Alternatör

Alternatör Nedir
Dalgalı akım üretecine alternatör denir.

Alternatif akım üretmeye yarayan aygıt. Bunlara alternatif akım jeneratörleri de denir. Alternatörler mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren düzeneklerdir.

Alternatörün ana yapısı bir mıknatısla, bu mıknatısın kutupları arasında dönen armatürden (bobin) oluşmuştur. Manyetik kutuplar, toplaç ve fırça, alternatörün öteki parçalarıdır. Armatürün bir ucu bir toplaca, öteki ucu öteki toplaca bağlanır. Bu toplaçlar bir milin çevresinde alternatörle birlikte dönecek biçimde ayarlanmıştır. Toplaçlara değen iletken fırçalarla, toplaçlara gelen akım alınır.

Alternatörde alternatif akım şu şekilde oluşur: Bobin manyetik alan çizgilerine paralel durumda ve hareketsizken içinden manyetik alan kuvvet çizgisi geçmediğinden ve hareket olmadığından akım sıfırdır. Çerçeve herhangi bir yönde döndürülürse, bobinden geçen manyetik alan kuvvet çizgilerinin sayısının değişmesine, dolayısıyla akımın oluşmasına neden olur. Bobin 90° döndüğünde bobinden geçen manyetik alan kuvvet çizgilerinin sayısı ve akım en büyük değerine ulaşır. Bobin aynı yönde dönmeye devam ederken bobinden geçen manyetik alan kuvvet çizgilerinin sayısı azalmaya başlar. Bobin 180° olduğunda akım yine sıfır olur. Bobin aynı yönde dönmeye devam ettikçe, aynı biçimde; ama ters yönde akım oluşmaya başlar. Sonuçta bobin bir tam dönüş yaptığında, akım iki kez yön değiştirir. Bobinin dönme hızına bağlı olarak akımın yön değiştirme hızı yani frekansı da artar.

Bazı alternatörlerde, bobin sabit tutulup mıknatıslar döndürülerek alternatif akım oluşturulur.

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.

Alternatörün Çalışma Prensibi
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 makinelerde ) 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 makinenin 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 regülatörde 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.

Fırçasız alternatörlere yük uygulandığında, voltaj düşümü önlemek ve voltajı istenilen seviyede tutmak için voltaj regülatörü kullanılır.

Alternatörün Kısımları
Rotor
Rotor, kutup çekirdekleri (manyetik kutuplar) bir manyetik alan bobini (rotor) kayar bilezikler ve bir rotor milinden meydana gelmiştir.

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

Diyotlar
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.

Endüstriyel Alternatörler
Bir çevirici makine tarafından çevrilen hareket enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren elektrik makinesidir. Alternatörler alternatif akım üreteçleridir. Genellikle elektrik enerjisinin şebekeden sağlanamadığı yerlerde kullanılır. Alternatör su türbinleri, rüzgar, dizel motor gibi çeşitli çeviricilerle kullanılabilir. Elektrik ihtiyacı olan çoğu yerde şebeke yedeği olarak yaygın olarak dizel motor ile tahrik edilen alternatörler kullanılır. Günümüzde fırçalı alternatörler yerini daha modern ve bakım gerektirmeyen fırçalı, voltajın elektronik voltaj regülatörü ile sabitlendiği alternatörlere bırakmıştır. Bir alternatörün gücü iki şekilde ifade edilir.

1. Devamlı güç : Alternatörün tam yükte, devamlı, kesintisiz çalışmaya müsait olması

2. 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. Örnek olarak; Devamlı gücü 100 KVA olan alternatörün standby gücü 110KVA olarak ifade edilir. Piyasada genelde Standby güç verilir.

Otomobil Alternatörleri
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 dayanıklıkları sayesinde daha yüksek hızlarda çalışabilirler, böylece otomobillerdeki alternatörler 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.

Günümüz otomobillerinin alternatörlerinde voltaj düzenleyicisi bulunur. Tipik bir otomobil alternatörü manyetik alanı iletişim bileziği ile iletilen doğru akımla oluşturur. Manyetik alan akımı sabit stator sarımlarından alınan akımdan çok daha küçüktür, dolayısıyla büyük iletişim bilezikleri gerekmez. Mesela 70 amperlik bir doğru akım üreten bir alternatörün manyetik alanını oluşturmak için gereken akım 2 amperden daha küçüktür. Voltaj düzenleyicisi stator çıkışında sabit voltaj üretmek için manyetik alan akımını gerektiği gibi düzenler. Bir çok eski otomobilde manyetik alan sargıları kontak anahtarı ve şarj ikaz lambası üzerinden beslenir, kontak açık konumda ve motor çalışmıyorken ikaz lambasının yanmasının sebebi budur. Motor çalıştırıldıktan ve alternatör akım üretmeye başladıktan sonra, manyetik alan sargısı bir diyot tarafından alternatörün ana çıkışı ile beslenmeye başlar ve uçlarındaki voltaj dengelenmiş olan uyarı ışığı söner. Manyetik alan akımını sağlayan hat genellikle "uyarıcı hat" olarak adlandırılır.

Sistem oldukça basittir ve alternatörün 100 ampere (tipik bir otomobil 40-60 amperlik alternatörlere sahiptir) kadar akım taşıyabilen ana çıkış devresinde büyük anahtarlar gerektirmez. Sistemin bir kötü yanı, ikaz ışığı bozulduğunda veya uyarıcı hat koptuğunda manyetik alan sargısına akım ulaşamaması ve alternatörün güç üretememesidir. Fakat bazı alternatörler belirli hızlarda döndürüldüklerinde kendi kendilerine uyarıcı akımı üretebilirler. Sürücü uyarıcı hattın koptuğunu motor çalışmıyorken yanan ikaz lambasından anlayabilir. Modern sistemler daha gelişmiş elektronik izleme sistemlerine sahiptir ve böyle bir problemde sürücüyü uyarırlar.

Ağır iş makinelerinde ve acil durum araçlarında kullanılan alternatörler 150 amper kadar üretebilir. Çok az ışığı ve elektronik sistemi olan eski araçlar ise sadece 30 amperlik bir alternatöre sahip olabilir. Hibrid otomobiller, alternatör ve marş motorunu birleştirerek her iki görevi de üstlenen bir motor / jeneratör kullanır. Bu motor / jeneratör hem içten yanmalı motorun çalıştırılmasını sağlar, hem hızlanma için fazladan güç sağlar, hem de sabit hızda seyir ediyorken aracın yüksek kapasiteli akülerini şarj eder. Bu cihazlar kontrol için yukarda bahsedilen basit alternatörlerden çok daha gelişmiş elektronik sistemlere sahiptir.