EEM 202 DENEY 10. Tablo 10.1 Deney 10 da kullanılan devre elemanları ve malzeme listesi

Transkript

1 EEM 0 DENEY 0 SABİT FEKANSTA DEVEEİ 0. Amaçlar Sabit frekansta devrelerinin incelenmesi. Seri devresi Paralel devresi 0. Devre Elemanları Ve Kullanılan Malzemeler Bu deneyde kullanılan devre elemanları ve malzemelerin listesi Tablo-0. deki gibidir. Deney esnasında oluşabilecek herhangi bir hasarı tabloda boş bırakılmış kısma detaylarıyla not ediniz. Ayrıca ekipmanları kullanırken karşılaştığınız zorlukları ve deneyle ilgili önerilerinizi de yazabilirsiniz. Tablo 0. Deney 0 da kullanılan devre elemanları ve malzeme listesi Devre Elemanları Ω Direnç ( W) 0 Ω Direnç ( W) 3 8 mh Bobin (000 sarım) 4 µ F Kondansatör 5 Katot Tüp Osiloskop Kaynaklar 6 Sinyal Jeneratörü Aksesuarlar 7 Delikli Tezgah, DN A Takım köprü bağlantıları Bağlantı kabloları, kırmızı, 50 cm Bağlantı kabloları, siyah, 50 cm 50 8 Deney anında meydana gelen hasarlar ve deney hakkındaki öneriler:

2 EEM 0 DENEY 0 Ad&Soyad: 0.3 TEME BİGİE 0.3. Seri Devresi Şekil 0.a daki devresini ele alalım.devredeki her pasif elemanın empedansı aşağıdaki gibi ifade edilir, 0 (0.a) 90 j (0.b) 90 j. (0.b) Bu sonuçları kullanılarak toplam empedans j j j + / tan (0.) Şekil 0. Sinüzoidal voltaj kaynağı ile sürülen seri devresi: a) Devre şeması, b) Empedans üçgeni, c) Voltaj üçgeni, ve d) Güç üçgeni.

3 EEM 0 DENEY 0 Ad&Soyad: Bu durumda referans seçilerek; 0. ve 0. eşitliği kullanılarak empedans üçgeni Şekil 0.b deki gibi çizilir. Tüm elemanlardan geçen ortak akım 0.3a eşitliğinde verilmiştir V V, (0.3a) + j( ) V. (0.3b) + ( ) akım fazörü referans alınarak devredeki voltajlar 0.4a, 0.4b, 0.4c ve 0.4c eşitliklerindeki gibi ifade edilebilir. V 0, (0.4a) V j 90, (0.4b) V j 90, (0.4c) V V V j tan (0.4d) Görüldüğü üzere V, 90 derecelik farkla V nin önünde; V 90 derecelik farkla V nin gerisinde; ayrıca V, tan / derecelik açıyla V ın önündedir. Her voltaj ortak akımın eşdeğer empedansla çarpımıyla elde edildiğinden dolayı Şekil 0.c deki voltaj üçgeni empedans üçgenine benzer şekilde elde edilir. Her bir elemanda harcanan kompleks güç ve kaynaktan sağlanan toplam kompleks güç 0.5a, 0.5b, 0.5c ve 0.5d eşitliklerinde verilmiştir. * U V V ( ), (0.5a) U * V V j ( ) j, (0.5b) U * V V j ( ) j, (0.5c) U U + U + U + j. (0.5d) Buradan aşağıdaki eşitlikler elde edilir: P e ( U ), (0.6a) Q m ( U ), (0.6b) θ Güç açısı tan, (0.6c) 3

4 p.f. Güç faktörü cosθ EEM 0 DENEY 0 + (0.6d) Eğer Q < 0 (yani > ) ise güç öndedir, değilse güç geridedir. Güç üçgeni de empedans ve voltaj üçgeni gibi elde edilir ve Şekil 0.d de gösterilmiştir Paralel Devresi Paralel devresi Şekil 0. de verilmiştir. Seri devresindeki benzer sonuçlar paralel devre içinde elde edilebilir. Bu kısım öğrencilere ön çalışma olarak bırakılmıştır. 4

5 EEM 0 DENEY ÖN ÇAŞMA ) Şekil 0.a daki paralel devresini devreyi ele alınız. Devre frekansına sahip sinüzoidal akım kaynağı ile sürülüyor. Seri devresindeki adımlara paralel adımlar izleyerek aşağıdaki soruları cevaplayınız. a) Her pasif elemanın admitansını bulunuz. Admitans üçgenini Şekil 0.b de çiziniz ve Y, Y, Y admitanslarını ve kaynağın gördüğü Y toplam admitansını gösteriniz. b) V voltaj fazörünü,,, ve cinsinden ifade ediniz. c) V yi referans alarak eleman akımlarını,,, ve yi eleman değerleri, ve V cinsinden elde ediniz. Her bir akım fazörünün açısını bulunuz ve akım üçgenini Şekil 0.c ye çiziniz. d) Her bir elemanın kompleks gücünü ve kaynak tarafından üretilen toplam kompleks güçü eleman değerleri, ve V cinsinden elde ediniz. Toplam reel ve reaktif güç ve güç faktörü nelerdir? Güç üçgenini çiziniz. (Çizimleriniz açıklayıcı olmalı, örneğin çizimdeki her vektörü tanımlayan açıklayıcı ifadeler yazın.) a) b) c) d) Şekil 0. Paralel devresi: a) Devre şeması, b) Admitans üçgeni, c) Akım üçgeni d) Güç üçgeni. 5

