2. ÜNİTE...Elektrik devresi; üreteç, iletken, sigorta, anahtar ve alıcıdan meydana gelen kapalı bir sistemde, akımın izlediği yoldur. Elektrik devresi ile su devresinin karşılaştırılması

2. ÜNİTE

ELEKTRİK DEVRESİ VE KANUNLARI

KONULAR1. Elektrik Devresi

2. Direnç ve Ohm Kanunu

3. Kirşof Kanunu

57

2. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞIELEKTRİK BİLGİSİ

2.1 ELEKTRİK dEVRESİ Elektrik akımını meydana getiren elektronlar, elektrik devresinden geçerek alı-

cıda başka bir enerjiye dönüşür. Elektrik alıcılarının çalışması için sürekli elektrik akı-mı geçmelidir. Bu akım alıcının devresine bağlanan elektrik enerji kaynağı ile temin edilir. Enerji kaynağının bir ucundan çıkan elektronlar iletken- alıcı-iletken yolunu takip ederek diğer ucuna ulaşır.

Elektrik devresi; üreteç, iletken, sigorta, anahtar ve alıcıdan meydana gelen kapalı bir sistemde, akımın izlediği yoldur.

Elektrik devresi ile su devresinin karşılaştırılması Elektrik devresinin daha iyi anlaşılması için su devresi ile karşılaştıralım. Su molekülleri borular yardımıyla pom-pa, vana ve türbin üzerinden devrelerini tamamlar, buna su devresi denir.

Elektrik yüklerinin, üreteç, iletkenler, anahtar, sigorta ve alıcı üzerinden ta-mamladıkları yol da elektrik devresini oluşturur.Su devresinde; kaynaktaki su bir pompadan verilen enerji sayesinde vana açıldıktan sonra, oluşan kinetik enerji tür-bine hareket kazandırır.

Şekil 02.01: Elektrik devresinden akım geçişi

58


Elektrik devresinde; anahtarın kapatılmasıyla meydana gelen kapalı devrede, iletkenler üzerinden geçen elektrik yükleri, enerjilerini alıcıya vererek devrelerini üreteçten tamamlar.

Şekil 2.2 incelendiğinde, su devresindeki pompa elektrik devresindeki ba-taryanın görevine benzer iş yapmaktadır. Ayrıca su devresindeki vana ile elektrik devresindeki anahtar benzer görevleri görmektedir. vana suyun geçişini, anahtar elektrik akımının geçişini kontrol eder.

2.1.1 ELEKTRİK dEVRE ELEMANLARI VE GÖREVLERİ Basit bir elektrik devresi beş bileşenden oluşur. Devre bileşenleri, üreteç, si-

gorta, anahtar, alıcı ve iletkendir (Şekil 2.3).

Şekil 02.02: Su devresi ile elektrik devresinin karşılaştırılması

Şekil 02.03: Basit elektrik devresi

59


2.1.1.1 üRETEÇ herhangi bir enerjiyi (kimyasal, mekanik, ısı, ışık), elektrik enerjisine dönüştü-

ren devre elemanına üreteç veya kaynak denir. Elektrik devresindeki alıcıların çalışa-bilmesi için gerekli elektrik enerjisini sağlayan devre elemanıdır.

Akım kaynağı, doğru akım kaynağı ve alternatif akım kaynağı olmak üzere iki çeşittir. Doğru akım kaynağı; generatör (D.A. dinamo), akümülatör, pil olarak çeşitle-ri vardır. Alternatör (A.A. generatör) alternatif akım kaynağıdır. Redresörler ise alter-natif akımı doğru akıma çevirir.

Limona farklı iki metal batırıldığında küçük bir lambayı kısa süreliğine yakabi-lir.

Resim 02.01: doğru akım kaynağı piller

Şekil 02.04: Seri ve paralel bağlanan piller

60


Piller genellikle 1,5 volt, aküler ise 12 volt gerilim verebilecek şekilde üretilir. Pil ve akümülatörler seri bağlanarak ( + uç, – uca bağlanır) devreye verdikleri geri-limler arttırılır. Paralel bağlanarak akım verme kapasiteleri arttırılabilir.

2.1.1.2 SİGORTA Elektrik devrelerinden istenmeyen aşırı akımlar geçebilir. Bu durumda elekt-

rik devre elemanları zarar görür. Devreye bağlanan sigorta akım şiddetinin belli bir değerin üstüne çıkmasını önler. Devrenin güvenliği için kullanılır. Çeşitleri vardır. Buşonlu, cam, fişli, anahtarlı otomatik sigorta, Nh (bıçaklı) sigorta ve yüksek gerilim sigortalarıdır.

