3. Deney - Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Transkript
3. Deney - Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
2013-2014 Bahar ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELN2024 Elektrik Devreleri Laboratuarı II –2013-2014 Bahar DENEY 3 Maksimum Güç Transferi Deneyi Yapanın Adı – Soyadı Numarası Deney Grubu Deney Tarihi İmza Değerlendirme : Ön Hazırlık ve Deney Bilgisi (20 / 100) : / 100 Deney Düzeneği Kurulumu (15 / 100) : / 100 Ölçü Aletlerinin Kullanımı (20 / 100) : / 100 Deney Sonuçları (30 / 100) : / 100 Zamanında Tamamlama (15 / 100) : / 100 DENEY NOTU (100 / 100) : / 100 Sonuçların Yorumlanması (90 / 100) : / 100 Rapor Düzeni (10 / 100) : / 100 RAPOR NOTU (100 / 100) : / 100 : : : : Değerlendiren : Doç. Dr. Figen ERTAŞ 2013-2014 Bahar Deney 3 Maksimum Güç Transferi Deneyin Amacı Bir devrede, yüke maksimum güç aktarabilmek için yük empedansının sağlaması gereken koşulları deneysel olarak belirlemek Maksimum güç transferi durumunda devrenin verimini gözlemlemek Maksimum gerilim transfer karakteristiklerini araştırmak Yükte harcanan gücün ve yük geriliminin DC devrelerde yük direnci, AC devrelerde ise frekans ile değişimini incelemek ve yorumlamak Deneyde Kullanılacak Malzemeler Osiloskop Osilatör (Sinyal Generatörü) Board Voltmetre (AC/DC) Ampermetre (AC/DC) Direnç Kutusu Dirençler: 1K, 1.8K, 3.9K, 6.8K, 15K Kondansatör: 330nF Endüktans: 33mH Önbilgi Maksimum güç transferi ve maksimum gerilim transferi kavramları birbirleriyle yakından ilişkilidir. Maksimum güç transferine tipik bir örnek, kuvvetlendiricilerden hoparlörlere (veya yüke) mümkün olduğu kadar çok güç transferinin amaçlandığı stereo kuvvetlendiricilerdir. Aynı kuvvetlendiricide maksimum gerilim transferi ilkesi de kullanılır. Ancak bu ilkenin kullanım alanı kuvvetlendirme sürecinin daha önceki basamaklarıdır. Örneğin, kaset ya da CDçalardan gelen AC gerilim işaretinin genliği çok küçüktür ve kuvvetlendirilmesi gerekir. Burada maksimum güç transferi çok önemli değildir. Önemli olan, bir kuvvetlendirici devreden diğerine mümkün olduğu kadar yüksek genlikli gerilimin aktarılmasıdır. Bu örneklerin AC işaretler içermesinin temel sebebi, maksimum güç ya da gerilim transferinin gerçek yaşamdaki uygulama alanlarının birçoğunda AC işaretlerin kullanılmasıdır. Ancak her iki kavram da (deneyde de görüleceği gibi) DC devrelere de benzer şekilde uygulanabilir. “ Maksimum güç transferi, sadece yük direnci kaynağın eşdeğer direncine eşit olduğu zaman sağlanabilir.” Tarih ve İmza: 1 Doç. Dr. Figen ERTAŞ 2013-2014 Bahar Kaynağın eşdeğer direncinden farklı değerdeki herhangi bir yük direnci yüke daha az bir gücün aktarılmasına sebep olur. Maksimum gerilim transferi, yük direnci kaynak direncinden çok daha büyük olduğu –teorik olarak yük direncinin değeri sonsuz iken- zaman gerçekleştirilir. Pratik uygulamalarda, yük direnci kaynak direncinin 100 katı ise kaynak geriliminin %99’undan fazlası yüke aktarılır. Yük direnci kaynak direncinin sadece 10 katı ise, kaynak geriliminin %90’ından fazlası yük direncine aktarılır. Bu deneyde, elde edilen ölçüm sonuçlarının bir bölümü yarı-logaritmik grafiklerin çizilmesinde kullanılacaktır. Yarı-logaritmik grafiklerin bir ekseni (genellikle düşey eksen) lineer olarak, diğer ekseni ise logaritmik