|
|
DOĞRU AKIM: Yönü ve şiddeti zamana göre değişmeyen akıma doğru akım denir.
ALTERNATİF AKIM :yönü ve şiddeti zamana göre değişen akıma alternatif akımdenir.
Günümüzde endüstrinindi gelişmesi ile birlikte enerji kaynaklarına olan
ihtiyaçartmış ve günden güne de artmaktadır. Enerji türleri, içerisinde
en çokkullanılan enerji çeşidi elektrik enerjisidir. Bunun sebepleri şu
şekildesıralanabilir.
1. Elektrik enerjisinin elde edilmesi, taşınması ve dağıtımı kolay veverimli bir şekilde yapılabilir.
2. Elektrik enerjisi öteki enerji çeşitlerine kolayca dönüşebilir (ısı,ışık, hareket…. Vb.)
3. Elektrik enerjisi çok küçük parçalara ayrılarak kullanılabilir.
4. Elektrik enerjisi külsüz dumansız ve atık bırakmayan bir enerjidir.
Elektrik enerjisi birçok alanda kullanılmaktadır. Önceleri aydınlatma
içinkullanılan bu enerji elektrik makinelerinin bulunması ile geniş bir
kullanımalanına yayılmıştır. Bugün aydınlatmada, ısıtmada,
havlandırmada ,soğutmadaulaşım elektro kimya , haberleşme ev
aygıtlarının çalıştırılması ve çeşitli işmakinelerinin
çalıştırılmasında elektrik enerjisinden faydalanılmaktadır.
Bu kadar yaygın kullanım alanı bulan elektrik enerjisinin
üretildiğisantraller çoğu zaman tüketim bölgelerinden uzakta kurulur.
Bu bakımdanelektrik enerjisinin üretildiği yerlerden tüketim
noktalarına taşınmasıgerekmektedir. 19. asrın sonlarında doğu Avrupa ve
Amerika’da elektrikenerjisinin taşınmasına başlanmış ancak gerilimin
yüksek olmaması nedeni ileiletim kısa mesafelere yapılabilmiştir.
Elektrik enerjisinin taşınmasınaihtiyaç duyulduğu bu yıllarda elektrik
enerjisi doğru akım olaraküretilmekteydi. Enerji üretimi , iletimi ve
dağıtımı generatörlerden eldeedilen alçak gerilimle yapılıyordu, bu
bakımdan üretim merkezlerinin tüketimnoktalarına yakın olması
gerekiyordu. Alçak gerilimde gerilim düşümü ve güçkaybı ,enerjinin
uzaklara iletimini ekonomik olmaktan çıkarıyor idi. Daha
sonraalternatif akım tekniği gelişti ve daha büyük gerilimler elde
edildi.
Elektrik enerjisinin iletimi ve dağıtımında en önemli
gelişmetransformatörün bulunması olmuştur.transformatör yardımı ile
elektrikenerjisinin iletimi ve dağıtımı kolaylaşmış bu enerji daha
kullanılır halegelmiştir. Transformatör kullanarak ilk enerji taşınması
19. asrın sonlarındaAmerika’da yapılmıştır. Üretilen enerji 500 volt
gerilimle 1600 metreyetaşınmıştır. Aynı tarihlerde italyada 150 HP ‘lik
bir güç 2000 volt ile 27 kmye taşınmıştır. Üç fazlı alternatif akımla
ile yapılan ilk enerji taşınması ise1891 yıllarında Almanya’da
gerçekleştirilmiş 150 kw lık güç 15 kv ile 170 km yetaşınmıştır.
Sonuç olarak görülüyor ki elektrik enerjisinin en çok kullanım
alanıbulmasına neden olan üstünlüklerinden biride uzak mesafelere çok
büyük güçlerinkolayca iletilebilmesidir, bunun için dünyanın her
yerinde üretilen enerjitransformatörler yardımı ile yükseltilerek uzak
mesafelere iletilebilmektedir.
Transformatörün çalışmasına kısa değinilecek olunursa primer
sargısınauygulanan alternatif gerilim değişken bir manyetik alan
oluşturur. Bu değişkenmanyetik alan nüve üzerinden devresini
tamamlayarak transformatörün sekondersargısını keser (Faraday
kanunlarına göre bir sargı, değişken bir manyetik alantarafından
kesilirse üzerinde bir gerilim indüklenir.) ve manyetik alantarafından
kesilen bu sargıda sipir sayısına bağlı olarak bir gerilimindüklenir.
