ELEKTR K BAKIM, ARIZA BULMA VE GÜVENL K

Transkript

1 T.C. ANADOLU ÜN VERS TES YAYINI NO: 2781 AÇIKÖ RET M FAKÜLTES YAYINI NO: 1739 ELEKTR K BAKIM, ARIZA BULMA VE GÜVENL K Yazarlar Yrd.Doç.Dr. Asuman ÖZGER (Ünite 1, 2, 4-7) Mine SERTSÖZ (Ünite 1, 8) Ç nar KAYA (Ünite 2-4, 6) Dr. Ebru YAZGAN (Ünite 3, 5, 7) Editör Prof.Dr. Tahir Hikmet KARAKOÇ ANADOLU ÜN VERS TES

2 Bu kitab n bas m, yay m ve sat fl haklar Anadolu Üniversitesine aittir. Uzaktan Ö retim tekni ine uygun olarak haz rlanan bu kitab n bütün haklar sakl d r. lgili kurulufltan izin almadan kitab n tümü ya da bölümleri mekanik, elektronik, fotokopi, manyetik kay t veya baflka flekillerde ço alt lamaz, bas lamaz ve da t lamaz. Copyright 2013 by Anadolu University All rights reserved No part of this book may be reproduced or stored in a retrieval system, or transmitted in any form or by any means mechanical, electronic, photocopy, magnetic tape or otherwise, without permission in writing from the University. UZAKTAN Ö RET M TASARIM B R M Genel Koordinatör Doç.Dr. Müjgan Bozkaya Genel Koordinatör Yard mc s Arfl.Gör.Dr. rem Erdem Ayd n Ö retim Tasar mc s Arfl.Gör.Dr. rem Erdem Ayd n Grafik Tasar m Yönetmenleri Prof. Tevfik Fikret Uçar Ö r.gör. Cemalettin Y ld z Ö r.gör. Nilgün Salur Grafikerler Ayflegül Dibek Aysun fiavl Hilal Küçükda aflan Gülflah Karabulut Kitap Koordinasyon Birimi Uzm. Nermin Özgür Kapak Düzeni Prof. Tevfik Fikret Uçar Ö r.gör. Cemalettin Y ld z Dizgi Aç kö retim Fakültesi Dizgi Ekibi Elektrik Bak m, Ar za Bulma ve Güvenlik ISBN Bask Bu kitap ANADOLU ÜN VERS TES Web-Ofset Tesislerinde adet bas lm flt r. ESK fieh R, Ocak 2013

3 çindekiler iii çindekiler Önsöz... x Genel Tan mlar... 2 G R fi... 3 ELEKTR K... 4 STAT K ELEKTR K... 5 ELEKTR K AKIMI... 6 Temel Kavram ve Tan mlar... 7 Ak m... 7 Gerilim... 7 Direnç... 7 Güç... 9 fl... 9 Elektrik Devresi Kapal Devre Aç k Devre K sa Devre Do ru Ak m Alternatif Ak m (AC) Periyot ve Frekans Sinüs Dalgas Maksimum De er Sinüs Dalgas Ani De er Sinüs Dalgas Etkin De er Faz Faz Fark Üç Fazl Sistemler OHM KANUNU KIRCHHOFF KANUNLARI Özet Kendimizi S nayal m Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar S ra Sizde Yan t Anahtar Yararlan lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar Temel Elemanlar ve Güç Kaynaklar G R fi PAS F DEVRE ELEMANLARI Direnç Sabit De erli Dirençler Ayarl Dirençler Ortam Etkili Dirençler Kondansatör Bobin Transformatör ÜN TE 2. ÜN TE

4 iv çindekiler AKT F DEVRE ELEMANLARI Diyot Do rultucu Diyot Zener Diyot Foto Diyot Ifl k Yayan Diyot K z lötesi Diyot Varikap Diyot Schottky Diyot Transistör Alan Etkili Transistör E-Mosfet Tristör GÜÇ KAYNAKLARI Do rusal Güç Kaynaklar Kontrolsüz AC/DC Do rultucu Kontrollü Do rultucu Anahtarlamal Güç Kaynaklar DC-DC Konvertör DC/AC nverter Güç Kayna Ar zalar Özet Kendimizi S nayal m Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar S ra Sizde Yan t Anahtar Yararlan lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar ÜN TE Elektrik Makineleri ve Kumanda Elemanlar G R fi ELEKTR K MAK NELER Do ru Ak m Motorlar Do ru Ak m Motorunun Yap s Endüktör Endüvi Kollektör F rça Do ru Ak m Motor Çeflitleri Asenkron Motorlar Stator Rotor Asenkron Motorlarda H z Hesab Faz Asenkron Motorun Y ld z ve Üçgen Ba lant s Fazl Asenkron Motorun Etiket Bilgileri Servo Motorlar KUMANDA VE KORUYUCU DEVRE ELEMANLARI Sigortalar... 72

5 çindekiler v Termik Afl r Ak m Rölesi Butonlar Start Buton Stop Buton ki Yollu Buton Sinyal Lambalar Röleler Solid State Rölesi Zaman Rölesi Kontaktörler S n r Anahtarlar Sensörler Endüktif Sensör Kapasitif Sensör Manyetik Sensör Optik Sensör Bir 3 Fazl Asenkron Motorun Kumanda Devresi Uygulama Örne i MOTORLARDA VE KUMANDA ELEMANLARINDA GÖRÜLEN BAfiLICA ARIZALAR Özet Kendimizi S nayal m Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar S ra Sizde Yan t Anahtar Yararlan lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar Ölçü Aletleri G R fi ANALOG ÖLÇÜ ALETLER D J TAL ÖLÇÜ ALETLER D J TAL MULT METRE Butonlar Ölçüm Terminalleri Do ru Ak m Ölçümü Alternatif Ak m Ölçümü Do ru Gerilim Ölçümü Alternatif Gerilim Ölçümü Direnç Ölçümü Kapasite Ölçümü Diyot Sa laml k Testi Dijital Multimetre ile K sa Devre ve Aç k Devre Testi S NYAL JENERATÖRÜ D J TAL OS LASKOP Ana Tufl Tak m Terminaller Dikey Kontrol Grubu Yatay Kontrol Grubu ÜN TE

6 vi çindekiler Tetikleme Buton Grubu Ölçümler D J TAL LCRMETRE D J TAL MEGER WATTMETRE D J TAL PENSMETRE Özet Kendimizi S nayal m Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar S ra Sizde Yan t Anahtar Yararlan lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar ÜN TE Ar za ve Bak m G R fi ARIZA TANIMI VE ARIZA TÜRLER Donan m Ar zalar Yaz l m Ar zalar Fonksiyonel Ar zalar Sistematik Ar zalar ARIZALARDA ÇEVRESEL FAKTÖRLER N ETK S S cakl k Korozyon Nem Çal flma Limitlerinin Afl lmas ORTAK SEBEPL ARIZALAR KÖK SEBEP ANAL Z ARIZA DURUMLARI Aç k ve Gizli Ar zalar Direkt Ar zalar ARIZA G DERME YAKLAfiIMLARI Özel Ar za Giderme Yaklafl mlar Genel Ar za Giderme Yaklafl mlar YED ADIM PROSEDÜRÜ Ad m 1: Problemin Tan mlanmas Basit Problemler Geçici ve Karmafl k Problemler letiflim Önyarg Problemin Tan mlanma Düzeyi Ad m 2: Probleme liflkin Bilginin Toplanmas Belirtiler Karakteristikler ve Parametreler Görüflmeler ve Veriler Kontrol Dokümantasyon ve Kay tlar Ad m 3: Bilginin Analiz Edilmesi

