İçeriğe atla

Elektrik üreteci

Modern bir buhar türbin jeneratörünün (STG) ABD NRC görüntüsü.

Elektrik üretiminde jeneratör[1], harekete dayalı gücü (potansiyel ve kinetik enerji) veya yakıta dayalı gücü (kimyasal enerji) harici bir devrede kullanılmak üzere elektrik gücüne dönüştüren bir cihazdır. Mekanik enerji kaynakları arasında buhar türbinleri, gaz türbinleri, su türbinleri, içten yanmalı motorlar, rüzgar türbinleri ve hatta el krankları bulunur. İlk elektromanyetik jeneratör olan Faraday diski, 1831 yılında İngiliz bilim adamı Michael Faraday tarafından icat edildi. Jeneratörler elektrik şebekeleri için neredeyse tüm gücü sağlar.

Elektrik ve harekete dayalı tasarımlara ek olarak, fotovoltaik ve yakıt hücresiyle çalışan jeneratörler, elektrik çıkışı üretmek için sırasıyla güneş enerjisi ve hidrojen bazlı yakıtları kullanır.

Elektrik enerjisinin mekanik enerjiye ters dönüşümü bir elektrik motoru tarafından gerçekleştirilir ve motorlar ve jeneratörler birbirine çok benzer. Birçok motor mekanik enerjiden elektrik üretebilir.

Terminoloji

Zwevegem, Batı Flandre, Belçika'da erken Ganz Jeneratörü

Elektromanyetik jeneratörler dinamolar ve alternatörler olarak iki geniş kategoriden birine girer:

Mekanik olarak jeneratör, birlikte manyetik bir devre oluşturan dönen bir parça ve sabit bir parçadan oluşur:

Bu parçalardan biri manyetik alan oluşturur, diğerinin ise değişen alanın elektrik akımını uyardığı tel sargısı vardır:

  • Alan sargısı veya alan (sabit) mıknatısları: Bir elektrik makinesinin manyetik alan üreten bileşenidir. Dinamo veya alternatörün manyetik alanı, alan bobinleri denilen tel sargılarla veya kalıcı mıknatıslarla sağlanabilir. Elektrikle uyarılan jeneratörler, alan akısını üretmek için bir uyarma sistemi içerir. Sabit mıknatıslar (PM'ler) kullanan bir jeneratöre bazen manyeto veya kalıcı mıknatıslı senkron jeneratör (PMSG) adı verilir.
  • Armatür: Bir elektrikli makinenin güç üreten bileşeni. Bir jeneratörde, alternatörde veya dinamoda armatür sargıları, harici devreye güç sağlayan elektrik akımını üretir.

Armatür, tasarıma bağlı olarak rotor veya stator üzerinde, alan bobini veya mıknatıs ise diğer tarafta olabilir.

Tarihçe

Manyetizma ile elektrik arasındaki bağlantı keşfedilmeden önce elektrostatik jeneratörler icat edildi. Yükü yüksek potansiyelli bir elektroda taşıyan hareketli elektrik yüklü kayışlar, plakalar ve diskler kullanarak elektrostatik prensiplerle çalışıyorlardı. Yük elektrostatik endüksiyon veya triboelektrik etki olarak iki mekanizmadan biri kullanılarak üretildi. Bu tür jeneratörler çok yüksek voltaj ve düşük akım üretirdi. Verimsizlikleri ve çok yüksek voltaj üreten makinelerin yalıtılmasının zorluğu nedeniyle, elektrostatik jeneratörler düşük güç değerlerine sahipti ve hiçbir zaman ticari olarak önemli miktarlarda elektrik enerjisi üretmek için kullanılmadı. Tek pratik uygulamaları ilk X-ışını tüplerine ve daha sonra bazı atomik parçacık hızlandırıcılarına güç sağlamaktı.

Günümüzde elektrostatik üreteçlerden sadece Wimshurst makinesi ve Van de Graaff üreteci kullanılmaktadır.

Faraday disk jeneratörü

Faraday diski ilk elektrik jeneratörüydü. At nalı şeklindeki mıknatıs (A) diskin (D) içinden bir manyetik alan yaratıyordu. Disk döndürüldüğünde, bu merkezden kenara doğru radyal olarak dışarıya doğru bir elektrik akımı oluşturuyordu. Akım kayan yaylı temas m'den, dış devreden ve aksın içinden diskin merkezine geri akıyordu.

