Bugün dünya endüstrisinde farklı makineler için gerekli enerjinin üretilmesi için kullanılan pek çok farklı teknoloji vardır. Otomotiv, inşaat ve gemicilik gibi aklınıza gelen gelmeyen sayısız alanda en çok kullanılan teknolojilerden bir tanesi de alternatördür. Aslında alternatör tam olarak enerji üretmez, sahip olduğu sistem sayesinde var olan mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür.
Tabii alternatör tarafından gerçekleştirilen dönüştürme işlemi sonrası ortaya elektrik enerjisi çıktığı için bir tür enerji üretim cihazı olduğunu da söyleyebiliriz. Ancak bu işlemi manyetik alanını kullanarak ve iletkende elektromotor kuvvet indüklenmesi ilkesine dayalı olarak gerçekleştirir. En iyisi gelin alternatör nedir, ne işe yarar, nasıl çalışır gibi merak edilen tüm soruları detaylarıyla inceleyelim.
Temel bir tanım yaparak başlayalım; Alternatör nedir?
Elektromanyetik bir aygıt olan ve alternatif akım jeneratörü olarak da adlandırılan alternatör, en temel tanımıyla mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirir demek mümkün. Bu çevirme sonrası tek fazlı ya da üç fazlı bir güç elde edilir.
Alternatör teknolojisi, iletkende elektromotor kuvvet indüklenmesi ilkesi prensibi ile çalışır. Dünyada en yaygın kullanılan enerji dönüştürücü makinelerin başında gelir. Farklı alanlarda kullanılan elektrik enerjisinin birincil sağlayıcısı alternatör cihazlardır.
Nasıl yani, tam olarak alternatör ne işe yarar?
Bir örnek üzerinden açıklamak en doğrusu olacak. Bir otomobil düşünün. Bu otomobilin silecek, far, gösterge paneli gibi pek çok parçasının çalışması için elektrik enerjisine ihtiyaç vardır. Otomobili prize takıp da bu elektriğe ulaşamayacağımız için araç içindeki bir parçanın bu elektriği üretmesi gerekir. İşte bu noktada devreye alternatör girer.
Otomobilin çalışırken sahip olduğu mekanik enerji, alternatör içindeki sistem kullanılarak elektrik enerjisine dönüştürülür ve elde edilen elektrik enerjisi de söz konusu parçaları çalıştırmak için gerekli güç için kullanılır. Bu örneği mekanik cihazların kullanıldığı aklınıza gelen gelmeyen tüm sektörler için de çeşitlendirebilirsiniz.
Peki alternatör nasıl çalışır?
Standart bir alternatör cihazının içerisinde rotor olarak adlandırılan mıknatıslar vardır ve bunlar demire sarılmış stator adı verilen bir iletkenin etrafında dönerler. Stator sabit iletkeninin etrafında yaşanan dönüş sayesinde mekanik enerjinin manyetik alanı değişir ve enerji, elektrik enerjisine dönüşür.
Rotor mıknatısların sahip olduğu manyetik alan fırçasız jeneratörlerde indüksiyonla, daha küçük alanlarda mıknatıslarla ya da fırça parçalarıyla değiştirilerek elektrik akımı elde edilir. Otomobillerde genelde fırçalı, daha küçük makinelerde maliyetinden dolayı mıknatıslı, daha büyük makinelerde ise fırçasız teknoloji kullanılır.
Fırçasız alternatörlerde ana ve ikaz olmak üzere iki temel sistem vardır. Ana sistemdeki kutupların sayısı, ana rotorun devir sayısına göre değişir ve doğru akım gerekir. İkaz sisteminde ise kutuplar ve sargılar terstir. Bu sistemde sargılar hareketli ikaz rotoru üzerinde bulunurken kutuplar hareketsiz stator üzerinde bulunur.
Kısaca alternatör kısımlarını tanıyalım:
- Rotor
- Stator
- Diyotlar
Rotor:
Rotor, farklı parçaların bir araya gelmesi ile oluşmuş manyetik bir parçadır. Manyetik kutupların olduğu çekirdekler, manyetik bir alan bobini ve rotor milinin birleştirilmesi ile rotor parçası oluşmuş olur.
