Güç Sistemleri ve Elektrik Makineleri: hızlı tekrar paketi

Formül kâğıtları, her konunun temel yöntem adımları ve 10 alıştırma sorusu; tam çözümler en sonda.

Yeni sorular Derse dön

Yazdırma penceresinde, bir kopyayı cihazınızda saklamak için “PDF olarak kaydet” seçeneğini seçin.

1Formüller ve yöntemler

Üç fazlı güç

Y bağlantı: V_L = √3·V_ph, I_L = I_ph
Δ bağlantı: V_L = V_ph, I_L = √3·I_ph
Toplam aktif güç: P = √3·V_L·I_L·cos φ = 3·I_ph²·R
Görünür ve reaktif güç: S = √3·V_L·I_L, Q = P·tan φ
Kompanzasyon kondansatörleri: Q_C = P(tan φ₁ − tan φ₂), C = Q_C/(3ωV²)
Her kondansatör üzerindeki gerilim: Δ: V_L Y: V_L/√3
Motor giriş gücü: P_in = P_out/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·Z_L
Kısmi yükte bakır kaybı: P_cu = x²·P_cu,fl
Verim: η = x·S·pf/(x·S·pf + P_core + x²·P_cu,fl)
En yüksek verim: x = √(P_core/P_cu,fl)

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: Q_C = P(tan φ₁ − tan φ₂), C = Q_C/(ωV²)

AC empedans ve fazörler

Empedanslar: Z_R = R, Z_L = jωL, Z_C = 1/(jωC)
Açısal frekans: ω = 2πf
Genlik ve açı: |Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
Fazör biçiminde Ohm yasası: V = I·Z

Yöntem

Frekansı çevirin: ω = 2πf.
Her reaktansı bulun: X_L = ωL ve X_C = 1/(ωC).
Empedansları dirençler gibi Z = R + jX ile toplayın.
|Z| = √(R² + X²) büyüklüğünü ve φ = atan(X/R) açısını bulun, sonra fazörlerle Ohm yasasını kullanın.

DC motorlar

Endüvi devresi: V = E + I_aR_a
Zıt EMK ve tork: E = k·ω, T = k·I_a
Sürat: ω = 2π·n/60, ω = (V − I_aR_a)/k
Yüksüz hız ve durma torku: ω₀ = V/k, T_stall = k·V/R_a
Güçler: P_in = V·I_a, P_dev = E·I_a = T·ω, P_out = P_dev − P_rot
Yol alma: I_start = V/(R_a + R_st)
Hız regülasyonu: SR = (n₀ − n_FL)/n_FL
Geliştirilen en büyük güç: P_max = V²/(4R_a)
Kıyıcılı sürücü: V_a = D·V_dc

Yöntem

Endüvi devresini çizin: V kaynağı, R_a direnci ve zıt EMK E seri bağlıdır.
Gerilim, akım ve zıt EMK’yı ilişkilendirmek için V = E + I_a·R_a kullanın.
Hız için E = k·ω, tork için T = k·I_a kullanın; ω = 2π·n/60.
Güç ve verim için V·I_a’dan başlayın, bakır kaybı I_a²·R_a’yı, sonra dönme kayıplarını çıkarın.

2Alıştırma soruları

1.Üç fazlı güçOrta

Üç fazlı bir asenkron motor tam yükte 37 kW mekanik çıkış gücü veriyor. Bu yükte verimi %90 ve güç faktörü 0,8 geri. Kaynağın fazlar arası gerilimi 690 V. Hat akımı I_L değerini bulun.

P_out = 37 kWη = 90%cos φ = 0,8V_L = 690 V

I_L = A

2.Üç fazlı güçZor

Dengeli üç fazlı bir yük, 480 V (fazlar arası), 60 Hz bir kaynaktan 0,65 geri güç faktöründe 100 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 Q_C değerini kvar cinsinden bulun.

P = 100 kWpf₁ = 0,65pf₂ = 0,95V_L = 480 Vf = 60 Hz

Q_C = kvar

3.TransformatörlerOrta

Çıkış direnci 200 Ω olan bir yükselteç, ideal bir transformatör üzerinden 2 Ω’luk bir hoparlörü sürüyor. En büyük güç aktarımı için hoparlör yükseltece 200 Ω olarak görünmelidir. Sarım oranı a = N₁/N₂ değerini bulun.

