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​ = 10 ΩIR1​R3​ = 4 Ω+−V1​6 VR2​6 ΩAR4​8 ΩB

Kaynağın verdiği ve R1 üzerinden geçen IR1 akımını bulun.

V1 = 6 VR1 = 10 ΩR2 = 6 ΩR3 = 4 ΩR4 = 8 Ω
IR1 = A
2.Seri ve paralel dirençlerZor
R1​ = 20 ΩIR1​R3​ = 30 ΩR5​ = 15 Ω+−V1​9 VR2​6 ΩAR4​20 ΩBR6​20 Ω

Kaynağın verdiği ve R1 üzerinden geçen IR1 akımını bulun.

V1 = 9 VR1 = 20 ΩR2 = 6 ΩR3 = 30 ΩR4 = 20 ΩR5 = 15 ΩR6 = 20 Ω
IR1 = A
3.Düğüm analiziOrta
R1​6 Ω+−V1​10 VR2​10 Ω−+V2​30 VR3​8 ΩI3​A

Şekildeki gibi A düğümü ile toprak arasına üç kol bağlıdır. Düğüm analizi kullanarak 3 kolunda ok yönünde yukarı, A düğümüne doğru akan I3 akımını bulun.

V1 = 10 VR1 = 6 ΩV2 = 30 VR2 = 10 ΩR3 = 8 Ω
I3 = A
4.Düğüm analiziZor
R1​ = 2 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​15 VR3​20 ΩAR5​5 ΩBIs​2 A+−V2​15 V

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

V1 = 15 VIs = 2 AV2 = 15 VR1 = 2 ΩR2 = 8 ΩR3 = 20 ΩR4 = 30 ΩR5 = 5 Ω
VA = V
5.Thévenin ve NortonOrta
R1​ = 8 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​6 VR2​2 ΩAab

a–b uçlarından görülen Thévenin gerilimi Vth değerini bulun.

V1 = 6 VR1 = 8 ΩR2 = 2 ΩR3 = 10 Ω
Vth = V
6.Thévenin ve NortonZor
R1​ = 5 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​6 VR2​3 ΩAIs​5 ABab

a–b uçlarından görülen Thévenin gerilimi Vth değerini bulun.

V1 = 6 VIs = 5 AR1 = 5 ΩR2 = 3 ΩR3 = 15 Ω
Vth = V
7.RC ve RL geçici rejimOrta
+−Vs​15 Vt = 0R = 100 ΩL33 mHi(t)

Anahtar t = 0’da kapanmadan önce bobinden akım geçmez. t = 1 ms anında bobin üzerindeki vL gerilimini bulun.

Vs = 15 VR = 100 ΩL = 33 mHt = 1 ms
vL = V
8.RC ve RL geçici rejimZor
+−Vs​24 Vt = 0R = 3,3 kΩC22 µF+−vC​vC​(0) = 20 V

Anahtar t = 0’da kapanmadan hemen önce kondansatörde gösterilen polaritede 20 V vardır. t = 60 ms anında kondansatör gerilimi vC değerini bulun.

Vs = 24 VR = 3,3 kΩC = 22 µFvC(0) = 20 Vt = 60 ms
vC = V
9.AC empedans ve fazörlerOrta
12 V60 HzR = 60 ΩL = 50 mHC = 47 µFI

Seri bir RLC devresi 12 V (rms), 60 Hz bir kaynağa bağlı. Devrenin güç faktörü cos φ değerini bulun.

V = 12 V (rms)f = 60 HzR = 60 ΩL = 50 mHC = 47 µF
cos φ =
10.AC empedans ve fazörlerZor
230 V200 HzR = 10 ΩL = 50 mHC = 10 µFI

Seri bir RLC devresi 230 V (rms), 200 Hz bir kaynağa bağlı. Rms akım I değerini bulun.

V = 230 V (rms)f = 200 HzR = 10 ΩL = 50 mHC = 10 µF
I = A
11.AC güç ve güç faktörüOrta
240 VR + jXP = 3570 W17,5 A

Endüktif bir yük, 240 V (rms)’lik tek fazlı bir kaynaktan 17,5 A ve 3570 W çekiyor. Onu bir X reaktansına seri bağlı bir R direnci olarak modelleyin. X değerini bulun.

V = 240 VI = 17,5 AP = 3570 W
X = Ω
12.AC güç ve güç faktörüZor
10 V60 HzRs​ = 8 ΩXs​ = j3 ΩZL​ = ?

