40
T.C. KARADENĠZ TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ Gökay KIRCA Sadullah TURAN Gökhan DABAK Muhsin BAKDEMĠR DanıĢman Yrd. Doç. Dr. Halil Ġbrahim OKUMUġ Haziran 2012 TRABZON

ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

  • Upload
    others

  • View
    7

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

T.C.

KARADENĠZ TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ

Mühendislik Fakültesi

Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR

TÜRBĠNĠ

Gökay KIRCA

Sadullah TURAN

Gökhan DABAK

Muhsin BAKDEMĠR

DanıĢman

Yrd. Doç. Dr. Halil Ġbrahim OKUMUġ Haziran 2012

TRABZON

Page 2: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

T.C.

KARADENĠZ TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ

Mühendislik Fakültesi

Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR

TÜRBĠNĠ

Gökay KIRCA

Sadullah TURAN

Gökhan DABAK

Muhsin BAKDEMĠR

DanıĢman

Yrd. Doç. Dr. Halil Ġbrahim OKUMUġ Haziran 2012

TRABZON

Page 3: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

LĠSANS BĠTĠRME PROJESĠ ONAY FORMU

Gökhan DABAK, Gökay KIRCA, Muhsin BAKDEMĠR ve Sadullah TURAN

tarafından Yrd. Doç. Dr. H. Ġbrahim OKUMUġ yönetiminde hazırlanan „„Asenkron

Generatörlü Rüzgar Türbini” baĢlıklı lisans bitirme projesi tarafımızdan incelenmiĢ,

kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak kabul edilmiĢtir.

DanıĢman : Yrd. Doç. Dr. H. Ġbrahim OKUMUġ

Jüri Üyesi 1 :

Jüri Üyesi 2 :

Bölüm BaĢkanı :

Prof. Dr. İsmail H. Altaş

Page 4: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

V

ÖNSÖZ

Günümüzde enerji kaynaklarının büyük çoğunluğunun fosil yakıtlardan karĢılanması,

artan dünya nüfusu ile birlikte bu kaynakların yetersiz kalmasına sebep olmuĢtur. ArtıĢ

gösteren enerji talebi, toplumları alternatif enerji kaynaklarına yönlendirmiĢtir.

Yenilenebilir enerji kaynaklarının fosil kökenli enerji türlerine göre avantajlı olması bu

konuda yapılan çalıĢmaları hızlandırmıĢtır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan

rüzgar enerjisinin hem maliyet hem çevreci hem de Türkiye Ģartlarına uygun oluĢu bu

enerji türünü ön plana çıkarmıĢtır. Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile

elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan rüzgar enerjisi

potansiyelini daha fazla oranda kullanılmasında daha bilinçli olunmasını temenni

ediyoruz.

Bitirme projemizin hazırlanma aĢamasında bizlere katkıda bulunan baĢta proje danıĢmanımız

Sayın Yrd. Doç. Dr. H. Ġbrahim OKUMUġ‟ a, Prof. Dr. A. Sefa AKPINAR‟ a, bölüm olanaklarının

bitirme çalıĢmalarında kullanılmasına izin verdiği için bölüm baĢkanlığına, desteklerinden dolayı

Mühendislik Fakültesi Dekanlığı‟ na, KTÜ Rektörlüğü‟ ne ve bölümümüz teknisyenlerinden

Yüksel SALMAN‟ a teĢekkür ederiz.

Ayrıca bizleri bu günlere getirmek için emek sarf eden, bütün zorluklara rağmen

desteklerini esirgemeyen ailelerimize Ģükranlarımızı sunuyoruz.

Haziran 2012

Gökhan DABAK

Gökay KIRCA

Sadullah TURAN

Muhsin BAKDEMĠR

Page 5: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

VII

ĠÇĠNDEKĠLER

Lisans Bitirme Projesi Onay Formu iii

Önsöz v

Ġçindekiler vii

Özet ix

Semboller ve Kısaltmalar x

1. GiriĢ 1

2. Teorik Altyapı 3

2.1. Rüzgar Türbin Kesiti 3

2.2. Asenkron Generatör 5

2.3. Uyarma Kapasitesi 7

2.4. Akü Grubu 11

3. Tasarım 14

3.1. KayıĢ- Kasnak Sistemi 14

3.2. Rüzgar Türbininin Pervane Kanatları 15

3.3. 3 Fazlı Doğrultucu 18

3.4. Rüzgar Türbini Kulesi 20

3.5. ÇıkıĢ Akımı SınırlandırılmıĢ Gerilim Regülatörü 21

3.6. Güvenlik Önlemleri 23

3.7. Standart ve Kısıtlar 23

4. Simülasyon ÇalıĢmaları 24

4.1. 3 fazlı Doğrultucu Multisim ÇalıĢması 24

4.2. ÇıkıĢ Akımı SınırlandırılmıĢ Gerilim Regülatörü Simülasyon ÇalıĢmaları 25

Sonuç

Yorumlar ve Değerlendirme

Kaynaklar

Ekler

ÖzgeçmiĢ

Page 6: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

IX

ÖZET

Yenilenebilir enerji kaynağı olan rüzgar enerjisini konu edinen bu projede, rüzgarın

sahip olduğu gücün ülkemizde elektrik enerjisi talebine bir ölçüde cevap vermesi

gerektiği üzerine durulmuĢtur.

ÇalıĢmamızda asenkron makine reaktif güç sağlayan uyarma kapasitelerinin de

yardımıyla generatör olarak çalıĢtırılmıĢtır. Makinenin devrini arttırmak için kayıĢ-

kasnak sisteminden yararlanılmıĢtır. Reaktif gücün oluĢturduğu manyetik alanla ve

rotorun yeterli hızda döndürülmesiyle çıkıĢta elektrik enerjisi elde edilmiĢtir. Elde

edilen bu elektrik enerjisi öncelikle bir doğrultucu devresinden geçirilip regülatör

devresi yardımıyla sabit doğru gerilim elde edilmiĢtir. Bu doğru gerilim sonradan

kullanılmak üzere akülerde depolanmıĢtır.

Bu projede, herhangi bir elektrikli aletin rüzgar enerjisi sayesinde çalıĢtırılabileceği

gösterilmiĢtir. Sistemimizin geliĢtirilmesiyle daha fazla güç elde edilebileceği yapılan

sonuçlarla görülmüĢtür.

