Kategori: Temel Kavramlar

MANYETİZMA | 2. BÖLÜM

Mayıs 7, 2023 / CAGIN / 0 Comments

MANYETİZMA | 2. BÖLÜM

Manyetizma Yasaları

Manyetizma sisteminin işlediği birkaç yasa vardır. Bunlar manyetik alanların değişimleriyle ilgilidir. Manyetizmadaki bu yasalar, manyetik alanların üretimini, hareketini ve manyetik alanların değişimlerini tanımlar. Bunlar Faraday’ın indüksiyon yasası, Lenz ve Ampere yasalarıdır.

Faraday’ın indüksiyon yasası: Faraday’ın indüksiyon yasası, bir manyetik alanın değişimi nedeniyle bir elektrik alanı üretir. Bu, bir manyetik alanın bir bobin çevresinde hareket etmesiyle veya bir bobin manyetik alan içine yerleştirilirken meydana gelebilir. Elektrik alanı, manyetik alanın değişim hızına ve bobinin boyutlarına bağlıdır.

Lenz yasası: Lenz yasası, Faraday’ın indüksiyon yasasının bir sonucudur ve manyetik alanların değişimlerine karşı bir direnç gösterir. Lenz yasasına göre, bir manyetik alanın değişimi, bobin içinde bir akım üretir. Bu akım, manyetik alan değişimine karşı bir direnç gösterir ve manyetik alanın değişimine karşı bir kuvvet oluşturur.

Ampere yasası: Ampere yasası, elektrik akımlarının manyetik alanlarını tanımlar. Bu yasa, bir telin etrafındaki manyetik alanı hesaplamak için kullanılır. Ampere yasası, bir telin etrafındaki manyetik alanın büyüklüğüne ve yönüne bağlıdır.

BENZER İÇERİK: MANYETİZMA | 1. BÖLÜM

Maxwell Denklemleri

Maxwell denklemleri, elektromanyetizma alanında kullanılan temel denklemlerdir. Bu denklemler, elektromanyetik alanın üretildiği ve hareket ettiği yolları tanımlar. Maxwell denklemleri, elektrik ve manyetizma arasındaki ilişkiyi ve elektromanyetik dalgaların nasıl yayıldığını açıklamaktadır.

Başlıca dört Maxwell denklemi vardır: Gauss Kanunu, Gauss Kanunu manyetik alan için, Faraday Kanunu ve Ampere Kanunu. Bu denklemler, elektromanyetik alanın özelliklerini açıklar ve elektromanyetik dalgaların hareketine ilişkin temel yasaları belirler.

Gauss Kanunu, elektrik yükleri arasındaki elektrik alanı ile yüklerin sayısı arasındaki ilişkiyi tanımlar. Gauss Kanunu manyetik alan için, manyetik alanın kaynağı olan manyetik yüklerin bulunmadığına dikkat çeker. Faraday Kanunu, zamanla değişen manyetik alanın elektrik alanı üretmesini tanımlar. Ampere Kanunu, elektrik akımı ile manyetik alan arasındaki ilişkiyi tanımlar.

Maxwell denklemleri, elektromanyetizma alanındaki tüm temel prensipler ve yasalar için temel bir çerçeve oluşturur. Bu denklemler, elektromanyetik alanın güçlü bir şekilde anlaşılmasına yardımcı olur ve birçok endüstriyel ve bilimsel uygulamada kullanılır. Örneğin, elektromanyetik dalgaların iletimi, elektromanyetik alanın etkileşimi ile manyetik rezonans görüntüleme (MRI) gibi tıbbi uygulamalar, elektrik enerjisi üretimi ve iletimi, radyo ve televizyon yayınları ve daha birçok alanda Maxwell denklemleri kullanılır.

Maxwell denklemleri aşağıdaki şekildedir.

Burada, “∇” Laplace operatörünü, “E” elektrik alanını, “ρ” elektrik yük yoğunluğunu ve “ε₀” boşluk elektriksel geçirgenliğini, “B” manyetik alanı, “J” elektrik akım yoğunluğu, “μ₀” boşluk manyetik geçirgenliği ifade etmektedir.

Manyetik İndüksiyon

Faraday’ın elektromanyetik indüksiyon yasası, bir manyetik alanın değişimine bağlı olarak bir tel veya bobin etrafında bir elektrik akımı oluşacağını ifade eder. Bu yasa, manyetik alanın değişim hızına ve bobinin boyutlarına bağlıdır. N sarımlı bir bobinde oluşan emk formülü aşağıdaki gibidir. Elektrik motorları, transformatörler, generatörler bu yasa sayesinde sargılarındaki EMK’lar hesaplanabilmektedir.

$E=-N\;\frac{\operatorname d\phi}{\operatorname dt}$

Burada, “E” elektriksel potansiyel farkını, “N” bobin sarım sayısını, “Φ” manyetik akıyı ve “t” zamanı temsil eder. Ayrıca manyetik akı yoğunluğu, bir manyetik alanın yoğunluğunu ifade eder ve manyetik alanın birim alana düşen manyetik akısını temsil eder. Birimi yine Tesla’dır.

