Alternatif Akım Devreleri

Belli zaman dilimleri içinde belirli bir hareketin tekrarlanması olayına salınım adı verilirhepimizin bildiği salıncak bunun en çok rastlanan örneğidir Masanın kenarına sıkıştırdığımız jiletin titreşmesi veya bir keman telinin titreşimi benzer salınım örnekleridir
Alternatif Akım Devreleri Daha bilimsel bir örnek bir basit sarkacın salınımıdır Sarkacın salınımları, denge konumundan sağa ve sola doğru belli uzaklıktadır Eğer sürtünme kuvvetleri olmasaydı bu şekilde salınan sarkaç genliğini hiç bozmadan aynı hareketi devamlı olarak sürdürürdüSarkacın denge konumundan sağa veya sola sapması yani yön değiştirmesi,salınım hareketinin en önemli özelliğidir, buna genlik denir Sarkacın denge konumundan ayrılıp tekrar denge konumuna gelmesi hareketin yarısını oluşturur Tam bir salınım hareketi, sarkacın denge konumundan ayrılıp bir yöne gittikten sonra, diğer yönde maksimum noktaya ulaşıp tekrar denge konumuna gelmesidir, buna hareketin 'Peryot'u adı verilir Saniyedeki peryot sayısı ise 'Frekans'
olarak adlandırılır
Sarkacın bu hareketini dairesel bir hareket kabul edersek,bir peryotluk bir hareket sırasında bir çember etrafı dönülmüş olur ve bu '2pr' kadar bir yol demektir Bu şekilde ki salınım hareketleri kartezyen koordinat sisteminde 'x = a sin q' fonksiyonu şeklinde gösterililr
Bir çember etrafında hareket eden bir noktanın bir turda aldığı yol 2pr ve gördüğü açı 2p radyan olurBirim zamanda görülen açıya açısal hız ( w )adı verilirt saniyede taranan açıdır w = 2 p / t olur
T yani peryot ‘ un 1/f olduğunu biliyoruz; çünkü peryot bir hareketin süresi, frekans ise bir saniyedeki hareket sayısıdır
f x T = 1 dir
bir no'lu formülde ki 't' zamanı içinde bir hareket olduğu için,bir hareketin zamanı olan peryot T yi bu eşitliğe koyabiliriz veya T yerine 1/f 'i koyabiliriz O halde;
w = 2 p f olur
X = a sin q da q açısının yerine wt yazabiliriz
X = a sin w t
X = a sin 2 p f t dir
Elektriğin bu şekilde salınan şekline Alternatif akım adı verilir
Alternatif akım alternatör denilen cihazlarla elde edilir
Alternatif akımın ve gerilimin formülü
U = Umax Sin w t
U = Umax Sin 2p f t
I = I max Sin wt
I = I max Sin 2p f t
Şeklinde yazılırAkım ve gerilim aynı fazdadır Bir bobin den geçerken akım 90 derece yani p/2 kadar geri kalır
Bir kondansatör de ise bu sefer gerilim 90 derece yani p / 2 kadar geridedir
Alternatörler de manyetik alanda indüklenen bir bobin mevcuttur Farklı kutuplarda bobinin üzerinde oluşan akım yön değiştirir ve değişken bir elektrik akımı ortaya çıkar Bu şekilde ortaya çıkan elektrik AC olarak yazılan 'Alternatif Current'dır

Bu çeşit elektrik, yön değiştirme özelliği nedeni ile voltajı transformatörlerde yükseltilip düşürülebilir Bu sayede yüksek voltajların daha az kayıpla nakledilmeleri sebebi ile AC uzak
mesafelere daha az kayıpla nakledilebilir Bugün evlerde ve sanayide kullandığımız hep bu çeşit elektriktir