7 çindekiler vii Benzer Analizler Ne, Nerede, Ne Zaman Analizi Numunelerin ncelenmesi Temel Prensipler El Kitaplar Ad m 4: Bilginin Yeterlili inin Belirlenmesi Do rudan Süreç Tekrarlayan Süreç Ad m 5: Bir Çözüm Önerilmesi Ad m 6: Önerilen Çözümün Test Edilmesi Özel Çözüm, Genel Çözüm Tekrarlayan Süreç Ad m 7: Tamir fllemi BAKIM VE ONARIM Ar za Ç kt kça Bak m Koruyucu Bak m Kestirimci Bak m Proaktif Bak m Özet Kendimizi S nayal m Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar S ra Sizde Yan t Anahtar Yararlan lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar Elektrik Tesisleri ve Elektronik Devre Ar zalar G R fi ELEKTR K TES SLER PROGRAMLANAB L R LOJ K KONTROLÖR TOPRAKLAMA ELEKTR K TES SLER BAKIMI Güç Transformatörleri Bak m Enerji Nakil Hatlar Bak m zolatörlerin Bak m Ay r c lar n Bak m Kesicilerin Bak m Parafudrlar n Bak m Ak m Trafolar n n Bak m ELEKTR K TES SLER NDE GÖRÜLEN ARIZALAR ELEKTRON K DEVRELERDE GÖRÜLEN ARIZALAR Elektronik Devrelerde Ar za Faktörleri Elektronik Devrelerde Ar za Bulma ve Giderme Yaklafl m Ar zan n Tan mlanmas Bilgi Toplama Enerji Kontrolü ve Duyusal Kontrol Ölçme ve Kontrol Tamir fllemi ÜN TE

8 viii çindekiler Test fllemi Devre Eleman Ar zalar ve Sa laml k Testleri V- I Karakteristi i ELEKTRON K BAS T DEVRE ARIZALARI Özet Kendimizi S nayal m Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar S ra Sizde Yan t Anahtar Yararlan lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar ÜN TE 8. ÜN TE fl Sa l ve Güvenli i G R fi GENEL B LG LEND RME Sa l k flçi Sa l Meslek Hastal fl Güvenli i fl Kazas fl Kazalar n n S n fland r lmas fl Kazas ve Meslek Hastal klar na Sebep Olan Faktörler Tehlike ve Risk fl Sa l ve Güvenli i fi SA LI I VE GÜVENL N N ÖNEM Bireysel Düzeyde fl Sa l ve Güvenli inin Önemi Örgütsel Düzeyde fl Sa l ve Güvenli inin Önemi Toplumsal Düzeyde fl Sa l ve Güvenli inin Önemi ELEKTR K TEHL KELER Elektrik Çarpmas (Elektrik fiok) Tan m Belirtileri Etki Eden Faktörler Elektrik Ark Tan m Ark Enerjisinin Etkileri Elektrik Ark Patlamas STAT K ELEKTR K TEHL KELER ELEKTR K TEHL KELER NDEN KORUNMA STAT K ELEKTR K TEHL KELER NDEN KORUNMA Özet Kendimizi S nayal m Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar S ra Sizde Yan t Anahtar Yararlan lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar Mevzuatlar G R fi MEVZUAT NED R? fi KAZALARINDA YAPILACAK HUKUK filemler

9 çindekiler ix fl kazas n n flverene Bildirilmesi fl Kazas n n flveren Taraf ndan S.G.K ya Bildirilmesi fl Kazas nda Yap lacak Hukuki fllemler fi GÜVENL MEVZUATI fl Güvenli inin Tan m fl Güvenli inin Önemi fl Güvenli inin Amac Kanunlar ve Yönetmelikler fl Güvenli i ile lgili Kurulufllar ELEKTR K TES SLER YÖNETMEL KLER Elektrik Tesislerinde Emniyet Yönetmeli i Çal flmalar Manevralar Elektrik Tesislerinde Topraklama Yönetmeli i Elektrik letim Sistemi Arz Güvenirli i ve Kalitesi Yönetmeli i Elektrik ç Tesisleri Proje Haz rlama Yönetmeli i Özet Kendimizi S nayal m Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar S ra Sizde Yan t Anahtar Yararlan lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar Yararlan lan nternet Adresleri

10 x Önsöz Önsöz Elektrik enerjisi özellikle di er enerji türlerine kolay dönüfltürülebilir ve uzak mesafelere kolay tafl nabilir olmas nedeniyle yayg n olarak kullan lan ve çeflitli enerji kaynaklar ndan elde edilen bir enerji türüdür. Sa l k, ulafl m ve haberleflmeden endüstriye kadar hayat n her alan nda kullan lan elektrik enerjisine olan talep gün geçtikçe artmaktad r. Elektri in üretiminden kullan lmas na kadar herhangi bir aflamada ç kacak bir problem; sanayide üretim kay plar na, sa l k sektöründe tedavi aksamalar na, ulafl m sektöründe gecikmelere ve di er pek çok alanda benzer hizmet ve üretim aksamalar yan nda maddi kay plara neden olur. Dolay - s yla hayat m zda bu denli önemli yere sahip olan elektri in sa l kl bir flekilde sürekli olarak sa lanabilir ve kullan labilir vaziyette tutulmas son derece önemlidir. Bu durum dikkate al nd nda sistemlerin düzenli bak m yan nda etkin bir flekilde ar za tespit ve gidermenin önemi bir kere daha ön plana ç kmaktad r. Geliflen teknolojiyle birlikte endüstriyel sistemlerde meydana gelen ar zalar azalt lmakla birlikte tamamen ortadan kald r lamamaktad r. Ortaya ç kan ar zalar n k sa sürede etkin bir flekilde çözülmesi kay plar azaltmak aç s ndan son derece önemlidir. Bir sistemde meydana gelen ar zaya etkin flekilde ve k sa sürede müdahale edebilmek için özellikle ar za tespit ve giderme ile ilgilenen kiflinin sadece sistemin çal flmas n bilmesi yeterli de ildir. Söz konusu kiflinin ar za tespit ve giderme sürecinde kullan lacak aletlerin kullan m ndan, sistemin di er sistemler ve çevresel faktörler ile etkileflimine kadar pek çok konu hakk nda bilgi sahibi olmas gerekir. Bu kapsamda haz rlanan bu kitap birbirinden ba ms z olarak ele al nmakla birlikte birbiriyle son derece yak ndan iliflkili sekiz üniteden oluflmaktad r. Kitab n ilk dört ünitesinde temel konulara yer verilmifltir. Söz konusu ünitelerde yer alan konular aras nda; temel kavram ve kanunlar, ölçü aletleri, elektrik makineleri ve temel elektronik devre elemanlar yer almaktad r. Bu noktada kitapta elektrik makineleri ve temel elektronik devre elemanlar na neden yer verildi i sorusu akla gelebilir. Elektrik enerjisinin üretiminde kullan lan alternatörler yan nda sanayide kullan lan elektrik motorlar genel itibariyle birer elektrik makinesidir. Günlük hayatta mikrodalga f r nlarda, cep telefonlar nda, çamafl r makinelerinde, vinçlerde, robotlarda, s tma-so utma sistemlerinde, bilgisayarlarda, sanayide üretim tezgâhlar nda k sacas hareket gereken her yerde bir çeflit elektrik makinesi olan elektrik motorlar kullan l r. Dolay s yla hem elektrik enerjisinin üretilmesinde hem de kullan lmas nda yer alan elektrik makinelerine kitapta ayr ca yer verilmesi ihtiyac ortaya ç km flt r. Bunun yan nda günümüzde endüstriyel sistemlerin ço u, kontrol ve kumanda edilebilirli i sa lamak amac yla elektronik kontrollü olarak üretilmektedir. Bu do rultuda elektri in üretiminden kullan m na kadar her sistemde basit de olsa bir elektronik devreye rastlamak mümkündür. Dolay s yla kitapta temel elektronik devre elemanlar hakk nda ayr ca bilgi verilmesi gere i duyulmufltur. Elektronik devre elemanlar çok genifl bir konu olmakla birlikte kitab n kapsam itibariyle ilgili ünitede, özellikle güç kaynaklar nda ve basit kontrol devrelerinde kullan lan temel elektronik devre elemanlar na yer verilmifltir.

