rÜzgÂr tÜrbİnlerİnde kullanilan elektrİk makİnalari

8/8/2019 RZGR TRBNLERNDE KULLANILAN ELEKTRK MAKNALARI

1/27

0124730 Rzgar ve Gne Enerjili G Sistemleri Do. Dr. Mudeem TANRIVEN

Sayfa 1

1.6. RZGR TRBNLERNDE KULLANILAN ELEKTRK MAKNALARI

Kanatlarn fonksiyonu, rzgr kinetik enerjisini dnen mil gcne evirerek generatrndnmesini ve bylece elektrik gcn retmektedir. Ak arj yapan kk rzgr trbinleridc generatrleri kullanrken, ebekeye paralel alan rzgar trbinlerinde ise ac generatrler

(asenkron ve senkron) kullanrlar.

1.6.1. DORU AKIM (DC) MAKNALARI

yaplar itibari ile btn elektrik makineleri alternatif akm makinesidir, nk iletkenler N-S kutuplar arasndaki manyetik alan ierisinde alternatif forma dner. DC makineler ACdenDCye dnm mekanik anahtarlama yoluyla yapar. Buradaki komtatr, AC-DC ileminikarbon fralar bakr segmentler zerinde kaydrarak gerekletirir. Buradaki kontaklaryksek bakm maliyeti ve dk gvenilirlie sebep olurlar. Bu dezavantaja ramen hz

kontrol kolay olduu iin gemite ska kullanlmakta idi.

Klasik DC makineler doru akm tayan nt veya seri bobin aracl ile kendinden uyartmlolarak (manyetik alan retmek iin) dizayn edilirler. Gnmzde ise DC makinelerdemanyetik alan, sabit mknats kutuplar aracl ile elde edilmektedir. Bylece alan akmihtiyac ve komtatr ihtiyac ortadan kalmaktadr. Sabit mknats kutuplar rotorayerletirilmi olup, statora AC akm reten armatr sarglar yerletirilmitir. Daha sonra AC,g elektronii elemanlar vastasyla DCye evrilir. Bu ekildeki bir makine fralara vekomtatre ihtiya duymaz, bylece gvenilirlik arttrlm olur. Bu ekildeki sabit mknatskutuplu DC makineler ancak kk boyutlu rzgr trbinlerinde kullanlabilirler.

Bir DC generatrde indklenen gerilim,

" " Burada,

" fra ularndaki gerilimI armatrdeki (DC generatrdeki dnen para) toplam iletken says

J devir says [dev/dk]

kutup bana den manyetik alan aks [wb]Bu eitlikten anlalaca zere DC generatrde retilen gerilim dorudan kutup banaden manyetik alan aks ve dn hz ile doru orantldr.

RNEK: Armatr 6 kutup olan 600 dev/dk DC generatr zerinde 90 oluk bulunmaktadr.Her bir bobin 4 sarmdan meydana gelmekte ve kutup bana den manyetik alan aks 0.04wb ise makinada indklenen gerilimi hesaplaynz.


2/27


Sayfa 2

ZM:

RNEK: Dardan uyartml bir DC generatr 1400 dev/dk ile dnerken 127 voltretmektedir. Makinann armatr direnci 2 ohm ve makine 12 A akm veriyor ise,

a) U geriliminib) Armatr zerinde sya dnen kayb [W]c) Momenti [N.m] hesaplaynz.

ZM:

RNEK: Dardan uyartml bir DC generatr yksz halde 115 volt gerilim retiyor.

a) Eer hz %20 artrlrsa,b) Dn yn tersine evrilirse,c) Uyarma akm %10 artrlrsa,

ne olur aklaynz.

ZM:


3/27


Sayfa 3

1.6.2. ALTERNATF AKIM (AC) MAKNALARI

Bu gruptaki makinalar, senkron ve asenkron makinalardr. Asenkron makinalar sabit hzlveya deiken hzl sistemlerde kullanlabilirken, senkron makinalar normal olarak deikenhzl sistemlerde g elektronii ara yz ile birlikte kullanlrlar.

1.6.2.1. ASENKRON MAKNALAR

1.6.2.1.1. SNCAP KAFESL ASENKRON MAKNALAR

Rotorun zerindeki oluklara gml olan plak bakr ubuklarn her iki utan halka boyuncabirletirilmesi ile (ksa devre edilmesi ile) oluturulur. Asenkron generatrn statoru ise faz grubundan mteekkil birok sarma yataklk yapar. Bu grup sarg fiziksel olarak statoretrafna yaylmtr. Bu sarglar zerindeki akm akndan dolay rotor etrafnda, evresindednen bir manyetik alan oluur ki bu manyetik alan asenkron makinenin en nemli alma

zelliini oluturur. Dnen manyetik alann asal hz ayn zamanda senkron hzdr. Buradakisenkron hz sN ile gsterirsek,

p

fNs

60=

f frekansp manyetik alan kutup ifti

ekilde dner manyetik alan ierisindeki sincap kafes rotorlu asenkron makinegrlmektedir.

