a–b uçlarından görülen Thévenin gerilimi Vth değerini bulun.
V1 = 30 VR1 = 15 ΩR2 = 15 ΩR3 = 5 Ω
Vth = V
6.Thévenin ve NortonZor
a–b uçlarından görülen Thévenin gerilimi Vth değerini bulun.
V1 = 9 VIs = 5 AR1 = 2 ΩR2 = 2 ΩR3 = 5 Ω
Vth = V
7.RC ve RL geçici rejimOrta
Anahtar t = 0’da kapanmadan önce bobinden akım geçmez. t = 50 ms anında bobinde depolanan enerji W değerini mJ cinsinden bulun.
Vs = 5 VR = 5 ΩL = 220 mHt = 50 ms
W = mJ
8.RC ve RL geçici rejimZor
Bir zamanlayıcı, t = 0’da 15 V’luk bir kaynaktan bir direnç üzerinden yüksüz bir kondansatörü doldurmaya başlıyor. Kondansatör gerilimi 9 V’a ulaştığında, başlangıçtan tam 500 ms sonra tetiklemelidir. C = 47 µF ile gereken direnç R değerini bulun.
Vs = 15 VVth = 9 VT = 500 msC = 47 µF
R = kΩ
9.AC empedans ve fazörlerOrta
Seri bir RLC devresi 50 V (rms), 200 Hz bir kaynağa bağlı. Devrenin güç faktörü cos φ değerini bulun.
V = 50 V (rms)f = 200 HzR = 80 ΩL = 150 mHC = 10 µF
cos φ =
10.AC empedans ve fazörlerZor
Seri bir RLC devresi 230 V (rms), 200 Hz bir kaynağa bağlı. Rms akım I değerini bulun.
V = 230 V (rms)f = 200 HzR = 20 ΩL = 150 mHC = 100 µF
I = A
11.AC güç ve güç faktörüOrta
Empedansı Z = 20 + j15 Ω olan bir yük 240 V (rms)’lik tek fazlı bir kaynağa bağlıdır. Çektiği reaktif güç Q değerini bulun.
V = 240 VZ = 20 + j15 Ω
Q = var
12.AC güç ve güç faktörüZor
Tek fazlı bir yük 230 V, 60 Hz’lik bir kaynaktan 0,65 geri güç faktöründe 18 kW çekiyor. Yüke paralel olarak 150 µF’lık bir kondansatör bağlanıyor. Kaynağın gördüğü yeni güç faktörü cos φ değerini bulun.
P = 18 kWpf1 = 0,65V = 230 Vf = 60 HzC = 150 µF
cos φ =
13.Üç fazlı güçOrta
Üç fazlı bir asenkron motor tam yükte 90 kW mekanik çıkış gücü veriyor. Bu yükte verimi %93 ve güç faktörü 0,82 geri. Kaynağın fazlar arası gerilimi 690 V. Hat akımı IL değerini bulun.
Pout = 90 kWη = 93%cos φ = 0,82VL = 690 V
IL = A
14.Üç fazlı güçZor
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. Kondansatör grubunun sağlaması gereken toplam reaktif güç QC değerini kvar cinsinden bulun.
P = 75 kWpf1 = 0,75pf2 = 0,9VL = 480 Vf = 60 Hz
QC = kvar
15.TransformatörlerOrta
Çıkış direnci 128 Ω olan bir yükselteç, ideal bir transformatör üzerinden 8 Ω’luk bir hoparlörü sürüyor. En büyük güç aktarımı için hoparlör yükseltece 128 Ω olarak görünmelidir. Sarım oranı a = N₁/N₂ değerini bulun.
Rs = 128 ΩRL = 8 Ω
a =
16.TransformatörlerZor
Tek fazlı 50 kVA bir transformatörün demir kaybı 150 W’tır. Anma yükünde ve 0,8 geri güç faktöründe verimi %98,5’dir. Tam yükteki bakır kaybı Pcu,fl değerini watt cinsinden bulun.
S = 50 kVAPcore = 150 Wpf = 0,8η = 98,5%
Pcu,fl = W
3Çözeltiler
1.Seri ve paralel dirençler
Cevap: Req = 10,77 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.
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 = 3 + 6 = 9 Ω
R2 ∥ 9 = 4·9/(4+9) = 2,769 Ω
Req = R1 + 2,769 = 8 + 2,769 = 10,77 Ω
Cevap
Req = 10,77 Ω
2.Seri ve paralel dirençler
Cevap: IR1 = 1,992 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.
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 = 2 + 2 = 4 Ω
R4 ∥ 4 = 1,333 Ω
R3 + 1,333 = 31,33 Ω
R2 ∥ 31,33 = 5,036 Ω
Req = R1 + 5,036 = 4 + 5,036 = 9,036 Ω
Kaynaktan çekilen akım
Kaynak yalnızca Req’yi görür; Ohm yasası verdiği akımı bulur. Bu akım R₁’den geçer.