Manyetizma İçin Elektromanyetik Dalgaların Önemi

Elektromanyetik dalgalar, elektrik alanları ve manyetik alanların birleşiminden oluşan transversal (yatay) dalgalar olarak tanımlanırlar. Elektromanyetik dalgalar, boşlukta hızları ışık hızına eşit olan elektromanyetik radyasyonlardır. Bu dalgalar, manyetik ve elektrik alanların birbirine dik olduğu bir ortamda hareket ederler. Elektromanyetik dalgalar, farklı dalga boylarına sahip olabilirler. Bu dalga boyları, elektromanyetik spektrum içinde yer alırlar ve radyo dalgaları, mikrodalgalar, görünür ışık, X-ışınları ve gama ışınları gibi farklı türlerde elektromanyetik dalgaları içerirler. Elektromanyetik dalgaların yayılması, bir manyetik alanın bir iletkenin içinde veya yakınında hareket etmesiyle oluşur. Bu, Faraday’ın elektromanyetik indüksiyon yasasına dayanır. Elektromanyetik dalgalar, boşlukta hızları sabit olduğu için, dalga boyu kısaldıkça frekans artar ve enerji seviyesi yükselir. Elektromanyetik dalgaların birçok farklı uygulaması vardır. Radyo ve televizyon yayınları, kablosuz iletişim, mikrodalga fırınlar, manyetik rezonans görüntüleme (MRI) ve X-ışınları gibi tıbbi görüntüleme teknolojileri, lazerler, güneş pilleri ve daha birçok alanda kullanılırlar.

BENZER İÇERİK: ELEKTRİĞİN TEMEL KAVRAMLARI

MANYETİZMA | 1. BÖLÜM

Mayıs 7, 2023 / CAGIN / 0 Comments

MANYETİZMA | 1. BÖLÜM

Manyetizma Nedir?

Manyetizma, fizikte ve elektrikte çok önemli bir konudur. Manyetizma sayesinde transformatör, generatör, elektrik motoru gibi elektrik makineleri çalışmaktadır. Ayrıca teknolojide birçok kullanım alanı vardır. Dolayısıyla manyetizmayı bilmeden elektrik üretimi, iletimi, dağıtımı, kullanımı yapılamaz. Bu yüzden manyetizma detaylarıyla bilmek, elektrik ile ilişkisini anlamak büyük önem arz etmektedir. Manyetizma fizikte, elektrik yükleri tarafından üretilen manyetik alanlarla ilgilidir. Manyetik alanlar, hareketli yüklere kuvvet uygulayabilen manyetik kuvvetler üretirler. Manyetik kuvvetler, manyetik alanın değişimleriyle değişir. Manyetizma, elektromanyetizma ve manyetik malzemeler gibi konuları içerir.

Manyetizma Çeşitleri ve Elektrikle İlişkisi

Manyetik malzemeler, doğal manyetik malzemeler ve manyetik olmayan malzemeler olmak üzere iki gruba ayrılır. Manyetik malzemeler, kendilerine manyetik alanlar uygulandığında manyetik özellikler gösterirken, manyetik olmayan malzemeler manyetik özellikler göstermezler. Manyetik olan malzemeler Diyamanyetizma, Paramanyetizma, Ferromanyetizma, Antiferromanyetizma, Ferrimanyetizma ve Süperparamanyetizma olarak çeşitlendirilir. Manyetik malzemeler Demir, Nikel ve Kobalt (Fe, Ni ve Co) gibi maddeleri çekme özelliği gösterirler ve bu tür malzemeler mıktanıs özelliğine sahiptir. Mıknatısların iki kutbu vardır. Bu kutuplar N ve S kutbu olarak isimlendirilir. Mıknatıslar ikiye bölünse bile her defasında yine iki kutuplu yeni fakat küçük bir mıknatıs oluşur. Hiçbir zaman tek kutuplu mıknatıs oluşamaz. Manyetizma ve elektrik arasında çok yakın bir ilişki vardır. Elektrik akımları manyetik alanlar üretir ve manyetik alanlar da elektrik akımlarını oluşturabilirler. Elektromanyetizma, elektrik ve manyetizmanın birleşimidir. Mıknatıs, manyetik alan üreten bir nesnedir. Manyetik malzemelerden yapılmıştır. Mıknatıslar, manyetik kuvvetler üretir ve manyetik kuvvetler, diğer manyetik malzemeleri çekebilir veya itebilir. Mıknatıslar, manyetik alan üreten elektrik akımlarıyla da üretilebilirler. Bu, elektromanyetizma prensiplerine dayanır.

BENZER İÇERİK: MANYETİZMA | 2. BÖLÜM

Manyetik Alan ve Manyetik Akı

Mıknatısın manyetik özelliklerini gösterebildiği bölgeye manyetik alan denir. Manyetik alan, manyetik malzemeler tarafından üretilir ve manyetik kuvvetler üretir. Manyetik alanın kuvvet çizgileri asla birbirlerini kesmezler, kuzey kutbundan başlayıp güney kutbuna doğru uzanırlar. Manyetik alanın büyüklüğü manyetik akı yoğunluğu ile ilişkilidir ve birimi Tesla’dır, yani Weber/metrekare’dir. Manyetik alan vektörel bir büyüklük olup, B harfi ile gösterilir. Manyetik kutupların aynı cins olması durumunda birbirlerini iterken, zıt cins olması durumunda birbirlerini çekerler.