Görülüyor ki transformatörün çalışması için değişken bir manyetikalan
oluşturulması gerekir. Değişken manyetik alanın oluşması için
isetransformatör sargılarına alternatif akım uygulanması gerekir.
Transformatörlerdoğru akımda çalışmaz bunun içinde günümüzde tüm
elektrik santrallerindealternatif akım üretilir. Eğer doğru akım
üretilse idi uzak mesafelere elektrikenerjisi iletilemez ve elektrik
enerjisi kullanışlı ve ucuz bir enerji kaynağıolmaktan uzaklaşırdı.
Günümüzde büyük güçlü elektrik santralleri elektrik enerjisi üretilen
doğalkaynakların yoğun oldukları bölgelere kurulduklarından tüketim
merkezleri ileyan yana olma şansı azdır. Bu durum uzak mesafelere
elektrik enerjisinin iletimini,iletim için gerilimin yükseltilmesini,
gerilimin yükseltilebilmesi içintransformatörlerin kullanılmasını,
transformatörlerin kullanılabilmesi içindeelektrik enerjisinin
alternatif akım olarak üretilmesini zorunlu hale getirir.
Doğru ve Alternatif akımla ilgili Temel Kavramlar ve hesaplamaları
AKIM TANIMI: İletkenden (yada alıcıdan) birim zamanda geçen elektrikli yükü(elektron)miktarına akım denir.
Bir iletkenden belirli bir zaman içinde ne kadar çok elektron
geçerse,akımdao oranda şiddeti olur.Akım şiddetini elektronların
sayısıyla göstermek için çokbüyük rakamları kullanmak gerekir.Yani
6,25x1018 adet elektron 1 ampereeşittir.Bunun gibi büyük rakamları
kullanmamak için Fransız bilgin AMPERE(amper)’in elektrik akımının
kimyasal etkisine dayanarak yaptığı tanımlamakullanılır.Bu yaklaşıma
göre:
1 amper, gümüş nitrat eriyiğinden 1 saniyede 1,118 miligram gümüş ayıranakım şiddetidir.
Akım elektronların hareketiyle ortaya çıkar.Ancak, eskiden akımın
artı(+)yüklü oyuklar tarafından taşındığı sanıldığından,Bu günde eski
teorem kabuledilmektedir.Başka bir deyişle,Bir pilde akım (+) uçtan (-)
uca doğru giderderiz.Ancak gerçekte akım (-) uçtan (+) uca doğru
artmaktadır.
Akım, amperle ölçülür ve “I” ile gösterilir.Akımın birimi amper (A),denklemiI =U/R [A] şeklindedir.
Akımın ast ve Üst katları :
Akımın ast katları :
Pikoamper,nanoamper,miliamper,mikroamper
Akımın üst katları :
Kiloamper,megaamper,gigaamper
Not 1:Megaamper ve gigaamper uygulamada pek kullanılmamaktadır.
Not 2:Akımın ast ve üst katları biner biner büyür ve küçülür.
Çeşitli akım değerlerinin bir birine dönüştürülmesine ilişkin örnekler:
-100 miliamper kaç amperdir? : 0,1 A
-220 nanoamper kaç mikroamperdir? :0,22μA
-1 kiloamper kaç amperdir? :1000 A
Akım ölçme:
Elektrik akım şiddeti devreye seri bağlanan ampermetreyle ölçülür.Ampermetreanalog yada dijital yapılı olabilir.
Analog tip ampermetrelerde kalın testili az sarımlı bobin
vardır.Devredeseri bağlantı olan ampermetrenin bobinden geçen akım bir
manyatik alan oluşturarakibrenin saplanmasını sağlar. Ampermetre
devreye kesinlikle paralelbağlanmaz.Yanlışlıkla devreye paralel
bağlandığında ya cihaz bozulur yadasigorta atar.
