elekktriksel tanımlar

ELEKKTRİKSEL TANIMLAR
DOĞRU AKIM: Yönü ve şiddeti zamana göre değişmeyen akıma doğru akım denir.
ALTERNATİF AKIM :yönü ve şiddeti zamana göre değişen akıma alternatif akım denir.
Günümüzde endüstrinindi gelişmesi ile birlikte enerji kaynaklarına olan ihtiyaç artmış ve günden güne de
artmaktadır. Enerji türleri, içerisinde en çok kullanılan enerji çeşidi elektrik enerjisidir. Bunun sebepleri şu şekilde
sıralanabilir.
1. Elektrik enerjisinin elde edilmesi, taşınması ve dağıtımı kolay ve verimli bir şekilde yapılabilir.
2. Elektrik enerjisi öteki enerji çeşitlerine kolayca dönüşebilir (ısı, ışık, hareket…. Vb.)
3. Elektrik enerjisi çok küçük parçalara ayrılarak kullanılabilir.
4. Elektrik enerjisi külsüz dumansız ve atık bırakmayan bir enerjidir.
Elektrik enerjisi birçok alanda kullanılmaktadır. Önceleri aydınlatma için kullanılan bu enerji elektrik makinelerinin
bulunması ile geniş bir kullanım alanına yayılmıştır. Bugün aydınlatmada, ısıtmada, havlandırmada ,soğutmada
ulaşım elektro kimya , haberleşme ev aygıtlarının çalıştırılması ve çeşitli iş makinelerinin çalıştırılmasında elektrik
enerjisinden faydalanılmaktadır.
Bu kadar yaygın kullanım alanı bulan elektrik enerjisinin üretildiği santraller çoğu zaman tüketim bölgelerinden
uzakta kurulur. Bu bakımdan elektrik enerjisinin üretildiği yerlerden tüketim noktalarına taşınması gerekmektedir.
19. asrın sonlarında doğu Avrupa ve Amerika’da elektrik enerjisinin taşınmasına başlanmış ancak gerilimin yüksek
olmaması nedeni ile iletim kısa mesafelere yapılabilmiştir. Elektrik enerjisinin taşınmasına ihtiyaç duyulduğu bu
yıllarda elektrik enerjisi doğru akım olarak üretilmekteydi. Enerji üretimi , iletimi ve dağıtımı generatörlerden elde
edilen alçak gerilimle yapılıyordu, bu bakımdan üretim merkezlerinin tüketim noktalarına yakın olması gerekiyordu.
Alçak gerilimde gerilim düşümü ve güç kaybı ,enerjinin uzaklara iletimini ekonomik olmaktan çıkarıyor idi. Daha
sonra alternatif akım tekniği gelişti ve daha büyük gerilimler elde edildi.
Elektrik enerjisinin iletimi ve dağıtımında en önemli gelişme transformatörün bulunması olmuştur.transformatör
yardımı ile elektrik enerjisinin iletimi ve dağıtımı kolaylaşmış bu enerji daha kullanılır hale gelmiştir. Transformatör
kullanarak ilk enerji taşınması 19. asrın sonlarında Amerika’da yapılmıştır. Üretilen enerji 500 volt gerilimle 1600
metreye taşınmıştır. Aynı tarihlerde italyada 150 HP ‘lik bir güç 2000 volt ile 27 km ye taşınmıştır. Üç fazlı
alternatif akımla ile yapılan ilk enerji taşınması ise 1891 yıllarında Almanya’da gerçekleştirilmiş 150 kw lık güç 15
kv ile 170 km ye taşınmıştır.
Sonuç olarak görülüyor ki elektrik enerjisinin en çok kullanım alanı bulmasına neden olan üstünlüklerinden biride
uzak mesafelere çok büyük güçlerin kolayca iletilebilmesidir, bunun için dünyanın her yerinde üretilen enerji
transformatörler yardımı ile yükseltilerek uzak mesafelere iletilebilmektedir.