6 EEM 0 DENEY 0 Ad&Soyad: ) Deneyde kullanılan seri devresi Şekil 0.3 de verilmiştir; V kaynak voltajı khz lik frekansa ve 8 V (tepeden tepeye) luk voltaja sahiptir. a),, ve empedans değerlerini hesaplayınız ve Tablo 0.3 yazınız. b) Tablo 0. deki voltajla ilgili parametreleri hesaplayınız ve tablonun teorik kolonu tamamlayınız. c) Tablo 0.5 de gösterilen güçleri hesaplayınız ve teorik kolonu doldurunuz. 3) Deneyde kullanılan paralel devresi Şekil 0.5 de verilmiştir burada V kaynağı khz lik frekansa ve V tt voltaja sahiptir. Hesaplarınızda akımını ölçmek için kullanılan Ω luk direncin etkilerini dikkate almayınız. a) Y, Y, Y ve Y admitanslarını hesaplayınız ve Tablo 0.6 ya yazınız. b) Tablo 0.5 de gösterilen akımla ilgili parametreleri hesaplayınız ve teorik kolonu doldurunuz; V ın fazını referans (0) kabul ediniz. c) Tablo 0.7 de gösterilen güçleri hesaplayınız ve teorik kolonu doldurunuz. 6

7 EEM 0 DENEY DENEY 0.5. Seri Devresi i) Şekil 0.3 de gösterilen devresini kurunuz ve işaret üretecini khz lik sinüzoidal dalgaya ayarlayınız. Osiloskop kullanarak V voltajını 8 V tt değerine ayarlayınız ve V voltajını ölçünüz. V yi referans alarak V nin faz açısını ölçünüz. V (tt), V (tt), ve V fazörünü Tablo 0. ye kaydediniz. Şekil 0.4 e V ve V nin dalga şekillerini çiziniz. Şekil 0.3 Seri devresi. Table 0. Şekil 0.3 deki seri devresi için teorik ve deneysel veri Tablosu Voltage (V) V V V V Teorik Deneysel pp (V) rms (V) faz ( ) pp (V) rms (V) faz ( ) ii) İşaret üretecinin çıkış seviyesini ve frekansını değiştirmeden sadece elemanların yerlerini değiştiriniz; daha açık olarak ve nin yelerini değiştiriniz. Sonra da V nin tt değerini ve fazını osiloskopla ölçünüz. Bu değerleri Tablo 0. ye kaydediniz. V nin zamana göre değişimini Şekil 0.4 e çiziniz. iii) deki adımları kondansatör için tekrarlayınız. V yi osiloskopla ölçünüz, tt değeri ile fazını Tablo 0. ye kaydediniz ve dalga şeklini Şekil 0.4 e çiziniz. 7

8 EEM 0 DENEY 0 Şekil 0.4 Şekil 0.3 deki seri devresindeki eleman voltajları v, v, v, v nin zamana göre değişimleri Paralel Devresi i) Şekil 0.5 de gösterilen paralel devresini kurunuz ve işaret üretecini khz lik tt değeri 8 V olan sinüzoidal dalgaya ayarlayınız. akımını ve V ye göre fazını ölçünüz. Sonuçları Tablo 0.3 e kaydediniz. i ve i nin değişimini Şekil 0.7 ye çiziniz. (Not: Ω luk direnç akımı ölçmek içindir ve hesaplamalarda önemsenmeyebilir. Bu yüzden i ( t) v( t) / 0 ) ii) akımını ölçmek için kullandığınız Ω luk direnci kaldırınız ve Şekil 0.6 de gösterildiği gibi bobine seri olarak bağlayınız. i ve V ye göre fazını ölçünüz. Sonuçları Tablo 0.3 e kaydediniz ve i değişimini Şekil 0.7 ye çiziniz. iii) Ω luk dirençi kaldırınız ve i akımını ölçmek için kondansatöre seri olarak bağlayınız. i akımını ve fazını ölçünüz ve sonuçları Tablo 0.3 e yazınız. i değişimini Şekil 0.7 ye çiziniz. 8