Faz ve faz farkı

Evlerde 220 volt olarak kullandığımız AC etkin değer veya RMS değer dediğimiz değerde bir alternatif akımdırRMS (root-mean-square) değer AC nin, bir resistor üzerinde tükettiği enerjiye eşit enerji tüketen DC karşılığıdır
Teorik olarak etkin değer'e eşit olan RMS değeri, Alternatif akım maximum değer veya tepe değerinin karekökü alınarak bulunur
Genelde bir AC den bahsedilirken hep etkin değerden bahsedilir Ölçü aletleri de bu değeri ölçerler
AC ın bir de ortalama değeri vardır Ortalama değer pozitif veya negatif saykıldaki ani değerlerinin toplamının ortalamasıdır
Maximum değer 1 ise RMS 0707 Ortalama değer ise 0636'dır
FAZ : Bir Alternatif akımı veya gerilimi, koordinat sisteminde gösterebileceğimizi ve bir hareketin yani peryodun 2pp bir haraket süresince taranan açıdırİkinci bir peryotta bir 2p kadar daha açı taranırŞimdi bir başka alternatif gerilim veya akımın bu koordinat sisteminde 0 noktasından değil de p/2 kadar ileriden harekete başladığını varsayalım işte iki hareket arasında mevcut mesafe olan p/2 kadar farka faz farkı adı verilir olduğunu söylemiştik Buradaki 2
Direnç, Kondansatör ve Bobin karşısında Alternatif akımın
davranışı nasıldır ?
Resistansın ( direncin ) Alternatif akıma karşı davranışı DC gibidirUçlarına AC uygulanmış Bir Resistor'ün gösterdiği direnç aynıdırOhm yasası kullanılır
Uçlarına AC uygulanmış bir bobinde “Endüktif devre “ durum değişiktir Bu bobin uclarında bir zıt EMK oluşur Bobinin indüktansı yanında bir de resistansı söz konusudur eğer bu
resistans sıfır değerde ise bu bobin devresi saf indüktif devre olarak adlandırılır Bobinin gösterdiği dirence ise "İndüktif Reaktans" adı verilir
{Endüktif Reaktans } X L = wL = 2 p f L dir
Seri ve paralel bağlamalarda dirençler gibi aynı formüller kullanılır
Bir bobine tatbik edilen AC da akım engelle karşılaşır ve geri kalır Bu nedenle bobinde akımla gerilim arasında 90 derece faz farkı vardır
Uclarına bir AC tatbik edilmiş kondansatörde, yani kapasitif bir devrede ki dirence "Kapasitif Reaktans" adı verilir
{ Kapasitif Reaktans } Xc = 1/ w C dir
Xc = 1/ 2p f C dir
Burada değerler Ohm, Farad, Henry'dir Bir kapasitif devrede gerilime zorluk vardır ve gerilim 90 derece geri kalır
Paralel kondansatörler de toplam kapasitif reaktans;

1/Xc= 1/ Xc1 +1/Xc2+1/Xc3 +1/Xcn dir
Seri bağlı kondansatörlerde ise toplam kapasitif reaktans her kondansatörün kapasitif reaktansları toplamıdır
Xc = Xc1+Xc2+Xc3+…Xcn dir
Buraya kadar yalnız başına olan bobin, kondansatör ve direncin alternatif akıma karşı olan davranışını ve gösterdiği direnci gördük, ama elektronik devrelerde çoğu zaman bobin, kondansatör ve dirençler birlikte kullanılırlarİşte böyle hallerde yani; bobin, kondansatör, direnç gibi elemanların, çeşitli şekilde bağlantılarında AC ye karşı gösterilen eşdeğer dirence
'EMPEDANS'’ adı verilir Z ile gösterilirKlasik Ohm kanununda ki R direnci yerine Z empedans değeri konarak, Alternatif akım devrelerinde Ohm kanunu kullanılabilir
V = I Z dir
Seri Devrede Empedans
Seri devrelerde,devreden geçen akım sabittir Gerilim ise her devre elemanı uçlarında farklıdır Bu nedenle seri devrelere 'Akım devresi' adı verilir ve referans olarak akım alınır Akım Koordinat sistemi üzerinde X ekseninde gösterilir

