Elektrik Gücü Tek ve Üç Fazlı Aktif Reaktif Görünür

Karmaşık Güç

Bu çok kavramsal ve anlamak için çok önemlidir. karmaşık güç ifadesini oluşturmak için, öncelikle gerilim ve akım'ın karmaşık formda V.ejα ve I.ejβ olarak temsil edilebileceği tek fazlı bir ağı düşünmemiz gerekir. Burada α ve β, gerilim vektörü ve akım vektörünün belirli bir referans eksenine göre yaptığı açıları temsil eder. Etkin güç ve reaktif güç, gerilimin akımın eşleniği ile çarpılmasıyla hesaplanabilir. Yani,

Bu (α − β) gerilim ve akım arasındaki açıdan başka bir şey değildir, bu nedenle genellikle φ olarak gösterilen gerilim ve akım arasındaki faz farkıdır.
Bu nedenle, yukarıdaki denklem şu şekilde yeniden yazılabilir,

Burada, P = VIcosφ ve Q = VIsinφ.
Bu S miktarı karmaşık güç olarak adlandırılır.
Karmaşık gücün büyüklüğü yani |S| = (P2 + Q2)½ olarak bilinen görünür güç olup, birimi volt-amperedir. Bu miktar mutlak gerilim değeri ile akım'ın çarpımıdır. Yine, akımın mutlak değeri, Joule ısıtma kanunu'na göre ısı etkisiyle doğrudan ilişkilidir. Bu nedenle, elektrik makinesinin derecelendirilmesi genellikle izin verilen sıcaklık limiti içindeki görünür güç taşıma kapasitesiyle belirlenir.
Karmaşık güç denklemi içinde, terim Q [ = VIsinφ ] φ [= (α − β)] pozitif olduğunda pozitiftir, yani akım gerilim'den sonra kalır, bu da yükün indüktif doğaya sahip olduğunu gösterir. Tekrar, φ negatif olduğunda Q negatiftir; yani akım gerilimden önce gelir, bu da yükün kapasitif olduğunu gösterir.

Tek Fazlı Güç

Bir faz elektrik taşıma sistemi pratikte mevcut olmasa da, modern üç fazlı güç sistemine geçmeden önce bir fazlı güç temel kavramını bilmeliyiz. Bir fazlı güce detaylı girmeden önce, elektrik enerji sisteminin farklı parametrelerini anlamaya çalışalım. Elektrik enerji sisteminin üç temel parametresi elektrik direnci, endüktans ve kapasitansdır.

Direnç

Direnç, herhangi bir malzemenin doğal özelliğidir ve bu sayede elektronların hareketini sabit atomlarla çarpışmalar nedeniyle engelleyerek akımın akışına karşı durur. Bu süreç sonucunda üretilen ısı dağılır ve ohmik güç kaybı olarak bilinir. Akım bir dirençten geçerken, gerilim ve akım arasında faz farkı olmayacaktır, yani akım ve gerilim aynı fazdadır; aralarındaki faz açısı sıfırdır. Eğer I akımı R elektrik direnci üzerinden t saniye boyunca akarsa, direnç tarafından tüketilen toplam enerji I2.R.t olacaktır. Bu enerji aktif enerji olarak bilinir ve karşılık gelen güç de aktif güç olarak adlandırılır.

Endüktans

Endüktans, bir endüktör'un tek fazlı güç kaynağındaki pozitif yarım döngü sırasında manyetik alanda enerji depolaması ve negatif yarım döngü sırasında bu enerjiyi vermesi özelliğidir. Eğer L Henry endüktanslı bir bobinden 'I' akımı geçerse, bobinde manyetik alan şeklinde depolanan enerji şu şekilde ifade edilir:

Endüktansla ilişkilendirilen güç reaktif güçtür.

Kapasitans

Kapasitans, bir kapasitör'un tek fazlı güç kaynağındaki pozitif yarım döngü sırasında statik elektrik alanında enerji depolaması ve negatif yarım döngü sırasında bu enerjiyi vermesi özelliğidir. İki paralel metal plaka arasındaki elektrik potansiyel farkı V ve onların arasında C kapasitanslıkta olan enerji şu şekilde ifade edilir:

Bu enerji statik elektrik alanında depolanır. Bir kapasitörle ilişkilendirilen güç de reaktif güçtür.

