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​ = 6 ΩIR1​R3​ = 6 Ω+−V1​12 VR2​12 ΩAR4​6 ΩB

Kaynağın verdiği ve R1 üzerinden geçen IR1 akımını bulun.

V1 = 12 VR1 = 6 ΩR2 = 12 ΩR3 = 6 ΩR4 = 6 Ω
IR1 = A
2.Seri ve paralel dirençlerZor
R1​ = 3 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​6 VR2​6 ΩAR4​20 ΩBR6​15 Ω

V1 kaynağının gördüğü eşdeğer direnç Req değerini bulun.

V1 = 6 VR1 = 3 ΩR2 = 6 ΩR3 = 4 ΩR4 = 20 ΩR5 = 20 ΩR6 = 15 Ω
Req = Ω
3.Düğüm analiziOrta
R1​ = 8 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​18 VR2​2 ΩAR4​5 ΩBIs​2,5 A

Düğüm analizi kullanarak Is akım kaynağının verdiği güç PIs değerini bulun.

V1 = 18 VIs = 2,5 AR1 = 8 ΩR2 = 2 ΩR3 = 12 ΩR4 = 5 Ω
PIs = W
4.Düğüm analiziZor
R1​ = 3 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​10 VR2​3 ΩAR4​30 ΩB0,05·VA​

Eşkenar dörtgen, B düğümüne yukarı doğru 0,05·VA akımını (A cinsinden, VA V cinsinden) iten gerilim kontrollü bir akım kaynağıdır. Düğüm analizi kullanarak VB düğüm gerilimini (topraktan ölçülen) bulun.

V1 = 10 VR1 = 3 ΩR2 = 3 ΩR3 = 20 ΩR4 = 30 Ωg = 0,05 A/V
VB = V
5.Thévenin ve NortonOrta
R1​ = 4 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​15 VR2​8 ΩAab

a–b uçlarından görülen Thévenin gerilimi Vth değerini bulun.

V1 = 15 VR1 = 4 ΩR2 = 8 ΩR3 = 3 Ω
Vth = V
6.Thévenin ve NortonZor
R1​ = 5 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​9 VR2​3 ΩAIs​1,5 ABab

a–b uçlarından görülen Thévenin gerilimi Vth değerini bulun.

V1 = 9 VIs = 1,5 AR1 = 5 ΩR2 = 3 ΩR3 = 4 Ω
Vth = V
7.RC ve RL geçici rejimOrta
+−Vs​10 Vt = 0R1​ = 3,3 kΩR2​ = 1 kΩC22 µF+−vC​

Vₛ kaynağı kondansatörü R₁ üzerinden doldurur ve R₂, C’ye paralel bağlıdır. Anahtar t = 0’da kapandığında kondansatör boştur. t = 40 ms anında kondansatör gerilimi vC değerini bulun.

Vs = 10 VR1 = 3,3 kΩR2 = 1 kΩC = 22 µFt = 40 ms
vC = V
8.RC ve RL geçici rejimZor
+−Vs​5 Vt = 0R = 10 kΩC?+−vC​

Bir zamanlayıcı, t = 0’da 5 V’luk bir kaynaktan bir direnç üzerinden yüksüz bir kondansatörü doldurmaya başlıyor. Kondansatör gerilimi 4 V’a ulaştığında, başlangıçtan tam 1000 ms sonra tetiklemelidir. R = 10 kΩ ile gereken kapasite C değerini bulun.

Vs = 5 VVth = 4 VT = 1000 msR = 10 kΩ
C = µF
9.AC empedans ve fazörlerOrta
Vf0​ = 50 HzRL = ?C = 4,7 µF

C = 4,7 µF olan seri bir RLC devresi 50 Hz’de rezonansa girmelidir. Gereken endüktans L değerini bulun.

f0 = 50 HzC = 4,7 µF
L = mH
10.AC empedans ve fazörlerZor
24 V200 HzR = 40 ΩL = 250 mHC = 2,2 µF

Seri bir RLC devresi 24 V (rms), 200 Hz bir kaynağa bağlı. Devrenin rezonans frekansı f0 değerini bulun.

V = 24 V (rms)f = 200 HzR = 40 ΩL = 250 mHC = 2,2 µF
f0 = Hz
11.AC güç ve güç faktörüOrta
P = 9 kWQSφ

Tek fazlı bir motor, 400 V bir kaynaktan 0,8 geri güç faktöründe 9 kW çekiyor. Hat akımı I değerini bulun.

P = 9 kWpf = 0,8V = 400 V
I = A
12.AC güç ve güç faktörüZor
P = 5 kWQ1​S1​φ1​QC​

Tek fazlı bir yük, 230 V, 50 Hz bir kaynaktan 0,7 geri güç faktöründe 5 kW çekiyor. Paralel bağlanan bir kondansatör güç faktörünü 0,92 değerine yükseltiyor. Gereken kapasitans C değerini bulun.