Elektromanyetik jeneratörlerin çalışma prensibi 1831-1832 yıllarında Michael Faraday tarafından keşfedildi. Daha sonra Faraday yasası olarak adlandırılan prensip, değişken bir manyetik akıyı çevreleyen bir elektrik iletkeninde bir elektromotor kuvvetinin üretilmesidir.

Brage ayrıca, bir at nalı mıknatısının kutupları arasında dönen bakır bir disk kullanarak, bir tür homopolar jeneratör olan Faraday diski denilen ilk elektromanyetik jeneratörü de yaptı. Küçük bir DC voltajı üretti.

Bu tasarım, manyetik alanın etkisi altında olmayan disk bölgelerinde akımın kendi kendini iptal eden karşı akımları nedeniyle verimsizdi. Akım doğrudan mıknatısın altında indüklenirken, akım manyetik alanın etkisi dışında kalan bölgelerde geriye doğru dolaşıyordu. Bu karşı akım, güç çıkışını alıcı tellere sınırladı ve bakır diskin atık ısınmasına neden oldu. Daha sonraki homopolar jeneratörler, bir akım akış yönünde sabit bir alan etkisi sağlamak için disk çevresi etrafına yerleştirilmiş bir mıknatıs dizisi kullanarak bu sorunu çözecekti.

Bir diğer dezavantaj, manyetik akı boyunca tek bir akım yolu olması nedeniyle çıkış voltajının çok az olmasıydı. Deneyciler, bir bobinde birden fazla tel dönüşü kullanmanın daha yüksek, daha kullanışlı voltajlar üretebileceğini buldular. Çıkış voltajı dönüş sayısıyla orantılı olduğundan, jeneratörler dönüş sayısını değiştirerek istenen herhangi bir voltajı üretecek şekilde kolayca tasarlanabiliyordu. Tel sargıları, sonraki tüm jeneratör tasarımlarının temel bir özelliği haline geldi.

Jedlik ve kendi kendini uyarma olayı

Ányos Jedlik, Faraday'dan bağımsız olarak, 1827'de elektromanyetik kendi kendini uyarma cihazları olarak adlandırdığı elektromanyetik döner cihazlarla deneyler yapmaya başladı. Tek kutuplu elektrikli marşın prototipinde (1852 ile 1854 arasında tamamlandı) hem sabit hem de dönen parçalar elektromanyetikti. Kalıcı mıknatıs tasarımlarının yerini alan dinamo kendi kendini uyarma ilkesinin keşfiydi.[2] Ayrıca, 1861'de (Siemens ve Wheatstone'dan önce) dinamo kavramını formüle etmiş olabilir ancak bunu ilk fark eden kişi olmadığını düşündüğü için patentini almadı.[2]

Dinamo

Ana madde: Dinamo
Dinamolar büyüklüğünden dolayı ve yüksek güçler elde etmek için komütatör gerektiğinden pek tercih edilmemektedir. Resimdeki dinamo dakikada 1400 dönüşle (1400 RPM) 2,170 Watt güç üretebiliyordu

Dinamo, elektrik elde etmek amacıyla endüstride kullanılan ilk elektrik üreteciydi. Elektromanyetik ilkelerle çalışan dinamo komütatör aracılığıyla doğru akım oluşturur. Dinamolarda doğru akım (DC) üretmek pahalıdır bu yüzden dinamoda DC üretmek yerine, alternatörlerde AC üretilir ve doğrultucularla DC'ye çevirilir.

Alternatör

Ana madde: Alternatör

Komütatörsüz dinamo. Alternatif akım üretmek için kullanılır.

Ayrıca bakınız

Kaynakça

  1. ^ Ayrıca elektrik jeneratörü, elektrik generatörü ve elektromanyetik jeneratör da denir.
  2. ^ a b Augustus Heller (2 Nisan 1896). "Anianus Jedlik". Nature. 53 (1379). Norman Lockyer. s. 516. Bibcode:1896Natur..53..516H. doi:10.1038/053516a0. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Elektrik</span> elektrik yükünün varlığı ve akışı ile ilgili fiziksel olaylar