Page 7: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

XI

SEMBOLLER VE KISALTMALAR

ASM: Asenkron Makine

SKAG: Sincap Kafesli Asenkron Generatör

DC: Direct Current ( Doğru Gerilim )

AC: Alternative Current ( Alternatif Akım )

ENH: Enerji Nakil Hattı

EMK: Elektro Motor Kuvvet

TSE: Türk Standartları Enstitüsü

ÇEVKO: Çevre Koruma ve Ambalaj Atıkları Değerlendirme Vakfı

Page 8: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

1. GĠRĠġ

Dünya nüfusunun hızla artmasıyla birlikte fosil kaynaklı yakıtların fazla miktarda

tüketilmesi ciddi çevre sorunlarını beraberinde getirmektedir. Dünyanın karĢı karĢıya

kaldığı bu çevresel sorunlar insanları yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımına

yöneltmiĢtir. Tükenmeyen enerji kaynaklarına olan bu talep projemizin çıkıĢ noktasını

oluĢturmuĢtur. Biz de hem çevreye zarar vermeden elektrik enerjisi üretmek hem de bu

konuya ilgi çekmek amacıyla “Asenkron Generatörlü Rüzgar Türbini” projesini

tasarladık. Projemiz genel anlamda mekanik enerjiden elektrik enerjisi elde edilmesi

olarak tanımlanabilinir. Sistemimiz güç elektroniği, elektrik makineleri ve enerji

dönüĢümü gibi konuları kapsamakta ve bu konularda etkin bir bilgi gerektirmektedir.

Projemizde asenkron motor generatör olarak çalıĢtırılarak elektrik enerjisinin üretilmesi

amaçlanmaktadır. Belirli bir hızda esen rüzgar pervane kanatlarını döndürerek motora

mekanik bir güç sağlamaktadır. Pervanenin devir sayısını artırmak için kayıĢ kasnak

sistemi tasarlanarak devir sayısı altı kat arttırılmıĢtır. KayıĢ kasnak yardımıyla motora

gelen mekanik enerji, uyarma kapasiteleri yardımıyla motorun generatör olarak

çalıĢtırılmasına yardımcı olarak makinenin elektrik enerjisi üretmesini sağlamaktadır.

Üretilen AC gerilim, üç fazlı doğrultucular yardımıyla DC gerilime dönüĢtürülerek

regüle devresinin giriĢine verilir. Regüle devresi akünün beslemesini sağlayacağından

çıkıĢta sabit 12V, 0.7A değerlerini sağlamalıdır. Beslenen akü tarafından sağlanan

gerilim ve akım değerleri evirici yardımıyla AC gerilime dönüĢtürülerek herhangi bir

yükü beslemek için kullanılabilinir.

Rüzgar türbinleri elektrik enerjisi üretmek amacıyla Türkiye‟nin çeĢitli yerlerinde

kullanılmaktadır. Bu tip rüzgar türbinleri, büyük miktarda güç üreten, modern ve tam

donanımlı sistemlerdir. Tasarladığımız proje ise küçük miktarda güç üreterek elektrik

enerjisinin ulaĢtırılamadığı merkezden uzak bölgelerde kullanılmaktadır. Ayrıca

sistemimiz ucuz elektrik enerjisi elde edilmesini amaçlayan durumlarda tercih edilebilir.

Üretilen enerji ile konutların aydınlatma ihtiyacını giderilebilir, elektrikli ev aletlerinin

enerji ihtiyacı karĢılanabilinir.

Rüzgar türbinlerinde enerji dönüĢümü asenkron motorlar tarafından sağlanmaktadır.

Bu tip motorlar daha çok büyük güçte, modern ve tam donanımlı uzman kiĢilerce

tasarlanmıĢ türbinlerde kullanılmaktadır. Bunun dıĢında amatör olarak tasarlanan diğer

Page 9: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

2

sistemlerde genel olarak DA mıknatıslı motorlar ve dinamo gibi makineler

kullanılmaktadır. Bu makinelerin tercih nedeni, asenkron motorlarda sabit güç eldesinin

basit, garanti bir yol ve kapasite grubu tarafından uyarılma sorununun olmamasıdır.

Tasarladığımız proje Ġzmir, Çanakkale gibi Ģehirlerde kullanılan modern türbinlerin

bir prototipi olup diğer örneklerinden tamamen farklıdır. Anlatılan bu çalıĢmalar belirli

bir program dahilinde gerçekleĢtirilmiĢtir.

Projemiz çizelge 1.1‟ deki gibi yaklaĢık olarak 11 haftada tamamlanmıĢtır.

Çizelge 1.1 ĠĢ-zaman çizelgesi

Page 10: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

3

2. TEORĠK ALTYAPI

2.1. Rüzgar Türbin Kesiti

ġekil 2.1.‟ de AutoCAD programında çizdiğimiz günümüzde kullanılan bir rüzgar

türbininin kesiti verilmiĢtir.

ġekil 2.1. Günümüzde kullanılan bir rüzgar türbininin kesiti

Burada bulunan önemli bazı elemanların görev ve iĢlevleri ise Ģu Ģekildedir:

Pervane kanatları: Pervane kanatları, rüzgarı yakalar ve rüzgarın gücünü pervane

göbeğine aktarır. Generatöre mekanik enerji sağlayan tribünün en önemli

parçalarındandır.

Makine yeri (Nacelle): Rüzgar tribünün generatör ve kayıĢ - kasnak gibi önemli

parçalarını içerir.

Page 11: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

4

Fren sistemi: Rüzgardan elde edilecek güç rüzgar hızının küpü ile orantılı olup,

özellikle yüksek hızlarda çok büyük güç elde edilir. Rüzgar tribünün kanatları

savrulmaya neden olmaması için belli bir hızda dönmelidir. Yüksek hızlarda tribün

zarar görebilir.

Kayış - Kasnak: KayıĢ - kasnak, solda düĢük hız mili bulunur. Sağdaki yüksek hız

milinin yaklaĢık olarak düĢük hız milinden 6 kat hızlı dönmesini sağlar.

Generatör: Mekanik enerjiyi elektriksel enerjiye çevirir. Büyük güçlerde Ģu

generatörler kullanılır:

-Doğru akım generatörü

-Senkron generatör (bilezikli senkron generatör, sabit mıknatıslı senkron generatör)

-Asenkron generatör (sincap kafes tür asenkron generatör, bilezikli asenkron

generatör)

Elektronik kontrol ünitesi: Türbinin durumunu sürekli izleyen ve mekanizmaları

kontrol eden kısımdır.

Anemometre ve Yelkovan: Rüzgar hızını ve yönünü belirlemek için kullanılır.

Eğim mekanizması(yaw): Eğim mekanizması, pervane ile birlikte makine yerini

rüzgara karĢı döndürmek üzere elektrik motorlarından yararlanılır.

