Alternatif akım, zamana bağlı bir şekilde peryodik olarak yön ve şiddeti değişen akıma denmektedir. Bir iletkenin içinden geçen akımın şiddeti ve yönü değişken değil ise bu akıma doğru akım denilmektedir.
Alternatif Akım Nedir ?
Alternatif akım ve alternatif gerilimin temel görüntüsü sinüs dalgası şeklindedir. Ayrıca sinüzoidal dalga şeklinde de tanımlanmaktadır. Elektrik santrallerinde alternatörler tarafından enerji üretilmektedir. Üretilen enerjinin akım ve gerilimin yapısı sinüzoidal şekildedir.
Alternatif Akım Nasıl Elde Edilir ?
Manyetik alan içinde bulunan ve hareket eden iletkenlerde indüksiyon yolu ile gerilim oluşmaktadır. Makinelerin ürettiği bu gerilim Alternatif Akım motorları çalıştırabilen alternatif gerilimdir.
- İndüksiyon
Alternatif akımın elde edilmesinde İndükleme Prensibi:
Manyetik alan içinde akım geçen bir iletken konulduğunda, manyetik alan ile iletken arasında bir kuvvet meydana gelir. Oluşan bu kuvvete elektromotor kuvvet adı verilir.
İçinden akım geçmeyen bir iletken, manyetik alan içinde hareket ettirildiğinde; bu iletkenin iki ucu arasında potansiyel fark meydana gelir. Bu meydana gelen potansiyel farka -indüksiyon elektromotor kuvveti- denilmektedir. Bu iletkenin iki ucu bir alıcı üzerinden birleştirildiği zaman, iletkenden akım geçer.
Bu durumda manyetik alan içinden akım geçen iletkene etki ederek iletkende bir mekanik kuvvet meydana gelir. Hareket halindeki bir iletkene etki ederek, iletkenden de bir indüksiyon elektromotor kuvveti meydana getirir.
Bir iletkende gerilim indüklenmesi için;
- Bir manyetik alan olmalıdır. (mıknatıs veya elektromıknatıs ile elde edilir)
- İletkenin manyetik alanın içerisinde olmalıdır.
Gerilimin indüklenmesi için gerekli durumlar:
- Manyetik alan sabit, iletken hareketli olmalı ( Doğru akım jeneratörleri)
- Manyetik alan değişken, iletken sabit olmalı (Transformatörler ve Senkron jeneratörler)
- Hız farkı olmak şartı ile hem manyetik alan hem de iletken hareketli olabilir ( Asenkron motor)
İndüksiyon kanunu ayrıca Faraday kanunu olarak da bilinmektedir.
Alternatif Akımın Çalışma Prensibi
Alternatif akım üretmek için iletken, mekanik dönme hareketi yapan bir yapı kullanılır. Dönen mekanik yapı manyetik alan içerisinde yer alır. Belli bir hızla döner. Bu mekanik yapıya bilezik bağlantısı yapılır. Bileziklerin üzerinde ise fırça denilen iletken bir yapı yerleştirilir. Fırça bileziklere sabit değildir. Bileziklere sürtünerek meydana gelen akım almaktadır. Gerekli olan akım bu fırçalar aracılığı ile alınır. Alternatif akım büyük elektrik devrelerinde ve yüksek güçlü elektrik motorlarında kullanılmaktadır. Evlerde kullanılan elektrik alternatif akımdır. Çamaşır makinesi, buzdolabı, bulaşık makinesi, vantilatör gibi eşyalar direkt olarak bağlanan alternatif akım ile çalışır. Televizyon, müzik setleri ve video gibi cihazlar ise alternatif akımın doğru akıma çevrilmesi ile kullanılırlar.
Alternatif Akımda Cycle, Periot, Frekans Kavramları Nelerdir ?
Cycle(saykıl) Nedir ?