Kirchhoff (Kirşof)’un Akım Kanunu:
Tanım : Paralel olarak bağlanmış dirençlerin üzerinden geçen
akımlarıntoplamı,Devreden geçen akım toplamına eşittir.(I gelen = I
giden)
IT= I1 + I2 +....+ In [A] ve I=U/R Olduğundan
IT=U/R1+U/R2...+U/Rn şeklinde yazılabilir.
Not: Pirençler paralel bağlıyken hepsinin üzerinde de aynı değerde gerilimdüşer.
Gerilim(Elektromotor kuvvet,EMK,Potansiyel fark)
Elektrik akımı elektron akışından ibarettir.Elektronları faydalı
olacakşekilde hareket ettirmek için ittirmek gerekir.Bilindiği gibi
elektronlarmaddelerin içinde bulunan atomların etrafında dönerek
hareket etmektir.Ancak budönüş bir fayda sağlamaz.Faydalı hareket için
metal içinde belli bir yönde akışgereklidir.İşte elektronları kendi
normal hareketleri dışında,Bir yöndesürüklemek için gerekli olan
kuvvete gerilim (elektrormotor) kuvvet, EMK)denir.
Gerilimin diğer tanımları
Tanım 1: Bir üreticinin iki ucu arasındaki potansiyel farka gerilim denir.
Tanım 2: Bir elektrik devresinde akımın geçmesini sağlayan
kuvvetleregerilim denir.Gerilim voltmetreyle ölçülür ve U,E,V yada e
ilegösterilir.Birimi volt(V),denklemi
U=I:R[V] şeklinde yazılır.
Gerilimin ast ve Üst katları :
Gerilimin ast katları :
Pikovolt,Nanovolt,mikrovolt,milivolt
Gerilimin üst katları:
Kilovolt,Megavolt,Gigavolt
Gerilimin üst ve ast katları biner biner büyür ve küçülür.
Not: Pikovolt,nanovolt,megavolt, ve gigavolt uygulamada kullanılmamaktadır.
Gerilim ölçme
Gerilim, voltmetreye alıcıya paralel bağlanarak ölçülür.Uygulamada
analog vedijital olmak üzere iki tip voltmetre kullanılmaktadır.
İbreli voltmetrelerin içinde ince kesitli çok sarımlı yüksek dirençli
birbobin bulunur.Devreye paralel bağlanan voltmetre gerilimi belirler.
Dijital voltmetrelerin yapısında ise eletronik devreler bulunur.
Paralel bağlanarak kullanılması gereken voltmetre yanlışlıkla seribağlanırsa aygıt yanlış bir değer gösterir ve alıcı çalışmaz.
Elektromotor Kuvvet (EMK) ve gerilim kavramı :
Elektromotor kuvvet,elektrik üretecinin
(pil,akü.dinamo,alternatör)boştaçalışırken ürettiği gerilim
değeridir.Elektro motor kuvveti E harfiylegösterilir.Birimi volt
denklemi E=I.R [V] tur.Elektromotor kuvvet ve gerilimkavramları pil
devresi örneğiyle açıklayalım.
Pilin uçlarına alıcı bağlamadan voltmetreyle gerilim ölçtüğümüzde 1,5
voltdeğerini görürüz.Bu değer pilin elektromotor kuvveti olarak
tanımlanabilir.Dahasonra pilin uçlarına bir alıcı bağlayıp pil
gerilimini tekrar ölçecek olursakEMK nın bir miktar düştüğünü
görürüz.Yük bağlanınca pilden alınan gerilimindüşmesinin nedeni pilin
iç direncinde bir miktar gerilim düşümü olmasıdır.
Pilin iç direncinde düşen gerilimin değeri alıcının çektiği gerilim değerinegöre değişir.
Kirchhoff ’un gerilim Kanunu:
Seri olarak bağlanmış dirençlerin üzerine düşen gerilimlerin değerlerinintoplamı,Devreye uygulanan gerilime eşittir.Yani,
UT = U1+U2+....+Un [V]
U=I.R
UT=I.R1 + I.R2 +...+ I.Rn Şeklinde yazılabilir.
DOĞRU AKIM
Tanım: Dinamo,akümülatör.pil güneş gibi düzenekler tarafından
üretilir.Doğruakım zamana göre yön ve şiddeti değişmeden akar.Yani DC
akımın frekansı yoktur.
