ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
ELEKTRİK DEVRELERİ-II LABORATUARI
Deney Adı: Alternatif Akım Devrelerinde Kondansatör ve Bobin Davranışının İncelenmesi
DENEY 1: ALTERNATİF AKIM DEVRELERİNDE KONDANSATÖR VE BOBİN
DAVRANIŞININ İNCELENMESİ
Deneyin Amacı
*Alternatif akım devrelerinde sıklıkla kullanılan (alternatif işaret, frekans, faz farkı, fazör
diyagramı, empedans ve admittans) terimlerinin tanıtılması
*Alternatif akım devrelerinde frekans değişimine bağlı olarak bobin ve kondansatör
davranışlarının simülasyon ortamında gözlenmesi ve bulunan sonuçların deneysel ortamda
pekiştirilmesi
A.ÖNBİLGİ
1.Alternatif Akım Devrelerinde Sıklıkla Kullanılan Terimlerin Tanıtılması
a) Alternatif Akım
Belirli bir periyotta genliği ve yönü zamanla değişen bir elektriksel büyüklük olarak
alternatif akımı tanımlayabiliriz. Genellikle uygulamalarda sinüs olarak kullanılmasına karşın
kare, testere dişi, üçgen dalga modellerinde de kullanılabilmektedir.
Şekil 1.1: Sinüsoidal İşaret
Uygulamalarda yandaki sembol alternatif akımın sembolünü ifade
etmektedir. Alternatif gerilim veya akım kaynağı anlamına gelir.
Şekil 1.2: AC Sembol
b) Frekans
Elektriksel olarak frekans, bir sinyalin bir saniye içinde hangi sıklıkla, kaç defa
tekrarlandığının ölçümüdür. Frekansın periyotla çarpımı 1’e eşittir.
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
ELEKTRİK DEVRELERİ-II LABORATUARI
Deney Adı: Alternatif Akım Devrelerinde Kondansatör ve Bobin Davranışının İncelenmesi
Yandaki şekilde görüldüğü üzere aynı zaman
aralığında fazla dalga sayısı olan sinyalimiz
yüksek frekanslı, az dalga sayısı olan sinyalimiz
ise düşük frekanslı olarak tanımlanmıştır.
Periyot olarak düşünürsek üstteki sinyalimizin
bir periyotluk süresi daha kısa ve dolayısıyla
ters orantıdan frekansı yüksektir.
Frekans*Periyot=1
Şekil 1.3: Yüksek ve Alçak Frekans Gösterim
c) Faz Farkı ve Fazör Diyagramı
Alternatif akım devresinde kondansatör ve bobin olduğu durumda akım ve potansiyel
farkın maksimum değere ulaşmaları aynı anda olmaz. Genliklerinin maksimum değere
ulaştıkları zamanlar arasında bir fark vardır. Aradaki bu açının değerine göre akım veya
potansiyel fark birbirlerini takip ederler. Eğer kapasitif reaktans, indüktif reaktanstan büyük
ise akım potansiyel farktan öndedir. Eğer indüktif reaktans, kapasitif reaktanstan büyükse bu
seferde potansiyel fark akımdan öndedir.
İndüktif reaktans, alternatif akım altında bobinin gösterdiği direnç özelliğidir ve formülü;
XL=2.π.f.L şeklindedir.
Kapasitif reaktans ise alternatif akım altında kondansatörün gösterdiği direnç özelliğidir ve
formülü; XC=1/2.π.f.C şeklindedir.
Şekil 1.4: a)Rezistif Devre, b)Endüktif Devre, c)Kapasitif Devre
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
ELEKTRİK DEVRELERİ-II LABORATUARI
Deney Adı: Alternatif Akım Devrelerinde Kondansatör ve Bobin Davranışının İncelenmesi
Bu durum vektörel olarak ifade edilen fazör diyagramı sayesinde daha iyi
anlaşılabilmektedir.
Şekil 1.5: Fazör Diyagramı
d) Empedans ve Admittans
Empedans, alternatif akıma karşı koyan zorluk, direnç olarak nitelendirilebilir ve direncin
yanında bobin, kondansatör olan devrelerde şekildeki gibi bileşke olarak ifade edilir.
Şekil 1.6: Empedans Gösterimi
X=|XL-XC| ve ϕ faz farkı olmak üzere |Z|=√
ϕ=
olarak ifade edilir. Faz farkı ise
formülüyle bulunabilir.
Admittans ise alternatif akımda malzemenin iletkenliği olarak tanımlanır ve empedans ile
çarpımı 1’e eşittir. “Y” ile gösterilir.
Z.Y=1
2.Alternatif Akım Devrelerinde Frekansın Etkisi
a)Rezistif Devrelerde Frekans Değişimi
Şekil 1.7: Rezistif Devre Modeli
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
ELEKTRİK DEVRELERİ-II LABORATUARI
Deney Adı: Alternatif Akım Devrelerinde Kondansatör ve Bobin Davranışının İncelenmesi
Şekil 1.7’de rezistif yani kondansatör ve bobin içermeyen bir devre görülmektedir. Bu
devreler için akım ve gerilim arasında faz farkı bulunmaz yani ϕ=0’dır. Dolayısıyla direnç
üzerine düşen gerilimle kaynak gerilimi arasında da faz farkı bulunmaz.
