Santrallarda oluşan üç tazlı AC gerilimi ayrı ayrı tellerden gelir ve her biri saniyenin ellide birinde tepe noktasına ulaşır.(Üstte)
Alternatif akımın karekök ortalama gerilimi, gerçek en üst değerden daha küçük olan kuramsal bir değerdir. Karekök ortalama değeri 220 volt olan bir gerilimde en üst değer 311 voltdur. (üstteki resim)
Alternatif akımın gerilimi: Dünyanın aşağı yukarı bütün: ülkelerinde 240 voltluk bir elektrik gerilimi kullanılır,Türkiye'de, genellikle 220 volt ,bazı yerlerde ise 110 volt kullanılır. Ancak bu gerilim, doğru akım gerilimi kadar kolay ölçülemez.
Gerçekte, 220 voltluk bir AC kaynağı, titreşiminin en üst noktasında 311 volta kadar yükselir. Gerilim karşıt yönlerde + 311 V ve - 311 V'a dek yükseldiğinden,ortalama değer sıfır volt olur. Bu durum üstteki grafikte gösterilmiştir. Grafikteki mor eğri 311voltluk AC kaynağının geriliminin zamana göre değişimini göstermektedır. Bu eğrinin dalga biçimine
SİNÜS DALGASI denir.
Bir alternatör tarafından üretilen etkin gerilim, aynı büyüklükteki bir DC üretecinin, ayni tahrik gücüyle döndürüldüğünde üreteceği gerilime eşittir. Bu değer, gerilimin en üst değerinin karesi alınarak da bulunabilir. Eksi sayıların kareleri artı olacağından,sonuçta tümüyle artı değerler elde edilir (Bk. Üst şekildeki yeşil eğri). Çıkan sonucun ortalamasını bulmak içın gerilim değeri ikiye bölünür ve bir volt için + 0,5 elde edilir. Bunun da karekökü alınırsa + 0,707 volt bulunur. Bu değeri, kullanılan gerilime uygularsak,311 voltluk en üst değerin O,707'si 220 volt eder. Bu işleme, gerilimin ortalama karekökünü alma (RMS) denir. Kaynağa bağlanan bir AC ampermetrede okunan değer, bu RMS değeridir.
Üç fazlı akım: Yukarıda anlatılan AC akımı tek fazlı olup, evlerde kullanılan olağan akımdır. Oysa santrallardaki alternatörler üç fazlı (trifaze) akım üretirler. Akımın üç fazlı olması, telin kalınlığını arttırmadan, iki elle taşınabilecek elektriğin üç katını üç telle taşıma olanağı verir. Üç fazlı akım,endüstride kullanılan motorları işletmede ve buna göre düzenlenmiş öteki aygıtları çalıştırmada kullanılır. Bu aygıtlarda belirli bir yük için sarım sayısında tasarruf sağlanmıştır.
Santrallardaki alterrıatörlerde, makina çevresine eşit aralıklarla oturtulmuş üç bobin vardır. Bunlardan her biri ayrı teli besleyen 50 Hz'lık alternatif akım verir. Bu üç kaynağın geriliminin zamana göre değişimi,grafikte kırmızı, sarı ve mavi eğrilerle birarada gösterilmiştir. Tellerden birindeki gerilim tepe noktasına vardığında, öteki iki teldaki gerilim karşıt yönde ve tepe noktalarının yarı değerindedir. Böylece elektrik, bir telde tepe noktasına vardığında elektrik çıkışı öteki iki telden eşit olarak döner ve devre tamamlanır.
Alternatörler şekilde gösterildiği gibi sarılmıştır.Eğer her telden eşit nitelikte elektrik çekilebilseydi, üç telden başka bağlantıya gerek olmayacaktı. Oysa uygulamada üç fazlı akımın gerilimi transformatörlerle düşürülüp, tellerden her biri tek fazlı akım olarak ev
lere ayrı olarak dağıtıldığından,her telden çekilen akım değişik olur. Bu durumun getireceği olumsuzluklar, alternatörlerde ve devredeki tüm transfermatörlerde, topraklama teli kullanılarak önlenir.