Stator sarglar yksek manyetik geirgenlie sahip bir nve ierisindeki oluklarayerletirilmitir. Bylece yeterli miktardaki manyetik alan younluu dk uyarma akmlarile elde edilebilir. Rotorda ise kat iletken ubuklar rotor nvesindeki oluklara

gmlmlerdir. Bu ubuklar her iki taraf ular karlkl olarak iletken yzkler tarafndanbirletirilmilerdir (ksa devre edilmilerdir).

Asenkron Generatrn alma Prensibi

Stator manyetik alan Ns=60f/p senkron hz ile dner. Dner manyetik alan ile rotor

arasndaki bal hz her bir rotor dnnde gerilim indkler. nk stator aklar, rotor

tarafndan kesilir. ndklenen gerilimin genlii Faraday kanununa gre

dt

d-e

=

rotor dnlerini kesen manyetik alan miktar.


4/27


Sayfa 4

Bu indklenen gerilim rotorda bir sirklsyon akm oluturur. Rotor akm ile stator aksarasndaki etkileim bir momente neden olur. Bu momentin (Torque=T) genlii

22 CosIKT =

Koransallk katsays Stator ak (dalgasnn) genlii

2 rotor akm ile rotor gerilimi arasndaki faz asI 2 rotor ubuklarndaki akmn genlii

Rotor bu moment altnda ivmelenecektir. Bota alma durumunda (manyetik yk yok,srtnmeler ihmal, sfr diren) rotor, stator dner alan ile ayn hzda (senkron hzda)dnecektir. Bu hzda rotorda herhangi bir akm indklenmez, dolays ile momentoluturmaz. Yani bu noktada rotor dengede olup, srekli olarak senkron hzda dner. Eerrotor (fan gibi) mekanik bir yk altryor ise, yavalayacaktr. Fakat stator aks her zamansenkron hzda dner ve rotora gre bal hz vardr. Sonuta elektromanyetik olarakindklenen gerilim akm ve moment rotorda retilir. Buradaki moment (bu hzda) yk

srmek iin gerekli olan momente eit olmak zorundadr. Makine bu durumda motor olarakalr.

Eer rotora bir rzgr trbinine balarsak ve senkron hzdan daha yksek bir hzdadndrrsek, rotorda indklenen akm ve momentin yn motor alma durumuna greters ynde olur. Bu durumda makine generatr olarak alr. Trbinin mekanik gcnelektrik gcne evirir ve stator ularna bal yk besler. Eer makine ebekeye paralelolarak alyor ile, ebekeye g temin edecektir.

Yani makinenin generatr olarak alabilmesi iin senkron hzdan daha yksek bir hzdadndrlmesi gerekir. Asenkron makinelerde stator ile rotor arasnda elektriksel bir balantolmayp, tamamen elektromanyetik endksiyon prensibine gre alr. Asenkron makineninalma prensibini transformatre benzetebiliriz. Statordaki yksek gerilim sarglar kendisizerinde ksa devre edilmitir. G her iki sarg ynnde de akabilir. Rotor ile stator dner

alan arasndaki bal hzda transformatr prensibine gre aklanabilir. Bu hz kayma indisiile ifade edilir.(rotorun senkron hzdaki dner alana gre bal kaymas), ve s ile gsterilir

-Nr/Ns(Ns-Nr)/Nss 1==

s : rotorun kaymasNs :senkron hz = 60f/pNr :rotor hz

s: motor almada pozitif, generatr almada ise negatiftir.

s bydke elektromekanik enerji dnm byr. s(kayma) bydke elektrikselkaypta artar. Elektriksel kayp s eklinde aa ktndan (iletme scakl kabul edilebilirlimitler ierisinde tutabilmek iin) bu snn rotordan uzaklatrlmas gerekir. Bu s kk


5/27


Sayfa 5

boyutlu makinelerde fan ile uzaklatrlabilir. Byk boyutlu makinelerde su sirklsyonu ileyaplr.

Srekli hal iletme artlarnda ve s kaymasnda asenkron generatrde aadaki hzlartanmlanr.

Stator aks hz : NsRotor mekanik hz : Nr=(1-s).NsRotora gre stator aks hz : s.NsStatora gre rotor aks hz : Ns=Nr+s.Ns

Asenkron Makinann Hz-Moment Karakteristii

Stator indirgenmi asenkron makine edeer devresi:

I0 mknatslanma akmI1 stator akmI2 rotor akmR1 stator sarg iletken direnciR2 rotor iletken direnci

X1 stator kaak reaktansX2 rotor kaak reaktans

Kaymaya bal R2[(1-s)/s] direnci elektromekanik g dnmn temsil eder.