Kule: Tribünlerde nacelleyi ve rotoru taĢıyan kısım.

Projemizde günümüzde kullanılan rüzgar tribünlerinin bir prototipini yapmayı

amaçladığımız için yukarıda verilen elemanların hepsini sistemimizde kullanmayacağız.

Sistemimizde kullanılacak elemanlar Ģunlardır: Kanatlar, kayıĢ - kasnak, sincap kafes

tür asenkron makine, kondansatör grubu, doğrultucu, DC-DC gerilim kıyıcı, akü ve

eviricidir.

Projemizde 3 kanatlı pervane kullanılmıĢtır. Her kanatın uzunluğu yaklaĢık 0.5 metre

olup pervane malzemesi olarak hafif olan PVC kullanılmıĢtır. Kule uzunluğu yaklaĢık

olarak 2-2,5 metredir. Rüzgar türbini rotoru ile generatör birbirine bağımlı olup bunlar

arasında kayıĢ – kasnak sistemi bulunur. KayıĢ – kasnak sistemi rotor kanatlarının

hızına bağlı olarak devir sayısını arttırmaya yardımcı olur.

Page 12: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

5

Generatörün stator uçlarına uygun değerde kapasiteler bağlanıp gerekli reaktif güç

sağlanmıĢtır. Bunun sonucunda manyetik alan oluĢturularak rotorun da dönmesiyle

döner alan oluĢmuĢtur. Bu döner alan sargıları keser ve gerilim endüklenir. Endüklenen

gerilim regülesiz AC gerilimdir. Bu gerilim doğrultulup farklı tepe değerlerine sahip DC

gerilim elde edilmiĢtir. ÇeĢitli değerlerdeki bu DC gerilim DC-DC gerilim kıyıcı

sayesinde sabit DC gerilim elde edilmiĢtir. Bu gerilim akülerde depolanmıĢtır ve ayrıca

evirici sayesinde Ģebeke AC gerilim ve frekansı elde edilmiĢtir. Sistemin blok diyagramı

Ģekil 2.2.‟ de verilmektedir.

ġekil 2.2. Sistemimizin genel bir blok diyagramı

2.2 Asenkron Generatör

Makinenin statoru üçgen bağlıdır. Projedeki hedef, asenkron makinenin (ki bu tarz

motorlar uyartım sargısı taĢımazlar) gerekli uyartım koĢulları sağlandığında, generatör

olarak çalıĢabileceğini göstermektir. ġebekeden bağımsız gerçekleĢtireceğimiz bu

çalıĢmada makinenin nominal hızının üstünde devinmesine gerek kalmamaktadır.

Projemizde, rotoru sincap kafes tür üç fazlı ASM (Asenkron Makine) kullanılmıĢtır.

KullanmıĢ olduğumuz makinenin sahip olduğu plaka değerleri çizelge 2.1.‟ de

verilmiĢtir.

Page 13: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

6

Çizelge 2.1. Asenkron makine parametreleri

MOTOR TĠPĠ Inter motor ĠA 712-4

ANMA GÜCÜ ( kW ) 0,37

ANMA HIZI ( d / dk ) 1330

ANMA GERĠLĠMĠ ( V) 380

ANMA AKIMI ( A ) 1,2

VERĠM ( % ) 67

GÜÇ KATSAYISI ( cosα ) 0,75

ANMA MOMENTĠ ( Nm ) 2,56

EYLEMSĠZLĠK MOMENTĠ ( kgm2 ) 0,0013

AĞIRLIK ( kg ) 6,3

Bu tarz makineler, serbest çalıĢmada hızları ne olursa olsun çıkıĢta mutlaka bir güç

ve tork üretmektedirler. Makine generatör modunda çalıĢırken kayma, sıfırdan küçük

olmaktadır. Buna ait formül aĢağıda verilmiĢtir.

( s < 0 ) [ ( ns - n ) / ns ] ( 1 )

Ancak serbest çalıĢmayı projemizde gerçekleĢtirdiğimizden böyle mecburi bir durum

söz konusu değildir. Yani, rotorun her devrinde mutlaka bir çıkıĢ alınabilmektedir.

Motoru generatör modunda çalıĢtırdığımızda makinenin statorundan güç elde

ettiğimizde generatörün deviniminin daha da güçleĢtiğini gördük. Bu da demek oluyor

ki makinede bir kuvvet oluĢtuğunda, makine bu kuvvete ters yönde bir tepki

doğurmaktadır. Makinenin yüksek hızlarında bu kuvvet, daha da hissedilebilir haldedir.

Böyle bir durum dıĢarıdan türbine uygulanacak küçük torklu kuvvetlerin, makine enerji

üretmeye baĢladığında mil devrini anlamlı bir tur sayısı seviyesinde tutamayacağını

göstermektedir. Bundan dolayıdır ki türbine uygulanacak torku biraz daha arttırıp,

Page 14: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

7

anlamlı tur sayılarını her hâlükârda makinenin miline transfer edebilmek öncelikli

amacımız olmuĢtur. Projede bu problemi, bir kasnak-kayıĢ sistemi kullanarak aĢmaya

çalıĢtık. Projemizdeki asenkron generatör Ģekil 2.3.‟ de rüzgar türbini kulesinin

üzerindeki Ģekliyle gösterilmiĢtir.

ġekil 2.3. Asenkron generatörün projedeki hali

2.3. Uyarma Kapasitesi

Projenin tasarım aĢamasından da bilindiği gibi, ASM‟ ler diğer motorlar gibi uyartım

sargısı taĢımazlar. Sistemimizin tasarımının Ģebekeden bağımsız gerçekleĢmesi ve

gerekli uyartımın Ģebekeden karĢılanamaması durumu, ASM ile yapılan tüm enerji

üretim çalıĢmalarında stator sargılarının uyarma kapasiteleri yardımıyla

mıknatıslanmasını gerekli kılmıĢtır.

Page 15: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

8

Özetle, bir ASM‟ nin Ģebekeden bağımsız olarak yalnız baĢına çalıĢabilmesi için

gerekli ve yeter koĢullar Ģunlardır:

i) Makinenin statorunun mıknatıslanması için gerekli endüktif akım, uyarma kapasitesi

grubu tarafından karĢılanmalıdır ki bu akım uygulama alanında, asenkron generatörün

bağlı olduğu Ģebekedeki senkron generatörler ya da senkron generatörler bulunmuyor

ise kapasitelerden sağlanır [1] ; fakat bizim projemizde ASM Ģebekeye bağlı

olmayacağından, mıknatıslanma akımı kapasite grubu tarafından karĢılanmıĢtır.

ii) Makinenin daha önceki çalıĢmalarından kalan artık bir mıknatıslanma olmalıdır.