IR1 = V1/Req = 18/9,036 = 1,992 A
Cevap
IR1 = 1,992 A
3.Düğüm analizi
Cevap: IR3 = −0,1556 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.
Düğümleri belirleyin
Toprak alttaki teldir. Bilinen düğüm gerilimleri doğrudan kaynaklardan gelir (V1 = 24 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/15 + (VA − 24)/10 + (VA − VB)/10 = 0
0,2667·VA − 0,1·VB = 2,4
B düğümünde KAY
B düğümünden dirençler üzerinden çıkan akımlar, kaynakların B düğümüne verdiği akıma eşittir.
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.
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/10 + (VA − 12)/20 + (VA − VB)/25 = 0
0,19·VA − 0,04·VB = 0,6
B düğümünde KAY
B düğümünden dirençler üzerinden çıkan akımlar, kaynakların B düğümüne verdiği akıma eşittir.
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.
Tüm kaynaklar kapalıyken Rth’yi bulun
Gerilim kaynaklarını kısa devre, akım kaynaklarını açık devreyle değiştirin, sonra devreye a–b’den bakın.
R1 ∥ R2 = 15·15/(15+15) = 7,5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 7,5 + 5 = 12,5 Ω
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) = 30·15/(15+15) = 15 V
6.Thévenin ve Norton
Cevap: Vth = −25,5 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.
Tüm kaynaklar kapalıyken Rth’yi bulun
Gerilim kaynaklarını kısa devre, akım kaynaklarını açık devreyle değiştirin, sonra devreye a–b’den bakın.
R1 ∥ R2 = 2·2/(2+2) = 1 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1 + 5 = 6 Ω
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) = 4,5 + (−5)·1 = −0,5 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −0,5 + (−5)·5 = −25,5 V
7.RC ve RL geçici rejim
Cevap: W = 50,72 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 = 220 mH / 5 Ω = 44 ms
i(∞) = Vs/R = 5/5 = 1 A
Verilen andaki akım
i(t) = 1·(1 − e−50/44) = 0,679 A
Depolanan enerji
W = ½·L·i² = ½·220·0,679² = 50,72 mJ
Cevap
W = 50,72 mJ
8.RC ve RL geçici rejim
Cevap: R = 11,61 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
9 = 15·(1 − e−500/τ) → τ = 500/ln(15/(15 − 9))
τ = 500/0,9163 = 545,7 ms
Direnç
kΩ çarpı µF milisaniye verir.
R = τ/C = 545,7/47 = 11,61 kΩ
Cevap
R = 11,61 kΩ
9.AC empedans ve fazörler
Cevap: cos φ = 0,592
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 = 188,5 Ω, XC = 79,58 Ω
Empedans
|Z| = √(80² + (108,9)²) = 135,1 Ω
Güç faktörü
cos φ = R/|Z| = 80/135,1 = 0,592
Devre endüktiftir, bu yüzden güç faktörü geridir.
Cevap
cos φ = 0,592
10.AC empedans ve fazörler
Cevap: I = 1,266 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 = 1257·0,15 = 188,5 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(1257·100·10⁻⁶) = 7,958 Ω
Empedans
Seride empedanslar karmaşık sayılar olarak toplanır: Z = R + j(XL − XC).
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.
Akım
|Z| = √(20² + 15²) = 25 Ω
I = V/|Z| = 240/25 = 9,6 A
Reaktif güç
Q = I²·X = 9,6²·15 = 1382 var
Cevap
Q = 1382 var
12.AC güç ve güç faktörü
Cevap: cos φ = 0,7061
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 = 18·tan(arccos 0,65) = 21,04 kvar
QC = V²·2πf·C = 230²·2π·60·150·10⁻⁶ = 2991 var = 2,991 kvar
Q2 = 21,04 − 2,991 = 18,05 kvar
Yeni görünür güç
S2 = √(18² + 18,05²) = 25,49 kVA
Yeni güç faktörü
cos φ = P/S2 = 18/25,49 = 0,7061
Cevap
cos φ = 0,7061
13.Üç fazlı güç
Cevap: IL = 98,75 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 = 90/0,93 = 96,77 kW
Hat akımı
IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 96774/(√3·690·0,82) = 98,75 A
Cevap
IL = 98,75 A
14.Üç fazlı güç
Cevap: QC = 29,82 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 = 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
Cevap
QC = 29,82 kvar
15.Transformatörler
Cevap: a = 4
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 = 128
a = √(128/8) = √16 = 4
Cevap
a = 4
16.Transformatörler
Cevap: Pcu,fl = 459,1 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.