Resim 02.02: Çeşitli tip sigortalar

Resim 02.03: Buşonlu Sigorta

61


Küçük akımlı ve elektronik devrelerde cam sigortalar, aydınlatma ve priz dev-relerinde buşonlu veya anahtarlı otomatik sigortalar, büyük akımlı güç devrelerinde Nh sigortalar kullanılmaktadır.

2.1.1.3 ANAhTAR Devreyi açıp kapamaya yarayan araçlardır. Anahtar açıldığında alıcıya giden

akım kesilir ve alıcı enerjisiz kalır. Anahtar kapatıldığında ise devreden akım geçer ve alıcı çalışır.

Büyük akımlara kumanda eden anahtarlara şalter adı verilir. Zayıf akım, mer-diven otomatiği (liht), yangın bildirim gibi devrelerde buton kullanılır. Buton ile anahtarın farkı, anahtar kalıcı buton ise basıldığı sürece devreyi çalıştırır.

Aydınlatma devrelerinde kullanılacak anahtarlar, faz iletkeni üzerine konulma-lı ve 220 volt’a kadar devrelerde anahtar anma akımı en az 10 Amper olmalıdır.

2.1.1.4 ALICI Elektrik enerjisini istenen başka bir enerjiye dönüştüren aygıtlara alıcı (yük- al-

maç) denir. Alıcı çeşitleri olarak; elektrik enerjisini ısı enerjisine dönüştüren elektrik fırın ve sobaları, mekanik enerjiye çeviren motor, ışık enerjisine çeviren lamba örnek

Resim 02.04: Buton, şalter ve anahtar

Şekil 02.05: Anahtar ve buton sembolleri

62


olarak verilebilir. Alıcılar, özelliğine göre doğru akımla veya alternatif akımla, 12- 24- 48- 220- 400 volt gerilimlere göre çalışan tiplerde yapılır.akım kesilir ve alıcı enerjisiz kalır. Anahtar kapatıldığında ise devreden akım geçer ve alıcı çalışır.

2.1.1.5 İLETKEN Elektrik devre elemanlarının birbirine bağlantıları, elektrik akımını iyi ileten

bakır veya alüminyum gibi metal tellerle yapılır. Diğer bir deyişle akım kaynağı ile alıcıyı birleştiren ve elektrik akımının üzerinden geçtiği yoldur. İletken kesitleri dev-re akımını karşılayacak değerde olmalıdır. Elektrik iç tesisatta üzeri yalıtılmış iletken-ler kullanılır. Çok telli ve tek telli yalıtılmış iletkenler kullanılmaktadır.

Elektrik devresindeki iletkenlerin ısınmaması ve enerji kaybına neden olma-ması gerekir. Bu nedenle bir elektrik devresinde kullanılacak iletken kesitinin seçi-minde şu hususlar dikkate alınmalıdır:

• Alıcının gücü • İletkenin uzunluğu ve iletkenin cinsi • Devreye uygulanan gerilimin değeri

2.1.2 ELEKTRİK dEVRESİ ÇEŞİTLERİ Elektrik devreleri açık, kapalı ve kısa devre olmak üzere üç başlık altında ince-

lenir.

Şekil 02.06: Açık devre

63


2.1.2.1 AÇIK dEVRE Bir devrede anahtar veya sigorta açık olduğu zaman ya da akım yolunda bir

iletkende kopukluk veya bağlantı yerlerinde temassızlık olduğu zaman alıcı üzerin-den akım geçmez bu tip devrelere açık devre denir (Şekil 2.7).

2.1.2.2 KAPALI dEVRE Devrede anahtar kapalı iken üreteçten çıkan akım alıcıya ulaşıyor ve devresini

tamamlıyor ise devre kapalı devredir (Şekil 2.8).

Şekil 02.07: Kapalı devre

Şekil 02.08: Kapalı devre

64


2.1.2.3 KISA dEVRE Devreden geçen akımın alıcıya gitmeden devresini daha kısa yoldan tamam-

lamasına kısa devre denir (Şekil 2.9). Üreteç gerilimi karşısında direnç sıfır olduğun-dan devreden büyük değerde akım geçmek ister. Böyle durumda koruma elemanı olarak kullanılan sigorta devreyi açar. Bu nedenle devrede sigorta olması önemlidir. Kısa devre, arıza çeşitlerinden biri olup arzu edilmeyen bir durumdur.

