Empedans'ı anlamak yada anlayamamak ?

[Dede]

Buradaki gibi bağla trafoyu el noktalarını tuttuktan sonra anahtarı 5 saniye açık tut.
Sonra elini bırakmadan anahtarı kapat

 

[HexfeT]

@Dede

Bunu ilkokul 4. sınıfa giderken pil ve trafo ile denemiştim. Hiç beklemediğim şekilde sonuçlanmıştı.

 

[Dede]

@Dede

Bunu ilkokul 4. sınıfa giderken pil ve trafo ile denemiştim. Hiç beklemediğim şekilde sonuçlanmıştı.

Böylece o sonuçla bobinin ne olduğunu bi daha unutmamak üzere anlamış olmalısın.
Gelen stajyerlerime ilk dersim bu.

 

[CortexPhoton]

Z = Volt / Amper

Z = 2 Volt / 1 Amper
Z = 2 Ohm
f=50 hertz
V=2 volt
w=omega = 2* pi .f = 2 * pi * 50 = 314.15927

Z^2 = R^2 + XL^2
Z=karekök ( R^2 + XL^2)
Z=2 ohm

R = Z * cos(radians(30)) = 2 * 0.8660254 = 1.7320508 ohm
XL = Z * sin(radians(30)) = 2 * 0.5 = 1 ohm
L= XL / w = 1 / 314.15927 = 0.0031830987 Hery =3,18 miliHenry
VoltageR= R * I = 1.7320508 ohm * 1 amper = 1.73 volt
VoltageL = XL * I =1 ohm * 1 amper = 1 volt

Vtoplam = karekök (voltageR^2 + voltageL^2) = karekök (1.73^2 + 1 ^2 ) = 2 volt

Bu da simülasyon örneğinin resmi. Doğru yaptığımdan emin değilim ama , öğrendiklerimi bir araya getirmeye çalıştım.
MicroStep hocam komplex Sayılarla nasıl yapacağımı anlayamadım.

 

[Mikro Step]

Tamam iste. Empedans olayini biliyormussun.

 

[CortexPhoton]

Hocam empedans olayını bilmiyordum sayenizde biraz öğrenmiş oldum. Tam olmasa da kıt aklımla azcık öğrendim.
Ama kompleks sayılarla nasıl yapılıyor görmek isterdim. Bu sayede kompleks analiz derslerine başlamış oldum. Bu konuda hayli eksiğim var.

AC devrelerine geçmeden DC 'de çalışırken hiç kullanma ihtiyacım olmamıştı. Mesleğim bu değil , programlama mezunuyum. Elektronik ve robotik konuları hayli hoşuma gidiyor. Basit türde Atmel işlemcilerle DC devreleri yapabilecek düzeyde kendimi geliştirdim. Matematiği seven biri olarak matematikte de eksik olduğum bölümleri çeşitli online kurslarla tamamlamaya çalışıyorum.

AC devrelerine başladığımdan beri empedans konusu kafamı hayli karıştırmış durumda. Anladığım kadarıyla örnek verecek olursam. Bobin ve direncin davranışı sonucu Akım ve Voltaj arasında faz farkı oluşuyor. Bobin akım değişimine karşı direnç gösterdiğinden akım ilk anda yüksek düzeye ulaşamıyor. Gerilim yüksek akım düşük başlıyor. Akım normal düzeye geldiğinde voltaj düşük duruma geçiyor. Anladığım kadarıyla Bir eleman üzerinden akım normal şekilde aktığında elemanın iki ucu arası kısa devre gibi oluyor. Bu iki uç arasındaki potansiyel fark sıfır olduğundan gerilim okuyamıyoruz.

Dc devrelerde bobin ilk durumda akan akıma karşı zorluk gösterip akım normale geldiğinde kısa devre gibi davranıyor deniyor. AC devrelerde akımın yönü sürekli değiştiği için bobin üzerindeki potansiyel fark yön değiştirince bobin bu duruma müdahale etmek için bir direnç gösteriyor. Bu da akımın gerilimden geride kalmasına sebebiyet veriyor şeklinde bazı videolar izledim.