Elektromotor kuvvetin;
- Sıfırdan başlayıp pozitif maksimum değere ulaşmasına
- Pozitif maksimum değerden tekrar sıfıra düşmesi
- Sıfırdan negatif değere düşmesi
- Negatif değerden tekrar sıfıra çıkması
saykıl denir.
Bir saykıl pozitif ve negatif alternanslardan oluşur.
Periyot Nedir ?
Bir saykılın tamamlanması için geçen süreye Periyot denir. Periyot, T harfi ile gösterilir ve birimi saniye (s)’dir.
Sinüsoidal gerilim dalga şekli incelendiğinde;
- Pozitif maksimum değerin T/4
- Negatif maksimum değerin 3T/4 süresinde meydana gelir.
Frekans Nedir ?
Bir saniyede meydana gelen saykıl sayısına Frekans denir. f ile gösterilir.. Frekans birimi saykıl/saniye , periyot/saniye veya Hertz’dir. Periyot frekansın tersi olarak da tanımlanabilir.
Frekans f = 1 / T (Hz)
Periyot T= 1 / f (sn)
Alternatif Akım Nasıl Hesaplanır ?
Tel çerçeve sürekli bir şekilde sabit hızla dönmesi sağlandığında, çerçevedeki akı değişimi ve oluşan indüksiyon akımı sinüzoidal olur. Bir başka deyişle çerçevede oluşan akımın yönü ile birlikte şiddetide değişir. Akımın değeri pozitif (+İmax) ve negatif (-İmax) arasında sürekli artar ve azalır.
Manyetik alandaki tel çerçeve sabit “f” frekansıyla dönmesi sağlandığında çerçevede oluşan gerilimin anlık değeri;
ε = εmax.sin2π.f.t formülü ile hesaplanır.
Denklemde eşitliğin her iki tarafı çerçeve ile irtibatlı kapalı devrenin eşdeğer direncine bölündüğünde akımın anlık değeri olan;
i = imax.sin2π.f.t formülü elde edilir.
Alternatif Akım ve Gerilimin Etkin Değerleri
Aynı direnci alternatif akım kaynağına bağlandığında aynı miktardaki suya eşit miktarda ısı enerjisini vermesi için dirençten geçen akım değerine etkin akım denir. Alternatif akım devrelerine bağlanan ampermetre ve voltmetrelerin gösterdiği değerler, etkin akım ve etkin gerilim değerleridir.
akımın etkin değeri ise,
Bu formülle hesaplanır.
gerilimin etkin değeri ise,
Bu formülle hesaplanır.
Alternatif Akım Devrelerinde Direnç
Alternatif akım kaynağına bağlanmış sadece dirençli devrede, direncin üzerinden geçen akım ve direncin uçları arasındaki gerilim;
V = Vm.sin2π.f.t ile İ = İm.sin2π.f.t formülü ile hesaplanır.
R = 1 olduğunda Vm = İm ,
R < 1 olduğunda Vm < İm olur.
Alternatif Akım Devrelerinde Bobin
Düz bir iletken teli doğru akım kaynağına bağlandığında telin değeri “R” kadar olur ise, aynı teli alternatif akım kaynağına bağlandığında, telin akıma karşı gösterdiği direnç yine “R” kadar olur. Ancak teli bobin haline getirdiğimizde, telin akıma karşı gösterdiği direnç “R” direncinden başka;
XL = w.L = 2π.f.L kadar daha direnç uygular.
XL; Bobinin direnci (indüktans). Birimi – ohm.
f; Alternatif akımın frekansı. Birimi – s-1 (hertz)
L; Bobinin öz indüksiyon katsayısı. Birimi – Henry
Alternatif akıma bağlanan bobinin iki ucu arasındaki gerilim değeri;
VL = Vm.sinw.t (w = 2π.f) formülü ile hesaplanır.
