Güç Ölçme

Güç Ölçme: Birim zamanda üretilen enerjiye veya tüketilen enerjiye güç denir. Elektrik enerjisi bir iş yaptığı sürece, bir güce sahiptir. DA ve AA’da elektrik yüklerinin zaman içinde kullandığı güç, elektrik işi olarak tanımlanır ve elektrik sayacı ile ölçülür. Birim zamanda üretilen enerjiye veya tüketilen enerjiye güç adı verilir.

Güç wattmetre ile ölçülür. Güç, iş yapma hızının ölçüsüdür. Enerji tüketilirken veya üretilirken belli bir zaman geçer. Bir iş yapıldığında, yapılan iş sonucunda zaman geçtikçe iş artar ve tükettiği enerjide artar.

Elektriksel güç:

• P = U x I  şeklinde ifade edilir.
• P = Elektriksel güç (Watt)
• U = Gerilim (Volt)
• I = Akım (Amper)

Alternatif akımda omik dirençlerin çektikleri güç aktiftir. Bobin ve kondansatörlerin çektikleri güç reaktiftir. Gücün hesaplanması, DC devrelerde ve omik dirençli AC devrelerde kullanılır. Alternatif akım devrelerinde görünür, aktif ve reaktif güçler vardır.

• Görünür güç hesaplama: S = U x I formülü ile bulunur.
• Aktif güç hesaplama: P = U x I Cosφ’ dir.
• Reaktif güç hesaplama: Q = U x I Sinφ formülü ile bulunur.

Görünür Güç

Alıcının şebekeden çektiği güce denir. Görünür güç devrelerinde güç, akım ile gerilimin çarpımına eşittir. Alıcının çektiği reaktif ve aktif güçlerin vektöriyel toplamlarına denktir. “S” harfi ile gösterilir.

Aktif Güç

Faydalı olan gücün ortalama değerine alternatif akımda aktif güç (etkin güç) denir. Birimi watt ve “P” harfi ile gösterilir.

Reaktif Güç

Alternatif akım devrelerinde voltaj ve akım senkronize olmadığı için reaktif güç oluşur. Yalnız AC sistemler için tanımlanmıştır. Q harfi ile gösterilir. Reaktif güç bobinli ve kondansatörlü devrelerde güç çeker.

Bir elektrik devresinde güç iki şekilde ölçülebilir.

• Doğru akım (DC) devrelerinde güç ölçme
• Alternatif akım( AC) devrelerinde güç ölçme

DOĞRU AKIM DEVRELERİNDE GÜÇ ÖLÇME 

Doğru akım devrelerindeki elektrik gücü iki şekilde ölçülür.

• Ampermetre-voltmetre ile güç ölçme
• Wattmetre ile güç ölçme

Ampermetre-Voltmetre İle Güç Ölçme

DC devrelerde P = U x I formülünden yararlanılır. Watt cinsinden devrenin gücü hesaplanır.

Ampermetreyi Önce Bağlama

Devrenin gücü: P = U x I dır.

Alıcının gücü: Pr = U x I_R dir.

I = I_V + I_R olduğuna göre I_R = I – I_V dir. Bu değeri P_R formülünde uygulanırsa:

P_R = U x I_R = U x (I – I_V) = U x I – U x I_V bulunur.

• P_R = Alıcının çektiği güç (W)
• I_R = Alıcının çektiği akım (A)
• P = Devreden çekilen toplam güç (W)
• I = Devreden çekilen toplam akım (A)
• I_V = Voltmetrenin çektiği toplam akım (A)

Bu ölçe yönteminde; gerilim sabit kaldığı sürece tüm değişiklik ölçmelerde güç kaybı daima sabit kalır. Bunun için devrenin gücü hassas olarak tayin edilir. Bu tür bağlantılar yüksek akımlı alıcılarının güçlerinin ölçülmesinde kullanılır.

Ampermetreyi Sonra Bağlama

Ampermetrenin gösterdiği değer alıcıdan geçen akıma eşittir. Ama voltmetrenin gösterdiği değer alıcı uçlarındaki gerilim değerinden U_A kadar fazladır.

