Güç Çeşitleri Görünür Güç ve Hesaplaması

Güç Çeşitleri: Birim zamanda yapılan işe güç adı verilir. Formülü: P= W/ t dir. Alternatif akım devresindeki alıcılarda, alıcının akımı ile gerilimi arasında bir faz açısı vardır. Bu faz açısının kosinüs değeri, alıcının şebekeden çektiği güç ile alıcıda işe dönüşen gücün değişik olmasını meydana getirir.

Şekildeki  vektörlerde bu durum alıcının özelliğine göre belirtilmiştir. Bundan dolayı alternatif akım devresindeki endüktif  ve kapasitif özellikli alıcılarda üç ayrı güç ölçme faktörü ortaya çıkarır. Bu güçler görünür güç, aktif güç, reaktif güçtür.

Şekillerdeki bulunan eğri ve vektör diyagramları incelendiği zaman,

Şekil 1- Endüktif alıcı yük (akım gerilimden geride) vektör diyağramı

• Yük üstündeki akımın gerilimden geride olması durumundan ki yük çeşidine endüktif (bobin) yük adı verilir. ( Şekil 1)

Şekil 2 – Kapasitif alıcı yük (akım gerilimden ileride) diyağramı

• Yük üstündeki gerilimin akımdan geride olması durumunda ki yük çeşidine kapasitif yük denir. ( Şekil 2)

Şekil 3 – Omik alıcı yük diyağramı

• Yük üstündeki akım gerilimin bir çarpanı ve akımla gerilim arasında bir faz farkı yoksa bu yük çeşidine omik (direnç ) yük denir.  (Şekil 3)

Görünür Güç Nedir?

Alıcının şebekeden çektiği güce görünür güç denir. “S” harfi ile sembolize edilir. Bir devrede direnç ve reaktanslar birlikteyse  bu devrede aktif ve reaktif güç beraber çekilir. Bu devrelerde güç, akım ile gerilimin çarpımına eşittir.

Görünür güç formülü:

S = U x I dır. Birimi: (VA) Volt-Amperdir. Alıcının çektiği aktif ve reaktif güçlerin vektöriyel toplamına eşittir.

Alternatif akım devresine alıcıya bağlanan ampermetre alıcının akımını, voltmetre ise alıcının gerilimini  ölçer ve gösterir. Ampermetre ve voltmetreden alacağımız değerler ile o alıcının görünür gücünü buluruz.

Ampermetreler devreye seri bağlanır. Eğer ampermetreyi  devreye paralel bağlarsak iç direnci çok küçük olduğu için kısa devre meydana getirir. Voltmetreler devreye paralel bağlanır . Voltmetreyi  devreye seri bağlarsak iç direnci büyük olduğu için üstünde gerilim düşümü fazla olacağından  alıcılara  az gerilim düşer.

Örneğin;

Şekildeki devrede ampermetreden okunan değer 2 Amperi, voltmetreden okunan değer ise 220 Volt’u gösteriyor. Bu durumda almacın  görünür gücünü bulalım.

Çözüm:

U = 220 Volt          I = 2 Amper          S = ?

S = U x I = 220 x 2 = 440 VA buluruz.

Aktif Güç Nedir?

Gücün her an farklı değer aldığı durumlarda iş gören, yararlı olan gücün ortalama değerine “alternatif akımda aktif güç” adı verilir.  Alternatif akımda güç denildiği zaman anlatılmak istenen aktif güçtür.

Aktif güç formülü:  P = U x I x Cosφ dir.

Birimi Watt’tır.  “P” harfi ile simgelenir.

Aktif Güç Tüketimi

Aktif güç farklı yükler (elektrik motoru, trafolar, lambalar) tarafından çekilen yararlı güçlerdir. Artık elektrik enerjisi alternatif akım enerjisi olarak üretiliyor ve dağıtılıyor. Tüketiciler, şebekeden “ I ” (amper) kadar bir akım çekerler. Tüketicilerin çektiği akım aktif, reaktif akım olmak üzere iki bileşeni olduğu varsayılır.

Tüketicinin çektiği akımın oluşturduğu aktif güç, tüketici tarafından yararlı hale getirilir. Örneğin; ısı tüketen aletlerde aktif güç termik güce dönüşür. Elektrik lambalarında aydınlatma  gücüne, elektrik motorunda mekanik güce dönüşmektedir. Bu da aktif akımın oluşturduğu aktif güç, yararlı güce dönüşebilir.

Reaktif akımın oluşturduğu reaktif güç yararlı güce dönüştürülemez. Reaktif güç, sadece alternatif akıma bağlı bir özelliktir. Elektrik tesislerinde istenmeyen bir biçimde etki yapar. Bu etki, jeneratörlerin, trafoların, gereksiz yükler, ek ısı kayıpları ve gerilim düşmesi biçiminde görülür. Aktif  gücü ve reaktif gücü ölçmek için çeşitli  sayaçlar vardır.

Aktif Güç Hesaplama

Formülü;

P = U.I.Cosφ’dir. Bu durumda devrenin aktif gücü bulunurken  alıcının çektiği akımın, alıcı  üzerine düşen gerilimin ve akım ile gerilim arasındaki güç kat sayısı bilinmelidir.

