Temel Devre Elemanlarının Alternatif Gerilim Etkisi Altındaki Davranışları

Transkript

1 Temel Devre Elemanlarının Alternatif Gerilim Etkisi Altındaki Davranışları

2 Direnç (R) Alternatif gerilimin etkisi altındaki direnç, Ohm kanunun bilinen ifadesini korur. Denklemlerden elde edilen sonuç gösterir ki bir direnç üzerine düşen gerilim ile akım arasında faz farkı yoktur. Sadece genlik Ohm kanuna uygun şekilde değişir.

3 Bobin (L) (Endüktans) Alternatif gerilimin etkisi altındaki bobinler, dirençten farklı olarak akımındeğişimine karşı bir direnç etkisi gösterirler. Üzerlerine düşen gerilim (bobinin iki ucu arasında ölçülen) Lenz Kanuna uygun olarak bulunur. Bu ifadeyi alternatif akımı göz önüne alarak incelersek bir bobinin üzerinde düşen gerilim ile ilişkisini tahmin edebiliriz.

4

5 Bu sonuç bize gösterir ki bobinin üzerine düşen gerilim ile akım arasında 90 derece faz farkı vardır. Gerilim akımın 90 derece önündedir. Bu faz farkının doğal sonucu olarak elektriksel güç negatif/pozitif olmaktadır. Negatif güç ifadesi bobinin devreye güç aktardığını göstermektedir. Bobinlerin direnci zamana alternatif gerilimin frekansına bağlı olarak değişmektedir. Bunun için buna reaktans (Endüktif reaktans XL) denmektedir.

6 Reaktans ifadesi kullanılarak Ohm kanunu alternatif akım devrelerine kolayca uygulanabilir. Bu durumda sadece skaler sayılar yerine karmaşık sayılar ile hesap yapmak gerekecektir.

7 Direnç değeri: Bobinin endüktif reaktansı Bu iki etkinin bir arada ifadesine empedans denir. Genel anlamda alternatif gerilim devrelerinde direnç etkisinin karşılığı olarak kullanılır. Yukarıda da verildiği üzere Ohm kanununda direnç ifadesinin yerine kullanılır.

8

9

10 Paralel devre

11

12

13

14 Kondansatör (Kapasitans) Alternatif gerilimin etkisi altındaki kondansatörler, üzerlerine düşen gerilimin değişmine bağlı tepki verirler, eğer kondansatör uçlarına, üzerinde mevcut olan gerilimden daha düşük bir gerilim uygulanırsa, kondansatör devreye akım sağlar, (deşarj olur), eğer kondansatör uçlarına, üzerinde mevcut olan gerilimden daha büyük bir gerilim uygulanırsa, kondansatör devreden akım çeker (Şarj olur). Bu bilgi ışığında kondansatörün akımı ve üzerindeki gerilim arasındaki ilşki aşağıdaki gibi verilir.

15

16 Bu sonuç bize gösterir ki kondansatörün üzerine düşen gerilim ile akım arasında 90 derece faz farkı vardır. Akım gerilimin 90 derece önündedir. Bu faz farkının doğal sonucu olarak elektriksel güç negatifpozitif olmaktadır. Negatif güç ifadesi kondansatörün devreye güç aktardığını (deşarjolduğunu) göstermektedir. Kondansatörlerin direnci zamana, alternatif gerilimin frekansına bağlı olarak değişmektedir. Kondansatörler gerlimdeki değişimler (frekans) arttıkça daha fazla akım geçirirler. Bu duruma kapasitans(kapasitif reaktans Xc) denmektedir.

17 kondansatörlerin alternatif gerilim etkisi altındaki davranışını matematiksel olarak inceleyelim. Kapasitif reaktans denklemi ve Ohm yasasının alternatif gerilime uygulamasından yararlanarak devreden akan akım bulunur. Devreden geçen akım ise Ohm kanunun alternatif devreye uyarlanması ifadesinden bulunur. Burada kritik nokta gerilim kaynağının fazıdır. Bu tip devre analizlerinde bu değer hep 0 kabul edilir.

18

19

20 Paralel direnç kondansatör devresi

21 Direnç, Reaktans ve Empedans Kavramları Bu noktaya kadar yapılan devre analizlerinde akıma karşı koyma etkisini 3 farklı şekilde adlandırdık. Direnç; ifadesi iletken içerisindeki elektron hareketinin karşılaştığı sürtünmeyi ifade eder. Sembolü R, birimi Ω Ohm dur. Direnç etkisi akım ile gerilim arasında bir faz farkı oluşturmaz. Reaktans; ifadesi elektronların ataletini (eylemsizliğini) belirtir. Bu etki gerilim ve akım değerlerinde değişim olduğunda, başka bir deyişle elektrik alan ve manyetik alan oluşumu söz konusu olduğunda ortaya çıkar. Kondansatör ve bobin bu etkinin en belirgin olduğu devre elemanlarıdır. Reaktans etkisi olduğunda akım ile gerilim arasında 90 derece faz farkı oluşur. Eğer söz konusu elaman bobin ise gerilim akımdan 90 derece ileri fazdadır, eğer kondansatör ise akım gerilimden 90 dereceileri fazdadır.

22

23 Empedans ifadesi, bir elektrik devresinde akıma gösterilen zorluğun yani elektron hareketine karşı koyma etkisinin genel ifadesidir. Devredeki tüm elemanların direnç ve reaktans etkilerinin toplamını ifade eder. Empedans doğru akım devresindeki direnç etkisinin alternatif akım devresindeki tam karşılığıdır. Buna göre değiştirilmiş Ohm kanunu ifadesi aşağıda verildiği gibidir. Burada dikkat edilmesi gereken nokta tüm büyüklüklerin karmaşık sayı olduğudur.

24 Ohm kanunu gibi diğer devre analizi kanunları, Kirrchhoff gerilim ve akım yasaları, şebeke teoremleri de ifadeler karmaşık sayı olmak koşul ile alternatif akım devrelerinde de aynen geçerlidir. Alternatif akım devrelerinde temel fark güç hesabında ortaya çıkmaktadır.

25 Seri RLC devreleri

26 Paralel RLC

27 Alternatif Akım Devresinde Güç Hesabı Yukarıda verilen devre analizlerinde alternatif akım devrelerinde akım ile gerilim arasında bir faz farkı olduğunu gördük. Bunun sebebinin karmaşık sayı ile ifade edilen empedans olduğu belirtildi. Alternatif akım devresinde güç hesabı yapılırken yine empedans ifadesi esas alınarak üç farklı tanım yapılır. Bunlar sırasıyladevredeki direnç etkisine istinaden bulunan gerçek (yada rezistif) güç:

28