olarak ölçeklendirilmiştir. Bu tip ölçeklendirme, geniş bir aralıktaki verilerin sıkıştırılarak tek grafik üzerinde gösterilmesi açısından son derece faydalıdır. Elektronikte kullanılan yarı-logaritmik grafiklerin yatay eksenlerini genellikle geniş bir aralıktaki direnç ya da frekans değerleri oluşturur. Kısım I Deneyin Yapılışı Şekil 1’deki deney düzeneğini kurunuz. Kaynak gerilimini ölçünüz. Yük direnci RL’nin 100, 470, 1K, 4.7K ve 10K değerleri için gereken ölçümleri yaparak Tablo 1’i doldurunuz. Rg=1K A E=12V V RL Şekil 1 Tablo 1’de IL yük akımını, VL yük gerilimini, Pi DC gerilim kaynağından çekilen toplam gücü, PL yüke aktarılan gücü göstermektedir. Verim ise , Verim (%) PL . Pi formülü ile hesaplanabilir. Tarih ve İmza: 2 Doç. Dr. Figen ERTAŞ 2013-2014 Bahar Tablo 1 RL () IL (mA) VL (V) Pi (mW) PL (mW) Verim (%) 100 470 1000 4700 10000 Sorular 1. Yüke aktarılan gücün maksimum değerine ulaştığı noktada RL ve Rg dirençleri arasında nasıl bir bağıntı vardır? Elde ettiğiniz bu sonuç teori ile uyumlu mudur? Açıklayınız. 2. Yüke aktarılan gücün maksimum olduğu durumda devrenin verimi ne kadardır? Teorik hesaplamaları yaparak, ölçümler sonucunda elde ettiğiniz bu değeri teorik değer ile karşılaştırınız. Fark varsa, nedenini belirtiniz. 3. Elde ettiğiniz sonuçlardan yararlanarak maksimum gerilim ve maksimum güç transferi kavramlarını karşılaştırınız. Tarih ve İmza: 3 Doç. Dr. Figen ERTAŞ 2013-2014 Bahar Kısım II Deneyin Yapılışı Şekil 2’deki deney düzeneğini kurunuz. Kaynak gerilimini ölçünüz. RL = 1K iken Rg’nin 10K, 4.7K, 1K, 470, 100 ve 0 değerleri için gereken ölçümleri yaparak Tablo 2’yi doldurunuz. Rg A E=12V RL=1K V Şekil 2 Tablo 2 Rg () IL (mA) VL (V) Pi (mW) PL (mW) Verim (%) 10000 4700 1000 470 100 0 Sorular 1. Elde ettiğiniz sonuçları yorumlayınız. Tarih ve İmza: 4 Doç. Dr. Figen ERTAŞ 2013-2014 Bahar 2. Elde ettiğiniz sonuçlar Tablo 1’deki değerler ile uyumlu mudur? Neden? Kısım III Önhazırlık Şekil 3’teki devrede yükün uçlarından kaynağa doğru bakıldığında görülen Rth Thevenin direncini ve Eth Thevenin gerilimini hesaplayarak eşdeğer devreyi çiziniz. Deneyin Yapılışı 1. Şekil 3’teki devreyi kurunuz. Tablo 3’te verilen RL direnç değerleri için istenen büyüklükleri ölçünüz ve gereken hesaplamaları yapınız. Tablo 3’teki Ig akımı kaynaktan çekilen akımdır. R3=6.8K R1=3.9K A A R4=1.8K E=12V R2=15K V RL Şekil 3 Tarih ve İmza: 5 Doç. Dr. Figen ERTAŞ 2013-2014 Bahar Tablo 3 RL () Ig (mA) Pi (mW) VL (V) IL (mA) PL (mW) Verim (%) 10 100 1000 4700 10000 47000 100000 470000 1000000 2. Şekil 3’teki devrenin Thevenin eşdeğerini deneysel olarak elde ediniz. Rth Thevenin direncini ölçerken gerilim kaynağını devreden tamamen ayırıp ilgili uçları kısa devre yapınız (RL direncini çıkarmayı da unutmayınız). Eth Thevenin gerilimini ölçerken devreye gerilim kaynağını bağlayınız. Eg=12V için çıkıştaki açık devre gerilimini ölçünüz. Eg=....................... Eth=....................... Rth=....................... 