Kapalı Devre Kontrol, Analog

30.09.2011
Elektrik Nedir?
Elektrik nedir? “Elektrikler geldi, gitti”, “çarpıldım”
derken neyi kastederiz?
1
Elektriksel Yük
Elektrik yükü bu dış yörüngede dolanan elektron
sayısının çekirdekteki proton sayısından fazla ya da az
olmasını ifade etmektedir.
Birimi “Coulomb” olarak belirlenmiştir
2
Coulomb Kuvveti
Elektriksel yükün varlığı, iki elektriksel yüklü maddenin
yan yana geldiğinde birbirine kuvvet uygulamasıyla
gözlemlenir
q1q2
Fe   k e 2 N 
d
 Nm2 
ke 
 8.987  10  2 
4 0
 C 
1
9
Coulomb Sabiti
Bu kuvvet Coulomb Kuvveti olarak adlandırılır. + veya –
işareti yüklerin benzer veya ters olmasına göre değişir.
3
Elektroskop
video
Elektriksel yük miktarı elektroskop ile ölçülür.
4
Elektrik Enerjisi Eldesi
Elektriksel yüklenmeye ve elektronların hareketine
sebep olan temel etkiler.
5
Elektrik Akımı
Bir iletkenin belirli bir kesitinden birim zamanda geçen
elektrik yükü (elektron)miktarına akım denir. Bir
iletkenden belirli bir zaman içinde ne kadar çok elektron
geçerse, akımda o oranda şiddetli olur. Elektrik akımı “I”
harfi ile gösterilir.
dQ
I
dt
C