Makinenin bir fazna ilikin g dnm: I22. R2[(1-s)/s]

3 g dnm: Pem=3. I2.R2[(1-s)/s] [watt]

Mekaniksel moment: Tem=Pem/

Tem : Rotorda oluan elektromekanik moment [Nt-m]

: Rotorun asal hz=2.Ns. (1-s)/60 ;

Pemve , Tem ifadesinde yerine yazlr ise

Tem

=180/(2.Ns).I2.(R

2./s) [Nt-m]


6/27


Sayfa 6

Moment-hz veya moment-kayma karakteristii s in belirli bir aral iin izilir ise aadakikarakteristik elde edilir.

KaymaS""

Eer makine s>1 blgesinde alyor ise ve o anda makine ters ynde dndrlr ise(herhangi iki fazn yerleri deitirilir ise), makine btn gc absorbe eder ve bu durumda

fren gibi alr. Bu durumda I2.R kayb rotor iletkenlerinde s eklinde aa kar ve bu ssistemden uzaklatrlmaldr. Eddy (girdap) akm frenlemesi bu prensibe gre alr. Acil

durumlarda ebekeye paralel alan generatr, stator ularndaki 3 gerilimlerinin sras

deitirilerek fren olarak kullanlabilir. Bu ilem manyetik ak dalgasnn rotora gre dnynn deitirir.

RNEK:

6 kutuplu 50 Hzli asenkron motor nominal gcne kaymann %3 olmas durumundaulamaktadr. Nominal gteki rotor hzn hesaplaynz.

ZM :

Bota alan makinenin senkron hz

Ns = (60.f)/p = 60.50/(6/2)=1000 (dev/dk)

Rotor hz: Nr = (1-s).Ns = (10,03).1000 = 970dev/dk


7/27


Sayfa 7

Kendinden uyartml asenkron generatr:

Eer stator, 3l uyarma akm sistemi ile birlikte dizayn edilirse milli rzgr trbinine ve dilikutusuna bal olan makine balangta motor olarak almaya balayacak ve senkron hz

yakalama ynnde hzn arttracaktr. Rzgr hz generatr miline senkron hz aacakseviyede etki edince, asenkron makine otomatik olarak generatr almaya geecektir veelde edilen elektriksel gc stator sarglar zerinden ebekeye aktarlacaktr. Fakat tm bu

srete 3l mknatslanma akm nereden temin edilmektedir. Eer makine ebeke ile

paralel alyor ise, bu akm ebekeden temin edilir. Bununla birlikte, makine harici birkondansatr balayarak makinenin ihtiyac olan uyarma akm ebekeye ihtiya olmaksznsalanm olur.

Kendinden uyartml generatrn temel mant, stator uyarma sargsnn sahip olduuendktans ile ilave edilen harici kondansatr arasnda rezonans durumu oluturmaya

dayanr. Buradaki osilasyon frekans yani rotor uyarma frekans harici kondansatr boyutunabaldr. Buradaki kondansatr tek ynl olarak rzgr trbin hzn kontrol imkan verir.

ekil: Kendinden uyarml 1l asenkron generatrn L ile C belirli bir frekansta rezonansagirerek osilasyona neden olur

Not: Yukarda verilen kayma ifadesi bu makine iinde aynen geerlidir.

rnein senkron hz 3000 dev/dk olan 2 kutuplu, 60 Hz asenkron generatr

NR=(1s)NsNR=[1 (0,01)].3000 = 3030 dev/dk

Kayma yaklak %1 civarndadr. Generatr modunda olduu iin (0,01) alnmtr.

Not: Asenkron generatrn bir nemli avantaj da, ani ve sert rzgr deiimlerinde oluacakok darbeleri absorbe etme zellii olmasdr. nk ani olarak rzgr hznn deimesi,kaymann da artmas veya azalmas ile neticelenir; bu zellik mekanik ekipmanlar zerinderzgrn oluturduu oklarn absorbe edilmesinde yardmc olur.


8/27


Sayfa 8

1.6.2.1.2. ROTORU SARGILI (BLEZKL) ASENKRON MAKNALAR

Statordakine benzer olarak rotor zerinde de 3 fazl sarglar mevcuttur. Sarglar rotorzerindeki oluklar boyunca dzgn olarak datlr ve genelde 3 telli yldz (Y) olarak balanr.

