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 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAR4​20 ΩB

V1 kaynağının gördüğü eşdeğer direnç Req değerini bulun.

V1 = 9 VR1 = 20 ΩR2 = 15 ΩR3 = 5 ΩR4 = 20 Ω
Req = Ω
2.Seri ve paralel dirençlerZor
R1​ = 20 ΩR3​ = 30 ΩR5​ = 5 Ω+−V1​6 VR2​25 ΩAR4​4 ΩBR6​5 Ω

V1 kaynağının gördüğü eşdeğer direnç Req değerini bulun.

V1 = 6 VR1 = 20 ΩR2 = 25 ΩR3 = 30 ΩR4 = 4 ΩR5 = 5 ΩR6 = 5 Ω
Req = Ω
3.Düğüm analiziOrta
R1​ = 20 ΩR3​ = 5 ΩIR3​+−V1​18 VR2​12 ΩAR4​15 ΩBIs​4 A

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

V1 = 18 VIs = 4 AR1 = 20 ΩR2 = 12 ΩR3 = 5 ΩR4 = 15 Ω
IR3 = A
4.Düğüm analiziZor
R1​ = 8 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​5 VR2​20 ΩAR4​8 ΩB0,4·VA​

Eşkenar dörtgen, B düğümüne yukarı doğru 0,4·VA akımını (A cinsinden, VA V cinsinden) iten gerilim kontrollü bir akım kaynağıdır. Düğüm analizi kullanarak VA düğüm gerilimini (topraktan ölçülen) bulun.

V1 = 5 VR1 = 8 ΩR2 = 20 ΩR3 = 15 ΩR4 = 8 Ωg = 0,4 A/V
VA = V
5.Thévenin ve NortonOrta
R1​ = 5 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​6 VR2​2 ΩAab

a–b uçlarından görülen Thévenin direnci Rth değerini bulun.

V1 = 6 VR1 = 5 ΩR2 = 2 ΩR3 = 8 Ω
Rth = Ω
6.Thévenin ve NortonZor
R1​ = 30 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​15 VR2​3 ΩAIs​6 ABab

a–b uçlarından görülen Thévenin gerilimi Vth değerini bulun.

V1 = 15 VIs = 6 AR1 = 30 ΩR2 = 3 ΩR3 = 25 Ω
Vth = V
7.RC ve RL geçici rejimOrta
+−Vs​24 Vt = 0R = 47 ΩL33 mHi(t)

Anahtar t = 0’da kapanmadan önce bobinden akım geçmez. Devre kararlı hâle geldiğinde bobinde depolanan enerji W(∞) değerini mJ cinsinden bulun.

Vs = 24 VR = 47 ΩL = 33 mH
W(∞) = mJ
8.RC ve RL geçici rejimZor
+−Vs​15 Vt = 0R = 22 kΩC?+−vC​

Bir zamanlayıcı, t = 0’da 15 V’luk bir kaynaktan bir direnç üzerinden yüksüz bir kondansatörü doldurmaya başlıyor. Kondansatör gerilimi 13,5 V’a ulaştığında, başlangıçtan tam 20 ms sonra tetiklemelidir. R = 22 kΩ ile gereken kapasite C değerini bulun.

Vs = 15 VVth = 13,5 VT = 20 msR = 22 kΩ
C = µF
9.AC empedans ve fazörlerOrta
10 V200 HzR = 40 ΩL = 100 mHC = 10 µF

Seri bir RLC devresi 10 V (rms), 200 Hz bir kaynağa bağlı. Empedansın faz açısı φ değerini derece cinsinden bulun (akım gerilimden geride olduğunda pozitif).

V = 10 V (rms)f = 200 HzR = 40 ΩL = 100 mHC = 10 µF
φ = °
10.AC empedans ve fazörlerZor
24 Vf0​R = 15 ΩL = 10 mHC = 4,7 µF

Seri bir RLC devresi, frekansı devrenin rezonans frekansına ayarlanmış 24 V (rms)’lik bir kaynakla sürülüyor. Bobin üzerindeki rms gerilim VL değerini bulun.

V = 24 V (rms)R = 15 ΩL = 10 mHC = 4,7 µF
VL = V
11.AC güç ve güç faktörüOrta
P = 19 kWQSφ

Tek fazlı bir motor, 400 V bir kaynaktan 0,6 geri güç faktöründe 19 kW çekiyor. Hat akımı I değerini bulun.