Başka bir deyişle,doğru akım sürekli olarak aynı değerde ve aynı yönde akar.
Doğru akımın elde edilmesi
DC üretilen kaynaklar şu şekilde sıralanabilir:
• Pil,
• Akümülatör,
• Dinamo
• Doğrultmaç devresi
• Güneş pili
PİL
Kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren araçlara pil adı verilir.
Elektroliti kuru tipte olan pillerde elektrotlar çinko ve
karbondanyapılır.Çinko kılıf (elektrot) aynı zamanda pilin
kalıbıdır.Kuru pilinelektroliti amonyumklorür maddesidir.
Piller DC gerilimde üretilir.Büyük gerilimlere gereksinim
duyulduğundabirden çok pil seri bağlanır.Pilin verdiği akım yetmemesi
durumunda ise paralelbağlama yapılır.
Akümülatör:
Kimyasal yolla doğru akım üreten araçtır.Akü boşaldığında doğru akım
iletekrar doldurulabilir.Her akü bataryası 2 volt gerilim üretir.6
voltluk bir akü3 adet akünün birleşiminden oluşur.
Kurşunlu Akümülatörlerin yapısı
Kurşunlu akülerde elektrolit olarak %10 sülfürik asitli saf su ve elektrotolarak ise kurşun plaka kullanılır.
Akünün dikdörtgen prizması şeklinde kabının içine konulan su ve
sülfürikasit karışımı elektrolit,Çalışma için çok önemlidir.Akü ile ilk
anda DC enerjivermez. O nedenle önce doldurulması gerekir.Akünün
kutupları bir DC üretecinebağlarsak bu durumda elektrolit, suya pozitif
yüklü Hidrojen ve negatif yüklüSO4 iyonları Katoda elektrik yüklerini
bırakıp nötr hale geçerler.
Bu kimyasal tepkimeyi şu şekilde yazabiliriz:
Pb0+H2 Pb + H2O
Öte yandan anotta toplanan negatif elektrik yüklü SO4 iyonları ise
anoduetkilerler ve bunun kurşun dioksit şekline dönüşmesini sağlar. Bu
kimyasaltepkimeyi de şöyle yazabiliriz:
Pb0 + H2O PbO2 + H2SO4
Kutupların kenarlarından hidrojen ve oksijen gazlarının kabarcıklar şeklindeyükselmesi akümülatörün dolduğunu belirtir.
Pb02 + H2 Pb O + H2O
Diğer elektrotta oluşan kimyasal tepkimede ise,Oksijen rol oynar
Elektroduetkileyerek aşagıda verilen denklemdeki sonucu yaratır.
Pb+O PbO
Uygulamada 6-12-24 volt gerilim verebilen kurşunlu aküler taşıtlarda
yaygınolarak kullanılmaktadır.Akülerde gerilimin yanında önemli olan
bir diğer husunise akım kapasitesidir.Akünün akım kapasitesi ampersaat
(ah)birimiyle ifadeedilir.
Etiketinde 60ah yazan bir aküden 1 amper çekilirse akü bunu 60 saat
boyuncaverebilir.Şayet aküden 10 A çekilirse 6 saat içinde akü tam
olarak boşalır.
Taşıtlarda kullanılan aküler araç hareket halindeyken şarj dinamosundangelen akımla şarj olur.
Tamamen boş olan akü şarj makinesiyle doldurulur.şarj işlemi
yapılırkenakünün akım kapasitesinin 10’da 1’lik değerinde bir akım
kullanılır.Örneğin 120Ah lik kapasiteye sahip bir akü 12 Amper akım ile
şarj edilir.Aküyü yüksek akımile hızlıca doldurmak doğru değildir.Bu
yapılırsa akü plakalarının ömrükısalır.
Doğru akımın dinamosu (jeneratör,DC üreten makine)
Dinamonun endüvisi döndürüldüğünde N-S kutuplarının manyatik
alanıtarafından kesilen endüvi iletkenlerde bir gerilim indüklenir.Bu
alternatif birgerilimdir. Ancak, kolektör ve fırçalarından oluşan
düzenek yardımıyladoğrulur.
Dinomonun bobini dönerken oluşan akım sürekli tek yönlü akmasını
sağlamakiçin kullanılan kolektör dilimleri AC’ ye benzeyen akımını DC
ye çevirir.
