Sənayenin və gündəlik həyatımızın əsas hissəsi elektrik enerjisidir. Böyük güclərdəki elektrik enerjisini uzaq məsafələrə iqtisadi daşıya bilmək, dəyişən cərəyan sistemi ilə mümkündür. Bu yazımızda dəyişən cərəyanın əsas təriflərini araşdıracağıq.
Dəyişən cərəyan və Sabit cərəyanın Müqayisə Edilməsi
Sabit cərəyan, zamana görə elektrik istiqaməti və şiddəti dəyişməyən cərəyandır. Batareya, akumlyator, termocüt, sabit cərəyan generatorları (dinamo), günəş batareyaları kimi mənbələrdən hasil edilir. Adətən aşağı gərginlik ilə işləyən elektron cihazlarda istifadə edilirlər. Sabit cərəyanın istifadə edildiyi yerlər aşağıdakılardır:
-Kommunikasiya avadanlıqları (telekommunikasiya)
-Radio, iş, televiziya, kimi elektron cihazlar
-Düzləndiricili qaynaq maşınları
-Metal əritmə (elektroliz)
-Elektrikli vasitələr (qatar, tramvay, metro)
-Elektromaqnitlər
-Sabit cərəyan Mühərrikləri
Elektrik enerjisini yüksək güclərdə uzaq məsafələrə daşımaq, sabit cərəyan sistemləri ilə mümkün olmur. HVDC (High Voltage DC) ötürücü sistemləri buna istisnadır. HVDC sistemləri ilə yüksək gərginlik DC ötürməsinə baxmayaraq, adəyişən cərəyan sistemi qədər geniş deyil və xüsusi yerlərdə istifadə edilir. AC ysistemdən daha bahalı olmasına baxmayaraq 800-1000 km-lik məsafələrdə iki sistemin eyni qiymətdə olduğu görülür. Bu səbəbdən çox uzaq məsafələr üçün HVDC daha iqtisadi olaraq qəbul edilə bilər. Nümunə olaraq 900 km, 400 kvluk Sakit Okean kəməri, 1.360 km, 600 kvluq Cabora-Bassa xətti nümunə verilə bilər. HVDC ötürücü sistemlərinin adətən, ölkələr arası dəniz keçidləri və ya ölkə sərhədləri çox geniş olan ölkələrdə istifadə edildiyi görülməkdədir.
Elektrik ötürücü xətlərində gərginlik səviyyəsi yüksəldikcə çatdırılan güc artır. Dəyişən cərəyan, transformatorlar ilə müxtəlif gərginlik səviyyələrinə endirilib yüksəldilə bilər. Sabit cərəyanın gərginlik səviyyəsini dəyişdirmək üçün güc elektronika elementləri lazımdır ki, bu da maya dəyəri artırır.
AC generatorların faydalı iş əmsalları, DC generatorlara görə daha yüksək olub daha böyük istehsal sahələri yaradılır. AC generatorlarda yüksək dövr saylarında FİƏ artdığı üçün türbin-generatör sisteminin FİƏ- də böyüyür.
Üç fazalı dəyişən cərəyan asinxron mühərriklərinin hazırlanması, sabit cərəyan mühərriklərinə nisbətən daha asan və daha ucuzdur. Bundan başqa, AC mühərriklər daha az qulluq tələb edirlər. DC mühərriklərdə yer alan fırça və kollektor mexanizmləri qayğıya ehtiyac duyduqları üçün daha bahalıdır.
Dəyişən Cərəyanın Tərifi
Bildiyimiz kimi elektrik stansiyalarında fırlanan elektrik qurğuları dəyişən cərəyan, yəni sinusoidal cərəyan istehsal edirlər. Bu cərəyanın istehsal edilməsi Faradey Qanununa əsaslanır. Faradey Qanununa görə bir maqnetik sahə içərisində hərəkət edən bir keçiricidə bir gərginlik induksiyalanır. Buna görə maqnetik sahə və keçiricilərdən ibarət olan bir sistemdə bu böyüklükdən birinin sabit, digərinin hərəkətli olması lazımdır.
Elektrik enerjisini yüksək güclərdə uzaq məsafələrə daşımaq, sabit cərəyan sistemləri ilə mümkün olmur. HVDC (High Voltage DC) ötürücü sistemləri buna istisnadır. HVDC sistemləri ilə yüksək gərginlik DC ötürməsinə baxmayaraq, adəyişən cərəyan sistemi qədər geniş deyil və xüsusi yerlərdə istifadə edilir. AC ysistemdən daha bahalı olmasına baxmayaraq 800-1000 km-lik məsafələrdə iki sistemin eyni qiymətdə olduğu görülür. Bu səbəbdən çox uzaq məsafələr üçün HVDC daha iqtisadi olaraq qəbul edilə bilər. Nümunə olaraq 900 km, 400 kvluk Sakit Okean kəməri, 1.360 km, 600 kvluq Cabora-Bassa xətti nümunə verilə bilər. HVDC ötürücü sistemlərinin adətən, ölkələr arası dəniz keçidləri və ya ölkə sərhədləri çox geniş olan ölkələrdə istifadə edildiyi görülməkdədir.
Elektrik ötürücü xətlərində gərginlik səviyyəsi yüksəldikcə çatdırılan güc artır. Dəyişən cərəyan, transformatorlar ilə müxtəlif gərginlik səviyyələrinə endirilib yüksəldilə bilər. Sabit cərəyanın gərginlik səviyyəsini dəyişdirmək üçün güc elektronika elementləri lazımdır ki, bu da maya dəyəri artırır.