Manyetik akı, bir manyetik malzemenin manyetik alanının miktarını ifade eder. Manyetik akı, manyetik alanın manyetik malzemeler tarafından geçirilen akıdır. Manyetik akı, manyetik alanın yoğunluğuna ve manyetik malzemenin boyutuna bağlıdır. Manyetik alan ve manyetik akı arasındaki fark, manyetik alanın manyetik malzemelerin çevresindeki adlandırılırken, manyetik akının manyetik malzemelerin içinde geçen manyetik alan miktarı olduğudur. Manyetik alan ve manyetik akı arasındaki ilişki, manyetik akı yoğunluğu ve manyetik alanın integrali olan manyetik akı bağlantısı ile ifade edilir. Manyetik akı birimi Weber’dir.

Manyetik akı aşağıdaki şekilde formülize edilir. Bu B harfi boşluktaki manyetik alanı, A ise yüzey alanı, alfa açısı ise manyetik akının yüzey alanına vurduğu açıyı belirtir.

$\varnothing=B.A.\cos\left(\alpha\right)$

Üzerinden akım geçen düz veya çembersel telde, selonoidde meydana gelen manyetik alan formülleri farklıdır. Çünkü manyetik alanın etki ettiği kısımlar ve uzaklıklar farklı olduğu için formüller de değişmektedir. Bu yüzden tek tek her bir sistemin formülü verilmemiştir. Manyetik alan yönü sağ el kuralı ile bulunur. Dört parmağımız akımın yönünü gösterecek şekilde tel avuç içine alınırsa, baş parmağımız manyetik alanın yönünü gösterir.

Manyetik Kuvvetler

Elektrostatik kuvvetler, elektrik yükleri arasındaki kuvvetlerdir. Bu kuvvetler, Coulomb yasasına göre hesaplanır. Coulomb yasası, iki yük arasındaki kuvveti, bu yüklerin büyüklükleri ve aralarındaki uzaklıkla hesaplar. Elektrostatik kuvvetler, manyetik kuvvetlerden farklıdır çünkü manyetik kuvvetler, hareket eden yüklere etki ederken, elektrostatik kuvvetler, hareketsiz yüklere de etki edebilir. Manyetostatik kuvvetler, manyetik alanlar arasındaki kuvvetlerdir. Manyetik alanlar, manyetik momentleri olan nesnelerden kaynaklanır. Manyetik moment, bir nesnenin manyetik alanı oluşturma yeteneğidir. Manyetik alanlar, manyetik momentler arasındaki kuvvetleri hesaplamak için kullanılır. Manyetostatik kuvvetler, elektrostatik kuvvetler gibi hareketsiz yüklere etki edebilir.

Manyetik kuvvetler, hareket eden elektrik yüklerine etki ederler, manyetik alanın değişimleriyle değişirler. Manyetik kuvvetler, yükün hızına, manyetik alanın şiddetine ve yükün manyetik momentine bağlıdır.

Üzerinden akım geçen tele manyetik alanda etkiyen kuvvet aşağıdaki formülle bulunur. Burada “F” manyetik kuvveti, “B” manyetik alan şiddetini, “i” akım şiddetini, “L” ise manyetik alanın etki ettiği uzunluğu ifade eder.

$F=B.i.L.\sin\left(\alpha\right)$

Manyetik alanda hareket eden yüklü parçacıklara etki eden manyetik kuvvet ise aşağıdaki formülle bulunur. Burada “F” manyetik kuvveti, “B” manyetik alan şiddetini, “v” ise parçacığın hız vektörünü ifade eder.

$F=q.v.B$

BENZER İÇERİK: ELEKTRİĞİN TEMEL KAVRAMLARI

ÜÇ FAZLI SİSTEMLER

Nisan 13, 2023 / CAGIN / 0 Comments

Alternatif akım tek fazlı (monofaze) veya üç fazlı (trifaze) olarak kullanılır. Biz elektrik enerjisini üç fazlı olarak üretiyor, iletiyor ve dağıtıyoruz. Faz demek, bir sinyalin (bu akım veya gerilim olabilir) değer olarak sıfırdan geçerek pozitif değerler almaya başladığı noktanın referans (başlangıç) noktasına göre değeridir. Monofaze sistemlerde bir faz ve nötr vardır. Trifaze sinyallerde ise üç faz bulunur. Üç fazlı sistemler üçgen veya yıldız bağlanır ve bu bağlantı şekline göre devrede nötr bulunur ya da bulunmaz.