Elektrik, elektrik yüklerinin akışına dayanan bir dizi fiziksel olaya verilen isimdir. Elektrik sözcüğü Türkçeye Fransızcadan geçmiştir. Elektriğin Türkçe eş anlamlısı çıngı sözcüğüdür. Ayrıca Anadolu ağızlarında elektrik anlamında yaldırayık sözcüğü tespit edilmiştir. Elektrik, pek çok farklı şekillerde var olabilir. Örneğin, yıldırımlar, durgun elektrik, elektromanyetik indüksiyon ve elektrik akımı gibi. Ek olarak, elektriğin elektromanyetik radyasyon, radyo dalgaları gibi oluşumları olduğu bilinmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Transformatör</span> Elektrik-elektronik devre elemanı

Transformatör ya da kısa adıyla trafo iki veya daha fazla elektrik devresini elektromanyetik indüksiyonla birbirine bağlayan bir elektrik aletidir. Bir elektrik devresinden diğer elektrik devresine, enerjiyi elektromanyetik alan aracılığıyla nakletmektedir. Transformatörler elektrik enerjisinin belirli gücünde gerilim ve akım değerlerinde istenilen değişimi yapan makinelerdir. Transformatör, elektrik enerjisini bir elektrik devresinden başka bir devreye veya birden fazla devreye aktaran bileşendir. Transformatörün herhangi bir bobinindeki değişen akım, transformatörün çekirdeğinde değişken bir manyetik akı üretmektedir. Oluşan akım, aynı çekirdek etrafına sarılmış diğer bobinler boyunca değişen bir elektromotor kuvveti indüklemektedir. Elektrik enerjisi, iki devre arasında metalik (iletken) bir bağlantı olmadan ayrı bobinler arasında aktarılabilmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Elektrik motoru</span> Elektrik enerjisini mekanik enerjiye çeviren aygıt.

Elektrik motoru, elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren aygıttır. Her elektrik motoru biri sabit (stator) ve diğeri kendi çevresinde dönen iki ana parçadan oluşur. Bu ana parçalar, sargılar gibi elektrik akımını ileten parçalar, manyetik akıyı ileten parçalar ve vidalar ve yataklar gibi konstrüksiyon parçaları olmak üzere tekrar kısımlara ayrılır.

<span class="mw-page-title-main">Alternatör</span> Mekanik enerjiyi alternatif akıma çeviren aygıt.

Alternatör, mekanik enerjiyi alternatif akım biçiminde elektrik enerjisine dönüştüren bir elektrik jeneratörüdür. Maliyet ve basitlik nedenleriyle, çoğu alternatör sabit armatürle dönen manyetik alan kullanır. Bazen, sabit bir manyetik alanlı doğrusal bir alternatör veya dönen bir armatür kullanılır. Prensipte, herhangi bir AC elektrik jeneratörüne alternatör denebilir, ancak genellikle terim otomotiv ve diğer içten yanmalı motorlar tarafından tahrik edilen küçük dönen makineleri ifade eder.

<span class="mw-page-title-main">Parçacık hızlandırıcı</span>

Parçacık hızlandırıcı, yüklü parçacıkları yüksek hızlara çıkarmak ve demet halinde bir arada tutmak için elektromanyetik alanları kullanan araçların genel adıdır. Büyük hızlandırıcılar parçacık fiziğinde çarpıştırıcılar olarak bilinirler. Diğer tip parçacık hızlandırıcılar, kanser hastalıklarında parçacık tedavisi, yoğun madde fiziği çalışmalarında senkrotron ışık kaynağı olmaları gibi birçok farklı uygulamalarda kullanılır. Şu an dünya çapında faaliyette olan 30.000'den fazla hızlandırıcı bulunmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Servo motor</span>

Servo, herhangi bir mekanizmanın işleyişini hatayı algılayarak yan bir geri besleme düzeneğinin yardımıyla denetleyen ve hatayı gideren otomatik aygıttır. Robot teknolojisinde en çok kullanılan motor çeşididir. Bu sistemler mekanik olabileceği gibi elektronik, hidrolik, pnömatik veya başka alanlarda da kullanılabilmektedir. Servo motorlar; çıkış, mekaniksel konum, hız veya ivme gibi değişkenlerin kontrol edildiği, özetle hareket kontrolü yapılan bir düzenektir. Servo motorlar batlerli motordurlar Servo motor içerisinde herhangi bir motor AC, DC veya step motor bulunmaktadır. Ayrıca sürücü ve kontrol devresini de içerisinde barındırmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">İndüktans</span>

İndüktans elektromanyetizma ve elektronikte bir indüktörün manyetik alan içerisinde enerji depolama kapasitesidir. İndüktörler, bir devrede akımın değişimiyle orantılı olarak karşı voltaj üretirler. Bu özelliğe, onu karşılıklı indüktanstan ayırmak için, aynı zamanda öz indüksiyon da denir. Karşılıklı indüktans, bir devredeki indüklenen voltajın başka bir devredeki akımın zamana göre değişiminin etkisiyle oluşur.

