FEN BİLGİSİNDE TEMEL FİZİK YAKLAŞIMLARI     ELEKTROMANYETİK İNDÜKSİYON ve ALTERNATİF AKIM DEVRELERİ   Sorumlu Öğretim ÜyesiProf. Dr. Necati YALÇIN   

Hazırlayan

Ahmet Turan ORHAN    

Ankara-2005

    GERİLİM (ELEKTROMOTOR KUVVET, EMK, POTANSİYEL FARK)  Elektrik akımı elektron akışından ibarettir. Elektronları faydalı olacak şekilde hareket ettirmek için ittirmek gerekir. Bilindiği gibi elektronlar maddelerin içinde bulunan atomların etrafında dönerek hareket etmektir. Ancak bu dönüş bir fayda sağlamaz. Faydalı hareket için metal içinde belli bir yönde akış gereklidir. İşte elektronları kendi normal hareketleri dışında, bir yönde sürüklemek için gerekli olan kuvvete gerilim (elektromotor) kuvvet, EMK) denir.Gerilimin Diğer Tanımları Tanım 1: Bir üreticinin iki ucu arasındaki potansiyel farka gerilim denir. Tanım 2: Bir elektrik devresinde akımın geçmesini sağlayan kuvvetlere gerilim denir. Gerilim voltmetreyle ölçülür ve U,E,V ya da e ile gösterilir. Birimi volt(V),denklemiU=I:R[V]  şeklinde yazılır. Gerilimin Ast ve Üst Katları Gerilimin Ast Katları:   Pikovolt, Nanovolt, Mikrovolt, Milivolt Gerilimin Üst Katları:   Kilovolt, Megavolt, GigavoltGerilimin üst ve ast katları biner biner büyür ve küçülür.Not: Pikovolt, Nanovolt, Megavolt ve Gigavolt uygulamada kullanılmamaktadır. Gerilim ÖlçmeGerilim, voltmetreye alıcıya paralel bağlanarak ölçülür. Uygulamada analog ve dijital olmak üzere iki tip voltmetre kullanılmaktadır. İbreli voltmetrelerin içinde ince kesitli çok sarımlı yüksek dirençli bir bobin bulunur. Devreye paralel bağlanan voltmetre gerilimi belirler. Dijital voltmetrelerin yapısında ise elektronik devreler bulunur. Paralel bağlanarak kullanılması gereken voltmetre yanlışlıkla seri bağlanırsa aygıt yanlış bir değer gösterir ve alıcı çalışmaz.Elektromotor Kuvvet  (EMK) ve Gerilim KavramıElektromotor kuvvet, elektrik üretecinin (pil, akü, dinamo, alternatör)boşta çalışırken ürettiği gerilim değeridir. Elektromotor kuvveti E harfiyle gösterilir. Birimi volt denklemi E=I.R [V] tur. Elektromotor kuvvet ve gerilim kavramları pil devresi örneğiyle açıklayalım. Pilin uçlarına alıcı bağlamadan voltmetreyle gerilim ölçtüğümüzde 1,5 volt değerini görürüz. Bu değer pilin elektromotor kuvveti olarak tanımlanabilir. Daha sonra pilin uçlarına bir alıcı bağlayıp pil gerilimini tekrar ölçecek olursak EMK nın bir miktar düştüğünü görürüz. Yük bağlanınca pilden alınan gerilimin düşmesinin nedeni pilin iç direncinde bir miktar gerilim düşümü olmasıdır.Pilin iç direncinde düşen gerilimin değeri alıcının çektiği gerilim değerine göre değişir.

MANYETİK AKI

Bir yüzeyden geçen manyetik alan çizgilerinin sayısının bir ölçüsüdür.  

Yandaki şekilde görülen keyfi şekilli bir yüzey üzerinde alanı dA olan bir yüzey elemanı alalım. Bu elemandaki manyetik alan B ise elemandan geçen manyetik akı  dır. Burada  büyüklüğü dA alanına eşit ve yönü yüzeye dik olan bir vektördür.

 Böylece tüm yüzeyden geçen toplam manyetik akı; bağıntısı ile verilir.Özel bir durum olarak yüzey alanı A olan bir düzlem ve dA vektörü ile  açısı yapan bir manyetik alanı alalım. Bu durumda düzlemden geçen manyetik akı;fm = B. A.Cosq  olur. 

Şekil a da görüldüğü gibi manyetik alan düzleme paralel olursa q = 90° olur ve akı sıfırdır. Öte yandan alan şekil b deki gibi düzleme dik olursa q = 0° ve akı B.A(max) olur.

B nin birimi :

fm’in birimi : Weber (Wb) dir.

 

MANYETİZMADA GAUSS YASASI

 

Manyetik alan çizgileri sürekli olup kapalı ilmekler oluşturur. Akımlardan kaynaklanan manyetik alan çizgileri herhangi bir noktadan başlamaz veya bir noktada sona ermez. Çubuk mıknatısın manyetik alan çizgileri bu durumu açıklamaktadır. Herhangi bir kapalı yüzeye giren alan çizgilerinin sayısı, bu yüzeyden çıkan çizgilerin sayısına eşit olduğundan kapalı yüzeyden geçen net manyetik akı sıfırdır.

 Manyetizmadaki Gauss yasası, herhangi bir kapalı yüzeyden geçen net manyetik akının her zaman sıfır olduğunu belirtir. Bu yasa, yalıtılmış manyetik kutupların (ya da tek kutupların) olamayacağını ifade eder.  

ELEKTROMANYETİK İNDÜKSİYON

             1820 yılında Danimarkalı Fizikçi Hans Christian Oersted, elektrik akımının bir manyetik alan ürettiğini keşfetmiştir. Yapılan deneyler. “eğer elektrik akımı manyetik alan üretiyorsa, manyetik alan da akım üretir mi?” sorusuna cevap verme çalışmaları üzerinde yoğunlaşmıştır. Bu sorunun cevabını arayan Michael FARADAY ve Joseph HENRY başarılı olmuşlardır.              Bir manyetik alan içinde bir elektrik yüküne etkiyen kuvvet, yükün hızıyla orantılıdır. Manyetik alan ne kadar kuvvetli  olura olsun, eğer yük duruyorsa, yük üzerine etkiyen kuvvet sıfır olacaktır. Böylece; manyetik alan içindeki bir telden bir akım elde etmek isteniyorsa, teli hareket ettirmek gerektiği sonucuna ulaşılır (Schaim; Cross, 1982:506).                               İkincil bobin                         Birincil bobin  

 

                                                                                                          Demir çubuk

Şekil İkincil bobinde yalnızca, birincil bobinde akımı değiştiğinde bir akım gözlenir. Akım atmaları gerçekte b dekinden daha dardır.