Aktif Güç ve Reaktif Güç

Bir tek fazlı güç devresini düşünelim, burada akım gerilimden bir açı φ ile geride kalır.
Anlık elektrik potansiyel farkını v = Vm.sinωt
olarak ifade edelim, o zaman anlık akım i = Im. sin(ωt – φ) şeklinde ifade edilebilir.
Burada, Vm ve Im sırasıyla sinusoidal olarak değişen elektrik potansiyel farkının ve akımın maksimum değerleridir.
Devrenin anlık gücü şu şekilde verilir

Etkin Güç

Reaktif Güç

Öncelikle, tek fazlı güç devresi tamamen reaktif doğaya sahip olduğunu düşünelim, yani gerilim ve akım arasındaki faz açısı, yani φ = 0 ve bu nedenle,


Yukarıdaki denklemde açıkça görülüyor ki, ωt'nin değeri ne olursa olsun cos2ωt'nin değeri 1'den büyük olamaz; bu nedenle p'nin değeri negatif olamaz. p'nin değeri her zaman pozitiftir, anlık gerilim v ve akım i'nin yönlendirme yönünden bağımsızdır, yani enerji geleneksel yönde, yani kaynaktan yüküne doğru akar ve p yükün enerji tüketim hızıdır ve bu etkin güç olarak adlandırılır. Bu güç, bir elektrik devresinin reaktif etkisi nedeniyle tüketildiği için, bazen de Reaktif Güç olarak adlandırılır.

Reaktif Güç

Endüktif Güç

Şimdi tek fazlı güç devresi tamamen endüktif olduğunda bir durumu düşünelim bu da demektir ki akım gerilimden gerilim ile +90o açısıyla geride kalır. φ = +90o koyarak


Yukarıdaki ifadede, güçün alternatif yönlere doğru akanı görülür. 0o ile 90o arasında negatif yarı döngüsü olur, 90o ile 180o arasında pozitif yarı döngüsü olur, 180o ile 270o arasında tekrar negatif yarı döngüsü ve 270o ile 360o arasında tekrar pozitif yarı döngüsü olur. Bu nedenle bu güç, besleme frekansının iki katı olan bir frekansta doğal olarak alternatif niteliktedir. Güçün bir yarı döngüde kaynaktan yüküne diğer yarı döngüde yüktan kaynağa doğru akan olması nedeniyle bu gücün ortalama değeri sıfırdır. Bu nedenle bu güç hiçbir faydalı iş yapmaz. Bu gücü reaktif güç olarak adlandırılır. Yukarıda açıklanan reaktif güç ifadesi tamamen endüktif devreyle ilgili olduğu için, bu güç ayrıca endüktif güç olarak da adlandırılır.

Bu sonuç şu şekilde özetlenebilir: Eğer devre tamamen endüktif ise, pozitif yarı döngü sırasında enerji manyetik alan enerjisi olarak depolanır ve negatif yarı döngü sırasında verilir. Bu enerjinin değişim hızı, indüktörün reaktif gücü veya basitçe endüktif gücü olarak ifade edilir ve bu güç eşit pozitif ve negatif döngüye sahip olup net değeri sıfır olacaktır.

Kapasitif Güç

Şimdi tek fazlı güç devresinin tamamen kapasitif olduğunu düşünelim, yani akım gerilimden gerilim önde gider. Bu durumda, φ = – 90o.


Böylece kapasitif güç ifadesinde de güçün alternatif yönlerde aktardığını görüyoruz. 0o ile 90o arasında pozitif yarı döngüsü, 90o ile 180o arasında negatif yarı döngüsü, 180o ile 270o arasında tekrar pozitif yarı döngüsü ve 270o ile 360o arasında tekrar negatif yarı döngüsü olur. Bu nedenle bu güç, besleme frekansının iki katı olan bir frekansta alternatif doğasıdadır. İndüktif güç gibi, kapasitif güç de herhangi bir faydalı iş yapmaz. Bu güç aynı zamanda reaktif güce karşılık gelir.