Asıl problem ben bu özelliği nasıl kullanıyorum ve ne işime yarıyor. DC devrelerde akımın yönü hep aynı olduğundan akımı kontrol ediyoruz. Gerilimi kontrol etmek için gerilim bölücüler kullanılıyoruz. Bunlar oldukça kolay anlaşılır mantıklı şeylerken AC ye geldiğimizde bir bobin bile akımı ayrı voltajı ayrı düzenliyor.

Örneğin yukarıdaki devrenin , bir hareket sensörü olduğunu düşünürsek bu davranışı bir DC devre üzerinde değerlendirmek isteseydik nasıl hareket etmemiz gerekirdi. Empedanslı bir devreyi nasıl ne ve ne amaçla kullanabiliriz. Mesela başka bir örnekte ise Hoparlörler yada kulaklıkların 8 ohm - 4 ohm gibi değerleri var.
Sonuçta onlarda bir bobin sayılır. Eğer onlara alternatif akım uygularsak aynı faz kaymasını yaparlar diye düşünüyorum. Bu faz kayması iyi bir şey mi yoksa değil mi

Bu yapıları tam olarak anlayamadığım için aklımda empedans olayını bir yere oturtamıyorum. Eline İngiliz anahtarı verdiğinizde onunla ne yapacağını bilmeyen çocuk durumundayım.
Böyle şeyleri şuan anlayamadığım için bunları anlayabileceğim yollar arıyorum . Örnek devrelerle açıklansa sanki daha kolay anlaşılır olabilir.

 

[Mikro Step]

O kadar cok uygulama var ki. Ilk aklima gelenler;

Bir frekans bolgesinde zayiflama ya da yukseltme yapmak. (filtreler, PID, Lead/Lag devreleri)
Bir frekansa cok duyarli duzenek olusturmak. (Secici devreler)
Akimin fazi ile oynamak. (Kompanzasyon isleri)
Faz farkli gerilimler olusturmak. (Iki yaz da uc fazli motoru tek fazli sebekeyle calistirmak)
Frekansla orantili voltaj ureteci. (FM demulatorler)
Turev, integral gibi matematiksel islemleri elektriksel olarak yapmak.
Kapasitorlerin yuksek voltaj dayanim testleri.

Mesela opampli bir amplifikator kazanci 1Khz den sonra cok dussun istiyoruz. Bu uygulamada geribesleme direnci yerine empedansin frekansla degisiminden yararlanilir.

Bir osilator devresi yapacaksak gene empendansin belli bir frekansda max ya da min olmasindan yararlaniriz.

Bir isletmede bir suru enduktif yuk var diyelim haliyle sebekeden fazi kayik buyuk akimlar cekilir. Bu ceza gerektirir. Bu cezadan kurtulmak icin faz kaymasi sifira yaklastirilir. Bunun icin kapasitif yukler devreye alinir. Ne buyuklukte kapasitor kullanilacagi yukaridaki empedans hesaplamalari ile yapilabilir.

Bir twittere amplifikator cikisindaki sinyalin sadece tiz bilesenlerini uygulamak gerekir aksi halde dusuk frekanslar hoparloru bozar. Bunun icin filtre devresi tasarlanir.

Yukarida cok basit RL devresi ele aldik. Cok karmasik RLC devreleri icin hesaplama yapacak olsaydik, empedans hesaplamalari yorucu olacakti. Boyle yapmak yerine jw ile calismak aritmetik islem hamaliyetini cok dusurur.

 

[Mikro Step]

Mesela bir elektrik yuku, 50Hz 220V sebekeden voltajla 30 derece geriden gelen 10A akim cekiyor olsun. Bunun acisini 10 dereceye cekmek icin gerekli tasarimini ve hesaplamalarini yapabilmen lazim.

 

[CortexPhoton]

Hocam yukarıdaki örnekte daha önceden anlatarak yazdığınız bilgileri sizden öğrendiğim , anladığım kadarıyla birleştirmeye çalışayım.

Yükümüz 50 HZ 220 volt şebekeden 30 derece geriden gelen 10A akim çekiyor.