BENZER İÇERİK: SOLAR İNVERTÖRLER

Üç Fazlı Sistemlerde Akım ve Gerilim Hesapları

Üç fazlı akım veya gerilim üç adet dalga formuna sahip olan alternatif akım (AC) sinyallerinden oluşan, birbirlerinden 120 derece farklı faz açılarına sahip dalga formlarıdır. 50 Hz frekansta alçak gerilim dağıtım sistemlerinde kullanılan faz-nötr 220VAC iken, faz-faz arası gerilim 380VAC’dir. 60 Hz’de ise alçak gerilimde faz-nötr 110VAC, faz-faz arası gerilim 208 VAC’dir. ABD’de bazı noktalarda bu değer 240VAC veya 480 VAC olabilmektedir. Üç faz akım ve gerilimin her bir genliği aynı ancak faz arasındaki açı farkı 120 derecedir.

Üç faz akım ve gerilim hesapları fazörel işlemlerle yapılır. Aşağıda gerilim için hem fonksiyon olarak hem de fazörel olarak formüller bulunmaktadır.

$U_1(t)=U_m\sin wt$

$U_2(t)=U_m\sin(wt-120^0)=U_m\sin(wt+240^0)$

$U_3(t)=U_m\sin(wt+120^0)=U_m\sin(wt-240^0)$

Üç fazın fazörel gösterimleri aşağıdaki gibidir.

$U_1=U\angle0^0$

$U_2=U\angle-120^0=U\angle240^0\\$

$U_3=U\angle120^0=U\angle-240^0\\$

$U=\frac{U_m}{\sqrt2}\\$

Üç Fazlı Sistemlerde Yıldız Bağlantı ve Akım & Gerilim Formülleri

Yıldız bağlı üç fazlı sistemlerde nötr vardır. Her faz, kendisine ait çıkış uçları birbirleriyle birleştirilerek elde edilir. Birleşme noktasından çıkan iletken ise nötr iletkenidir. Burada faz akımları (Ia, Ib ve Ic), hat (fazlar arası) akımına, (Iab, Ibc ve Iac) eşit ancak fazörel olarak aralarında 120 derece bulunacak şekilde değerdedir.. Hat gerilimleri (Vab, Vac, Vbc) ise faz gerilimlerinin (Va, Va, Vb), genlik olarak V3 katı kadardır ve fazörel olarak aralarında 120 derece bulunacak şekilde değerdedir.

Yıldız bağlantıda akım ve gerilim formülleri aşağıdaki şekilde verilmiştir.

$U_{hat}=\sqrt3\;U_{faz}\\$

$I_{hat}=I_{faz}\\$

Üç Fazlı Sistemlerde Üçgen Bağlantı ve Akım & Gerilim Formülleri

Üç fazlı sistemlerde üçgen bağlantı yaparken her bir fazın çıkışı diğer bir fazın girişine bağlayarak elde edilir. Üçgen bağlantı da nötr yoktur. Dolayısıyla faz gerilimi (Va, Va, Vb), hat gerilimine (Vab, Vac, Vbc) gerilimine genlik olarak eşit ancak fazörel olarak aralarında 120 derece bulunacak şekilde değerdedir. Hat akımlarının (Iab, Ibc ve Iac) genlik değeri, faz akımlarının (Ia, Ib ve Ic), V3 katı kadardır ve fazörel olarak aralarında 120 derece bulunacak şekilde değerdedir.

Üçgen bağlantıda akım ve gerilim formülleri aşağıdaki şekilde verilmiştir.

$U_{hat}=U_{faz}\\$

$I_{hat}=\sqrt3I_{faz}\\$

Üç Fazlı Sistemlerde Güç

Alternatif akım sistemlerinde güç faktörüne göre görünür güç (VA), reaktif güç (VAr) ve aktif güç (W) birimleri bulunur. Üç fazlı sistemlerde toplam güç, üç fazın toplamıdır.

$P_{aktif}=P_1+P_2+P_3\\$

$Q_{reaktif}=Q_1+Q_2+Q_3\\$

$S=P+iQ=S\angle\varphi\\$

Buradaki açı değeri, aktif ve reaktif gücün arasındaki açı farkına göre sistemin güç katsayıdır.

Dengeli bir sistemde toplam aktif güç;

$P_t=3P=3\;U_{faz}\;I_{faz}\;\cos\left(\varphi\right)=3\frac{U_{hat}}{\sqrt3}\;I_{hat}\;\cos\left(\varphi\right)=\sqrt3\;U_{hat}I_{hat}\;\cos\left(\varphi\right)\\\;$

Dengeli bir sistemde toplam reaktif güç;

$Q_t=3Q=3\;U_{faz}\;I_{faz}\;\sin\left(\varphi\right)=3\frac{U_{hat}}{\sqrt3}\;I_{hat}\;\sin\left(\varphi\right)=\sqrt3\;U_{hat}I_{hat}\;\sin\left(\varphi\right)\\\;$

Görünür güç S ise aşağıdaki formülle hesaplanır.

