Elektrik Mühendisliğinin Temelleri: hızlı tekrar paketi

Formül kâğıtları, her konunun temel yöntem adımları ve 16 alıştırma sorusu; tam çözümler en sonda.

Yeni sorularDerse dön

Yazdırma penceresinde, bir kopyayı cihazınızda saklamak için “PDF olarak kaydet” seçeneğini seçin.

1Formüller ve yöntemler

Seri ve paralel dirençler

Seri dirençler
Req = R1 + R2 + …
Paralel dirençler
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
İki paralel direnç
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Ohm yasası
V = I·R
Güç
P = V·I = I²R = V²/R

Yöntem

  1. Ağın uçlardan en uzak ucundan başlayın.
  2. Seri dirençleri toplayarak, paralel dirençleri 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + … ile birleştirin.
  3. Her adımdan sonra devreyi yeniden çizin.
  4. Uçlar arasında tek bir direnç kalana kadar tekrarlayın.

Düğüm analizi

Kirchhoff akım yasası
ΣIin = ΣIout
Kol akımı
I = (Va − Vb)/R
Referans düğüm
Vground = 0

Yöntem

  1. Bir referans düğüm (toprak) seçin ve diğer düğüm gerilimlerini adlandırın.
  2. Her bilinmeyen düğümde Kirchhoff akım yasasını yazın: her koldan çıkan akımlar giren akımlara eşittir.
  3. Her kol akımını (Va − Vb)/R olarak ifade edin.
  4. Denklem sistemini çözün, sonra gereken akımları bulun.

Thévenin ve Norton

Thévenin gerilimi
Vth = Vopen circuit
Thévenin direnci
Rth: tüm kaynaklar kapalı, a–b’den görülen
Norton akımı
IN = Vth/Rth
Yük akımı
IL = Vth/(Rth + RL)
Maksimum güç aktarımı
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

Yöntem

  1. Yükü çıkarın ve iki ucu a ve b olarak işaretleyin.
  2. a ve b arasındaki açık devre gerilimini bulun: bu Vth’dir.
  3. Tüm bağımsız kaynakları devre dışı bırakın ve a–b uçlarından görülen direnci bulun: bu Rth’dir.
  4. Yükü eşdeğer devreye geri bağlayın: Rth ile seri Vth.
  5. Norton eşdeğeri için dönüştürün: IN = Vth/Rth, paralel RN = Rth ile.

RC ve RL geçici rejim

Zaman sabiti
τ = RC | τ = L/R
Yanıt
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
DC’de kondansatör
açık devre; vC ani değişemez
DC’de bobin
kısa devre; iL ani değişemez
Kalıcı durum
t ≈ 5τ

Yöntem

  1. Anahtarlamadan hemen sonraki başlangıç değerini bulun: kondansatör gerilimi ve bobin akımı ani değişemez.
  2. Anahtarlamadan çok sonraki son değeri bulun: kondansatör açık devre, bobin kısa devre gibi davranır.
  3. Zaman sabitini bulun: kondansatörün veya bobinin gördüğü direnci kullanarak τ = RC veya τ = L/R.
  4. x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ kullanın.

AC empedans ve fazörler

Empedanslar
ZR = R, ZL = jωL, ZC = 1/(jωC)
Açısal frekans
ω = 2πf
Genlik ve açı
|Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
Fazör biçiminde Ohm yasası
V = I·Z

Yöntem

  1. Frekansı çevirin: ω = 2πf.
  2. Her reaktansı bulun: XL = ωL ve XC = 1/(ωC).
  3. Empedansları dirençler gibi Z = R + jX ile toplayın.
  4. |Z| = √(R² + X²) büyüklüğünü ve φ = atan(X/R) açısını bulun, sonra fazörlerle Ohm yasasını kullanın.

