29 Ocak 2013 Salı

Rüzgar Türbinlerinde Asenkron Jeneratör Kullanımı

Rüzgar Türbinlerinde Asenkron Jeneratör Kullanımı


Dünya'da üretim kapasitesi en hızlı artan enerji kaynağı olan rüzgar enerjisini üretiminde kullanılan asenkron jeneratörlere gelin birlikte bakalım.

Öncelikle kendimize şu soruyu soralım. Neden türbinlerde asenkron jenaretörlere ihtiyaç duyulur?

►Asenkron jeneratörler sağlam, mekanik yapısı basit, görece daha ucuz ve büyük güçte üretilebilirler.
►Diğer jeneratör tiplerine göre daha güvenlidir.
► Özellikle rüzgar hızının çok sık değiştiği yerlerde yani güç değişimlerinde maksimum perfoms sağlarlar.
►Rüzgar hızının çok yüksek olduğunda moment titreşimlerini azaltarak, mekanik parçalara zarar vermesini engeller.
►Dönen kontaklar olmamasında dolayı başlatmak kolaydır.
►Şebekeye kolay bağlanır. Sebebiyse, dişli kutusu rotor kanatlarının hızını ayarladığı için, senkron jeneratörlerde olduğu gibi şebekeyle senkronize olmak zorunda değildir.
►Şebekeye bağlandığı zaman salınımlar oluşturmazlar.

Peki asenkron jeneratörlerin dezavantajları nelerdir?

► Duran kısım stator reaktif mıknatıslanma akımına ihtiyacı vardır. Yani, asenkron jeneratörün reaktif güç ihtiyacı karşılanmalıdır.
►Asenkron jenaratör şebekeye doğrudan bağlı olduğu için reaktif gücü şebekeden çekecektir, dolasıyla bir kompanzasyon sistemine ihtiyaç duyulacaktır.
►Çekilen reaktif gücün azaltılması gerilim seviyesini yükseltir.


Rüzgar türbinlerinde de 3 fazlı aseknron generator ve ve indüksiyon jenaratörü olarak isimlendirilen asenkron jenaratorler kullanılmaktadır. Bu tip jeneratörlerin rüzgar türbinleri hariç yaygın bir kullanım alanı yoktur.  Şimdi de bunların çeşitlerine bakalım.

1- Sincap Kafesli Asenkron Jeneratör






Yukarıdaki sistemde  AA/DA dönüştürücüsü elektromanyetik alanı ayarlayarak manyetik alan için reaktif güç sağlar. DA/AA dönüştürücüsü ise şebekeye aktarılan aktif ile reaktig güç ve DA linkini kontrol eder.

Avantajları;

►Fırçasız, güvenilir, ekonomik ve sağlam bir yapıdır.
►Manyetik sesleri azaltır.
►Doğrultucu jeneratör için program edilebilir bir uyartı sağlar.
►İnverter harmonik kompanzatör olarak çalıştırılabilir.
 
Dezavantajları;

►Jenaratör parametreleri sıcaklık ve frekansla değiştiği için kontrolü karmaşıktır.
►Reaktif güç ve onun kontrolü gereklidir.
►Moment hız eğrisinin lineer olmasından dolayı rüzgar gücündeki dalgalanmalar etkisini şebekede doğrudan gösterir. Bu da nominal akımdan çok daha fazla akım akmasına sebep olabilir.


2-Rotoru Sargılı Bilezikli Asenkron Jeneratör

Rotorun elektriksel özellikleri dışarıdan kontrol edilebilir, böylece rotor gerilimi ayarlanır. Rotorun sargı uçları bileziklere bağlıdır. Bilezikler üzerindeki fırçalar sayesinde rotor sargıları yol verici dirence ve dış kaynağa bağlanabilmektedir. Bu sayese yol alma akımı ve hız ayarı yapılır.

2.1Çift Beslemeli Asenkron Jeneratör




Yukarıdaki sistemde görüldüğü üzere stator sargıları doğrudan şebekeye bağlanmıştır. Rotorlar ise güç konventırları üzerindeb şebekeye bağlıdır. SKAJ'e benzer şekilde rotor tarafındaki kontrol sistemi makinanın manyetizyonu için reaktif gücü sağlar.

Avantajları;

►Konvertır sistemi sadece rotorun kayma gücünü kontrol ettiği için toplam güç sisteminin 1/4 kadar bir inverter sistemine ihtiyaç duyulur. Yani maliyetler azalır. Benzer şekilde filtreler  sistemin 1/4 hitap ettiği için filtre maliyeti de azalmaktadır.

Dezavantajları;

► Sistemde kullanılan bilezikler periyodik bakım istemektedir.


