Ölçme ve Önemi

 
Ölçme veya ölçüm herhangi bir büyüklüğün benzer tür başka bir büyüklükle kıyaslanması olarak bilinir. Örnek olarak iki nokta arasındaki mesafeyi ölçmek için metre kullanılırken kütle ölçümünde kütle birimi kilogram olduğu için kilogramı kullanırız. Görüldüğü gibi işlem yapacağımız maddeler değiştikçe bunlara bağlı olarak birimler değişmektedir. Bu değişimi evrenselleştirmek için birim sistemleri kullanılmaktadır.


Elektrik enerjisinin hem üretimi hem de tüketimi sırasında data bilgilerinin akışını sağlamak için ölçme yapmak zorundayız. Bir elektrik motorunu düşünelim eğer bu motorun çektiği akımı bilirsek ayrıca kullanılmak istenen iletkeni, sigortayı bilir isek aşırı akım rölesini kolaylıkla seçebiliriz. Yapıları her ne kadar karmaşık olsa da en güvenilir ve en gelişmiş ölçü aletleri elektronik aletlerdir. Duyarlılıkları maksimum seviyede olmakla beraber küçük genlikli işaretleri ölçebilirler.

Elektriksel Ölçümün Önemi Nedir?

 
Yapılacak olan ölçüm sonucunun doğruluğu için ölçü aletlerinin doğru seçilmesi gereklidir. Bunun için ölçülecek olan büyüklük bilinmesi gerekir. Cihazın hangi akım türünde çalıştığı ve ölçülecek büyüklüğün hangi değerler arasında olması gerektiği bilinmelidir.


Elektrikle çalışan tüm aletlerin tam verimle çalışması isteniyorsa elektriksel ölçümleri düzenli olarak yapılması gerekir. Elektriksel ölçmelerin diğer önemli yanları ise şunlardır:

►Herhangi bir arıza meydana geldiğinde hangi elemandan kaynaklı olduğu bilinebilmesi
►Elektronik elemanların dayanıklılık kontrolünün yapılabilmesi
►Devrede kopukluk var ise bunların bulunabilmesi ve kısa devrenin tespit edilebilmesi
►Elektrik devresinin normal çalışmadaki ve arıza halindeyken çalışmasındaki değerlerin karşılaştırılabilmesi.

Güç Ölçümü Temelleri

 
Doğru akım güç ölçüm denklemini basitçe tasvir edersek watts=volt*amper olarak gösterebiliriz. Alternatif akım güç ölçümünde ise watts=volts*amps*PF dir. Güç tüketimi hesaplanmasında ise belli bir süre içerisinde en az bir döngü kullanılarak hesaplanır. Sayısallaştırma tekniklerini kullanırsak anlık gerilimi daha sonra birikmiş ve bir ölçüm sağlamak için belirli bir süre boyunca entegre edilmiş anlık akım ile çarpılmasıdır.

Üç Fazlı Devrelerde Ortalama Gücün Ölçümü

Üç fazlı devrelerde güç ölçümü genellikle elektro dinamometre wattmetre ile yapılır. Bu cihaz 2 bobine sahiptir. Bunlardan biri akım bobini olarak adlandırılır. Bu bobin hareketsiz ve yük akımıyla orantılı bir akım taşıyacak şekilde üretilmektedir. Bir diğer bobin türü olan gerilim bobini ise hareketli ve yük gerilimiyle orantılı bir akım taşımaktadır.
 

► Şekil 3:Wattmetre Örneği


►İlginizi Çekebilir: Elektrik Motorları | 1. Bölüm

Hareketli bobine bağlı olan göstergenin ortalama sapması, akım bobinindeki akımın etkin değeri, gerilim bobininde indüklenen gerilimin etkin değeri ve gerilimle akım arasındaki faz açısının kosinüsünün çarpımına eşit olmaktadır.

Bir kutuda genel devre ve kutumuzu beslemekte olan n iletken hat düşünelim. Aşağıdaki resimde şematizesini görebilirsiniz.
 

►İlginizi Çekebilir: Redresör Nedir?

 

Kutu terminallerinde toplam gücü ölçmek için n-1 akım ve gerilim bilmek zorundayız. Çünkü bir terminal referans olarak seçildiğinde sadece n-1 bağımsız gerilim bulunur. Benzer şekilde kutuya giren n iletkende n-1 bağımsız akım vardır. Bir sonuca ulaşırsak toplam güç n-1 çarpım teriminin toplamıdır yani :
 

P=V1*İ1+V2*İ2+V3*İ3…V(n-1)*İ(n-1)

Bu yöntemi uygulayarak, üç iletkenli bir devrede, dengeli veya dengesiz olsun toplam gücü ölçmek için iki wattmetreye ihtiyaç vardır. Dört iletkenli bir devrede, eğer 3 faz devreye dengesiz ise 3 wattmetreye ihtiyacımız vardır. Eğer dengeli ise 2 wattmetre yeterlidir. Bunun sebebi ise dengeli durumda nötr iletkendeki akım 0’ dır. Böylece herhani bir dengeli 3 faz sistemde toplam ortalama gücü ölçmek için yalnız 2 wattmetreye ihtiyaç duyarız.
 

► Şekil 4: Farklı Wattmetre Örneği


►İlginizi Çekebilir: Kesintisiz Güç Kaynağı (UPS) Nedir, Neden Kullanılır?

 

İki wattmetre yöntemi, her bir wattmetreden ölçülen ortalama gücün büyüklüğünü ve matematiksel işaretini belirlemeye indirgenir. Temel sorun ise iki wattmetrenin gölgeli kutularla gösterilip W1 ve W2 ile belirtildiği aşağıdaki resimdeki devre ile açıklayailiriz.
 

► Şekil 5: İki Wattmetre Yöntemini Uygulayacağımız Devre

 

CC ve pc bobin gösterimi, sırasıyla akım bobini ve gerilim bobinini göstermektedir. Watmetrelerin akım bobinlerini Aa cC hatlarına göre yerleştirirsek Bb hattı iki gerilim bobini için referans hattıdır. Yük Y ye bağlıdır ve faz başına yük empedansı |Z|/θ olarak gösterilmiştir. İki wattmetre okuması için denklem geliştirirsek yüklerin pasif devre elemanları ile modellenebildiğini bundan dolayı yük empadansının faz açısının -90 ve +90 derece arasında kabul edeceğiz. Wattmetrenin ortalama sapması hakkında üst kısımda bilgi verdik bu bilgilerden wattmetre 1 in Vab I aA ve VAB ile I Aa arasındaki açının kosinüsünün çarpımına tepki göstereceğini görebiliriz. Bu wattmetre okumasını W1 ile gösterirsek;

 

 

Yine benzer şekilde;

 

Olarak denklemleri yazabiliriz. Gördüğümüz gibi W1 ve W2 yi hesaplamak için faz açılarını bilmek gerekir. Bu θ1 ve θ2 açılarını faz gerilimi ve akım arasındaki faz farkı olan Teta cinsinden ifade ederiz.

 

 

 

Toplam gücü bulmak için ise W1 ve W2 yi toplamamız gerekmektedir.
 

 

Bu ifademiz 3 fazlı bir devredeki toplam gücün ifadesidir.



Kaynak: 
►İstanbul Kemerburgaz Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ders Notları
►EDN Network
►Nılsson RIEDEL Circuit Theory