10. Sınıf elektrik-elektronik AC akım

Alternatif metin:

düşürülür Alternatif Akımın Kullanıldığı Yerler Alternatif akım, endüstride, yüksek güçlü elektrik makinelerinde, konutlarda, aydınlatma hatlarında ve Isıtma gibi alanlarda kullanılmaktadır. Üç (3) fazlı alternatif akım sayesinde dengeli yük kullanımı sağlanır. Az bakım gerektirmesi ve doğru akıma kolay dönüştürülmesi de alternatif akımın üstünlükleridir NOT Alternatif akım vektörel bir büyüklüktür Sinüs dalgası alternatörün bir tur dönmesi ile oluşan sinyal kendini sürekli olarak tekrarlarsa alternatif akım oluşur burda döndüğü için yönü değişir ve bu yüzden pozitif ve negatif kısımları oluşur π π/2 3π/2 ▲ I(A) Pozitif değerler 0-27 0 31/2 2π w(rad/sn) π/2 Negatif değerler Saykıl Alternatörün bir tur dönmesi ile oluşan sinyale saykıl denir grefikte kednini tekrar eden sinayl paarçası tespit edilerek saykıl belirlenir ▲I(A) →t(sn) t(sn) t(sn) Periyot bir saykılın gerçeklşmesi için geçen süreye denir T harfi ile gösterilir formülü ise T=1 Alternans alternatif akımda iki çeşit alternans bulunur + - alternansı düzleim altı - düzleim üstü + dir I(A) Pozitif alternans t(sn) Negatif alternans Açısal Hız: Alternatör milinin 1 tam tur dönmesi sonucu sinüzoidal sinyalin 1 saykılı oluşur. Dönüş hızı ne kadar yüksek olursa oluşan sinyalin frekansı da o kadar yüksek olur. Birim zamanda kat edilen açısal me- safeye açısal hız denir, "w" (omega) harfi ile gösterilir. Birimi rad/sn'dir. Alternatörün 1 tam tur dönmesi ile 360° lik açı tamamlanmış olur. Bu açı radyan cinsinden 2πT' ye eşittir. Görsel 3.12'de alternatörün ok yönünde dönmesi ile sinyalin katettiği açı mesafesi boyalı alan ile gösterilmiştir. π 180 90 π/2 3π/2 270 ▲ I(A) 0-2π 0-360 0 πC/2 90 π 3π/2 2π w(rad/sn) 180 270 0-360 Görsel 3.12: Açısal Hız gösterimi Örnek: Frekans değeri 50 Hz olan şehir şebekesinin açısal hızını hesaplayınız. Çözüm: w = 2 π f=2.3,14.50 ise w=314 radyan/saniyedir. Dalga boyu iki saykıl arası uzaklık "X" (lamda) ile gösterilir veb formülü not tepeden ytepeye uzaklıktır ▲U(V) t(sn) A=\ Maksimum (tepe) deger bir alternansın en yüksek olduğu yerdir diğer adı tepe değeridir ve bu vp olarak gösterilir ve pozitif alternanstaki en üksek tepeye ve negatif alternansdaki en alçak çukur arasına tepeden tepeye yani vp-p denir U(V) Vp=maksimum değer Vp Tepe gerilimi t(sn) Vp-p Tepeden tepeye gerilim Ani değer sinyalin herhangi bir anındaki değere denir formülü U(V) 9 t(sn) ani I = I(sin2.f.t) 2 U = U.(sin2π.f.t) ani Ortalama değer bir saykıldaki ani değerin ortalamasına ortalama değer denir ve akım olarak lort voltaj olarak ise Uort diye gösterilir formülleri de bunlardır I = I 0,636 ort max" Uort Umax. 0,636 Etkin efektif deger alternatif akımın doğru akıma eşdeğerliğine denir ve bir yük üstüne doğru akım ne yapıyosa alternatif de onu yapar formülü ise ◆U(V) Etkin değer M t(sn) Ie = Imax. 0,707 U₁ = Umax. 0,707 AC akımda faz farkları İki ya da daha çok sinyal arası ilişkiye faz farkı denir üç tanedir bunnlar Sıfır faz zaman 0 iken sinyal de O noktasında ve sinyal pozitif yönde akıyosa buna sfırı fazlı sinyal denir I(A) on SIFIR FAZ t(sn) İleri faz x ekseinde O değerinde akım pozitif ise ve 0 da değilse bu ileri faz olur I(A) B t(sn) A SİNYALİ İLERİDE Geri faz x ekseinde O değeri varken akım - alternansdaysa bu da geri faz olur I(A) A SİNYALİ GERİDE t(sn) Alternatif akımda bobinler AC motor, alternatör, transformatör, doğrultma devreleri, indüksiyon fırınları ve elektronik devrelerde farklı amaçlar için kullanılır. Endüktans ve özllikleri