$S=\sqrt3\;U_{hat}I_{hat}\;\\\;$

Üç Fazlı Sistemlerde Dengeli ve Dengesiz Yüklenme

Üç fazlı bir yükün her fazına bağlanan empedans büyüklüğü (hem genlik hem de açı olarak) eşit ise, bu yüke dengeli yük denir. Yük aslında çekilen akım olarak düşünecek olursak, dengeli yüklenme de akım değerleri yukarıda verilen formüllerle hesaplanabilmektedir. Dengesiz yük durumunda ise her bir fazdan farklı değerlerde akım geçer. Yani farklı empedans büyüklüğü (hem genlik hem de açı olarak) bağlanmış olarak düşünülür ve eşdeğer devresi oluşturulur. Dengesiz yük hem yıldız hem de üçgen bağlantı durumunda yukarıdaki formüller pek doğru hesaplama yapamaz. Dolayısıyla fazörel olarak hesap yapmak gerekir. Çünkü yıldız bağlantıda tüm faz akımlarının genlikleri farklıdır ve aralarındaki açı artık 120 derece değildir. Üçgen bağlantıda ise zaten faz akımları birbirinden farklıydı ve her bir fazdaki empedans değerine bağlı olarak farklı değerler elde edilmektedir. Burada empedansın omik, endüktif ve kapasitif olma durumuna göre fazörel işlemler vasıtasıyla akımların genlikleri ve faz açıları hesaplanmaktadır.

BENZER İÇERİK: DOĞRU (DC) VE ALTERNATİF AKIM (AC) NEDİR?

Neden Elektriği Üç Fazlı Olarak Kullanıyoruz?

Üç fazlı sistemlerin elektrik üretiminde, iletiminde ve dağıtımında önemli avantajları bulunmaktadır. Bunlardan bazıları aşağıdaki gibidir.

Yüksek güç seviyelerinde ve daha az kayıpla ve daha verimli bir şekilde enerji aktarımı sağlanır.
Büyük ölçekli enerji üretimi, iletimi ve dağıtımı için kullanılır. Enerji iletiminin çok fazlı yapılması, tek fazlı hatlara göre daha ucuzdur. Aynı gücün çok fazlı olarak iletilmesinde, gerilim değeri artarken akım değeri düşeceğinden kayıplar azalır. Kullanılan iletkenin kesiti de küçülür.
Endüstriyel uygulamalar ve büyük güç gerektiren uygulamalar için oldukça yaygın kullanım alanı vardır. Örneğin, manyetik döner alan gerekli elektrik motorlarının çalıştırılması, ısıtma ve soğutma sistemleri, aydınlatma sistemleri ve daha birçok uygulama için üç fazlı sistemler kullanılır. Özellikle elektrik motorlarında tek fazlı sistemlerinde tek fazlı olarak büyük bir güç çekildiğinde motorun momenti de değişeceğinden motorda titreşim/salınım olur. Eğer bu güç üç fazlı olarak üç parça halinde çekilirse motorun momenti daha düzgün olup, titreşimleri (salınımları) en az olur. Bu yüzden büyük güçlü motorlar üç fazlı olarak üretilirler.
Daha az kablo kesiti kullanımı ve daha küçük boyutlu elektrik motorları gibi diğer bileşenlerin kullanılmasına da olanak tanır. Bu da maliyetleri düşürür.
Aynı boyuttaki üç fazlı sistemler, bir fazlı sisteme göre daha büyük güç verir.

DOĞRU (DC) VE ALTERNATİF AKIM (AC) NEDİR?

Mart 30, 2023 / CAGIN / 0 Comments

Gerilim kaynakları, yüke bağlı olarak akımı oluşturur. Dolayısıyla akım ve gerilim ilişkisini iyi bilmeden bu tanımları yorumlamak doğru olmaz. Bir devrede hem gerilim hem de akım tipi aynı olmak zorundadır. İkisi de ya doğru akımdır ya da alternatif akımdır.

DC Akım Nedir?

DC, İngilizce’de “Direct Current”, Türkçe’de doğru akım anlamına gelir. Devrenin gerilimi DC ise sabit tip bir gerilim genliği ve değeri vardır. Akım tek yönlü akar. DC devrenin akım ve gerilim formülü aşağıdaki gibidir. “V” veya “U” gerilimi ifade ederken, “I” akımı, R ise yükü temsil eder. Güç sadece aktif güçtür. Yük ise sadece direnç olur. Sabit tip akımda kondansatörler bir açık devre gibi davranırken, bobin ise kısa devre edilmiş bir hat gibi davranır.

$V=I.R$

Farkında olmasak da DC gücü hayatımızın her alanında kullanıyoruz. Örneğin, cep telefonları, televizyonlar, bilgisayarlar gibi elektronik cihazlarda, otomobillerde DC güç kullanılırız. Prizden alınan AC güç, adaptörler vasıtasıyla DC güce çevrilir. Araçlarda ise DC gücü şarj alternatörlerin ürettiği AC enerjiyi DC güce çeviren elektronik devreler vasıtasıyla elde ederiz. Konutlar veya ticari binalarda, acil durum aydınlatması, güvenlik kamerası ve TV sistemleri, otomatik kontrol sistemleri gibi önemli alanlarda DC güç kullanılır. Akım, gerilim, güç, enerji gibi hesaplar AC sistemlere göre daha kolaydır. Ayrıca enerji depolanması DC güçte yapıldığından, DC güç hayatımızda önemli bir rol oynamaktadır.

DC güç aşağıdaki kaynaklardan elde edilir.