AC generatorların faydalı iş əmsalları, DC generatorlara görə daha yüksək olub daha böyük istehsal sahələri yaradılır. AC generatorlarda yüksək dövr saylarında FİƏ artdığı üçün türbin-generatör sisteminin FİƏ- də böyüyür.
Üç fazalı dəyişən cərəyan asinxron mühərriklərinin hazırlanması, sabit cərəyan mühərriklərinə nisbətən daha asan və daha ucuzdur. Bundan başqa, AC mühərriklər daha az qulluq tələb edirlər. DC mühərriklərdə yer alan fırça və kollektor mexanizmləri qayğıya ehtiyac duyduqları üçün daha bahalıdır.
Dəyişən Cərəyanın Tərifi
Bildiyimiz kimi elektrik stansiyalarında fırlanan elektrik qurğuları dəyişən cərəyan, yəni sinusoidal cərəyan istehsal edirlər. Bu cərəyanın istehsal edilməsi Faradey Qanununa əsaslanır. Faradey Qanununa görə bir maqnetik sahə içərisində hərəkət edən bir keçiricidə bir gərginlik induksiyalanır. Buna görə maqnetik sahə və keçiricilərdən ibarət olan bir sistemdə bu böyüklükdən birinin sabit, digərinin hərəkətli olması lazımdır.
Gördüyümüz kimi maqnetik sahə hərəkətli, keçirici (induktivlik) isə sabitdir. Fırladılan cüt qütblü maqnit, induktiv üzərindəki ümumi seli dəyişərək bir gərginlik induksiyalanmasına səbəb olur.
Gördüyümüz kimi maqnetik sahə hərəkətli, keçirici (induktivlik) isə sabitdir. Fırladılan cüt qütblü maqnit, induktiv üzərindəki ümumi seli dəyişərək bir gərginlik induksiyalanmasına səbəb olur.
Gördüyümüz kimi maqnetik sahə hərəkətli, keçirici (induktivlik) isə sabitdir. Fırladılan cüt qütblü maqnit, induktiv üzərindəki ümumi seli dəyişərək bir gərginlik induksiyalanmasına səbəb olur.
Sinusoidal Funksiya və Dalğa Şəkli
Generatordakı keçirici bir tam qayıdışını tamamlaması, yəni 3600-lıq bir fırlanma etməsi nəticəsində EHQ-nin bir periodu meydana gəlir. Gərginliyin sıfırdan başlayaraq müsbət maksimum qiymətə çıxması, buradan təkrar düşərək sıfıra enməsi, sonra mənfi maksimum qiymətə çatması və artaraq yeni sıfıra çıxması sonunda keçən zamana period deyilir. Period, T hərfi ilə göstərilir. Vahidi saniyədir.
Generatordakı keçirici bir tam qayıdışını tamamlaması, yəni 3600-lıq bir fırlanma etməsi nəticəsində EHQ-nin bir periodu meydana gəlir. Gərginliyin sıfırdan başlayaraq müsbət maksimum qiymətə çıxması, buradan təkrar düşərək sıfıra enməsi, sonra mənfi maksimum qiymətə çatması və artaraq yeni sıfıra çıxması sonunda keçən zamana period deyilir. Period, T hərfi ilə göstərilir. Vahidi saniyədir.
Bir saniyədə yaranan period sayına tezlik deyilir. Tezlik, f ilə göstərilir. Tezlik ilə period arasındakı əlaqə aşağıdakı kimi ifadə etmək olar:
Tezliyin vahidi Hers (Hz) dir. Şəbəkələrimizdə istifadə etdiyimizi dəyişən cərəyanın tezliyi 50 Hz-dir. Yəni dəyişən gərginlik 1 saniyədə 50 period tamamlayır. Generatordakı keçirici nə qədər sürətli fırlanarsa, yəni vahid zamanda devir sayı nə qədər yüksəkdirsə əldə edilən gərginliyin tezliyi də o qədər yüksək olar. Tezliyə təsir edən digər bir amil də generatordakı maqnetik qütblərin saydır.
Burada;
F: İstehsal olunan dəyişən gərginliyin tezliyi (Hers)
P: Generatorun qütb iki sayı
N: Gneratorun dövr sayı (dövr/dəqiqə)
Dəyişən Cərəyanın Ani və Maksimum Qiymətləri
Maksimum qiyməti
Dəyişən gərginlik, bir period ərzində bir dəfə müsbət maksimum qiyməti, bir dəfə də mənfi maksimum qiyməti alır. Dəyişən cərəyanın və ya gərginliyin bu maksimum qiymətinə təpə qiymət və ya maksimum qiymət adlanır. Gərginlik üçün Um, cərəyan üçün Im şəklində göstərilir.
Ani qiyməti
Dəyişən cərəyanın, zamanın hər hansı İr anındakı qiyməti ani qiymət adlanır. Ani qiymət, kiçik hərflərlə göstərilir. Gərginlik üçün u (t), cərəyan üçün i (t) hərfi ilə göstərilir. Maksimum qiymət, ani qiymətlərin ən böyüyüdür və bir periodda sonsuz sayda ani qiymət var. Cərəyan və ya gərginliyin, bir period ani qiyməti aşağıdakı kimi ifadə edilir:
Burada;
ω: Bucaq sürəti (radyan/saniye və ya dərəcə/saniyə)
T: Zaman (saniyə)