2.2 İndüksiyon Jenaratörler

Rüzgar hızının yüksek, sert olduğu yerlerde ve büyük güçte rüzgar türbinlerinde kullanılır.





Jenaratör rotoru sargılı asenkron jeneratör ile şafta yerleştirilmiş rotor dirençlerinden oluşmuştur. Jenaratörün kayması şafta bağlı konvertır üzerinden toplam direncin değiştirilmesiyle gerçekleşir.

Avantajları;

►Elektronik devre yüke ve rüzgarın hızına bağlı olarak jeneratörün kaymasını çok hızlı bir şekilde değiştirebilmektedir. Böylece özelllikle sert rüzgarlarda mekanik yük ve güç dalgalanmalarına karşıgelinebilir.
►Bilezik gerektirmez.

Dezavantajları;

►Reaktif güç kontrolü zordur.


Kaynaklar

►http://www.emo.org.tr/ekler/ee2fdad767d9458_ek.pdf
►http://www.yildiz.edu.tr/~okincay/dersnotu/RuzgBol1.pdf
►http://www.mathworks.com

21 Ocak 2013 Pazartesi

İş başvurusunda bulunan öğrencilerin dikkatine

Firmanın Kütahya' da aldığı iş sömester tatilinden sonra başlayacakmış. Buyüzden sömester tatiline çıkabilirsiniz.

9 Ocak 2013 Çarşamba

Tesla Bobininin İncelenmesi

Tesla Bobininin İncelenmesi


Bu yazımızda elektrik dünyasının adı çağları aşan mucidi Nikola Tesla'nın en sıra dışı ve ilgi çekici icatlarından olan Tesla Bobinini inceleyeceğiz.Öncelikle Tesla bobininin amacını ve yapısını anlamaya çalışacağız. Daha sonrada kendimizin de yapabileceği bir Tesla bobininin tasarımına yakından bakacağız.

 1-Bobinin Amacı

Tesla bobinleri yüksek frekanslı yüksek gerilim üreten hava çekirdekli rezonans trafolarıdır. Tesla, Maxwell’in ışığın matematiksel olarak dalga olduğunu ispatlamasıyla yüksek frekanslı alternatif akım üretmenin mümkün olduğunu görmüştür. İlk deneylerinde frekansı 20000 devire kadar çıkarabilmiş, fakat jeneratörler bu frekansa dayanamamıştır. Tesla’da sonunda ürettiği bobinle elektriği istediği frekansa ve gerilime çıkarmıştır. Peki Tesla’nın bu bobini yapmaktaki amacı nedir?  Tesla’nın hayatı boyunca en büyük amacı elektriği kablosuz iletmekti. Nitekim Tesla bunu bu bobinle lokal olarak başarmış, daha sonra yaşanılan olumsuzluklar nedeniyle bu projesini devam ettirememiştir.  Tesla bu yüksek frekans çalışmalarını neon ve flüoresan lambanın icadında, ilk X-ray fotoğrafın çekiminde, MR cihazlarının temellerinin atılmasında kullanmıştır. Bugün de eş zamanlı yıldırımlar oluşturulmasında ve malzemelerin yüksek gerilime dayanıklılık testlerinde aktif olarak kullanılmaktadır.
 

 2-Bobinin Çalışma Prensibi

Şekil 1: Klasik Tesla Bobinin genel şeması

Devrede öncelikle yüksek gerilim trafosu kondansatörü doldurur. Birincil kondansatörün gerilimi atlama aralığının (spark gap)  gerilime eşit olduğunda bu aralıkta atlama yani kısa devre olur.  Böylece kapasite ile birincil bobin parelel duruma gelir. Böylece birinci paralel rezonans devresiyle, ikincil bobin ve yüksek gerilim çıkışının toroid ya da küresel elektrotun rezonans devresi rezonansa girer. Yani çıkış olarak frekansı rezonans frekansına eşit, yüksek frekanslı yüksek gerilim elde edilir.


3-Bobinin Tasarımı

Öncelikle bir rezonans devresinden bahsettiğimiz için 2 temel komponente ihtiyacımız var. Bunlardan ilki elektrostatik alanın enerjisini depolayan kapasitör diğeri de manyetik alanın enerjisini depolayan indüktör.  Kapasitör devremizde oluşan enerjiyi biriktirirken, indüktörümüz yani birincil bobinimiz ikincil bobinle karşılıklı indüktansı oluşturur.