AC güç ve güç faktörü

Aktif güç
P = V·I·cos φ
Reaktif güç
Q = V·I·sin φ
Görünür güç
S = V·I = √(P² + Q²)
Güç faktörü
pf = cos φ = P/S
Kompanzasyon kondansatörü
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(ωV²)

Üç fazlı güç

Y bağlantı
VL = √3·Vph, IL = Iph
Δ bağlantı
VL = Vph, IL = √3·Iph
Toplam aktif güç
P = √3·VL·IL·cos φ = 3·Iph²·R
Görünür ve reaktif güç
S = √3·VL·IL, Q = P·tan φ
Kompanzasyon kondansatörleri
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(3ωV²)
Her kondansatör üzerindeki gerilim
Δ: VL Y: VL/√3
Motor giriş gücü
Pin = Pout/η

Transformatörler

Sarım oranı
a = N1/N2 = V1/V2
Akım oranı
I1/I2 = N2/N1 = 1/a
Anma akımı
I = S/V
Aktarılmış empedans
Z1′ = a²·ZL
Kısmi yükte bakır kaybı
Pcu = x²·Pcu,fl
Verim
η = x·S·pf/(x·S·pf + Pcore + x²·Pcu,fl)
En yüksek verim
x = √(Pcore/Pcu,fl)

2Alıştırma soruları

1.Seri ve paralel dirençlerOrta
R1​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​12 VR2​3 ΩAR4​4 ΩB

V1 kaynağının gördüğü eşdeğer direnç Req değerini bulun.

V1 = 12 VR1 = 5 ΩR2 = 3 ΩR3 = 6 ΩR4 = 4 Ω
Req = Ω
2.Seri ve paralel dirençlerZor
R1​ = 20 ΩIR1​R3​ = 30 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​36 VR2​2 ΩAR4​6 ΩBR6​20 Ω

Kaynağın verdiği ve R1 üzerinden geçen IR1 akımını bulun.

V1 = 36 VR1 = 20 ΩR2 = 2 ΩR3 = 30 ΩR4 = 6 ΩR5 = 4 ΩR6 = 20 Ω
IR1 = A
3.Düğüm analiziOrta
R1​ = 5 ΩR3​ = 2 ΩIR3​+−V1​15 VR2​2 ΩAR4​8 ΩBIs​4 A

Düğüm analizi kullanarak ok yönünde R3 üzerinden geçen IR3 akımını bulun.

V1 = 15 VIs = 4 AR1 = 5 ΩR2 = 2 ΩR3 = 2 ΩR4 = 8 Ω
IR3 = A
4.Düğüm analiziZor
R1​ = 15 Ω−+Vs​ = 8 V+−V1​15 VR2​6 ΩAR3​10 ΩBIs​1 A

A ile B arasındaki Vₛ gerilim kaynağının + ucu B’dedir, bu yüzden VB − VA = Vₛ yapar. Süper düğümlü düğüm analizi kullanarak VA düğüm gerilimini (topraktan ölçülen) bulun.

V1 = 15 VIs = 1 AVs = 8 VR1 = 15 ΩR2 = 6 ΩR3 = 10 Ω
VA = V
5.Thévenin ve NortonOrta
R1​ = 12 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​6 VR2​10 ΩAab

Norton akımı IN değerini bulun: uçlar kısa devre edilirse a’dan b’ye akan akım.

V1 = 6 VR1 = 12 ΩR2 = 10 ΩR3 = 8 Ω
IN = A
6.Thévenin ve NortonZor
R1​ = 12 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​12 VR2​12 ΩAIs​2,5 ABab

Norton akımı IN değerini bulun: uçlar kısa devre edilirse a’dan b’ye akan akım.

V1 = 12 VIs = 2,5 AR1 = 12 ΩR2 = 12 ΩR3 = 3 Ω
IN = A
7.RC ve RL geçici rejimOrta
+−Vs​12 Vt = 0R1​ = 2,2 kΩR2​ = 1 kΩC220 µF+−vC​

Vₛ kaynağı kondansatörü R₁ üzerinden doldurur ve R₂, C’ye paralel bağlıdır. Anahtar t = 0’da kapandığında kondansatör boştur. t = 100 ms anında kondansatör gerilimi vC değerini bulun.