Transformatörün çalışmasına kısa değinilecek olunursa primer sargısına uygulanan alternatif gerilim değişken bir
manyetik alan oluşturur. Bu değişken manyetik alan nüve üzerinden devresini tamamlayarak transformatörün
sekonder sargısını keser (Faraday kanunlarına göre bir sargı, değişken bir manyetik alan tarafından kesilirse
üzerinde bir gerilim indüklenir.) ve manyetik alan tarafından kesilen bu sargıda sipir sayısına bağlı olarak bir
gerilim indüklenir. Görülüyor ki transformatörün çalışması için değişken bir manyetik alan oluşturulması gerekir.
Değişken manyetik alanın oluşması için ise transformatör sargılarına alternatif akım uygulanması gerekir.
Transformatörler doğru akımda çalışmaz bunun içinde günümüzde tüm elektrik santrallerinde alternatif akım
üretilir. Eğer doğru akım üretilse idi uzak mesafelere elektrik enerjisi iletilemez ve elektrik enerjisi kullanışlı ve
ucuz bir enerji kaynağı olmaktan uzaklaşırdı.
Günümüzde büyük güçlü elektrik santralleri elektrik enerjisi üretilen doğal kaynakların yoğun oldukları bölgelere
kurulduklarından tüketim merkezleri ile yan yana olma şansı azdır. Bu durum uzak mesafelere elektrik enerjisinin
iletimini, iletim için gerilimin yükseltilmesini, gerilimin yükseltilebilmesi için transformatörlerin kullanılmasını,
transformatörlerin kullanılabilmesi içinde elektrik enerjisinin alternatif akım olarak üretilmesini zorunlu hale getirir.
Doğru ve Alternatif akımla ilgili Temel Kavramlar ve hesaplamaları
AKIM :
TANIMI: İletkenden (yada alıcıdan) birim zamanda geçen elektrikli yükü (elektron)miktarına akım denir.
Bir iletkenden belirli bir zaman içinde ne kadar çok elektron geçerse,akımda o oranda şiddeti olur.Akım şiddetini
elektronların sayısıyla göstermek için çok büyük rakamları kullanmak gerekir.Yani 6,25x1018 adet elektron 1
ampere eşittir.Bunun gibi büyük rakamları kullanmamak için Fransız bilgin AMPERE (amper)’in elektrik akımının
kimyasal etkisine dayanarak yaptığı tanımlama kullanılır.Bu yaklaşıma göre:
1 amper, gümüş nitrat eriyiğinden 1 saniyede 1,118 miligram gümüş ayıran akım şiddetidir.
Akım elektronların hareketiyle ortaya çıkar.Ancak, eskiden akımın artı (+)yüklü oyuklar tarafından taşındığı
sanıldığından,Bu günde eski teorem kabul edilmektedir.Başka bir deyişle,Bir pilde akım (+) uçtan (-) uca doğru
gider deriz.Ancak gerçekte akım (-) uçtan (+) uca doğru artmaktadır.
Akım, amperle ölçülür ve “I” ile gösterilir.Akımın birimi amper (A),denklemi I =U/R [A] şeklindedir.
Akımın ast ve Üst katları :
Akımın ast katları :
Pikoamper,nanoamper,miliamper,mikroamper
Akımın üst katları :
Kiloamper,megaamper,gigaamper
Not 1:Megaamper ve gigaamper uygulamada pek kullanılmamaktadır.
Not 2:Akımın ast ve üst katları biner biner büyür ve küçülür.
Çeşitli akım değerlerinin bir birine dönüştürülmesine ilişkin örnekler:
-100 miliamper kaç amperdir? : 0,1 A
-220 nanoamper kaç mikroamperdir? :0,22μA
-1 kiloamper kaç amperdir? :1000 A
Akım ölçme:
Elektrik akım şiddeti devreye seri bağlanan ampermetreyle ölçülür.Ampermetre analog yada dijital yapılı olabilir.
Analog tip ampermetrelerde kalın testili az sarımlı bobin vardır.Devrede seri bağlantı olan ampermetrenin
bobinden geçen akım bir manyatik alan oluşturarak ibrenin saplanmasını sağlar. Ampermetre devreye kesinlikle
paralel bağlanmaz.Yanlışlıkla devreye paralel bağlandığında ya cihaz bozulur yada sigorta atar.