 

 

                                                           (a) Galvonometre akımı                                                                        Anahtar açık 

 

                                                                                                                                 Zaman                              Anahtar kapalı                                                            (b)             İndüksiyon akımı oluşturmak için basit bir düzenek oluşturulabilir. Bunda iki seri düzenek vardır. İkinci devre ile seri bağlı birinci düzenekte bir üreteç, bir anahtar ve üzerinde uzun tel sarılmış yumuşak bir tel vardır. Bu bölüme üreteç bağlı olduğu için birincil bobin denir. İkincil bobin birincilden bağımsız ve çubuğun etrafına sarılmıştır ve uçlarına bir galvanometre bağlanmıştır. Herhangi bir üreteç yokken bağlantısı olmayan bu devreye ikincil bobin denir.              İkinci devrenin herhangi bir üreteçle bağlantısı olmadığından, bu devreden herhangi bir akım geçmeyeceği düşünülebilir. Fakat, birincil bobindeki anahtar açılıp kapatıldığında ikincil bobine bağlı galvanometrede bir sapma olduğu görülecektir. Bu sapma çok kısa sürelidir ve tekrar sıfıra döner. Yani, ikincil bobinde çok küçük bir akım indüklenir.              Meydana gelen bu indüksiyon ve emk nın diğer bir özelliği de, indüklenen bu kısa akımın, anahtar kapatılırken ve açılırken zıt yönlerde meydana gelir. Buna göre, indüksiyon emk nin yönünün birincil bobindeki akımın artma ve azalmasına bağlı olduğu söylenebilir (Bueche,Jerde;2000:609).                                                                                                                                              V=0

N                                    S

  

 

                                                                                                           

 

                                                                                                                                       

N                                    S

                                                                                          V 

 

                                                       I_ind                                                                                   

 

N                                    S

                                                                                                          V=0                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         

N                                    S

                                                                                                                                         V 

 

                                                       I_ind                                                                                                                                                                                                                                                            

S                                     N

                                                                                         V 

 

Şekil bobinde, yalnızca mıknatıs bobine göre bağlı bir hareket yaparsa akım indüklenir. İndüklenen akımın yönü mıknatıs hareketinin yönüne ve manyetik alanın yönüne bağlıdır.

                                                       I_ind                                                                                                                           Yukarıdaki düzenekte, çubuk mıknatıs ve bir bobine seri bağlı galvanometre kullanılmaktadır. Mıknatıs, bobinin yanında hareketsiz dururken, a ve c de görüldüğü gibi herhangi bir akım yoktur. Fakat, mıknatıs bobine göre hareket ettirilirse, b, d ve e de gösterildiği gibi bir akımın üretildiği gözlenir. Yani mıknatıs yalnızca bobine göre hareket ettirildiğinde bobin tellerinden bir akım geçtiğini söyleyebiliriz. Durumda herhangi bir değişiklik olmadığı anlarda herhangi bir indüksiyon emk i yoktur.   

FARADAY MANYETİK İNDÜKSİYON KANUNU

                               İkincil bobin                         Birincil bobin                                                                                                                                                 B 

 

                                                                                                          Demir çubuk

Şekil Birincil bobinde akımın oluşturduğu manyetik alan.

 

 

                                      Yukarıdaki şekle bakıldığında, anahtar kapatıldığında, ana bobinden geçen akım bir manyetik alan üretir. Alan çizgileri demir çubuğu takip ettiğinden, ikincil bobinden bir akı geçer. anahtar açılırsa, akıyı üreten akım durduğundan akı sıfıra doğru azalır. Yalnızca akıda bir değişme olursa, ikincil bobinde bir indüksiyon elektromotor kuvveti meydana gelir. Akı sabit kalırsa herhangi bir indüksiyon elektromotor kuvveti oluşmaz. Oluşan indüksiyon elektromotor kuvveti, ikincil bobine bağlı galvanometrede bir sapma verir.              Benzer bir şekilde, anahtar açık iken, ikincil bobinden herhangi bir akı geçmez. Anahtar, aniden kapatılırsa, akının kararlı değerine ulaştığı küçük bir zaman aralığı vardır. Bu durum oluşurken ikincil bobinde akı tekrar gözlenir. Bu durumda akı, anahtar açıldığı zaman oluşan akıma zıt yöndedir. Birincil bobindeki akım tekrar kararlı hale ulaştığında, ikincil bobinden geçen akı sabit değerine ulaştığından ikincildeki akım kaybolur.             Faraday’ın elde ettiği sonucu nicel olarak şu şekilde ifade edebiliriz; N sarımlı bir bobinden manyetik akının Dt zamanında f₁’den f’ye değiştiğini varsayalım. Faraday bu sürede bobinde oluşan ortalama indüksiyon elektromotor kuvvetinin,  olduğu sonucunu bulmuştur. Bu ifadeye Faraday’ın manyetik indüksiyon kanunu denir. Bu ifade elektrik ve manyetizmadaki en önemli prensiplerden birisidir. Pek çok önemli aygıt, elektriğin üretimi ve elektrik motorları bu prensibe göre çalışır (Bueche,Jerde;2000:612). 

MANYETİK ALANDA ENERJİ

             Manyetik alanda depolanan enerjiyi bir indüktör de gösterelim. İndüktör olarak uzun bir selonoidimiz olsun. Manyetik alan, bir solenoidin çekirdeğinde yoğunlaşır. Bu düzgün alanın değeri, B= m₀nI dir. Selonoidin indüktansı L=m₀n²lA dır. l, bobinin uzunluğu, A bobinin kesit alanıdır. tA nın iç bölgenin hacmi olduğuna dikkat edilmelidir. Selonoidin içinde depo edilen enerji dır. Buradan birim hacimde depolanan enerji  olur. Selonoidin içindeki manyetik alan  dır ve  yazılabilir. Akımın bu değeri yukarıdaki yerine konulursa  veya Birim hacimde depolanan enerji  olur.  Buna manyetik alandaki enerji yoğunluğu denir (Bueche,Jerde;2000:622).   

