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​ = 20 ΩIR1​R3​ = 10 Ω+−V1​30 VR2​6 ΩAR4​15 ΩB

Kaynağın verdiği ve R1 üzerinden geçen IR1 akımını bulun.

V1 = 30 VR1 = 20 ΩR2 = 6 ΩR3 = 10 ΩR4 = 15 Ω
IR1 = A
2.Seri ve paralel dirençlerZor
R1​ = 5 ΩR3​ = 5 ΩR5​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​4 ΩIR2​AR4​8 ΩBR6​4 Ω

R2 üzerinden geçen IR2 akımını bulun.

V1 = 10 VR1 = 5 ΩR2 = 4 ΩR3 = 5 ΩR4 = 8 ΩR5 = 12 ΩR6 = 4 Ω
IR2 = A
3.Düğüm analiziOrta
R1​10 Ω+−V1​15 VI1​R2​10 Ω+−V2​10 VR3​4 Ω+−V3​12 VA

Şekildeki gibi A düğümü ile toprak arasına üç kol bağlıdır. Düğüm analizi kullanarak 1 kolunda ok yönünde yukarı, A düğümüne doğru akan I1 akımını bulun.

V1 = 15 VR1 = 10 ΩV2 = 10 VR2 = 10 ΩV3 = 12 VR3 = 4 Ω
I1 = A
4.Düğüm analiziZor
R1​ = 10 Ω+−Vs​ = 15 V+−V1​12 VR2​25 ΩAR3​3 ΩBIs​4 A

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

V1 = 12 VIs = 4 AVs = 15 VR1 = 10 ΩR2 = 25 ΩR3 = 3 Ω
VB = V
5.Thévenin ve NortonOrta
R1​ = 5 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​30 VR2​6 ΩAab

a–b uçlarından görülen Thévenin gerilimi Vth değerini bulun.

V1 = 30 VR1 = 5 ΩR2 = 6 ΩR3 = 2 Ω
Vth = V
6.Thévenin ve NortonZor
R1​ = 30 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​12 VR2​3 ΩAIs​4 ABRL​8 ΩIL​

a–b arasına RL = 8 Ω yük bağlanmıştır. Thévenin eşdeğerini kullanarak yüke aktarılan PL gücünü bulun.

V1 = 12 VIs = 4 AR1 = 30 ΩR2 = 3 ΩR3 = 5 ΩRL = 8 Ω
PL = W
7.RC ve RL geçici rejimOrta
+−Vs​10 Vt = 0R = 68 ΩL68 mHi(t)

Anahtar t = 0’da kapanmadan önce bobinden akım geçmez. t = 1 ms anında i akımını bulun.

Vs = 10 VR = 68 ΩL = 68 mHt = 1 ms
i = A
8.RC ve RL geçici rejimZor
+−Vs​9 Vt = 0R = ?C22 µF+−vC​

Bir zamanlayıcı, t = 0’da 9 V’luk bir kaynaktan bir direnç üzerinden yüksüz bir kondansatörü doldurmaya başlıyor. Kondansatör gerilimi 6,75 V’a ulaştığında, başlangıçtan tam 250 ms sonra tetiklemelidir. C = 22 µF ile gereken direnç R değerini bulun.

Vs = 9 VVth = 6,75 VT = 250 msC = 22 µF
R = kΩ
9.AC empedans ve fazörlerOrta
120 V100 HzR = 40 ΩL = 100 mHC = 47 µFI

Seri bir RLC devresi 120 V (rms), 100 Hz bir kaynağa bağlı. Devrenin güç faktörü cos φ değerini bulun.

V = 120 V (rms)f = 100 HzR = 40 ΩL = 100 mHC = 47 µF
cos φ =
10.AC empedans ve fazörlerZor
VfR = 100 ΩL = 20 mHC = 0,01 µF

Seri bir RLC devresinde R = 100 Ω, L = 20 mH ve C = 0,01 µF’tır. Rezonanstaki kalite faktörü Q değerini bulun.

R = 100 ΩL = 20 mHC = 0,01 µF
Q =
11.AC güç ve güç faktörüOrta
240 V130 kW, 0,65214 kW, 1I = ?

240 V’luk tek fazlı bir kaynağa iki yük paralel bağlıdır: 0,65 geri güç faktörlü 30 kW’lık bir yük ve 14 kW’lık bir ısıtıcı (birim güç faktörü). Kaynaktan çekilen toplam akım I değerini bulun.

V = 240 VP1 = 30 kW, pf1 = 0,65 geriP2 = 14 kW, pf2 = 1
I = A
12.AC güç ve güç faktörüZor
P = 5 kWQ1​S1​φ1​QC​

Tek fazlı bir yük, 240 V, 60 Hz bir kaynaktan 0,6 geri güç faktöründe 5 kW çekiyor. Paralel bağlanan bir kondansatör güç faktörünü 0,98 değerine yükseltiyor. Kondansatörün sağlaması gereken reaktif güç QC değerini bulun.