Şekil 1.8: Rezistif Devre Gerilim Fazör Diyagramı
b)Endüktif Devrelerde Frekans Değişimi
Şekil 1.9: Endüktif Devre Modeli
Şekil 1.9’da endüktif bir devre modeli görülmektedir. Bu devreler için akım ile gerilim
arasında belirli bir faz farkı bulunur ve gerilim akımdan öndedir. Bu devre ile ilgili fazör
diyagramı Şekil 1.10’da verilmiştir.
Şekil 1.10: Endüktif Devre Gerilim Fazör Diyagramı
c)Kapasitif Devrelerde Frekans Değişimi
Şekil 1.11: Kapasitif Devre Modeli
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
ELEKTRİK DEVRELERİ-II LABORATUARI
Deney Adı: Alternatif Akım Devrelerinde Kondansatör ve Bobin Davranışının İncelenmesi
Şekil 1.11’de kapasitif bir devre modeli görülmektedir. Bu devreler için akım ile gerilim
arasında belirli bir faz farkı bulunur ve akım gerilimden öndedir. Bu devre ile ilgili fazör
diyagramı Şekil 1.12’de verilmiştir.
Şekil 1.12: Kapasitif Devre Gerilim Fazör Diyagramı
B.DENEY ÖNCESİ YAPILACAKLAR
1. Şekil 1.9’daki devre için V=5sin(2πft) ve frekans 100Hz olarak verilmiştir. a)Şekildeki direnç
ve bobin değerlerini kullanarak bobin üzerine düşen gerilimin(VL1) genliğini ve frekansını
hesaplayınız. b)V giriş gerilimi ve VL1 bobin üzerine düşen gerilim arasındaki faz farkı kaç
derecedir? c)Devrenin fazör diyagramını çiziniz.
2. Şekil 1.11’deki devre için V=5sin(2πft) ve frekans 100Hz olarak verilmiştir. a)Şekildeki
direnç ve kondansatör değerlerini kullanarak kondansatör üzerine düşen gerilimin(V C1)
genliğini ve frekansını hesaplayınız. b)V giriş gerilimi ve VC1 kondansatör üzerine düşen
gerilim arasındaki faz farkı kaç derecedir? c)Devrenin fazör diyagramını çiziniz.
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
ELEKTRİK DEVRELERİ-II LABORATUARI
Deney Adı: Alternatif Akım Devrelerinde Kondansatör ve Bobin Davranışının İncelenmesi
C.DENEYİN YAPILIŞI
1. Şekil 1.9’da verilen devreyi kurunuz. Giriş gerilimi 5V tepe genlik ve frekansı 100Hz olacak
şekilde sinyal jeneratörünü ayarlayınız.
a)Multimetre yardımıyla direnç ve kondansatör üzerine düşen gerilimleri ölçünüz.
b)Multimetre yardımıyla devre akımını ölçünüz.
c)Ölçtüğünüz değerler yardımıyla faz açısını hesaplayınız.
d)Osiloskop kanal 1’i giriş gerilimine, kanal 2’yi ise bobinin önüne bağlantı yaparak faz farkını
osiloskopta gözlemleyip not alınız. (Deney raporu için fotoğraf çekebilirsiniz.)
e)Yukarıdaki işlemleri 500Hz ve 1kHz frekans değerleri için de tekrarlayıp tabloya not alınız.
Frekans
100Hz
500Hz
1kHz
V(Volt)
VL1(Volt)
I(Amper)
XL(Ohm)
Faz Farkı
Tablo-1.1: RL devresi ölçüm değerleri
2. Şekil 1.11’de verilen devreyi kurunuz. Giriş gerilimi 5V tepe genlik ve frekansı 100Hz olacak
şekilde sinyal jeneratörünü ayarlayınız.
a)Multimetre yardımıyla direnç ve kondansatör üzerine düşen gerilimleri ölçünüz.
b)Multimetre yardımıyla devre akımını ölçünüz.
c)Ölçtüğünüz değerler yardımıyla faz açısını hesaplayınız.
d)Osiloskop kanal 1’i giriş gerilimine, kanal 2’yi ise kondansatörün önüne bağlantı yaparak faz
farkını osiloskopta gözlemleyip not alınız. (Deney raporu için fotoğraf çekebilirsiniz.)
e)Yukarıdaki işlemleri 500Hz ve 1kHz frekans değerleri için de tekrarlayıp tabloya not alınız.
Frekans
100Hz
500Hz
1kHz
V(Volt)
VC1(Volt)
I(Amper)
Tablo-1.2: RC devresi ölçüm değerleri
XC(Ohm)
Faz Farkı
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
ELEKTRİK DEVRELERİ-II LABORATUARI
Deney Adı: Alternatif Akım Devrelerinde Kondansatör ve Bobin Davranışının İncelenmesi
D.DENEY SONRASI YAPILACAKLAR
1.Deney yapılışı 1. aşamada bulduğunuz değerler yardımıyla RL devresi fazör diyagramını
f=100Hz, 500Hz ve 1kHz için ölçekli olarak çiziniz.
-
-
Şekil 1.13: Endüktif Devre Gerilim Fazör Diyagramı
2. Deney yapılışı 2. aşamada bulduğunuz değerler yardımıyla RC devresi fazör diyagramını
f=100Hz, 500Hz ve 1kHz için ölçekli olarak çiziniz.
-
-
Şekil 1.14: Kapasitif Devre Gerilim Fazör Diyagramı
Download

linkten