Kullandığımız alternatif akım,evlere bir faz teliyle taşınır ve bir nötr telle çevredeki dağıtım merkezine geri döner.Bazı, ülkelerde nötr telden başka,bir de güvenlik için sıfırlama (toprak) teli kullanılır.
ALTERNATÖR
Alternatör, tıpkı DİNAMO gibi mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirir. Ancak, bunların çıktı (output) biçimleri birbirinden farklıdır.
Dinamonun verdiği akım hep aynı yöndedir; ama altematörün verdiği akım değişmez bir hızla SİNÜS DALGASI biçiminde yön değiştirir. Bu tür ALTERNATİF AKIM bir tepe değere kadar yükselir, azalıp sıfıra düşer, ters yönde yeniden tepe değere kadar yükselir ve gene sıfıra düşer. Bir santraldaki alternatörde,bu olay saniyede 50 ya da 60 kez tekrarlanır. Yani frekans 50 ya da 60 Hertz'dır.
Yalın bir alternatör, yalın bir dinamoya benzer.Bir mıknatısın kutupları arasında telden bobinler döner ve akım,dönen iki bilezik'ten, yayla bastırılan kömür blokları biçimindeki fırçalarla alınır. Akımın yönü, bobinin magnetik alanı hangi yönde kestiğine bağlıdır. Akım, bobinin yarısı mıknatısın kuzey kutbunun karşısında aşağı doğru hareket ederken bir yönde, aynı bobinler mıknatısın güney kutbu boyunca yukarıya doğru hareket ederken de ters yönde geçer.
Bobin 360 derecelik dönüşünü bitirince, bir çevrim tamamlanmış olur. Bu yüzden frekansı 50 Hz olan alternatif akımı oluşturmak için bobinin saniyede 50 kez ya da dakikada 3000 kez dönmesi gerekir.
Tipik bir alternatörün yapısı. Ortadaki rotor,fırçalardan gelen altımları alan bilezikten beslenen bir elektromıknatıstır (yeşil sargı) . Rotor, her biri sistem çevresinin üçte ikisini kaplayan sabit kırmızı,mavi ve sarı sargıların arasında döner. Böylece her dönüşte, bir çevrimlik üç tazlı akım üretilir. (üstte)
Kömürlü bir santralın türbin odası (A) Daha küçük olan sarı blok uyarıcı, büyük blok ise 500 megawatt'lık alternatördür. Alternatörün arkasında üç tane türbin) görülmektedir.En uzaktaki türbine gelen yüksek basınçlı buhar buradan orta basınçla ortadaki türbine, oradan çıkan düşük basınçlı buhar da en yakındakine geçer. Her türbinin kanat sayısı farklıdır.
Bir otomobil alternatörünün kesiti (B) Ucuz elektronik elemanların gelişmesi, alternatörün çıkışındaki akımı doğru akıma çevirmeyi kolaylaştırmıştır. Bu amaçla diyot doğrultucular kullanılır.
Jeneratör kutbunun dilimlerinin ayarlanışı (C) Resimde akımı üreten sarımların uçları açıkça görülmektedir.
Santral alternatörleri: Santrallarda, hatta modern otomobillerdeki küçük alternatörlerde, dönen bobin, yani rotor ile, daimi mıknatıs, yani stator'un rolleri değişmiştir. Bu yüzden alternatör, aslında, tel bobinler içinde dönen bir mıknatıs (uygulamada, ELEKTROMIKNATIS) gibi düşünülebilir.
Aygıtın böyle yapılmasının başlıca iki nedeni vardır: Birincisi, rotorda elektrik üretiminin yan ürünü olarak açığa çıkan ısının dışarı atılmasının güçlügüne karşılık, sabit duran statorda oluşan ısının kolayca atılabilmesidir. İkinci neden ise, bilezik ve kömürler üzerinden büyük elektrik akımları geçirmekte karşılaşılan mekanik sorunlardır.
Büyük alternatörlerde hem rotorda hem de statorda, elektriksel ve mekanik yolla açığa çıkan aşırı ısı,etkin bir soğutma gerektirir. Günümüzde çoğunlukla sabit stator,iletken tellere paralel dizilmiş borulardan su geçirme yoluyla,rotor ise gereksiz ağırlığı en aza indiren ve etkili bir soğutma aracı olan hidrojen gazıyla soğutulur.