11 Önsöz xi Temel bilgilerin verilmesinden sonra kitab n beflinci ve alt nc ünitelerinde ar - zalara yönelik konular ele al nm flt r. Bu ünitelerin ilkinde ar za tespit ve giderme yaklafl mlar yan nda bak m konusuna de inilmifltir. Di er ünitede ise detayl olarak elektrik tesislerinde ve elektronik devrelerde görülen örnek ar zalar ile çözüm yaklafl mlar ndan bahsedilmifltir. Kitapta ele al nan her konunun uygulanabilir olmas na özen gösterilmifl ve konu anlat mlar nda bizzat gerçeklefltirilen uygulamalara yer verilmifltir. Bu kapsamda ünitelerde teorik ve detayl anlat mlardan kaç - n lm fl, prati e yönelik anlat mlara a rl k verilmifltir. Örne in ölçü aletlerinin ele al nd ünitede her ölçü aletinin içyap s ndan çok kullan m incelenmifltir. Ölçü aletleri ile uygulamal ölçümler yap lm fl ve konu anlat mlar uygulamalara paralel olarak haz rlanm flt r. Benzer flekilde elektrik iletim ve da t m tesisleri yerinde incelenmifl, tesisler ve ar zalar ile ilgili uzmanlardan bilgi al nm flt r. Ele al nan sistem, ölçü aleti ya da elemanlar n güncel olmas konusunda hassasiyet gösterilmifltir. Ayr ca tüm konular çeflitli ve çok say da örnek ile desteklenmifltir. flletmelerde çal flan n sa l birinci derecede önemlidir. Bir çal flan n ifl kazas na veya meslek hastal na yakalanmadan önce konu ile ilgili bilgilendirilmesi al nabilecek en önemli tedbirdir. Bu anlay fltan yola ç karak kitab n yedinci ünitesinde ifl sa l ve güvenli i konusu ele al nm flt r. Kitab n sekizinci ve son ünitesinde ise iflyerleri veya konutlara elektrik tesisatlar n n kurulmas ile ilgili olarak dikkate al nmas gereken yönetmeliklere de inilmifltir. Ünitelerde yer alan her konu bafll bafl na bir kitap olacak kadar genifl olmakla birlikte haz rlanan bu kitap özellikle konu ile ilgilenenlere temel bir Türkçe kaynak olmas ve bütünsel bir bak fl aç s sunmas yönüyle yararl olacakt r. Kitab n haz rlanmas nda yazarlar n ve ö renim tasar m ve grafik tasar m ekiplerinin ciddi katk lar olmufltur. De erli katk lar ndan dolay kendilerine teflekkür eder, kitab n ö rencilerimize yararl olmas n dilerim. Editör Prof.Dr. Tahir Hikmet KARAKOÇ

12 1ELEKTR K BAKIM, ARIZA BULMA VE GÜVENL K Amaçlar m z Bu üniteyi tamamlad ktan sonra; Elektri i tan mlayabilecek, Ak m, gerilim, direnç, güç ve ifl tan mlar n yapabilecek, K sa devre ve aç k devre tespitlerini yapabilecek, Do ru Ak m ve Alternatif Ak m tan mlar n yapabilecek, Tek faz ve üç faz kavramlar n aç klayabilecek, Ohm ve Kirchhoff Kanunlar n tan mlayabilecek, bilgi ve becerilere sahip olabilirsiniz. Anahtar Kavramlar Statik Elektrik Ak m Elektrik Ak m Gerilim Güç fl Do ru Ak m/alternatif Ak m Tek Faz/Üç Faz K sa Devre/Aç k Devre Ohm Kanunu Kirchhoff un Ak m ve Gerilim Kanunu çindekiler Elektrik Bak m, Ar za Bulma ve Güvenlik Genel Tan mlar G R fi ELEKTR K STAT K ELEKTR K ELEKTR K AKIMI OHM KANUNU KIRCHHOFF KANUNLARI

13 Genel Tan mlar G R fi Sürekli ilerleyen teknoloji sebebiyle, hayat n de iflmez bir parças olan elektri e olan ihtiyaç gün geçtikçe katlanarak artmaktad r. Sa l k, ulafl m, haberleflmeden enerji üretimine kadar pek çok alanda kullan lan elektri in iyi bilinmesi elektri in daha verimli kullan lmas n, karfl lafl lan problemlerin kolayl kla çözülmesini ve elektrikten kaynaklanacak olas tehlikelerin önüne geçilmesini sa lar. Elektrik, elektriksel yükün varl ve ak fl ndan meydana gelen çeflitli olgular tan mlayan bir kelimedir. Atomun yap s nda bulunan elektronlar negatif, protonlar ise pozitif elektrik yüklüdür. Elektronlar n kaybeden bir madde pozitif elektrik yüklü, elektron kazanan bir madde ise negatif elektrik yüklü hale gelir. Cismin yük dengesinin bu flekilde bozulmas cismin elektriklendi ini gösterir. Cismin elektriklenmesi sürtünme, dokunma ve etki ile olmak üzere üç yolla olur. Cam çubuk gibi yal tkan bir madde ipek bir kumafl parças na sürüldü ü zaman her iki cisim de elektrik yüklenir. Bu flekilde elektrik yükü ile yüklenme statik elektrik olarak adland r l r. Günlük hayatta çok da önemsenmeyen statik elektrik, san lan n aksine önemli tehlikelere ve olumsuz sonuçlara neden olabilir. Elektri in bir di er önemli konusu da elektrik ak m d r. Elektrik ak m, baz atomlar n d fl yörüngelerinde bulunan elektronlar n; s, manyetik alan, kimyasal reaksiyon gibi etkilerle yörüngelerinden koparak serbest hale gelmesi neticesinde meydana gelen elektron hareketidir. Elektrik ak m, do ru ve alternatif ak m olmak üzere iki çeflittir. Do ru ak m, yön ve fliddeti de iflmeyen ak md r. Alternatif ak m ise yönü ve fliddeti zamana ba l olarak de iflen ak md r. Basit bir elektrik devresi temel olarak üreteç, yük ve iletkenlerden oluflur. Yük; bir direnç, ampul, elektrikli ev aleti, motor vb. olabilir. Üreteç yükün ifllevini yerine getirebilmesi için gerekli olan elektrik enerjisini sa layan kaynakt r. Bir devrede kapal devre, k sa devre veya aç k devre durumlar söz konusudur. Kapal devrede elektrik ak m yük ya da yükler üzerinden geçtikten sonra bafllad noktaya geri döner. Aç k devre durumunda aç k devre olan kolda ak m akmaz. K sa devre durumunda ise devrede ak m dirençsiz yani k sa devre olan yolu izler. Alternatif gerilim; tek veya çok fazl olarak üretilmektedir. Çok fazl sistemlerin tek faza göre birtak m üstünlükleri vard r. Evlerde kullan lan elektrikli ev aletleri tek fazl alternatif gerilim ile çal fl rken, özellikle sanayide kullan lan motor ve makinalar n ço u üç fazl alternatif ak mla çal flmaktad r. Çok fazl flebekelerin ba lant lar farkl d r. Yanl fl ba lant lar ar zalara sebep olur. Bu sebeple yüklerin (örne in motor veya makine) çok fazl flebekelere ba lant lar na özellikle dikkat edilmesi gerekir.