Böylelikle stator sargıları uyarma kapasitesinden sağlanan reaktif güçle beslenerek

mıknatıslanacak, akabinde mıknatıslanan bu sargılar makine içerisinde bir döner

manyetik alan üretecektir. OluĢturulan bu döner manyetik alan rotorun da dönmesiyle

stator sargıları tarafından kesilerek bu sargılarda bir EMK endüklenir. Endüklenen bu

gerilim sayesinde rotordan statora doğru bir aktif güç akıĢı gözlemlenebilmektedir.

Projemizde kullanılan uyarma kapasitesi Ģekil 2.4.‟ de gösterilmiĢtir.

ġekil 2.4. Uyarma kapasitesi

Page 16: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

9

Projemizdeki uyarma kapasitemiz üç fazlı olup taĢıdığı bazı bilgiler çizelge 2.2.‟ de

gösterilmiĢtir:

Çizelge 2.2. Uyarma kapasitesi özellikleri

FĠRMA EKON KONDANSATÖR

ANMA GÜCÜ 500 KVAR

ANMA GERĠLĠMĠ 400 V

ANMA AKIMI 7,2 A

ANMA FREKANSI 50 Hz

ANMA KAPASĠTESĠ 3×33 µF

SICAKLIK SINIFI -25/+40 ºC

BAĞLANTI ġEKLĠ D-üçgen

YALITIM DÜZEYĠ 3 kV

Proje için gerekli olan kapasite parametrelerinin hesabı:

XC = VF / IF = 1 / 2πfC (2)

VF / IF = 1 / 2πfC ifadesinden de,

C = IF / 2πfVF (3)

IH = √3.IF

IF: Faz Akımı

IH: Hat Akımı

Page 17: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

10

f: ÇalıĢma Frekansı

C: Faz BaĢına Kapasite Değeri

Yukarıdaki ifadelerden ve makinenin verilen parametrelerinden yola çıkarak:

C = 1.12 / 2π.50.220 = 16.2 µF ( Faz BaĢına ) ( faz baĢına 33 µF seçim yapıldı )

ÇalıĢma Gerilimi ise:

VÇ = 400 V

Q = 400.1.92.0,75 = 576 VAR, fakat bu değerde kapasitenin gücünün daha da

artırılıp patlamalara karĢı daha dirençli olması açısından 5 kVAR‟ lık seçim yapılmıĢtır.

Yukarıdan da anlaĢılacağı gibi kapasite seçiminde kesin bir kural yoktur. Hatta

kapasite değerleri ve reaktif gücü ne kadar yüksek ise statorda daha da anlamlı

gerilimler indükleneceğinden kapasite parametrelerimizi olabildiğince yüksek tutmaya

çalıĢtık. Bu sayede projede ilerlemeler kaydederken ara ara yaptığımız gerilim ölçüm

sonuçlarında sürekli olan küçük devirlerde ( El ile yaklaĢık saniyede bir tam devir

olmayan dönüĢlerde ) 50-60 V gibi sistemimize yetecek büyüklükteki gerilimleri elde

edebileceğimizi gözlemledik. Ayrıca sistemde 400 V gibi büyük değerdeki gerilimleri

de aĢamayacağımızdan, sistemin çalıĢması esnasında kapasitenin patlama ihtimalini de

böylelikle ortadan kaldırmıĢ olduk. Asenkron makinemizin asenkron generatör olarak

çalıĢtırılmasının basit bir gösterimi Ģekil 2.5.‟ de verilmiĢtir.

ġekil 2. 5. Sistem çalıĢmasına ait genel bir gösterim

Page 18: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

11

ġekil 2.6.‟ da uyarma kapasitesini devreye almak için yapılan sistem verilmiĢtir.

ġekil 2.6. Uyarma kapasitelerini devreye almak için yapılmıĢ düzenek

2.4. Akü Grubu

Akü enerjiyi kimyasal konumda depolayan bir elektrik depolama aygıtıdır. Herhangi

bir elektrik devresi ile bağlantı kurduğunda kimyasal enerji elektrik enerjisine dönüĢür.

Projemizde generatör olarak kullandığımız asenkron makineden sabit olmayan

alternatif gerilim elde edilmiĢtir. Elde edilen bu gerilim 3 fazlı doğrultucu sayesinde

doğrultulmuĢtur. Doğrultulan gerilim değerini regüle etmek için kullandığımız devre ise

DC - DC gerilim kıyıcı devresidir. Bu devre çıkıĢındaki regüle edilmiĢ DC gerilim ise

aküde Ģarj edilmiĢtir. Daha sonra kullanılmak istenirse akülerden enerji

Page 19: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

12

sağlanabilmektedir. Akü grubu birbirine seri bağlı 2 adet aküden oluĢmaktadır.

Sistemde kullanacağımız akülerden birisi Ģekil 2.7. „ de gösterilmiĢtir.

ġekil 2.7. Sistemimizdeki akü

Akülerimizin özellikleri ise çizelge 2.3.‟ de gösterilmiĢtir.

Çizelge 2.3. Akülerin özellikleri

GASTON Marka Kuru tip

12 Volt 7 AH

Uzunluk-GeniĢlik-Yükseklik

150x65x94

ġarj gerilimi: 13.5 V – 13.8 V

Page 20: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

13

Akü Ģarj iĢlemi kolay gibi görünse de bazı önemli noktalarını gözden kaçırmamak

gerekmektedir. Dikkat edilmesi gereken en önemli nokta; akım Ģarj değerinin akü

akımının nominal değerinin %10‟ unu aĢmamasıdır. Tek bir aküyü Ģarj edebileceğimiz

gibi 2 aküyü seri bağlayıp 24 Voltluk bir akü grubunu da Ģarj etmek mümkündür. Akü

kullanımında dikkat edilmesi gereken hususlardan biri de akünün pozitif ve negatif

uçlarının hiçbir zaman kısa devre edilmemesidir. Doğru bir Ģekilde seri bağlanan akü

grubunun bağlantı resmi Ģekil 2.8.‟ de verilmiĢtir.

ġekil 2.8. 12 Volt‟ luk iki akünün seri bağlanması

Akü Ģarj iĢlemini gerçekleĢtirdikten sonra DC yük olarak istediğimiz uygun yükleri

aküye bağlayıp bu yükleri çalıĢtırabiliriz. Biz sistemimizi tasarlarken 12 Volt, 0.12

Amper‟ lik bir fırçasız doğru akım motoruna sahip bir fanı rahatlıkla çalıĢtırdık.