Kimyasal enerji vasıtasıyla batarya ve piller
Aküler
Fotovoltaik solar paneller
AC güçten DC güce çeviren güç elektroniği doğrultucu (rectifier) devreleri ve adaptörler

BENZER İÇERİK: ÜÇ FAZLI SİSTEMLER

Alternatif Akım (AC) Nedir?

AC, İngilizce’de “Alternating Current”, Türkçe’de değişken akım anlamına gelir. Genliği ve yönü periyodik olarak değişen elektriksel akımdır. Bu akımın mucidi Nikola Tesla’dır. Geçmişte DC güç yaygın olarak kullanılırken eksik yanlarını fark eden Nikola Tesla, alternatif akımı bulmuştur. Özellikle manyetizma ile döner alan yaratmasından dolayı generatör, motor, transformatör gibi elektrik makinelerinin insanlığa kazandırılmasında ve insanlığın teknolojik olarak gelişmesinde çok önemli bir rol oynamıştır.

Bu akım türünde en çok kullanılan dalga türü sinüsoidal dalgadır. Farklı uygulamalarda üçgen veya kare dalga gibi değişik dalga biçimleri de kullanılmaktadır. Ancak AC güç, sinüsoidal dalga olarak üretilebilmektedir. Üçgen ve kare dalga gibi diğer alternatif akım tipleri, elektronik devreler yardımıyla üretilir. Alternatör diye adlandırılan generatörler, alternatif akımın üretilmesini sağlayan elektrik makineleridir. Bu makineler Faraday Yasası’ndan yararlanarak AC akım üretir. Makinenin rotoru harici bir tahrik yöntemiyle döndürülerek, alternatif döner manyetik alanı ve akısı elde edilir. Çünkü alternatif akımın manyetik alanı ve akısı da alternatiftir. Statorda üç faz olarak sarılmış bobinler ise bu alternatif manyetik akıyı belirli bir açıyla keserek, statordaki bobinlerde alternatif gerilimin indüklenmesine sebep olur.

AC devrenin akım ve gerilim formülü aşağıdaki gibidir. “V” veya “U” gerilimi ifade ederken, “I” akımı, Z ise yükü temsil eder. Güç hem aktif hem de reaktif güç olabilir. Yük ise direnç, kondansatör ve bobinden oluşur. Formülde “R” direnci, “L” bobini, “C” kondansatörü, “w” açısal frekansı ve “t” ise zamanı temsil etmektedir.

$u(t)=R\;i(t)\;+\;L\frac{di}{dt}\;+\;\frac1C\int idt.$

$u(t)=U_m\;\sin(wt).$

Alternatif akımda frekans, periyot, faz, faz farkı, faz açısı gibi kavramlar vardır. Sinüs dalgasının tam bir turu, bir periyot olarak adlandırılır. Frekans ise periyodun tersidir yani sinüs dalgasının saniye başına döngü sayısıdır ve birimi Hertz’dir (Hz). Alternatif akımın veya gerilimin sıfırdan geçerek pozitif değerler almaya başladığı noktanın referans (başlangıç) noktasına göre açı (veya zaman) farkına faz veya faz açısı denir. Faz farkı ise, birden fazla alternatif akım veya gerilim büyüklüğünün (üç fazlı sistemlerde çok kullanılır) sıfır geçiş noktaları arasındaki açı farkına denir. Bu kavram, sadece aynı frekanslı büyüklükler arasında söz konusudur. Alternatif akımda en çok kullanılan büyüklük efektif (etkin) değerdir ve “rms” olarak sembolize edilir. Bu değer, alternatif akım değerinin DC değerine eş değerinin hesaplarda kullanılması için gereklidir. Örneğin bir akım 10 A DC olsun, alternatif akımda ise 10sinwt olarak düşünürsek burada akımın tepe değeri 10 A’dir. Sürekli 10 A değerini almayacağı için DC eş değeri tam olarak 10 A olarak hesaplarda kullanılmaz, değer biraz daha az olur. Efektif değer aşağıdaki formülle hesaplanır.

$U_{eff}\;=\frac{U_m}{\sqrt2}.$

Alternatif akımda işlemler fazörel olarak yapılır. Genlik ve açıya bağlı olarak sinüsoidal büyüklükler fazörlerle gösterilerek hesaplamaların yapıldığı çözüm alanına fazör domen (frekans domeni, w- domeni) denir.

BENZER İÇERİK: ELEKTRİĞİN TEMEL KAVRAMLARI

Alternatif Akım Hangi Alanlarda Kullanılır?