R_s = 200 ΩR_L = 2 Ω

a =

4.TransformatörlerZor

Tek fazlı 25 kVA bir transformatörün demir kaybı 150 W, anma yükündeki bakır kaybı 600 W’tır. Verimi hangi yükte S_η,max, kVA cinsinden, en yüksektir?

S = 25 kVAP_core = 150 WP_cu,fl = 600 W

S_η,max = kVA

5.AC güç ve güç faktörüOrta

Endüktif bir yük, 120 V (rms)’lik tek fazlı bir kaynaktan 3 A ve 180 W çekiyor. Onu bir X reaktansına seri bağlı bir R direnci olarak modelleyin. X değerini bulun.

V = 120 VI = 3 AP = 180 W

X = Ω

6.AC güç ve güç faktörüZor

Tek fazlı bir yük, 400 V, 50 Hz bir kaynaktan 0,75 geri güç faktöründe 15 kW çekiyor. Paralel bağlanan bir kondansatör güç faktörünü 0,98 değerine yükseltiyor. Gereken kapasitans C değerini bulun.

P = 15 kWpf₁ = 0,75pf₂ = 0,98V = 400 Vf = 50 Hz

C = µF

7.AC empedans ve fazörlerOrta

Seri bir RLC devresi 24 V (rms), 50 Hz bir kaynağa bağlı. Devrenin güç faktörü cos φ değerini bulun.

V = 24 V (rms)f = 50 HzR = 50 ΩL = 50 mHC = 22 µF

cos φ =

8.AC empedans ve fazörlerZor

Bir R₁ direnci, R₂ ile bir C kondansatörünün paralel birleşimine seri bağlıdır ve 50 V (rms), 50 Hz’lik bir kaynağın uçlarına bağlanmıştır. Empedansın büyüklüğü |Z| değerini bulun.

V = 50 V (rms)f = 50 HzR₁ = 40 ΩR₂ = 60 ΩC = 100 µF

|Z| = Ω

9.DC motorlarOrta

k = 0,75 V·s/rad olan bir DC motor 220 V ile çalışıyor. Yüksüzken tüm kayıpları ihmal ederek yüksüz hızını (n₀) rpm cinsinden bulun.

V = 220 Vk = 0,75 V·s/rad

n₀ = rpm

10.DC motorlarZor

Ayrı uyarmalı bir DC motor (tam alanda k = 1 V·s/rad, R_a = 0,2 Ω, V = 240 V) 40 N·m’lik sabit bir yük torkunu sürüyor. Alan akısı tam değerinin % 70’üne düşürülüyor. Yeni hızı (n) bulun.

V = 240 Vk = 1 V·s/radR_a = 0,2 ΩT = 40 N·mΦ = 70 %

n = rpm

3Çözeltiler

1.Üç fazlı güç

Cevap: I_L = 43 A

Elektriksel giriş gücü

P_in = P_out/η = 37/0,9 = 41,11 kW

Hat akımı

I_L = P_in/(√3·V_L·cos φ) = 41111/(√3·690·0,8) = 43 A

Cevap

I_L = 43 A

2.Üç fazlı güç

Cevap: Q_C = 84,04 kvar

Dengeli üç fazlı sistemler: Y (yıldız) bağlantıda fazlar arası gerilim faz geriliminin √3 katıdır, V_L = √3·V_ph, ve hat akımı faz akımına eşittir. Δ (üçgen) bağlantıda fazlar arası gerilim faz gerilimine eşittir ve hat akımı faz akımının √3 katıdır, I_L = √3·I_ph. Toplam güç bir fazın gücünün üç katıdır: P = 3·V_ph·I_ph·cos φ = √3·V_L·I_L·cos φ. Güç faktörü düzeltme: kondansatörler reaktif gücü yerinde sağlar, Q_C = P·(tan φ₁ − tan φ₂). Üç kondansatörün her biri Q_C/3 = V²·ω·C sağlar; burada V o kondansatör üzerindeki gerilimdir: Δ grupta V_L, Y grupta V_L/√3.

Önce ve sonra reaktif güç

Aktif güç değişmediği için her güç faktörü reaktif gücü belirler: Q = P·tan φ.

Q₁ = 100·tan(acos 0,65) = 100·1,169 = 116,9 kvar

Q₂ = 100·tan(acos 0,95) = 100·0,3287 = 32,87 kvar

Kondansatörlerin sağladığı reaktif güç

Q_C = Q₁ − Q₂ = 84,04 kvar

Cevap

Q_C = 84,04 kvar

3.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

a²·2 = 200

a = √(200/2) = √100 = 10

Cevap

a = 10

4.Transformatörler

Cevap: S_η,max = 12,5 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·P_cu,fl olur. Verim η = P_out/(P_out + P_core + P_cu), burada P_out = x·S·pf. Verim, bakır kaybının demir kaybına eşit olduğu yükte en yüksektir.