A  s 
Akım şiddetini elektronların sayısıyla göstermek için çok
büyük rakamları kullanmak gerekir. Bu sebep ile bir
saniye içerisinde bir iletkenin kontrol kesitinden geçen
6,2415e18 adet elektron 1 ampere eşit kabuledilmiştir.
6
Elektrik Akımı
Akım elektronların hareketiyle ortaya çıkar. Elektronların
hareket yönü elektronların çok olduğu negatif kutuptan
daha az elektronun olduğu pozitif kutuba doğru olur.
Ancak, kabul görmüş yaygın gösterim elektrik akımını
pozitif (+) kutupdan negatif (-) kutba doğru akıyormuş
şeklindedir. Bu kabul edilmiş bir yaklaşımdır.(ekvatorun
sıfırıncı paralel kabul edilmesi gibi)
7
Elektriksel Potansiyel Fark (Voltaj, gerilim)
Elektrik akımı da diğer bütün akış sistemlerine benzer
şekilde bir potansiyel farkından doğmaktadır.
video
Su borusu içinden suyun akabilmesi için mutlaka bir basınç
farkı gereklidir. Örneğin bir su pompası ile su basılmalıdır ki
su borudan akabilsin. Benzer bir şekilde elektrik
devresinden de akımın akması için mutlaka bir kuvvete
8
ihtiyaç vardır.
Elektriksel Potansiyel Fark (Voltaj, gerilim)
Benzer bir şekilde elektrik devresinden de akımın akması
için mutlaka bir kuvvete ihtiyaç vardır. Bu kuvvet olmadığı
takdirde serbest elektronlar hareket edemez yani elektrik
akımı akmaz.
Serbest elektronları hareket ettirerek devreden elektrik
akımının akmasına sebep olan elektriksel potansiyeller
arasındaki farktır. Bu fark gerilim/voltaj olarak adlandırılır ve
9
birimi Volt’tur. Kısaca (V) veya (E) harfi ile gösterilir
Elektriksel Potansiyel Fark (Voltaj, gerilim)
Kullanış alanlarındaki farklılıklar ve elektrik enerjisinin
iletimi gibi sebeplerden dolayı yaygın olarak iki değişik
gerilim/akım şekli mevcuttur
video
Doğru akım elektrik
yükünün hep aynı
yönde akmasıyla
oluşur.
Alternatif akımda eşit
zaman aralıklarıyla
akım yönü tersine
döner.
10
Doğru Akım / Alternatif Akım
380kV
220V
•Üretim biçimleri: Pil, Dinamo-AC Jeneratörler
•Taşınma kayıpları: Düşük gerilimden yüksek akımdan-yüksek
gerilim düşük akıma ve tam tersine çevrim-- Trafolar
•Kullanım DC motorlar-AC motorlar
11
Elektriksel iletkenlik ve ya Direnç
Bir maddenin elektriksel iletkenliği o maddenin üzerinden
akan elektrik akımının ne kadar kolay aktığının bir ölçüsüdür.
Genelde kullanılan terim ise bu durumun tersinden ifadesi
olan dirençtir. Direnç bir maddenin üzerinden geçen elektrik
12
akımına karşı gösterdiği direnme etkisidir
Elektriksel iletkenlik ve ya Direnç
Sabit kesitli bir iletkenin üzerinden geçen akıma karşı
gösterdiği direnç, o iletkenin yapıldığı maddenin özdirenci ve
uzunluğu ile doğru orantılı, kesiti ile ters orantılıdır
L 
m
R    Ωm 2 
A 
m 
Bir madde ve ya sistemin direncinin deneysel olarak
belirlenmesi ise madde/siteme uygulanan gerilimin devre
üzerinden akan akıma bölünmesi ile olur. Bu sabit oran Ohm
Kanunu olarak bilinir.
R
V 
V
 Ω  
I 
A
Metallerde direnç etkisi büyük oranda atomik seviyedeki
kuvvetlerden ve moleküllerin iç enerjilerinden
kaynaklanmaktadır. Bu yüzden metallerin direnci ortam
sıcaklığına bağımlıdır.
13
Elektriksel iletkenlik ve ya Direnç
Metallerde direnç etkisi büyük oranda atomik seviyedeki
kuvvetlerden ve moleküllerin iç enerjilerinden
kaynaklanmaktadır. Bu yüzden metallerin direnci ortam
sıcaklığına bağımlıdır.
R(T )  R0 (1   (T  T0 ))
14
Elektriksel İletkenlik veya Direnç
İzmir Çeşme yakınlarındaki bir bağ evine en yakın elektrik
direğinden 100m 2x2.5 lik kablo çekilerek elektrik
bağlanacaktır. Hava sıcaklığının 20 derece olduğu bir bahar
gününde çekilen hattın direnci ne olacaktır?
15
Elektriksel İş ve Güç
Elektriksel iş, bir devrede elektriksel potansiyeli farklı ”V”
iki nokta arasında belirli bir miktar “Q” yükünün taşınması
için gerekli enerji miktarıdır.
W  QV  Joule Coulomb Volt
Güç, birim zamanda yapılan iş ya da sarf edilen / depolanan
enerji olarak tanımlanmaktadır.
W
dQ
Joule Coulomb