Kirchhoff (Kirşof)’un Akım Kanunu:
Tanım : Paralel olarak bağlanmış dirençlerin üzerinden geçen akımların toplamı,Devreden geçen akım toplamına
eşittir.(I gelen = I giden)
IT= I1 + I2 +....+ In [A] ve I=U/R Olduğundan
IT=U/R1+U/R2...+U/Rn şeklinde yazılabilir.
Not:Dirençler paralel bağlıyken hepsinin üzerinde de aynı değerde gerilim düşer.
Gerilim(Elektromotor kuvvet,EMK,Potansiyel fark)
Elektrik akımı elektron akışından ibarettir.Elektronları faydalı olacak şekilde hareket ettirmek için ittirmek
gerekir.Bilindiği gibi elektronlar maddelerin içinde bulunan atomların etrafında dönerek hareket etmektir.Ancak bu
dönüş bir fayda sağlamaz.Faydalı hareket için metal içinde belli bir yönde akış gereklidir.İşte elektronları kendi
normal hareketleri dışında,Bir yönde sürüklemek için gerekli olan kuvvete gerilim (elektrormotor) kuvvet,
EMK)denir.
Gerilimin diğer tanımları
Tanım 1: Bir üreticinin iki ucu arasındaki potansiyel farka gerilim denir.
Tanım 2: Bir elektrik devresinde akımın geçmesini sağlayan kuvvetlere gerilim denir.Gerilim voltmetreyle ölçülür
ve U,E,V yada e ile gösterilir.Birimi volt(V),denklemi
U=I:R[V] şeklinde yazılır.
Gerilimin ast ve Üst katları :
Gerilimin ast katları :
Pikovolt,Nanovolt,mikrovolt,milivolt
Gerilimin üst katları:
Kilovolt,Megavolt,Gigavolt
Gerilimin üst ve ast katları biner biner büyür ve küçülür.
Not: Pikovolt,nanovolt,megavolt, ve gigavolt uygulamada kullanılmamaktadır.
Gerilim ölçme
Gerilim, voltmetreye alıcıya paralel bağlanarak ölçülür.Uygulamada analog ve dijital olmak üzere iki tip voltmetre
kullanılmaktadır.
İbreli voltmetrelerin içinde ince kesitli çok sarımlı yüksek dirençli bir bobin bulunur.Devreye paralel bağlanan
voltmetre gerilimi belirler.
Dijital voltmetrelerin yapısında ise eletronik devreler bulunur.
Paralel bağlanarak kullanılması gereken voltmetre yanlışlıkla seri bağlanırsa aygıt yanlış bir değer gösterir ve alıcı
çalışmaz.
Elektromotor Kuvvet (EMK) ve gerilim kavramı :
Elektromotor kuvvet,elektrik üretecinin (pil,akü.dinamo,alternatör)boşta çalışırken ürettiği gerilim değeridir.Elektro
motor kuvveti E harfiyle gösterilir.Birimi volt denklemi E=I.R [V] tur.Elektromotor kuvvet ve gerilim kavramları pil
devresi örneğiyle açıklayalım.
Pilin uçlarına alıcı bağlamadan voltmetreyle gerilim ölçtüğümüzde 1,5 volt değerini görürüz.Bu değer pilin
elektromotor kuvveti olarak tanımlanabilir.Daha sonra pilin uçlarına bir alıcı bağlayıp pil gerilimini tekrar ölçecek
olursak EMK nın bir miktar düştüğünü görürüz.Yük bağlanınca pilden alınan gerilimin düşmesinin nedeni pilin iç
direncinde bir miktar gerilim düşümü olmasıdır.
Pilin iç direncinde düşen gerilimin değeri alıcının çektiği gerilim değerine göre değişir.
Kirchhoff ’un gerilim Kanunu:
Seri olarak bağlanmış dirençlerin üzerine düşen gerilimlerin değerlerinin toplamı,Devreye uygulanan gerilime
eşittir.Yani,
UT = U1+U2+....+Un [V]
U=I.R
UT=I.R1 + I.R2 +...+ I.Rn Şeklinde yazılabilir.
DOĞRU AKIM
Tanım: Dinamo,akümülatör.pil güneş gibi düzenekler tarafından üretilir.Doğru akım zamana göre yön ve şiddeti
değişmeden akar.Yani DC akımın frekansı yoktur.