Direnç Bobin seri devresi

Burada direnç uçlarındaki gerilim VR = İR'dir
Bobin ucundaki gerilim;
VL = İ XL'dir
Burada XL kullanılması nın nedeni, alternatif akım da bobinin direncinin indüktans olarak karşımıza çıkmasıdır ve indüktans formülü kullanılır Devrenin uçlarındaki gerilim ise,
bunların vektörel toplamıdır
_____________
V = V VR2 + VL2 olur
Devrenin uçlarındaki gerilim
V = İ Z dir O halde tüm V lerin yerine karşılıklarını yazarsak
_______________
İZ = V(İR)2 +(İXL)2 olur
_______________
Z = V R2 + XL2 olur
Yukarıda seri bir direnç, bobin devresinde empedansı gördük,
burada bobinin gerilimi 90 derece ileri fazdadır Direncin
akımı ve gerilimi arasında bir faz farkı yoktur Her iki gerilimin
vektörel toplamları bu devrede gerilimin akıma göre j açısı
kadar ileride olduğunu gösterir Bu açı:
Cos j = R / Z dir
Direnç Kondansatör seri devresi
Bir direnç ve bir kondansatörden oluşan seri bir devrede durum nasıldır ?

Bu devrede kondansatör gerilimi, akıma göre 90 derece geridedirBurada da önceki devrede olduğu gibi aynı yöntemle
Cos j = R / Z ve
_____________
Z = V R2 + XC2 bulunur
Direnç Bobin Kondansatör Devresi

Direnç üzerinde gerilim akıma göre değişmez demiştik
Bobinin gerilimi 90 derecede ileride, Kondansatörün gerilimi
ise 90 derece geridedir Bu devrenin diyagramı şu şekilde gösterilir

Bobin ve kondansatörün Reaktansları görüldüğü gibi birbirlerinezıt yöndedir, bu nedenle bu iki reaktansın farkı ile rezistansın vektörel toplamları bize devrenin empedansını verir
Burada
XL > XC den büyük ise devre indüktif tir
XC > XL den büyük ise devre kapasitiftir
Eğer XL = XC ise rezonans durumu söz konusudur Yani devre alternatif akımın salınımına en az direnci gösterirBurada empedans yanlızca rezistansa eşit olur
Cos j = R / Z dir
İndüktans ile Kapasitans arasındaki fark D X ise Empedans:
________________
Z= V R2 + D X2 olur
Paralel Bağlı Devreler
Bobin ve Kondansatörün paralel olduğu devrelerde, referans gerilimdir; çünkü gerilim paralel devre elemanlarının uçlarında aynıdır, değişmez Bu devrelere gerilim devreleri denir

Direnç Bobin Paralel devresi

Bir direnç ve bir bobin paralel bağlı ise, direnç üzerinde akım ve gerilim arasında faz farkı yokturBobin üzerinde ise akım gerilimegöre 90 derece geridedir

Devrenin toplam akımı akımların vektörel toplamlarına eşittir
Direnç Kondansatör Paralel Devresi

Bir direnç ile bir kondansatör paralel bağlı olduğunda kondansatörde akım 90 derece ileridedir ve 8 nolu formülde XL yerine XC konur

Direnç Bobin ve kondansatör birlikte ise Empedans

Seri devrelerde rezonans halinde XL = XC olduğu için bu devrelerde empedans minimumdur,empedans minimum olduğunda akım maksimum olur
Paralel rezonans devrelerinde ise rezonans halinde durum tam tersidir ve akım minimum, empedans maximumdur
Rezonans halinde, maksimum akımın 07'si kadar akım değerlerine denk gelen D f aralığına da 'Bant genişliği' adı verilir
Bant genişliğinin az olması devrenin 'Q' kalite faktörünün yüksekliği anlamına gelir
Q = XL / R