Stator:
Stator da farklı parçaların birleşmesi ile oluşur. Bir stator parçasında stator çekirdekleri ile stator bobinleri vardır. Bunlar ön ve arka kapaklara yerleştirilir. Statorun çekirdeği genel olarak çelik kaplı ince plakalardan oluşmuştur.
Diyotlar:
Bir alternatör cihaz tarafından üretilen elektrik akımı, cihazın uç kapaklarında bulunan pozitif yönlü ve yalıtılmış durumdaki diyotlardan aktarılır. Alternatör içerisinde bulunan diyot tablalarında genel olarak üç pozitif ve üç de negatif diyot bulunmaktadır. Bu diyot tablaları eş yüklüdür.
Alternatör hangi alanlarda kullanılır?
Alternatör teknolojisi; otomobillerde otomobil alternatörü adıyla, çoklu motor sistemlerinde dizel - elektrikli lokomotif alternatörleri adıyla, gemi ve denizcilik sektöründe denizcilik alternatörleri adıyla, elektrik üretim tesislerinde ana güç kaynağı olarak fırçasız alternatörler adıyla, radyo frekanslarının iletiminde ise radyo alternatörleri adıyla kullanılır. Temelde bunların her biri alternatör teknolojisi olsa da elbette kullanıldıkları alanlara göre farklı özellikleri vardır.
Endüstriyel alanda kullanılan alternatörler oldukça güçlüdür:
Elektrik enerjisinin direkt olarak şebekeden alınamadığı durumlarda endüstriyel alternatörler kullanılır. Su türbinlerinde, rüzgar enerjisinde ya da dizel motorlarda kullanılabilirler. Endüstriyel alternatörler birincil enerji kaynağı olarak kullanılabilecekleri gibi bazen ana şebeke enerjisinin yedeği olarak da kullanılabilirler.
Dizel motorlarda kullanılan endüstriyel alternatörler genel olarak dakikada 1500 devir hızına sahiptir. Gücün 30 kVA’dan daha düşük olduğu durumlarda dakikada 3000 devri hızına sahip alternatörler kullanılabilir. Su türbinlerinde çalışan endüstriyel alternatörler ise bazen dakikada 750 ya da 1000 devir hızında olabilir.
Bugünlerde artık endüstriyel alternatörlerde fırçalı değil daha çok voltajın sabitlendiği teknolojiler kullanılıyor. Bu fırçasız teknolojilerde kutuplar rotor üzerine sabitleniyor. Mil üzerinde ise hem ikaz statoru hem de döner diyotlar yer alıyor. Bu sistemde elde edilen üç fazlı akım diyotlar üzerinden direkt olarak ana rotora yönlendiriliyor.
Voltajın sabit tutulduğu endüstriyel alternatörlerde iki temel güçten bahsetmek mümkün; devamlı güç ve standby güç. Devamlı güçte alternatör, sürekli olarak çalışır ve kesintisiz güç sağlar. Standby güçte ise alternatör bir süre çalışır, durdurulur, soğumaya bırakılır ve yeniden çalıştırılır. Ana gücünü tekrar çalıştırma sırasında verir.
Otomobil alternatörleri özel tasarımları ile gerektiği kadar güç verirler:
Otomobil alternatörleri çok daha hafif bir tasarıma sahiplerdir ve bu yapıları nedeniyle yüksek hızda çalışabilirler. Motor çalıştığı sırada alternatör var olan enerji üzerinden elektrik enerjisi üreterek aküyü şarj eder ve parçaların çalışması için gerekli olan enerjiyi sağlar.
1960’lı yıllardan sonra otomobil alternatörleri daha yaygın olarak kullanılmaya başladı çünkü yarı iletken diyot üretimi daha ucuz hale geldi. Otomobil alternatörleri akım düzeltici teknolojisi ile alternatif akımı doğru akıma dönüştürürler. Bu cihazlarda genel olarak üç fazlı sargı bulunmaktadır.
Mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren cihaz alternatör nedir, ne işe yarar, nasıl çalışır gibi merak edilen soruları yanıtladık. Elbette alternatör çalışma sistemi çok daha karmaşık detaylara sahip ancak bu yazımızda daha önce bu teknoloji ile hiç tanışmamış okuyucularımızı genel olarak bilgilendirmeyi hedefledik.