Page 21: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

14

3. TASARIM

3.1 Kasnak – KayıĢ Sistemi

Kasnak-kayıĢ sisteminin görevi, makine enerji çevrimi yaptığında devirden düĢmesini

engellemektir. Projenin yapısal olarak en basit kısmını oluĢturmaktadır. Kasnaklar iki

adettir ve büyük olanı kalınlığı 18 mm ve çapı 30 cm olan medefe tür tahta malzemeden;

küçük olanı ise dirin olarak anılan plastik tür malzemeden yapılmıĢ 5 cm‟ lik çapa sahip

kalplinden oluĢmaktadır. Projemizdeki kayıĢ – kasnak sistemi Ģekil 3.1.‟ da gösterilmiĢtir.

ġekil 3.1. KayıĢ – kasnak sisteminin projedeki görünümü

Page 22: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

15

Bir adet kayıĢ ise türbin gövdesine monteli medefe kasnağın kat ettiği mesafeyi motor

miline monteli kalplin elemanına taĢımaktır. Kalplinin çapı, medefe kasnağın çapının 1/6

katı olduğundan türbin bir devrini tamamladığında kalplin altı devir yapmaktadır. Bu da

demek oluyor ki, türbin ile yaklaĢık olarak saniyede bir tam devri sağladığımızda makine

milinde 300-360 dev/dk arası tur elde ederiz ki bu da yaptığımız bazı denemelerde 300

dev/dk‟ nın üzerine çıktığımızda 110 V ( faz – faz ) gibi anlamlı gerilimler elde

edebildiğimizi bize göstermiĢtir.

Bu sistemin, türbin kulesine montajı ise; kulenin yan tarafına bilyeli ve kaynaklı demir

aracılığı ile yapılmıĢtır. Bu sayede, türbin milinin bilyeli sistem içerisinde sürtünmelerden

en az etkilenecek Ģekilde rahatça dönebilmesi amaçlanmıĢtır. Ayrıca medefe kasnağın

kayıĢ yolunun kalplin kasnağın kayıĢ yoluyla aynı düĢey doğrultuda olmasına dikkat

edilmiĢtir.

Proje tasarımının uygulamaya geçirilmesi esnasında, türbin kanatlarının motor

gövdesine ya da kalplinine herhangi bir temasının olmaması amacıyla da 15 cm çapında

1,8 cm kalınlığındaki bir baĢka medefe halkasıyla türbin kanatları, medefe malzemenin

türbin gövdesinin hemen altına monte edilmesiyle kuleden biraz uzaklaĢtırılmıĢtır.

Özellikle, türbinin dönüĢü esnasında sistemde oluĢan büyük savrulmaların önüne geçmek

için kule ayağı bir baĢka tahta malzemeye tutturulmuĢtur.

3.2. Rüzgar Türbinin Pervane Kanatları

Rüzgar tribününde generatöre mekanik gücü kayıĢ-kasnak yardımıyla verecek olan

pervane sistemimizin önemli kısımlarındandır. Kanatlar ahĢap, cam lifli güçlendirilmiĢ

plastik (GRP), PVC veya alüminyum gibi çeĢitli metallerden olabilir. Biz sistemimizde

özellikle hafif olması nedeniyle PVC kullanılmıĢtır. Kanat sayısının fazla olması avantaj

olsa da biz sistemimiz için kanat sayısını üç adet olacak Ģekilde yeterli bulduk. Kanatlar

hakkında diğer önemli bir husus da kanat boylarıdır ki pervane yarıçapı ne kadar artarsa

rüzgardan alınan güç de orantılı Ģekilde artar. Kanatlara çeĢitli kavisler verilerek kanatların

rahat dönmesi sağlanmıĢtır. Pervanelerin kanatları ise günümüzdeki rüzgar türbinlerini

andırsın diye beyaza boyanmıĢtır. Sistemimizin pervane kanatlarına ait özellikler çizelge

3.1. „de verilmiĢtir.

Page 23: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

16

Çizelge 3.1. Rüzgar türbini pervane kanatlarının özellikleri

KANAT MALZEMESĠ

PVC

KANAT YARIÇAPI

0.5 m

KANAT ADEDĠ

3

Yukarıda özellikleri verilen pervane kanatlarının görünümü Ģekil 3.2.‟ de verilmiĢtir.

ġekil 3.2. Pervane kanatları

Page 24: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

17

Rüzgar tribünlerinde kanatların gerekli gücü sağlayan elemanlardır. Rüzgar enerjisi,

_ Pervanenin alanına,

_ Rüzgar hızının küpüne,

_ Havanın yoğunluğuna bağlıdır.

Rüzgarın taĢıdığı güç Ģu formülle hesaplanır:

P=

(4)

Burada:

P( Watt cinsinden güç ),

A= pervanenin taradığı alan( ,r rotor yarıçapı ),

Vr= rüzgar hızı,

ρ= 1.225 Kg / m3 havanın deniz seviyesindeki yoğunluğudur.[2]

Sistemimizde kullandığımız kanatların rüzgar eĢliğinde verimli bir Ģekilde dönebilmesi

için kanatlara gerekli açılar ve kavisler verilmiĢtir. Özellikle projemizin Doğu Karadeniz

Bölgesi gibi rüzgar açısından oldukça fakir olan bir bölgede çalıĢtırılma ihtimali

düĢünüldüğünde bu hususa özellikle dikkat edilmiĢtir. En son haliyle kanatlar saat yönünde

dönecek Ģekliyle tasarlanmıĢtır. Kanat yarıçaplarının uzun olması da rüzgardan

alınabilecek mekanik enerjiyi arttırmaktadır. ġekil 3.3. ve Ģekil 3.4.‟ de sistemimizde yer

alan kanatların ölçüleri ve tüm kanatların monte edilmesiyle oluĢan rüzgar türbinin ön

görüĢü verilmektedir.

ġekil 3.3. Pervane kanatlarının ölçüleri

Page 25: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

18

ġekil 3.4.. Kanatların önden görünüĢü

3.3. 3 Fazlı Doğrultucu

Gerilimi sabit bir değerde tutmak için öncelikle generatörden elde edilen AC gerilimin

DC gerilime dönüĢtürülmesi gerekmektedir. Bu amaç doğrultusunda sistemimizde 3 fazlı

kontrolsüz doğrultucu kullanılmıĢtır. Doğrultucunun kontrolsüz olması diyot

kullanmamızdan kaynaklanmaktadır. 3 fazlı olması için ise iki adet köprü diyot

kullanılmıĢtır.