Başka bir deyişle,doğru akım sürekli olarak aynı değerde ve aynı yönde akar.
Doğru akımın elde edilmesi
DC üretilen kaynaklar şu şekilde sıralanabilir:
• Pil,
• Akümülatör,
• Dinamo
• Doğrultmaç devresi
• Güneş pili
PİL
Kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren araçlara pil adı verilir.
Elektroliti kuru tipte olan pillerde elektrotlar çinko ve karbondan yapılır.Çinko kılıf (elektrot) aynı zamanda pilin
kalıbıdır.Kuru pilin elektroliti amonyumklorür maddesidir.
Piller DC gerilimde üretilir.Büyük gerilimlere gereksinim duyulduğunda birden çok pil seri bağlanır.Pilin verdiği
akım yetmemesi durumunda ise paralel bağlama yapılır.
Akümülatör:
Kimyasal yolla doğru akım üreten araçtır.Akü boşaldığında doğru akım ile tekrar doldurulabilir.Her akü bataryası 2
volt gerilim üretir.6 voltluk bir akü 3 adet akünün birleşiminden oluşur.
Kurşunlu Akümülatörlerin yapısı
Kurşunlu akülerde elektrolit olarak %10 sülfürik asitli saf su ve elektrot olarak ise kurşun plaka kullanılır.
Akünün dikdörtgen prizması şeklinde kabının içine konulan su ve sülfürik asit karışımı elektrolit,Çalışma için çok
önemlidir.Akü ile ilk anda DC enerji vermez. O nedenle önce doldurulması gerekir.Akünün kutupları bir DC
üretecine bağlarsak bu durumda elektrolit, suya pozitif yüklü Hidrojen ve negatif yüklü SO4 iyonları Katoda
elektrik yüklerini bırakıp nötr hale geçerler.
Bu kimyasal tepkimeyi şu şekilde yazabiliriz:
Pb0+H2
 Pb + H2O
Öte yandan anotta toplanan negatif elektrik yüklü SO4 iyonları ise anodu etkilerler ve bunun kurşun dioksit şekline
dönüşmesini sağlar. Bu kimyasal tepkimeyi de şöyle yazabiliriz:
Pb0 + H2O
 PbO2 + H2SO4
Kutupların kenarlarından hidrojen ve oksijen gazlarının kabarcıklar şeklinde yükselmesi akümülatörün dolduğunu
belirtir.
Pb02 + H2
 Pb O + H2O
Diğer elektrotta oluşan kimyasal tepkimede ise,Oksijen rol oynar Elektrodu etkileyerek aşagıda verilen
denklemdeki sonucu yaratır.
Pb+O
 PbO
Uygulamada 6-12-24 volt gerilim verebilen kurşunlu aküler taşıtlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.Akülerde
gerilimin yanında önemli olan bir diğer husun ise akım kapasitesidir.Akünün akım kapasitesi ampersaat
(ah)birimiyle ifade edilir.
Etiketinde 60ah yazan bir aküden 1 amper çekilirse akü bunu 60 saat boyunca verebilir.Şayet aküden 10 A
çekilirse 6 saat içinde akü tam olarak boşalır.
Taşıtlarda kullanılan aküler araç hareket halindeyken şarj dinamosundan gelen akımla şarj olur.
Tamamen boş olan akü şarj makinesiyle doldurulur.şarj işlemi yapılırken akünün akım kapasitesinin 10’da 1’lik
değerinde bir akım kullanılır.Örneğin 120 Ah lik kapasiteye sahip bir akü 12 Amper akım ile şarj edilir.Aküyü
yüksek akım ile hızlıca doldurmak doğru değildir.Bu yapılırsa akü plakalarının ömrü kısalır.
Doğru akımın dinamosu (jeneratör,DC üreten makine)
Dinamonun endüvisi döndürüldüğünde N-S kutuplarının manyatik alanı tarafından kesilen endüvi iletkenlerde bir
gerilim indüklenir.Bu alternatif bir gerilimdir. Ancak, kolektör ve fırçalarından oluşan düzenek yardımıyla doğrulur.
