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.
![\[V=I.R\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-cf35a740d8f100d865d303e2f216e8b1_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
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
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.
![\[u(t)=R\;i(t)\;+\;L\frac{di}{dt}\;+\;\frac1C\int idt.\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-55c38b989f2b5b31086fd9d706dd7d56_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[u(t)=U_m\;\sin(wt).\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-4714976fd370104d64715a42126ad19f_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
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.
![\[U_{eff}\;=\frac{U_m}{\sqrt2}.\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-f270c3ea2c9aed5f9f85d5d91ba16d82_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
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.
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.