14 4 Elektrik Bak m, Ar za Bulma ve Güvenlik Gerek elektrik gerekse elektronik devre ar zalar n n tespit edilmesi ve giderilmesinde, devre analizi önemli bir konudur. Devre analizinde temel olarak Ohm Kanunu ile Kirchhoff un Ak m ve Gerilim Kanunlar kullan l r. Ohm Kanunu na göre bir direncin uçlar aras ndaki potansiyel fark n, üzerinden geçen ak m fliddetine oran sabittir. Ohm Kanunu omik özellik gösteren maddeler için geçerli olup, tüm maddeler için geçerli de ildir. Devre analizinde kullan lan di er önemli kanunlar Kirchhoff un Ak m ve Gerilim Kanunlar d r. Kirchhoff un Ak m Kanunu na göre bir dü üm noktas na gelen ve dü üm noktas ndan ç kan ak mlar n toplam s f ra eflittir. Kirchhoff un Gerilim Kanunu na göre ise herhangi bir kapal devre boyunca bütün devre elemanlar n n uçlar aras ndaki potansiyel farklar n cebirsel toplam s f r olmal d r. Elektrik/elektronik devrelerde yukar da sözü edilen kanunlar kullan larak hesaplamalar n yap lmas ve hesaplama sonuçlar ile ölçüm sonuçlar - n n karfl laflt r lmas, bu tür devrelerde meydana gelen ar zalar n tespit edilmesi ve giderilmesinde önemli bir ad md r. fiüphesiz ki elektrik çok genifl bir konu olmakla birlikte, bu ünitede elektrik ar - za bak m ve onar m na yönelik konular n daha iyi anlafl labilmesi amac yla elektrik ile ilgili temel konulara yer verilmifl ve konular ile ilgili anlat mlar örnek problemler ile desteklenmifltir. ELEKTR K Elektrik; elektrik yükü ve elektrik yükü ak fl ndan meydana gelen olgular tan mlayan sözcüktür. Do ada meydana gelen y ld r m ve flimflek elektrik ile ilgili bir olgu olup elektrik ak m, elektri in bilinen en yayg n endüstriyel uygulamas d r. Elektri in anlafl labilmesi için atom yap s n n bilinmesi gerekir. Atomlar n içinde proton, elektron ve nötron olmak üzere üç tür parçac k bulunur. Bunlardan sadece proton ve elektron birbirine büyük bir kuvvet uygular. Nötron, proton ve elektronlar aras ndaki bu etkileflime kat lmaz. Bu yüzden, proton ve elektrona yüklü parçac klar, nötrona ise yüksüz parçac k denir. Elektronlar n elektriksel yükü negatiftir. Ayn mutlak de ere sahip protonun elektrik yükü ise pozitiftir. Normal koflullarda yük tafl y c elektrondur. Bir cismin pozitif elektrik yüklü olmas o cismin elektronlar ndan bir bölümünü kaybetti i, negatif yüklü olmas ise o cismin d flar dan baflka elektronlar kazand fleklinde yorumlan r. Cismin yük dengesinin bu flekilde bozulmas cismin elektriklendi ini gösterir. Cismin elektriklenmesi sürtünme, dokunma ve etki ile olmak üzere 3 yolla olur. Z t elektrik yükleri birbirini çeker ayn elektrik yükleri birbirini iter. Bu flekilde tüm cisim, madde hatta canl larda bile elektriksel yükün varl elektri in en temel olgusudur. Do ada cisim ya da maddeler elektriksel yük olarak nötr haldedir. Cam çubuk gibi yal tkan bir madde ipek bir kumafl parças na sürüldü ü zaman, cam çubuk ile kumafl parças n n yüzeyinde elektrik yüklenmeye bafllar ve cisimlerden biri elektron kaybederken di eri elektron kazan r. Bu flekilde birinde pozitif, di erinde ise negatif elektrik yükü meydana gelir. Her ikisi birbirinden ayr ld zaman bu yükler üzerinde kal r. Bu flekilde elektrik yükü ile yüklenme statik elektrik olarak adland r lmaktad r. Elektriksel yüklenme ve bunun sonucunda oluflan olaylar elektrostatik biliminin konusudur. Statik elektrik oluflumuna örnek olaylar ve statik elektri in etkileri sonraki bölümde ele al nm flt r. Baz atomlar n d fl yörüngelerinde bulunan elektronlar; s, manyetik alan, kimyasal reaksiyon gibi etkilere maruz kald klar nda yörüngelerinden koparak serbest hale gelir. Bu flekilde atomdan ayr lan elektrona serbest elektron ad verilir. let-

15 1. Ünite - Genel Tan mlar 5 ken, yar iletken gibi malzemelerin içinde serbest elektronlar n hareket etmesiyle elektrik ak m oluflur. Do ru ak m ve alternatif ak m olmak üzere iki tür elektrik ak m vard r. Elektrik bu flekliyle elektrik gücü olarak kullan l r. STAT K ELEKTR K Statik elektrik bir cisim ya da madde yüzeyinde elektrik yükü birikmesidir. Elektrik yükü birikmesi farkl flekillerde gerçekleflebilir. Statik elektrik günlük hayatta daha çok, maddelerin (ya da cisimlerin) birbirine sürtünmesi neticesinde meydana gelir. Söz konusu maddeler birbirinden farkl ya da ayn, elektriksel olarak da iletken ya da yal tkan olabilir. Do ada maddeler (ya da cisimler) elektrik yükü bak - m ndan nötr durumdad r. Sürtünme s ras nda maddelerin yüzeyinde elektron transferi olur ve bunun sonucunda maddelerin yüzeyinde nötr duruma göre elektron fazlal ya da elektron azl meydana gelir. Elektron fazlal olan madde negatif elektrik yüklü, elektron azl olan madde ise pozitif elektrik yüklü olarak ifade edilir. Bu flekilde elektrik yükü ile yüklenmifl maddeler elektrik yükü bak m ndan dengeli, yani nötr duruma geçmek için üzerindeki elektrik yükünü boflaltmak ister. Elektrik yükü ile yüklü maddeler yüklerini; sürtünme, etki ya da temas yoluyla baflka bir maddeye (ya da cisme) aktar r. Statik elektrik ayn ya da farkl fazlardaki (kat, s v ve gaz) maddeler aras nda meydana gelebilir. Kuru ve temiz saçlar n plastik tarakla taranmas s ras nda statik elektrik yükü birikir. Söz konusu statik elektrik kat -kat sürtünmesi neticesinde meydana gelir. Kat -kat sürtünmesi sonucunda meydana gelen statik elektri e sanayiden bir örnek olarak transmisyon tertibatlar ndaki miller, yataklar, kay fl ve kasnaklarda statik elektrik yükünün birikmesi verilebilir. Bu yükün boflalt lmas için topraklanm fl metal taraklar kullan lmal d r. Bunun d fl nda borulardan toz partiküllerin aktar lmas s ras nda da statik elektrik meydana gelir. Kat -gaz sürtünmesi ile ortaya ç kan statik elektri e örnek olarak seyir halindeki motorlu tafl tlar n hava ile sürtünmesi verilebilir. Lastik tekerlekli araçlarda, seyir halinde iken hava ile sürtünme nedeniyle elektrik yükü birikir. Fiberglas gövdeli araçlarda araçlar n geçifl yüzey direncinin fazla olmas nedeniyle biriken elektrik yükü di er araçlara göre daha fazlad r. Özellikle parlay c s v tafl yan tankerlerde arac n hava ile sürtünmesi yan s ra tanker içerisindeki s v n n çalkalanmas nedeniyle de tanker içinde elektrik yükü birikir. Biriken elektrik yükünün tehlikeli seviyeye ulaflmas na engel olmak için bu araçlarda elektrik yükünü sürekli topra a ileten topraklama zincirleri kullan l r. Topraklama zincirlerinin kullan lmas mecburidir. Buna benzer bir durum, seyir halindeki uçaklar üzerinde meydana gelir. Yüksek h zla ilerleyen uçak üzerinde, uça n hava ile sürtünmesi nedeniyle yüksek miktarda elektrik yükü birikir. Biriken bu elektrik yükü uçak üzerinde bulunan sivri uçlar vas tas yla sürekli olarak bofllu a at l r. Bu boflaltma ifli havada sürekli yap lmasayd uçaklar n inifli s ras nda meydana gelebilecek fliddetli deflarjlar nedeniyle uça n infilak etmesi söz konusu olurdu. Kat -s v sürtünmesi neticesinde meydana gelen statik elektri e örnek olarak, s v lar n ve özellikle parlay c s v lar n boru donan m ndan nakli, depolanmas, bir kaptan di erine aktar lmas s ras nda ortaya ç kan statik elektrik yükü verilebilir. S v -gaz sürtünmesi sonucunda meydana gelen statik elektri e örnek olarak ise tabanca boyas ifllemi s ras nda tabanca memesinde, bas nçl hava ve boya kar fl m - n n sürtünmesi nedeniyle meydana gelen statik elektrik yükü verilebilir. Söz konusu elektrik yükünün sürekli olarak boflalt lmas gerekir. Aksi halde meydana gelebilecek deflarj ark mevcut parlay c ortam tutuflturabilir.