P = 19 kWpf = 0,6V = 400 V
I = A
12.AC güç ve güç faktörüZor
240 V50 Hzyük13 kW, 0,65C150 µFI = ?

Tek fazlı bir yük 240 V, 50 Hz’lik bir kaynaktan 0,65 geri güç faktöründe 13 kW çekiyor. Yüke paralel olarak 150 µF’lık bir kondansatör bağlanıyor. Yeni hat akımı I değerini bulun.

P = 13 kWpf1 = 0,65V = 240 Vf = 50 HzC = 150 µF
I = A
13.Üç fazlı güçOrta
ABCVL​ = 690 VIL​ = ?M15 kW, η = 93%cos φ = 0,9

Üç fazlı bir asenkron motor tam yükte 15 kW mekanik çıkış gücü veriyor. Bu yükte verimi %93 ve güç faktörü 0,9 geri. Kaynağın fazlar arası gerilimi 690 V. Hat akımı IL değerini bulun.

Pout = 15 kWη = 93%cos φ = 0,9VL = 690 V
IL = A
14.Üç fazlı güçZor
P = 75 kWφ1​S1​Q2​QC​

Dengeli üç fazlı bir yük, 480 V (fazlar arası), 60 Hz bir kaynaktan 0,75 geri güç faktöründe 75 kW çekiyor. Yüke paralel bağlanan üç fazlı bir kondansatör grubu toplam güç faktörünü 0,9 geriye yükseltmelidir. Aktif güç aynı kalır. Kondansatörler Y bağlıdır. Her kondansatörün kapasitansı Cph değerini µF cinsinden bulun.

P = 75 kWpf1 = 0,75pf2 = 0,9VL = 480 Vf = 60 Hz
Cph = µF
15.TransformatörlerOrta
RL​ = 48 Ω41480 VV2​I1​ = ?I2​

Sarım oranı N₁:N₂ = 4:1 olan ideal bir transformatörün primer sargısına 480 V uygulanıyor. Sekonder sargının uçlarına 48 Ω’luk bir direnç bağlanmıştır. Primer akım I1 değerini bulun.

N1:N2 = 4:1V1 = 480 VRL = 48 Ω
I1 = A
16.TransformatörlerZor
500 kVA

Tek fazlı 500 kVA bir transformatörün demir kaybı 3000 W, anma yükündeki bakır kaybı 9000 W’tır. Verimi hangi yükte Sη,max, kVA cinsinden, en yüksektir?

S = 500 kVAPcore = 3000 WPcu,fl = 9000 W
Sη,max = kVA

3Çözeltiler

1.Seri ve paralel dirençler

Cevap: Req = 29,38 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​ = 20 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAR4​20 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 = 5 + 20 = 25 Ω
R2 ∥ 25 = 15·25/(15+25) = 9,375 Ω
Req = R1 + 9,375 = 20 + 9,375 = 29,38 Ω

Cevap

Req = 29,38 Ω
2.Seri ve paralel dirençler

Cevap: Req = 34,2 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​ = 20 ΩR3​ = 30 ΩR5​ = 5 Ω+−V1​6 VR2​25 ΩAR4​4 ΩBR6​5 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 = 5 + 5 = 10 Ω
R4 ∥ 10 = 2,857 Ω
R3 + 2,857 = 32,86 Ω
R2 ∥ 32,86 = 14,2 Ω
Req = R1 + 14,2 = 20 + 14,2 = 34,2 Ω

Cevap

Req = 34,2 Ω
3.Düğüm analizi

Cevap: IR3 = −1,936 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​ = 20 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​18 VR2​12 ΩAR4​15 ΩBIs​4 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/12 + (VA − 18)/20 + (VA − VB)/5 = 0
0,3333·VA − 0,2·VB = 0,9

B düğümünde KAY

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

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/15 + (VB − VA)/5 = 4
−0,2·VA + 0,2667·VB = 4

Çözün

Δ = (0,3333)(0,2667) − (−0,2)(−0,2) = 0,04889
VA = Δ1/Δ = 1,04/0,04889 = 21,27 V
VB = Δ2/Δ = 1,513/0,04889 = 30,95 V

Cevap

IR3 = (VA − VB)/R3 = (21,27 − 30,95)/5 = −1,936 A
4.Düğüm analizi

Cevap: VA = 7,877 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
0,2417·VA − 0,06667·VB = 0,625

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 = 0,4·VA
−0,4667·VA + 0,1917·VB = 0