Doğrultucu 1 fazlı veya 3 fazlı olabilmektedir. 1 fazlı sistemler için genellikle

kontrolsüz doğrultucu, 3 fazlı sistemler için ise 6 darbeli kontrollü (tristörlü) doğrultucu

kullanılmaktadır. Sistemimizde doğrultucu sadece gerilimi doğrultmak için kullanılmıĢtır.

Dolayısıyla herhangi bir kontrol sistemine gerek yoktur ve maliyetinin de düĢük olmasına

dikkat edilmiĢtir. Bu yüzden diyot kullanılmıĢtır. Uygulamada 4 kA akım değerine ve 4

kV‟ a kadar çalıĢma gerilimine dayanıklı olan diyotlar mevcuttur. Sistemimizde kullanılan

köprü diyotlar ve bağlantı Ģekli Ģekil 3.5. ve Ģekil 3.6.„ de gösterilmiĢtir.

Page 26: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

19

ġekil 3.5. Köprü diyotlardan bir tanesi

ġekil 3.6. Köprü diyotların bağlantısı

Her iki köprü diyot üzerine alüminyum levhalar konulmaktadır. Bu levhaların

kullanmasının sebebi soğutma iĢlemini gerçekleĢtirmektir. Devrenin çalıĢması esnasında

diyotlar üzerinde aĢırı ısınmalar olabilmektedir. Bu nedenle diyotların soğutulması

gerekmektedir.

Sistemimizde kontrolsüz doğrultucu kullanmamızın nedenlerini sıralayacak olursak:

-Doğrultucu devre yapısı basit oluğundan ve kontrole gerek olmadığından diyotların

arıza ihtimali ve kayıpları azdır.

Page 27: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

20

-ÇıkıĢındaki DC gerilimdeki dalgalılık kontrollü doğrultucuya göre daha azdır. Bu

sebepler devrenin maliyetini oldukça düĢürmekte ve verimliliğini ise yükseltmektedir.

Bu avantajlarının yanında kontrolsüz doğrultucunun sakıncaları da mevcuttur. Bunları

sıralayacak olursak:

-BaĢlangıç akımının sınırlanması gerekir. Aksi durumda devre elemanları yanabilir.

-Doğrultucunun çıkıĢ gerilimi kontrolsüz olduğundan dolayı çıkıĢa bağlanacak elemanın

giriĢi geniĢ aralıklı olmalıdır.

-Akü grubunun Ģarj edilebilmesi için gerilimin ve akımın sabit olması gerekmektedir. Bu

sorun giderilmelidir. Devre çıkıĢından elde edilecek gerilimi aĢağıdaki Ģekilde formüle

edecek olursak:

Vort = (

π)∫ π

π = Vort = (

π)Vm=0.955 Vm (5)

3.4. Rüzgar Türbini Kulesi

ġekil 3.7.‟ de projemizin türbin kulesi kanatlarla birlikte verilmiĢtir.

ġekil 3.7. Rüzgar türbinimizin kule ve pervane görünümü

Page 28: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

21

Projemizde kule, sistem elemanlarının taĢındığı kısımdır. Kule bir rüzgar türbinin

kanatlarının istenilen yüksekliğe çıkarılmasını sağlar. Modern rüzgar türbinlerinde

kullanılan kule tipleri: kafes, boru, gergi kulelerdir. Kule sistemi yapılırken dikkat edilecek

husus elemanları taĢırken zorlanmayacak Ģekilde tasarlanmasıdır. Özellikle generatör

olarak kullanacağımız motor ağır olduğu için kuleyi ağırlığıyla zorlamaktadır. Bu etkenleri

göz önüne alarak kulemiz yeterli yükseklikte ve ağır demirden yapılmıĢtır.

3.5. ÇıkıĢ Akımı SınırlandırılmıĢ Gerilim Regülatörü

Sistemimizde kullandığımız akü parametreleri 12V, 7 Ah değerlerine sahiptir. Bu tip

akülerin Ģarj için gerekli gerilim aralığı 13.5 V - 13.8 V, akım ise maksimum akımın %10 „

u aĢmayacak Ģekilde olmalıdır. Bu koĢullar bize akü beslemesi için bir regüle devresi

yapılmasını zorunlu kılmıĢtır. AĢağıda Ģekil 3.8 ve 3.9‟ da yaptığımız regüle devresini

gösterilmektedir.

ġekil 3.8. Regüle devresinin önden görünüĢü

Page 29: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

22

ġekil 3.9. Devrenin arkadan görünüĢü

Projede kullanılan regüle devresinde gerilim sabitleme görevi, LM317 entegre devresi

ile sağlanmıĢtır. Bu entegre sayesinde giriĢ gerilimi 17 V ile 37 V değerleri arasında

olduğunda çıkıĢ 13.5 V - 13.8 V değerlerini alırken, akım değeri ise 600 mA dolaylarında

olmaktadır. Bu değerler aküyü beslemek için gerekli parametrelerdir ve bu koĢullarda akü

Ģarj olabilmektedir. Devremizde çıkıĢ geriliminin istenilen seviyede elde edilebilmesi için

gerekli R3 direnci için aĢağıdaki formül kullanılmıĢtır.

= 1.25 + R3 ( 1.25 / R2 ) (6)

19.8 = 1.25 + ( 1.25 / 220 )

Bu formülden R3 = 2.2K Ω bulunmuĢtur.

Akü için gerekli Ģarj akımı ise :

I = 0.6 / R4 (7)

R4 = 1Ω olduğundan I = 600 mA = 0.6 A olarak elde edilmiĢtir.

Page 30: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

23

3.6. Güvenlik Önlemleri

Genel itibariyle güvenlik her yerde ilk sırada yer almaktadır. Güvenlik tedbirleriyle

makinenin korunmasının yanı sıra insan hayatının korunması da sağlanmaktadır.

Sistemimizde generatör çıkıĢından insan hayatını tehlikeye sokabilecek yeterlilikte

alternatif gerilim elde edebilmektedir. Bu durumu göz önünde tutarak kimsenin zarar

görmemesi için çalıĢtığımız yere küçük bir uyarı yazısı yazdık ve makine laboratuvarına

girenleri uyardık. Sistemimiz üzerinde çalıĢmalar yaptıktan sonra tüm bağlantılar

sistemden sökülmüĢtür. Ayrıca rüzgar türbinin pervane kanatlarının uzun olması nedeniyle

kanatlar da güvenlik sorunu oluĢturmaktaydı. Bu problemi gidermek için projemizi

gerçeklediğimiz makine laboratuvarının en uygun yeri seçilmiĢtir. Alınan bütün bu

önlemlerden sonra projemizin yapım aĢaması boyunca hiçbir problemle karĢılaĢmamıĢ

olmak bizim içimizi önemli bir kazanç olmuĢtur.