16 6 Elektrik Bak m, Ar za Bulma ve Güvenlik Statik elektri e do adan örnek olarak ise y ld r m ve flimflek verilebilir. Özellikle f rt nal havalarda, atmosferdeki bulutlarda statik elektrik yükü birikir. Bu elektrik yükü, hava hareketlerindeki sürtünmelerden ve ya mur damlac klar n n sürekli çatlamas ndan oluflur. Neticede farkl polaritedeki bulutlar aras nda ve bulutla yer aras nda, statik elektrik yüklerinin boflalmas söz konusu olur. Bulutlar aras nda elektrik yükünün boflalmas na flimflek, bulutla yer aras nda elektrik yükünün boflalmas na ise y ld r m ad verilir. Do al yaflamda elektrostatik yüklenmenin en basit flekli, evlerde ve ifl yerlerinde bulunan hal larda yürürken veya hal sahalardaki spor karfl laflmalar nda koflarken olmaktad r. Ancak oluflan elektrostatik yüklenmenin miktar, hal ile sürtünen ayakkab n n çeflidine ve taban n n düz ve pürüzlü olmas na ba l d r. Yap lan çal flmalarda, insanlarda bu yüklenme sonucunda 7000 Volt ile Volt'luk bir potansiyel fark meydana geldi i belirlenmifltir. Cisim, madde hatta canl lar üzerinde elektrik yükü birikmesi (statik elektrik) durumunda birtak m reaksiyonlar ortaya ç kar. Bunlardan biri; statik elektri in boflalmas s ras nda yüksek ya da düflük enerjili elektrik ark meydana gelmesidir. Statik elektri in boflalmas (deflarj ) s ras nda meydana gelen elektrik ark n n oldu u yerde, yan c, parlay c veya patlay c bir ortam varsa, büyük patlama ve yang n olaylar meydana gelebilir. Bunun d fl nda yüksek statik elektrik boflalmas, temas eden canl üzerinde elektrik çarpmas na (flokuna) benzer etki yarat r. Bu flekilde elektrik flokuna maruz kalan kifliler refleks hareketleri neticesinde kazalar yaflayabilir. Elektrik yüklü cisimler aras nda elektrostatik çekim ya da itme görülür. Bu durum özellikle endüstride ifllemlerin yavafllamas na ve hatal üretimlere neden olabilir. nsan vücudunda afl r derecede statik elektrik yükü birikmesi neticesinde, insan vücudundaki elektrik dengesinin bozulmas ve sinirsel sisteminin bu nedenle etkilenmesi statik elektri in görülen bir di er etkisidir. Statik elektrik, hassas elektrikli alet ve cihazlar n hatal çal flmas na, hatta baz parçalar n n bozulmas na ve hasarlanmas na da neden olabilir. Endüstride, statik elektri in yukar da sözü edilen reaksiyonlar ndan yararlanarak çeflitli sistem ve cihazlar gelifltirilmifltir. Örnek olarak lazer yaz c, statik boyama ve baca filtreleri verilebilir. Ancak kontrolsüz olarak meydana gelen statik elektri in tehlike ve olumsuz reaksiyonlara neden oldu u aflikârd r. Bu nedenle cisim ya da maddelerde elektrik yükü birikmesi ve boflalmas na engel olmak için topraklama, nemlendirme ile iyonizasyon ifllemleri uygulan r. Konu ile ilgili ayr nt l bilgi ileriki ünitelerde verilmifltir. D KKAT Statik elektrik, tabiatta birbirinden farkl veya ayn, iletken veya yal tkan iki maddenin, temas etmesi ve ayr lmas veya sürtünmesi sonucu kendili inden oluflur. ELEKTR K AKIMI Yukar da da bahsedildi i gibi serbest elektronlar n bir malzeme içerisinde hareket etmesiyle elektrik ak m oluflur. Elektrik ak m n n bir malzemede hareket edebilme kabiliyeti o malzemenin elektriksel iletkenli ine ba l d r. Bu do rultuda maddeler iletken, yal tkan veya yar iletken olarak s n fland r l r. letkene örnek olarak bak r, alüminyum, gümüfl ve alt n verilebilir. letkenlerin son yörüngesinde 1-3 elektron bulunur. Yal tkanlar ise son yörüngelerinde 6-8 elektron bulunan ve elektrik ak m n iletmeyen maddelerdir. Cam, lastik, tahta yal tkan malze-

17 1. Ünite - Genel Tan mlar 7 melerdir. Yar iletkenler ise do ada yal tkan halde bulunan ve bir enerji uyguland nda iletken hale geçen maddelerdir. Yar iletkenlerin son yörüngelerinde 4-6 elektron bulunur. Germanyum, silisyum, galyum arsenür, indiyum fosfür yar iletkenlere örnek olarak verilebilir. Elektronikte yar iletken malzemelerden en çok germanyum ve silisyum kullan l r. Germanyumun atom numaras 32 silisyumun atom numaras ise 14 dür. Germanyum ve silisyumun son yörüngelerinde 4 elektron vard r. Afla daki bölümde elektrik ile ilgili temel kavram ve tan mlara yer verilmifltir. letken ve yal tkan maddelere örnekler veriniz. Temel Kavram ve Tan mlar Ak m letkenden (veya al c dan) birim zamanda geçen elektrik yükü (elektron) miktar - na ak m denir. Ak m I ile gösterilir ve birimi Amper (A) dir. Elektrik yükü Q, zaman t ile gösterildi inde ak m afla daki gibi ifade edilir. Q I = (1.1) t Elektrik yükünün birimi Coulomb (C), zaman n birimi ise saniye (s) dir. 1 SIRA S ZDE Bir iletkenden 20 saniyede 40A lik ak m geçti ine göre iletkenden geçen elektrik yükünü hesaplay n z. ÖRNEK 1 ÇÖZÜM 1: (1.1) eflitli i kullan larak ak m ve zamana ba l elektrik yükü eflitli- i elde edilir. Q= I.t (1.2) (1.2) eflitli inden afla daki sonuç bulunur. Q= 40 (20) = 800 C Gerilim Bir elektrik yükünü bir noktadan baflka noktaya hareket ettirebilmek için gerekli enerji miktar potansiyel fark veya gerilim olarak isimlendirilir. Potansiyel fark V ya da U ile gösterilir ve potansiyel fark n birimi Volt (V) tur. Tan ma göre 1 V, 1 J/C (Joule/Coulomb) a eflittir. Elektrik ak m potansiyel fark yüksek olan noktadan düflük olan noktaya do ru akar. Devrelerde potansiyel fark; pil, akümülatör, alternatör veya dinamo yard m yla elde edilir. Direnç Elektrik ak m na karfl gösterilen zorlu a elektriksel direnç denir. Her maddenin az ya da çok bir elektriksel direnci vard r. letkenlerin elektriksel direnci yok denecek kadar düflük, yal tkanlar n ise ak m geçirmeyecek kadar yüksektir. Elektriksel direnç nedeniyle elektrik ve elektronik devrelerde kay plar meydana gelir. Bu kay plar sistemde s enerjisi olarak aç a ç kar. Pratikte dirençsiz, dolay s yla kay ps z hiçbir devre mevcut de ildir. Ancak baz element ya da alafl mlar belirli bir s cakl k seviyesine veya kritik s cakl k alt nda