10 V (rms), 60 Hz’lik bir kaynağın iç empedansı Zs = 8 + j3 Ω’dur. Yük empedansı ZL serbestçe seçilebilir. En büyük güç için yük, bir kondansatöre seri bağlı bir dirençten oluşturuluyor. Kapasite C değerini bulun.

Vs = 10 V (rms)f = 60 HzZs = 8 + j3 Ω
C = µF
13.Üç fazlı güçOrta
ABCVL​ = 690 VIL​ = ?M18,5 kW, η = 95%cos φ = 0,84

Üç fazlı bir asenkron motor tam yükte 18,5 kW mekanik çıkış gücü veriyor. Bu yükte verimi %95 ve güç faktörü 0,84 geri. Kaynağın fazlar arası gerilimi 690 V. Hat akımı IL değerini bulun.

Pout = 18,5 kWη = 95%cos φ = 0,84VL = 690 V
IL = A
14.Üç fazlı güçZor
P = 150 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Dengeli üç fazlı bir yük, 690 V (fazlar arası), 50 Hz bir kaynaktan 0,75 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. Kondansatör grubunun sağlaması gereken toplam reaktif güç QC değerini kvar cinsinden bulun.

P = 150 kWpf1 = 0,75pf2 = 0,95VL = 690 Vf = 50 Hz
QC = kvar
15.TransformatörlerOrta
11000 V400 VIHV​ = ?ILV​500 kVA

Tek fazlı 500 kVA, 11000/400 V bir transformatör anma yükünde çalışıyor. İdeal kabul edin. Yüksek gerilim sargısındaki akım IHV değerini bulun.

S = 500 kVAV1 = 11000 VV2 = 400 V
IHV = A
16.TransformatörlerZor
pf 0,950 kVA, 75% yük

Tek fazlı 50 kVA bir transformatörün demir kaybı 250 W, anma yükündeki bakır kaybı 625 W’tır. Transformatör anma kVA değerinin %75 kadarını 0,9 geri güç faktöründe besliyor. Bu yükteki toplam kayıplar Ploss değerini watt cinsinden bulun.

S = 50 kVAPcore = 250 WPcu,fl = 625 Wx = 0,75pf = 0,9
Ploss = W

3Çözeltiler

1.Seri ve paralel dirençler

Cevap: IR1 = 0,4286 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​ = 10 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​6 VR2​6 ΩAR4​8 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 = 4 + 8 = 12 Ω
R2 ∥ 12 = 6·12/(6+12) = 4 Ω
Req = R1 + 4 = 10 + 4 = 14 Ω

Kaynaktan çekilen akım

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

IR1 = V1/Req = 6/14 = 0,4286 A

Cevap

IR1 = 0,4286 A
2.Seri ve paralel dirençler

Cevap: IR1 = 0,3563 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​ = 15 Ω+−V1​9 VR2​6 ΩAR4​20 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 = 15 + 20 = 35 Ω
R4 ∥ 35 = 12,73 Ω
R3 + 12,73 = 42,73 Ω
R2 ∥ 42,73 = 5,261 Ω
Req = R1 + 5,261 = 20 + 5,261 = 25,26 Ω

Kaynaktan çekilen akım

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

IR1 = V1/Req = 9/25,26 = 0,3563 A

Cevap

IR1 = 0,3563 A
3.Düğüm analizi

Cevap: I3 = 0,4255 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 − 10)/6 + (VA − (−30))/10 + VA/8 = 0

VA’yı çözün

VA = (10/6 + (−30)/10 + 0/8) / (1/6 + 1/10 + 1/8) = −1,333/0,3917 = −3,404 V

Kol akımı

Ok kol boyunca yukarı, A düğümüne doğru gösterir.

I3 = (0 − VA)/R3 = (0 − (−3,404))/8 = 0,4255 A

Cevap

I3 = 0,4255 A

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

4.Düğüm analizi

Cevap: VA = 13,26 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​ = 2 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​15 VR3​20 ΩAR5​5 ΩBIs​2 A+−V2​15 V

Düğümleri belirleyin

Toprak alttaki teldir. Bilinen düğüm gerilimleri doğrudan kaynaklardan gelir (V1 = 15 V, V2 = 15 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/20 + (VA − 15)/2 + (VA − VB)/8 = 0
0,675·VA − 0,125·VB = 7,5

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/5 + (VB − VA)/8 + (VB − 15)/30 = 2
−0,125·VA + 0,3583·VB = 2,5