Kömür ya da petrol ile çalışan buhar türbinli bir santralda,3000 devir/dakika 'lık rotor hızına ulaşmak sorun değildir. Rotor bu hızla dönen, iki kutuplu bir elektromıknatıstır.Sistemin bu denli yalın oiması, verimi yükseltirken üretim masraflarını da azaltır. Sert çelikten yapılan rotorun üzerinde,mıknatıslayıcı tel bobinlerin ve bunları soğutan hidrojen borularının geçmesi için oyuklar bulunur.
Eğer daha yavaş olan hidroelektrik santralı türbinlerinde olduğu gibi bu hıza ulaşmak sorun yaratıyorsa, kutupların sayısı artırılır. Aynı çıkış frekansı için, dört kutup, hızın 1500 devir/dakika'ya , sekiz kutup ise, 750 devir/dakikaya düşürülmesine olanak sağlar. Bu hızlarda rotorun ağırlığı da o kadar önemli değildir. Bu yüzden bu tür alternatörlerin rotorları, soğutmayı kolaylaştırmak için, çapları daha büyük,boyları daha kısa olacak biçimde yapılır. Eskisi ile ayni voltajı elde etmek için, her stator bobinindeki sarımların sayısı iki ya da dört katına çıkartıtır.
Uyarma: İki tür rotoru da mıknatıslamak için gereken güç dışarıdan,bir başka makina ile sağlanır.Bu uyarıcı, çoğunlukla aynı şaft üzerinde yer alır ve alternatörün rotoru ile aynı hızla döner. Uyarıcı ya doğru akım üretir ya da alternatif akım verir;alternatif akımı doğru akıma çevirmek için bir DOGRULTUCU'dan geçirilir.
İki durumda da bu akım, alternatörün rotoruna,bilezikler üzerinde kayan kömürlerle aktarılır.
Küçük alternatörlerin rotorları, büyük güç gerektirmedikleri için (çoğunlukla statorda üretilen gücün % 2'si kadar) uyarım,bunlarda önemli bir sorun yaratmaz. Ancak 1000 megawatt'a kadar güç verebilen büyük alternatörlerde % 2 bile, kömür ve bileziklerden geçirilmeyecek kadar yüksek bir değerdir.Bu yüzden alternatif akım uyarımlı büyük alternatörlerde (asıl alternatörün tam tersine) rotor elektrik üretici, stator ise mıknatıslayıcı olarak yapılır.
Böylece güç, bileziklere gerek kalmaksızın, şaft üzerinden doğrudan doğruya asıl alternatöre iletilir.Bu durumda şaftın içine bir doğrultucu konulması gerekir. Dış kaynaklardan tümüyle yalıtılması için uyarıcı alanını oluşturan doğru akım,bazen daha küçük,sürekli mıknatıslı bir jeneratörden sağlanır.
Santrallarda kullanılan alternatörler, 500 ile 1000 megawatt kadar çıktı gücünde birkaç bin voltluk potansiyel farkı verebilirler. Çıktı akımı her zaman, üç fazlı ALTERNATİF AKIM'dır.Bunu sağlamak için stator bobinleri aygıtın çevresine, her bobinin arasında 1/3 çevrimlik zaman farkı olan, üç ayrı çıktı verecek biçimde yerleştirilir. Gücün üç faz ile iletimi,tek fazlı iletimden daha ucuzdur ve bu yolla endüstride kullanılan alternatif akım motorları doğrudan doğruya çalıştırılabilirler.
Öte yandan birkaç yüz watt' lık güç üreten alternatörler artık,otomobillerde ve ticari araçlarda kullanım alanı bulmaktadır. Alternatörlerde, dinamolardaki parçalı komütatörler yerine, yalın bilezikler bulunduğundan, çok daha yüksek hızla döndürülüp rölanti devrinde bile yüksek şarj akımları vermeleri sağlanabilir. Aynı zamanda güç, rotor yerine statorda üretildiğinden, aynı güç çıktısı için daha küçük ve hafif yapılabilirler.
Alıntıdır.Kaynak: Nasıl Çalışır Ansiklopedisi'nin sayfa 54-57' sinden bir alıntıdır.