Rotor zerindeki sargnn dier ular ise bilezik ve fralar zerinden d devreye (diren veyafrekans konverterine) baldr. Bylece bu tip asenkron makinalarn rotor ve statorlarbirbirlerinden farkl frekanslara sahip iki farkl AC kaynaa balanabilirler. Bu tr makinalarift beslemeli makinalar olarak adlandrlrlar. Bu makinalar, rnein motor olarakaltrlrken deiken hzl pompalar srmede kullanlabilirler. Bu makinalar ayn zamandarzgr trbinleri tarafndan srlen deiken hzl generatr olarak da kullanlabilirler.

Motor alma ve Hz likisi: Bilezikli 3 fazl asenkron motorlarda, stator frekans 50veya 60 Hz olan ebekeye baldr. Bu motorlarda rotoru rezistif bir yke balamak yerinefrekans rnein 20 Hz olan ikinci bir kaynaa baladmz dnelim.

ROTOR

Esfs=20 Hz

Esfs=50 Hz3~

STATOR

ir

Bu durumda ift beslemeli bilezikli asenkron motorun nasl altn gzlemleyelim.Makinamz 3 fazl, 6 kutuplu olsun ve statoru 50 Hzlik bir ebekeye balansn. Bu durumda

statorda oluacak manyetik alan aks, J #$" #$"0'" { senkron hz ilednecektir. Eer bu dn saat ynnde ise, stator aks { ile saat ynndednyor demektir. Rotor 20 Hzlik kaynaa bal olduundan, rotor manyetik alan aks,J #$"0$" { ile dner. Bu aknn ise rotor referansna gre saat ynndedndn kabul edelim. Bu durumda (dardan bakan bir gzlemciye gre) statorkutuplarn rotor kutuplarna kilitlemek iin her ikisinin de ayn hzda dnmesi gerekir. Yanirotor aks da saat ynnde 1000{ ile dnmesi gerekir. Bu durum ancak rotorunkendisinin . { ile dnmesi ile mmkndr.


9/27


Sayfa 9

Eer rotor { dan farkl bir hzda dnerse, rotor kutuplar statorkutuplarndan kayacaktr. Bu durumda ortalama moment sfr olacaktr ve motor durmayabalayacaktr. zetle, makinann rotoru sadece ve sadece 600{ da dnyor isemotor modunda alacaktr. Buna motor alt senkron (senkron alt) hzda alyor denir.Rotor ularndaki bileziklerden herhangi ikisinin ucu yer deitirilir ise, rotor manyetik alanaks, rotor referansna gre saatin tersi ynnde dnecektir. Bu artlar altnda statorkutuplar, rotor kutuplarn ancak saat dnme ynnde

- da

kilitleyebilir. Buna motor senkron st hzda alyor denir.

Bu rnei genelletirirsek, makina ancak aadaki muhtemel hzlardan birinde motor

olarak alabilir.

J #$" - J #$" . Burada;

Statora uygulanan frekans Rotora uygulanan frekansJ Rotor hz [d/dk.] Kutup says

Motor alma ve Hz likisi: ncelikle rotoru sargl motordaki aktif g dalmndikkate alalm. Bu motorun sarg ular harici rezistif bir yke bal olsun. Bu durumdaki gaknn motor bileenleri boyunca yapt dalm aada gsterilmitir.


10/27


11/27


Sayfa 11

Alt-Senkron Hzda alma: ift beslemeli asenkron motorun rotoru, frekans olanbir kaynana balanrsa, kayma deerinde otomatik olarak sabitlenecektir.Yani motorun hz da sabit olacaktr [Aslnda bu makina senkron makinann zel bir haliolarak ta adlandrlabilir].

Esasnda yukarda anlatlan g eitlikleri buras iinde geerlidir. Aadaki ekildende grlecei zere

. ve rotor tarafndan aktarlan g, olup rotor direnleri zerinde aktarlan gten

arta kalan ksm gc olarak kaynan besler. Yine bu durumda, ''0 olur.


12/27


Sayfa 12

st-Senkron Hzda alma: Eer kaynann faz dn sras tersine dndrlrise motor senkron-st hzda alr. Bu alma durumunda rotor devresindeki g ak

tersine dner. Ancak niceliksel g ilikileri halen korunur.

kayna tarafndan retilen gc burada tersine dner ve mekaniksel gc artrr.

-

Yine burada moment, ''0

dir. Bu tr motorlar, pompa uygulamalar gibi deikenhzl yklerin srlmesinde kullanlabilir.


13/27


Sayfa 13

Generatr alma: ift beslemeli asenkron makinalar generatr olarak taaltrlabilir. Bunun iin tek gerekli olan makinann miline senkron-alt veya senkron-st

hzda alacak seviyede dndrme kuvveti uygulayabilmektir. Bu ekilde rotor kutuplarstator kutuplarnn biraz nnde olacaktr. Bu durumda g ak ynleri aada gsterildiigibi olacaktr.