Alternatif akımda akımın sürekli değişmesi bobinde bir öz indüksiyon akımının oluşmasına sebep olur. Bu sebeple bobinin bulunduğu devrede elektrik akımının değişmesi belirli bir gecikmeye gerçekleşir. Bu durumda alternatif gerilimin maksimum olduğu durumda alternatif akım maksimum olmaz. Akım ile gerilim arasında 900 lik faz farkı oluşur. Bobinli devrelerde akım, gerilime göre 900 (π/2) kadar geridedir. Bu durumda bobinden geçen akım değeri;
İL = İm.sin(w.t – π/2) olur. Eksi (-) işareti akımın gerilime göre π/2 kadar geriden gelmesinden kaynaklanır.
Bobin doğru akım kaynağına bağlandığında sadece ohmik direnci olur. Alternatif akım kaynağına bağlandığında ise, ohmik direnci ile birlikte indüktansı olur. Bu durumda alternatif akımda, bobinin akıma karşı gösterdiği eşdeğer direnci (empedansı -“Z”), doğru akımdaki ohmik direncinden büyük olur.
Devredeki direncin artması akım değerini düşürmesi nedeni ile doğru akıma bağlı bobinden geçen akım değeri, alternatif akımda bobinden geçen akım değerinden büyük olur.
Bu durumda bobinli doğru akımlı devreye bağlı “R” dirençli lambanın parlaklığı, bobinli alternatif akım devresindeki “R” dirençli lambanın parlaklığından fazla olur.
Alternatif Akım Devrelerinde Kondansatör (Sığaç)
Doğru akım devresine bağlanan kondansatörler dolumu süresi bitene kadar devreden anlık bir akım geçişi olur. Kondansatör dolumundan sonra sonsuz büyüklükte bir direnç gibi davranır, bu durumda devreden akım geçmez. Kondansatör boşalma sırasında da devreden akım geçişi gözlenir.
Alternatif akımda akımın yönü ve şiddeti sürekli değiştiğinden, aynı kondansatör alternatif akım devresine bağlandığında, kondansatör sürekli olarak dolma ve boşalma eylemlerini gerçekleştirir. Bu durumda devreden sürekli bir akım geçişi gözlenir.
Kondansatörlü devrelerde; kondansatörün uçları arasındaki gerilim, kondansatörden geçen akıma göre 90 derece öndedir. Bu durumda kondansatörden geçen akım değeri;
İC = İm.sin(w.t + π/2) olur. Artı (+) işareti akımın gerilime göre π/2 kadar önden gelmesinden kaynaklanır.
Kondansatörün alternatif akım devrelerinde akıma karşı gösterdiği dirence “kapasitans (kapasitif reaktans)” denir. Bobinde indüktans (XL) frekansla doğru orantılı iken, kondansatör kapasitans frekansla ters orantılıdır.
Bu durumda kondansatörlü devrede kapasitans değeri;
formülü ile hesaplanır.
Kapasitans kondansatörün akıma karşı gösterdiği direnç olduğundan “SI” da birimi “ohm” dur.
- Alternatif akımın frekans değeri, kondansatörün direnci (kapasitans) ile ters orantılıdır. Frekans artınca, kapasitans değeri azalır, aynı zamanda akım değeri de artar.
- Kondansatör üzerinde gerilim akımla zıt yönlüdür. Gerilim maksimum olduğu anda akım sıfırdır.
- Akım ile gerilim arasında 900 lik faz açısı vardır. Akım – gerilimden “π/2” kadar öndedir.
- Doğru akım kaynağına bağlı kondansatör, sadece dolarken veya boşalırken anlık akım geçerken, diğer durumlarda devreden akım geçmez. Ancak alternatif akım kaynağına bağlı kondansatör sürekli dolup boşalacağı içi devrede sürekli bir akım gözlenir.