U = U_A + U_R

Devrenin gücü: P = U x I

Alıcının gücü: P_R = U_R x I

U = U_A + U_R ye göre U_R = U – U_A dır.

Formüller uygulanırsa;

P_R = U_R x I = (U- U_A) x I = U x I – U_R x I olur.

• U = Devre gerilimi (V)
• U_A = Ampermetre üzerinde düşen gerilim (V)
• U_R = Direnç uçlarındaki gerilim (V)
• P_R = Direncin harcadığı güç (W)

Bu ölçme şeklinde, oluşan hatanın küçük olabilmesi için çekilen akımın küçük olması gerekir. Yani küçük güçlü devrelerinin gücünün ölçümünde kullanılır.

Akım ölçmek için S₁ anahtarı kapalı iken S₂ ve S₃ anahtarı açık olmalıdır. Okunan akıma “I” diyelim. U_R gerilimi ise S₁, S₂ ve S₃ anahtarı kapalı iken voltmetreden ölçülen değer olduğuna göre akıcının gücü;

P = P_R = I_R x U_R

Wattmetre İle Güç Ölçme

Güç ölçen cihazlara wattmetre denir. AC ve DC devrelerde güç ölçümü için kullanılır. W ve KW seviyelerinde kullanılır. AC ve DC güç ölçebilen wattmetrelerin kademeleri doğru seçilmelidir.

Wattmetrenin akım bobini güç ölçümü yapılacak devreye seri, gerilim bobini paralel olacak şekilde bağlanarak karşılanır. Wattmetrelerde küçük güç ölçülecekse akım bobininin sonra, büyük güç ölçülecek ise akım bobininin önce bağlanması ölçme hatasını azaltır.

CosQ =  P / S Güç faktörü

Güç faktörü saf olmayan elemanlar 0 ile 1 arasındadır. Kondansatörler elektrik enerjisini elektrik yükü olarak, bobinler manyetik alan olarak depolar. Bu sebeple saf bir bobin (self) veya kondansatörde güç kaybı olmaz. Bu elemanlarda şarj ve deşarjlarında az da olsa bir güç kaybı olur.

Endüktif ve kapasitif reaktanslar;

XL = 2 x π x f x L    ile  XC = 1 / 2 x π x f x C ile bulunur.

• f = Hz
• L = Henry
• C = Farad

Üç güç arasındaki bağıntı;

S² = P² + Q²

• Ql = Endüktif reaktif güç
• Qc = Kapasitif reaktif güç
• Q = Q_L – Q_C (Büyük olandan küçük olanı çıkar.)

Varmetre Nedir? 

Bir fazlı ve üç fazlı wattmetrelerde devrenin iş gören gücünün (yararlı-aktif güç) ölçümleri yapılmaktadır. Wattmetreler, alternatif akımın, akımla geriliminin aynı fazda olan bölümünün çarpımını gösterir. Alıcıların endüktif ve kapasitif durumlarında devrede reaktif güç (kör güç = iş yapmayan güç) oluşturmaktır. Bu gücü ölçen aletlere varmetre denir.

Varmetrenin yapısı; 

Wattmetrelerde küçük değişiklikler yapılarak varmetreler imal edilir. Değişiklik hareketli bobin olan gerilim bobinine seri bir (self) bobin eklenerek yapılır. Böylece gerilim bobinindeki akım 90º lik bir açı ile kaydırılır. Artık bu ölçü aleti sadece reaktif güç ölçer.

Bir ve üç fazlı devrelerde reaktif güç ölçmek amacı ile varmetreler, wattmetrelerde olduğu gibi devreye bağlanır. Varmetrenin akım bobini seri gerilim bobini paralel bağlanır. Üç fazlı alternatif akım devreleri dengeli sistemlerde bir hattın reaktif gücü ölçülüp 3 ile çarpımından toplam güç bulunur.

ALTERNATİF AKIM DEVRELERİNDE GÜÇ ÖLÇME

Bir Fazlı Alternatif Akım Devrelerinde Güç Ölçmek

Akım ve gerilim arasındaki faz farkı fazmetre ile ölçülür. Bir fazlı AC devrelerinde wattmetre, DC deki gibi bağlanır. Tüketicinin çektiği akımın oluşturduğu aktif güç, tüketici tarafından faydalı duruma getirilir. Yani aktif akımın oluşturduğu aktif güç, faydalı güce çevrilir.

