Elektrik Devresi Tanıtımı - 1. elektrik ve devre kavrami elektriğin Gereği ve Önemi
Elektrik Devresi Tanıtımı
Elektrik devresinin tanımını yapmadan önce devreyi oluşturan bileşenleri ve devre üzerindeki görevlerini öğrenmek faydalı olacaktır.
a.Üreteç: Elektrik enerjisini üreten alet ve makinelere kısaca üreteç denir. Piller, akümülatörler depoladıkları kimyasal enerjiyi, istendiğinde elektrik enerjisine çeviren üreteçlerdir. Dinamo ve jeneratörler ise kullandıkları mekanik enerjiyi manyetik etki ile elektrik enerjisine çeviren üreteçlerdir.
b.Almaç: Elektrik enerjisini üzerinde başka enerjilere çeviren alet veya makinelere
almaç denir. Ampul, ütü, buzdolabı, radyo vb.
c.l l etken: Yüksek elektrik iletme kabiliyeti olan ve özellikle tel hâlinde şekillendirilmiş malzemelere iletken adı verilir. Bakır teller, kablolar ve alüminyum teller buna örnek verilebilir.
ç.Anahtar: Basit anlamda açma ve kapama işleviyle elektrik akımının geçişini kontrol altında tutan araçtır. Açıldığında devre akımını keser; kapandığında ise akımın geçmesini sağlar.
d.Sigorta: Devreyi ve devrede bulunan almacı ve üreteci, aşırı akımdan koruyan bir güvenlik aracıdır. Bu aşırı akım, üzerindeki akım geçişlerinde almaç, üreteç ve iletkenler arızalanabilir. Bunu önlemek için aşırı akımda devreyi kesen sigorta kullanılır.
Basit manada elektrik akımının izlediği yola devre adı verilir. Devre üzerinde birçok bileşen olabileceği gibi sadece bir üreteç, almaç ve iletkenden kurulu yapı da elektrik devresi olarak kabul edilebilir. Asıl önemlisi devre üzerinde bir elektrik akımının varlığı, yani devrenin bir işi gerçekleştirebiliyor olmasıdır.
Elektrik devreleri; üç çeşittir.
Açık devre: Bir elektrik devresindeki anahtar açık duruma getirilirse devre akımı kesilir. Bu durumda akım almaçtan geçmez, dolayısıyla almaç çalışmaz (Şekil 1.7). Akım yolunun açık olduğunu belirtmek için bu şekildeki elektrik devrelerine açık devre adı verilir.
Kapalı devre: Elektrik devresini kumanda eden anahtar kapalı duruma getirilirse devreden akım geçer ve almaç çalışır (Şekil 1.8). Anahtarı kapalı tuttuğunuz sürece üreteç akım verebiliyorsa almaç çalışmasına devam eder. Ancak anahtar kapalı ve almaç sağlam olduğu hâlde çalışmıyorsa üreteç veya almaç bağlantılarında bir temassızlık veya kopma var demektir. Bu arızalar giderilmedikçe devrenin kapalı oluŞundan söz edilemez, devre açık sayılır.
Kısa devre: Herhangi bir nedenle iletkenler almaçtan önce kesişir veya birleşirse meydana gelen bu devre çeşidine kısa devre denir. Kısa devre hâlinde akım, direnci büyük olan almaçtan geçmez. Direnci az olan en kısa yoldan devresini tamamlamak ister. Bu tip devre, bir arızanın varlığını da ifade etmek amacıyla kısa devre olarak tanımlanır. Eğer devrede sigorta varsa kısa devre sonucu oluŞacak yüksek akım, sigorta telini ergiterek devreyi açık konuma getirir. Böylece kısa devre sonucu iletkenler üzerinde oluşan yüksek ısının oluşturacağı tehlike önlenmiş ve üreteç de korunmuş olur.
Almaçla Üretecin Bağlantı ġekline Göre Devreler
Bir devre üzerine birden fazla almaç yerleştirildiğinde akım, üreteçten çıkıp tekrar üretece dönerken devre üzerinde birden fazla hat üzerinden geçme imkânı bulur. Tasarımına bağlı olarak devreler üç ayrı türde incelenebilir.
Bunlar; seri, paralel ve seri-paralel devrelerdir.
Seri devreler: Anlaşılması en kolay seri devrelerdir. Çünkü devre üzerindeki bütün elemanlar, iletkenler birbirlerinin ardı sıra kullanılarak seri olarak bağlanmışlardır. Devre üzerindeki herhangi bir elemanın (Örneğin, bir ampulün) çıkarılmasında veya arızasında akım kesilir. Çünkü artık devre kapalı değildir. Şekil 1.9‟da görüldüğü gibi arızalı ampulün çevresinden bir atlama teli geçirildiğinde diğer ampuller ıŞık verecektir.