Güçün Aktif ve Reaktif Bileşenleri

Güç denklemi aşağıdaki gibi yeniden yazılabilir

Bu ifade iki terim içerir; ilk terim Vm. Im.cosφ(1 – cos2ωt) olup, (1 – cos2ωt) değeri her zaman sıfırdan büyük veya eşit olduğundan dolayı asla negatif olmaz.

Bu bölüm, tek fazlı güç denkleminin reaktif gücü ifade eder, bu güç aynı zamanda gerçek güç veya doğru güç olarak da bilinir. Bu gücün ortalaması açıkça sıfırdan farklı bir değer olacaktır, yani güç fiziksel olarak iş yapar ve bu yüzden bu güç de gerçek güç veya bazen doğru güç olarak adlandırılır. Bu güç denklemi bölümü, reaktif gücü ifade eder, bu güç aynı zamanda gerçek güç veya doğru güç olarak da bilinir.
İkinci terim Vm. Im.sinφsin2ωt olup, pozitif ve negatif döngülere sahip olacaktır. Bu nedenle, bu bileşenin ortalaması sıfırdır. Bu bileşen, hiçbir faydalı iş yapmadan hat üzerinde geri ve ileri hareket ettiği için reaktif bileşen olarak bilinir.
Hem aktif güç hem de reaktif güç watts cinsinden aynı boyutları taşır, ancak reaktif bileşenin aktif bir güç temsil etmediğini vurgulamak için volt-amper reaktif veya kısa formu olan VAR cinsinden ölçülür.
Tek fazlı güç, tüm voltajların birlikte değiştiği dağıtım sistemine atıfta bulunur. Bir manyetik alanda dönen bir bobin veya sabit bir bobin etrafında dönen bir manyetik alan ile basitçe üretilir. Böylece üretilen alternatif voltaj ve alternatif akım, tek fazlı voltaj ve akım olarak adlandırılır. Farklı devreler, sinusoidal girdinin uygulanmasına farklı tepkiler gösterir. Sadece elektrik direnci olan, sadece kapasitans olan, sadece indüktör olan ve bu üçünün kombinasyonlarını inceleyeceğiz ve tek fazlı güç denklemi oluşturmak için çalışacağız.

Saf Dirençli Devre İçin Tek Fazlı Güç Denklemi

Hadi tek faz güç hesaplama tamamen dirençsel devre için inceleyelim. Sadece ohmik dirençten oluşan bir devre, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bir gerilim kaynağı V gerilimine bağlanmıştır.

Burada, V(t) = anlık gerilim.
Vm = gerilimin maksimum değeri.
ω = saniye başına radyan cinsinden açısal hız.

Ohm yasası'na göre,

Yukarıdaki denklemde V(t) değerini yerine koyduğumuzda elde ederiz,

Denklemler (1.1) ve (1.5)'ten V(t) ve IR aynı fazda olduğu anlaşılıyor. Bu nedenle, sadece ohmik direnç durumunda, gerilimler ile akım arasında faz farkı yoktur, yani figür (b) de gösterildiği gibi aynı fazdadır.

Anlık güç,

Tek faz güç denklemi (1.8)'den anlaşıldığı üzere, güç iki terimden oluşur, biri sabit bir kısım yani

ve diğer bir dalgalanan bir kısım yani

Bu değer, tam bir döngü boyunca sıfırdır. Bu nedenle, saf ohmik dirençteki güç şu şekilde verilir ve figür (c) de gösterilmiştir.

Tek Fazlı Güç Denklemi Sadece Endüktif Devre için

Endüktör pasif bir bileşendir. Her zaman AC endüktörden geçtiğinde, geri emf üreterek akımın akışına karşı çıkar. Bu nedenle, uygulanan akım üzerinde düşüşe neden olmak yerine, üretilen geri emfi dengelemek gerekir. Sadece endüktörün olduğu sinusoidal voltaj kaynağı Vrms ile devre aşağıdaki figürde gösterilmiştir.