Es

Pr

s.Pr

Pes

DLKUTUSU

PLPer

Er

Pjr

Pv

PFEPjs

Pm

Tmnr

r= s(1-s)

Pm = Pr(1-s)

ekil X. Senkron-alt modda generatr alma

Es

Pr

s.Pr

Pes

DLKUTUSU

PL

PerEr

Pjr

Pv

PFEPjs

Pm

Tmnr

r= s(1+s)

Pm = Pr(1+s)

ekil XX. Senkron-st modda generatr alma


14/27


Sayfa 14

Senkron-alt modan senkron-st moda geite sadece frekans ve kaynann fazdn sras deimektedir.

RNEK: Nominal gc 1000 kW olan 3 fazl 6 kutuplu ift beslemeli bir asenkrongeneratr bir rzgar trbini tarafndan srlmektedir. Makinann statoru frekans 50 Hz olan

ebekeye ve rotor sarglar ise ayn hattan beslenen ve 20 Hze dnm salayan birkonvertere baldr. Makina senkron alt hzda almakta ve rzgar trbini (kanat k) 600hp g retmektedir [1 hp = 746 watt]. Rzgar trbini makinann rotoruna ykseltici bir dilikutusu zerinden baldr. Sistemdeki g kayplar,

- dili kutusu ve dier srtnme kayplar - rotor H$ kayplar

- stator

H$

kayplar

% - stator demir kayplar - konverter kayplar

olarak verildiine gre;

(a)Rotorun alt senkron hzn, J{(b)Rotora aktarlan mekanik gc, { (c) Rotordan statora aktarlan elektromanyetik gc,

{

(d)Rotora aktarlan momenti, { (e)Rotor sarglarna aktarlan elektriksel gc, { (f) 50 Hzlik ebekeden absorbe edilen elektriksel gc,${ (g)50 Hzlik ebekeye stator sarglar tarafndan aktarlan gc, { (h)Verilen rzgar trbin montajnn genel verimini,

hesaplaynz.


15/27


Sayfa 15

ZM:


16/27


Sayfa 16

1.6.2.2. SENKRON MAKNALAR

Senkron makine belirli bir sabit frekans reten ve sabit hzda alan bir elektrik makinesidir.Bu sebepten dolay rzgr santrallerinde deiken hzda iletime ok uygun deildir. Ayrcamakinenin DC uyarma ihtiyac olduundan bilezikler zerinde kayan karbon fralara ihtiyac

vardr. Bu durum senkron makinenin rzgr trbinlerinde kullanmda bir snrlama oluturur.

Bu mukabil senkron makine ebeke ile paralel altnda, asenkron makinenin ebeke ileparalel almasna gre avantaj vardr. nk senkron makine ebekeden gelecek reaktifgce ihtiya duymaz. Gnmzde rzgr santrallerinde kullanlan elektrik generatr genelolarak asenkron makinelerdir.

1.7. RZGR G SSTEM TOPOLOJLER

1.7.1 DORU AKIM GENERATRLERN KULLANAN TOPOLOJ

DCY

K


17/27


Sayfa 17

1.7.2 ASENKRON GENERATRLERN KULLANAN TOPOLOJ

Temel olarak enerji dnm sistemlerinde kullanlan asenkron generatrler 3 eittir.Bunlar sincap kafesli, bilezikli (rotoru sargl) ve ift beslemeli asenkron generatrlerdir.

Sincap kafesli asenkron makine bir ac sisteme dorudan balanp sabit hzda iletilebileceigibi g elektronii niteleri ile birlikte deiken hzlarda da iletilebilir. Bilezikli asenkrongeneratrler ise kayma kontroln salayan rotor direnleri ile birlikte bir ac sistemedorudan balanabilirler. Burada kayma kontrol ile iletim hz ancak belirli hz aralklarndaayarlanabilir. ift beslemeli asenkron generatr ise g elektronii dntrclerininboyutuna bal olarak ok daha geni aralklarda hz ayarlama imkn verir.

1.7.2.1. EBEKEYE DORUDAN BALI ASENKRON GENERATR

ebekeye dorudan bal asenkron generatrler kk ve orta lekli rzgr trbinlerindekullanlmaktadrlar. Bir dili kutusu rotor kanatlarnn hzn ayarlar. Bu durumda asenkrongeneratr senkron makine da olduu gibi ebekeyle senkronize olmak zorunda deildir.letim hzna ilave bir kontrole ihtiya duymakszn ular. Ancak generatr boyutubydke, bu makineler ebekeye balant esnasnda olduka yksek bir balang akmnaneden olurlar. Moment kontrol bu balang akmn snrlandrabilir.

ekil: ebekeye dorudan bal asenkron generatr (Not: Asenkron makineler reaktif gceihtiya duyarlar. Bu ihtiyac karlamak amacyla ekildeki gibi reaktif g kompanzasyonu

uygulanabilir.)