Vs = 12 VR1 = 2,2 kΩR2 = 1 kΩC = 220 µFt = 100 ms
vC = V
8.RC ve RL geçici rejimZor
+−Vs​15 Vt = 0R = ?C100 µF+−vC​

Bir zamanlayıcı, t = 0’da 15 V’luk bir kaynaktan bir direnç üzerinden yüksüz bir kondansatörü doldurmaya başlıyor. Kondansatör gerilimi 9 V’a ulaştığında, başlangıçtan tam 25 ms sonra tetiklemelidir. C = 100 µF ile gereken direnç R değerini bulun.

Vs = 15 VVth = 9 VT = 25 msC = 100 µF
R = kΩ
9.AC empedans ve fazörlerOrta
50 V200 HzR = 60 ΩL = 200 mHC = 2,2 µFI

Seri bir RLC devresi 50 V (rms), 200 Hz bir kaynağa bağlı. Kaynaktan çekilen aktif güç P değerini bulun.

V = 50 V (rms)f = 200 HzR = 60 ΩL = 200 mHC = 2,2 µF
P = W
10.AC empedans ve fazörlerZor
24 V50 HzR = 40 ΩL = 250 mHC = 4,7 µFI

Seri bir RLC devresi 24 V (rms), 50 Hz bir kaynağa bağlı. Rms akım I değerini bulun.

V = 24 V (rms)f = 50 HzR = 40 ΩL = 250 mHC = 4,7 µF
I = A
11.AC güç ve güç faktörüOrta
P = 33 kWQSφ

Tek fazlı bir motor, 230 V bir kaynaktan 0,65 geri güç faktöründe 33 kW çekiyor. Hat akımı I değerini bulun.

P = 33 kWpf = 0,65V = 230 V
I = A
12.AC güç ve güç faktörüZor
P1​ = 44 kWQ1​S1​φ

100 kVA’lık tek fazlı bir transformatör 0,75 geri güç faktöründe 44 kW’lık bir yükü besliyor. Transformatör kVA değerine ulaşmadan önce dirençsel (birim güç faktörlü) yük olarak ne kadar ek aktif güç ΔP eklenebilir?

Smax = 100 kVAP1 = 44 kWpf1 = 0,75
ΔP = kW
13.Üç fazlı güçOrta
ABCVL​ = 400 VIL​ = 150 Acos φ = 0,88geri

Dengeli üç fazlı bir yük, fazlar arası gerilimi 400 V olan bir kaynaktan 150 A hat akımı çekiyor. Güç faktörü 0,88 geri. Yükün çektiği toplam aktif güç P değerini kW cinsinden bulun.

VL = 400 VIL = 150 Acos φ = 0,88
P = kW
14.Üç fazlı güçZor
P = 300 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Dengeli üç fazlı bir yük, 480 V (fazlar arası), 60 Hz bir kaynaktan 0,7 geri güç faktöründe 300 kW çekiyor. Yüke paralel bağlanan üç fazlı bir kondansatör grubu toplam güç faktörünü 0,95 geriye yükseltmelidir. Aktif güç aynı kalır. Kondansatör grubunun sağlaması gereken toplam reaktif güç QC değerini kvar cinsinden bulun.

P = 300 kWpf1 = 0,7pf2 = 0,95VL = 480 Vf = 60 Hz
QC = kvar
15.TransformatörlerOrta
11000 V400 VIHV​ = ?ILV​15 kVA

Tek fazlı 15 kVA, 11000/400 V bir transformatör anma yükünde çalışıyor. İdeal kabul edin. Yüksek gerilim sargısındaki akım IHV değerini bulun.

S = 15 kVAV1 = 11000 VV2 = 400 V
IHV = A
16.TransformatörlerZor
pf 0,95100 kVA, 25% yük

Tek fazlı 100 kVA bir transformatörün demir kaybı 300 W, anma yükündeki bakır kaybı 600 W’tır. Transformatör anma kVA değerinin %25 kadarını 0,95 geri güç faktöründe besliyor. Bu yükteki toplam kayıplar Ploss değerini watt cinsinden bulun.