Biliyoruz ki endüktörün üzerinden geçen voltaj şu şekilde verilir,

Yukarıdaki tek fazlı güç denklemi ile, AC endüktörden geçtiğinde I'nin V'den π/2 kadar geride veya diğer bir deyişle V'nin I'den π/2 kadar önde olduğunu açıkça görebiliriz, yani I ve V figür (e)’de gösterildiği gibi fazda değildir.

Anlık güç şu şekilde verilir,

Burada, tek fazlı güç formülü sadece dalgalanma terimini içerir ve tam bir döngü için güç değeri sıfırdır.

Tek Fazlı Güç Denklemi Sadece Kapasitif Devre için

Alternatif akım kondansatörden geçtiğinde, önce maksimum değerine yüklenir ve ardından boşalır. Kondansatör üzerindenki gerilim şu şekilde verilir,


Yukarıdaki tek fazlı güç hesaplama I(t) ve V(t) için kondansatörde akımın voltajdan π/2 açısı ile önde olduğunu göstermektedir.


Kondansatör aracılığıyla geçen güç sadece dalgalanma teriminden oluşur ve tam bir döngü için güç değeri sıfırdır.

RL Devresi için Tek Fazlı Güç Denklemi

Bir saf ohmik direnç ve endüktör, (g) figüründe gösterildiği gibi bir gerilim kaynağı V'nin arasında seri olarak bağlanmıştır. Bu durumda, R üzerinden düşüş VR = IR ve L üzerinden düşüş VL = IXL olacaktır.


Bu gerilim düşüşleri, (i) figüründe gösterildiği gibi bir gerilim üçgeni şeklinde gösterilmiştir. OA vektörü, R üzerinden düşüşü IR'yi temsil eder, AD vektörü, L üzerinden düşüşü IXL'yi temsil eder ve OD vektörü, VR ve VL'nin sonucunu temsil eder.

RL devresinin empedansıdır.
vektör diyagramından anlaşıldığı üzere, V, I'yi önderler ve faz açısı φ şu şekilde verilir,

Bu nedenle güç, iki terimden oluşur, biri sabit terim 0.5 VmImcosφ ve diğer biri dalgalanan terim 0.5 VmImcos(ωt – φ)'dir ve bu terimin değer tam bir döngü boyunca sıfırdır.
Böylece sadece sabit kısım gerçek güç tüketimine katkı sağlar.
Böylece güç, p = VI cos Φ = (rms gerilim × rms akım × cosφ) watt
Burada cosφ güç faktörü olarak adlandırılır ve şu şekilde verilir,

I, V boyunca Icosφ ve V'ye dik Isinφ olmak üzere iki dikdörtgen bileşene ayrılabilir. Sadece Icosφ gerçek güce katkı sağlar. Böylece, sadece VIcosφ wattlı bileşen veya aktif bileşen olarak adlandırılır ve VIsinφ wattsız bileşen veya reaktif bileşen olarak adlandırılır.

RC Devresi için Tek Faz Güç Denklemi

Biliyoruz ki saf kapasitanslarda akım gerilimden öne geçer ve saf ohmik dirençte ise fazda birlikte olur. Bu nedenle, RC devresinde toplam akım gerilimden φ açısı ile öne geçer. Eğer V = Vmsinωt ve I ise Imsin(ωt + φ) olacaktır.

Güç, R-L devresinde olduğu gibi aynıdır. R-L devresinden farklı olarak, R-C devresinde elektrik güç faktörü önde gider.

Üç Fazlı Güç Tanımı

Tek fazlı güce göre üç fazlı güç üretiminin daha ekonomik olduğu görülmüştür. Üç fazlı elektrik gücü sistemlerinde, üç gerilim ve akım dalga formları her güç döngüsünde zamanla 120o kayık olur. Yani, her gerilim dalga formunun diğer gerilim dalga formlarına 120o faz farkı vardır ve her akım dalga formunun diğer akım dalga formlarına 120o faz farkı vardır. Üç fazlı güç tanımı, elektrik sisteminde, üç ayrı tek fazlı güçlerin üç ayrı güç devreleri tarafından taşınması gerektiğini belirtir. Bu üç gücün gerilimleri ideal olarak zaman fazında birbirinden 120o uzaklıktadır. Benzer şekilde, bu üç gücün akımları da ideal olarak birbirinden 120o uzaklıktadır. İdeal üç fazlı güç sistemi, dengeli bir sistem anlamına gelir.

