Makine Mühendisliği İçin Elektrik
advertisement
Makine Mühendisliği İçin Elektrik-Elektronik Bilgisi Ders Notu-4 Kondansatörler ve Bobinler Kondansatörler Kondansatör, elektronların kutuplanarak elektriksel yükü elektrik alanın içerisinde depolayabilme özelliklerinden faydalanılarak, bir yalıtkan malzemenin iki metal tabaka arasına yerleştirilmesiyle oluşturulan temel elektrik veya elektronik devre elemanıdır. Piyasada kapasite, kapasitör, sığa gibi isimlerle anılan kondansatörler, 18. yüzyılda icat edilip geliştirilmeye başlanmış ve günümüzde teknolojinin ilerlemesinde büyük önemi olan elektrik - elektronik dallarının en vazgeçilmez unsurlarından biri olmuştur. Elektrik yükü depolama, reaktif güç kontrolü, bilgi kaybı engelleme, AC/DC arasında dönüşüm yapmada kullanılırlar ve tüm entegre elektronik devrelerin vazgeçilmez elemanıdırlar. Birbirlerinden bir boşluk veya bir yalıtkanla ayrılmış iki eşit büyüklükte fakat zıt işaretli yük taşıyan iletkenlerin oluşturduğu yapıya kondansatör adı verilirken her bir iletken ise plaka olarak adlandırılmaktadır. İletkenler arasında ∆𝑉 kadar bir potansiyel farkı oluşurken bu potansiyel farka ise voltaj adı verilmektedir. İletken plakalara bir voltaj uygulandığında kondansatörün plakaları üzerinde bir miktar yük oluşur ve oluşan bu yük miktarı kondansatörün sığasıyla (depolama kapasitesiyle) ilgilidir. Yapılan deneylerde bir kondansatörün üzerindeki 𝑄 yükünün miktarı, iletkenler arasındaki potansiyel farkla doğru orantılı olduğu göstermiştir. 𝑄 = 𝑂𝑟𝑎𝑛𝑡𝚤 𝑆𝑎𝑏𝑖𝑡𝑖 ∗ ∆𝑉 Orantı sabiti, iletkenlerin şekline ve birbirlerine olan uzaklığa bağlı olup 𝐶 simgesiyle ifade edilmektedir. Bu sabite kondansatörün sığası adı verilmektedir. Buna göre bir kondansatörün 𝐶 sığası, iletkenlerden biri üzerindeki yükün büyüklüğünün, bunlar arasındaki potansiyel farkının büyüklüğüne oranı olarak tanımlanır. 𝑄 𝐶≡ ∆𝑉 Sığa her zaman pozitif bir nicelik olup kondansatör üzerinde biriken yük arttıkça potansiyel fark da artacağından dolayı bu nicelik her zaman sabit bir sayıdır. Sığanın birimi Farad olup tanım gereği (𝐶 ≡ 𝑄 ) ∆𝑉 Volt başına Coulomb olarak ifade edilebilmektedir. Dolayısıyla 1 Farad’lık sığa 1F=1C/1V olarak ifade edilebilmektedir. Pratikte Farad birimi mF (milifarad) veya PF (pikofarad) olabilmektedir. Paralel plakalı kondansatörün sığası; formülüyle elde edilir. ҡ; İki plaka arasına yerleştirilmiş olan malzemenin dielektrik sabitidir. Örneğin iki plaka arasına kağıt yerleştirilmiş ise Ҡ=3,7 dir. 𝜀0 ; Boş uzayın dielektrik katsayısı. Değeri 𝜀0 = 8,85𝑥10−12 𝐴; Plaka alanı (𝑚2 ). 𝑑; Plakalar arasındaki uzaklık (𝑚) Bir paralel plakalı kondansatörün sığası, plakalardan birinin yüzey alanı ile doğru orantılı, levhalar arasındaki uzaklıkla ters orantılıdır denir. Örnek Bir paralel plakalı kondansatörün plakalarının boyutları 2 cm x 3 cm dir. Plakalar birbirlerinden 1 mm kalınlıkla bir kağıt ile ayrılmıştır. Buna göre kondansatörün sığasını belirleyiniz. KONDANSATÖRLERİN BAĞLANMASI Elektrik devrelerinde kullanılan kondansatörlerin, bataryaların ve açma kapama elemanı olan anahtarların sembolik gösterimleri aşağıdaki gibidir. Elektrik devrelerinde iki veya daha fazla kondansatör birbirine bağlanırsa bu durumda eşdeğer sığa durumu söz konusu olur. Kondansatörler paralel ve seri bağlama yöntemleri ile birbirine bağlanabilir. Seri Bağlama İki kondansatörün aşağıdaki gibi birleştirilmesine, kondansatörlerin seri bağlanması olarak bilinir. Şekilde görüldüğü gibi seri bağlı kondansatörlerde tüm plakalardaki yüklerin büyüklüğü aynıdır. Seri bağlantı sonucunda oluşan eşdeğer sığanın değeri ise aşağıdaki gibi hesaplanır. Paralel Bağlama İki kondansatörün