P = 5 kWpf1 = 0,7pf2 = 0,92V = 230 Vf = 50 Hz
C = µF
13.Üç fazlı güçOrta
ABCVL​ = 400 VNZ = 6 + j8 Ωfaz başına

Faz başına empedansı 6 + j8 Ω olan dengeli Y bağlı bir yük, fazlar arası gerilimi 400 V olan dengeli üç fazlı bir kaynağa bağlanmıştır. Yükün çektiği toplam aktif güç P değerini kW cinsinden bulun.

VL = 400 VZ = 6 + j8 Ω faz başına
P = kW
14.Üç fazlı güçZor
P = 300 kWφ1​S1​Q2​QC​

Dengeli üç fazlı bir yük, 690 V (fazlar arası), 60 Hz bir kaynaktan 0,78 geri güç faktöründe 300 kW çekiyor. Yüke paralel bağlanan üç fazlı bir kondansatör grubu toplam güç faktörünü 0,98 geriye yükseltmelidir. Aktif güç aynı kalır. Kondansatörler Y bağlıdır. Her kondansatörün kapasitansı Cph değerini µF cinsinden bulun.

P = 300 kWpf1 = 0,78pf2 = 0,98VL = 690 Vf = 60 Hz
Cph = µF
15.TransformatörlerOrta
8 ΩN1​N2​800 Ω

Çıkış direnci 800 Ω olan bir yükselteç, ideal bir transformatör üzerinden 8 Ω’luk bir hoparlörü sürüyor. En büyük güç aktarımı için hoparlör yükseltece 800 Ω olarak görünmelidir. Sarım oranı a = N₁/N₂ değerini bulun.

Rs = 800 ΩRL = 8 Ω
a =
16.TransformatörlerZor
500 kVA

Tek fazlı 500 kVA bir transformatörün demir kaybı 4000 W, anma yükündeki bakır kaybı 10000 W’tır. Verimi hangi yükte Sη,max, kVA cinsinden, en yüksektir?

S = 500 kVAPcore = 4000 WPcu,fl = 10000 W
Sη,max = kVA

3Çözeltiler

1.Seri ve paralel dirençler

Cevap: IR1 = 1 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​ = 6 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​12 VR2​12 ΩAR4​6 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 + 6 = 12 Ω
R2 ∥ 12 = 12·12/(12+12) = 6 Ω
Req = R1 + 6 = 6 + 6 = 12 Ω

Kaynaktan çekilen akım

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

IR1 = V1/Req = 12/12 = 1 A

Cevap

IR1 = 1 A
2.Seri ve paralel dirençler

Cevap: Req = 7,416 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​ = 3 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​6 VR2​6 ΩAR4​20 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 = 20 + 15 = 35 Ω
R4 ∥ 35 = 12,73 Ω
R3 + 12,73 = 16,73 Ω
R2 ∥ 16,73 = 4,416 Ω
Req = R1 + 4,416 = 3 + 4,416 = 7,416 Ω

Cevap

Req = 7,416 Ω
3.Düğüm analizi

Cevap: PIs = 25,27 W

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

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

VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/2 + (VA − 18)/8 + (VA − VB)/12 = 0
0,7083·VA − 0,08333·VB = 2,25

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 = 2,5
−0,08333·VA + 0,2833·VB = 2,5

Çözün

Δ = (0,7083)(0,2833) − (−0,08333)(−0,08333) = 0,1938
VA = Δ1/Δ = 0,8458/0,1938 = 4,366 V
VB = Δ2/Δ = 1,958/0,1938 = 10,11 V

Akım kaynağının verdiği güç

Kaynak Iₛ’yi topraktan (0 V) VB’e, yukarı doğru B düğümüne iter. Akımı + ucundan çıkan bir kaynak P = V·I güç verir.

PIs = VB·Is = 10,11·2,5 = 25,27 W

Cevap

PIs = 25,27 W
4.Düğüm analizi

Cevap: VB = 6,091 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.

A düğümünde KAY

Dirençler üzerinden A’dan çıkan akımlar, kaynakların A’ya ittiği akıma eşittir.

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
0,7167·VA − 0,05·VB = 3,333

B düğümünde KAY

Bağımlı kaynak B düğümüne g·VA iter. Onu bağımsız bir kaynak gibi ele alın, sonra VA terimini sol tarafa taşıyın.