Bir devre elemanın enerjiyi manyetik alan olarak depolamasına denşir ve L harfi iel gösterlilir birimi Henry dir bobinde ac akım uygulamdığında manyetik alan oluşur ve bu alandan dolayı akım ters olarak geçemye açlışır ve burda aniden düşen ya da çıkan dalgalar oluşmaz Görsel 3.24'te osiloskop ekranının üst kısmında görülen kare dalga sinyal, bobin uçlarına uygulanan ge- rilimdir. Alttaki sinyal ise bobin akımıdır. Gerilimin maksimum değere veya minimum değere ulaşmasına bobin akımının yavaş tepki verdiği görülmektedir. Bobine uygulanan gerilim kesildiğinde bobinde meydana gelen akım aynı anda sıfır olmaz. Bu etkiye bobinin endüktansı denir. Bobinin endüktansı, bobin telinin uzunluğuna, kesitine ve iletken telin cinsine bağlıdır. Bobin uçlarına uygulanan kare dalga gerilim Bobin üzerinden geçen akım Alternatif Akımda Bobinin Gösterdiği Özellikler ters yönlü akımdan dolayı oluşan faz farkı 90 derece geri olur ters yönlü akımdan dolayı bu da I(A) 90 gerilim akım t(sn) X=2.π.f.L Alternatif akım devrelerinde frekansla doğru orantılı olarak değişen bobin direncine endüktif reaktans denir. Endüktif reaktans "XL" ile gösterilir ve birimi ohm "Q" dur. Endüktif reaktans ile omik direnç birbirinden farklıdır. Bobin üzerine alternatif gerilim uygulandığında ters yönde bir gerilim oluşur. Endüktif reaktans, bu ters gerilimin oluşturduğu zorluk derecesidir. ALTERNATİF AKIMDA KONDANSATÖRLER kondansatorlerde iki kutup vardır ve ac akidmda değiştiği için + - bu nedenle bi yerde almaz bi yerde alır bunun sayesinde kondanstorler filtreleme amacı ile kullanılır ac akım için Ac akımda kondanstör özllikleri yüklü ve depoalabilir olduğu için gerilimin değişimine zorluk gösterir bundan dolayı akımdan 90 derece faz farkı vardir geridedir I(A) akım gerilim t(sn) 1 90 XC 2.π.f.C Alternatif akım devrelerinde frekansla doğru orantılı olarak değişen kondansatör direncine kapasitif reaktans denir. Kapasitif reaktans "XC" ile gösterilir ve birimi ohm "Q" dur. Kapasitif reaktans ile omik direnç birbirinden farklıdır. Alternatif akımının şiddeti ve yönünün sürekli değişiminden dolayı kondansatör enerji depolama elemanı olarak kullanılmaz. Kondansatör her alternansta bir öncekine göre ters yönde yüklendiğinden akıma karşı direnç gösterir. Ac akımda kondansatörlede işlemler Devredeki akım ve gerilim değerlerini hesaplayabilmek için önce toplam kapasitans (CT) değeri bulunmalı ardından kapasitif reaktans (XC) değeri hesaplanmalıdır C₁ =300μF C2=600μ I U=10 V 50 Hz Görsel 3.36: Seri bağlı kondansatör devresi Çözüm: Önce seri bağlı kondansatörlerin toplam kapasitansı bulunur ve kapasitif reaktans hesaplanır. σ = G.G2 G₁+12 300.600 300+ 600 = 200 μF KC = 2.TT.f.C 1 2.3,14.50.200.10-6 = 15,9 Q U 10 DHM kanunu kullanılarak devreden geçen akım I = = 0,62 Amper olarak hesaplanır. XC 15,9 Ac akımda seri paralel karışık devre hesabı şu ana kadar yapılan işlemlerde çıkan sonuçlar vektörelkdilr ve ona göre hesap yapılmalıdır anlamadım burayı saçmalamış Empedans ve admitans bu elemanların ac akıma gösterdiği güce empedans denir ve z ile gösterilir biri ohm dur elektrik akımına karşı gösterilen kolaylık ise admitansdır ve Y ile gösterilir Birimi Siemens S dir bu ikisi zıttır burda bulunan değer r gibi düşünülüp ohm kanunundan işlem yapılamıdır Φ Z XL Z = U Z= I veya Z=√√R²+X₁₂² R Görsel 3.40: Bobinli devrelerde empedans hesaplaması ve vektörel gösterimi R Z= Хc IZ I veya Z Z= √R²+X² Seri rc devreleir özellkleri Alternatif gerilim kaynağına seri bağlı halde bulunan direnç ve kondansatörden oluşan devrelere seri R-C devresi denir Seri R-C devresinin özellikleri: 1. Birbirine seri bağlı direnç ve kondansatör, alternatif gerilim kaynağına bağlanırsa devre kapasitif özellik gösterir. 