LENZ KANUNU

İndüksiyon emk ve indüksiyon akımın yönü Lenz kanunundan bulunabilir.İndüksiyon emk’nın yönü, ilmekten geçen manyetik akı değişimine karşı koyacak şekilde manyetik akı oluşturan akım yönündedir. Yani indüksiyon akımı, başlangıçta devreden geçen akının değişimini önleme etkisi gösterir. Bu kanun enerjinin korunumu kanununun bir sonucudur.

Lenz kanununun daha iyi anlaşılabilmesi için kağıt düzlemine dik olarak yönelmiş düzgün bir manyetik alanda iki paralel ray üzerinde hareket eden çubuk incelenmelidir (şekil a). Çubuk sağa doğru hareket ettikçe, halkanın alanı arttığı için, devreden geçen manyetik akı zamanla artar. Lenz kanunu, indüksiyon akımının yönünün, dış manyetik akı değişimine karşı koyacak yönde oluştuğunu ifade eder. Dış alandan ileri gelen ve kağıt düzleminden içeriye doğru geçen manyetik akı arttığı için, bu artışa karşı koyacak şekilde kağıt düzleminden dışarı doğru bir akı oluşmalıdır. Buna göre; çubuk sağa doğru bir akı oluşturmak için saat ibresinin tersi yönünde olmalıdır.Şekil b de olduğu gibi çubuk sola doğru hareket ediyorsa halkadan geçen manyetik akı azalır. Akı, kağıt düzleminden içeri doğru yöneldiği için halkanın içinde kağıt düzleminin içine doğru bir akı oluşturabilmek için indüksiyon akımının yönü saat ibresiyle aynı yönde olur. Her iki halde de indüksiyon akımı devreden geçen ilk akıyı korumaya çalışır.

 Buna göre; çubuk sağa doğru bir akı oluşturmak için saat ibresinin tersi yönünde olmalıdır. Şekil b de olduğu gibi çubuk sola doğru hareket ediyorsa halkadan geçen manyetik akı azalır. Akı, kâğıt düzleminden içeri doğru yöneldiği için halkanın içinde kâğıt düzleminin içine doğru bir akı oluşturabilmek için indüksiyon akımının yönü saat ibresiyle aynı yönde olur. Her iki halde de indüksiyon akımı devreden geçen ilk akıyı korumaya çalışır. 