Dinomonun bobini dönerken oluşan akım sürekli tek yönlü akmasını sağlamak için kullanılan kolektör dilimleri AC’
ye benzeyen akımını DC ye çevirir.
DC Dinamoların parçaları
Endüvi:
DC dinamolar,DC motorlar ve AC seri motorların dönen kısmıdır.Bu eleman 0,3 – 0,7 mm kalınlığında çelik
saçlardan yapılmış silindirik gövde üzerinde açılmış oluklara yerleştirilmiş sargılardan oluşmuştur.
Endüvi sargıların uçları bakır dilimlerden yapılmış olan ve üzerinde fırçaların temas ettiği kısma bağlanmıştır.
Kolektör:
DC yada AC ile çalışan makinelerde endüvi sargıların bağlandığı silindirik yapılı bakır kuşaktır.
Kolektör, haddeden geçirilmiş sert bakırdan pres edilerek ve dilimler arasında 0,5 – 1,5 mm Mika, mikanit
konularak üretilmektedir.
Kolektör,DC ve AC makinelerin en çok arıza yapan kısmıdır.Endüvi sargıların uçları kolektörün yarıklarına yada
bayrakçık adı verilen çıkıntılarına bağlıdır.Gerçekte kolektör dilimleri arasında konulan mika, Mikanit yüksek
gerilimlere dayanabilse de, zamanla dilimlerin arası toz çapak yağ vb. ile dolarak arızaya neden olabilir.Dilimler
arası boşluklar arıza durumunda kontrol edilmesi, boşluğu doldurmuş olan yabancı maddeler temizlenir.
DC dinamolarda kolektörün görevi ,endüvide oluşan gerilimin dışarıya gönderilmesini sağlamaktadır.
Fırça:
DC ve AC ile çalışan kolektöre basan parçalarına fırça denir.Fırçalar,makinenin akım ve gerilim değerine göre farklı
özelliklerde üretilir
Fırçaların kolektöre düzgünce basmasını sağlamak için ise baskı yayları kullanılır.Fırçalar aşınıcı olduğundan
zamanla biter.Bu durum makinenin sesinden, kolektöre aşırı kıvılcım oluşmasından anlaşılabilir.
İndüktör (kutup):
DC yada AC ile çalışan makinelerde N-S kutuplarının oluşturulması için yapılmış olan sargıların yerleştirildiği
kısımdır.
Küçük makinelerin indüktörleri doğal mıknatıstan yapılırken,Büyük güçlü makine indüktörleri bobinlerle oluşturulur.
İndüktörlerin nüvesi (göbek) AC ile çalışan makinelerde 0,60 – 1,40 mm kalınlığında silisyum katkılı sacları preste
sıkıştırılmasıyla elde edilir.DC ile çalışan makinelerinin indüktörlerinin nüveleri ise tek parça demirden yapılır.
ALTERNATİF AKIMDA DOĞRU AKIMIN ELDE EDİLİŞİ:
Doğrultmaç diyotlarla alternatif akımdan doğru akım elde edilebilmektedir.AC ‘yi DC ‘ye çevirmede kullanılan
doğrultmaç diyotlarının yapısı kısaca şöyledir:
Silisyum yada germanyum adlı yarı iletkenler çeşitli katkılama maddeleri kullanılarak pozitif ve negatif madde
haline getirilir.daha sonra P ve N tipi iki parça birleştirildiğinde doğrultmaç diyodu elde edilir.
AC’ nin DC ’ye çevrilmesinde kullanılan yarım dalga doğrultmaç devresi:
Doğrultmaç devreleri AC akımı doru akıma çevirir.Devrede trafonun çıkışındaki AC nin yalnızca pozitif alternansı
alıcıya ulaşabilir. Negatif alternans ise diyot tarafında kırpılır.
Güneş pili:
Güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren elemanlara ışık pili denir.Her biri 0,5 volt edebilen güneş pilleriyle 3
volt gerilim elde etmek istiyorsanız 6 tanesi birbirine seri olarak bağlanır.Sistemden alınan akım yükseltilmek
istendiğinde ise elemanlar paralel olarak bağlanır.Yüksek gerilim ve akım elde etmek için yapılmış güneş enerjisi
panellerinde ise yüzlerce güneş pili seri ve paralel bağlı durumdadır.
