AC Tek Fazlı Sistemde Güç

DC akım devrelerinde, gücü bulurken devreye uygulanan gerilim ile devreden gecen akımın oluşturduğu gücü gerilimle akımın çarpımının karesiyle bulunduğunu biliyoruz. AC uygulanan devrelerde ise akım ve gerilimin zamana bağlı olmasından dolayı güç değeri zamanın her farklı noktasında değişi değerler alacaktır. Yani DC akım devrelerinde olduğu gibi devredeki güç değeri her zaman P=I².R değildir. Kısacası AC devrelerde gücü anlık hesaplayabiliriz.Bu güce de ani güç denir.

Ani güç zamana bağlı olduğundan belli aralıklarla pozitif ve negatif değerler alabilir. Eğer devrede ki güç pozitif ise kaynaktan devreye bir güç akışı olduğu, ancak negatif güc akışı varsa devreden kaynağa bir veriliyor demektir.
 

R L C elemanlarından oluşan bir AC devrede Z empedans ile gösterilir. Direnç elemanlarına ait olan ve toplam gücün reel bileşenini oluşturan kısmına aktif güç, bobin ve kondansatör gibi devre elemanlarına ait olan ve komplex gücün sanal bileşenini oluşturan kısmına reaktif güç, bu güçlerin toplamına ise görünür güç denir.
 
Z = R ± iX                        S = P ± iQ
S = Görünür Güç           Birimi: VA*volt-amper
P= Aktif güç:                   W*watt
Q= Reaktif Güç:             VAr* volt-amper-reaktif
 

 
Bobin ve Kondansatör gibi reaktif güç içermeyen direnç tabanlı devrelerdir. Gerilim ve akım aynı fazlı olup faz farkı 0 dır.

Omik devrelerde ortalama güç sıfırdır. Direnç kaynaktan aldığı gücü depo etmez, sadece ısı ve ışık olarak harcar. Buna örnek olarak günlük hayatta kullandığımız; ütü, su ısıtıcılar, elektrikli sobaları örnek verebiliriz. Omik devrelerde faz farkı olmadığından akım ve güç aynı anda pozitif değerler alıp aynı anda negatif değerler alırlar. Bu yüzden p(t)=u(t).i(t) denkleminden akım ve gerilimin çarpımından güç daima pozitif çıkacaktır. Pozitif çıkmasıda omik devrelerin gücü depo etmediği ve daima harcadığın kanıtlamış oluruz. Bakınız Şekil 3.3

 

 Şekil 3.3

 
Yalnız kondansatör içeren devrelerde gerilim, akımdan 90 derece (π/2) geri fazlıdır. ϕ = -90º dir.

Şekil 3.5 te de göreceğimiz gibi devrenin zamana bağlı olmasından dolayı ortalama güç sıfır olacaktır.

 

Akım ve gerilim arasında faz farkı olduğundan matematiksel olarakta gördüğümüz şekilde ani güç hem büyüklüğü hem pozitif hemde negatif değerler alır. Pozitif alanlarda kondansatör devreden güç çekerek enerjiyi depo etmekte (şarj), negatif alanlarda ise devreye enerji (deşarj) vermektedir.bir periyotta kondansatör iki kere şarj ve deşarj olduğundan dolayısıyla ortalama güçte sıfır olmaktadır. Bu noktada aklımıza şu soru gelebilir. Peki biz bu durumda enerji harcamamış olmamız gerekmez mi? Teoride böyle düşünmek doğru olabilir ancak kondansatörün iç direnci olduğundan belli seviyede bir enerji kaybı yaşanmaktadır. Herhangi bir elektronik devrede kondansöre dokunduğumuz zaman ısındığını anlayabiliriz. Bu da enerji kaybının en önemli kanıtıdır. Ancak devreleri analiz ederken kondansatörü ideal kabul edip kayıpları sıfır alacağız. Yani P= 0’ dir.
 

 
Yalnız bobin içeren veya bobinin özelliklerinin baskın olduğu devrelere endüktif devre denir. Endüktif devrelerde akım gerilimden ϕ açısı kadar geri fazlıdır. Şekil 3.6’ da yalnız bobin ve gerilim kaynağı bulunan devreyi inceleyeceğiz.

Akım ve gerilim arasında faz farkı olduğundan, ani güç büyüklüğü hem pozitif hemde negatif değerler almaktadır. Pozitif değer aldığı aralıklarda şarj oluyor, negatif olduğu aralıklarda ise kaynağa enerji vererek deşarj oluyor. Konsandasörde de bahsettiğiz gibi bobini ideal kabul edip kayıpları sıfır alıyoruz. Böylece sadece bobin içeren devrede aktif güç P= 0 olmaktadır.

Şekil 3.7’ de görüldüğü gibi bir periyotta bobin iki defa şarj ve deşarj olmaktadır.
 

 
Bu başlıkta direnç, bobin ve kondansatör gibi devre elemanlarının birlikte bulunduğu devreleri inceleyeceğiz. Güç analizi yaparken devrelerde genellikle ve çoğunlukla bu üç eleman sık sık karşımıza çıkmaktadır. Önceki başlıklarda empedans açısı işe güç açısı aynıydı, ancak komplex güç analizinde bu açılar farklı olabilmektedir. Bobinin baskın olduğu yani endüktif bir devrede örneklerle bu konuyu ele alalım. u(t)=U_msin(wt+α) ,  i(t)=I_msin(wt-β) olsun.
 

Devreye ait akım ile gerilimin fazörel gösterimi;

 
 
Devre empedansı ise;
 



 
KAYNAK:
Elektrik Devreleri Teori ve Çözümlü Örnekler  Yrd. Dç. Dr. Ali Bekir Yıldız. KOU Elektrik Mühendisliği
ALL ABOUT CIRCUIT