Diğer taraftan bütün anahtarlar, kontrol ettikleri cihazlarla seri bağlı olmalıdır. Sigortalar ve aşırı yük koruyucuları gibi emniyet cihazları da seri olarak bağlanır böylece sigorta herhangi bir nedenle elektriki olarak açıldığında cihaz çalışmaya devam edemez.
Seri devrelerde devre üzerinde bulunan her almaç, gerilim düşümüne neden olur. Her almaç üzerindeki gerilim düşümü, almacın direnci ile devre akımının çarpımına eşittir.
Şekil 1.10‟da iki almaçlı bir devrede her almaç üzerindeki gerilim düŞümü görülmektedir.
Paralel devreler: Seri devrede dirençler nasıl ucu ucuna bağlanıyorsa paralel bir devrede de dirençler, üretecin iki ucu arasında olacak şekilde yan yana yerleştirilir.
Şekil 1.11‟deki ampuller paralel bağlıdır. Böyle bir devrenin hat bağlantılarını klasik gösterimle sunan bu Şekil, dirençlerin yan yana yerleŞtirilme düzenini de açıkça vurguluyor. Paralel devrenin birçok özelliği pratik uygulamalarda önemini hemen ortaya koyar. Aynı güce sahip (Örneğin, 40 watt‟lık) üçampulü hem seri hem de paralel bağlayalım. Paralel bağlantıda ampullerin hepsi parlak ışık verirken seri bağlantılarında sönük bir ışık verdikleri görülür.
Şekil 1.11‟de yedi almacın birbirine paralel bağlandığı devreyi inceleyelim. Bu devrede akım güç kaynağından çıktıktan sonra tekrar güç kaynağına dönerken birden fazla hat üzerinden geçmektedir. Yani toplam akım yedi direnç tarafından paylaŞılmaktadır. Eğer her almacın direnci aynı ise her birinden geçen akım da aynı olacaktır. Eğer dirençler birbirine eŞit değilse her birinden geçen akım da farklı olacaktır. Her iki durumda da toplam devre akımı, paralel devrenin her bir hattındaki veya kolundaki tek tek akımların toplamına eşit olacaktır.
Paralel devrede her bir dirençteki voltaj (gerilim) düşümü, (dirençler farklı olsa da) her bir dirençteki gerilim düşümü aynıdır.
Şekil 1.12‟de paralel bağlanmış iki almaçlı devrede gerilim düşümü görülmektedir.
Seri-paralel devreler: Devre üzerindeki elemanların (almaç, iletken, anahtar vb.) üretecin durumuna göre bazılarının paralel bazılarının da seri olarak bağlandığı devre çeŞididir. Birçok uygulamasına rastlamak mümkündür. Örneğin, no-frost soğutucuların elektrik devrelerinde termostat, röle ve termik devrede seri; defrost rezistansı, fan motoru vb. ise paralel bağlanmıştır. Diğer bir örnek sıvı yakıtlı kazanlardan verilebilir. Kazanlarda su pompası devreye paralel bağlı iken yakıt pompası termostat üzerinden seri bağlantılıdır.
ġekil 1.14‟te verilen seri, paralel (karışık) devreyi örnek olarak inceleyelim ve bu devrede devre akımını, direncini, her bir dirençteki gerilim düŞümünü ve her bir dirençten geçen akımı bulalım. Öncelikle devrenin direncini bulalım. Paralel bağlı dirençlerin toplam direncini şu şekilde hesaplayabiliriz. İlk önce ikisinin R1 ve R2‟nin toplam direnci bulunur. Sonra bu toplam dirençle üçüncüsünün toplam direnci bulunur.
R1 x R2 20 x 20
RToplam = ──── = ──── = 10 ? bulunur. Bu toplam dirençle üçüncü direnç aynı
R1 + R2 20 + 20 Şekilde hesaplanırsa paralel devrenin toplam direnci;
RT x R3 10 x 10
R paralel toplam = ──── = ──── = 5 ? bulunur.
RT + R3 10 + 10
Devre direnci ise Rtoplam = R paralel toplam + Rseri = 5 ? + 10 ? = 15 ? bulunmuş olur.
Devre akımı ise I = ── = ── = 10 A bulunur.
Seri 10 ? dirençteki gerilim düŞümü U = 10 A x 10 ? = 100 volt bulunur. Paralel devredeki gerilim düŞümü ise 150 V - 100 V = 50 V bulunur. ġimdi sırası ile paralel dirençler üzerinden geçen akımı bulalım. Dirençlerin paralel olduğu devrelerde gerilim düŞümü eŞittir ve bu devrede 50 V bulunur. Buna göre 10 ohm‟luk direnç üzerinden geçen akımı I = 50/10 = 5 A, 20 ohm‟luk direnç üzerinden geçen akım ise I = 50/20 = 2,5 A ve diğer 20 ohm‟luk dirençten geçen akımda 2,5 A olacaktır.