İNDÜKSİYON EMK’LERİ ve ELEKTRİK ALANLAR

 Değişen bir manyetik akı iletken bir halkada emk ve akım oluşturur. Bu nedenle manyetik akı değişiminin bir sonucu olarak, iletkende bir elektrik alan oluşur, sonucuna varılır. Gerçekte elektromanyetik indüksiyon yasası, hiçbir yükün olmadığı serbest uzayda bile değişen bir manyetik akının daima bir elektrik alan oluşturduğunu gösterir. Bu indüklenmiş elektrik alanının özellikleri, durgun yüklerin oluşturduğu alandan farklıdır. Bunu açıklamak için yandaki şekilde görüldüğü gibi, halkanın düzlemine dik düzgün bir manyetik alan içinde r yarıçaplı iletken halka olsun. Manyetik alan zamanla değişirse, Faraday Kanunu  ile verilen bir emk’nın halkada oluşacağını ifade eder.   Böylece indüklenmiş akım, indüklenmiş bir E elektrik alanının varlığını vurgular. Halkadaki tüm noktalar eşdeğer olduğundan bu elektrik alan halkaya teğet olmalıdır. Bir q deneme yükünü halka etrafında bir kez hareket ettirmek için yapılan iş q. ye eşittir. Bu yüke etkiyen elektriksel kuvvet  olduğundan halka etrafında bu yükü hareket ettirmek için kuvvetin yaptığı iş q.E(2r) ye eşittir. 2r halkanın çevre uzunluğudur. İş için yazılan bu ifade eşit olmalıdır. Böylece; q.e = q. E(2p.r) Bu sonucu, Faraday kanunu ve dairesel bir halka için m  = B.A =  . r2 .B gerçeğini kullanarak, indüklenmiş alan  şeklinde ifade edilir. Manyetik alanın zamanla değişimi belirlenirse, indüklenmiş elektrik alan hesaplanabilir. Bu eşitlikteki negatif işaret indüklenmiş E’nin, manyetik alandaki değişime karşı koyacak yönde olduğunu belirtir. Bu sonuç bir iletken olmasa da geçerlidir. Yani değişen bir manyatek alan içine konulan serbest bir yük de aynı elektrik alanı hissedecektir.Herhangi bir kapalı yol için emk, yol boyunca  nin çizgi integrali olarak ifade edilebilir. Daha genel durumlarda E sabit olmayabilir, yol dairesel olmayabilir. Böylece Faraday’ın indüksiyon kanunu olan  şöyle yazılabilir.Bu eşitlikte görülen indüklenmiş  elektrik alanını korunumlu olmayan değişen bir manyetik alanla oluşturulmuş, zamanla değişen bir alan olarak tanımak önemlidir. Burada  nin bir elektrostatik alan olma olasılığı yoktur. Alan elektrostatik ve dolayısıyla korunumlu olsaydı kapalı halka üzerinde  nin çizgi integrali yukarıdaki eşitliğin aksine sıfır olurdu. Faraday’ın İndüksiyon Kanunu: Herhangi bir kapalı yol boyunca elektrik alanının çizgi integralinin (emk’ya eşittir) bu kapalı yol boyunca sınırlanan herhangi bir yüzey alanından geçen manyetik akının zamanla değişim hızına eşittir. Zamanla değişen bir manyetik alana yerleştirilen iletken halkada bir akım oluşur.  ALTERNATİF AKIM Tanımı: Alternatör adı verilen makineler tarafından üretilen elektrik akımı çeşididir. Akım zamana göre sürekli olarak yön ve şiddeti değişir. Yani alternatörden gelen akım sürekli azalıp çoğalır ve akış yönü değişir. Alternatörün ürettiği akım zamana göre ve yön ve şiddet değiştirme sayısına frekans adı verilmektedir. Türkiye’de üretilen alternatif akım frekansı 50 hz dir. Bazı kaynaklar frekans birimi olarak c/s de kullanılır.Günümüzde elektrik enerjisinin %90 ‘a yakın bölümü alternatif olarak üretilmektedir. Çünkü AC nin taşınması, yükseltilmesi ve düşürülmesi kolaydır.   Alternatif Akım Elde Edilmesi Bobin 360 derecelik bir dönüş yapması sonucunda gerilim bir saykılı oluşmaktadır. Bir saykıl ,alternans, periyod ve frekans  gibi kavramlarla açıklanmıştır.Şimdi bunları inceleyelim  Sayıl:N-S manyetik alan içinde bir devir yapan bobinde oluşan gerilim şeklinde bir saykıl denir.Başka bir deyişle,gerilimin sıfırdan başlayarak pozitif max. Değere, tekrar düşerek sıfıra, ardından negatif maximum değere ve buradanda yeniden sıfıra ulaşmasına saykıl denir. Alternans:Bir saykılın pozitif yada  negatif dalgasına alternans denir. Periyot:            Bir saykılın oluşması için geçen zamana periyot denir. Periyot T ile gösterilir. Denklemi, T=1/f = 1/ frekans, birimi saniyedir. Frekans:            Bir saniyede oluşan saykıl sayısına frekans denir. Frekans “f” ile gösterilir. Denklemi f=1/T, birimi hz dir.   Alternatif akımın ölçülmesi:            Alternatif akımla çalışan devrelerde akım, gerilim, güç, iş ölçmek için çeşitli ölçü aletleri kullanılmaktadır.Ampermetre ile AC akım ölçme Alternatif akım, analog yada dijital yapılı ampermetre ile ölçülür. Ampermetre alıcıya seri olarak bağlanır.Pensampermetre ile AC akım ölçme:Motorların çektiği akımı normal ampermetre ile kısa sürede ölçmek mümkün değildir. Çünkü ampermetrenin ölçme yapabilmesi için akım yolunun açılıp aletin araya bağlanması gerekir. Pens ampermetre kullanılarak motorların çektiği akım devre kabloları sökülmeden ölçülebilir.Pens ampermetre kullanılırken akımı ölçülecek iletken pens ampermetrenin azmın içine alır. Akım taşıyan iletken tek sarımlı primer sargı görevi yaparak basit bir transformatör oluşturur. Hattan geçen akımın miktarına bağlı olarak aletin içindeki sargıda gerilim indüklenir ve alet hattan geçen akımı gösterir. Voltmetre ile AC gerilim ölçmeBu yöntemde voltmetre, gerilimi ölçülecek yere paralel bağlanır. Wattmetre ile aktif güç ölçme:    Alıcıların şebekeden çektiği aktif gücü ölçmeye yarayan aygıta wattmetre denir. Analog tip wattmetrelerde akım bobini ve gerilim bobini ve ibre düzeneği bulunur. Ölçme yapılırken akım bobini alıcıya seri, gerilim bobini ise paralel bağlanır.  ALTERNATİF AKIM VE GERİLİM      Pil gibi bile elektrik kaynağından sağlanan akıma, doğru akım (DC) denir. Böyle bir akım bir tel içinden hep aynı yönde ve aynı gerilim değerinde akar. Buna karşılık, hemen tüm ülkelerde kullanılan alternatif akım (AC) belli bir frekansla, yani genellikle saniyede 50–60 kez (50–60 Hz yazılır) önce bir yöne, hemen ardından da ters yöne akar.     