S = 100 kVAPcore = 300 WPcu,fl = 600 Wx = 0,25pf = 0,95
Ploss = W

3Çözeltiler

1.Seri ve paralel dirençler

Cevap: Req = 7,308 Ω

Seri ve paralel dirençler: seride her dirençten aynı akım geçer ve R = R₁ + R₂ + …. Paralelde her direncin gerilimi aynıdır ve 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Merdiven ağı, tek bir eşdeğer direnç kalana kadar çift çift indirgenir.

R1​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​12 VR2​3 ΩAR4​4 ΩB

Dirençleri en uzak uçtan birleştirin

Kaynağa en uzak uçtan başlayıp ona doğru geri gelin. Aynı akımı taşıyan dirençler seri; aynı iki düğüm arasındaki dirençler paraleldir.

R3 + R4 = 6 + 4 = 10 Ω
R2 ∥ 10 = 3·10/(3+10) = 2,308 Ω
Req = R1 + 2,308 = 5 + 2,308 = 7,308 Ω

Cevap

Req = 7,308 Ω
2.Seri ve paralel dirençler

Cevap: IR1 = 1,644 A

Seri ve paralel dirençler: seride her dirençten aynı akım geçer ve R = R₁ + R₂ + …. Paralelde her direncin gerilimi aynıdır ve 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Merdiven ağı, tek bir eşdeğer direnç kalana kadar çift çift indirgenir.

R1​ = 20 ΩR3​ = 30 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​36 VR2​2 ΩAR4​6 ΩBR6​20 Ω

Dirençleri en uzak uçtan birleştirin

Kaynağa en uzak uçtan başlayıp ona doğru geri gelin. Aynı akımı taşıyan dirençler seri; aynı iki düğüm arasındaki dirençler paraleldir.

R5 + R6 = 4 + 20 = 24 Ω
R4 ∥ 24 = 4,8 Ω
R3 + 4,8 = 34,8 Ω
R2 ∥ 34,8 = 1,891 Ω
Req = R1 + 1,891 = 20 + 1,891 = 21,89 Ω

Kaynaktan çekilen akım

Kaynak yalnızca Req’yi görür; Ohm yasası verdiği akımı bulur. Bu akım R₁’den geçer.

IR1 = V1/Req = 36/21,89 = 1,644 A

Cevap

IR1 = 1,644 A
3.Düğüm analizi

Cevap: IR3 = −2,425 A

Düğüm analizi: bir referans düğüm seçin, bilinmeyen düğüm gerilimlerini adlandırın, Ohm yasasını (I = ΔV/R) kullanarak her bilinmeyen düğümde Kirchhoff akım yasasını yazın ve denklemleri çözün.

R1​ = 5 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​15 VR2​2 ΩAR4​8 ΩBIs​4 A

Düğümleri belirleyin

Toprak alttaki teldir. Bilinen düğüm gerilimleri doğrudan kaynaklardan gelir (V1 = 15 V). Bilinmeyenler: VA, VB.

A düğümünde KAY

A düğümünden dirençler üzerinden çıkan akımlar, kaynakların A düğümüne verdiği akıma eşittir.

VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/2 + (VA − 15)/5 + (VA − VB)/2 = 0
1,2·VA − 0,5·VB = 3

B düğümünde KAY

B düğümünden dirençler üzerinden çıkan akımlar, kaynakların B düğümüne verdiği akıma eşittir.

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/8 + (VB − VA)/2 = 4
−0,5·VA + 0,625·VB = 4

Çözün

Δ = (1,2)(0,625) − (−0,5)(−0,5) = 0,5
VA = Δ1/Δ = 3,875/0,5 = 7,75 V
VB = Δ2/Δ = 6,3/0,5 = 12,6 V

Cevap

IR3 = (VA − VB)/R3 = (7,75 − 12,6)/2 = −2,425 A
4.Düğüm analizi

Cevap: VA = 3,6 V

Düğüm analizi: bir referans düğüm seçin, bilinmeyen düğüm gerilimlerini adlandırın, Ohm yasasını (I = ΔV/R) kullanarak her bilinmeyen düğümde Kirchhoff akım yasasını yazın ve denklemleri çözün.