<span class="mw-page-title-main">Dinamo</span> bir komütatör kullanarak doğru akım üreten elektrik jeneratörü

Dinamo, hareket enerjisini içindeki mıknatıs ve bobin sayesinde elektrik enerjisine dönüştüren bir araçtır.

<span class="mw-page-title-main">Bisiklet dinamosu</span>

Bisiklet dinamosu, bisikletlerde enerjisini tekerleğin dönüşünden alan ve farlarında kullanılan, bisiklet hareket edince 6V alternatif akım (AC) elektrik üreten alettir. Bisiklet dinamosu, sürüş sırasında dönme hareketi yoluyla bisiklet aydınlatma sistemine güç beslemesi sağlayan küçük bir elektrik üreteci'dir.

<span class="mw-page-title-main">İndüktif kuplaj</span>

Elektrik mühendisliği'nde, iki iletken'in bir telden geçen akımdaki değişimin, elektromanyetik indüksiyon yoluyla diğer telin uçları boyunca bir voltajı indükleyecek şekilde yapılandırıldıklarında, endüktif olarak bağlı veya manyetik olarak bağlı olduğu söylenir. İlk telden geçen değişen akım, Ampere'nin devre yasası'na göre etrafında değişen bir manyetik alan yaratır. Değişen manyetik alan, Faraday'ın indüksiyon yasası'na göre ikinci telde bir elektromotor kuvvet (EMF) voltajı'na neden olur. İki iletken arasındaki endüktif bağlantı miktarı, karşılıklı endüktans'larıyla ölçülür.

<span class="mw-page-title-main">Elektrik makinesi</span> manyetik indüksiyon yoluyla enerjiyi dönüştüren aparat

Elektrik makinesi, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine ya da elektrik enerjisini mekanik enerjiye çeviren ve AA gerilimin düzeyini değiştiren cihazdır. Elektrik makineleri üçe ayrılır:

Kablosuz enerji ya da kablosuz enerji transferi, insan yapımı iletken olmadan güç kaynağından elektriksel alana elektrik transferidir. Kablosuz transfer kabloların bağlantısının uygunsuz, tehlikeli ve imkânsız olduğu durumlarda kullanışlıdır. Kablosuz enerji transferindeki problem kablosuz telekomünikasyondan örneğin radyo gibi farklıdır. İkinci olarak, alınan enerjinin yayılması sadece sinyal çok az olduğunda kritik olur. Kablosuz enerji için yeterlilik çok önemli bir parametredir. Enerjinin büyük çoğunluğu üretilen kaynak tarafından alıcı ya da alıcılara sistemi ekonomik yapmak için ulaşmasında gönderildi. En yaygın kablosuz elektrik transfer şekli manyetik resonator tarafından direkt indüksiyon olarak kullanılmasıdır. Mikrodalgalar ya da lazer formunda elektromanyetik radyasyon ve doğal medya sayesinde elektriksel iletkenlik düşündüğümüz metotlardır.

Elektromanyetik indüksiyon, değişen bir alana maruz kalmış bir iletkenin üzerindeki potansiyel fark (voltaj) üretimidir.

Elektromanyetik kuramın tarihi özellikle aydınlatma alanındaki atmosferik elektrik ile ilişkilendirilmiş eski ölçümlerle başlar. İnsanlar elektrik hakkında çok az bilgiye sahipti ve bilimsel olarak bu doğa olaylarını açıklayamıyorlardı. 19. yüzyılda elektrik kuramının tarihi ve manyetizma kuramının tarihi kesişti. Elektriğin hareket halinde olduğu her yerde manyetizmanın varlığından da söz edilebileceği için elektriğin manyetizma ile birlikte ele alınması gerektiği çok açıktı. Manyetizma, manyetik indüksiyon düşüncesi geliştirilmeden tam olarak açıklanamadı. Elektrik, elektrik yük düşüncesi geliştirilmeden tam olarak açıklanmadı.

