Alternatif ve Doğru akım

Alternatif ve Doğru akım

Alternatif ve Doğru akım



Elektrik Akımı Nasıl Oluşur


Bildiğiniz gibi metallerin atomlarındaki elektron sayıları metalin cinsine göre değişir İletken maddelerin atomlarının son yörüngelerinde 4 'den az elektron bulunur Atomlar bu elektronları 8 'e tamamlayamadıkları için serbest bırakırlar Bu yüzden bir İletken maddede milyonlarca serbest elektron bulunur Bu maddeye elektrik uygulandığında elektronlar negatif (-) 'den pozitif (+) yönüne doğru hareket etmeye başlar Bu harekete "Elektrik Akımı" denir Birimi ise "Amper" 'dir İletkenin herhangi bir noktasından 1 saniyede 625*10^18 elektron geçmesi 1 Amperlik akıma eşittir Akımlar "Doğru Akım" (DC) ve "Alternatif Akım"(AC) olarak ikiye ayrılır Şimdi bunları ayrı ayrı inceleyelim


Doğru Akım (DC) :

Doğru akımın kısa tanımı "Zamana bağlı olarak yönü ve şiddeti değişmeyen akıma doğru akım denir" şeklindedir Doğru akım genelde elektronik devrelerde kullanılır En ideal doğru akım en sabit olanıdır En sabit doğru akım kaynakları da pillerdir Birde evimizdeki alternatif akımı doğru akıma dünüştüren Doğrultmaçlar vardır Bunların da daha sabit olması için DC kaynağa Regüle Devresi eklenir

Alternatif Akım (AC) :


Alternatifin kelime anlamı "Değişken" dir Alternatif akımın kısa tanımı ise "Zamana bağlı olarak yönü ve şiddeti değişen akıma alternatif akım denir" şeklindedir Alternatif akım büyük elektrik devrelerinde ve yüksek güçlü elektrik motorlarında kullanılır Evlerimizdeki elektrik alternatik akım sınıfına girer Buzdolabı, çamaşır makinesi, bulaşık makinesi, aspiratör ve vantilatörler direk alternatif akımla çalışırlar Televizyon, müzik seti ve video gibi cihazlar ise bu alternatif akımı doğru akıma çevirerek kullanırlar

Alternatif akım, sağladığı avantajlar nedeniyle doğru akıma kıyasla daha fazla tercih edilir Aydınlatma ve ısıtma sistemleri, elektrik motorları, ev elektroniği ürünleri genellikle alternatif akımla çalışacak şekilde tasarlanır Doğru gerilimle çalışan cihaz sayısı da az değil aslında Örneğin, radyo alıcıları, şarjlı el süpürgeleri, cep telefonları, pilli oyuncaklar DC gerilim ile çalışır Bu cihazlar, bir AC/DC dönüştürücü yardımıyla şebekeye bağlanarak da kullanılır AC veya DC seçiminde temel sorun, kullanılan cihazların AC veya DC gerilimle çalışmaları değil, enerji üretim tesisleri ile kullanıcılar arasındaki enerji iletiminin verimli olarak yapılabilmesidir Bu durum, alternatif akımı savunan Nikola Tesla ile doğru akımı savunan Thomas Edison arasındaki fikir ayrılığından kaynaklanıyor Günümüzde, bu tercih Nikola Tesla'dan yana kullanılmış durumda Transformatörler sayesinde gerilim seviyesini kolayca yükseltip düşürme olanağı sağladığı için alternatif gerilim daha yaygın kullanılır Enerji iletim hatlarında uzun mesafelerde kayıpları azaltmak için gerilim yüzlerce kV mertebesine kadar yükseltilir Gerilimin yükseltilmesi akımın düşük olmasını sağlar; bu da hat kesitinin, iletken maliyetinin ve iletim kayıplarının düşük olması anlamına gelir Dağıtım aşamasında, transformatörler yardımıyla gerilim 220V seviyesine düşürülür ve abonelere iletilir Dünya çapında tek bir standart yok Her ülke kendine uygun gerilim ve frekans değerini seçmiş durumdadır


Alternatif akım






Sinüzoid dalga








AC dalga şekilleri




Alternatif akım (İngilizce: Alternating current), genliği ve yönü periyodik olarak değişen elektriksel akımdır En bilinen AC dalga biçimi sinüs dalgasıdır Yine de farklı uygulamalarda üçgen ve kare dalga gibi değişik dalga biçimleri de kullanılmaktadır Bütün dalgalar birbirlerine elektronik devreler aracılığı ile çevrilebilirler Devrede kondansatör, diyotlar, röle ler ile bu çevrim yapılabilir
AC güç genellikle sanayi ve konutlarda kullanılır Santrallerde üretilen enerjinin sevkinde de AC kullanılmaktadır Deniz altına yapılan enerji nakil hatlarında üretilen AC elektrik, dalga yapısında bozulmalara sebep verilmemesi için DC' ye dönüştürülerek taşınmaktadır HVDC ismi verilen uygulama ile okyanus ya da deniz altından nakil hatları işlenebilmektedir
Günümüzde havadan ve kablo üzerinden taşınan, ses ve radyo dalgalarının karışmama sebebi de alternatif akımın farklı sinüzoidal yapılarda olmasından kaynaklanmaktadır




