AC DEVRELERDE BOBİNLER 4.1 Amaçlar Sabit Frekanslı AC Devrelerde Bobin Bobinin voltaj ve akımının ölçülmesi Voltaj ve akım arasındaki faz farkının bulunması Gücün hesaplanması Voltaj, akım ve güç eğrilerinin çizilmesi Değişken Frekanslı AC Devlerde Bobin Endüktif empedansın tanımlanması Reaktansın frekansa bağımlılığının gösterilmesi 4.2 Devre Elemanları ve Kullanılan Malzemeler Bu deneyde kullanılacak malzeme ve cihazların listesi Tablo 4.1 de verilmektedir. Deney anında oluşan hata ve hasarları Tablo 4.1 de gösterilen kısma detaylı bir şekilde not ediniz. Ayrıca deney esnasında cihazları kullanırken karşılaştığınız zorlukları, deney ve deneyde kullanılan malzemeler hakkındaki önerilerinizi de yazabilirsiniz. Table 4.1 Deney 4 de kullanılan malzeme ve devre elemanları listesi. Materyal Model Seri ve/veya Ofis Stok Devre Elemanları 1 1 10 Ω Direnç (2W) 2 1000 Sarımlı 1 Bobin Ölçüm Cihazları 3 Katot Tüp Osiloskop 4 2 Multimetre Kaynaklar 5 Fonksiyon Jeneratörü Aksesuarlar 6 1 Delikli Tezgah, DIN A4 576 74 7 1 Set köprü bağlantısı 501 48 8 3 Bağlantı kablosu, kırmızı, 50 cm 501 25 9 3 Bağlantı kablosu, siyah, 50 cm 501 28 Deney anında meydana gelen hasarlar ve deney hakkındaki öneriler: 1
4.3 ÖN ÇALIŞMA 1) Şekil 4.1 de verilen devrede; r, bobinin iç direncidir. Empedansın mutlak değerini ve faz açısını bulunuz Şekil 4.1 Bir bobin (iç dirençli) 2) Şekil 4.2 deki devrede bobin değeri 18 mh (nominal değer) ve V 2 nin faz açısı sıfır olsun. Sinyal jeneratörünün ürettiği voltajın 4 V tepe değerli 10000Hz frekanslı bir sinyal olduğunu kabul ederek v, v 1, v 2 voltajlarının V, V 1, V 2 fazör gösterimlerini bulunuz. V=., V 1 =.., V 2 = 2
4.4 DENEY 4.4.1 Sabit Frekanslı AC Devrelerde Bobin i) Ohmmetre ile bobinin sargı direncini ölçerek aşağıya yazınız. Ölçüm esnasında bobin, ohmmetre dışında herhangi bir devre elemanına bağlı olmamalıdır. r =. ii) Şekil 4.2 deki devreyi kurunuz. Sinyal jeneratöründe voltaj değerini tepeden tepeye 8 V, frekans değerini 10 khz, DC değeri sıfır olan sinüsoydal bir gerilim ayarlayınız. Osiloskobu bağlayarak Y1 kanalı için Volt/Div ayarını 1V/cm, Y2 kanalı için Volt/Div ayarını 20 mv/cm, ve X ekseni için Time/Div ayarını 20 µs/cm olarak ayarlayınız. Şekil 4.2 Osiloskop ile bobinin akım ve geriliminin ölçülmesi. iii) Osiloskopta v1 ve v2 voltajlarını gözlemleyerek Şekil 4.3 te v ve i grafiğini çiziniz. Çizimi i yi (v 2 yi) referans sinyal (faz açısı 0 o ) kabul ederek yapınız. İpucu: (4.3 3) ü hatırlayınız; v 2 << v 1, v v 1 ve i = v2 / R = v2 /10Ω ) Şekil 4.3 Bobinin voltaj ve akım değişimleri. 3
Adı&Soyadı: iv) v 1 ve v 2 sinyallerinin tepe değerlerini kaydediniz. V 1p =.., V 2p =.. v) Sinyallerin periyodunu (T ) ve aralarındaki zaman gecikmesini ( t d ) kaydediniz. T=.., t d =.. Elde ettiğiniz sonuçları kullanarak; voltaj ve akım arasındaki faz kaymasını (φ ) hesaplayınız. t d o φ d = 360 =.. T vi) x-y butonuna basarak osiloskop ekranında Lissajous şeklini gözlemleyiniz. Faz kayması için gerekli dataları kaydediniz. ϕ Lfig = ArgSin( ) = 4.4.2 Farklı Frekanstaki AC Devrelerde Bobin i) Şekil 4.4 de verilen devreyi kurunuz. Sinyal jeneratörünün göstergesinde frekans değeri 200 Hz, tepeden tepeye sinyal değeri 10 V pp ve DC değeri 0 V olan sinüzoidal dalga ayarlayınız. v ve i değerlerini multimetre ile ölçerek Tablo 4.2 ye yazınız. ii) Yukarıda i) deki işlemleri Tablo 4.2 de verilen bütün frekanslar için tekrarlayınız. iii) Z = Vrms / Irms formülünden empedans değerini, ω=2πf formülünden açısal frekansı hesaplayınız ve Tablo 4.2 yi tamamlayınız. iv) Z nin büyüklüğünün ω frekansına göre değişimini Şekil 4.5 e çiziniz. Şekil 4.4 Farklı frekans değerlerinde bobinin test edilmesi. 4
Tablo 4.2 Farklı frekans değerlerinde bobinin voltaj ve akım değerleri. f (Hz) V rms (V) I rms (ma) Z (Ω) ω=2πf (kr/s) 200 400 600 800 1000 1200 1400 Şekil 4.5 Bobin empedansının frekansa göre değişimi. 5
4.5 SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ VE TARTIŞMA 1) 4.4.1 (iv) ve (v) şıklarındaki verilere dayanarak ve V 2 yi referans alarak, V 1 ve V 2 fazörlerini belirleyiniz. Sonuçları 4.3.2) deki sonuçlarla karşılaştırınız. V 1 =., V 2 = 2) Şekil 4.3 deki çizimleri kullanarak V p ve I p yi belirtiniz; şunları bulunuz i( t ) =.ma v( t ) =..V (4.5a) (4.5b) p( t) = v( t) i( t) =......mw (4.5c) ve i(t), v(t), p(t) nin grafiklerini zamana gore Şekil 4.6 üzerine çiziniz. Şekil 4.6 Bobinin terminal voltaj, akım ve gücünün zamana göre grafikleri. 6
3) Şekil 4.6 daki grafiklere göre şunları cevaplayınız: i) Bobine verilen ortalama güç değeri nedir? ii) Bobinin güç aldığı ve verdiği zaman aralıklarını belirtiniz. iii) Voltaj grafiğinin frekansı ile güç grafiğinin frekansı neden farklıdırlar, anlatınız. 4) Deneyde kullanılan bobin için Z ωl = X olduğunu kabul edebiliriz. Bu yaklaşımı kullanarak bobinin L değerini Şekil 4.5 deki grafiğin eğimini kullanarak hesaplayınız. Bunun için şekildeki eğriye bir teğet çizip L değerinin şu formülle bulabilirsiniz Z nin değişim miktarı Z L = = = mh ω nın değişim miktarı ω Bu değer bobinin nominal değeri (18 mh) ile ne derece tutarlıdır? 7