Bakır kaybı demir kaybına eşittir

x²·600 = 150 → x = √(150/600) = 0,5

En yüksek verimdeki yük

S_η,max = x·S = 0,5·25 = 12,5 kVA

Cevap

S_η,max = 12,5 kVA

5.AC güç ve güç faktörü

Cevap: X = 34,64 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 = 180/3² = 20 Ω

Empedanstan reaktans

|Z| = V/I = 120/3 = 40 Ω

X = √(|Z|² − R²) = √(40² − 20²) = 34,64 Ω

Cevap

X = 34,64 Ω

6.AC güç ve güç faktörü

Cevap: C = 202,6 µF

Önce ve sonra reaktif güç

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

Q₁ = P·tan φ₁ = 15·tan(41,41°) = 13,23 kvar

Q₂ = P·tan φ₂ = 15·tan(11,48°) = 3,046 kvar

Q_C = Q₁ − Q₂ = 10,18 kvar

Kapasitans

Kaynağa bağlı bir kondansatör Q = V²·ωC sağlar.

C = Q_C/(2πf·V²) = 10183/(2π·50·400²) = 202,6 µF

Cevap

C = 202,6 µF

7.AC empedans ve fazörler

Cevap: cos φ = 0,3615

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

X_L = 15,71 Ω, X_C = 144,7 Ω

Empedans

|Z| = √(50² + (−129)²) = 138,3 Ω

Güç faktörü

cos φ = R/|Z| = 50/138,3 = 0,3615

Devre kapasitiftir, bu yüzden güç faktörü ileridir.

Cevap

cos φ = 0,3615

8.AC empedans ve fazörler

Cevap: |Z| = 58,69 Ω

Reaktans

X_C = 1/(2π·50·100·10⁻⁶) = 31,83 Ω

Paralel birleşim

Z_p’yi reel ve sanal kısımlara ayırmak için pay ve paydayı karmaşık eşlenikle çarpın.

Z_p = R₂·(−jX_C)/(R₂ − jX_C) = (R₂·X_C² − jR₂²·X_C)/(R₂² + X_C²)

Z_p = 13,18 − j24,84 Ω

Toplam empedans

Z = 40 + 13,18 − j24,84 = 53,18 − j24,84 Ω

|Z| = √(53,18² + 24,84²) = 58,69 Ω

Cevap

|Z| = 58,69 Ω

9.DC motorlar

Cevap: n₀ = 2801 rpm

DC motor: endüvi, zıt EMK E ile seri bir R_a direncidir; dolayısıyla V = E + I_a·R_a. Zıt EMK hızla birlikte artar, E = k·ω; tork ise akımla artar, T = k·I_a. SI birimlerinde her ikisinde de aynı k motor sabiti (V·s/rad = N·m/A) kullanılır. Hızları ω = 2π·n/60 ile dönüştürün. Geliştirilen güç E·I_a = T·ω’dır; giriş gücü V·I_a’dir ve aradaki farkı I_a²R_a bakır kaybı ile dönme kayıpları oluşturur. Hız, torkla doğrusal olarak düşer: ω = V/k − R_a·T/k²; yüksüz hız V/k’dan başlayıp k·V/R_a durma torkunda sıfıra iner. Duruşta E = 0’dır; bu yüzden bir direnç sınırlamadıkça yol alma akımı V/R_a büyüktür.

Yüksüz hız

ω₀ = V/k = 220/0,75 = 293,3 rad/s

n₀ = 60·293,3/(2π) = 2801 rpm

Cevap

n₀ = 2801 rpm

10.DC motorlar

Cevap: n = 3118 rpm

Zayıflatılmış motor sabiti

k₂ = 0,7·1 = 0,7 V·s/rad

Yeni endüvi akımı

I_a = 40/0,7 = 57,14 A

Yeni hız

ω = (240 − 57,14·0,2)/0,7 = 326,5 rad/s → n = 3118 rpm

Cevap

n = 3118 rpm

Alan zayıflatma, bir DC sürücünün temel hızının üzerinde çalışma yöntemidir.

ExamProblems · examproblems.com/courses/power-systems