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​ = 4 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​10 VR2​8 ΩAR4​12 ΩB

V1 kaynağının gördüğü eşdeğer direnç Req değerini bulun.

V1 = 10 VR1 = 4 ΩR2 = 8 ΩR3 = 2 ΩR4 = 12 Ω
Req = Ω
2.Seri ve paralel dirençlerZor
R1​ = 6 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​36 VR2​5 ΩAR4​4 ΩBR6​15 Ω

V1 kaynağının gördüğü eşdeğer direnç Req değerini bulun.

V1 = 36 VR1 = 6 ΩR2 = 5 ΩR3 = 3 ΩR4 = 4 ΩR5 = 3 ΩR6 = 15 Ω
Req = Ω
3.Düğüm analiziOrta
R1​ = 5 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​18 VR2​10 ΩAR4​5 ΩBIs​2 A

Düğüm analizi kullanarak VB düğüm gerilimini (topraktan ölçülen) bulun.

V1 = 18 VIs = 2 AR1 = 5 ΩR2 = 10 ΩR3 = 12 ΩR4 = 5 Ω
VB = V
4.Düğüm analiziZor
R1​ = 8 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 12 Ω+−V1​12 VR3​2 ΩAR5​15 ΩBIs​3 A+−V2​10 V

Düğüm analizi kullanarak VB düğüm gerilimini (topraktan ölçülen) bulun.

V1 = 12 VIs = 3 AV2 = 10 VR1 = 8 ΩR2 = 6 ΩR3 = 2 ΩR4 = 12 ΩR5 = 15 Ω
VB = V
5.Thévenin ve NortonOrta
R1​ = 5 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​15 VR2​5 ΩAab

a–b uçlarından görülen Thévenin direnci Rth değerini bulun.

V1 = 15 VR1 = 5 ΩR2 = 5 ΩR3 = 15 Ω
Rth = Ω
6.Thévenin ve NortonZor
R1​ = 20 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​15 VR2​3 ΩAIs​4 ABRL​20 ΩIL​

a–b arasına RL = 20 Ω yük bağlanmıştır. Devrenin geri kalanını Thévenin eşdeğeriyle değiştirin ve yük akımı IL değerini bulun.

V1 = 15 VIs = 4 AR1 = 20 ΩR2 = 3 ΩR3 = 2 ΩRL = 20 Ω
IL = A
7.RC ve RL geçici rejimOrta
R = 22 Ωt = 0L47 mHi(t)

Bobin 0,5 A’lik sabit bir akım taşıyor. t = 0’da anahtar devreyi R üzerinden kapatır ve kaynak çıkarılır, böylece bobin akımı R üzerinden azalır. t = 5 ms anında R üzerindeki gerilim vR değerini bulun.

i(0) = 0,5 AR = 22 ΩL = 47 mHt = 5 ms
vR = V
8.RC ve RL geçici rejimZor
+−Vs​15 Vt = 0R = 1 kΩC10 µF+−vC​vC​(0) = 20 V

Anahtar t = 0’da kapanmadan hemen önce kondansatörde gösterilen polaritede 20 V vardır. vC değerinin 16 V’a ulaşması ne kadar sürer? t değerini bulun.

Vs = 15 VR = 1 kΩC = 10 µFvC(0) = 20 V
t = ms
9.AC empedans ve fazörlerOrta
12 V500 HzR = 25 ΩL = 100 mHC = 47 µF

Seri bir RLC devresi 12 V (rms), 500 Hz bir kaynağa bağlı. Empedansın faz açısı φ değerini derece cinsinden bulun (akım gerilimden geride olduğunda pozitif).

V = 12 V (rms)f = 500 HzR = 25 ΩL = 100 mHC = 47 µF
φ = °
10.AC empedans ve fazörlerZor
1 Vf0​R = 20 ΩL = 10 mHC = 10 µF

Seri bir RLC devresi, frekansı devrenin rezonans frekansına ayarlanmış 1 V (rms)’lik bir kaynakla sürülüyor. Bobin üzerindeki rms gerilim VL değerini bulun.

V = 1 V (rms)R = 20 ΩL = 10 mHC = 10 µF
VL = V
11.AC güç ve güç faktörüOrta
P = 22 kWQSφ

Tek fazlı bir motor, 400 V bir kaynaktan 0,7 geri güç faktöründe 22 kW çekiyor. Hat akımı I değerini bulun.

P = 22 kWpf = 0,7V = 400 V
I = A
12.AC güç ve güç faktörüZor
P1​ = 13 kWQ1​S1​φ

25 kVA’lık tek fazlı bir transformatör 0,8 geri güç faktöründe 13 kW’lık bir yükü besliyor. Transformatör kVA değerine ulaşmadan önce dirençsel (birim güç faktörlü) yük olarak ne kadar ek aktif güç ΔP eklenebilir?