Örneğin 50 Hz’lik bir frekansta akım, saniyenin ilk yüzde birlik bölümünde en üst değerine çıkar ve ardından sıfıra düşer; ikinci yüzde birlik zamanda ise, ters yönde en üst değe- erine çıkar ve gene sıfıra düşer. Böylece, saniyenin ellide biri kadar bir süre içinde bir çevrimi tamamlar.    Elektrikli ısıtıcılar ya da ampuller, akımın yönü ne olursa olsun çalışır. Günlük yaşamda, akımın titreşimli olmasının pek bir önemi yoktur.    Alternatif akımın doğru akıma bir üstünlüğü vardır. Alternatif akımının gerilimi hiç bir hareketli parçacığı olmayan transformatörlerle yükseltilip düşürülebilir. Alternatif akım motorlarının ve alternatörlerin, akımı toplayan kesikli bileziklerden oluşan komütatörleri yoktur.Bu nedenle AC motorları, komütatörleri bulunan DC motorlarından daha güvenilir aygıtlardır. Frekans, akım taşıyan tellerin, transformatörlerin, ışıklandırma aygıtlarının, dönen makinelerin ve öteki elektrik araçlarının farklı gereksinimlerini karşılayacak biçimde seçilmiştir.Frekans, Türkiye’de ve Avrupa’da 50 Hz (saniyedeki çevrim sayısı) ; ABD ve Kanada’da 60 Hz’dir.       Alternatif akımın gerilimi: Dünyanın aşağı yukarı bütün ülkelerinde 240 voltluk bir elektrik gerilimi kullanılır. Türkiye’de genellikle 220 volt, bazı yerlerde ise 110 volt kullanılır. Ancak bu gerilim, doğru akım gerilimi kadar kolay ölçülmez.   Gerçekte, 220 voltluk bir AC kaynağı, titreşiminin en üst noktasında 311 volta kadar yükselir. Gerilim karşıt yönlerde +311 V ve – 311 V’a dek yükseldiğinden, ortalama değer sıfır volt olur.   Bir alternatör tarafından üretilen etkin gerilim, aynı büyüklükteki bir DC üretecinin, aynı tahrik gücüyle döndürüldüğünde üreteci gerilime eşittir. Bu değer, gerilimin en üst değerinin karesi alınarak da bulunabilir. Eksi sayıların kareleri artı olacağından, sonuçta tümüyle artı değerler elde edilir. Çıkan sonucun ortalamasını bulmak için, gerilim değeri ikiye bölünür ve bir volt için + 0,5 elde edilir. Bunun da karekökü alınırsa + 0,707 volt bulunur. Bu değeri, kullanılan gerilime uygularsak, 311 voltluk en üst değerin 0,707’si 220 volt eder.Bu işleme, gerilimin ortalama karekökünü alma (RMS) denir. Kaynağa bağlanan bir AC ampermetrede okunan değer, bu RMS değeridir. Üç fazlı akım: AC akımı tek fazlı olup, evlerde kullanılan olağan akımdır. Oysa santrallerdeki alternatörler üç fazlı (trifaze) akım üretirler. Akımın üç fazlı olması, telin kalınlığını arttırmadan, iki elle taşınabilecek elektriğin üç katını üç telle taşıma olanağı verir. Üç fazlı akım, endüstride kullanılan motorları işletmede ve buna göre düzenlenmiş öteki aygıtları çalıştırmada kullanılır. Bu aygıtlarda belirli bir yük için sarım sayısında tasarruf sağlanmıştır.   Santrallerdeki alternatörlerde, makine çevresine eşit aralıklarla oturtulmuş üç bobin vardır. Bunlardan her biri ayrı teli besleyen 50 Hz’lik alternatif akım verir. Tellerden birindeki gerilim tepe noktasına vardığında, öteki iki teldeki gerilim karşıt yönde ve tepe noktalarının yarı değerindedir. Böylece elektrik, bir tepe noktasına vardığında, elektrik çıkışı öteki iki telden eşit olarak döner ve devre tamamlanır. Alternatif akım kaynakları – 1Eğer alternatörlerde her telde eşit nitelikte elektrik geçebilseydi, üç telden başka bağlantıya gerek olmayacaktı. Oysa uygulamada üç fazlı akımın gerilimi transformatörlerle düşürülüp, tellerden her biri tek fazlı akım olarak evlere dağıtıldığından, her telden çekilen akım değişik olur. Bu durumun getireceği olumsuzluklar, alternatörlerde ve devredeki tüm transformatörlerde, topraklama kullanılarak önlenir.   Kullandığımız alternatif akım, evlere bir faz teliyle taşınır ve bir nötr telle çevredeki dağıtım merkezine geri döner. Bazı ülkelerde, nötr telden başka, bir de güvenlik için sıfırlama (toprak) teli kullanılır.     ALTERNATÖRAlternatör, tıpkı dinamo gibi mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirir. Ancak, bunların çıktı (output) biçimleri birbirinden farklıdır.   Dinamonun verdiği akım hep aynı yöndedir; ama alternatörün verdiği akım, değişmez bir hızla sinüs dalgası biçiminde yön değiştir. Bu tür alternatif akım bir tepe değere kadar yükselir, azalıp sıfıra düşer, ters yönde yeniden tepe değere kadar yükselir ve gene sıfıra düşer. Bir santraldeki alternatörde, bu olay 50 ya da 60 kez tekrarlanır. Yani frekans 50 ya da 60 hertz’dir.   Yalın bir alternatör, yalın bir dinamoya benzer. Bir mıknatısın kutupları arasında telden bobinler döner ve akım, dönen iki bilezikten, yayla bastırılan kömür blokları biçimindeki fırçalarla alınır. Akımın yönü, bobin magnetik alanı hangi yönde kestiğine bağlıdır. Akım, bobinin yarısı mıknatısın kuzey kutbunun karşısında aşağı doğru hareket ederken bir yönde, aynı bobinler mıknatısın güney kutbu boyunca yukarıya doğru hareket ederken de ters yönde geçer.   Bobin 360 derecelik dönüşünü bitirince, bir çevrim tamamlanmış olur. Bu yüzden frekansı 50 Hz olan alternatif akımı oluşturmak için bobinin saniyede 50 kez ya da dakikada 3000 kez dönmesi gerekir.Santral Alternatörleri: Santrallerde, hatta modern otomobillerdeki küçük alternatörlerde, dönen bobin, yani rotor ile, daimi mıknatıs, yani stator’un rolleri değiştirmiştir. Bu yüzden alternatör, aslında tel bobinler içinde dönen bir mıknatıs gibi düşünülebilir. Aygıtın böyle yapmasında başlıca iki neden vardır: Birincisi, rotorda elektrik üretiminin yan ürünü olarak açığa çıkan ısının dışarı atılmasının güçlüğüne karşılık, sabit duran statorda oluşan ısının kolayca atılabilmesidir. İkinci neden ise, bilezik ve kömürler üzerinden büyük elektrik akımları geçirmekte karşılaşılan mekanik sorunlardır.   