Tarihi






İlk AC sistem


İzolasyonlu kablolar arasındaki alternatif akım etkisini pratikte ilk dizayn eden William Stanley' dir İndüksiyon bobini adını verdiği ve transformatör'ün atası olan sistemle alternatif akımla ilgili çalışmalarına başlamıştır Bugün kullanılan haliyle alternatif akım ilk olarak Nikola Tesla tarafından 1886 yılında laboratuar ortamında üretilmeye başlanmıştır Tesla daha sonra patentini George Westinghouse' a satmıştır O yıllarda Lucien Gaulard, John Dixon Gibbs, Carl Wilhelm Siemens ve diğer bazı bilim adamlarıda, bu alanda çalışmalar yapmışlardır
Endüstriyel amaçlı üç faz (İngilizce: Three-phase) AC elektrik akımı üreten ilk santral ise, 1893 yılında Almirian Decker tarafından Kaliforniya' daki Mill Creek hidroelektrik santralinde kurulmuştur Decker' in tasarladığı sistem 10000 volt ve 3 fazlı bir sistemdir Bu gerilimi kullanan sistemler günümüzde hala motorlarda ve bazı nakil hatlarında bulunmaktadır
Alternatif akım 19 yüzyılın sonları ile 20 yüzyılın başlarında geliştirilerek kullanılmaya başlanılmıştır

Üretimi, İletimi ve Dağıtımı


Üretimi



Atatürk Barajı


Bilindiği gibi içerisinden elektrik akımı geçen bir kablo etrafında manyetik alan meydana getirir Tersinir olarak, manyetik alana maruz kalan bir kabloda da elektrik akımı oluşur Bu ilkeden yola çıkılarak sabit stator ve hareketli rotor dan oluşan bir sistem dizayn edilmiştir Çeşitli güçlerle(hidroelektrik santraldeki yüksekten düşen su, termik santraldeki buhar gücü vb) döndürülen rotor statorda sarılı haldeki kablolar üzerinde elektrik akımı oluşturur Daire biçimindeki statorun 120° lik açı ile 3 tarafından üretilen elektrik enerjisi alınır Üç faz oluşmuş bulunmaktadır AC' deki sinüs dalgasının sebebi ise her faza düşen manyetik alanın, döner haldeki rotor sebebiyle sürekli değişmesinden kaynaklanmaktadır

İletimi



Manyetik alan


Alternatif akımın gücü bilindiği gibi transformatörlerle arttırılabilir veya azaltılabilir İletim sırasında nakil hatlarında oluşan gerilim düşümünü indirgemek için yüksek gerilimler kullanılır Türkiye için iletim hatlarında 154 ve 380 kV(kilovolt) kullanılır Burada iletim hattından kasdedilen santral ile şehir şebeke girişleri arasıdır
Bir iletim hattındaki kayıp güç iletkendeki akımın karesi ve direncinin çarpımı ile bulunur olarak formülüze edilir Bunun anlamı; eğer iletkendeki akım 2 katına çıkarsa güç kaybı 4 kat artacaktır demektir
Ancak yüksek gerilimlerinde dezavantajları vardır Bunlar;

• Taşıma tehlikeleri
• Hatta oluşan yüksek manyetik alandan dolayı etkileşim
• Hatta oluşan yüksek manyetik alandan dolayı kablolarda ters gerilimler oluşması ve gerilim saflığının bozulması(günümüzde hat başından hat sonuna 3 kere çaprazlama yapılarak giderilmektedir)

Günümüzde HVDC sistemler, yani yüksek gerilimli doğru akım iletim sistemleri(1) bu etkileri ortadan kaldırmıştır, ancak uygulanması ve işletme maliyetleri çok yüksektir Bu sistemde santralde üretilen AC güç, doğrultucu devreler yardımıyla DC güce çevrilir ve DC olarak taşınır Hat sonunda tekrar AC güce çevrilir
Hatta 3 faz taşımak esastır Çünkü dünyadaki elektrik santrallerinin tamamına yakını 3 faz elektrik üretir Bunun sebebi jeneratörün statorundaki 120°'lik açıyla dizilmiş hat çıkışlarıdır

Dağıtımı



Transformatör örnek şeması




Şehirlerarası nakil hatları sonlar ile şehir şebekesi başlangıçları arasında indirici merkezler bulunur Bu merkezlerin görevi gelen yüksek gerilimi dağıtım planlarına göre orta gerilim veya düşük gerilime çevirmektir Bu merkezlerdeki transformatörler bu görevi yüklenirler Temel olarak bir indirici merkezde, transformatör, kesici, ayırıcı, gerilim trafosu, kumando panoları bulunur

AC Matematiği



Sinüs dalgası


Alternatif akım, alternatif gerilimle beraber incelenir Alternatif akım genellikle sinüzoidaldir Sinüs değeri 0° için 0, 90° için +1, 180° için 0, 270° için -1' dir AC gerilim (V) matematiksel olarak aşağıdaki formül ile ele alınabilir;
, Burada;

• pik yani tepe gerilimini (birim: volt),
  • rms değeri ölçülen ya da hissedilen değerdir Türkiye için 220 volttur
• açısal frekansını (birim: saniye başına radyan)
  • Açısal frekans fiziksel frekansa bağlı olmak üzere, , saniyede ki yenileme sayısı (birim= hertz), eşitlikle
• ise zamanı (birim: saniye)

Pik-pik(tepeden tepeye) değeri AC gerilim için pozitif tepe değeri ve negatif tepe değeri arasındaki değerdir için en büyük değer olan +1 ile ve en düşük değer -1 arasında, AC gerilim pik değerleri and arasında değişir Pik-Pik değeri genellikle, or şekillerinde yazılır, , ile formülize edilir

AC güç frekansları

Elektriğin frekansı ülkelere göre değişiklik gösterebilir En çok kullanılan frekanslar 50 ve 60 hertzdir Askeri alanlarda, denizaltılarda, tekstil endüstrisinde, bazı merkez bilgisayarlarda, uçaklarda ve uzay araçlarında 400 hertz kullanılmaktadır Aşağıdaki tabloda ülkelere göre frekans ve gerilim değerleri bulunmaktadır

*Ülkelere göre AC gerilim ve frekans listesi

__________________