Rotorda stall reglsyonu yksek rzgr hzlarndaki gc kstlar. Rzgr hzlar deitikekayma deitiinden, bu generatrlerin hz, rzgr hz deitike deimektedir. Dolays ilebu makineler hzl deien dalgalanmalar azaltabilir. Asenkron rzgr generatrleri srasal hzdeiimleri arasnda yaklak %10luk bir deiime msaade eder. Bununla beraber,kaymann ykselmesi ile kayplar artacak, yani verim decektir. Bu nedenle modernuygulamalarda deiken kayma (s) zelliine sahip asenkron makineler kullanlr. Bu

generatrlerde sarg ular ksa devre edilmi kafes rotorlar kullanlmaz. Buna mukabil

kontrol edilebilir deiken direnli rotor devreleri yer alr. Rotor sarglar ya harici deiken


18/27


Sayfa 18

bir dirence bilezikler vastasyla baldr, ya da rotor ile birlikte dnen kontrol edilebilir birdirence baldrlar.

Aadaki ekilde rotor sarglarna ayarlanabilen diren bal bir asenkron makine ve hz-

moment karakteristiklerindeki deiim verilmitir.

ekil x: Rotor direncinin deimesi ile kayma-moment deiimi arasndaki iliki

Maksimum moment (Mmax) direncin artmas ile birlikte yksek kayma deerlerinde oluur.G ise moment ile orantl olduundan yksek hzlarda g artar ve g dalgalanmalarazalr. Aadaki ekilde rotor hz ile rotor gc arasndaki ilikiyi vermektedir.

nv

RTSR

2== , forml dikkate alndnda gcn rotor hz ile olan ilikisi ortaya

konabilir. Not: pcAvP3

2

1= ve )(fcp = ve )/( dkdevnf == .

Stator frekans ve dili kutusu rotor hzn belirler, ve bu deer ancak kaymaya bal olarak

deitirilebilir (ekil x).

Aadaki ekilde ebekeye dorudan bal asenkron generatrl bir rzgr trbininin g-hzkarakteristii verilmitir.


19/27


Sayfa 19

smv /13=

smv /12=

smv /11=

smv /11=

ekil xx: ebekeye dorudan bal asenkron generatrl bir rzgr trbininin g-hzkarakteristikleri

Grld zere, eer rotor hz sabit kalrsa, trbin hibir zaman optimal g retimineulaamaz. Bu nedenle en uygun retim iin rotor hz (elektriksel hz) farkl rzgr hzlar iinfarkl hzlarda olmaldr.

1.7.2.2. DEKEN HIZ KONTROLL ASENKRON GENERATRLER

ebekeye dorudan bal asenkron generatrlerde grld zere deiken kayma zelliigeneratrn hzn deitirebilir. Ancak yksek kayma oran, rotorda yksek kayplara neden

olacandan, kayma miktarnn %10 seviyelerini gememesine dikkat edilir. Bununla birlikterotor gc ebekeye aktarlarak generatr hz kontrol iin kullanlabilir. Eer generatr hzsadece ebeke frekansndan daha yksek hzlara ulaacak ise, bu durum iin kullanlacakdevre senkron st (oversynchronous convertor) kaskad konvertr olarak adlandrlr. Bu

devrenin enbyk dezavantaj, yksek reaktif g talebidir.

ekil xxx: Kaskad konverterli deiken hz kontroll asenkron generatr.


20/27


Sayfa 20

Senkron st (oversynchronous convertor) kaskad konvertr sadece rotor gcn ebekeyeaktarabilirken ift beslemeli (double-fed) asenkron generatr her iki ynde de gtransferine imkan tanr (rotordan ebekeye ve ebekeden rotora). Bu amala direkt olarak

bal bir AC/AC konverter kullanlabilir (ekil 4x).

Asenkron

Generatr

Dili

Kutusu

Kanatlar

Transformatr

EBEKE

AC-AC konverter

ekil 4x: ift beslemeli AC/AC konverterl (double-fed) bir asenkron generatr

ift beslemeli bir asenkron generatr hem senkron st, hem de senkron alt hzdailetilebilir. Bylelikle generatrn reaktif g ihtiyac kontrol edilebilir. Bu sistemindezavantaj yksek maliyati ve nerji kalitesi ile ilgili problemlere neden olmasdr.

1.7.3.SENKRON GENERATRLERN KULLANAN TOPOLOJ

1.7.3.1. EBEKEYE DORUDAN BALI SENKRON GENERATR

Senkron makineler uyarma akmlar kontrol edilmek sureti ile hem reaktif g reticisi hemde reaktif g tketicisi olabilir. Yani reaktif g talepleri kontrol edilebilir. Senkronmakineleri uyarmak iin sabit mknatslarda kullanlabilir. Ancak bu durumda senkronmakinelerin reaktif gc kontrol edilemez.


