reaktif güç ve yarı iletkenler

[kocamanusta]

enerji depolayan bir eleman olmadığını da kabul etmek zorundayız.
peki enerji kaybı var mı?

enerji depolayan tanımı pek bana uymasa da kasıt devrede kondansator veya bobin olmadığı ise kesinlikle haklısınız. teoride böyle bi şey varsa pratikte de gözlemlemeliyiz. o yüzden @taydin'in yapacağı denemeyi merakla bekliyorum. videoda reaktif tüketimin diyottan kaynaklandığı özellikle belirtiliyor. Her ne kadar anlamasam da @Mikro Step'te bunu savunuyor.

 

[devreci]

O zaman i değeri ile v değeri şebeke ac sinus eğrisi ile tam orantılı olmak zorunda eğer fark varsa bu reaktif oluyor. Zaten istenen şey şebeke ac sinusunu bozmamak ne kadar bozarsan bunun fatura bedelini ödersin

Mesela scr ile bir ısıtıcı kontrol edilse 1/2 güçte çalıştırılsa yada diyotla, neredeyse tam güçle çalıştırmış gibi para ödemek gerekecek ama yarım ısıtma olacak ? bana garip geldi.

 

[Mikro Step]

Videodaki hesabi bastan bir daha yapalim.

Birbirinden bagimsiz Iki tane dogrultucu yapalim. Birisi pozitif alternanslari digeri de negatif alternanslari dogrultsun. Her iki dogrultucunun kendi direnci olsun. Bu direncler de bir birine esit olsun.

Bu durumda her iki dogrultucu da calistiginda aktif guc ve gorunur guc birbirine esit olmalidir.
Yani devrede hic diyod yokmus da direnci dogrudan sebekeye baglamisiz gibi bir durum olmalidir.

Tek bir dogrultucu icin hesap yapalim

[math]Veff=\sqrt{\frac{V_m^2}{2\pi}\int_a^b sin^2(\theta)d\theta}[/math]
Buradan

[math]Veff=\sqrt{\frac{V_m^2}{2\pi} (\frac{\theta}{2}-\frac{1}{4}sin(2\theta))}|_a^b[/math]
a=0 ve b=pi icin

[math]Veff=\sqrt{\frac{V_m^2}{2\pi} (\frac{\pi}{2})}=\frac{V_m}{2}[/math]
Dogrultucu cikisindaki gerilimin efektif degerini bulduk. Akimin efektif degeri de

[math]Ieff=\frac{V_m}{2R}[/math]
Direncte harcanan guc

[math]P_R=V_{eff}*I_{eff}=\frac{V_m}{2}*\frac{V_m}{2R}=\frac{V_m^2}{4R}[/math]
Sebekeden cekilen gucu hesaplayalim.

[math]P_S=V_{Seff}*I_{eff}=\frac{V_m}{\sqrt{2}}*\frac{V_m}{2R}=\frac{V_m^2}{2\sqrt{2}R}[/math]
[math]\frac{P_R}{P_S}=\frac{\frac{V_m^2}{4R}}{\frac{V_m^2}{2\sqrt{2}R}}[/math]
[math]\frac{P_R}{P_S}=\frac{\sqrt{2}}{2}=0.707[/math]
Buluruz.

Her iki diyod devresi icin de ayni guc sozkonusu olacagi icin ve birisi +, digeri de - alternansi kullanacagi icin

Aslinda tek bir direnc dogrudan sebekeye baglanmis gibi olacak ve toplamdaki guc iki direncteki gucun toplami kadar olacaktir.

O halde direnclerde harcanan guc

[math]P_{RToplam}=\frac{V_m^2}{2R}=\frac{(\sqrt{2}*V_{eff})^2 }{2R}=\frac{V_{eff}^2}{R}[/math]
olacaktir ve herhangi gariplik yok.

Sebekeden cekilen guc te bir diyodlu devrenin sebekeden cektigi gucun iki kati olmalidir. (!! Hayir hayir cebrik toplama yapamiyormusuz)

[math]P_SToplam=2\frac{V_m^2}{2\sqrt{2}R}=2\frac{(\sqrt{2}V_{eff})^2}{2\sqrt{2}R}=\sqrt{2}\frac{V_{eff}^2}{R}[/math]
Ama iste burda bir terslik var. Sebekeden cekilen gucun direncde harcanan guce esit cikmasi gerekirdi.