Süper düğüm oluşturun

A ile B arasındaki gerilim kaynağı bilinmeyen bir akım taşır, bu yüzden A veya B için ayrı ayrı KAY yazılamaz. A, B ve kaynağı tek bir süper düğüm içine alın: ona giren akım çıkan akıma eşittir.

VB = VA + 8
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is

Çözün

(VA − 15)/15 + VA/6 + (VA + 8)/10 = 1
VA·(1/15 + 1/6 + 1/10) = 1 + 15/15 − 8/10 = 1,2
VA = 1,2/0,3333 = 3,6 V
VB = 11,6 V

Cevap

VA = 3,6 V
5.Thévenin ve Norton

Cevap: IN = 0,2027 A

Thévenin teoremi: her doğrusal iki uçlu ağ, Rth direncine seri tek bir Vth gerilim kaynağı gibi davranır. Norton teoremi aynı ağı Rth ile paralel IN = Vth/Rth akım kaynağı olarak verir.

R1​ = 12 ΩR3​ = 8 ΩKISA DEVRER2​10 ΩAabRth​

Tüm kaynaklar kapalıyken Rth’yi bulun

Gerilim kaynaklarını kısa devre, akım kaynaklarını açık devreyle değiştirin, sonra devreye a–b’den bakın.

R1 ∥ R2 = 12·10/(12+10) = 5,455 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 5,455 + 8 = 13,45 Ω
R1​ = 12 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​6 VR2​10 ΩAab+−Vth​

Açık devre gerilimi Vth’yi bulun

a–b açıkken R₃’ten akım geçmez, bu yüzden üzerinde düşüm yoktur ve V_b = V_A olur. R₁ ve R₂ bir gerilim bölücü oluşturur.

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 6·10/(12+10) = 2,727 V
IN​0,2027 ARth​13,45 Ωab

Norton eşdeğeri

Norton kaynağı, aynı devrenin R_th ile paralel bir akım kaynağı olarak görünümüdür. Akımı, a–b’deki kısa devre akımıdır.

IN = Vth/Rth = 2,727/13,45 = 0,2027 A
6.Thévenin ve Norton

Cevap: IN = 3,167 A

Thévenin teoremi: her doğrusal iki uçlu ağ, Rth direncine seri tek bir Vth gerilim kaynağı gibi davranır. Norton teoremi aynı ağı Rth ile paralel IN = Vth/Rth akım kaynağı olarak verir.

R1​ = 12 ΩR3​ = 3 ΩKISA DEVRER2​12 ΩAAÇIKBabRth​

Tüm kaynaklar kapalıyken Rth’yi bulun

Gerilim kaynaklarını kısa devre, akım kaynaklarını açık devreyle değiştirin, sonra devreye a–b’den bakın.

R1 ∥ R2 = 12·12/(12+12) = 6 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6 + 3 = 9 Ω
R1​ = 12 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​12 VR2​12 ΩAIs​2,5 ABab+−Vth​

Açık devre gerilimi Vth’yi bulun

a–b açıkken Iₛ’nin tek yolu R₃ üzerinden A düğümüne gitmektir. V_A’yı V₁ ve Iₛ’nin süperpozisyonuyla bulun, sonra R₃ üzerindeki düşümü ekleyin.

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 6 + 2,5·6 = 21 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 21 + 2,5·3 = 28,5 V
IN​3,167 ARth​9 Ωab

Norton eşdeğeri

Norton kaynağı, aynı devrenin R_th ile paralel bir akım kaynağı olarak görünümüdür. Akımı, a–b’deki kısa devre akımıdır.

IN = Vth/Rth = 28,5/9 = 3,167 A
7.RC ve RL geçici rejim

Cevap: vC = 1,814 V

Birinci derece geçici rejim: tek kondansatörlü veya tek bobinli bir devrede her gerilim ve akım başlangıç değerinden son değerine üstel olarak gider: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, τ = RC veya τ = L/R ile. Yaklaşık 5τ sonra devre oturur.