Dünyada tüm toplumlar elektrik alternatif gücü üç fazlı olarak üretir, iletir ve dağıtır. Alternatif akımın frekansı farklı olabilir. Genelde Avrupa, Asya ve Afrika ülkeleri (Suudi Arabistan hariç) 50 Hz frekanslı alternatif akım kullanırken, Kuzey ve Güney Amerika’da 60 Hz kullanılır. Senkron ve asenkron motorlar alternatif akım üretirler ancak alternatif depolanamamaktadır. Transformatörler alternatif gerilimin değerini başka bir gerilime dönüştürürken elektrik motorları ise alternatif akımı kullanarak mekanik enerji üreterek insanlığın gelişmesine katkıda bulunurlar. Bu üç makine tipinin alternatif akımı kullanmasının sebebi, alternatif manyetik alan veya akı ihtiyacına, başka bir değişle reaktif güce ihtiyaç duymalarıdır. Çünkü DC akımda sadece aktif güç vardır. Ancak alternatif akımda hem aktif hem de reaktif güç bulunmaktadır. Makinelerin yapısı gereği reaktif gücü kullanarak elektrik üretir, gerilim çevirir veya mekanik enerji elde edebilir. Evlerimize gelen güç de tek fazlı alternatif güçtür. Aynı şekilde elektrik makineleri haricinde alternatif gücü kullanan bazı diğer elemanlar armatürler, aydınlatma ekipmanları, enerjinin uzun mesafelerde iletilmesinde kullanılan enerji iletim hatları, çamaşır makineleri, fırın, buzdolabı gibi ev cihazları örnek verilebilir.

ELEKTRİĞİN TEMEL KAVRAMLARI

Ocak 30, 2023 / CAGIN / 0 Comments

ELEKTRİĞİN TEMEL KAVRAMLARI

Akım

İletkenlerde elektrik akımı serbest elektronlar tarafından oluşur. Normalde hareketsiz duran serbest elektronların, devreye bir gerilim uygulanması sonucunda oluşan elektrik alanın etkisiyle hareket etmelerine elektrik akımı denir. Elektronların belirli bir yöndeki hareketi elektrik akımını oluşturur. Bu akımı oluşturan ana etken elektrik yük miktarıdır. Birçok nedenden dolayı elektron alan veya veren maddeler negatif veya pozitif yüklü hale gelirler. Uluslararası birimler sisteminde elektrik yükü birimi Coulomb’tur ve “Q” ile sembolize edilir. 1 Coulomb’luk elektrik yükü yaklaşık 6,24×10¹⁸ elektronu içerir. Bu yüzden de bir elektronun taşıdığı elektrik yük miktarı 1,6×10^-19 Coulomb olarak hesaplanır. Elektrik akımın değeri ise birim zamanda geçen elektrik yük miktarının hesaplanmasıyla bulunur. Birimi Amper’dir ve “A” ile sembolize edilir. Yani akımı bulmak için iletkenden akan yük miktarını zamana böldüğümüzde, o iletkenden geçen akım değerini hesaplamış oluruz.

BENZER İÇERİK: DOĞRU (DC) VE ALTERNATİF AKIM (AC) NEDİR?

İletkenden geçen yük miktarı (dolayısıyla akımın değeri) birim zamanda değişmiyorsa buna doğru akım (DC akım – Direct Current), değişiyorsa alternatif akım (AC akım – Alternating Current) denir.

Gerilim

Elektrik devrelerinde elektrik alanı meydana getirip, elektronları hareket ettiren ve elektrik akımını meydana getiren kuvvete gerilim denir. Gerilim aynı zamanda potansiyel fark veya elektromotor kuvvet olarak da ifade edilir. Birim yük üzerindeki enerji büyüklüğüdür. Birimi Joule/Coulomb veya kısaca bilinen Volt’tur ve “V”, “U”, “E” gibi harflerle sembolize edilir. Gerilim aslında iki nokta arasında bir potansiyel farktır. Devreden akım akması için bu potansiyelin olması gerekir. Değeri ve yönü zamana bağlı olarak değişmeyen gerilime doğru gerilim, değişene alternatif gerilim denir.

Güç

Birim zamanda yapılan iş miktarına güç denir. Gücün büyüklüğü bir elektrik cihazının birim zamanda harcadığı enerjiyi veya yapacağı işi ifade eder. Elektriksel güç, akım ve gerilimle doğru orantılı olduğundan bu iki kavramın çarpımına eşittir. Birimi Voltamper, kısaca “VA” olarak sembolize edilir. Doğru akım devrelerinde toplam güç değeri aktif güce eşit olduğundan birimi Watt olarak da ifade edilmektedir. Alternatif akım devrelerinde reaktif güç de var olduğundan görünür güç VA olarak sembolize edilir.

Enerji

Genel olarak iş yapabilme yeteneğine enerji denir. Her şeyin bir enerjisi vardır. Termodinamiğin birinci kanununa göre; evrende enerji yoktan var edilemez ve var olan enerji de yok edilemez. Elektrik enerjisini kullanmamızın sebebi onu başka türlü bir enerjiye çevirerek iş yapmaktır. Örneğin elektrik sobaları, fırın, ütü gibi rezistif özellikteki yükler elektrik enerjisini ısı enerjisine çevirir. Elektrik ampulü ise ışık enerjisine çevirir. Yani bize gerekli olan enerjiye dönüştürmek için elektrik enerjisini kullanırız. Bu yüzden dünyadaki enerji sorununu çözmek için, elektrik enerjisinin üretimini, iletimini, depolanmasını ve verimli kullanımını geliştirmek gerekir. Güç genel anlamda birim zamanda harcanan enerji ise, enerjiyi hesaplamak için güç ve zaman değerlerini çarparak elde ederiz. Elektrik enerjisini elde etmek için güç ve zaman değerlerinin çarpımında, aynı zamanda güç değerinin içerisinde akım ve gerilim parametreleri de olduğundan enerjinin büyüklüğü akım, gerilim ve zamanla doğru orantılı olduğunu söyleyebiliriz.