2.2 dİRENÇ VE OhM KANUNU

2.2.1 OhM KANUNU 1827 yılında George Simon Ohm “Bir iletkenin iki ucu arasındaki potansiyel

farkın, iletkenden geçen akım şiddetine oranı sabittir” şeklinde tanımını yapmıştır.

Şekil 02.09: Kısa devre

Şekil 02.10: Ohm kanununun denklem halinde gösterimi

65


Bir elektrik devresinde akım, voltaj ve direnç arasındaki bağlantıyı veren kanu-na “Ohm Kanunu” adı verilir. Bu tanıma göre aşağıdaki formüller elde edilir.

Burada U gerilimi (birimi volt “v”); I akımı (birimi amper “A”), R direnci (birimi Ohm “Ω”) simgelemektedir. Üçgende hesaplanmak istenen değerin üzeri parmak ile kapatılarak denklem kolayca çıkarılabilir.

ÖRNEK 1: 1,5 v’luk pilin uçları arasına direnci 3 ohm olan bir ampul bağlanmıştır. Ampul üzerinden geçen akımı hesaplayınız (Şekil 2.31).

ÇÖZÜM:

I=U/R I=1,5/3=0,5A

2.2.2 dEVRE ÇÖzüMLERİ Elektronik devrelerde kullanılan dirençler, seri paralel ya da karışık bağlanarak

çeşitli değerlerde dirençler elde edilebilir.

Seri Devre: Öçlerinden aynı akım geçecek şekilde dirençler birbiri ardına ekle-nirse bu devreye seri devre denir. İstenen değerde direnç yoksa seri bağlantı yapılır. Örneğin iki adet 300Ω’luk direnç seri bağlanarak 600Ω’luk direnç elde edilir.

Eşdeğer Direnç Bulma: Tüm dirençlerin yerine geçecek tek dirence eşdeğer direnç veya toplam direnç denir. RT veya Reş şeklinde gösterilir. Seri devrede top-lam direnç artar. Birbiri ardınca bağlanan dirençlerden her birinin değeri aritmetik

Şekil 02.011:

66


olarak toplanır ve toplam direnç bulunur. Toplam direnç bulunmasında kullanılan denklem;

RT=R1+R2+R3+…+Rn şeklindedir.

ÖRNEK 2: şekil 2.12’ te üç adet seri bağlı direnç gösterilmiştir. A-B noktaları arasındaki eşdeğer direnci hesaplayınız.

ÇÖZÜM:

RT=R1+R2+R3=3+5+7=15Ω

Şekil 02.012: Seri bağlı dirençler

Şekil 02.013: Seri devrede akım geçişi

67


Akım geçişi:

Devre akımı seri bağlı tüm dirençlerin üzerinden geçer.

2.3 KİRŞOF KANUNLARI

2.3.1KİRŞOF GERİLİMLER KANUNUKirşof, Gerilimler Kanunu ile “devreye uygulanan gerilim, dirençler üzerinde

düşen gerilimlerin toplamına eşittir” der.

UT=U1+U2+….+Un…..(v)

U=I.R olduğundan

UT=(I.R1)+(I.R2)+…..+(In.Rn) şeklinde de yazılabilir.

ÖRNEK 3: Şekil 2.14’de verilen devrede dirençler üzerinde düşen gerilimleri bulalım.

ÇÖZÜM:

Öncelikle eşdeğer direnç:

RAB=R1+R2+R3; RAB=3+5+7=15Ω

Devreden geçen akım (Ohm Kanunu):

I=U/Rab=30/15=2A

Şekil 02.014: Seri devrede akım geçişi

68


U1=I.R1=2.3=6V; U2=I.R2=2.5=10V; U3=I.R3=2.7=14V

Kirşof Kanunu’na göre dirençler üzerinde ki gerilimlerin toplamı üretecin gerilimine eşit olmalıydı.

U=U1+U2+U3; 6v+10v+14v=30v;

Paralel Devre:

Dirençlerin karşılıklı uçlarının bağlanması ile oluşan devreye paralel bağlantı denir. Paralel bağlantıda toplam direnç azalır. Dirençler üzerindeki gerilimler eşit, üzerinden geçen akımlar farklıdır.