18 8 Elektrik Bak m, Ar za Bulma ve Güvenlik so utuldu unda maddenin direnci s f r olmaktad r. Bu da kay ps z bir devre demektir. Bu iletkenlere süperiletken ad verilmektedir. Maddelerin elektriksel direnç özelli inden yararlan larak üretilen devre eleman - na direnç ad verilir. Direncin sembolü R, birimi ohm (Ω) dur. Elektrik ya da elektronik devrelerde güç kayna na ba l motor, f r n, ampul gibi elektrikle çal flan tüm cihazlar n elektriksel dirençleri devre analizinde direnç (R) olarak ele al n r. R Dirençlerin devredeki ifllevleri afla daki gibi s ralanabilir: Devreden geçen ak m s n rlamak, Gerilimi bölmek, Hassas yap l devre elemanlar n n afl r ak ma karfl korunmas n sa lamak, Is enerjisi elde etmek. Düzgün bir blok halindeki iletkenin direnci afla daki eflitlik ile belirlenir: l R = ρ A Eflitlikteki sembollerin anlamlar afla daki gibidir: ρ: iletkenin özdirenci (ohm.mm 2/ m ya da ohm.m) l: iletkenin uzunlu u (m) A: iletkenin kesit alan (mm 2 ) dir. (1. 3) ÖRNEK 2 Uzunlu u 20 m, kesit alan 0.05 mm 2 olan krom nikel telin özdirenç de eri 1.1 ohm.m oldu una göre bu telin direnci kaç Ω dur? ÇÖZÜM 2: Direnç de eri Eflitlik (1.3) kullan larak hesaplan r; R = (.) R = 440Ω D KKAT Ak m n birimi Amper in k saltmas olan A ile kesit alan n ifade eden A birbirine kar flt r lmamal d r. fiekil 1.1 Örnek seri ba l direnç devresi. R T a b R 3 R 1 R 2 Dirençler seri, paralel ya da seri-paralel ba lanabilir. n say da direnç seri ba land nda toplam (eflde er) direnç (1.4) eflitli i ile belirlenir. fiekil 1.1 de seri ba l bir direnç devresi görülmektedir. R T =R 1 +R 2 +R R n (1.4)

19 1. Ünite - Genel Tan mlar 9 Dirençler paralel ba land nda ise toplam (eflde er) direnç (1.5) eflitli i ile bulunur. Eflitlikte n direnç say s n göstermektedir. fiekil 1.2 de paralel ba l bir direnç devresi görülmektedir. a R T R 1 R 2 R 3 fiekil 1.2 Örnek paralel ba l direnç devresi = (1.5) RT Rl R2 R3 Rn b Güç Birim zamanda yap lan ifle ya da harcanan enerjiye güç denir. Güç P ile gösterilir ve gücün birimi Joule/s dir. Elektrikte Watt (W) olarak kullan lmaktad r. Buna göre 1 C luk elektrik yükünü 1 saniyede hareket ettirmek için 1 J lük enerji harcan yorsa 1 W l k ifl yap lm fl demektir. Yap lan bu tan ma ba l olarak afla daki eflitlik elde edilir. P = VI (1.6) eflitli i ile ak m ve direnç bili- Eflitlikteki tan mlamalar flu flekildedir: P : Güç (W) V : Potansiyel fark (V) I : Ak m (A) 2 V Potansiyel fark ve direnç biliniyorsa güç P = R niyorsa bu durumda güç P=I 2 R eflitlikleri ile belirlenir. fl fl, genel itibariyle ifl yapabilme yetene i olarak tan mlan r. Bu do rultuda elektriksel anlamda ifl (1.7) eflitli i ile elde edilir. Eflitlikte ifl, ngilizce de Work kelimesinin ilk harfi olan W ile gösterilmektedir. W = Pt (1.7) Elektrikte iflin birimi olarak Watt.hour (Wh) kullan lmaktad r. Eflitlikteki tan mlamalar flu flekildedir: W : fl (Wh) P : Güç (W) t : Saat biriminde zaman (h) Gücün birimi Watt n k saltmas olan W ile ifli ifade eden W birbirine kar flt r lmamal d r. Sürekli olarak 20A ak m çeken ve 240V ta çal flan bir f r nda 4 saatte harcanan gücü ve yap lan ifli hesaplay n z. ÇÖZÜM 3: Harcanan güç (1.6) Eflitli i kullan larak hesaplan r. P = VI = 240(20) P=4800 W D KKAT ÖRNEK 3 Yap lan ifl (1.7) Eflitli i kullan larak hesaplan r W = Pt = 4800(4) W = 19200Wh W = 19.2 kwh

20 10 Elektrik Bak m, Ar za Bulma ve Güvenlik SIRA S ZDE 2 fiekil 1.3 Basit bir elektrik devresi. fiekil 1.4 Örnek bir elektrik devresi. Bir lambadan 10A lik ak m geçmektedir. Bu lamban n direnci 20Ω ise lamban n harcad gücü bulunuz. Lamba 5 saat yanar ve enerjinin kwh ücreti T2 ise ödenecek tutar hesaplay n z. V Üreteç Sigorta letken R (S) Anahtar Elektrik Devresi Basit bir elektrik devresi gerilim kayna (üreteç), al c (yük) ve iletkenden oluflur (fiekil 1.3). Elektrik devresinde üreteçten ç kan ak m, iletken ve al c dan tekrar üretece gelir. fiekil 1.3 de R ile temsil edilen asl nda ak m çeken bir yükü göstermektedir. Bu yük; motor, lamba, direnç, elektrikle çal flan ev aleti vb. olabilir. V ise gerilim kayna n göstermektedir. Basit bir elektrik devresine sigorta ve anahtar eklendi inde fiekil 1.4 de görülen devre elde edilir. Sigorta yüksek ak ma karfl devreyi korur, anahtar ise devreyi açar ya da kapat r. Yük Bir elektrik devresi, ak m iletme durumuna ba l olarak kapal devre, aç k devre ve k sa devre ile ifade edilebilir. Afla da bunlar n anlamlar verilmifltir. Kapal Devre Elektrik ak m, hiç kesintiye u ramadan bafllad noktaya dönüyorsa devre kapal d r. fiekil 1.4 deki devrede S anahtar kapat ld nda devre kapal bir devredir. Aç k Devre Elektrik ak m, bafllad noktaya geri dönemiyorsa devre aç k devredir. Bu durumda aç k devre olan kol üzerinde ak m ak fl olmaz (I = 0 A). Örne in fiekil 1.4 de görülen devrede iletkenlerden biri kopar ya da anahtar aç l r ise aç k devre oluflur. Bunun yan nda yükün (direncin) ya da üretecin de ar zalanmas ve ak m iletmemesi söz konusu olabilir. Bunlar da birer aç k devre sebebidir. fiekil 1.5 (a) da kapal devre, fiekil 1.5 (b) de aç k devre örne i görülmektedir. fiekil 1.5 (a) da ak m kesintiye u ramadan bafllad noktaya geri dönmektedir. fiekil 1.5 (b) deki gibi bir devrede R 2 direncinin aç k devre olmas durumunda ak m bafllad noktaya geri dönemeyece inden ak m ak fl gerçekleflmez ve bu durumda I = 0 A dir. Örnek devrede ak m ak fl olmad ndan dirençler üzerine gerilim düflümleri de olmaz.

21 1. Ünite - Genel Tan mlar 11 fiekil 1.5 V s R 1 R 2 V s R 1 R 2 (a) Kapal devre örne i. (b) Aç k devre örne i. R 3 R 3 (a) (b) K sa Devre Bir elektrik devresinden geçen ak m n devre elemanlar n dolaflmak yerine dirençsiz yoldan geçmesine k sa devre denir. letkenlerin, yal tkan kaplamalar n n özelli- ini kaybetmesinden ötürü birbirine de mesi k sa devre nedenlerinden biridir. Devrede düflük dirençten dolay ak m fliddeti çok yüksek mertebelere ç kar. Geçen ak m n fliddetine ba l olarak insan hayat ve cihazlar için tehlikeli durumlar söz konusu olabilir. fiekil 1.6 da kapal ve k sa devre örnekleri görülmektedir. fiekil 1.6 (b) deki gibi bir devrede R 2 direncinin k sa devre olmas, R 2 nn R 3 direnci ile paralel olmas nedeniyle R 3 direncinin de k sa devre olmas na neden olur. Hesaplamada R 2 =R 3 =0 Ω olarak al n r. Bu durumda ak m flekilde görülen yolu takip eder. fiekil 1.6 V s R 1 I 1 I 2 I 3 Vs R 2 R 3 R 1 I I R 2 R 3 (a) Kapal devre örne i. (b) K sa devre örne i. I (a) (b) Do ru Ak m Yönü ve fliddeti zamana ba l olarak de iflmeyen ak ma Do ru Ak m denir. Do ru ak m; dinamo, akümülatör, pil, günefl pili gibi kaynaklar taraf ndan üretilir. K - saca DC ya da DA ile gösterilir. Do ru ak m n yönü ve fliddeti de iflmedi inden frekans yoktur. fiekil 1.7 de do ru ak m-zaman e risi görülmektedir. Do ru ak mda, elektrik yüklerinin ayn yönde ak fl, do ru ak m alternatif ak mdan ay r r. DC nin depo edilebilir bir ak m olmas DC nin AC ye göre bir avantaj d r. Birden fazla do ru ak m kayna n n seri ba lanmas durumunda kaynaklar ba lant yönü dikkate al narak cebirsel olarak toplan r. V t fiekil 1.7 Do ru Ak m - Zaman e risi.