Kondansatörün gördüğü Thévenin eşdeğeri

Rth’yi bulmak için kaynağı kısa devre edin; kondansatörün yerleşeceği gerilimi bulmak için kondansatörü açık devre yapın.

Rth = R1 ∥ R2 = 2,2·1/(2,2 + 1) = 0,6875 kΩ
vC(∞) = 12·1/(2,2 + 1) = 3,75 V

Zaman sabiti

τ = Rth·C = 0,6875·220 = 151,3 ms

Şarj eğrisi

vC(t) = 3,75·(1 − e−100/151,3) = 1,814 V

Cevap

vC = 1,814 V
8.RC ve RL geçici rejim

Cevap: R = 0,2728 kΩ

Birinci derece geçici rejim: tek kondansatörlü veya tek bobinli bir devrede her gerilim ve akım başlangıç değerinden son değerine üstel olarak gider: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, τ = RC veya τ = L/R ile. Yaklaşık 5τ sonra devre oturur.

Gerekli zaman sabiti

9 = 15·(1 − e−25/τ) → τ = 25/ln(15/(15 − 9))
τ = 25/0,9163 = 27,28 ms

Direnç

kΩ çarpı µF milisaniye verir.

R = τ/C = 27,28/100 = 0,2728 kΩ

Cevap

R = 0,2728 kΩ
9.AC empedans ve fazörler

Cevap: P = 9,502 W

Fazörlerle AC devreleri: direnç, bobin ve kondansatörün empedansları R, jωL ve 1/(jωC)’dir; ω = 2πf. Seride empedanslar dirençler gibi, ancak karmaşık sayı olarak toplanır. Rms akım ve gerilim |Z| ile Ohm yasasına uyar.

Reaktanslar

XL = 251,3 Ω, XC = 361,7 Ω

Empedans

|Z| = √(60² + (−110,4)²) = 125,6 Ω

Aktif güç

Bobinler ve kondansatörler yalnızca enerji depolar ve geri verir; aktif gücün tamamını direnç harcar.

I = 50/125,6 = 0,398 A
P = I²·R = 0,398²·60 = 9,502 W

Cevap

P = 9,502 W
10.AC empedans ve fazörler

Cevap: I = 0,04 A

Fazörlerle AC devreleri: direnç, bobin ve kondansatörün empedansları R, jωL ve 1/(jωC)’dir; ω = 2πf. Seride empedanslar dirençler gibi, ancak karmaşık sayı olarak toplanır. Rms akım ve gerilim |Z| ile Ohm yasasına uyar.

Reaktanslar

ω = 2πf = 2π·50 = 314,2 rad/s
XL = ωL = 314,2·0,25 = 78,54 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(314,2·4,7·10⁻⁶) = 677,3 Ω

Empedans

Seride empedanslar karmaşık sayılar olarak toplanır: Z = R + j(XL − XC).

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(40² + (−598,7)²) = 600 Ω

Akım

Seri devrenin her elemanından aynı akım geçer.

I = V/|Z| = 24/600 = 0,04 A

Cevap

I = 0,04 A
11.AC güç ve güç faktörü

Cevap: I = 220,7 A

AC güç: görünür güç S = V·I (VA), faydalı iş yapan aktif güç P = S·cos φ (W) ile kaynak ve yük arasında gidip gelen reaktif güç Q = S·sin φ (var) olarak ayrılır. Güç faktörü cos φ’dir. Paralel bir kondansatör reaktif gücü yerinde sağlar, böylece aynı aktif güç için hat akımı düşer.

Hat akımı

Gücün yalnızca aktif kısmı iş yapar, bu yüzden güç faktörüne bölün.

I = P/(V·cos φ) = 33000/(230·0,65) = 220,7 A

Cevap

I = 220,7 A
12.AC güç ve güç faktörü

Cevap: ΔP = 48,16 kW

AC güç: görünür güç S = V·I (VA), faydalı iş yapan aktif güç P = S·cos φ (W) ile kaynak ve yük arasında gidip gelen reaktif güç Q = S·sin φ (var) olarak ayrılır. Güç faktörü cos φ’dir. Paralel bir kondansatör reaktif gücü yerinde sağlar, böylece aynı aktif güç için hat akımı düşer.

