AC Devrelerde Direnç

AC Devrelerde Direnç, gerilim, akım ve tüketilen gücün rms değerleri ile verilerek kullanılabilir.

Önceki yazılarımızda dirençlerin bağlantılarına baktık ve bunlarla ilişkili voltajı, akımı ve gücü hesaplamak için Ohm Yasasını kullandık. Her durumda hem gerilimin hem de akımın sabit bir polaritede, akışta ve yönde, diğer bir deyişle Doğru Akım veya DC olduğu varsayılmıştır .

Ancak, alternatif akım veya AC olarak bilinen, voltajı polariteyi pozitiften negatife ve zamanla tekrar geriye çeviren ve ayrıca akımı voltaja göre ileri geri salabilen başka bir besleme türüdür. Bir AC kaynağının salınım şekli, yaygın olarak Sinüsoidal Dalga Formu olarak adlandırılan bir “sinüs dalgasının” matematiksel formunun şeklini takip eder. Bu nedenle, sinüsoidal bir voltaj V(t) = Vmax sin ωt olarak tanımlanabilir.

İhmal edilebilir endüktans veya kapasitans değerlerine sahip AC devrelerinde saf dirençler kullanırken, Ohm Yasasının aynı prensipleri, voltaj, akım ve güç için devre kuralları (ve hatta Kirchhoff Yasaları) DC dirençli devrelerde olduğu gibi geçerlidir, bu sefer tek fark bu sefer anlık “tepeden tepeye” veya “rms” miktarlarının kullanımındadır.

AC alternatif voltajlar ve akımlarla çalışırken, karışıklığı önlemek için yalnızca “rms” değerlerinin kullanılması olağandır. Bir AC dalga biçiminin rms veya “kök ortalama kare” değeri, bir AC dalga biçimi için efektif veya DC değeri eşdeğeridir. Ayrıca, bir AC voltaj kaynağını tanımlamak için kullanılan şematik sembol, DC için bir pil sembolü iken AC devrelerde “dalgalı” bir çizgidir ve bu aşağıda gösterilmiştir.

DC ve AC Sarf Malzemelerinin Sembol Temsili

AC Devrelerde Direnç
AC Devrelerde Direnç

Dirençler “pasif” cihazlardır, yani elektrik enerjisi üretmez veya tüketmezler, sadece elektrik enerjisini ısıya dönüştürürler. DC devrelerinde, bir dirençteki voltajın akıma doğrusal oranına direnci denir. Bununla birlikte, AC devrelerinde bu gerilimin akıma oranı , beslemenin frekansına ve faz farkına veya faz açısına (  φ ) bağlıdır. Bu nedenle AC devrelerinde dirençler kullanılırken Empedans terimi kullanılır, genellikle Z sembolü kullanılır ve DC direnci = AC empedansı, R = Z olduğunu söyleyebiliriz.

AC devrelerinde kullanıldığında, kapasitör ve indüktörlerin aksine, DC’den çok yüksek frekanslara besleme frekansı ne olursa olsun, bir direncin her zaman aynı direnç değerine sahip olacağını not etmek önemlidir.

AC devrelerindeki dirençler için, içlerinden geçen akımın yönü, direncin davranışı üzerinde hiçbir etkiye sahip değildir, bu nedenle voltaj yükselip alçaldıkça yükselir ve düşer. Akım ve voltaj tam olarak aynı anda maksimuma ulaşır, sıfıra düşer ve minimuma ulaşır. yani, aynı anda yükselir ve düşerler ve aşağıda gösterildiği gibi “eş fazlı” oldukları söylenir.

VI Faz İlişkisi ve Vektör Diyagramı

AC Devrelerde Direnç

Yatay eksen boyunca herhangi bir noktada, akım ve gerilim aynı anda maksimum değerlerine ulaştığı için anlık gerilim ve akımın aynı fazda olduğunu, yani faz açısının  θ  0 o olduğunu görebiliriz. Daha sonra bu anlık voltaj ve akım değerleri, sadece ohm kanunu kullanılarak direncin omik değerini vermek için karşılaştırılabilir. Bir AC kaynağı ve bir dirençten oluşan devreyi düşünün:

AC Devrelerde Direnç

Direnç üzerindeki anlık gerilim, V R , besleme gerilimine, V t eşittir ve şu şekilde verilir:

AC Devrelerde Direnç

Dirençte akan anlık akım bu nedenle şöyle olacaktır:

AC Devrelerde Direnç

Bir direnç üzerindeki voltaj VR  = IR olarak verildiğinden, yukarıdaki direnç üzerindeki anlık voltaj şu şekilde de verilebilir:

AC Devrelerde Direnç

Tamamen dirençli seri AC devrelerde, tüm voltajlar birbiriyle aynı fazda olduğundan, toplam devre voltajını bulmak için dirençler arasındaki tüm voltaj düşüşleri birlikte eklenebilir. Benzer şekilde, tamamen dirençli bir paralel AC devresinde, tüm dal akımları birbiriyle aynı fazda olduğundan, toplam devre akımını bulmak için tüm ayrı dal akımları bir araya toplanabilir.

AC devrelerde dirençler için gerilim ile akım arasındaki faz açısı φ sıfır olduğundan devrenin güç faktörü cos 0o  = 1.0 olarak verilir. Herhangi bir anda devredeki güç, o andaki gerilim ve akım çarpılarak bulunabilir.

Daha sonra devre tarafından tüketilen güç (P), watt cinsinden P = Vrms Ι cos Φ olarak verilir. Ancak tamamen dirençli bir devrede cos(Φ) = 1 olduğundan , tüketilen güç basitçe şu şekilde verilir, P = Vrms Ι Ohm Yasası ile aynıdır.

Bu daha sonra bize “Güç” dalga biçimini verir ve aşağıda bir dizi pozitif darbe olarak gösterilir, çünkü gerilim ve akım her ikisi de döngünün pozitif yarısında olduğunda, sonuçta ortaya çıkan güç pozitiftir. Gerilim ve akımın her ikisi de negatif olduğunda, iki negatif değerin çarpımı pozitif bir güç darbesi verir.

AC Devrelerde Direnç
Saf Dirençte Güç Dalga Formu

Daha sonra, bir AC rms kaynağından beslenen tamamen dirençli bir yükte harcanan güç, bir DC kaynağına bağlı bir dirençle aynıdır ve şu şekilde verilir:

AC Devrelerde Direnç
  • Burada:
  • P   , Watt cinsinden ortalama güçtür
  • rms   , Volt cinsinden rms besleme voltajıdır
  •  I rms    , Amper cinsinden rms besleme akımıdır
  • R   , Ohm (Ω) cinsinden direncin direncidir – empedansı belirtmek için Z olmalıdır

Maksimum Imax değerine sahip bir alternatif akımın ürettiği ısıtma etkisi, aynı değerdeki bir DC akımınınkiyle aynı değildir. AC ısıtma etkisini eşdeğer bir DC ile karşılaştırmak için rms değerleri kullanılmalıdır. Elektrikli aletler, tost makineleri, su ısıtıcıları, ütüler, vb. Gibi herhangi bir dirençli ısıtma elemanı dirençli bir AC devresi olarak sınıflandırılabilir.

AC Devrelerde Direnç Soru Örneği 1

250v AC besleme gerilimine 1000 Watt (1kW) bir ısıtma elemanı bağlanır. Elemanın sıcakken empedansını (AC direnci) ve beslemeden alınan akım miktarını hesaplayınız.

AC Devrelerde Direnç

AC Devrelerde Direnç Soru Örneği 2

240v’luk bir kaynağa bağlı 100Ω dirençli bir eleman tarafından tüketilen gücü hesaplayın.

Kaynağa bağlı yalnızca bir bileşen olduğundan, V R = V S

AC Devrelerde Direnç

Özetlemek gerekirse, saf bir omik AC Dirençte, aralarında faz farkı olmadığı için akım ve voltajın her ikisinin de “faz içi” olduğu söylenir. Dirençten akan akım, bir AC devresinde Empedans olarak adlandırılan bu doğrusal ilişki ile üzerindeki voltajla doğru orantılıdır. DC devrelerinde olduğu gibi, Ohm Yasası, direnç voltajlarını, akımlarını ve gücünü hesaplamak için AC devrelerinde dirençlerle çalışırken kullanılabilir.