Büyük alternatörlerde hem rotorda hem de statorda, elektriksel ve mekanik yolla açığa çıkan aşırı ısı, etkin bir soğutma gerektirir. Günümüzde çoğunlukla sabit stator, iletken tellerle paralel dizilmiş borulardan su geçirme yoluyla, rotor ise gereksiz ağırlığı en aza indiren ve etkili bir soğutma aracı olan hidrojen gazıyla soğutulur.    Kömür ya da petrol ile çalışan buhar türbinli bir santralde 3 000 devir/dakika’lık rotor hızına ulaşmak sorun değildir. Rotor bu hızla dönen, iki kutuplu bir elektromıknatıstır. Sistemin bu denli yalın olması verimi yükseltirken üretim masraflarını da azaltır. Sert çelikten yapılan robotun üzerinde, mıknatıslayıcı tel bobinlerin ve bunları soğutan hidrojen borularının geçmesi için oyuklar bulunur.   Eğer daha yavaş olan hidroelektrik santrali türbinlerde olduğu gibi bu hıza ulaşmak sorun yaratıyorsa, kutupların sayısı artırılır. Alternatif akım kaynakları - 2Aynı çıkış frekansı için, dört kutup, hızın 1500/dakika’ya, sekiz kutup ise, 750 devir/dakikaya düşürülmesine olanak sağlar. Bu hızlarda rotorun ağırlığı da o kadar önemli değildir. Bu yüzden bu tür alternatörlerin rotorları, soğutmayı kolaylaştırmak için, çapları daha büyük, boyları daha kısa olacak biçimde yapılır. Eskisiyle aynı voltajı elde etmek için, her stator bobinindeki sarımların sayısı iki ya da dört katına çıkartılır.   İki tür rotoru da mıknatıslamak için gereken güç dışarıdan, bir başka makine ile sağlanır. Bu uyarıcı, çoğunlukla aynı şaft üzerinde yer alır ve alternatörün rotoru ile aynı hızla döner. Uyarıcı ya doğru akım üretir ya da alternatif akım verir; alternatif akım, doğru akıma çevrilmek için bir doğrultucudan geçirilir. İki durumda da bu akım, alternatörün rotoruna, bilezikler üzerinde kayan kömürlerle aktarılır.    Küçük alternatörlerin rotorları, büyük güç gerektirmedikleri için (çoğunlukla statorda üretilen gücün %2’si kadar) uyarım, bunlarda önemli bir sorun yaratmaz. Ancak, 1 000 megawatt’a kadar güç verebilen büyük alternatörlerde %2 bile, kömür ve bilezikten geçirilemeyecek kadar yüksek bir değerdir. Bu yüzden alternatif akım uyarımlı büyük alternatörlerde rotor elektrik üretici, stator ise mıknatıslayıcı olarak yapılır. Böylece güç, bileziklere gerek kalmaksızın şaft üzerinden doğrudan doğruya asıl alternatörlere iletilir. Bu durumda şaftın içine bir doğrultucu konulması gerekir. Dış kaynaklardan tümüyle yalıtılması için, uyarıcı alanını oluşturan doğru akım, bazen daha küçük, sürekli mıknatıslı bir jeneratörden sağlanır.   Santrallerde kullanılan alternatörler, 500 ile 1 000 megawatt kadar çıktı gücüne birkaç bin voltluk potansiyel farkı verebilirler. Çıktı akımı her zaman, üç fazlı alternatif akımdır. Bunu sağlamak için stator bobinleri aygıtın çevresine, her bobin arasında 1/3 çevrimlik zaman farkı olan, üç ayrı çıktı verecek biçimde yerleştirilir. Gücün üç faz ile iletimi, tek fazlı iletimden daha ucuzdur ve bu yolla endüstride kullanılan alternatif akım motorları doğrudan doğruya çalıştırılabilirler. Öte yandan, birkaç yüz watt’lık güç üreten alternatörler artık, otomobillerde ve ticari araçlarda kullanım alanı bulmaktadır. Alternatörlerde, dinamolardaki parçalı komütatörler yerine yalın bilezikler bulunduğundan, çok daha yüksek hızla döndürülüp rölanti devrinde bile yüksek şarj akımları vermeleri sağlanabilir. Aynı zamanda güç, rotor yerine statorda üretildiğinden, aynı güç çıkıntısı için daha küçük ve hafif yapılabilirler. ALTERNATİF AKIMDA GÜÇ Bu bölümde çeşitli alternatif akım devrelerindeki güç, gücün çeşitleri ve özellikleri görülecektir. Alternatif akım devrelerinde güç; aynen doğru akım devrelerinde olduğu gibi zaman biriminde yapılan elektrik işidir. Bu işin değeri de yine doğru akım devrelerinde olduğu gibi devre gerilimine ve devrede dolaşan akıma bağlıdır. Bununla beraber alternatif akımda akım ve gerilimin devamlı olarak değişimini ve bazı hallerde aralarında faz farkı bulunması sebebiyle güç değerinin hesaplanabilmesi doğru akımda olduğu gibi basit değildir. Alternatif akımdan faydalanılan gücün değeri; akım ve gerilimin etkin değeriyle aralarındaki faz farkına bağlıdır.  Alternatif Akımda Güç Çeşitleri:Alternatif akımda akım ve gerilim arasında faz farkının bulunması sebebiyle birbirinden farklı üç çeşit güç kavramı meydana gelmiştir. Bunlar sırayla:Zahiri güç   ( görünen güç )Faydalı güç ( etkin güç )Kör güç       ( reaktif güç )Şekildeki görünen ABC dik üçgeni bu güçler arasındaki bağlantıları göstermektedir. Bu üçgende ( AB ) kenarı zahiri gücü göstermekte olup; P = E*I formülü ile bellidir. Zahiri güç, güç katsayısı alınmadan kabul edilen güç değeridir. Zahiri gücü; (Volt-amper) veya (kilovolt-amper) birimleriyle gösteriniz.                                                 B                                                                             Q            A                                  C ABC üçgeninin (AC) kenarı faydalı gücü gösterir. Bu güç değeri alternatif akımın wattmetrelerde okunan değeridir. Bu değerde şekilde görüldüğü gibi; akım, gerilim ve güç katsayısının kat sayısına eşittir. Formüller olarak ifade edersek; P=E*I*cosa olur. Watt ve kw birimleriyle bellidir.             ABC üçgenini BC kenarı kör gücü gösterir. Kör güç; alternatif akımın faydası olmaya yani iş görmeyen güç değeridir. Şekilde görüldüğü gibi bu gücün değeri; Pk=E*I sina formülü ile bellidir. Birimi ise voltamper kelimsinin sonuna reaktif kelimesi getirmekle volt-amper-reaktif ismini alır.Alternatif akım gücünün faydalı gücün ve kör gücün değerleri güç katsayısına bağlıdır. Güç katsayısı cosa arttıkça kör güç azalır, faydalı güç çoğalır. Güç katsayısı azaldıkça kör güç çoğalır ve etkin güç azalır.   