3.7. Standartlar Ve Kısıtlamalar

Rüzgar türbininde asenkron generatör olarak kullandığımız asenkron motor TSE

standartlarına uygun Ģekilde üretilmiĢtir. Bu standartların oluĢturulmasında kullanılan

kaynak ise IEC 6034 – 1 standartlarıdır. 24 V DC gerilim kaynağımız ve uyarma

kapasitemiz de TSE standartlarına uygun Ģekilde üretilmiĢtir. Aynı zamanda ÇEVKO

(Çevre Koruma ve Ambalaj Atıkları Değerlendirme Vakfı) standartlarına göre çevreye atık

olarak verdiği zarar minimum seviyededir. Ayrıca uyarma kapasitemizin standartları

oluĢturulurken kullanılan kaynak IEC 831 - 1 – 2 standartlarıdır. Kullanılan motorun ve

kanatların elektriksel gürültüsü minimum seviyede olup mekanik gürültüsü normal

seviyelerdedir.

Page 31: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

24

4. SĠMÜLASYON ÇALIġMALARI

4.1. 3 Fazlı Doğrultucu Multisim ÇalıĢması

Doğrultucu devrenin çalıĢmasına ait simülasyon çalıĢması yapılarak devrenin

gerçeklenmesinden önce ortaya çıkabilecek sonuçlar gözlemlenmiĢ ve bu sonuçlara göre

gerekli devre elemanları seçilmiĢtir. Doğrultucu devrenin Multisim simülasyon

programında yapılan devre Ģekli ve simülasyon sonucuna ait Ģekiller Ģekil 4.1.„ de

verilmiĢtir.

ġekil 4.1. Doğrultucu devresinin Multisim „deki bağlantısı

Bu devrenin 100 V, 50 Hz için çıkıĢındaki gerilim seviyesi aĢağıda verilmiĢtir. Burada

da görüldüğü gibi doğrultucu giriĢindeki 100 V AC gerilim değeri için Ģekil 4.2.‟ de

gösterildiği gibi çıkıĢında yaklaĢık 100 V DC gerilim gözlenmektedir.

Page 32: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

25

ġekil 4.2. Doğrultucu çıkıĢ görüntüsü

4.2. ÇıkıĢ Akımı SınırlandırılmıĢ Gerilim Regülatörü Simülasyon ÇalıĢmaları

Yapılan simülasyon çalıĢmalarında Ģekil 4.3 Ģekil 4.4. ve Ģekil 4.5.‟ de de görüldüğü

gibi giriĢ geriliminin değiĢken olup çıkıĢ geriliminin çok az değiĢip 13.8 V‟ ta sabit kaldığı

gözlemlenmiĢtir. Aynı Ģekilde akımın da aküyü sağlıklı Ģarj edecek Ģekilde 600 mA‟ de

sabit kaldığı gözlenmiĢtir.

ġekil 4.3. GiriĢ gerilimi 17 V için çıkıĢ akım ve gerilim değeri

Page 33: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

26

ġekil 4.4. GiriĢ gerilimi 25 V için çıkıĢ akım ve gerilim değeri

ġekil 4.5.GiriĢ gerilimi 30 V için çıkıĢ akım ve gerilim değeri

Page 34: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

27

SONUÇ

Asenkron generatörler her hızda elektrik enerjisi üretebilen elektriksel aygıtlardır. Bu

özellik onların barajlar, rüzgar türbinleri, su türbinleri gibi alanlarda kullanılmalarına

imkan vermiĢtir. Sistemimizde asenkron makinelerin bu özelliği kullanılarak elektrik

enerjisi elde edilmeye çalıĢıldı. Asenkron motorun milini harici bir eleman kullanmadan

döndürmeye çalıĢtık. Yani motorun milini baĢka bir motor ya da elektriksel alet

kullanmadan doğrudan yeterli koĢullardaki rüzgar gücü ile ya da doğrudan el yardımıyla

döndürecek Ģekilde tasarladık.

Tasarladığımız bu sistemde AC gerilim elde ettik. AC gerilim elde etmede en önemli

noktalar kapasitelerin uygun olması ve milin yeterli hızda döndürülmesidir. AC gerilim

elde edildikten sonra 3 fazlı doğrultucu kısmını yapıp DC gerilim de elde etmeyi baĢardık.

Bu kısımdan sonra karĢımıza sistemimizin en zor kısmı olan regüle devresi çıktı.

Doğrultucu çıkıĢ aralığı çok geniĢ olduğu için regüle iĢlemini yapmada çok zorlandık ve

gerekli uğraĢlardan sonra sistemimiz için gereken regüle devresini yapmayı baĢardık. Bu

regüle devresinin çıkıĢına ise akü besleme devresi yapılarak akünün Ģarj edilmesi sağlandı.

Fakat akünün Ģarjı için gerekli olan 12 Volt elde edilirken gerekli olan 0.7 A‟ lik akım

değeri elde edilemedi. Bunun sebebi ise asenkron makinelerin senkron hıza yakın

döndürüldüğü takdirde akım verebileceklerini, senkron hızın çok altında ise akım elde

edilmesinin oldukça zor olmasıdır. Sistemimiz rüzgar gücü ya da el yardımıyla

döndürüleceğinden bu koĢullar altında senkron hıza yakın hız elde etmek imkansızdır.

Ortaya çıkan bu sorun projemizin geleceğini tamamen etkileyerek farklı bir yol izlememizi

zorunlu kıldı. Sistemimizde enerji eldesinin ispatını regüle devresinin çıkıĢındaki aküyü

Ģarj edip daha sonra evirici yardımıyla AC gerilim altında yük beslemesi yapılacaktı. Fakat

ortaya çıkan akım problemi nedeniyle enerji ispatını AC ve DC gerilim altında çeĢitli

yükleri enerjilendirerek (ampul, fan vs.) gösterdik.

Sonuç itibariyle projemizde asenkron makine yardımıyla istediğimiz kadar olmasa da

çeĢitli yükleri besleyecek kadar enerji elde ettik ve asenkron generatörle her hızda enerji

elde edilebileceğini gözlemledik.

Page 35: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

28

YORUMLAR VE DEĞERLENDĠRME

Bu projeye baĢlarken rüzgar enerjisinden elektrik enerjisi elde edilmesinin karmaĢık bir

süreç olduğunu düĢünmüyorduk; fakat proje çalıĢmaları sırasında karĢılaĢtığımız bazı

sorunlar elektriğin üretimini bu kadar da basit olmadığını bize gösterdi. Özellikle gerilim

elde etmemize rağmen akımın yeterli düzeyde üretilememesi projemizin en büyük

zorluklarından birini oluĢturdu.