Çözün

Δ = (0,675)(0,3583) − (−0,125)(−0,125) = 0,2263
VA = Δ1/Δ = 3/0,2263 = 13,26 V
VB = Δ2/Δ = 2,625/0,2263 = 11,6 V

Cevap

VA = 13,26 V
5.Thévenin ve Norton

Cevap: Vth = 1,2 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​ = 8 ΩR3​ = 10 ΩKISA DEVRER2​2 ΩAabRth​

Tüm kaynaklar kapalıyken Rth’yi bulun

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

R1 ∥ R2 = 8·2/(8+2) = 1,6 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,6 + 10 = 11,6 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​6 VR2​2 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) = 6·2/(8+2) = 1,2 V
6.Thévenin ve Norton

Cevap: Vth = 86,63 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​ = 15 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 = 5·3/(5+3) = 1,875 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,875 + 15 = 16,88 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​6 VR2​3 ΩAIs​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) = 2,25 + 5·1,875 = 11,63 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 11,63 + 5·15 = 86,63 V
7.RC ve RL geçici rejim

Cevap: vL = 0,7245 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 ve son akım

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

τ = L/R = 33 mH / 100 Ω = 0,33 ms
i(∞) = Vs/R = 15/100 = 0,15 A

Bobin gerilimi

t = 0’da besleme geriliminin tamamı bobin üzerindedir; sonra sıfıra söner.

vL(t) = Vs·e−t/τ = 15·e−1/0,33 = 0,7245 V

Cevap

vL = 0,7245 V
8.RC ve RL geçici rejim

Cevap: vC = 22,25 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.

Başlangıç değeri, son değer, zaman sabiti

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

vC(0) = 20 V, vC(∞) = Vs = 24 V
τ = R·C = 3,3 kΩ · 22 µF = 72,6 ms
vC(t) = 24 + (20 − 24)·e−t/τ

Verilen andaki gerilim

vC(60) = 24 + (−4)·e−60/72,6 = 22,25 V

Cevap

vC = 22,25 V
9.AC empedans ve fazörler

Cevap: cos φ = 0,8474

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 = 18,85 Ω, XC = 56,44 Ω

Empedans

|Z| = √(60² + (−37,59)²) = 70,8 Ω

Güç faktörü

cos φ = R/|Z| = 60/70,8 = 0,8474
Devre kapasitiftir, bu yüzden güç faktörü ileridir.

Cevap

cos φ = 0,8474
10.AC empedans ve fazörler

Cevap: I = 11,79 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·200 = 1257 rad/s
XL = ωL = 1257·0,05 = 62,83 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(1257·10·10⁻⁶) = 79,58 Ω

Empedans

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(10² + (−16,75)²) = 19,5 Ω

Akım

Seri devrenin her elemanından aynı akım geçer.

I = V/|Z| = 230/19,5 = 11,79 A

Cevap

I = 11,79 A
11.AC güç ve güç faktörü

Cevap: X = 7,224 Ω

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.

Aktif güçten direnç

R = P/I² = 3570/17,5² = 11,66 Ω

Empedanstan reaktans

|Z| = V/I = 240/17,5 = 13,71 Ω
X = √(|Z|² − R²) = √(13,71² − 11,66²) = 7,224 Ω

Cevap

X = 7,224 Ω
12.AC güç ve güç faktörü

Cevap: C = 884,2 µF

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.

Eşlenik uyum

Yük reaktansı kaynak reaktansını götürür ve yük direnci kaynak direncine eşittir.

ZL = Zs* = 8 − j3 Ω

Kapasitans

XC = 3 Ω → C = 1/(2π·60·3) = 884,2 µF

Cevap

C = 884,2 µF
13.Üç fazlı güç

Cevap: IL = 19,4 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 = 18,5/0,95 = 19,47 kW

Hat akımı

IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 19474/(√3·690·0,84) = 19,4 A

Cevap

IL = 19,4 A
14.Üç fazlı güç

Cevap: QC = 82,98 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 = 150·tan(acos 0,75) = 150·0,8819 = 132,3 kvar
Q2 = 150·tan(acos 0,95) = 150·0,3287 = 49,3 kvar

Kondansatörlerin sağladığı reaktif güç

QC = Q1 − Q2 = 82,98 kvar

Cevap

QC = 82,98 kvar
15.Transformatörler

Cevap: IHV = 45,45 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 = 500000/11000 = 45,45 A

Cevap

IHV = 45,45 A
16.Transformatörler

Cevap: Ploss = 601,6 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 = 0,5625·625 = 351,6 W

Toplam kayıplar

Demir kaybı her yükte aynıdır.

Ploss = 250 + 351,6 = 601,6 W

Cevap

Ploss = 601,6 W

Bu yükteki verim η = 98,25%.

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