Bu tersligi ancak su sekilde asabiliriz. Sebekeden cekilen guc her bir diyod devresinin sebekeden cektigi guclerin karelerinin toplaminin karekokudur. Cunku !! sebekeden cekilen gucler arasinda aci var. !!

Yani

[math]P_SToplam=\sqrt{(\frac{V_m^2}{2\sqrt{2}R})^2+(\frac{V_m^2}{2\sqrt{2}R})^2}[/math]
[math]P_SToplam=\sqrt{2}\frac{V_m^2}{2\sqrt{2}R}=\sqrt{2}\frac{(\sqrt{2}V_{eff})^2}{2\sqrt{2}R}=\frac{V_{eff}^2}{R}[/math]
Simdi ok. Karelerinin toplamini alarak islem yaptigimizda dogru sonucu verdi.

Kafa karistirici bir durum.

 

[Mikro Step]

Dogrultucular tek baslarina calistirildiginda reaktif guc harcaniyor.

Fakat zit alternanslari dogrultan es yuklu iki dogrultucu birlikte calistirildiginda reaktif guc kalmiyor.

Bu da diyodlu devrenin reaktif guc cektigini ispatliyor.

+ alternansi dogrultan dogrultucu fi kadar aci kaydiriyorsa, - alternansi kaydiran da - fi kadar aci kaydiriyor.

Genlikler ayni acilar ters ve vektorel toplandiklarinda aci sifirlaniyor.

Ne oldu @taydin olcum yapacaktin. Ben de deney sonucunu merakla bekliyorum.

 

[taydin]

Simulatör ile yaptığım güç faktörü hesabında çıkan sonuç 0.707

 

[taydin]

Güç analizör ile aynı testi yaptım ve çıkan sonuç 0.710

 

[taydin]

Doğrulama amaçlı sadece 10 kΩ direnci bağlarsam beklendiği üzere güç faktörü 1

 

[Mikro Step]

Bu konunun acildigi iyi oldu. Bunca yildir bu soru ile karsilasmadigim icin kafadan verecegim yanit olurmu boyle sey guc faktoru 1 dir derdim.

Bu durumda sebeke yarim dalga dogrultucu uzerinden direnci besliyorsa, Mesela + alternansda akim akitiyorsa negatif alternansda ayni siddette akim akitiyor demektir. (Asagida nasil oldugunu yazacagim.)

Zorlama ile aslinda bu su anlama gelir.

Sebeke dogrultucuya dogru + alternanda hangi akimi veriyorsa - alternansda da ayni degerde akimi basar. Fakat diyod devresi de ayni degerde akimi ters yonde sebekeye verir ve boylece toplami sifir olur.

Yani sifir siddetindeki bir akimi zorlama ile boyle de aciklayabiliriz.

Benzer yorum varolus icin de yapiliyor.

Evren yokken madde yoktu ve sifir degerinde enerji vardi. Fakat aslinda E kadar enerji varsa -E kadar da enerji vardi deniyor. Ve bu enerjiler anlik ortaya cikip yok olurken bir anda bir duzensizlikle E farki olustu ve devaminda .......

 

[taydin]

Benim kafamı karıştıran olay şu: Reaktif gücün olmasını elektrik dağıtım şirketi istemez çünkü reaktif akımlar iletkenlerden akınca ısı kaybı oluşuyor. O yüzden kompanzasyon istiyor elektrik idaresi. İyi de, enerji depolayan bir komponent olmadan bu reaktif akımları kim geçiriyor olacak? Bu devrede sadece diyot ve direnç var.

 

[Mikro Step]

Reaktif akim sebekeden cekildigi halde kullanilmayan parasi alinmayan akimdir.

C ve L gibi reaktanslar bu isi su sekilde yapar. Sebekeden akimi ceker sonra da gerisin geriye sebekeye verir.

Elektrik ureticileri bunu istemiyor. Sen akim cekiyorsun sonra bana geri veriyorsun. Ama bu akimin enerji hatlarinda gelis gidisi guc kaybi yaratiyor.

