ELEKTRİK ENERJİ SİSTEMLERİNDE AKIM, GERİLİM VE GÜÇ

Elektrik santrallerinde üretilen akım alternatif akımdır. Yönü ve şiddeti zamanla periyodik olarak değişen akım alternatif akım (ac) olarak tanımlanır.

Elektrik devrelerinde iki nokta arasında gerilim farkı oluşturan ve yüklerin sürekli olarak hareketlerini sağlayan pil, akümülatör ve elektrik santrali gibi düzeneklere elektrik akımı üreteçleri adı verilir. Bu düzenekler aynı zamanda elektromotorkuvvet (emk) kaynağı olarak da bilinir.

Bir dalga biçiminin ardışık tekrarları arasındaki zaman aralığıdır. Periyot genellikle T harfi ile gösterilir. Periyot SI ölçüm sisteminde saniye ( s ) ile ölçülür.

Anlık değer: Herhangi bir anda bir dalga biçiminin şiddetidir. Küçük harflerle gösterilir. Örneğin akım için i, gerilim için v harfleri kullanılır.

Aynı eksen takımında ve aynı frekansta iki sinüssel dalga biçimi arasındaki farkı göstermek için önde ve geride terimleri kullanılır.

Sinüs dalgası veya bilinen bir şekle sahip olmayan dalga durumunda ortalama değeri bulmak için toplam alanın bulunmasında integral kullanılır. 

Bir alternatif akımın etkin değeri; aynı dirençte, aynı zamanda ve eşit miktarda ısı açığa çıkaran doğru akımın değerine eşittir.

Akımın etkin değeri (1.16) eşitliğinden, I_etk = 0,707 I_m = 0,707 (10 A) = 7,07 A bulunur. 

Elektrik ve elektronik cihazları oluşturan direnç, kondansatör, indüktör, transformatör, diyot gibi elemanlara temel devre elemanları denir.

Diyotlar, transistörler, tristörler ve entegre devreler aktif devre elemanlarıdır. Aktif devre elemanlarının yüksek akım geçirme ve yüksek akımların kontrol edilmesi gibi görevleri vardır. Aktif devre elemanları, diyotlarda olduğu gibi, tek başlarına kullanılsalar bile verimli bir devre için pasif devre elemanlarına ihtiyaç duyarlar.

Enerji kaynağı ya da etkin elektromotor kuvvetleri olamayan, gerilim uygulandığında üzerlerinden geçen akımın sonucu olarak enerji harcayan ya da depolayan devre elemanları pasif devre elemanları olarak adlandırılır. Direnç, indüktör ve kondansatörler pasif devre elemanlarıdır.

Pasif elemanlar alternatif akım devrelerinde akımın geçişine karşı üç çeşit direnç gösterir. Bunlar sırasıyla omik direnç, kapasitif ve indüktif reaktans olarak adlandırılır.

Akım ve gerilim arasındaki faz ilişkisini ifade etmek için fazör diyagramı olarak adlandırılan grafiksel yapılar kullanılabilir. Bu yapılarda akım ve gerilim gibi alternatif nicelikler fazör denilen dönen vektörlerle temsil edilir. Fazörün dik eksen üzerindeki izdüşümü söz konusu niceliğin anlık değerini, boyu ise o niceliğin maksimum değerini (genliğini) gösterir. Fazör saat ibrelerinin tersi yönünde döner. Sinüssel olarak değişen farklı fazlarda çeşitli akım veya gerilimin toplanması fazör diyagramı kullanılarak
kolayca hesaplanmaktadır

İndüktörler de aynı kondansatörler gibi elektrik enerjisini depo eder, yüklenir ve boşalırlar. Elektrik devresindeki bir indüktör, o devreden geçen akımın değişimine karşı koyar. Akımı artıracak şekilde devredeki üreteç gerilimi artırılırsa indüktör bu değişime karşı koyar ve meydana gelen akımdaki artma aniden gerçekleşmez. Üreteç gerilimi azaltılırsa akımda ani bir düşmenin yerine yavaş bir düşmenin gerçekleşmesine sebep olur. İndüktör, akımdaki değişikliklere karşı koydukça devrenin daha yavaş tepki
vermesine neden olur. Bu nedenle üreteç bir akım oluşturabilmek için indüktöre karşı iş yapmalıdır. Üreteç tarafından sağlanan enerjinin bir kısmı dirençte iç enerji olarak görünür, geri kalanı indüktörün manyetik alanında depolanır.

İndüktif reaktans, alternatif akıma karşı indüktörün gösterdiği dirençtir ve SI ölçüm sisteminde birimi volt ( V )/amper ( A ) 'dır. Dirençten farklı olarak reaktans, indüktörün karakteristiklerine olduğu kadar frekansa da bağlıdır. 

Elektrik yüklerini kısa süreli depolamaya yarayan elemanlara kondansatör adı verilir. Boş olan bir kondansatörün uçları doğru akım (dc) üretecine bağlandığında, kondansatör doluncaya kadar devreden akım geçecektir. Kondansatör dolduktan sonra devreden akımın geçmediği görülür. Boş kondansatör bir alternatif akım üretecine bağlandığında, devreden akım geçmeye başlar
ve kondansatör birkaç dönü sonrası dolacaktır. Daha sonra kondansatörde dolma-boşalma işlemi başlayacaktır. Kondansatöre ac gerilim uygulandığında, gerilim artarken akım azalır veya gerilim maksimum olunca akım sıfıra düşer. Bu durumda kondansatör yüklenmiş olur. Gerilim azaldıkça kondansatör devreye akım vererek boşalmaya başlar. Devreye uygulanan gerilim sıfır olduğunda akım en büyük değerini alır.

DC devrelerde uygulanan akımın yönü ve şiddeti zamana bağlı değildir. Bu nedenle bu türdeki devrede güç tek bir değere sahiptir ve I²_dc R ile verilir. AC devrelerde ise uygulanan akımın yönü ve şiddeti zamanla değişecektir. Bu türdeki bir devrede akım ve gerilimin değerleri sabit olmayıp sürekli değiştiğinden dolayı ac güç de zamanla değişecektir.

AC devrelerde herhangi bir andaki akımla gerilimin çarpımı anlık güç olarak tanımlanır. Gücün her an değişik bir değer aldığı bu durumlarda asıl faydalı olan ortalama güçtür. Faydalı olan bu güç aktif veya etkin güç olarak adlandırılır. Alternatif akım devrelerinde aktif güç yerine güç kelimesi kullanılır. AC devresinde aktif gücü dirençler çeker.

İndüktör ve kondansatör birbirleri ile eşlenik çalışan iki devre elemanıdır. Her iki devre elemanı seri bağlı olarak aynı devrede bulunduklarında üzerlerindeki gerilimlerin faz farkı ! 180 ’dir. Bu nedenle indüktör üreteçten güç çekerken kondansatör daha önce depoladığı gücü geri verir, devamında kondansatör güç çekerken indüktör daha önce depoladığı gücü geri verir.

Elektrik devrelerinde işe yaramayan fakat kaçınılmaz olarak karşımıza çıkan reaktif güç değerinin artışı istenilmeyen bir durumdur. İş yapan güç aktif güç olduğundan aktif gücün maksimum, reaktif gücün minimum olması istenir. Genellikle jeneratör, transformatör ve motor gibi AC makinalarının etiketleri üzerinde görünür güç değeri belirtilir.