ALTERNATİF AKIM DEVRELERİ

             Alternatif akım devrelerini anlamak için, emk kaynağındaki sürekli değişmelere karşı, devre elemanlarından nasıl geçtiğini bilmemiz gerekir. Saf bir direncin uçlarına uygulanan V voltaji ile dirençten geçen I=V/R akımın meydana gelmesi arasında zaman gecikmesi yoktur. Başka bir deyişle, bir dirençteki akım ve voltaj anlık Ohm yasasına uyar;            (saf direnç)

Şekil τc zaman sabiti, bir kondansatörün yüklenme ve boşalma zamanının uygun bir ölçüsüdür.

                                  ^C                                                                     _R 

 

                                                                                 i            ^Vd                                                                           q  i₍₀₎ = V₍₀₎                                                              q₀=CV₀              R                                                                                 0,63 q₀          0,37i₀                                                                     zaman                                                              zaman                                               Zaman sabiti τ₀ = RC             Kondansatörler, doğru akımın devreden geçmesine izin vermezler. Bununla beraber, dolan ve boşalan bir kondansatörde levhalar arasında birinden diğerine yük hareketi olması gerekir. Kondansatör bulunan bir devrede, geçen yükün taşınması geçici bir akım meydana getirir. Başlangıçta anahtar açık ve sığası C ile gösterilen kondansatör yüksüzdür. Anahtar kapatıldığında, batarya devreye saat yönünde yük göndermeye çalışır. Başlangıçta kondansatörde yük olmadığından, i akımı sadece R direnci tarafından sınırlandırılır. Anahtar kapatıldıktan sonra, (t=o anında) akım i₀= V₀ /R dir. Zaman ilerledikçe kondansatörün uçları arasında bataryanın kutuplarında zıt voltaj meydana getirir. Kondansatörün son yükü q₀=CV₀ olunca, akım sıfır olmak zorundadır (Bueche,Jerde;2000:646).             Bir alternatif akım devresinde akım bir yöne doğru artmaya başladığında, kondansatörün üzerinde elektrik yükü birikmeye başlar ve uçları arasında bir voltaj düşmesi görülür. Kondansatörün uçları arasındaki voltaj düşmesi pik değerine ulaştığında, kondansatörde depo edilen enerji ½ CV m² olur. Ancak bu enerji depolaması, kısa bir süre içindir. Kondansatör her çevrimde iki defa yüklenir ve boşalır. Bu işlemde çevrimin iki çeyreği süresince kondansatöre yük sağlanırken kalan iki çeyrek süresince yükler voltaj kaynağına geri döner. Diğer bir ifade ile, bir ac devresindeki kondansatör güç harcamaz (Serway;1996:938).  Belli zaman dilimleri içinde belirli bir hareketin tekrarlanması olayına salınım adı verilir. Hepimizin bildiği salıncak bunun en çok rastlanan örneğidir. Masanın kenarına sıkıştırdığımız jiletin titreşmesi veya bir keman telinin titreşimi benzer salınım örnekleridir. 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 sürdürürdü. Sarkacın 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 periyotluk 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 gösterilir.
Bir çember etrafında hareket eden bir noktanın bir turda aldığı yol 2pr ve gördüğü açı 2p radyan olur. Birim zamanda görülen açıya açısal hız  ( w )adı verilir. t saniyede taranan açıdır.     w =  2 p / t       olur.                     T yani periyot ‘ un   1/f  olduğunu biliyoruz; çünkü periyot 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 periyot 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. 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 A.C. 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 A.C. uzak mesafelere daha az kayıpla nakledilebilir. Bugün evlerde ve sanayide kullandığımız hep bu çeşit  elektriktir.
Faz ve faz farkı  Evlerde 220 volt olarak kullandığımız A.C. etkin değer veya RMS değer dediğimiz değerde bir alternatif akımdır. RMS (root-mean-square) değer A.C. nin, bir resistor üzerinde tükettiği  enerjiye eşit enerji tüketen  D.C. karşılığıdır. Teorik olarak etkin değer'e eşit olan RMS değeri, Alternatif akım maximum değer veya tepe değerinin karekökü alınarak bulunur. Genelde bir A.C. den bahsedilirken hep etkin değerden bahsedilir. Ölçü aletleri de bu değeri ölçerler. A.C.  ın bir de ortalama değeri vardır. Ortalama değer pozitif veya negatif saykıldaki ani değerlerinin toplamının ortalamasıdır. Maximum değer 1 ise RMS 0.707  Ortalama değer ise 0.636'dırFAZ: Bir Alternatif akımı veya gerilimi, koordinat sisteminde gösterebileceğimizi ve bir hareketin yani periyodun 2p olduğunu söylemiştik. Buradaki 2p bir hareket süresince taranan açıdır. İkinci bir periyotta bir 2p kadar daha açı taranır. Şimdi 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. Direnç, Kondansatör ve Bobin Karşısında Alternatif Akımın Davranışı Nasıldır? Rezistansın ( direncin ) Alternatif akıma karşı davranışı D.C. gibidir. Uçlarına A.C. uygulanmış Bir Resistor'ün gösterdiği direnç aynıdır. Ohm yasası kullanılır. Uçlarına A.C. uygulanmış bir bobinde “Endüktif devre “ durum değişiktir. Bu bobin  uçlarında bir zıt E.M.K oluşur. Bobinin indüktansı yanında bir de rezistansı söz konusudur eğer bu rezistans sıfır değerde ise bu bobin devresi saf İndüktif 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 A.C. da akım engelle karşılaşır ve geri kalır. Bu nedenle bobinde akımla gerilim arasında 90 derece faz farkı vardır. Uçlarına bir A.C. 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 kullanılırlar. İşte böyle hallerde yani; bobin, kondansatör, direnç gibi elemanların, çeşitli şekilde bağlantılarında A.C. ye karşı gösterilen eşdeğer dirence
'EMPEDANS'’ adı verilir. Z ile gösterilir. Klasik 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  = İ.R'dir Bobin ucundaki gerilim; VL  =  İ .XL'dir Burada XL kullanılmasının 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           
İ.Z = V(İ.R)² +(İ.XL)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 geridedir.Burada 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 birbirlerine zıt yöndedir, bu nedenle bu iki reaktansın farkı ile rezistansın vektörel toplamları bize devrenin empedansını verir. Burada  XL > XC den büyük ise devre indüktiftir. XC > XL den büyük ise devre kapasitiftir. Eğer  XL = XC ise rezonans durumu söz konusudur. Yani devre alternatif akımın salınımına en az direnci gösterir. Burada empedans yalnızca 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 yoktur. Bobin üzerinde ise akım gerilime göre 90 derece geridedir.Devrenin toplam akımı akımların vektörel toplamlarına eşittir. Direnç  Kondansatör Paralel DevresiBir 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 0,7’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  

ELEKTRİK MOTORLARI

             Elektrik motoru, elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren bir aygıttır. Çok çeşitli elektrik motorları vardır. Çoğunda sabit mıknatıs yerine elektro mıknatıs kullanılır. Pek çoğunda da daha büyük tork meydana getirebilmek için birden fazla bobin kullanılır. Bazıları hem doğru akımda hem de alternatif akımda çalışabilir. Bütün motorlarda, emk kaynağı, akım vasıtası ile bobine enerji verir. Motor enerjiyi kullanarak iş yapar (Bueche,Jerde;2000:631).  