DC Dinamoların parçaları
Endüvi:
DC dinamolar,DC motorlar ve AC seri motorların dönen kısmıdır.Bu eleman
0,3– 0,7 mm kalınlığında çelik saçlardan yapılmış silindirik gövde
üzerindeaçılmış oluklara yerleştirilmiş sargılardan oluşmuştur.
Endüvi sargıların uçları bakır dilimlerden yapılmış olan ve üzerindefırçaların temas ettiği kısma bağlanmıştır.
Kolektör:
DC yada AC ile çalışan makinelerde endüvi sargıların bağlandığı silindirikyapılı bakır kuşaktır.
Kolektör, haddeden geçirilmiş sert bakırdan pres edilerek ve
dilimlerarasında 0,5 – 1,5 mm Mika, mikanit konularak üretilmektedir.
Kolektör,DC ve AC makinelerin en çok arıza yapan kısmıdır.Endüvi
sargılarınuçları kolektörün yarıklarına yada bayrakçık adı verilen
çıkıntılarınabağlıdır.Gerçekte kolektör dilimleri arasında konulan
mika, Mikanit yüksekgerilimlere dayanabilse de, zamanla dilimlerin
arası toz çapak yağ vb. iledolarak arızaya neden olabilir.Dilimler
arası boşluklar arıza durumunda kontroledilmesi, boşluğu doldurmuş olan
yabancı maddeler temizlenir.
DC dinamolarda kolektörün görevi ,endüvide oluşan gerilimin dışarıyagönderilmesini sağlamaktadır.
Fırça:
DC ve AC ile çalışan kolektöre basan parçalarına
fırçadenir.Fırçalar,makinenin akım ve gerilim değerine göre farklı
özelliklerdeüretilir
Fırçaların kolektöre düzgünce basmasını sağlamak için ise baskı
yaylarıkullanılır.Fırçalar aşınıcı olduğundan zamanla biter.Bu durum
makinenin sesinden,kolektöre aşırı kıvılcım oluşmasından anlaşılabilir.
İndüktör (kutup):
DC yada AC ile çalışan makinelerde N-S kutuplarının oluşturulması içinyapılmış olan sargıların yerleştirildiği kısımdır.
Küçük makinelerin indüktörleri doğal mıknatıstan yapılırken,Büyük güçlümakine indüktörleri bobinlerle oluşturulur.
İndüktörlerin nüvesi (göbek) AC ile çalışan makinelerde 0,60 – 1,40
mmkalınlığında silisyum katkılı sacları preste sıkıştırılmasıyla elde
edilir.DCile çalışan makinelerinin indüktörlerinin nüveleri ise tek
parça demirdenyapılır.
ALTERNATİF AKIMDA DOĞRU AKIMIN ELDE EDİLİŞİ:
Doğrultmaç diyotlarla alternatif akımdan doğru akım elde
edilebilmektedir.AC‘yi DC ‘ye çevirmede kullanılan doğrultmaç
diyotlarının yapısı kısaca şöyledir:
Silisyum yada germanyum adlı yarı iletkenler çeşitli katkılama
maddelerikullanılarak pozitif ve negatif madde haline getirilir.daha
sonra P ve N tipiiki parça birleştirildiğinde doğrultmaç diyodu elde
edilir.
AC’ nin DC ’ye çevrilmesinde kullanılan yarım dalga doğrultmaç devresi:
Doğrultmaç devreleri AC akımı doru akıma çevirir.Devrede
trafonunçıkışındaki AC nin yalnızca pozitif alternansı alıcıya
ulaşabilir. Negatifalternans ise diyot tarafında kırpılır.
Güneş pili:
Güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren elemanlara ışık
pilidenir.Her biri 0,5 volt edebilen güneş pilleriyle 3 volt gerilim
elde etmekistiyorsanız 6 tanesi birbirine seri olarak
bağlanır.Sistemden alınan akımyükseltilmek istendiğinde ise elemanlar
paralel olarak bağlanır.Yüksek gerilim veakım elde etmek için yapılmış
güneş enerjisi panellerinde ise yüzlerce güneşpili seri ve paralel
bağlı durumdadır.