22 12 Elektrik Bak m, Ar za Bulma ve Güvenlik ÖRNEK 4 fiekildeki devreye uygulanan DC gerilim kaç V tur? 3V 10V ÇÖZÜM 4: 10 V luk ve 3 V luk kaynaklar birbirine z t yönlü ba lanm flt r. Dolay s yla bu iki kayna n farklar n n al nmas gerekir. V=10-3 V=7 V Devreye 10 V luk kayna n yönünde 7V luk DC gerilim uygulanmaktad r. 7V SIRA S ZDE 3 Do ru ak m hangi kaynaklar taraf ndan üretilir? fiekil 1.8 AC dalga flekilleri. sinüs dalga kare dalga üçgen dalga testere difli dalga Alternatif Ak m (AC) Nikola Tesla taraf ndan 1800 lü y llar n sonunda bulunmufltur. Bafllang çta bilim dünyas nda do ru ak - m n yerini asla alamayaca iddia edildiyse de günümüzde alternatif ak m n kullan m alan DC yi çoktan geride b rakm flt r. Genli i ve yönü periyodik olarak de iflen elektriksel ak md r ve AC ya da AA ile gösterilir. Alternatör ad verilen makineler taraf ndan üretilir. Ayr ca çeflitli elektronik devreler yard m yla do ru ak mdan alternatif ak m elde edilebilir. Alternatif ak mda periyodik bir de iflim oldu undan frekans söz konusudur. En bilinen AC dalga biçimi sinüs dalgas d r (sinüzoidal dalga). Farkl uygulamalarda üçgen, kare dalga ve testere difli gibi

23 1. Ünite - Genel Tan mlar 13 de iflik dalga biçimleri de kullan lmaktad r (fiekil 1.8). Bu ünitede sinüs dalgas ele al nm flt r. Alternatif ak m n do ru ak m gibi sabit bir de eri olmad için alternatif ak m ile ilgili olarak tan mlamalar yap lm flt r. Bunlar maksimum de er, ani de er ve etkin de erdir. Ünitede sinüs dalgas ele al nd ndan sinüs dalgas n n maksimum ve ani etkin de erleri verilmifltir. Formülleri farkl olmak üzere ayn tan mlamalar di- er alternatif dalga biçimlerinde de yap l r. Afla da öncelikle periyot ve frekans kavramlar aç klanm flt r. Periyot ve Frekans Bir tam dalgan n oluflmas için geçen süreye periyot denir. Birimi saniye (s) olup T ile gösterilmektedir. Birim zamanda oluflan periyot say s ise frekans olarak adland r lmaktad r. Frekans n birimi Hertz (Hz), sayk l/s ya da s -1 olup frekans f ile gösterilir. fiekil 1.9 V Sinüs dalgas periyodu. wt T Frekans ve periyot aras nda Eflitlik (1.8) de ifade edilen iliflki vard r. f = 1 T (1.8) fiebeke geriliminin frekans ülkelere göre de ifliklik gösterebilir. En çok kullan - lan frekanslar 50 ve 60 Hz dir. Askeri alanlarda, denizalt larda, tekstil endüstrisinde, baz merkez bilgisayarlarda, uçaklarda ve uzay araçlar nda 400 Hz kullan lmaktad r. Sinüs Dalgas Maksimum De er fiekil 1.10 da sinüs dalgas görülmektedir. Dalga fleklinden de görülece i üzere maksimum (tepe) de er, ani de erlerin en büyü üdür. V m ile gösterilir. fiekildeki sinüs dalgas için π/2 rad l k aç da V m de eri elde edilir. π/2 rad 90, π rad 180, 3π/2 rad 270, 2π rad 360 lik aç lara karfl l k gelmektedir. fiekil 1.10 V Sinüs dalgas. V m wt -V m Alternatif ak m n maksimum de eri de ayn flekilde tan ml d r ve i m ile gösterilir.

24 14 Elektrik Bak m, Ar za Bulma ve Güvenlik Sinüs Dalgas Ani De er Alternatif ak m veya gerilimin herhangi bir andaki de erine ani (anl k) de er denir. Bir sayk lda sonsuz say da ani de er vard r. Alternatif gerilim ve ak m n ani de- erleri (1.9) ve (1.10) eflitlikleri ile hesaplan r. v = V m Sin (2πft) (1.9) i = i m Sin (2πft) (1.10) Eflitlikteki tan mlamalar afla daki gibidir: V m : Alternatif gerilimin maksimum de eri (V) I m : Alternatif ak m n maksimum de eri (A) f: Frekans (Hz) t: Zaman (s) Eflitlikte geçen 2πf, aç sal h zd r (w). w = 2πf (1.11) ÖRNEK 5 Frekans 50 Hz, maksimum de eri 10 A olan alternatif gerilimin s f r de erini geçtikten 1/100 sn sonraki anl k de erini bulunuz. ÇÖZÜM 5: Eflitlik (1.10) kullan larak i = 10 Sin (2π50.(1/100)) i = Sin(10 π) = 0A sonucu bulunur. Sinüs Dalgas Etkin De er Alternatif ak m uygulanan bir devre eleman nda, harcanan gücü bulmak için hangi ak m de erinin kullan laca kar flt r labilir. Bunu belirlemenin en iyi yolu, bir dirençten, belirli bir zaman aral nda verilen alternatif ak m n harcad gücü, ayn direnç ile ve ayn sürede bir do ru ak m taraf ndan elde etmektir. Bu flekilde güçlerin eflitlenmesi ile elde edilen DC de erine, etkin (efektif) de er denir. Etkin de- er, rms de er olarak da ifade edilmektedir. Alternatif gerilim ve ak m n etkin de- erleri (1.12) ve (1.13) eflitlikleri ile belirlenir. V V = m = ( ) V 2 i I = m = ( ) i 2 m m (1.12) (1.13) Uygulamalarda aksi belirtilmedikçe AC için etkin de er kullan l r. Örne in bir flebekenin gerilimi 220 V tur fleklinde bir ifadede söz edilen gerilim de erinin alternatif ak m n etkin de eri oldu u anlafl lmal d r. Osilaskop d fl ndaki ölçü aletleri alternatif ak m n ve gerilimin etkin de erini gösterir. ÖRNEK 6 Bir direncin uçlar aras ndaki alternatif gerilimin maksimum de eri V tur. Buna göre gerilimin etkin de erini hesaplay n z. ÇÖZÜM 6: Eflitlik (1.12) den afla daki sonuç elde edilir: V V m 10 2 = = = 10V