Alternatif Akım Devrelerinde Bobin ve Direnç (RL Devreleri)
Alternatif akım devresine dirençle birlikte bobinde bağlandığında bu devre RL devresi olarak adlandırılır. Bu devrelerde direnç üzerindeki gerilimle bobin üzerindeki gerilim arasında faz açısı olduğundan, akıma karşı gösterilen eşdeğer direnç yani
EMPEDANS (Z);
formülü ile hesaplanır.
Devredeki alternatif gerilimin etkin değeri;
formülü ile bulunur.
Devredeki etkin akım değeri;
şeklindedir. Formüldeki “φ” gerilim ile akım arasındaki faz açısıdır.
Alternatif Akım Devrelerinde Kondansatör ve Direnç (RC Devreleri)
Alternatif akım devresine dirençle birlikte sığaç (kondansatör) bağlandığında bu devre RC devresi olarak adlandırılır. Bu devrelerde direnç üzerindeki gerilimle sığaç üzerindeki gerilim arasında faz açısı olduğundan, akıma karşı gösterilen eşdeğer direnç yani
EMPEDANS (Z);
bağıntısı ile hesaplanır.
Devredeki alternatif gerilimin etkin değeri;
ifadesi ile bulunur.
Devredeki etkin akım değeri;
şeklindedir. Formüldeki “φ” gerilim ile akım arasındaki faz açısıdır.
Alternatif Akım Devrelerinde Direnç, Bobin, Kondansatör (RLC Devreleri)
Bobin, sığaç ve direncin bir arada bulunduğu alternatif akım devrelerine RLC devreleri denir. RLC devrelerinde, bobin ile sığaç üzerindeki gerilim, dolayısıyla dirençleri birbirine zıt yönlü olduğundan, akıma karşı gösterilen eşdeğer direnç yani
EMPEDANS (Z);
formülü ile hesaplanır.
Devredeki alternatif gerilimin etkin değeri;
şeklinde bulunur. Akım ile gerilim arasındaki faz farkı (φ);
- XL > XC olduğunda; gerilim akımdan öndedir.
- XL < XC olduğunda; akım gerilimden öndedir.
- XL < XC olduğunda; faz açısı sıfır olur yani akımla gerilim aynı fazdadır. Aynı zamanda devrenin empedansı dirence eşit olur. Bu durumda devrenin akım değeri
maksimum olur. RLC devrelerinde XL’nin XC ye eşit olduğu duruma Rezonans hali denir.
Rezonans durumunda devrenin frekansı;
formülleri ile hesaplanır.
Rezonans denilen olay teknoloji alanının; tıbbi cihazlardaki görüntüleme işlemlerini gerçekleştirilebilmeside, radyolarda dinlenilen kanalların yayın yaptığı frekansları bulunmasında kullanılır. Ayrıca cep telefonlarında sinyalin alınabilmesi için kullanılan operatörün baz istasyonun sinyali ile rezonansa gelmesi gerekir.
Alternatif Akım Elde Etmek İçin Üretim Yöntemleri
- Hidroelektrik santrali ( HES hidroelektrik baraj)
- Termik santrali
- Rüzgar enerjisi (RES)
- Jeotermal Enerji Santrali
- Termal Güneş Enerjisi Santrali
- PV (Fotovoltaik Panel) Güneş enerjisi santrali
- Biyomas (biyokütle) Enerjisi Santrali
- Dönen Makineler ile Elektrik Üretimi
- Buhar Türbini
Bu yazımızda sizlere elimizden geldiğince alternatif akımı anlatmaya çalıştık. Yanlış olduğunu düşündüğünüz bir kısım var ise bunları bizlere yorumlarda belirtebilirsiniz. Aklınıza takılan sorularıda yorumlarda sorabilirsiniz. Yazımızı okuduğunuz için teşekkür ederiz.
İlginizi Çekebilir : Doğru Akım Nedir ? Nasıl Hesaplanır ? Doğru Akımın Özellikleri Nelerdir ?
Twitter Adresimiz İçin Tıklayınız
Facebook Adresimiz İçin Tıklayınız