Gelelim diyodlu devreye. Evet diyodlu devre gorunurde enerji depolamiyor ama sebekeden cekilen akimin acisindan dolayi akimin az bir kismi is yapmakta kullaniliyor. Cekilen akimin is yapmayan kisminin parasi kesilmiyor.

Iki tane irgat buluyoruz. Bir sandiga iki ip baglayip ikisinin eline tutusturyoruz. Fakat ipler arasinda aci var.
Irgatlar mesela birisi 45 derece bir tarafa, digeri -45 derece bir tarafa asiliyor.

Is bitiminde sandik 1.414 m ilerlemis oluyor. Isciler diyor ki her birimiz 1 metre cektik. Toplamda 2 metre yuk tasidik. Toplam 2 Lira vereceksin.

Ben de diyorum ki hayir 1.414m yuk tasidiniz ben sadece 1.414 Lira tasima bedelini oderim.

 

[taydin]

Benim daha farklı bir teorim var, ama o da biraz felsefi. Fourier teorisine giriyor. Bu diyot/direnç devresindeki akımın fourier açılımını yaparsak, orada değişik faz farklarına sahip harmoniklerin olduğunu görürüz. İşte akım akıtan ve kayıp yaratan bu harmonikler

Zaten bu fourier işi de gıcık. Forumda bununla ilgili bir konu açmıştı meraklı bir öğrenci. Tatmin edici cevap veremedik. Aynı soruyu ben EEVBlog'da sormuştum, beni tefe koydular "bu da sorulur mu yav" diye ama tatmin edici cevap da veren çıkmadı, taaa yaradılış, evrenin ve hayatın anlamı, nihilizm gibi kavramlara kadar gitti konu

Fourier teoremi

Fourier teoremine göre tüm peryodik sinyaller belli frekanslardaki sinüsoidal bileşenlerin toplamı olarak ifade edilebiliyor. Şunu anlamıyorum, bir flip flop ile kare dalga üretiyorsam, sinüs bileşenleri nerede ve nasıl eklemiş oluyorum? Sonuçta flop flop çıkışı durum değiştiriyor bir sinüs...

mekatronik.org

 

[Mikro Step]

Fourier ile de aciklanir. Ordan gitmekte de hic sakinca yok.
Laplace ile de hesaplayabiliriz.

Deneysel olarak da dogrulugunu gosterdigine gore artik dogrultucunun reaktif guc cektigini biliyoruz.

Hangi teknikle aciklarsak aciklayalim enerji depolama olmadigini ve sadece cekilen akimin voltajla aci yaptigini gorecegiz.

Fakat bu aciyi seri bir direnc baglayarak uzerinde dusen gerileme bakarak goremeyiz.

Nasil pwm teknigi ile sinusel akim akan yukun akim yoluna baglayacagimiz seri direncde dusen gerilimi scop ile izledigimizde sinusel olmadigi gibi.

Cunku dogrultucuda bir zaman araliginda akan bir zaman araliginda akmayan akimin acisindan bahsediyoruz. Bunlarin bileskesini hayal edebilmemiz lazim. (Hayal edemedik ama hesapladik)

Bir zaman araliginda akan bir zaman araliginda akmayan akima esdeger surekli bir akim cizersek o zaman onun acisini gormek anlamak kolay olur.

 

[taydin]

İşte bu fourier de öyle birşey, hesap tutuyor ama akla yatmıyor. Peki şimdi bu diyot/direnç devresinde gerçekten biz iletim hatlarında kayıp yaratıyor muyuz? Yani diyelim yeterince büyük güçlü diyot/direnç bağladık, bu durumda adamlar gelecek güç faktörünü ölçecek ve "kompanzasyon yaptırman lazım" mı diyecekler? Yoksa "reaktif komponent yok yaptırmasan da olur" mu diyecekler?

 

[Mikro Step]

Yarim dalga dogrultucu ile enerji iletim hatlarinda isi kaybina neden oldugumuz kesin. Fakat asil zarari iletim hatlarindaki transformatore verdigimizi saniyorum.

Yaptigimiz sey sebekeden bir nevi DC bilesenli AC cekmek. Bu da transformatorleri bir yonde doyuma yaklastiriyor.

Tamam 1A ile bir sey olmaz ama bu isi fabrika yaparsa olmaz.