Bu durumda yükümüzün açısı pozitif 30 derece olduğuna göre bu yükümüzün bobin olması gerekiyor. Saf bobin olsaydı bu açının 0 --> +90 derece olması gerekiyordu. 30 derece gibi arada bir değer olduğundan dolayı demek ki bu yükün birde saf direnç değeri var diyebiliyoruz. Devreyi çizerken bu duruma göre Direnç bobin ikilisi şeklinde çizip empedansını hesaplamam gerekiyor.

Z=220 /10A Z=22 ohm olarak bulduğumu düşünüyorum.

cos(30) = 0,866025
sin(30) = 0.5



R= 22 * cos( radian(30) ) = 19 ohm
XL = 22 * sin( radian(30) ) = 11 ohm
w= 2 * pi * f
w= 314,15
XL= w * L
L = XL / w
L = 11 / 314,15 = 0,035015 Henry


Bu devrede Fazladan seri direnç ekleyerek açıyı 10 dereceye düşürmek mümkün olabilir. Direnç eklersek XC Değerini düşürmek gerekir.

Aşağıdaki resimlerde direnç eklendiğinde XC'nin değerinin de düşmesi gerektiğini görebiliriz.

Şimdilik Hocam bundan sonrası benim için anlaşılır değil

 

[Mikro Step]

Mevcut direnc ve bobin degerlerine dokunamazsin. Bu R ve L mesela bir motor olabilir. Motora dokunmadan ilave direnc baglayarak aciyi kaydirabiliriz fakat bu durumda sirf aciyi kaydirmak icin bos yere isi uretiriz.,

Devreye kapasitor eklemeyi ve degerini hesaplamayi dene.

Bu hesabi yapmayi bilenler kompanzasyon yaparak bir ton para kazaniyorlardir.

 

[Mikro Step]

Aslinda coktandir hesaplayip sonucu gormek istiyor fakat bir turlu firsatim olmuyordu.

Elektrigin kWh i 2 TL olsun. 1kVAR/h de 1 TL olsun.

Yukumuz 220V 10A ve cos Fi=0.866 enduktif olsun.

Mevcut durumda 1 saat sonunda kac TL borca gireriz?

Kompanzasyon yaparak aciyi mevcut degerden 20 derece geriye cekersek 1 saat sonunda kac TL borca gireriz?

Kondansatorun uF basina fiyati 100TL ise kac saat kullanimda sistem kendini amorti eder?

 

[Mikro Step]

P=220*10*0.866=1905W
cos fi =0.866 ise fi=30 derece ve sin fi=0.5 demektir.

Q=220*10*0.5=1100 VAR

1 saat sonunda

1905 W icin 2*1.905=3.81 TL
1100 VAR icin de 1*1.1=1.1TL

Toplam 4.91 TL oderiz.

Kompanzasyon yaptiktan sonra

Acimiz 20 derece geri geldigine gore 30-20=10 derece (Burda geri cekerken 0'a yaklasacak sekilde demek istedim yoksa laf oyununa musait bir cumle)

cos(10)=0.984
sin(10)=0.174

P=220*10*0.984= 2.165 kW
Q=220*10*0.174=0.383kVAR

Aktif guc icin 1 saat sonunda odenecek para 2*2.165=4.33 TL
Reaktif guc icin 1 saat sonudna odenecek para 1*0.383=0.383TL

Toplam 4.713 TL

 

[Mikro Step]

Kazancimiz 4.91-4.713=0.197 TL

Kompanza edildiginde reaktif guc 1100 VAR dan 383 VARa dusmus.

Demekki aradaki fark kapasiteden kaynakli.


Fark=717VAR

[math]Q_c=717=\frac{220^2}{ (\frac{1}{2pi*50*C)}}[/math]
[math]\frac{717}{2pi*50*C}=220^2[/math]
[math]C=\frac{717}{2pi*50*220^2}[/math]
4.7 *10^-5 Farad

C=47uF

1uF 100 TL ise 47 uF 4700 TL eder.

Sistemin amorti etmesi icin gerekli saat = 4700/0.197 = 23858 saat

 

[CortexPhoton]

O zaman P --> Direnç gibi gücün harcanması Q --> bobin ve kapasitör gibi elemanların güç harcaması mı oluyor. Bunlar yükü şebekeden çekip depoladıkları için mi harcamış gibi gözüküyorlar. Sonra ihtiyaç olduğunda şebekeden değil de bunlar üzerinden aktarılan gücün sistemde kullanılması mı bu kazancı sağlıyor.