<span class="mw-page-title-main">Elektrik üretimi</span>

Elektrik üretimi, elektrik ve diğer kaynaklardan birincil enerji üretme sürecidir. Elektrik üretiminin temel ilkeleri İngiliz bilim insanı Michael Faraday tarafından 1820'lerde ve 1830'ların başında keşfedildi. Onun temel yöntemi bugün hâlâ kullanılmaktadır: Elektrik, bakır gibi iletken bir telin manyetik bir alan içinde hareket ettirilmesi ile üretilir. Elektrik jeneratörü, bir mıknatıs içinde dönen sarılı iletken tellerin bulunduğu ve bu tellerin mıknatıs içinde dönmesiyle elektrik akımı üreten bir makinedir. Evlerimizde, işyerlerimizde, endüstride gereksinim duyduğumuz büyük miktardaki elektrik enerjisini elde etmek için, elektrik jeneratörlerini döndürecek büyük güç santrallarına ihtiyaç duyarız. Çoğu güç santrali, jeneratörü döndürmek için ısı üretiminde bulunurlar. Fosil yakıtlı santrallar ısı üretimi için doğal gaz, kömür ve petrol yakarlar. Nükleer santrallar da uranyum yakıtını parçalayarak ısı üretirler. Ancak bütün bu değişik tip santrallar ürettikleri ısıyı, suyu buhar haline dönüştürmek için kullanırlar. Oluşan buhar ise elektrik jeneratörüne bağlı olan türbine verilir. Su buharı, türbin şaftı üzerinde bulunan binlerce kanatçık üzerinden geçerken daha önce üretilen ısıdan almış olduğu enerjiyi kullanarak, türbin şaftını döndürür. İşte bu dönme, jeneratörün elektrik üretmek için gereksinim duyduğu mekanik harekettir. Jeneratörde oluşan elektrik ise iletim hatları denilen iletken teller ile kullanılacağı yere gönderilir. Türbinden çıkan, enerjisi diğer bir deyişle basınç ve sıcaklığı azalmış buhar ise yoğunlaştırıcı (kondenser) denilen bölümde soğutulup su haline dönüştürüldükten sonra, tekrar kullanılmak üzere santralın ısı üretilen bölümüne geri gönderilir. Yoğunlaştırıcıda soğutma işini sağlayabilmek için deniz, göl veya ırmaklarda bulunan su kullanılır. Su kaynaklarından uzak bölgelerde ise santralın hemen yanında bulunan ve uzaktan bakıldığı zaman geniş dev bacalara benzeyen soğutma kuleleri kullanılır. Bu kulelerin üzerinde görülen beyaz duman ise su buharıdır.

Elektromanyetik kuvvetlerin insan anlayışının zaman çizelgesi olduğu elektromanyetizma zaman çizelgesi, iki bin yıl öncesine dayanmaktadır. Bu çizelge, elektromanyetizma, ilgili teoriler, teknoloji ve olayların tarihinin içinde oluşumlarını listeler.

<span class="mw-page-title-main">Alternatör (otomotiv)</span>

Alternatör modern otomobillerde aküyü doldurmak ve motor çalışırken elektrik sistemine elektrik vermek için kullanılan bir tür elektrik jeneratörüdür.

<span class="mw-page-title-main">Fırçasız doğru akım motoru</span>

Fırçasız doğru akım motoru, motorun her fazını bir kapalı döngü kontrolörü aracılığıyla sürmek için alternatif akım şeklinde elektrik üreten bir invertör veya anahtarlama güç kaynağı aracılığıyla doğru akım elektriğiyle çalışan senkron motorlardır. Kontrolör, motorun hızını ve torkunu kontrol eden motor sargılarına akım darbeleri sağlar. Bu kontrol sistemi, birçok geleneksel elektrik motorunda kullanılan komütatörün yerini alır.

Elektromanyetik frenler mekanik direnç (sürtünme) uygulamak için elektromanyetik kuvveti kullanarak hareketi yavaşlatır veya durdurur. 20. yüzyılın ortalarında, özellikle trenler ve tramvaylarda kullanılmasından bu yana uygulamaların ve fren tasarımlarının çeşitliliği arttı ama temel çalışma şekli aynı kaldı.

<span class="mw-page-title-main">Turbo jeneratör</span>

Turbo jeneratör, elektrik gücü üretmek için su türbini, buhar türbini veya gaz türbini miline bağlı bir elektrik jeneratörüdür.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.