ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ELEKTRİK DEVRELERİ I LABORATUVARI DENEY RAPORU. Deney No: 6 GEÇİCİ DURUM ANALİZİ

Transkript

1 TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ELEKTRİK DEVRELERİ I LABORATUVARI DENEY RAPORU Deney No: 6 GEÇİCİ DURUM ANALİZİ Yrd. Doç. Dr. Canan ORAL Arş. Gör. Ayşe AYDIN YURDUSEV Öğrenci: Adı Soyadı Numarası Rapor Teslim Tarihi Hazırlık %40 Deney %50 Düzen %10 Toplam %100 LÜTFEN ISIM SOYISIM NUMARA YAZINIZ DENEY RAPORUNUZU SOL ÜST KÖŞEDEN ZIMBALAYIP TESLIM EDINIZ. Sayfa 1 / 7

2 Amaç Zamanla değişmeyen DC gerilimlerle beslenen ve RC ve RL devre elemanlarını birlikte içeren bir elektrik devresinde oluşabilecek geçici olayları incelemek. Geçici olaylara neden olan etkenleri ve etkilerini gözlemlemek. Ön Bilgi RC Devresinde Geçici Durum: Sistemlerin bir sürekli durumdan ikinci bir sürekli duruma geçerken gösterdikleri davranışlara geçici olaylar adı verilir. Şekil 7,1 de verilen seri RC devresinde, s anahtarı açıkken c sığası tümüyle yüksüzdür.t=0 anında s anahtarı kapatıldığında devrede belirtilen yönde ve zamanla değişen bir i(t) akımı akmaya başlar. Şekil-1:Seri bağlı RC devresinde geçici durum Devreye Kirchoff gerilim yasası uygulanırsa aşağıdaki eşitlik elde edilir: 1 C x i(t) dt + Ri(t) = E Buradan akım ifadesi bulunmak istenirse: İ(t)=E/R e t/rc Akım eşitliğinden yararlanılarak direnç ve sığaç üzerindeki gerilim bağıntıları aşağıdaki biçimde yazılabilir. V R (t)=1/c i(t) dt=e x (1- e t/rc ) İ(t), V R (t) ve V C (t) nin zamanla değişimleri,sırasıyla Şekil-2(a),Şekil-2(b) de sunulmuştur. Şekil-2: İ(t), V R (t) ve V C (t) nin zamanla değişimleri Sayfa 2 / 7

3 Bulunan eşitlikler yardımıyla direnç ve sığaç için güç bağıntıları: P R (t)=v R (t) x i(t) = E 2 /R x e -2t/RC P C (t)=v C (t) x i(t)= E 2 /R x (e -t/rc - e -2t/RC ) Güç bağıntılarının zamana bağlı olan değişim biçimleri Şekil-3 te sunulmuştur. Şekil-3:RC devresinde direnç ve sığaç güçlerinin zamanla değişimi RL Devresinde Geçici Durum Analizi: Eşdeğer devresi Şekil-4 te verilen seri bir RL devresinde S anahtarı kapatıldığı anda sabit bir gerilim uygulanmaktadır. Şekil-4:Seri bağı RL devresinde geçici durum Bu devreye Kirchoff gerilim yasası uygulanırsa aşağıdaki eşitlik elde edilir; R x i(t)+l di(t)/dt =E Bu eşitlik çözümlendiğinde akımın zamanla değişimi; İ(t)=E/R x (1-e -Rt/L ) Olarak bulunur.akım bağıntısından yararlanılarak direnç ve indüktans gerilimlerinin zamanla değişimleri hesaplanabilir. V R (t)=r x i(t)=e x (1-e -Rt/L ) V L (t)=l x di(t) / dt=e x e -Rt/L İ(t), V R (t), V L (t) nin zamanla değişimleri, sırasıyla şekil-5(a),şekil-5(b) de sunulmuştur. Sayfa 3 / 7

4 Şekil-5: İ(t), V R (t), V L (t) nin zamanla değişimleri Direnç ve indüktansa ilişkin güçlerin zamanla değişimleri; P R (t)= E 2 /R x (1-2e -Rt/L + e -2Rt/L ) P L (t)= E 2 /R x (e -Rt/L - e -2Rt/L ) Biçiminde bulunur.bu iki güç bağıntısında toplam gücün zamanla değişimi elde edilir. P Top (t) = P L (t)+p R (t) = E 2 /R x (1- e -Rt/L ) Güç bağıntılarının zamanla değişimleri Şekil-6 da sunulmuştur. Şekil-6:RL devresinde direnç ve indüktans güçlerinin zamanla değişimi Hazırlık Çalışması Laboratuvar çalışması kısmında verilen çalışmalarının aynılarını benzetim programında yapınız. Benzetim programı devre şemasını ve osilaskop ekran görüntülerini deney raporunuza ekleyiniz. Sayfa 4 / 7