21/27


Sayfa 21

ekil 5x: ebekeye dorudan bal senkron generatr

Asenkron generatrn aksine, senkron generatr sabit hzda iletilir. Bu durum ise rzgrtrbinlerinde olduka zor bir durumdur. Bu nedenle dorudan balantl senkrongeneratrler ada ebeke uygulamalarnda bamsz (stand-alone) uygulamalar iinkullanlrlar. Bu makinenn ebekeye direkt olarak balans neticesinde oluacak bir diermahsur ise ebekedeki yk deiimlerinin generatr zerinde yksek mekanik zorlamalar

oluturmasdr. Bu nedenlerden tr senkron makineler genellikle ebekeye direkt olarakbalanmazlar.

1.7.3.2. DC BARA BALANTILI SENKRON GENERATRLER

DC bara balantl senkron generatrler (frekans konvertrl senkron makinalar dadenmektedir) ebekeye dorudan bal senkron generatrlerin dezavantajlarn ortadankaldrabilir.

ekil 6x: DC bara balantl senkron generatrler


22/27


Sayfa 22

ekil 7x de grld zere dk ve orta hzl tm rzgr hzlarnda rotor hz deitirilerekmaksimum g noktalar yakalanabilmektedir. Yksek rzgr hzlarnda ise gc snrlamak

trbin gvenlii asndan zaten gereklidir.

Frekans konvertrleri vastas ile ebeke frekans yakalanabildiinden ilave bir dili kutusuna

ihtiya duymazlar. Bu nedenle gnmzde bir ok makina dili kutusu barndrmazlar. Ancakbu trbinler iin retilen senkron makinalar yksek sayda kutuplu yaplrlar (kutup saysgenelde 80 ve zeridir.) Bu makinalarn belli bal avantajlar:

Daha az malzeme ihtiyac Daha dk maliyet Daha az grlt

PWM inverterlerin kullanlmas ile reaktif g kontrol de yaplabilmektedir.

Rotor Hz, n

smv /13=

smv /12=

smv /11=

smv /11=

1

2

ekil 7x: Sabit hzl (1) veDC bara balantl (2) senkron generatrlerin alma noktalar

1.8. MAKSMUM G LETM N HIZ KONTROL

Deiken rotor hznn nemi:

Hatrlanaca zere rotor verimi cp, kanat ucu hz orannn (KHO) bir fonksiyonudur. Modernrzgr trbinlerinin verimli iletimleri, KHO deerleri 46 civarnda olduu zaman oluur.Yani kanat u hz rzgr hznn 46 kat civarnda ise bu tr trbinler verimli olarakiletilirler.


23/27


Sayfa 23

TSR

dealde maksimum verim trbin kanat hznn rzgr hz deiimi ile srekli olarakayarlanmas durumunda elde edilir. rnein aadaki grafik farkl trbin dnme hznailikin verim-rzgr hz deiimini gstermektedir.

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0.0

7 9 11 13 15 17

20 dev/dk 30 dev/dk 40 dev/dk

Rzgar hz m/s ekil: Grld zere kanat verimi, kanat dnme hz deitirilerek arttrlabilir.


24/27


Sayfa 24

Grafik dikkatle incelenirse; cpnin maksimum olduu noktalar olduka az deien bir

karakteristie sahip. Yani dev/dk deerini srekli deitirmek, ayrk birka dev/dk deerinesahip olmaya nazaran az bir miktar avantajldr. Kontrol kolayl asndan ayrk deerlereayarlama yapmak tercih edilebilir.

1.8.1 RZGAR TRBNLERNDE TEMEL G KONTROL PARAMETRELER

Bir rzgar trbin modeline ilikin srekli hal mekanik g karakteristii;

p

oo

m cvA

v

v

v

v

vAP ...2

1

2

11

...2

1 3

2

3

=

+

=

olarak elde elde edimi idi. Burada cp parametresi KHOnun bir fonksiyonudur. KHOparametresi ise kanat as (k) ayar edilerek kontrol edilir. Yani hem KHOnun, hem deknn bir fonksiyonudur.

U X EAada, rnek bir cp fonksiyonu grlmektedir. Verilen grafik ise farkl kanat alar iin cpnin KHO ile deiimini gstermektedir.

U @ "5""[= . $#[=# .E .DW!Y=

/,Y= .%


25/27


Sayfa 25

Dolays ile burada generatr hz (r), kanat as ve rzgar hz parametreleri kontrolsisteminin giri byklkleri olarak kullanlrlar. k bykl ise generatr milineuygulanan moment olarak hesaplanr.

