ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ELEKTRİK DEVRELERİ I

ELEKTRİK DEVRELERİ I LABORATUVARI-GEÇİCİ DURUM ANALİZİ
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 NUM ARA YAZINIZ
DENEY RAPORUNUZU SOL ÜST KÖŞEDEN ZIM BALAYIP TESLIM EDINIZ.
Sayfa 1 / 7
ELEKTRİK DEVRELERİ I LABORATUVARI-GEÇİCİ DURUM ANALİZİ
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.
VR(t)=1/C ∫ i(t) dt=E x (1- e –t/RC)
İ(t), VR(t) ve VC(t)’nin zamanla değişimleri,sırasıyla Şekil-2(a),Şekil-2(b)’de sunulmuştur.
Şekil-2: İ(t), VR(t) ve VC(t)’nin zamanla değişimleri
Sayfa 2 / 7
ELEKTRİK DEVRELERİ I LABORATUVARI-GEÇİCİ DURUM ANALİZİ
Bulunan eşitlikler yardımıyla direnç ve sığaç için güç bağıntıları:
P R(t)=VR(t) x i(t) = E2 /R x e -2t/RC
P C (t)=VC(t) x i(t)= E2 /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
değişimleri hesaplanabilir.
zamanla
VR(t)=R x i(t)=E x (1-e-Rt/L )
VL (t)=L x di(t) / dt=E x e-Rt/L
İ(t), VR(t), VL (t)’nin zamanla değişimleri, sırasıyla şekil-5(a),Şekil-5(b)’de sunulmuştur.
Sayfa 3 / 7
ELEKTRİK DEVRELERİ I LABORATUVARI-GEÇİCİ DURUM ANALİZİ
Şekil-5: İ(t), VR(t), VL (t)’nin zamanla değişimleri
Direnç ve indüktansa ilişkin güçlerin zamanla değişimleri;
P R(t)= E2 /R x (1- 2e -Rt/L + e -2Rt/L )
P L (t)= E2 /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) = E2 /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
ELEKTRİK DEVRELERİ I LABORATUVARI-GEÇİCİ DURUM ANALİZİ
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
ELEKTRİK DEVRELERİ I LABORATUVARI-GEÇİCİ DURUM ANALİZİ
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
ELEKTRİK DEVRELERİ I LABORATUVARI-GEÇİCİ DURUM ANALİZİ
*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