P = 5 kWpf1 = 0,6pf2 = 0,98V = 240 Vf = 60 Hz
QC = kvar
13.Üç fazlı güçOrta
ABCVL​ = 690 VIL​ = ?M75 kW, η = 92%cos φ = 0,8

Üç fazlı bir asenkron motor tam yükte 75 kW mekanik çıkış gücü veriyor. Bu yükte verimi %92 ve güç faktörü 0,8 geri. Kaynağın fazlar arası gerilimi 690 V. Hat akımı IL değerini bulun.

Pout = 75 kWη = 92%cos φ = 0,8VL = 690 V
IL = A
14.Üç fazlı güçZor
P = 60 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Dengeli üç fazlı bir yük, 400 V (fazlar arası), 60 Hz bir kaynaktan 0,78 geri güç faktöründe 60 kW çekiyor. Yüke paralel bağlanan üç fazlı bir kondansatör grubu toplam güç faktörünü 0,92 geriye yükseltmelidir. Aktif güç aynı kalır. Kondansatör grubunun sağlaması gereken toplam reaktif güç QC değerini kvar cinsinden bulun.

P = 60 kWpf1 = 0,78pf2 = 0,92VL = 400 Vf = 60 Hz
QC = kvar
15.TransformatörlerOrta
50 Ω31

Sarım oranı N₁:N₂ = 3:1 olan ideal bir transformatörün sekonder sargısının uçlarına 50 Ω’luk bir direnç bağlanmıştır. Primer sargıdan bakıldığında görülen direnç R1′ değerini bulun.

N1:N2 = 3:1RL = 50 Ω
R1′ = Ω
16.TransformatörlerZor
75 kVA

Tek fazlı 75 kVA bir transformatörün demir kaybı 300 W, anma yükündeki bakır kaybı 750 W’tır. Verimi hangi yükte Sη,max, kVA cinsinden, en yüksektir?

S = 75 kVAPcore = 300 WPcu,fl = 750 W
Sη,max = kVA

3Çözeltiler

1.Seri ve paralel dirençler

Cevap: IR1 = 1,208 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​ = 10 Ω+−V1​30 VR2​6 ΩAR4​15 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 = 10 + 15 = 25 Ω
R2 ∥ 25 = 6·25/(6+25) = 4,839 Ω
Req = R1 + 4,839 = 20 + 4,839 = 24,84 Ω

Kaynaktan çekilen akım

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

IR1 = V1/Req = 30/24,84 = 1,208 A

Cevap

IR1 = 1,208 A
2.Seri ve paralel dirençler

Cevap: IR2 = 0,9145 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​ = 5 ΩR3​ = 5 ΩR5​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​4 ΩAR4​8 ΩBR6​4 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 = 12 + 4 = 16 Ω
R4 ∥ 16 = 5,333 Ω
R3 + 5,333 = 10,33 Ω
R2 ∥ 10,33 = 2,884 Ω
Req = R1 + 2,884 = 5 + 2,884 = 7,884 Ω

Kaynaktan çekilen akım

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

IR1 = V1/Req = 10/7,884 = 1,268 A

R₂’den geçen akım

A düğümündeki gerilimi bulmak için R₁ üzerindeki düşümü çıkarın; bu, R₂ üzerindeki gerilimdir.

VA = V1 − IR1·R1 = 10 − 1,268·5 = 3,658 V
IR2 = VA/R2 = 3,658/4 = 0,9145 A

Cevap

IR2 = 0,9145 A
3.Düğüm analizi

Cevap: I1 = 0,2778 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.

A düğümünde KAY

Alttaki teli toprak kabul edin. Her kol A’dan dışarı (VA − Vk)/Rk akımı taşır; Vk kolun kaynağının gerilimidir (sade bir direnç için sıfır). A’dan çıkan akımların toplamı sıfırdır.

(VA − 15)/10 + (VA − 10)/10 + (VA − 12)/4 = 0

VA’yı çözün

VA = (15/10 + 10/10 + 12/4) / (1/10 + 1/10 + 1/4) = 5,5/0,45 = 12,22 V

Kol akımı

Ok kol boyunca yukarı, A düğümüne doğru gösterir.

I1 = (15 − VA)/R1 = (15 − 12,22)/10 = 0,2778 A

Cevap

I1 = 0,2778 A

Negatif sonuç, gerçek akımın oka ters yönde aktığı anlamına gelir.

4.Düğüm analizi

Cevap: VB = 6,549 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 − 15
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is

Çözün

(VA − 12)/10 + VA/25 + (VA − 15)/3 = 4
VA·(1/10 + 1/25 + 1/3) = 4 + 12/10 + 15/3 = 10,2
VA = 10,2/0,4733 = 21,55 V
VB = 6,549 V

Cevap

VB = 6,549 V
5.Thévenin ve Norton

Cevap: Vth = 16,36 V

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​ = 5 ΩR3​ = 2 ΩKISA DEVRER2​6 ΩAabRth​

Tüm kaynaklar kapalıyken Rth’yi bulun

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

R1 ∥ R2 = 5·6/(5+6) = 2,727 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,727 + 2 = 4,727 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​30 VR2​6 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) = 30·6/(5+6) = 16,36 V
6.Thévenin ve Norton