V  IV Watt 

 Volt
dt
saniye saniye


Çoğu elektrikli cihazın dokümanları içinde tükettikleri güç
miktarı yazılıdır. Ücretlendirlen iş değeri bu gücün çalışma
saati ile çarpımıyla bulunmaktadır.
16
Elektriksel İş ve Güç
Çoğu elektrikli cihazın dokümanları içinde tükettikleri güç
miktarı yazılıdır. Ücretlendirlen iş değeri bu gücün çalışma
saati ile çarpımıyla bulunmaktadır.
dQ
W
V  IVt Watt.saniy
e
dt
Bu birimin yaygın olarak kullanılan şekli ise [KWh: Kilowatt
saat]’dir. Elektriksel güç ölçümü Wattmetre kullanılarak
yapılmaktadır.
17
Elektriksel İş ve Güç
Soru: Bir evde 3 adet 60 W lık ampül ve 9000 BTU/h luk bir klima
her gün 6 saat çalışmaktadır.Bu evin Kasım ayı enerji sarfiyatı
kaç KWh’dir?
TEKNİK ÖZELLİKLER
Soğutma Kapasitesi : 8.530 (3.410 - 9.210) Btu/h
Isıtma Kapasitesi: 10.920 (4.095 - 14.330) Btu/h
Soğutma Sarfiyatı : 0.71 (0.21-0.88)kW
Isıtma Sarfiyatı : 0.86 (0.27-1.46)kW
Çalışma Akımı (Soğutma): 3.3 A
Çalışma Akımı (Isıtma): 3.9 A
EER : 3.52 W/W.h
COP : 3.72 W/W.h
Net Boyutlar (İç Ünite) : 268x790x224 (yükXgenXder mm)
Net Boyutlar (Dış Ünite) : 540x780x290 (yükXgenXder mm)
Ses Seviyesi (İç Ünite) : 36-30-22 db (A)
Ses Seviyesi (Dış Ünite) : 52 db (A)
Net Ağırlık (İç Ünite) : 8,5 kg
Net Ağırlık (Dış Ünite) : 32 kg
Güç Beslemesi : 220 V,50 Hz, 1ph
Bakır Boru Çapları (Sıvı-Gaz) : 1/4-3/8 inch
18
Devre analizinde kullanılan temel yasalar
Ohm kanunu:
Bir elektrik devresinde iki nokta arasındaki iletken
üzerinden geçen akım, o iki nokta arasındaki potansiyel
farkla (gerilim ile) doğru, dirençle ters orantılıdır.
V
I
R
Kirchhoff Voltaj Kanunu (KVK):
Kapalı bir göz (çevre, loop) içerisindeki toplam gerilim
düşümü sıfırdır.
V
k
 Vh  0
19
Devre analizinde kullanılan temel yasalar
Kirchhoff Akım Kanunu (KAK)
Bir düğüme giren akımların toplamı, çıkan akımların
toplamına eşittir. Ya da bir düğüme giren ve çıkan akımların
toplamı sıfırdır şeklinde ifade edilir.
i  i
g
ç
20
Temel elektriksel büyüklüklerin ölçümü
Elektriksel ölçümlerin
temel prensibi elektrik
akımının algılanmasıdır.
Günümüzde yaygın olarak
elektronik sistemler bu iş
için kullanılsa da temel
fiziksel ilkeleri en iyi döner
bobinli ölçme aletleri
ortaya koyar
21
Galvanometre
Manyetik alan içerisine
yerleştirilmiş dönebilir bir
bobin üzerinden bir elektrik
akımı geçirildiğinde, bobinin
üzerine bu akım ile doğru
orantılı bir tork etki eder. Eğer
sisteme bir de rotasyon yayı
eklenirse sistemde oluşan tork
bu yayı sıkıştırarak kontrollü
bir hareket yapar. Bu anlatılan
sistem elektromekanik bir
algılayıcı sistemdir. Bu
algılayıcı sisteme
“galvonometre” denir.
22
Ampermetre
Ampermetreler iletken üzerindeki akışı ölçecekleri için
elektronların yolu üzerinde olmalılardır bu yüzden devreye
seri bağlanırlar. Bu yüzden ampermetrelerin dirençlerinin
düşük olması istenir.
23
Voltmetre
Voltmetreyi devrenin iki noktası arasındaki gerilim
düşümünü ölçümde kullanırız. Bunun için voltmetreler
devreye paralel bağlanır ve yüksek iç dirençli olurlar
24
Ohmmetre
Direnç ölçümünün temeli, direnci ölçülecek elemana sabit
ve bilinen bir gerilim uygulayıp üzerinden geçen akıma
göre Ohm kanunu kullanarak bir ölçekleme yapılmasıdır.
Ohmmetreler devreden ayrılmış elemanlara seri
bağlanılarak ölçüm yapılır. Ohmmetre ile devre üzerinde
gerilim varken ölçüm yapmak hem cihazın yanmasına hem
de devrenin zarar görmesine sebep olur.
25
AVOmetre
video
26
Devre Analizi
Vk
Vk=4V, R1=5, R2=8, R3=12 ise devre
üzerinden geçen akımları ve elemanlar üzerine
düşen gerilimleri hesaplayınız.
27
Dinlediğiniz için teşekkür ederim.
http://people.deu.edu.tr/aytac.goren