Wattmetre 

Elektrik devrelerinde alıcının aktif gücünü ölçmek için kullanılır. Wattmetreler her şartta alıcıların aktif güçlerini gösterir.

Yapısı:

Wattmetreler ampermetre ve voltmetrenin özelliğini bir arada gösteren ölçü aletleridir. Alıcının gücünü Watt , Kilowatt ,  Megawatt ve  Gigawatt olarak ölçer. Wattmetreler, biri akım bobini diğeri ise gerilim bobini olmak üzere iki bobinli ölçü aletleridir. Akım bobini kalın kesitli az sarımlıdır ve ampermetre özelliği göstermektedir.

Gücü ölçülecek alıcıya seri bağlanır. Gerilim bobini ise ince kesitli iletkenden çok sarımlı olarak yapılır ve voltmetre özelliği göstermektedir. Gücü ölçülecek alıcıya paralel bağlanır. Bir fazlı ve üç fazlı olmak üzere üretilen çeşitleri vardır. Günümüzde dijital wattmetreler kullanılmaktadır.

Üç Fazlı Dengeli Devrelerde Güç Ölçme

Üç fazlı sistemde bir fazlı bir adet wattmetre ile üç fazın gücünü ölçme, bu sistem dengeli üç fazlı devrelerde kullanılır. Yani dengeli olması, üç fazdan çekilen akımda eşittir. Devrede alıcı olarak eşit güçlü lambalar yada motor kullanılır.

Üç fazlı ve dengeli yüklü sistemlerde her fazdan çekilen güç aynıdır. Bir fazlı wattmetre üç fazlı alıcının fazlarından herhangi birine bir fazlı devrelerdeki gibi bağlanır.

Bu yöntemle yalnızca bir faz gücü ölçülür. Ölçülen güç 3 ile çarpılarak devrenin toplam gücü bulunur.

Ртoplam = 3 x P

Üç Fazlı Dengesiz Devrelerde Güç Ölçme

Bu devrelerde güç ölçme sisteminde bir fazlı üç adet wattmetre ile ya da üç fazlı wattmetre ile ölçme yapılır.

Üç Fazlı Dengesiz Devrelerde Bir Fazlı Üç Wattmetre ile Güç Ölçme

Sistemin gücü yada alıcının gücü dengesiz olursa her faza bir tane bir fazlı wattmetre bağlanır ve toplam güç bulunur. Şekildeki gibi. Toplam güç wattmetrelerden okunan değerlerin matematik toplamıdır.

Formül; Ртoplam = P1 + P2 + P3 ile bulunur.

Üç Fazlı Wattmetre ile Güç Ölçme

Üç fazlı wattmetrenin üç akım bobini, ayrı ayrı fazlara bağlanır. Gerilim bobinleri birer uçları kendi faz girişlerine diğer uçları da birleştirilerek nötr hattına bağlanır.

İki Wattmetre Metodu (Aron Bağlantı) 

Akım bobinleri iki faza, gerilim bobinleri bobininin bağlı olduğu faz ile boşta kalan üçüncü faz arasına bağlanır. Aron bağlanacak wattmetrelerin gerilim bobinleri 380 Voltluk olmalıdır. Sistemin güç faktörü (Cosφ) 0,5’ten küçük ise wattmetrelerde ölçülen güçlerin farkı alınarak toplam güç bulunur. Eğer 0,5’ten büyük ise wattmetrelerde ölçülen güçlerin toplamı alınarak sistemin toplam gücü bulunur. Bu şekilde yapılan bağlantıya aron bağlantı denir.

Güç Ölçme Yapılırken Şunlara Dikkat Edilmelidir.

Ölçü aletlerinin çalışma gerilim değerlerine dikkat edilmelidir. Bazı wattmetreler de akım ve gerilim kademelerine göre bağlantı terminalleri ayrı ayrıdır. Bunlardan devreye uygun olanı seçilir ve okuma işlemi bu kademelere uygun yapılır.