Bu elemanlar güneş enerjisiyle çalışan,saat, rodyo,hesap
makinesi,otomobilsokak lambası uydu vericisi vb. gibi aygıtlarda
kullanılır.
Doğru Akımın kullanıldığı alanlara ilişkin örnekler
• Haberleşme cihazlarında
• Radyo teyp televizyon gibi elektronik cihazlarda,
• Redresörlü kaynak makinelerinde
• Maden arıtma ve maden kaplamacılığında
• Elektrikli taşıt araçlarında
• Tıbbi aygıtlarda
• Motorların balatalı ve dinamik frenleme ile durdurulmasında
ALTERNATİF AKIM
Tanımı: Alternatör adı verilen makineler tarafından üretilen elektrik
akımıçeşididir.Akım zamana göre sürekli olarak yön ve şiddeti
değişir.Yanialternatörden gelen akım sürekli azalıp çoğalır ve akış
yönü değişir.
Alternatörün ürettiği akım zamana göre ve yön ve şiddet değiştirme
sayısınafrekans adı verilmektedir. Türkiye’de üretilen alternatif akım
frekansı 50 hzdir.Bazı kaynaklar frekans birimi olarak c/s de
kullanılır.
Günümüzde elektrik enerjisinin %90 ‘a yakın bölümü alternatif
olaraküretilmektedir. Çünkü AC nin taşınması , yükseltilmesi ve
düşürülmesi kolaydır.
Alternatif akım elde edilmesi
Bobin 360 derecelik bir dönüş yapması sonucunda gerilim bir saykılı oluşmaktadır.
Bir saykıl ,alternans, periyod ve frekans gibi kavramlarlaaçıklanmıştır.Şimdi bunları inceleyelim
Saykıl
N-S manyetik alan içinde bir devir yapan bobinde oluşan gerilim şeklinde birsaykıl denir.
Başka bir deyişle,gerilimin sıfırdan başlayarak pozitif max. Değere,
tekrardüşerek sıfıra, ardından negatif maximum değere ve buradanda
yeniden sıfıraulaşmasına saykıl denir.
Alternans:
Bir saykılın pozitif yada negatif dalgasına alternans denir.
Periyot:
Bir saykılın oluşması için geçen zamana periyot denir.Periyot T ilegösterilir. Denklemi, T=1/f = 1/ frekans, birimi saniyedir.
Frekans:
Bir saniyede oluşan saykıl sayısına frekans denir.Frekans “f” ilegösterilir.Denklemi f=1/T , birimi hz dir.
Alternatif akımın ölçülmesi :
Alternatif akımla çalışan devrelerde akım , gerilim,güç,iş ölçmek içinçeşitli ölçü aletleri kullanılmaktadır.
Ampermetre ile AC akım ölçme
Alternatif akım, analog yada dijital yapılı ampermetre ileölçülür.Ampermetre alıcıya seri olarak bağlanır.
Pensampermetre ile AC akım ölçme :
Motorların çektiği akımı normal ampermetre ile kısa sürede ölçmek
mümkündeğildir.Çünkü ampermetrenin ölçme yapabilmesi için akım yolunun
açılıp aletinaraya bağlanması gerekir.Pensampermetre kullanılarak
motorların çektiği akımdevre kabloları sökülmeden ölçülebilir.
Pensampermetre kullanılırken akımı ölçülecek iletken pens
ampermetreninazmın içine alır.Akım taşıyan iletken tek sarımlı primer
sargı görevi yaparakbasit bir transformatör oluşturur.Hattan geçen
akımın miktarına bağlı olarakaletin içindeki sargıda gerilim indüklenir
ve alet hattan geçen akımı gösterir.
Voltmetre ile AC gerilim ölçme
Bu yöntemde voltmetre, gerilimi ölçülecek yere paralel bağlanır.
Wattmetre ile aktif güç ölçme :
Alıcıların şebekeden çektiği aktif gücü ölçmeye yarayan aygıta
wattmetredenir. Analog tip wattmetrelerde akım bobini ve gerilim bobini
ve ibre düzeneğibulunur. Ölçme yapılırken akım bobini alıcıya
seri,gerilim bobini ise paralelbağlanır |
|
Ana Sayfa