Bu projeyle rüzgar enerjisinden elektrik elde ederek ileriye dönük mesleğimize yönelik

tecrübe edindik. Özellikle karĢılaĢtığımız problemleri çözme konusunda yeteri kadar

deneyim elde ettik.

Tasarladığımız proje daha da geliĢtirilerek daha çok enerji elde edilip, çeĢitli

yatırımcılara örnek teĢkil edip ülkemizin rüzgar enerji potansiyelinden daha fazla

yararlanılmasını umuyoruz.

Page 36: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

29

KAYNAKLAR

[1] M. K. Sarıoğlu, Asenkron Makinalar ve Kontrolü, Ġstanbul, Türkiye: Birsen

Yayınevi, Ağustos 2003.

[2] D. A. Spera, Wind Turbine Technology: Fundamental Concepts of Wind Turbine

Engineering, Second Edition, New York, USA: ASME Press, 2009.

Page 37: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

30

EK 1 - Standartlar ve Kısıtlar Formu

Bitirme Projesinin hazırlanmasında Standart ve Kısıtlarla ilgili olarak, aĢağıdaki

soruları cevaplayınız.

1) Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız.

3- fazlı sincap kafes rotorlu asenkron makina kullanılarak bir rüzgar türbininin küçük

bir modeli tasarlanmıĢtır. Tasarlanan projeyle enerjinin taĢınamadığı uzak ve yüksek

yerlerde de enerjiden yararlanma sağlanabilecektir.

2) Projenizde bir mühendislik problemini kendiniz formüle edip, çözdünüz mü?

Regüle devresi için gereken giriĢ çıkıĢ gerilimlerinin hesabı yapılarak bu hesaba uygun

Ģekilde regüle devresi yapıldı.

3) Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız?

Elektrik makinaları dersindeki asenkron makine ve asenkron generatör hakkında

aldığımız bilgiler, doğrultucu ve regüle devresi için güç elektroniği dersinde aldığımız

bilgiler projemizi yaparken bize çok yarar sağladı.

4) Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir?

Proje tasarım ve gerçekleĢtirme aĢamalarında TS 9057, ISO 27011, TSE ve ÇEVKO

standartları göz önünde bulundurulmuĢtur.

5) Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir?

a) Ekonomi

Diğer enerji üretim sistemlerine göre kurulum, kullanım ve bakım açısından gayet

maliyeti azdır.

Page 38: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

31

b) Çevre sorunları

Büyük alanlar gerektirdiği için görüntü kirliliği dıĢında bir olumsuz etkisi yoktur. Hiç

bir Ģekilde ekolojik dengeyi kimyasal ve biyolojik olarak bozucu etkisi yoktur.

c) Sürdürülebilirlik

Dünyada git gide artan enerji gereksinimi ve mevcut enerji sistemlerinin çevreye olan

global etkisi rüzgar enerjisine yönelimi artıracağından ve de pratik bir sistem olduğundan

önümüzdeki yıllarda çokça ön plana çıkacaktır.

d) Üretilebilirlik

Sistemimizin kurulumu ve maliyeti gayet uygun olduğu için üretilebilirdir.

e) Etik

Sistemimizde etik olmayan hiçbir unsur kullanılmamıĢtır. Benzer projeleri yapmıĢ kiĢi

ve kurumların emeklerine saygı duyulmuĢtur.

f) Sağlık

Projenin çevreye ve canlılara olumsuz etki yapmamasına özellikle dikkat edilmiĢ ve

tasarım özenle yapılmaya çalıĢılmıĢtır.

g)Güvenlik

Projede kullanılan doğrultucu, akü gibi devrelerin yalıtımı yapılarak koruma

sağlanmaktadır. Ayrıca yazılı Ģekilde kiĢileri uyarma sağlanmıĢtır.

Page 39: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

32

h) Sosyal ve politik sorunlar

Enerjinin üretilmesinden sonra en zor kısımlardan birisi de kullanılacak yere taĢınması

ve kullanıma sunulmasıdır. Bizim projemizin en çok öne çıkan yönü de bu problemi

çözmektir.

Not: Gerek görülmesi halinde bu sayfa istenilen maddeler için geniĢletilebilir.

Projenin Adı ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ

Projedeki Öğrencilerin

adları

196086 Gökhan DABAK

196140 Gökay KIRCA

196099 Sadullah TURAN

196153 Muhsin BAKDEMĠR

Tarih ve Ġmzalar 25 / 05 /2012

Page 40: ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBĠNĠ · Bu kapsamda projemizin konusu rüzgar enerjisi ile elektrik üretimi olmuĢtur. Amaçladığımız proje ile Türkiye‟ nin var olan

33

ÖZGEÇMĠġ

Gökhan DABAK, 1989‟da Ġzmir‟ de doğdu. Ġlk ve Ortaöğrenimini Fırat Ġlköğretim

Okulu‟ nda, Lise öğrenimini Hoca Ahmet Yesevi Lisesi‟ nde yaptı. 2007 yılında Karadeniz

Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü‟nde

Lisans Programı‟na baĢladı. Yabancı dil olarak orta derecede Ġngilizce bilmektedir.

Gökay KIRCA, 1989‟de Ankara‟ da doğdu. Ġlk ve Ortaöğrenimini Çağlar Ġlköğretim

Okulu‟ nda, Lise öğrenimini ġentepe Lisesi‟ nde yaptı. 2007 yılında Karadeniz Teknik

Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü‟nde Lisans

Programı‟na baĢladı. Yabancı dil olarak orta seviyede Ġngilizce bilmektedir.

Muhsin BAKDEMĠR, 1989‟de Ordu‟ da doğdu. Ġlk ve Ortaöğrenimini Çayırkent ġehit

Nevzat Çatık Ġlköğretim Okulu‟ nda, Lise öğrenimini Ulubey Lisesi‟ nde yaptı. 2007

yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik

Mühendisliği Bölümü‟nde Lisans Programı‟na baĢladı. Yabancı dil olarak orta seviyede

Ġngilizce bilmektedir.

Sadullah TURAN, 1988‟de Erzurum‟ da doğdu. Ġlk ve Ortaöğrenimini Kirazlı

Ġlköğretim Okulu‟ nda, Lise öğrenimini Mehmet Niyazi Altuğ Lisesi‟ nde yaptı. 2007

yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik

Mühendisliği Bölümü‟nde Lisans Programı‟na baĢladı. Yabancı dil olarak orta seviyede

Ġngilizce bilmektedir.