Smax = 25 kVAP1 = 13 kWpf1 = 0,8
ΔP = kW
13.Üç fazlı güçOrta
ABCVL​ = 480 VZ = 15 + j20 Ωfaz başına

Faz başına empedansı 15 + j20 Ω olan dengeli Δ bağlı bir yük, fazlar arası gerilimi 480 V olan dengeli üç fazlı bir kaynağa bağlanmıştır. Yükün çektiği toplam aktif güç P değerini kW cinsinden bulun.

VL = 480 VZ = 15 + j20 Ω faz başına
P = kW
14.Üç fazlı güçZor
P = 150 kWφ1​S1​Q2​QC​

Dengeli üç fazlı bir yük, 690 V (fazlar arası), 50 Hz bir kaynaktan 0,72 geri güç faktöründe 150 kW çekiyor. Yüke paralel bağlanan üç fazlı bir kondansatör grubu toplam güç faktörünü 0,95 geriye yükseltmelidir. Aktif güç aynı kalır. Kondansatörler Y bağlıdır. Her kondansatörün kapasitansı Cph değerini µF cinsinden bulun.

P = 150 kWpf1 = 0,72pf2 = 0,95VL = 690 Vf = 50 Hz
Cph = µF
15.TransformatörlerOrta
10000 V400 VIHV​ILV​ = ?500 kVA

Tek fazlı 500 kVA, 10000/400 V bir transformatör anma yükünde çalışıyor. İdeal kabul edin. Alçak gerilim sargısındaki akım ILV değerini bulun.

S = 500 kVAV1 = 10000 VV2 = 400 V
ILV = A
16.TransformatörlerZor
pf 0,9500 kVA, η = 97,5%

Tek fazlı 500 kVA bir transformatörün demir kaybı 2000 W’tır. Anma yükünde ve 0,9 geri güç faktöründe verimi %97,5’dir. Tam yükteki bakır kaybı Pcu,fl değerini watt cinsinden bulun.

S = 500 kVAPcore = 2000 Wpf = 0,9η = 97,5%
Pcu,fl = W

3Çözeltiler

1.Seri ve paralel dirençler

Cevap: Req = 9,091 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​ = 4 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​10 VR2​8 ΩAR4​12 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 = 2 + 12 = 14 Ω
R2 ∥ 14 = 8·14/(8+14) = 5,091 Ω
Req = R1 + 5,091 = 4 + 5,091 = 9,091 Ω

Cevap

Req = 9,091 Ω
2.Seri ve paralel dirençler

Cevap: Req = 8,782 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​ = 6 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​36 VR2​5 ΩAR4​4 ΩBR6​15 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 = 3 + 15 = 18 Ω
R4 ∥ 18 = 3,273 Ω
R3 + 3,273 = 6,273 Ω
R2 ∥ 6,273 = 2,782 Ω
Req = R1 + 2,782 = 6 + 2,782 = 8,782 Ω

Cevap

Req = 8,782 Ω
3.Düğüm analizi

Cevap: VB = 10,49 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.

R1​ = 5 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​18 VR2​10 ΩAR4​5 ΩBIs​2 A

Düğümleri belirleyin

Toprak alttaki teldir. Bilinen düğüm gerilimleri doğrudan kaynaklardan gelir (V1 = 18 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/10 + (VA − 18)/5 + (VA − VB)/12 = 0
0,3833·VA − 0,08333·VB = 3,6

B düğümünde KAY

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

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/5 + (VB − VA)/12 = 2
−0,08333·VA + 0,2833·VB = 2

Çözün

Δ = (0,3833)(0,2833) − (−0,08333)(−0,08333) = 0,1017
VA = Δ1/Δ = 1,187/0,1017 = 11,67 V
VB = Δ2/Δ = 1,067/0,1017 = 10,49 V

Cevap

VB = 10,49 V
4.Düğüm analizi

Cevap: VB = 14,74 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.

R1​ = 8 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 12 Ω+−V1​12 VR3​2 ΩAR5​15 ΩBIs​3 A+−V2​10 V

Düğümleri belirleyin

Toprak alttaki teldir. Bilinen düğüm gerilimleri doğrudan kaynaklardan gelir (V1 = 12 V, V2 = 10 V). Bilinmeyenler: VA, VB.

A düğümünde KAY

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

VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/2 + (VA − 12)/8 + (VA − VB)/6 = 0
0,7917·VA − 0,1667·VB = 1,5

B düğümünde KAY

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

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/15 + (VB − VA)/6 + (VB − 10)/12 = 3
−0,1667·VA + 0,3167·VB = 3,833

Çözün

Δ = (0,7917)(0,3167) − (−0,1667)(−0,1667) = 0,2229
VA = Δ1/Δ = 1,114/0,2229 = 4,997 V
VB = Δ2/Δ = 3,285/0,2229 = 14,74 V

Cevap

VB = 14,74 V
5.Thévenin ve Norton

Cevap: Rth = 17,5 Ω

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​ = 15 ΩKISA DEVRER2​5 ΩAabRth​

Tüm kaynaklar kapalıyken Rth’yi bulun

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

R1 ∥ R2 = 5·5/(5+5) = 2,5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,5 + 15 = 17,5 Ω
6.Thévenin ve Norton

Cevap: IL = 0,8286 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​ = 20 ΩR3​ = 2 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 = 20·3/(20+3) = 2,609 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,609 + 2 = 4,609 Ω
R1​ = 20 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​15 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) = 1,957 + 4·2,609 = 12,39 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 12,39 + 4·2 = 20,39 V
Rth​ = 4,609 Ω+−Vth​20,39 VRL​20 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) = 20,39/(4,609 + 20) = 0,8286 A
7.RC ve RL geçici rejim

Cevap: vR = 1,059 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.