3. Tablo 3’teki ölçümleri kullanarak Yükte Harcanan Güç – Yük Direnci grafiğini çiziniz. Grafik 1 Tarih ve İmza: 6 Doç. Dr. Figen ERTAŞ 2013-2014 Bahar 4. Tablo 3’teki ölçümleri kullanarak Kaynak Gücü – Yük Direnci grafiğini çiziniz. Grafik 2 5. Tablo 3’teki ölçümleri kullanarak Yük Gerilimi – Yük Direnci grafiğini çiziniz. Grafik 3 Sorular 1. Önhazırlıkta hesapladığınız ve ölçtüğünüz Thevenin gerilimi ve dirençlerini karşılaştırınız. Fark varsa nedenlerini belirtiniz. Tarih ve İmza: 7 Doç. Dr. Figen ERTAŞ 2013-2014 Bahar 2. Tablo 3 ve Grafik 1’deki verileri kullanarak maksimum güç transferi için gereken RL değeri nedir? Bu değer ile ölçtüğünüz Rth değeri arasında nasıl bir bağıntı vardır? Neden? 3. Bu deneyde Şekil 3’teki karmaşık devre yerine Thevenin eşdeğer devresi ve Şekil 3’teki yük direncini kullanarak ölçümler yapılsa elde edilen sonuçlar nasıl olurdu? Neden? 4. Grafik 2’yi kullanarak yük direnci arttıkça kaynak gücünün nasıl değiştiğini açıklayınız. Neden? 5. Tablo 3 ve Grafik 3’teki verileri kullanarak yüke maksimum gerilimi aktarmak için gereken RL değerini belirleyiniz. Bu durumu gerilim bölücü kullanarak açıklayınız. Tarih ve İmza: 8 Doç. Dr. Figen ERTAŞ 2013-2014 Bahar 6. RL direnci Rth direncine eşit olduğunda, kaynak gücünün ne kadarı yüke aktarılmıştır? Teorik hesaplamaları da yaparak elde ettiğiniz sonucu teorik sonuçla karşılaştırınız. Bu değeri daha önceki deneylerde elde edilen sonuçlarla karşılaştırarak aradaki farkın sebeplerini belirtiniz. Kısım IV Önhazırlık 1. Şekil 4’teki deney düzeneğinde yüke maksimum güç aktarılması için RL ve CL ’den oluşan yük empedansı gereken şartları sağlıyor mu? Gerekli hesaplamaları yaparak açıklayınız. 2. Şekil 4’teki devrede yüke maksimum gücün aktarıldığı frekansı hesaplayınız. Tarih ve İmza: 9 Doç. Dr. Figen ERTAŞ 2013-2014 Bahar Deneyin Yapılışı 1. Şekil 4’teki devreyi kurunuz. Devrenin girişine tepeden tepeye 3V’luk sinüsoidal bir gerilim uygulayınız. Gerekli ölçümleri yaparak Tablo 4’ü doldurunuz. Önemli Not: i. Osilatörün frekansı değiştirildikçe giriş geriliminin genliğinde değişiklikler olacaktır. Bu nedenle her frekans değişiminde, ölçümleri gerçekleştirmeden önce giriş gerilimini osiloskop ve voltmetre ile kontrol ederek verilen değerde sabit tutulması için gerekeni yapınız. Böylece şebekeden çekilen güç de sabit tutulmuş olur. ii. Bilindiği gibi voltmetre ve ampermetre AC kademede efektif (etkin) değer ölçerler. Bu nedenle şebekeden çekilen ve yüke aktarılan güçleri hesaplarken aşağıdaki formüllerden yararlanınız. Pi Vgeff .I geff cos( Vi - Ii ) PL VLeff .I Leff cos( VL - I L ) Şekil 4 Tablo 4 f (Hz) Ig eff VL eff IL eff Vİ I İ VL I L Pi PL Verim (%) 100 500 1000 1500 2000 Tarih ve İmza: 10 Doç. Dr. Figen ERTAŞ 2013-2014 Bahar 2. Tablo 4’ten yararlanarak Efektif Yük Gerilimi – Frekans ve Yükte Harcanan Güç – Frekans grafiklerini çiziniz. Grafik 4 Grafik 5 Sorular ve Yorumlar 1. Her frekanstaki efektif giriş gerilimi ile efektif yük gerilimlerini karşılaştırınız. Gözlemlediğiniz durumun sebebi nedir? 2. Yüke maksimum gücün aktarıldığı frekans önhazırlık kısmında hesapladığınız teorik değerle uyuşuyor mu? Fark varsa sebebi nedir? Tarih ve İmza: 11 Doç. Dr. Figen ERTAŞ 2013-2014 Bahar 3. Tablo 4, Grafik 4 ve Grafik 5’ten yararlanarak maksimum güç transferi ve maksimum gerilim transferi kavramlarını karşılaştırınız. Daha önce yaptığınız deneylerdeki sonuçlarla karşılaştırılırsa herhangi bir fark var mı? Neden? 4. Farklı frekans değerlerinde yüke maksimum güç aktarmak için devrede yapılması gereken değişiklikler nelerdir? Açıklayınız. Tarih ve İmza: 12 Doç. Dr. Figen ERTAŞ