25 1. Ünite - Genel Tan mlar 15 fiehir flebeke gerilimi 220 V oldu una göre maksimum gerilim de erini hesaplay n z. ÖRNEK 7 ÇÖZÜM 7: Eflitlik (1.12) den: V = V Vm Vm = = 220 ( ) ise = V ( ) ( ) elde edilir. fiehir flebeke gerilimi 300 V ise maksimum gerilim de erini hesaplay n z. AC güç genellikle sanayi ve konutlarda kullan l r. Santrallerde üretilen enerjinin sevkinde de AC kullan lmaktad r. Alternatif ak m n gücü transformatörlerle artt r labilir veya azalt labilir. letim s ras nda nakil hatlar nda oluflan kay plar azaltmak için yüksek gerilimler kullan l r. Türkiye de santral ile flehir flebeke giriflleri aras ndaki iletim hatlar nda 154 kv ve 380 kv (kilovolt) luk yüksek gerilimler kullan l r. Ancak yüksek gerilimlerin dezavantajlar vard r ve bunlar afla daki gibi s ralanabilir; Tafl ma tehlikeleri, Hatta oluflan yüksek manyetik alandan dolay etkileflim, Hatta oluflan yüksek manyetik alandan dolay kablolarda ters gerilimler oluflmas ve gerilim safl n n bozulmas (bu sorun günümüzde hat bafl ndan hat sonuna 3 kere çaprazlama yap larak giderilmektedir). AC ile DC aras ndaki fark nedir? 4 5 SIRA S ZDE SIRA S ZDE Üzerinden 5A lik ak m geçen bir iletim kablosunda harcanan gücün 500W oldu- u biliniyor ise bu kablonun uçlar ndaki potansiyel fark kaç V tur? ÖRNEK 8 ÇÖZÜM 8: Problem (1.6) Eflitli i kullan larak çözülür. P= VI 500 = V() V = 5 V = 100V SIRA S ZDE DÜfiÜNEL M SORU SIRA S ZDE DÜfiÜNEL M SORU Türkiye de flebeke gerilimi 220 V ve frekans 50 Hz dir. D KKAT D KKAT Faz SIRA S ZDE Ayn frekansl ve ayn dalga fleklindeki alternatif ak m ve gerilim gibi fiziksel büyüklüklerin ayn yönde ayn de erden geçmeleri s ras nda meydana gelen aç veya zaman fark olmas durumudur. Örne in ayn frekansa sahip sinüzoidal iki gerilim, negatif de erden pozitif de ere geçerken ayn zamanda s f r de erinden geçiyorlarsa, bu iki büyüklük ayn fazdad r. Bu iki büyüklü ün s f r de erinden geçme zamanlar farkl ise, bu iki büyüklük ayn fazda de ildir. K T A P SIRA S ZDE AMAÇLARIMIZ AMAÇLARIMIZ K T A P TELEV ZYON TELEV ZYON NTERNET NTERNET

26 16 Elektrik Bak m, Ar za Bulma ve Güvenlik fiekil 1.11 ki sinüs dalgas aras ndaki faz fark gösterimi. V V 1 V 2 Faz Fark wt Faz Fark Ayn frekans ve dalga flekline sahip iki alternatif ak m veya gerilim aras ndaki aç veya zaman fark na faz fark denir. Örne in dalgalardan biri s f r de erini π/2 de di er dalga ise 0 da geçiyorsa bu iki dalga farkl fazdad r. Aralar ndaki faz fark ise π/2 kadard r. fiekil 1.11 de faz fark olan iki sinüzoidal sinyal görülmektedir. Bu sinyallerin s f rdan geçme zamanlar farkl - d r. Dolay s yla V 1 ve V 2 sinyalleri ayn fazda de ildir. Aralar ndaki faz fark φ kadard r. Üç Fazl Sistemler Alternatif ak m üreten jeneratörlere alternatör denir. E er bir alternatör yaln z bir sinüs dalgas fleklinde emk üretirse, 1 fazl alternatör denir. E er bir alternatör 90 derece faz farkl iki sinüzoidal emk üretiyorsa buna iki fazl alternatör denir. E er bir alternatör aralar nda 120 fler derece faz fark bulunan üç sinüzoidal emk üretiyorsa, böyle bir kayna a da üç fazl alternatör denir. Bu flekilde bir alternatör (AC jeneratör) ile iki, üç ya da daha fazla devreyi ayn kaynaktan besleme olana vard r. Bu durumda, her devreye uygulanan gerilim ve frekans ayn olup devrenin say s na göre gerilimler aras nda belirli ve eflit faz fark bulunur. Bunlara çok fazl sistemler denir. Çok fazl sistemlerin tek fazl sistemlere göre üstünlükleri vard r. 1. Çok fazl bir jeneratörün veya motorun ç k fl gücü, boyutlar aras nda ayn olan bir fazl jeneratörün veya motorun ç k fl gücünden fazlad r. Böylece, daha güçlü ve verimli makinalar yap labilir. 2. Transmisyon (iletim) sistemlerinde ayn gücün tafl nmas için çok fazl sistemde, bir fazl sisteme göre kullan lan bak r daha azd r. 3. Bir fazl kollektörlü tipler hariç, çok fazl motorlar n döndürme momentleri düzgündür. Bir fazl motorlar n döndürme momentleri ise darbe biçimindedir. 4. Kollektörlüleri hariç, bir fazl motorlar, yard mc sarg lar olmadan kendi kendilerine harekete geçemezler. 5. Stator tepkisinin darbeli olmas nedeniyle bir fazl jeneratörleri paralel çal flt rmak çok zordur. Yayg n olarak üç fazl sistemler kullan lmaktad r. Ayn endüvi sarg üzerine birbirinden 120 aç l üç çeflit sarg (bobin) sar l r ve bunlar n ç k fl uçlar na ba lan rsa üç fazl jeneratör elde edilir. Ayr ca DC bir kaynaktan DC-AC dönüfltürme prensipleri ile de iflik frekans ve gerilim de erlerinde üç fazl gerilim elde edilebilir. Bunun yan nda tek fazl AC bir kaynaktan da üç fazl gerilim elde etmek mümkündür. fiekil 1.12 de üç fazl sinüs dalgas görülmektedir.

27 1. Ünite - Genel Tan mlar 17 V R S T fiekil 1.12 Üç faz sinüs dalgas t Üç fazl jeneratörlerde sarg lar (bobinler) aralar nda 120 olacak flekilde üçgen ya da y ld z olarak ba l d r. Y ld z ba l jeneratörlerde sarg lar n birer uçlar birbirine ba l olup ortak olan bu uca nötr hatt (Mp) ad verilir. Di er uçlar ise faz olarak adland r lan her bir hatt oluflturur. Üçgen ba l jeneratörlerde ise t pk bir üçgende oldu u gibi sarg lar ikiflerli olarak bir üçgen oluflturacak flekilde ba l d r. Üçgenin her bir köflesi bir faz oluflturur. Üçgen ba lant da nötr hatt yoktur. Sarg lar y ld z ya da üçgen ba lanm fl olan bir jeneratörün hat gerilimleri aras nda 120 faz fark vard r. Üç faz n hat gerilimlerini temsilen Amerika da R, S, T; Almanya da ise L1, L2 ve L3 sembolleri kullan lmaktad r. Ülkemizde her iki kullan m da yayg nd r. Alternatif gerilim ile çal flan yükler tek ya da üç fazl gerilimle çal fl r. Elektrikli ev aletleri tek fazl çal fl rken, sanayide kullan lan motorlar genellikle üç fazl çal fl rlar. Üç fazl çal flan yükler, jeneratör sarg lar nda oldu u gibi, jeneratörden gelen fazlara y ld z ya da üçgen olarak ba lanabilir. Bu noktada yükün y ld z ya da üçgen ba l olmas n n, flebeke taraf (enerji besleme) ile ilgisi yoktur. Tek fazl bir yük, y ld z ba lant l bir jeneratörün faz ve nötr aras na ba lan r. ki ya da üç fazl yük ise do rudan jeneratörün iki ya da üç faz na ba lan r. Tek fazl yükler üçgen jeneratörlü kaynaklara do rudan ba lanamaz. ki ya da üç fazl yükler ise üçgen ba l jeneratörlere ba lanabilir. fiekil 1.13 de y ld z ve üçgen ba lant lar görülmektedir. fiekilde R, S ve T fazlar ; Z1, Z2 ve Z3 ise yükleri (ya da sarg lar ) temsil etmektedir. R S T IH IH IH Z2 (a) If Z1 Z3 Uf N R S T Uh IH IH IH Uf (b) I f I f I f fiekil 1.13 (a) Y ld z ba lant. (b) Üçgen ba lant. Y ld z ya da üçgen ba lant l sistemlerde hat gerilimi (U HAT ) herhangi iki faz aras ndaki gerilimi, faz gerilimi ise yük (ya da sarg ) üzerindeki gerilimi ifade eder. Hat ak m (I HAT ) bir faz hatt ndan geçen ak m, faz ak m (I FAZ ) ise yük (ya da sarg ) üzerinden geçen ak m ifade eder. Hat ak m, faz noktas ndan ç kan ana ak m olarak düflünülebilir. ngilizce de I Line olarak kullan lmaktad r.