Zaman sabiti

τ = L/R = 47 mH / 22 Ω = 2,136 ms

Akımın azalması

i(t) = 0,5·e−5/2,136 = 0,04814 A
vR = R·i = 22·0,04814 = 1,059 V

Cevap

vR = 1,059 V
8.RC ve RL geçici rejim

Cevap: t = 16,09 ms

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.

Başlangıç değeri, son değer, zaman sabiti

Kondansatör gerilimi sıçrayamaz; bu yüzden depolanan değerden başlar ve kaynak gerilimine yönelir.

vC(0) = 20 V, vC(∞) = Vs = 15 V
τ = R·C = 1 kΩ · 10 µF = 10 ms
vC(t) = 15 + (20 − 15)·e−t/τ

Zaman için çözün

16 = 15 + (5)·e−t/τ → e−t/τ = (16 − 15)/(20 − 15) = 0,2
t = τ·ln((20 − 15)/(16 − 15)) = 10·ln(5) = 16,09 ms

Cevap

t = 16,09 ms
9.AC empedans ve fazörler

Cevap: φ = 85,35 °

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·500 = 3142 rad/s
XL = ωL = 3142·0,1 = 314,2 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(3142·47·10⁻⁶) = 6,773 Ω

Empedans

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(25² + (307,4)²) = 308,4 Ω

Faz açısı

φ = arctan((XL − XC)/R) = arctan(307,4/25) = 85,35°

Cevap

φ = 85,35°
10.AC empedans ve fazörler

Cevap: VL = 1,581 V

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

Rezonansta reaktanslar birbirini götürür, bu yüzden empedans yalnızca R’dir.

ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0,01·10·10⁻⁶) = 3162 rad/s
I = V/R = 1/20 = 0,05 A

Bobin üzerindeki gerilim

XL = ω₀L = 3162·0,01 = 31,62 Ω
VL = I·XL = 0,05·31,62 = 1,581 V

Cevap

VL = 1,581 V

Bu, kaynak geriliminin Q = 1,581 katıdır.

11.AC güç ve güç faktörü

Cevap: I = 78,57 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) = 22000/(400·0,7) = 78,57 A

Cevap

I = 78,57 A
12.AC güç ve güç faktörü

Cevap: ΔP = 10,02 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 = 13·tan(arccos 0,8) = 9,75 kvar

En büyük toplam aktif güç

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

P = √(Smax² − Q1²) = √(25² − 9,75²) = 23,02 kW

Ek aktif güç

ΔP = 23,02 − 13 = 10,02 kW

Cevap

ΔP = 10,02 kW
13.Üç fazlı güç

Cevap: P = 16,59 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.

Faz gerilimi

Vph = VL = 480 V

Faz akımı

|Z| = √(15² + 20²) = 25 Ω
Iph = 480/25 = 19,2 A

Toplam aktif güç

Her empedansın yalnızca dirençli kısmı aktif güç harcar.

P = 3·Iph²·R = 3·19,2²·15 = 16,59 kW

Cevap

P = 16,59 kW

Kontrol: cos φ = R/|Z| = 0,6 ve √3·VL·IL·cos φ aynı gücü verir.

14.Üç fazlı güç

Cevap: Cph = 637 µF

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 = 150·tan(acos 0,72) = 150·0,9639 = 144,6 kvar
Q2 = 150·tan(acos 0,95) = 150·0,3287 = 49,3 kvar

Kondansatörlerin sağladığı reaktif güç

QC = Q1 − Q2 = 95,28 kvar

Faz başına kapasitans

Y grupta her kondansatör bir hat ile yıldız noktası arasına bağlıdır.

V = 690/√3 = 398,4 V, ω = 2π·50 = 314,2 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 31758/(314,2·398,4²) = 637 µF

Cevap

Cph = 637 µF
15.Transformatörler

Cevap: ILV = 1250 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.

ILV = S/V = 500000/400 = 1250 A

Cevap

ILV = 1250 A
16.Transformatörler

Cevap: Pcu,fl = 9538 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.

Çıkış ve giriş gücü

Pout = 500·0,9 = 450 kW
Pin = 450000/0,975 = 461538 W

Toplam ve bakır kayıpları

Ploss = 461538 − 450000 = 11538 W
Pcu,fl = 11538 − 2000 = 9538 W

Cevap

Pcu,fl = 9538 W

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