3.1 Kapasitenin Tasarımı:

Birincil kapasitörümüz Multi Mini Kapasitör (MMC) türünden bir kapasitör olmalı. Yukarıdaki devrede kapasitörümüzün değerini görmüşsünüzdür 0.0061 mikro farad. Bu denli küçük bir kapasitör doğrudan bulmanız zor olacaktır ama fabrikalara kompanzasyon için PFC (Power Factor Correction) tip kapasite üreten bir imalatçıda bulma şansınız var. Kesinlikle standart tip bir kondansatör kullanmayınız.  Ya da sınırları biraz zorlayarak bir leyden şisesi yapabilirsiniz.  Kola veya bira şişesini yarıya kadar tuzlu suyla yarısını da tepeleme madeni yağla dolduruyoruz ve şişeleri bir iletkenle birbirine bağlıyoruz. Ancak eğer şişenizde mikroskobik düzeyde delikler varsa şişenizin zarar görme ihtimali çok yüksek.

Şekil:2 Basit bir leyden şisesi mantığıyla kendi kapasitörümüzüde yapabiliriz.


3.2 Kesicinin Tasarımı:

Kapasitedeki enerjiyi birincil bobine boşalmasının başlayabilmesi için bir adet anahtar veya kesiciye ihtiyacımız var. Tesla bobinlerinde farklı tarzda ve tasarımda birçok kesici kullanılmaktadır. En bilinen ve artık gelenekselleşmiş olanı “spark gap” Türkçesiyle kıvılcım atlama aralığıdır. Durgun ve dönel “spark gap” olmak üzere iki çeşidi vardır. Biz en basit modellerden biri olanı kullanacağız. Tahta veya seramik yüzey üzerine resimde görüldüğü şekilde alüminyum çubuklar yerleştireceğiz.  Çubuklar üzerindeki voltaj birkaç bin volta geldiğinde elektrik arkı karşı tarafa geçecek böylece kapasite de biriken enerji birinci bobine boşalmaya başlayacak.  
 
 
Şekil 3: Yalıtkan bir yüzey üzerine iletken çubuklarla oluşturduğumuz kesicimiz
 

3.3 Birincil Bobinin Tasarımı:

Birincil bobinin tasarımı en zahmetli bölümü oluşturmakta. Bu yüzden resimli bir anlatım işlerimizi kolaylaştıracaktır.
Şekil 4: 4 adet 30 cm uzunluğunda bir tahtaya eşit aralıklarla ortalama 1 cm çapında olacak şekilde oyuklar açıyoruz.
 
Şekil 5: Oyuklarımızın ne işe yarayacağını kablo yerleştirirken göreceksiniz.

Şekil 6: Daha sonra 4 adet işaretli tahtamızı seramik veya herhangi bir yalıtkan üzerine şekildeki gibi yerleştirip zamklıyoruz.
Şekil 7: İşin en zor kısmı kabloyu sarmak ve açtığımız oyuklara vidalamak
Şekil 8: Eğer büyük ebatlarda bir bobin yapmak isterseniz bu işlem için profesyonel bir yardım almanızı öneririm.
Şekil 9: Sonunda 15 sarımlık birincil bobinimiz hazır
 

3.4 İkincil Bobinin Tasarımı:

İkincil bobinimizi yapmaya bir adet 8’lik pvc borusu teminiyle başlayabiliriz. Daha sonra 0,5 milimetrekarelik vernikli bir bakır teli olabildiğince sıkı ve aralarında boşluk kalmadan borunuzun üzerine dolayın. Eğer yapabilirseniz üstüne poliüretan bir vernik atabilirsiniz.
 
Şekil 10: İkincil bobinimiz hazır
 

3.5 Toroid Tasarımı:

Toroidimizi küresel veya “donut shape” biçiminde seçebiliriz. Daha sonra seçtiğiniz toroidi alüminyum ile sıkıca sarmalısınız.
Şekil 11: Birincil, ikincil bobinimizi ve toroidimizin yerleştirilmesi

Dikkat ederseniz bobinin yapımında genel olarak tasarımını vermeye çalıştım. Bobinde kullanılan komponentlerin değerleri yapmak istediğiniz Tesla Bobinin büyüklüğüne göre değişmektedir. Javayla yazılmış güzel bir program işinizi fazlasıyla görecektir. Bu linkten erişebilirsiniz.
 
*İkincil bobini doğru bir şekilde toprakladığınızdan emin olunuz.
*Oluşan arklara kesinlikle değmeyiniz, ölümcül olabilmektedir.
*Arkların oluşturabileceği ozon, nitrit veya diğer zehirli olabilecek kimyasalları solumayınız.
 
Son olarak bobinimizden Lady Gaga dinlemeye ne dersiniz?





 
KAYNAKLAR

http://www.elektrikport.com/teknik-kutuphane/tesla-bobininin-incelenmesi/4411#ad-image-0