Örneğin

Devrede ampermetreden okunan değer 6 amperi, voltmetreden okunan değer ise 220 voltu ve kosinüsfimetreden okunan değer 0,70 i göstermektedir. Buna göre almacın aktif gücünü bulalım.

Çözüm:

U = 220 Volt     I = 6 Amper Cosφ = 0,70      P = ?

P = U x I x Cosφ = 220 x 6 x 0,70 = 924 Watt buluruz.

Örneğin :

Bir fazlı asenkron motorun yüklü çalışma esnasında devreden 25 amper akım çektiği ve şebeke geriliminin 220 Volt olduğu ölçü aletleri ile görülmektedir. Motor etiket bilgilerinden ise Cos φ değerinin 0,75 olduğu okunmaktadır. Bu motorun görünür (S) ve aktif (P) güçlerini bulalım.

Çözüm:

U = 220 Volt

I = 25 Amper

Cosφ = 0,75

P = ?   S= ?

S = U .I = 220 . 25 = 5500 VA  (görünür güç)

P = U .I . Cosφ = 220 . 25 . 0.75 = 4125  Watt (aktif güç)

P = U .I . Cosφ, değerleri devreye bağlanacak ampermetre, voltmetre ve kosinüsfimetre ile ölçülür.

Reaktif Güç Nedir?  

İşe yaramayan ancak kaynaktan çekilen güç, kör güçtür. Başka bir deyişle endüktif yüklü devrelerde, manyetik alan devrenin uyartımı için verilen güçtür. “Q” harfi ile sembolize edilir. Bu güç endüktif yük üstünde harcanmaz, yalnız  depo edilerek yeniden kaynağa gönderilir. Bu durumda  kaynakla endüktif  yük arasında devamlı reaktif güç alışverişi yapılmaktadır. Bundan dolayı sistemdeki iletkenlerden geçen akımın artmasına neden olur.

Reaktif Güç Formülü: Q = U x I x Sinφ dir. Birimi (volt-amper-reaktif) VAR’tir.

Reaktif Güç Tüketimi

Kondansatör ve bobini olan bütün  elektrik devrelerinin reaktif güce ihtiyaçları vardır. Kondansatörlü devreler ileri reaktif güç çeker. Bobinli devreler geri reaktif güç çeker.

Geri reaktif güç çeken ( bobinli) yükler  şunlardır;

• Düşük uyarmalı senkron makinalar
• Trafolar
• Bobinler
• Havai hatlar
• Asenkron motorlar
• Redresörler
• Endüksiyon fırınları, ark fırınları
• Kaynak makinaları
• Floresan lamba balastları
• Sodyum, cıva ve metal buharlı lamba balastları
• Neon lamba transformatörleri

Reaktif Güç Hesaplaması

Reaktif güç formülü: Q = U x I x Sinφ’dir.

Devrenin reaktif gücünü bulmak için alıcının ya da alıcıların çektiği akımı, gerilim düşümünü ve akım ile gerilim arasındaki güç kat sayısı bilinmelidir.

Güç kat sayısı (Cosφ) bilindiğinde  trigonometrik cetvelle yada hesap makinası ile sinφ bulunur. Güç katsayısını bulmak için başka bir yol da görünür ve aktif  güçler bilinirse, bu reaktif güç bulunabilir. Bu güçlerden, P, S ve Q güçlerinden ikisini bulduğumuzda,  diğerini daha kolay buluruz.

Güç Vektörleri

Görünür, aktif ve reaktif güçler hesaplanırken güç üçgenlerinden yararlanılır. Güç vektörü bir almaca ait üç ayrı gücü vektöriyel olarak anlatmaktır.

S² = P²+ Q²

Güç üçgenine göre  S, P ve Q eşitliklerini  bulmak için;

Görünür güç =   S²= P² + Q²         S = √P² + Q²

Aktif güç        =  P² = S² – Q²             P =√S²-Q²

Reaktif güç   = Q² = S² – P²              Q =√S²-P²

Kapasitif ve endüktif  yüklerde içinden geçen akım veya uygulanan gerilimler arasında 90° faz farkı oluşur. Kapasitif akım, geriliminden 90° ileride, endüktif akım, geriliminden 90° geridedir. Omik devrelerde akım ve gerilim aynı fazda bulunur.

Örneğin

Değerleri verilen elektrik motorunun görünür, aktif ve reaktif güçlerini bulalım.

Çözüm:

U = 220 Volt               S = U .I = 220 . 20 = 4400 VA

I = 20 Amper              P = U .I . Cosφ = 220 . 20 . 0.80 = 3520 Watt

Cosφ = 0,80 ise           φ = 36,8° Trigonometri cetvelinden

Sin= 36,8°= 0,6          Q = U .I. Sinφ = 220 . 20 . 0,6 = 2640 VAR

Güç üçgeninden faydalanarak hesapladığımızda;

Q = √S²- P²= √4400²- 3520² =√6969600 = 2640 VAR