ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ

Bilgi paylaştıkça çoğalır.

Etiket: akım

MANYETİZMA | 1. BÖLÜM

Mayıs 7, 2023 / / 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 Alan Çizgileri

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.

Sağ El Kuralı

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 / / 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.

Üç Fazın Fazörel Gösterimi
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 Fazın Grafiksel Gösterimi

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.

Üç Fazlı Sistemlerde Yıldız Bağlantı

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.

Üç Fazlı Sistemlerde Üçgen Bağlantı

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.

ELEKTRİĞİN TEMEL KAVRAMLARI

Ocak 30, 2023 / / 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.

Doğru ve Alternatif Akım

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.

Basit Elektrik Devresi

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

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

KATEGORİLER

SOSYAL MEDYA

İLETİŞİM

    © 2024 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ

    Theme by Anders Noren — Up ↑