BENZER İÇERİK: MANYETİZMA | 1. BÖLÜM

Elektrik devre elemanları aktif ve pasif elemanlar olmak üzere ikiye ayrılır. Pasif elemanlar elektrik enerjisini harcayan ve/veya depolayıp devreye geri veren elemanlardır. Örnek olarak direnç, kondansatör, bobin (indüktans) gibi elemanlar sayılabilir. Aktif elemanlar ise enerji üreten, devreyi besleyen elemanlardır. Devreyi besleyen enerji kaynakları bu gruba girer.

Direnç

Genel anlamda bir maddenin akıma karşı gösterdiği zorluğa direnç denir. Her maddenin direnci maddelerin yapısı gereği birbirlerinden farklıdır. Direncin değeri, maddenin boyuna, özgül direncine ve kesitine bağlı olarak değişir. Dolayısıyla direnci farklı olan maddelerden farklı akımlar akar. Birimi Ohm’dur ve “Ω” olarak sembolize edilir.

Kapasitör – Kondansatör

Elektrik yüklerinin depolanması özelliğine kapasite denir. Bu etkiye sahip, elektrik yüklerini depolayan devre elemanına kondansatör (kapasitör) denir. Bir iletkenin yük miktarının, devredeki iki ucu arasındaki gerilime oranı o elemanın kapasitesini (kapasitans) ifade eder. Birimi Farad’dır ve “F” ile sembolize edilir. Bir kondansatörün uçlarına bir 1 V’luk bir gerilim uygulandığında, 1 Coulomb’luk elektrik yükü depo edebilen kapasitans değeri 1 Farad’dır.

Bobin – İndüktans

Manyetizma çok geniş bir konudur. Çok detaya inmeden başlıca bilinmesi gereken parametreleri açıklayacak olursak; manyetik alan, içinden akım geçen bir iletkenin etrafında oluşturduğu alanı ifade eder. Kuvvet çizgileriyle ifade edilir ve N kutbundan S kutbuna doğru yönlenir. Bir mıknatısa ait bu manyetik kuvvet çizgilerinin tamamına ise manyetik akı denir. Birimi Weber’dir ve “Wb” ile sembolize edilir. Birim yüzeyden dik olarak geçen manyetik kuvvet çizgilerinin sayısına ise manyetik akı yoğunluğu veya manyetik indüksiyon denir. Birimi Tesla (Wb/m²)’dır ve “B” ile sembolize edilir.

Elektromanyetizmada indüktans, bobinin manyetik alan içerisinde enerji depolama özelliğine sahip devre elemanıdır. Genel olarak bobin diye bilinir. Birimi Henry’dir ve “L” harfi ile sembolize edilir. Bobinler (veya indüktanslar) alternatif akım sistemlerinde çok önemli bir yer tutar. Generatör, motor, transformatör gibi elektrik makinelerinde, enerji iletim hatlarında, kablolarda vb. ürünlerin bulunduğu elektrik devre sistemlerinde akımın, gerilimin, kısa devre akımlarının hesaplanmasında önemli rol oynamaktadır.

BENZER İÇERİK: MANYETİZMA | 2. BÖLÜM

Kategori: Temel Kavramlar

MANYETİZMA | 2. BÖLÜM

MANYETİZMA | 2. BÖLÜM

Manyetizma Yasaları

Maxwell Denklemleri

Manyetik İndüksiyon

Manyetizma İçin Elektromanyetik Dalgaların Önemi

MANYETİZMA | 1. BÖLÜM

MANYETİZMA | 1. BÖLÜM

Manyetizma Nedir?

Manyetizma Çeşitleri ve Elektrikle İlişkisi

Manyetik Alan ve Manyetik Akı

Manyetik Kuvvetler

ÜÇ FAZLI SİSTEMLER

Üç Fazlı Sistemlerde Akım ve Gerilim Hesapları

Üç Fazlı Sistemlerde Yıldız Bağlantı ve Akım & Gerilim Formülleri

Üç Fazlı Sistemlerde Üçgen Bağlantı ve Akım & Gerilim Formülleri

Üç Fazlı Sistemlerde Güç

Üç Fazlı Sistemlerde Dengeli ve Dengesiz Yüklenme

Neden Elektriği Üç Fazlı Olarak Kullanıyoruz?

DOĞRU (DC) VE ALTERNATİF AKIM (AC) NEDİR?

DC Akım Nedir?

Alternatif Akım (AC) Nedir?

Alternatif Akım Hangi Alanlarda Kullanılır?

ELEKTRİĞİN TEMEL KAVRAMLARI

ELEKTRİĞİN TEMEL KAVRAMLARI

Akım

Gerilim

Güç

Enerji

Direnç

Kapasitör – Kondansatör

Bobin – İndüktans

En Son İçerikler

KATEGORİLER

SOSYAL MEDYA

İLETİŞİM