Şekil 02.016:

Şekil 02.015:

69


Paralel Devre Direnç Toplama:

Paralel bağlantıda seri bağlantıdan farklı olarak eşdeğer direnç, direnç değer-lerinin çarpmaya göre terslerinin toplamının yine çarpmaya göre tersi alınarak bu-lunur. Formül haline getirirsek:

1/Reş =1/R1 +1/R2 +...1/Rn

Sadece iki paralel direncin olduğu devrelerde hesaplamanın kolaylığı açısından formül şu şekilde ifade edilebilir:

Reş=(R1.R2)/(R1+R2 )

ÖRNEK 4:

Şekil 2.17’deki devrede A ve B noktaları arasındaki eşdeğer direnci hesaplayınız.

ÇÖZÜM:

veya

Gerilim eşitliği:

Paralel kolların gerilimleri eşittir. Kaynak uçlarını takip edersek doğruca direnç

Şekil 02.017: Paralel devre

70


uçlarına gittiğini görebiliriz (Şekil 2.18).

Burada UK kaynak gerilimi başka hiçbir direnç üzerinden geçmeden doğruca R1 direncinin uçlarına gitmekte dolayısıyla U1 gerilimi kaynak gerilimine eşittir.

Tüm bunlar R2 direnci ve U2 gerilimi içinde geçerlidir. Başka bir değişle Uk=U1=U2’dir. Direnci düşük olan koldan çok, direnci fazla olan koldan az akım geçişi olur. Akım ve direnç arasında ters orantı vardır.

Şekil 02.018:

Şekil 02.018: Paralel bağlı dirençler üzerine düşen gerilimin gösterimi

71


2.3.2 KİRŞOF AKIMLAR KANUNUKirşof, Akımlar Kanunu ile “Bir düğüm noktasına gelen akımların toplamı o dü-

ğüm noktasını terk eden akımların toplamına eşittir” der.

IT=I1+I2+….+In(A) (1)

I=U/R olduğundan 1 numaralı denklemde yerine yazarsak (2) numaralı formül elde edilir.

IT=U/R1 +U/R2 +...U/Rn (2)

ÖRNEK 5:

Şekil 2.20’deki devrenin I1 ve I2 kol akımlarını ve I akımını bulunuz.

ÇÖZÜM: Kaynak gerilimi paralel dirençlerde düşen gerilimlere eşittir.

I1=U/R1 =15/3=5A; I2=U/R2 =15/6=2,5A

Kirşofun Akımlar Kanunu ile :

I=I1+I2=5+2,5=7,5A

Karışık Devre:

hem paralel hem de seri bağlı dirençlerin bulunduğu devrelere karışık devre denir. Karışık devreler seri ve paralel devre özelliklerini gösterir.

Eşdeğer Direnç hesaplama Yöntemi:

Karışık devre çözümlerinde devrenin seri ve paralel kısımları ayrı ayrı hesapla-narak sadeleştirme yapılır. Sadeleştirmeler sonucunda eşdeğer direnç bulunur.


72



ÖRNEK 6: Şekil 2.21’deki devrenin A-B noktaları arasındaki toplam direncini bulunuz.

ÇÖZÜM:

Reş1=R1+R2=2+4=6Ω (şekil2.22)

Şekil 02.22:

73


Şekil 02.23:

Şekil 02.24:

74


DEĞERLENDİRME SORULARI -2

Aşağıdaki soruları okuyarak doğru seçeneği işaretleyiniz.

1. 5Ω ve 10Ω’luk iki direnç birbirine paralel bağlanmıştır, devrenin eşdeğer

direncini hesaplayınız.

2. Bir kaynağa üç direnç seri olarak bağlanmıştır. R1 direncinin uçlarında 20 volt

vardır R2 direncinden 5 Amper geçmektedir. R3 direnci 2Ω olduğuna göre

devredeki kaynağın gerilimini hesaplayınız.

3. Şekildeki devrede A ve B noktaları arasındaki eşdeğer direnci hesaplayınız. 52

volt’luk gerilim uygulandığında en yüksek akımın hangi dirençten geçtiğini

hesaplayınız.

4. Şekildeki kaynaktan çekilen akımı hesaplayınız.

Documents

2. ÜNİTE...Elektrik devresi; üreteç, iletken, sigorta, anahtar ve alıcıdan meydana gelen kapalı bir sistemde, akımın izlediği yoldur. Elektrik devresi ile su devresinin karşılaştırılması