Çözün

Δ = (0,2417)(0,1917) − (−0,06667)(−0,4667) = 0,01521
VA = Δ1/Δ = 0,1198/0,01521 = 7,877 V
VB = Δ2/Δ = 0,2917/0,01521 = 19,18 V

Cevap

VA = 7,877 V
5.Thévenin ve Norton

Cevap: Rth = 9,429 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​ = 8 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 = 5·2/(5+2) = 1,429 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,429 + 8 = 9,429 Ω
6.Thévenin ve Norton

Cevap: Vth = 167,7 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​ = 30 ΩR3​ = 25 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 + 25 = 27,73 Ω
R1​ = 30 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​15 VR2​3 ΩAIs​6 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) = 1,364 + 6·2,727 = 17,73 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 17,73 + 6·25 = 167,7 V
7.RC ve RL geçici rejim

Cevap: W(∞) = 4,302 mJ

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 / 47 Ω = 0,7021 ms
i(∞) = Vs/R = 24/47 = 0,5106 A

Depolanan enerji

W(∞) = ½·L·i(∞)² = ½·33·0,5106² = 4,302 mJ

Cevap

W(∞) = 4,302 mJ
8.RC ve RL geçici rejim

Cevap: C = 0,3948 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

13,5 = 15·(1 − e−20/τ) → τ = 20/ln(15/(15 − 13,5))
τ = 20/2,303 = 8,686 ms

Kapasitans

kΩ çarpı µF milisaniye verir.

C = τ/R = 8,686/22 = 0,3948 µF

Cevap

C = 0,3948 µF
9.AC empedans ve fazörler

Cevap: φ = 49,04 °

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 = 1257·0,1 = 125,7 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) = √(40² + (46,09)²) = 61,02 Ω

Faz açısı

φ = arctan((XL − XC)/R) = arctan(46,09/40) = 49,04°

Cevap

φ = 49,04°
10.AC empedans ve fazörler

Cevap: VL = 73,8 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/√(0,01·4,7·10⁻⁶) = 4613 rad/s
I = V/R = 24/15 = 1,6 A

Bobin üzerindeki gerilim

XL = ω₀L = 4613·0,01 = 46,13 Ω
VL = I·XL = 1,6·46,13 = 73,8 V

Cevap

VL = 73,8 V

Bu, kaynak geriliminin Q = 3,075 katıdır.

11.AC güç ve güç faktörü

Cevap: I = 79,17 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) = 19000/(400·0,6) = 79,17 A

Cevap

I = 79,17 A
12.AC güç ve güç faktörü

Cevap: I = 75,1 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.

Önce ve sonra reaktif güç

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

Q1 = 13·tan(arccos 0,65) = 15,2 kvar
QC = V²·2πf·C = 240²·2π·50·150·10⁻⁶ = 2714 var = 2,714 kvar
Q2 = 15,2 − 2,714 = 12,48 kvar

Yeni görünür güç

S2 = √(13² + 12,48²) = 18,02 kVA

Yeni hat akımı

I = S2/V = 18024/240 = 75,1 A

Cevap

I = 75,1 A
13.Üç fazlı güç

Cevap: IL = 15 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 = 15/0,93 = 16,13 kW

Hat akımı

IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 16129/(√3·690·0,9) = 15 A

Cevap

IL = 15 A
14.Üç fazlı güç

Cevap: Cph = 343,3 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 = 75·tan(acos 0,75) = 75·0,8819 = 66,14 kvar
Q2 = 75·tan(acos 0,9) = 75·0,4843 = 36,32 kvar

Kondansatörlerin sağladığı reaktif güç

QC = Q1 − Q2 = 29,82 kvar

Faz başına kapasitans

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

V = 480/√3 = 277,1 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 9940/(377·277,1²) = 343,3 µF

Cevap

Cph = 343,3 µF
15.Transformatörler

Cevap: I1 = 0,625 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.

Sekonder gerilim ve akım

V2 = 480/4 = 120 V
I2 = 120/48 = 2,5 A

Primer akım

İdeal bir transformatörün kaybı yoktur: V₁·I₁ = V₂·I₂.

I1 = I2/4 = 0,625 A

Cevap

I1 = 0,625 A

Kontrol: primerden görülen yük a²·RL = 768 Ω’dur ve 480/768 aynı akımı verir.

16.Transformatörler

Cevap: Sη,max = 288,7 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

x²·9000 = 3000 → x = √(3000/9000) = 0,5774

En yüksek verimdeki yük

Sη,max = x·S = 0,5774·500 = 288,7 kVA

Cevap

Sη,max = 288,7 kVA

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