Mevcut yükün reaktif gücü

Q1 = 44·tan(arccos 0,75) = 38,8 kvar

En büyük toplam aktif güç

Tam değerde S = Smax’tır ve Q dirençsel yükle değişmez.

P = √(Smax² − Q1²) = √(100² − 38,8²) = 92,16 kW

Ek aktif güç

ΔP = 92,16 − 44 = 48,16 kW

Cevap

ΔP = 48,16 kW
13.Üç fazlı güç

Cevap: P = 91,45 kW

Dengeli üç fazlı sistemler: Y (yıldız) bağlantıda fazlar arası gerilim faz geriliminin √3 katıdır, VL = √3·Vph, ve hat akımı faz akımına eşittir. Δ (üçgen) bağlantıda fazlar arası gerilim faz gerilimine eşittir ve hat akımı faz akımının √3 katıdır, IL = √3·Iph. Toplam güç bir fazın gücünün üç katıdır: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ.

Görünür güç

S = √3·VL·IL = √3·400·150 = 103,9 kVA

Aktif güç

P = S·cos φ = 103,9·0,88 = 91,45 kW

Cevap

P = 91,45 kW
14.Üç fazlı güç

Cevap: QC = 207,5 kvar

Dengeli üç fazlı sistemler: Y (yıldız) bağlantıda fazlar arası gerilim faz geriliminin √3 katıdır, VL = √3·Vph, ve hat akımı faz akımına eşittir. Δ (üçgen) bağlantıda fazlar arası gerilim faz gerilimine eşittir ve hat akımı faz akımının √3 katıdır, IL = √3·Iph. Toplam güç bir fazın gücünün üç katıdır: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ. Güç faktörü düzeltme: kondansatörler reaktif gücü yerinde sağlar, QC = P·(tan φ1 − tan φ2). Üç kondansatörün her biri QC/3 = V²·ω·C sağlar; burada V o kondansatör üzerindeki gerilimdir: Δ grupta VL, Y grupta VL/√3.

Önce ve sonra reaktif güç

Aktif güç değişmediği için her güç faktörü reaktif gücü belirler: Q = P·tan φ.

Q1 = 300·tan(acos 0,7) = 300·1,02 = 306,1 kvar
Q2 = 300·tan(acos 0,95) = 300·0,3287 = 98,61 kvar

Kondansatörlerin sağladığı reaktif güç

QC = Q1 − Q2 = 207,5 kvar

Cevap

QC = 207,5 kvar
15.Transformatörler

Cevap: IHV = 1,364 A

İdeal transformatör: gerilimler sarım sayılarının oranında, akımlar ters oranda bulunur: V₁/V₂ = N₁/N₂ = a ve I₁/I₂ = N₂/N₁ = 1/a; böylece giriş gücü çıkış gücüne eşittir, V₁·I₁ = V₂·I₂. Sekonderdeki bir Z yük empedansı primerden a²·Z olarak görünür.

Anma akımı

İki sargı da aynı görünür gücü taşır.

IHV = S/V = 15000/11000 = 1,364 A

Cevap

IHV = 1,364 A
16.Transformatörler

Cevap: Ploss = 337,5 W

Transformatör kayıpları: demir kaybı (histerezis ve girdap akımları) gerilime bağlıdır ve her yükte aynıdır. Sargılardaki bakır kaybı akımın karesiyle değişir; bu yüzden anma yükünün x kesrinde x²·Pcu,fl olur. Verim η = Pout/(Pout + Pcore + Pcu), burada Pout = x·S·pf. Verim, bakır kaybının demir kaybına eşit olduğu yükte en yüksektir.

Bu yükteki bakır kaybı

Pcu = x²·Pcu,fl = 0,0625·600 = 37,5 W

Toplam kayıplar

Demir kaybı her yükte aynıdır.

Ploss = 300 + 37,5 = 337,5 W

Cevap

Ploss = 337,5 W

Bu yükteki verim η = 98,6%.

ExamProblems · examproblems.com/courses/electrical-engineering-fundamentals