Cevap: PL = 33,12 W

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​ = 30 ΩR3​ = 5 ΩKISA DEVRER2​3 ΩAAÇIKBabRth​

Tüm kaynaklar kapalıyken Rth’yi bulun

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

R1 ∥ R2 = 30·3/(30+3) = 2,727 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,727 + 5 = 7,727 Ω
R1​ = 30 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​12 VR2​3 ΩAIs​4 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) = 1,091 + 4·2,727 = 12 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 12 + 4·5 = 32 V
Rth​ = 7,727 Ω+−Vth​32 VRL​8 ΩIL​

Yükü Thévenin eşdeğerine bağlayın

Thévenin kaynağı ve seri R_th, a–b’de özgün devreyle tamamen aynı davranır; bu yüzden yük basit bir seri çevre görür.

IL = Vth/(Rth + RL) = 32/(7,727 + 8) = 2,035 A
PL = IL²·RL = 2,035²·8 = 33,12 W
7.RC ve RL geçici rejim

Cevap: i = 0,09296 A

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.

Zaman sabiti ve son akım

Anahtar kapandıktan uzun süre sonra bobin kısa devre gibi davranır; bu yüzden son akımı yalnızca R belirler.

τ = L/R = 68 mH / 68 Ω = 1 ms
i(∞) = Vs/R = 10/68 = 0,1471 A

Verilen andaki akım

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,1471·(1 − e−1/1) = 0,09296 A

Cevap

i = 0,09296 A
8.RC ve RL geçici rejim

Cevap: R = 8,197 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

6,75 = 9·(1 − e−250/τ) → τ = 250/ln(9/(9 − 6,75))
τ = 250/1,386 = 180,3 ms

Direnç

kΩ çarpı µF milisaniye verir.

R = τ/C = 180,3/22 = 8,197 kΩ

Cevap

R = 8,197 kΩ
9.AC empedans ve fazörler

Cevap: cos φ = 0,8099

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 = 62,83 Ω, XC = 33,86 Ω

Empedans

|Z| = √(40² + (28,97)²) = 49,39 Ω

Güç faktörü

cos φ = R/|Z| = 40/49,39 = 0,8099
Devre endüktiftir, bu yüzden güç faktörü geridir.

Cevap

cos φ = 0,8099
10.AC empedans ve fazörler

Cevap: Q = 14,14

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.

Rezonans frekansı

f0 = 1/(2π·√(0,02·0,01·10⁻⁶)) = 11254 Hz

Kalite faktörü

Q, rezonanstaki reaktansı dirençle karşılaştırır: Q = ω₀L/R.

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/100)·√(0,02/(0,01·10⁻⁶)) = 14,14

Cevap

Q = 14,14
11.AC güç ve güç faktörü

Cevap: I = 234,5 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.

Her yükün reaktif gücü

Geri güç faktörlü yük reaktif güç çeker (Q > 0); ileri güç faktörlü yük reaktif güç verir (Q < 0).

Q1 = 30·tan(arccos 0,65) = 35,07 kvar
Q2 = 0 = 0 kvar

Toplamlar

P = 30 + 14 = 44 kW
Q = 35,07 + 0 = 35,07 kvar
S = √(44² + 35,07²) = 56,27 kVA

Toplam akım

I = S/V = 56269/240 = 234,5 A

Cevap

I = 234,5 A
12.AC güç ve güç faktörü

Cevap: QC = 5,651 kvar

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.

Önce ve sonra reaktif güç

Aktif güç P değişmez; yalnızca şebekeden çekilen reaktif güç değişir.

Q1 = P·tan φ1 = 5·tan(53,13°) = 6,667 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 5·tan(11,48°) = 1,015 kvar
QC = Q1 − Q2 = 5,651 kvar

Cevap

QC = 5,651 kvar
13.Üç fazlı güç

Cevap: IL = 85,27 A

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.

Elektriksel giriş gücü

Pin = Pout/η = 75/0,92 = 81,52 kW

Hat akımı

IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 81522/(√3·690·0,8) = 85,27 A

Cevap

IL = 85,27 A
14.Üç fazlı güç

Cevap: QC = 22,58 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 = 60·tan(acos 0,78) = 60·0,8023 = 48,14 kvar
Q2 = 60·tan(acos 0,92) = 60·0,426 = 25,56 kvar

Kondansatörlerin sağladığı reaktif güç

QC = Q1 − Q2 = 22,58 kvar

Cevap

QC = 22,58 kvar
15.Transformatörler

Cevap: R1′ = 450 Ω

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.

Aktarılmış direnç

Gerilim a kat artar, akım a kat azalır; bu yüzden V/I oranı a² kat artar.

R1′ = a²·RL = 3²·50 = 450 Ω

Cevap

R1′ = 450 Ω
16.Transformatörler

Cevap: Sη,max = 47,43 kVA

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.

Bakır kaybı demir kaybına eşittir

x²·750 = 300 → x = √(300/750) = 0,6325

En yüksek verimdeki yük

Sη,max = x·S = 0,6325·75 = 47,43 kVA

Cevap

Sη,max = 47,43 kVA

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