Bir üç fazlı sistem, üç faz voltajından en az biri diğerlerine eşit değilse veya bu fazlar arasındaki açı tam olarak 120o değilse, dengesiz kabul edilir.

Üç Fazlı Sistemin Avantajları

Bu enerjinin tek fazlı enerjiye göre daha tercih edilebilir olmasının birçok nedeni vardır.

1. Tek fazlı güç denklemi
   
   Zamana bağlı bir fonksiyondur. Buna karşılık, üç fazlı güç denklemi
   
   Zaman bağımsız sabit bir fonksiyondur. Bu nedenle, tek fazlı güç titreşmektedir. Bu genellikle düşük dereceli motorlarda etkili değildir, ancak daha büyük dereceli motorlarda aşırı titreşmeye neden olur. Bu nedenle, yüksek gerilimli güç yükleri için üç fazlı güç daha tercih edilir.

2. Üç fazlı makinenin derecesi, aynı boyuttaki tek fazlı makineden 1.5 kat daha büyüktür.

3. Tek fazlı endüksiyon motoru başlangıç torku yoktur, bu nedenle başlamak için bazı yardımcı yöntemler sağlamamız gerekir, ancak üç fazlı endüksiyon motoru kendiliğinden başlar ve hiçbir yardımcı yönteme ihtiyaç duymaz.

4. Güç faktörü ve verimlilik, her ikisi de üç fazlı sistemde daha büyüktür.

Üç Fazlı Güç Denklemi

Belirleme için, üç fazlı güç denklemi ifadesi yani üç fazlı güç hesaplama için önce dengeli bir üç fazlı sistem olduğu ideal bir durumu düşünmemiz gerekmektedir. Bu, her fazdaki gerilim ve akımın komşu fazlardan 120o kadar farklı olması ve her akım dalga amplitudesinin aynı olması anlamına gelir. Aynı şekilde, her gerilim dalga amplitudesi de aynıdır. Şimdi, üç fazlı güç sisteminin her fazındaki gerilim ve akım arasındaki açısal fark φ'dır.

O zaman, kırmızı fazdaki gerilim ve akım sırasıyla
olacaktır.
sarı fazdaki gerilim ve akım sırasıyla-
olacaktır.
Ve mavi fazdaki gerilim ve akım sırasıyla-
olacaktır.
Bundan dolayı, kırmızı fazdaki anlık güç ifadesi –

Benzer şekilde, sarı fazdaki anlık güç ifadesi –

Benzer şekilde, mavi fazdaki anlık güç ifadesi –

Sistemin toplam üç fazlı gücü, her fazdaki bireysel gücün toplamıdır-

Güç ifadesi, toplam anlık gücün sabit olduğunu ve her fazdaki gerçek güce üç katının eşit olduğunu göstermektedir. Tek fazlı güç ifadesinde hem reaktif güç hem de aktif güç bileşenlerini bulduk, ancak üç fazlı güç ifadesinde, anlık güç sabittir. Aslında, üç fazlı sistemde, her bireysel fazdaki reaktif güç sıfır değil, ancak herhangi bir anda toplamları sıfırdır.

Reaktif güç bir elektrik devresinde birim zaman başına akış halindeki manyetik enerjinin formudur. Birimi VAR (Volt Amper Reaktif)’dir. Bu güç bir AC devresinde asla kullanılamaz. Ancak, bir elektriksel DC devresinde, bir kapasitör veya indüktör yüklü olduğunda direnç arasında bağlanırsa, öğede saklı olan enerji ısıya dönüştürülebilir. Güç sistemimiz AC sistem üzerinde çalışır ve günlük hayatta kullandığımız çoğu yük indüktif veya kapasitiftir, bu nedenle reaktif güç, elektrik açısından çok önemli bir kavramdır.

Kaynak: Electrical4u.

Açıklama: Orijinali saygıya alın, iyi makaleler paylaşılabilir, eğer hak aykırılığına rastlanırsa lütfen silme isteği ile iletişime geçiniz.