Tam dalga dogrultucunun cikisindaki buyuk kapasitorun cektigi akim darbelerinden rahatsiz olup bizleri PFC devrelerine zorlayanlar muhtemelen yarim dalga dogrultucuya da laf edeceklerdir.

 

[devreci]

Hocam nasıl reaktif ücretlendirilmiyor, fabrikalardaki sayaclar kapasitif induktif görebiliyor eğer aradaki fark belli değerden yuksekse faturaya yansıtıyor.

Evlerde ise şu var mesela 10uf kapasitörü getirdik fişe bağladık , bu kondasatörün yaptığı iş sıfır, ama sayaca baktığımda bir şönt dirençle akımı okuyor. Kondansatör şebekeden akım çekiyor ,kondansatör şebekeye akımı geri verirken hesapdan düştüğünü hiç zannetmiyorum bekli yine hesaba geçiyordur.

 

[taydin]

Evlerdeki sayaçlar sadece reel gücü ücretlendiriyor. Aslında bunu da deneyip görmek lazım. WT210 ile enerji ölçümü de yapılabiliyor, bir kondansatör bağlayıp deneyeceğim. Ama bunu ayrı bir konuda yapalım.

 

[devreci]

Hocam bunu denemeniz çok iyi olur çünkü bazı aletlerde 2.2Uf kondasatör var bu sürekli fişte dursa faturayı baya şişirir acaba korkmamız gerekmiyor mu ? bende bunu hep düşünür dururdum.

 

[Mikro Step]

Bu deneyi senin evde kendi sayacinla yapman gerekir. Tum yukleri kaldirip 2.2u yu baglayip bes on dakika gozlemek lazim.

 

[Ahmet]

https://www.hepsiburada.com/luna-monofaze-elektronik-sayac-lun-21-p-HBCV00001XU1XC?magaza=%C3%96Z%20EMEK%20ELEKTR%C4%B0K&ds_rl=1294343&wt_gl=cpc.6822-YapiMarket.shop.camp10207818870adgr101692805973&ds_rl=1294343&gclid=Cj0KCQjw7uSkBhDGARIsAMCZNJtgaLHWyMLLZkOmiaKSG4havdeml-Fud6Sxt4LlzTy_Xl4RZjJ8BSYaAg-LEALw_wcB&gclsrc=aw.ds

Türkiyenin %80'inde bu sayaç var.

 

[taydin]

Bu konuda biraz daha araştırma ve plecs ile deneyler yaptım. Neticede benim vardığım sonuç şu: Genel bilgi olarak güç faktörünü yük voltajı ve yük akımı arasındaki faz farkından türetirsek, yarım dalga doğrultucunun bir güç faktörüne sahip olması mantık yapmıyor, çünkü voltaj ve akım arasında bir faz farkı yok. Ama güç faktörünün genel tanımı, yani hem lineer hem de nonlineer devreleri de kapsayan tanımı şudur:

[math]true\ PF = displacement\ PF \times distortion\ PF[/math]
displacement PF Yer değiştirme, veya buradaki anlamıyla faz kaymasından kaynaklanan güç faktörüdür. Eğer devrede reaktif komponentler varsa, displacement PF 1 den farklı olacaktır.

distortion PF Nonlineer yüklerde, yük akımının barındırdığı harmoniklerden kaynaklanan güç faktörüdür. Lineer yüklerde distortion PF bire eşittir, çünkü herhangi bir harmonik yoktur ve enerjinin tamamı temel frekanstadır. Ama nonlineer devrelerde, reaktif komponent olsa da olmasa da, enerjinin bir kısmının harmoniklerde yer almasından dolayı distortion PF 1 den küçük olacaktır.

Bu durumda yarım dalga devrede, güç faktörünün 1 den küçük olmasının sebebi displacement PF değildir. Bu değer yarım dalga doğrultucuda halen 1 dir. Güç faktörünün 1 den küçük olmasının sebebi distortion PF nin 1'den küçük olmasındandır. Durum böyle olunca da, ideal komponentlerden oluşan yarım dalga doğrultucu için "kapasitiftir" veya "endüktiftir" diyemeyiz. Bu devre için geçerli olan kavramlar değil bunlar. Onun yerine, yükten geçen akım harmonikli olduğu için bundan kaynaklanan bir güç faktörü kötüleşmesi var diyebiliriz.