TRANSFORMATÖRLER

             Elektromanyetik indüksiyonun en önemli uygulamalarından birisi transformatörlerde meydana gelir. Transformatörler bir alternatif gerilimi, farklı bir ac gerilimine dönüştüren aletlerdir. Örneğin bir televizyonda resim tüpünü çalıştırmak için gerekli olan 15,000 V ac gerilim, bir transformatör yardımıyla 120 V ac geriliminden elde edilir. Bir kapı zili ise 220 V’luk ev geriliminden elde edilen 9V ac gerilimle çalışır. Transformatörler, sürekli akı değişimi prensibine göre çalıştığından, dc gerilimi değiştirmek için kullanılmaz.              En basit şekliyle transformatör, yumuşak bir demir çekirdek etrafına sarılan iki tel bobinden oluşmaktadır. ac giriş voltaj kaynağına bağlı olan ve N_p sarımdan oluşan bobine birincil (primer) sarım denir. N_s sarımdan oluşan ve ve R yük direncine bağlanan bobine ise ikincil (sekonder) denir. Ortak demir çekirdeğin amacı ise, manyetik akıyı artırmak ve içinde hemen hemen bütün akımın bir bobinden diğerine geçtiği bir ortam sağlamaktır. Girdap akım kayıpları, yaprak şeklinde bir demir çekirdek kullanılarak azaltılabilir. Yumuşak demir, histerezis kayıplarını azaltmak için çekirdek madde olarak kullanılır. Bobin tellerinin küçük dirençlerinin neden olduğu Joule ısı kayıpları genellikle çok küçüktür. Tipik transformatörlerin güç verimi % 90- %99 arasında değişmektedir (Serway;1996:944) Faraday Kanununa göre birincil bobinin uçları arasındaki  emk =  Pek çok transformatörde, bobinlerin direnci ihmal edilebilecek kadar küçüktür. Dolayısıyla birincil bobindeki akımı sınırlayan faktör, bobinin kendi içinde meydana gelen zıt emk’dır. Başka bir deyişle, birincil bobindeki indüksiyon emk’i güç kaynağının voltajına eşittir. İkincil bobinin emk’sı = Buradaki f, ikincil bobinde geçen akı ile aynıdır. Bu iki indüksiyon emk’in oranı,dir. Bu orana transformatör denklemi denir. Bobin gerilimlerinin oranı, bobin sarım sayıları oranına eşittir. Giriş emk’i yükselten (N_İ > N_B) transformatörlere yükseltici transformatör, (N_b  > N_i) transformatörlerine de düşürücü transformatörler denir (Bueche,Jerde;2000:634).                                      Demir çekirdek Güç                                                                İkincil bobin  (N_s)

̃

kaynağı    ~                                                                                        İkincil voltaj

Şekil Demir çekirdekli bir transformatör

 

 

Birincil bobin   (N_p) Transformatörler yalnızca alternatif akım ile çalışır.Transformatörlerde kayıplar ihmal edilirse sarım sayısı ile potansiyel fark arasında şu bağıntı vardır. VP= Primerin gerilimVs = Sekonderin gerilimi                   IP = Sekonder akımı                          NP = Primer sarım sayısıNs = Sekonder sarım sayısı                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   JENERATÖRLER Jeneratörler mekanik enerjisi mıknatıslar ve bobinler aracılığıyla elektrik enerjisine çeviren düzeneklerdir. Jeneratörlerin Yapısı: 

A

B

              

N

S

MıknatısınS   kutbu

MıknatısınN   kutbu

Dikdörtgen tel çerçeve

Akım alınan bilezikler

         

 

JENERATÖRLERİN BASİT YAPISI Şekilde de görüldüğü gibi jeneratör, iki mıknatıs arasına yerleştirilmiş dikdörtgen çerçeve şeklinde sarımlı tellerden oluşan bir araçtır. Jeneratörlerde üretilen akımın bir kısmı içinde yumuşak demirden yapılmış levhaların olduğu çok sarımlı bobinlerden geçirilerek magnetik alan oluşturulur. Yani, jeneratör kendi magnetik alanını kendisi oluşturur. Jeneratörün rator ve stator olmak üzere iki ana parçası vardır. Mıknatısın ya da bobinin( bobin bakır telin üst üste bir makaraya sarılmasıyla elde edilir.) Miliampermetreden akım geçtiği gözlenir. Mıknatısın N kutbu bobinin içine sokulduğunda oluşan ve iletken telden geçen akımın yönüne terstir. Mıknatısın S kutbu bobine yaklaşırken bobinden yine bir akım geçer. Ancak bu durumda akımın yönü, N kutbu bobine yaklaşırken oluşan akımın yönüne yine terstir. Jeneratörlerin Akım Vermesi:Bir magnetik alan içerisinde bir bobin döndürülürse bobinde elektrik akımı oluşur. Bobinin mıknatıslar arasında düzenli hareketi sürekli akımı sağlar. Akımın bu yolla üretimine indüklenme ya da indüksiyon, elektromagnetik indüklenme ve akım üretme adları verilir. İndüklenmeyle alternatif akım üreten düzeneklere alternatif akım üreteci denir. Magnetik alan içinde tel çerçeve dönerken bir tam devir için (360˚’lik dönüş için) geçen süre T ise bu süre içinde akımın zamana bağlı değişimi, aşağıdaki şekildeki gibidir. Tel çerçevenin harekete başladığı an ile T/4 zaman aralığında akım, en küçük değerinden maksimum değerine ulaşır. T/4 ile T/2 zaman aralığında akım maksimum değerinden en küçük değerine iner. T/2 ile 3T/4 zaman aralığında akım ters yönde en küçük değerinden maksimum değerine ulaşır. 3T/4 ile T zaman aralığında ise akım ters yönde maksimum değerinden başlangıç konumuna döner. Böylece tel çerçeve 360˚ dönmüş olur. Akım bu esnada iki kez yön değiştirir. 

S

N

0°

90°

270°

180°

360°

0

T/4

3T/4

T/2

T

Akım

        

 

Zaman

   Alternatif akımın zamana bağlı olarak yön değiştirmesiÜlkemizde kullanılan alternatif akım saniyede 100 kere yön değiştirir. Akımın saniyede 100 kere yön değiştirmesi için çerçevenin saniyede 50 tur atması gerekir. Çünkü her turda akım 2 kere yön değiştirir. Çerçeve saniyede 50 tur atarsa dakikada tur sayısı 3000 olur. Santrallerde kullanılan bir jeneratörün rotorunun boyutları oldukça büyüktür. Böyle bir rotorun dakikada 3000 tur atması rotorun parçalanmasına neden olur. Bu nedenle jeneratörün rotoruna çok sayıda sarım yerleştirilerek rotorun düşük hızla dönmesi ve akımın saniyede 100 kez yön değiştirmesi sağlanır.  

           

Fen fen bİlgİsİnde temel fİzİk yaklaşimlari