5 Laboratuvar çalışması RC Devresi A B C Şekil-7:Seri Bağlı RC Devresinde Geçici Durum Analizi 1.Devreye gerilim kaynağı olarak sinyal jeneratörünü bağlayınız. Sinyalin biçimini kare dalga frekansını sırasıyla 500Hz, 1kHz, 2kHz olarak, üst gerilim değerini 5 V alt gerilim değerini 0 V ayarlayınız. 2.Osiloskobun birinci kanalını A noktasına bağlayarak kaynağın ürettiği sinyali, ikinci kanalını B noktasına bağlayarak kondansatörün gerilimi gözlemleyiniz. Ölçekli olarak Tablo 1 e çiziniz. Gerilim değerlerini yazınız. 3.Osiloskobun birinci kanalını B noktasına bağlayarak kondansatörün gerilimini, ikinci kanalını C noktasına bağlayarak direncin gerilimini gözlemleyiniz. Ölçekli olarak Tablo 2 ye çiziniz. Gerilim değerlerini yazınız. RL Devresi A B C Şekil-8:Seri Bağlı RL Devresinde Geçici Durum Analizi 1. Devreye gerilim kaynağı olarak sinyal jeneratörünü bağlayınız. Sinyalin biçimini kare dalga frekansını sırasıyla 500Hz, 1kHz, 2kHz olarak, üst gerilim değerini 5 V alt gerilim değerini 0 V ayarlayınız. 2.Osiloskobun birinci kanalını A noktasına bağlayarak kaynağın ürettiği sinyali, ikinci kanalını B noktasına bağlayarak bobinin gerilimini gözlemleyiniz. Ölçekli olarak Tablo 3 e çiziniz. Gerilim değerlerini yazınız. 3.Osiloskopun birinci kanalını B noktasına bağlayarak bobinin gerilimini, ikinci kanalını C noktasına bağlayarak direncin gerilimini gözlemleyiniz. Ölçekli olarak Tablo 4 e çiziniz. Gerilim değerlerini yazınız. Sayfa 5 / 7

6 Tablo 1 Tablo 2 Tablo 3 Tablo 4 *Bu deneyle RC ve RL devrelerinin bir sürekli duruma geçerken gösterdikleri geçici olayları ve yükselme zamanı ile zaman sabiti Ʈ arasındaki ilişkiyi inceledik. Sayfa 6 / 7

7 *Yükselme zamanı kapasitörün % 90 nın dolması için gerekli olan süredir ve formül olarak Ʈ ya bağlıdır yani devredeki R ve C değerlerinin büyüklüğüne bağlıdır, sinyal jeneratörü tarafından üretilen kare dalganın frekansı veya genliğine bağlı değildir. Örneğin R veya C değerini daha büyük seçerek Ʈ'yu dolayısıyla t(yükselme)'yi artırabiliriz. *Deneyde sıkça adı geçen zaman sabiti kavramı; devredeki voltajın ne kadar süre sonra, ne değere düşeceğini belirten önemli bir kavramdır. örneğin t=ʈ anında, kapasitör voltajı %37 nci değerine ulaşır.yaklaşık 5Ʈ zaman sonra durağan duruma geçer. *Her bir devrenin zaman sabitini teorik ve deneysel olarak hesapladık ve birbirlerine hemen hemen eşit olduğunu gördük. *Bu deneyde devreye DC kaynak yerine sinyal jeneratöründen kare dalga verilmiştir. Bunun sebebi kapasitörün DC kaynakta çabucak şarj olup boşalmasıdır. Yani bu durumda kapasitörün yükselme ve düşme zamanını gözlemleyemeyiz dolayısıyla Ʈ zaman sabitini de deneysel olarak hesaplayamayız ve bu sebeple deney başarısız olur. Kare dalga sayesinde kapasitörün geçici durumlara verdiği tepkiyi inceleyebildik. *Endüktans üzerindeki akım, ani olarak değişemez. Bununla birlikte, bobin üzerindeki gerilim değişimi, sınırsızdır ve ani sıçramalar yapabilir. Bu, endüktansın akımdaki değişime karşı koymasından kaynaklanır. Sayfa 7 / 7