 

[Mikro Step]

P is yapan guc.

Q ise sebekeden alinip kilina dokunmadan geri iade edilen guc.

 

[CortexPhoton]

Hocam çok sağ olun var olun ufkumu açtınız.

Kafam da hiç anlamlandıramadığım bir konuydu. Sayenizde kafamda yavaş yavaş canlanmaya başladı. Neyin ne işe yaradığını temelden anlamaya başladım.

Şu açı faz farkı konusunu da tam bir çerçeveye oturtabilirsem yavaş yavaş kendimi geliştirmeye başlayabilirim. Henüz emekleme aşamasındayım.

Yukarıda ki yazınızda bobin olarak motoru gör dediğinizde aklımda bazı kavramlar oluşmaya başladı.
Motor bobinlerinin arasında faz farkı oluşturmak gerekiyor yazıyordu. Bunu hiç anlamamıştım.
Şimdi siz bu faz farkı konusunu anlatınca az bir şey kafamda canlandırmaya çalışınca şöyle çıkarım yaptım.

Motor bobinlerine gelecek akım ve gerilim ilişkisinde aralarında örneğin 80 derece faz farkı olsun. Bu durumda 3 fazlı motor için her bobinin açıları 80 -160 -240 olması gerekiyor.

Bu açı değerlerinde oluşacak gerilim ve akım değerlerini sağlayacak devre tasarımı yapmak gerekiyor. Şeklinde yorumladım ama doğrumu bilmiyorum.

 

[Mikro Step]

Kompanzasyon ihtiyac oldugunda cizimde Teta gibi buyuk bir acimiz olsun. Bu aciyi sola (sifira) dogru kaydirirken sin(Teta) coh hizli asagiya iniyor ama cos(Teta) ya bakarsan egimi cok az ve cok az yukseliyor.

Boyle olunca sin carpani cos carpanina gore cok fazla degisiyor. Haliyle sin(Teta) azalirken VAR gucumuz de azaliyor. Buna karsilik cos(Teta) cok az artiyor ve aktif gucte buyuk artim olusmuyor. Bu sayede VAR icin odedigimiz para dramatik duserken W icin odeyecegimiz para cok az artiyor.

Uretici VAR icin fiyatlandirma yapmak zorunda. Her ne kadar VAR olarak sebekeden alinan enerji tekrar sebekeye iade ediliyor olsa da akimin sebekeden aliciya, alicidan geri sebekeye donmesi enerji hatlarinin direnc bilesenini isitiyor. Sunku bu teller bizim sayacimizin onunde. Sayacin arkasindakiler bize aktif guc oldugundan para olarak yaziyor zaten. Fakat reaktif gucun neden oldugu kayiplar uretici icin zarar demek. Bu nedenle satici reaktif guc fiyatini artiriyor. Alicilar da yuksek para odememek hatta ceza yememek icin kompanzasyon yapmak zorunda kaliyor.

Bazi elektrik yuklerimizin VAR cinsinden guce ihtiyaci var. Mesela motorlarin, transformatorlerin daha dogrusu magneti alan olusturan yuklerin miknatislama akimina ihtiyaci var. Bunlar icin cektigimiz akimi her bir alternansta geri iade ediyor olsakta satici bunun parasini ister.

--------------------------------------

Motorlarda faz farkli akimlar faz farkli voltajlar uygulanarak saglaniyor.

Bu yuzden 3 fazli sebeke var.

Fakat bazen 3 fazli motoru nadiren de olsa tek fazla calistirmamiz gerekebiliyor. Iste bu durumda bobinlerden ikisi arasina kapasitor ekliyoruz. 120 derece fazki olusturamazsak ta motorun donebilecegi kadar faz farkli akimlar akitabiliyoruz. Neticede motor vuruntulu (torkunda dalgalanma yapiyor) da olsa calisiyor.

 

[132kHz]

Hocam çok sağ olun var olun ufkumu açtınız.