9 EEM 0 DENEY 0 Şekil. 0.5 Toplam akımı ölçmek için kurulmuş paralel devresi. Şekil 0.6 akımını ölçmek için kurulmuş paralel devresi. Tabl0 0.3 Şekil 0.5 deki paralel devresi için teorik ve deneysel akım değerleri Akım (ma) Teorik Deneysel tt (ma) rms (ma) tt (ma) rms (ma) 9

10 EEM 0 DENEY 0 Şekil 0.7 Şekil 0.5 deki paralel devresindeki i, i, i, i eleman akımlarının zamana göre değişimleri SONUÇA. Deney 0.5. deki seri devresinin sonuçları için Tablo 0. ve Şekil 0.4 de verilmiştir. Tablo 0. i deneysel sonuçları kullanarak tamamlayınız, Şekil 0.6 daki dalga şekillerinin referansa göre zaman olarak ne kadar önde veya geride olduğunu hesaplayınız ve sonuçları açıkça şekil üzerinde gösteriniz. Tablo 0.4 ve 0.5 i Tablo 0. ve Şekil 0.6 daki deneysel verileri kullanarak yaptığınız hesaplamalar sonucu elde ettiğiniz verilerle tamamlayınız. Tablo 0.4 Şekil 0.3 deki seri devresi için hesaplanan teorik ve deneysel empedans değerleri Empedans ( Ω ) Teorik Deneysel Kompleks form Kutupsal form Kompleks form Kutupsal form Tablo 0.5 Şekil 0.3 deki seri devresi için hesaplanan teorik ve deneysel güç değerleri Güç (W) Teorik Deneysel Kompleks form Kutupsal form Kompleks form Kutupsal form P P P P pf ( gf ) cosθ...ileri veya geri?...ileri veya geri? 0

11 EEM 0 DENEY 0. Şekil 0.3 deki seri devresi için empedans, voltaj, ve güç üçgenlerini, sırasıyla Tablo 0., 0.4 ve 0.5 deki datayı kullanarak.ölçekli olarak Şekil 0.8 e çiziniz. Teorik değerleri (kalın çizgi) ve deneysel değerleri (kesik çizgiler) ile gösteriniz (a) (b) (c) Şekil 0.8 a) Empedans, b) Voltaj, ve c) Güç üçgenleri. 3. Deney 0.5. de incelenen paralel devresinin sonuçları için Tablo 0.3 ve Şekil 0.7 verilmiştir. Tablo 0.3 ü deneysel sonuçları kullanarak tamamlayınız, Şekil 0.7 deki dalga şekillerinin referansa göre zaman olarak ne kadar önde veya geride olduğunu hesaplayınız ve bunları şekilde açık bir şekilde gösteriniz. Tablo 0.6 ve 0.7 yi deneysel hesaplamalar sonucu elde ettiğiniz verilerle tamamlayınız. Tablo 0.6 Şekil 0.4 deki paralel devresi için teorik ve deneysel admitans değerleri Admitans Teorik Deneysel ( Ω ) Kompleks form Kutupsal form Kompleks form Kutupsal form Y Y Y Y Tablo 0.7 Şekil 0.4 deki paralel devresi için hesaplanan teorik ve deneysel güç değerleri. Teorik Deneysel Güç ( mva ) Kompleks form Kutupsal form Kompleks form Kutupsal form pf U U U U cos θ...ileri veya geri?...ileri veya geri?

12 EEM 0 DENEY 0 Ad&Soyad: 4. Şekil 0.4 deki paralel devresi için admitans, voltaj ve güç üçgenlerini ölçekli olarak çiziniz. Teorik değerler için kalın çizgi ve deneysel değerler için kesik çizgiler kullanınız. (a) (b) (c) Şekil 0.9 Paralel devresi için a) Admitans, b) Akım, ve c) Güç üçgenleri. 5. Şekil 0.8 ve 0.9 a çizilen teorik ve deneysel vektör üçgenleri birbirleri ile tutarlı mı? Eğer değilse sebepleri neler olabilir? 6. Şekil 0.3 deki seri devresi için Tablo 0. deki deneysel sonuçları kullanarak V ile V +V +V yi karşılaştırınız ve Kirchhoff voltaj kanununun ne derecede sağlandığını gösteriniz. V V +V +V 7. Şekil 0.6 daki paralel devresi için Tablo 0.3 deki deneysel sonuçları kullanarak ile + + yi karşılaştırınız ve Kirchhoff akım kanununun ne derecede sağlandığını gösteriniz Deneyde Ω luk direnç neden kullanılmıştır? Ω luk direncin etkisi neden önemsenmeyebilir? Daha yüksek, örneğin 00 Ω, yada daha düşük, örneğin 0.0 Ω direnç kullanılsaydı ne olurdu tartışın. 9. Eleman değerlerinin ve giriş voltajının değişmemesine rağmen devrenin yapısının seriden paralele yada paralelden seriye değişmesinin güç faktörünü değiştirmesini (ileride iken geriye, geride iken ileriye gitmesini) açıklayınız.