1.8.2. SNCAP KAFES ASENKRON GENERATRL RZGR TRBN (SABT HIZLI)

Aada deiken kanat al bir rzgar trbini tarafndan srlen sincap kafesli asenkrongeneratrne ilikin kanat as kontrol sisteminin prensip emas grlmektedir. Kanat askontrol edilerek elektriksel k gc, nominal mekanik gce eitlenir. Eer elektriksel g,mekanik g nominal deerini aarsa kanat a deeri ykseltilerek k g tekrar nominaldeere eitlenir.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0 5 10 15

Cp

KHO

Alfa (0 derece) Alfa (5 derece) Alfa (10 derece)

Alfa (15 derece) Alfa (20 derece)


26/27


Sayfa 26

Burada rotoru rzgar trbini tarafndan srlen asenkron generatrn stator sarglar

dorudan 3 fazl ebekeye baldr. Rzgar trbini tarafndan yakalanan mekanik g,asenkron generatr tarafndan elektrik enerjisine dntrlr ve stator sarglar zerindenebekeye aktarlr. Kanat as dk rzgar hzlarnda maksimum gc verecek ekilde,yksek rzgar hzlarnda ise nominal gc verecek ekilde kontrol edilir. Burada gretebilmek iin asenkron generatr hz, senkron hzn biraz zerinde olmaldr. Buradahzdaki dalgalanmalar olduka dk tutulduundan, bu tr rzgar trbinleri sabit hzl rzgar

trbinleri olarak adlandrlr. Asenkron generatrn ihtiyac olan reaktif g ya ebeketarafndan veya kondansatr gurubu, SVC, STATCOM ve seknron kompanzatr (senkronkondenser=Bota alan senkron motor gibi, gerilim reglatr ile uyarmas kontrol edilerekbazen kapasitif, bazen de endktif g ekmesi salanr. Bylece istenilen g faktrayarlanm olur) gibi dzenekler vastas ile karlanr.

Sabit hzl rzgar trbinlerinde, generatr ebeke ortak balant noktasna dorudan balanr.Burada ebeke frekans generatrn dn hzn belirler. Generatr hz kutup ifti saysnave ebeke frekansna baldr. Sincap kafesli asenkron generatr kullanan rzgar trbinlerininhzlar en fazla %1-2 civarnda deiim gsterir. Burada g aerodinamik yap sayesindekontrol edilebilmektedir. Burada eit kontrol vardr: i.) Kanat a kontrol (pitch control),ii.) pasif durdurma kontrol (kanatlar rotor gbeine sabit a ile sabitlenmitir. Buradatasarm rzgarn ok hzlanmas durumunda kanatlarda trblans oluturarak kanatlarnyavalamas salanr. Burada kanat bklml yapdadr.) , ii.) aktif durdurma kontrol (kanata kontroll yapya olduka benzer. Dk rzgar hzlarnda kanat alar maksimum

momenti salayacak ekilde ayarlanr. Makine nominal gce ulatktan sonra yksek rzgarhzlarnda ar yke maruz kalyor ise kanat alar kanat a kontroll trbinlerin aksine tam ters yne getirilir. Bylece makine neredeyse btn yksek hzlarda maksimum gdeerinde altrlabilir. Pasif durdurmann aksine burada daha hassas g kontrolyaplabilmekte ve daha geni aralklarda optimum gce ulalabilmektedir.)


27/27

0124730 Rzgar ve Gne Enerjili G Sistemleri Do Dr Mudeem TANRIVEN

1.8.3. FT BESLEMEL ASENKRON GENERATRL RZGR TRBN (DEKEN HIZLI)

ift beslemeli asenkron generatrl rzgar trbin sisteminin prensip emas aadaki ekildegsterilmitir. AC/DC/AC konverter sistemi ebeke taraf ve rotor taraf olmak zere ikiye

ayrlr. Her iki konverter de gerilim beslemeli konvereter olup, AC ile DC gerilimleribirbirlerine balar. Her iki konverter arasndaki kondansatr bir DC gerilim kayna gibidavranr. ebeke ile balanty salamak zere ise bir endktans eleman kullanlmtr. 3 fazlrotor sarglar rotor taraf konverterine bilezik ve fralar zerinden bal iken, stator sarglarise dorudan ebekeye baldr.

Rzgar trbini tarafndan yakalanan g, asenkron generatr tarafndan elektriksel gceevrilirken, bu g hem rotor hem de stator sarglar zerinden ebekeye aktarlr. Buradakontrol sistemi kanat as ve gerilim kumanda sinyallerini (Vr ve V) retir ve bylecetrbinin k gc, DC bara gerilimini, ebeke tarafndaki AC gerilimi ve reaktif g miktarayarlanr.

KONTROL

ift beslemeli asenkron generatrl rzgar trbin sisteminin alma prensip emas

rÜzgÂr tÜrbİnlerİnde kullanilan elektrİk makİnalari

Documents