Bu elemanlar güneş enerjisiyle çalışan,saat, rodyo,hesap makinesi,otomobil sokak lambası uydu vericisi vb. gibi
aygıtlarda kullanılır.
Doğru Akımın kullanıldığı alanlara ilişkin örnekler
• Haberleşme cihazlarında
• Radyo teyp televizyon gibi elektronik cihazlarda,
• Redresörlü kaynak makinelerinde
• Maden arıtma ve maden kaplamacılığında
• Elektrikli taşıt araçlarında
• Tıbbi aygıtlarda
• Motorların balatalı ve dinamik frenleme ile durdurulmasında
ALTERNATİF AKIM
Tanımı: Alternatör adı verilen makineler tarafından üretilen elektrik akımı çeşididir.Akım zamana göre sürekli
olarak yön ve şiddeti değişir.Yani alternatörden gelen akım sürekli azalıp çoğalır ve akış yönü değişir.
Alternatörün ürettiği akım zamana göre ve yön ve şiddet değiştirme sayısına frekans adı verilmektedir. Türkiye’de
üretilen alternatif akım frekansı 50 hz dir.Bazı kaynaklar frekans birimi olarak c/s de kullanılır.
Günümüzde elektrik enerjisinin %90 ‘a yakın bölümü alternatif olarak üretilmektedir. Çünkü AC nin taşınması ,
yükseltilmesi ve düşürülmesi kolaydır.
Alternatif akım elde edilmesi
Bobin 360 derecelik bir dönüş yapması sonucunda gerilim bir saykılı oluşmaktadır.
Bir saykıl ,alternans, periyod ve frekans gibi kavramlarla açıklanmıştır.Şimdi bunları inceleyelim
Sayıl:
N-S manyetik alan içinde bir devir yapan bobinde oluşan gerilim şeklinde bir saykıl denir.
Başka bir deyişle,gerilimin sıfırdan başlayarak pozitif max. Değere, tekrar düşerek sıfıra, ardından negatif
maximum değere ve buradanda yeniden sıfıra ulaşmasına saykıl denir.
Alternans:
Bir saykılın pozitif yada negatif dalgasına alternans denir.
Periyot:
Bir saykılın oluşması için geçen zamana periyot denir.Periyot T ile gösterilir. Denklemi, T=1/f = 1/ frekans, birimi
saniyedir.
Frekans:
Bir saniyede oluşan saykıl sayısına frekans denir.Frekans “f” ile gösterilir.Denklemi f=1/T , birimi hz dir.
Alternatif akımın ölçülmesi :
Alternatif akımla çalışan devrelerde akım , gerilim,güç,iş ölçmek için çeşitli ölçü aletleri kullanılmaktadır.
Ampermetre ile AC akım ölçme
Alternatif akım, analog yada dijital yapılı ampermetre ile ölçülür.Ampermetre alıcıya seri olarak bağlanır.
Pensampermetre ile AC akım ölçme :
Motorların çektiği akımı normal ampermetre ile kısa sürede ölçmek mümkün değildir.Çünkü ampermetrenin ölçme
yapabilmesi için akım yolunun açılıp aletin araya bağlanması gerekir.Pensampermetre kullanılarak motorların
çektiği akım devre kabloları sökülmeden ölçülebilir.
Pensampermetre kullanılırken akımı ölçülecek iletken pens ampermetrenin azmın içine alır.Akım taşıyan iletken tek
sarımlı primer sargı görevi yaparak basit bir transformatör oluşturur.Hattan geçen akımın miktarına bağlı olarak
aletin içindeki sargıda gerilim indüklenir ve alet hattan geçen akımı gösterir.
Voltmetre ile AC gerilim ölçme
Bu yöntemde voltmetre, gerilimi ölçülecek yere paralel bağlanır.
Wattmetre ile aktif güç ölçme :
Alıcıların şebekeden çektiği aktif gücü ölçmeye yarayan aygıta wattmetre denir. Analog tip wattmetrelerde akım
bobini ve gerilim bobini ve ibre düzeneği bulunur. Ölçme yapılırken akım bobini alıcıya seri,gerilim bobini ise
paralel bağlanır