2. Toplam gerilim, direnç ve kapasitör gerilimlerinin vektörel toplamına eşittir. 3. Direnç akımı ve gerilimi arasında faz farkı yoktur. 4. Kapasitör gerilimi, kapasitör akımını 90 derece geriden takip eder. Örnek: Görsel 3.48'de görülen devrenin empedans değerini hesaplayınız ve grafiğini çiziniz. HH I Xc=40 20 V R=30 I Görsel 3.48: Seri R-C devresi U Çözüm: Akım değeri belli olmadığı için Z = formülü yerine Z = √R² + Xc² formülü kullanılır. ī Z √√32+42 √9+16= √√25=50 Seri rlc deverleri ve özellikleri önce XL ve xc bulunur bunlar birbirine zıt olduğu için devre büyük olan reaktnası özelliği göstrerir XL>XC Endüktif özellik XC>XL Kapasitif özellik Görsel 3.54'te gösterilen devrede X₁>Xc olduğundan devre endüktif değer göstermektedir. m XL=110 Xc=50 ~ U=20 V R=80 Görsel 3.54: Seri R-L-C devresi Alternatif gerilim kaynaklı seri bağlı devrelerde direnç değerleri ve gerilimler vektörel büyüklüktür. Gerilimlerin vektörel toplamı kaynak gerilimine eşittir. Bobin, kondansatör ve direnç üzerine düşen gerilimler aritmetik olarak toplandığında kaynak geriliminden yüksek bir değer elde edilir. X₁ve X değerleri Görsel 3.55'deki grafikte vektörler üzerinde gösterilmiştir. X₁>Xc olduğundan devre endüktif özellik gösterir. XL-Xc = 11-5 = 60 elde edilir. Elde edilen değerler aşağıdaki şekilde formüle yerleştirilerek Z=√R² + (XL - XC)² = √8² +6² = √64 +36= √100 = 10 empedans değeri elde edilir. Ac devrede R L paralel bağlanırsa 1. Direnç ve bobin elemanları gerilim kaynağı ile paralel bağlanır. 2. Direnç ve bobin elemanları üzerinde aynı genlikte ve fazda kaynak gerilimi olur. 3. Bobin akımı, toplam devre akımından 90 derece geri fazdadır. Öncelikle bobinin endüktif reaktansı (XL) hesaplanır. Bu durumda XL ve R birbirine paralel bağlı iki direnç gibi olur. Dirençlerin çarpımının dirençlerin toplamına bölümü ile empedans bulunur. XL ve R vektörel büyüklük olduğundan toplama işlemi. R² + X₁₂² şeklinde yapılır (Görsel 3.61) z=u veya R R.XL √R²+X² Alternatif akımda RC paralel bağlanırsa 1. Direnç ve kondansatör elemanları gerilim kaynağı ile paralel bağlanır. 2. Direnç ve kondansatör elemanları üzerinde aynı genlikte ve fazda kaynak gerilimi olur. 3. Kondansatör akımı, toplam devre akımından 90 derece ileri fazdadır. Öncelikle kondansatörün kapasitif reaktansı (XC) hesaplanır. Bu durumda XC ve R birbirine paralel bağlı iki direnç gibi olur. Dirençlerin çarpımının, dirençlerin toplamına bölümü ile empedans bulunur. XC ve R vektörel büyüklük olduğundan toplama işlemi. R2+ X2 şeklinde yapılır (Görsel 3.66) I z=L veya ~U C R R.Xc 1C √R²+XZ Görsel 3.66: Seri R-C devresi empedans grafiǎi Alternatif akımda RLC paralel bağlantı 1. Direnç, kondansatör ve bobin elemanları gerilim kaynağı ile paralel bağlanır (Görsel 3.71). 2. Direnç akımı, devre gerilimi ile aynı fazdadır. 3. Bobin akımı, devre geriliminden 90° geridedir. 4. Kondansatör gerilimi, devre akımından 90° geridedir. U R TIR TIL TIC Görsel 3.71: Paralel R-L-C devresi Paralel kollarda her bir devre elemanı üzerine düşen gerilim eşittir. OHM kanununa göre devre eleman- üzerinden geçen kol akımları aşağıdaki gibi hesaplanır. U JR = R U U Devrenin kapasitif ya da endüktif olma durumuna göre aşağıdaki formül ile devre akımı hesaplanır. Kapasitif devredeki akım formülü I=1+(c-IL) 2 Endüktif devredeki akım formülü I => 12+ (LIC)² Alternatif Akım Esasları