aşağıdaki gibi birleştirilmesine, kondansatörlerin paralel bağlanması olarak bilinir. Paralel bağlı kondansatörlerin devre şeması ise aşağıdaki gibi gösterilmektedir. Şekilde görüldüğü gibi paralel bağlamada her kondansatörün üzerindeki potansiyel fark birbirine eşittir. Paralel bağlantı hesaplanmaktadır. sonucunda oluşan eşdeğer sığanın değeri ise aşağıdaki gibi Örnek: Şekilde görülen kondansatörlerin a ve b noktaları arasındaki eşdeğer sığasını bulunuz. Bütün birimler 𝜇𝐹 dır. Örnek: Şekilde görülen kondansatörlerin a ve b noktaları arasındaki eşdeğer sığasını bulunuz. Örnek: Şekilde görülen kondansatörlerin a ve b noktaları arasındaki eşdeğer sığasını bulunuz. 𝑉𝑎𝑏 = 15 𝑉 ise, her bir kondansatör üzerindeki yükü bulunuz. Hatırlatma: Seri bağlı kondansatörlerde tüm plakalardaki yüklerin büyüklüğü aynıdır. Bu durumda seri bağlı 8.50𝜇𝐹’lık ve 20𝜇𝐹’lık kondansatörler üzerindeki yük miktarı aşağıdaki gibi hesaplanır. 20.0𝜇𝐹’lık kondansatörün uçları arasındaki potansiyel fark ise; Böylece 2.5𝜇𝐹 ’lık ve 6𝜇𝐹 ′ ’lık kondansatörlerin paralel kombinasyonu sonucu oluşan 8.50𝜇𝐹 ’lık kondansatörün uçları arasındaki potansiyel farkın değeri ise aşağıdaki gibi hesaplanır. Paralel kombinasyondan dolayı bu potansiyel fark aynı zamanda 2.5𝜇𝐹’lık ve 6𝜇𝐹 ′ ’lık kondansatörler üzerinde de olduğundan 6𝜇𝐹 ′ ’lık kondansatör üzerindeki yük miktarı aşağıdaki gibi hesaplanır. 20𝜇𝐹′lık kondansatör üzerinde 89.5𝜇𝐶’luk yük ve 6𝜇𝐹’lık kondansatör üzerinde 63.2𝜇𝐶’luk yük bulunduğundan 15𝜇𝐹’lık kondansatör ve 3𝜇𝐹’lık kondansatör üzerindeki kalan yük miktarı aşağıdaki gibi bulunur. Bobinler Bobinler, makara, madren veya karkas olarak adlandırılan yalıtkanlar üzerine spiral, helezon, düz, petek şeklinde sarılı tellerden (sargı şekli) oluşan devre elemanıdır. Bobinin diğer adı "self" tir. Bobinler, bakır veya gümüş tel veya litz teli denilen ipekle yalıtılmış tel ile sarılırlar. Birimi: [H] "Henry" . 1 H oldukça büyük bir değeri gösterdiğinden pratikte mH (milihenry) ve μH (mikrohenry) kullanılır. 1 H = 106 µH, 1 H = 103 mH Sembolü: L Transformatörler Bir transformatör; değişken bir manyetik alan etkisiyle bir gerilim seviyesindeki alternatif akım elektrik gücünü diğer bir gerilim seviyesindeki alternatif akım elektrik gücüne dönüştüren bir alettir. Ortak bir ferromanyetik çekirdek üzerine sarılmış olan iki veya daha fazla bobinden ibarettir. Bu bobinler arasında elektriksel bir bağlantı olmayıp ortak bir manyetik akı vardır. Transformatör sargılarından biri, alternatif akım güç kaynağına bağlıyken diğer sargısı bir yüke bağlanarak o yüke elektriksel güç sağlamaktadır. Güç kaynağına bağlı olan transformatör sargısına birincil (primer) sargı, veya giriş sargısı ve yüke bağlanan sargıya da ikincil (sekonder) sargı veya çıkış sargısı denir. Birincil (primer) sargı İkincil (sekonder) sargı Transformatörlerin Yapısı ve Çeşitleri Bir transformatörün temel amacı bir gerilim seviyesindeki alternatif akım gücünü aynı frekansdaki bir diğer gerilim seviyesindeki alternatif akım gücüne dönüştürmektir. Güç transformatörleri iki tip çekirdek türünden birine göre imal edilmektedir. Bunlardan ilki dikdörtgen çekirdek tipidir. Diğeri ise Shell tipi çekirdek tipidir. Dikdörtgen çekirdek tipinde transformatör sargıları dikdörtgen çekirdeğin iki etrafına sarılırken, Shell tipinde sargılar orta bacağın etrafına sarılmaktadır. Dikdörtgen çekirdek tipi Shell tipi çekirdek tipi İdeal Transformatörler İdeal bir transformatör kayıpsız bir transformatördür. Giriş ve çıkış gerilimi ile giriş ve çıkış akımı arasındaki bağlantı; Giriş ve çıkış gerilimi arasındaki bağlantı Sarım oranı Giriş ve çıkış akımı arasındaki bağlantı