(VB − VA)/R3 + VB/R4 = 0,05·VA
−0,1·VA + 0,08333·VB = 0

Çözün

Δ = (0,7167)(0,08333) − (−0,05)(−0,1) = 0,05472
VA = Δ1/Δ = 0,2778/0,05472 = 5,076 V
VB = Δ2/Δ = 0,3333/0,05472 = 6,091 V

Cevap

VB = 6,091 V
5.Thévenin ve Norton

Cevap: Vth = 10 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​ = 4 ΩR3​ = 3 ΩKISA DEVRER2​8 ΩAabRth​

Tüm kaynaklar kapalıyken Rth’yi bulun

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

R1 ∥ R2 = 4·8/(4+8) = 2,667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,667 + 3 = 5,667 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​15 VR2​8 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) = 15·8/(4+8) = 10 V
6.Thévenin ve Norton

Cevap: Vth = 12,19 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​ = 4 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 + 4 = 5,875 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​9 VR2​3 ΩAIs​1,5 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) = 3,375 + 1,5·1,875 = 6,188 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 6,188 + 1,5·4 = 12,19 V
7.RC ve RL geçici rejim

Cevap: vC = 2,108 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 = 3,3·1/(3,3 + 1) = 0,7674 kΩ
vC(∞) = 10·1/(3,3 + 1) = 2,326 V

Zaman sabiti

τ = Rth·C = 0,7674·22 = 16,88 ms

Şarj eğrisi

vC(t) = 2,326·(1 − e−40/16,88) = 2,108 V

Cevap

vC = 2,108 V
8.RC ve RL geçici rejim

Cevap: C = 62,13 µF

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

4 = 5·(1 − e−1000/τ) → τ = 1000/ln(5/(5 − 4))
τ = 1000/1,609 = 621,3 ms

Kapasitans

kΩ çarpı µF milisaniye verir.

C = τ/R = 621,3/10 = 62,13 µF

Cevap

C = 62,13 µF
9.AC empedans ve fazörler

Cevap: L = 2156 mH

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 koşulu

Rezonansta endüktif ve kapasitif reaktanslar birbirini götürür: ωL = 1/(ωC).

ω₀ = 2π·50 = 314,2 rad/s
L = 1/(ω₀²·C) = 1/(314,2²·4,7·10⁻⁶) = 2156 mH

Cevap

L = 2156 mH
10.AC empedans ve fazörler

Cevap: f0 = 214,6 Hz

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 endüktif ve kapasitif reaktanslar birbirini götürür: ωL = 1/(ωC). Kaynak frekansı önemli değildir.

f0 = 1/(2π√(LC)) = 1/(2π·√(0,25·2,2·10⁻⁶)) = 214,6 Hz

Cevap

f0 = 214,6 Hz
11.AC güç ve güç faktörü

Cevap: I = 28,13 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) = 9000/(400·0,8) = 28,13 A

Cevap

I = 28,13 A
12.AC güç ve güç faktörü

Cevap: C = 178,8 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.

Önce ve sonra reaktif güç

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

Q1 = P·tan φ1 = 5·tan(45,57°) = 5,101 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 5·tan(23,07°) = 2,13 kvar
QC = Q1 − Q2 = 2,971 kvar

Kapasitans

Kaynağa bağlı bir kondansatör Q = V²·ωC sağlar.

C = QC/(2πf·V²) = 2971/(2π·50·230²) = 178,8 µF

Cevap

C = 178,8 µF
13.Üç fazlı güç

Cevap: P = 9,6 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 = 400/√3 = 230,9 V

Faz akımı

|Z| = √(6² + 8²) = 10 Ω
Iph = 230,9/10 = 23,09 A

Toplam aktif güç

Her empedansın yalnızca dirençli kısmı aktif güç harcar.

P = 3·Iph²·R = 3·23,09²·6 = 9,6 kW

Cevap

P = 9,6 kW

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

14.Üç fazlı güç

Cevap: Cph = 1002 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 = 300·tan(acos 0,78) = 300·0,8023 = 240,7 kvar
Q2 = 300·tan(acos 0,98) = 300·0,2031 = 60,92 kvar

Kondansatörlerin sağladığı reaktif güç

QC = Q1 − Q2 = 179,8 kvar

Faz başına kapasitans

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

V = 690/√3 = 398,4 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 59922/(377·398,4²) = 1002 µF

Cevap

Cph = 1002 µF
15.Transformatörler

Cevap: a = 10

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 yükü eşleyin

a²·8 = 800
a = √(800/8) = √100 = 10

Cevap

a = 10
16.Transformatörler

Cevap: Sη,max = 316,2 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

x²·10000 = 4000 → x = √(4000/10000) = 0,6325

En yüksek verimdeki yük

Sη,max = x·S = 0,6325·500 = 316,2 kVA

Cevap

Sη,max = 316,2 kVA

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