Elektrik üreteci

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:

Dinamolar, komütatör kullanımı yoluyla darbeli doğru akım üretir.
Alternatör'ler alternatif akım üretir.

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

Rotor: Elektrik makinesinin dönen parçasıdır.
Stator: Bir elektrik makinesinin rotoru çevreleyen sabit kısmıdır.

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

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

Komütatörsüz dinamo. Alternatif akım üretmek için kullanılır.

Ayrıca bakınız

Kaynakça

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

[1] Ayrıca elektrik jeneratörü, elektrik generatörü ve elektromanyetik jeneratör da denir.

[books.google.com-2] Augustus Heller (2 Nisan 1896). "Anianus Jedlik". Nature. 53 (1379). Norman Lockyer. s. 516. Bibcode:1896Natur..53..516H. doi:10.1038/053516a0.

[1]

[2]