Kafam da hiç anlamlandıramadığım bir konuydu. Sayenizde kafamda yavaş yavaş canlanmaya başladı. Neyin ne işe yaradığını temelden anlamaya başladım.

Şu açı faz farkı konusunu da tam bir çerçeveye oturtabilirsem yavaş yavaş kendimi geliştirmeye başlayabilirim. Henüz emekleme aşamasındayım.

Yukarıda ki yazınızda bobin olarak motoru gör dediğinizde aklımda bazı kavramlar oluşmaya başladı.
Motor bobinlerinin arasında faz farkı oluşturmak gerekiyor yazıyordu. Bunu hiç anlamamıştım.
Şimdi siz bu faz farkı konusunu anlatınca az bir şey kafamda canlandırmaya çalışınca şöyle çıkarım yaptım.

Motor bobinlerine gelecek akım ve gerilim ilişkisinde aralarında örneğin 80 derece faz farkı olsun. Bu durumda 3 fazlı motor için her bobinin açıları 80 -160 -240 olması gerekiyor.

Bu açı değerlerinde oluşacak gerilim ve akım değerlerini sağlayacak devre tasarımı yapmak gerekiyor. Şeklinde yorumladım ama doğrumu bilmiyorum.

Konunun geçmişini okumaya vaktim olmadı ama şunu söyleyeyim motorun bobinleri arasındaki faz farkı ile voltaj-akım arasındaki faz farkı bambaşka şeyler
3 fazlı bir mptorun fazlarına 120 derece faz farklı gerilimler uyguluyoruz ki döner manyetik alan oluşsun

Voltaj ile akım arasındaki faz farkı ise başka bir şey
Lineer yükler için konuşacak olursak
Saf omik bir yük şebeke gerilimi ile aynı fazda sinusoidal bir akım çeker
Saf kapasitif bir yük şebeke geriliminden 90 derece ileride bir akım çeker
Saf endüktüf bir yük şebeke geriliminden 90 derece geride bir akım çeker
Yani bu iki akım arasında 180 derece bir fark vardır Ve sinüsün bir periyodu 360 derecedir
Bu iki akımın genliklerinin eşit olduklarını varsayar isek bu iki akımı matematiksel olarak topladıgımızda 0 çıkar bunu grafige yerleştirirsek birinin pozitif alternansı diğerinin negatif alternansı birbirlerinin x eksenine gore simetriği olurlar
Basitçe anlatacak olursak Bu iki akım birbirini karşılar yani ama bu akımın aktıgı yol boyunca bir direnç ile karşılaşır yanı omik bir yük ile ve bu yük üzerinde aktif güç harcar
Ayrıca normalde aktıf güç taşıyabileceğimiz iletim kapasitelerimizi de meşgul eder
Bu sebeple reaktif enerjinin şebekeden çekilmesi istenmez lokal olarak karşılanması akım ile gerilimin aynı faza getirilmesi istenir
Bu iki akımın genliklerini elit varsayarsak deniştim ama genelde eşit olmaz aradaki fark kompanzasyon sistemleri ile giderilir
Buraya kadar saf omik saf endüktif ve saf kapasitif yüklerden bahsettik ama bunları saf değilde karişik halde kullanmak istediğimizde karşimiza empedans kavramı çıkıyor

Empedansı anlatmak için benim de biraz çalişmam gerekiyor musait olduğumda yazmaya çalişacağım

 

[Mikro Step]

https://tinyurl.com/27fa3na8

AC 1800v dayanimli kondansatoru AC 100v ile test etmek.

 

[CortexPhoton]

Süper bir devre olmuş . 100V ile 1800 volt üretmiş oluyoruz.

Buradaki kapasitör uçlarında oluşan yüksek gerilimi bobin mi yapıyor.
Buradaki deney ile bağlantısı var sanırım.

Hocam bobinin uçlarında oluşan bu gerilimi daha önceden göstermiş olduğunuz
Vb = XL * I ile bağlantısı var mıdır. Yoksa bu başka bir şey midir ?

Bu devreyi AC devre analizi ile matematiksel model ile analiz etmek için nasıl yol izlemek gerekiyor.
Yani böyle bir devre yapmak isteyen kişi devreyi kurmadan önce nasıl düşünmesi gerekiyor.