Alternatif Akım

Alternatif Akım
Vikipedi, özgür ansiklopedi

AC dalga şekilleri

Alternatif akım (İngilizce: Alternating current), genliği ve yönü periyodik olarak değişen elektriksel akımdır. En bilinen AC dalga biçimi sinüs dalgasıdır. Yine de farklı uygulamalarda üçgen ve kare dalga gibi değişik dalga biçimleri de kullanılmaktadır. Bütün dalgalar birbirlerine elektronik devreler aracılığı ile çevrilebilirler. Devrede kondansatör, diyotlar, röleler ile bu çevrim yapılabilir.

Sinüzoid dalga

AC güç genellikle sanayi ve konutlarda kullanılır. Santrallerde üretilen enerjinin sevkinde de AC kullanılmaktadır. Deniz altına yapılan enerji nakil hatlarında üretilen AC elektrik, dalga yapısında bozulmalara sebep verilmemesi için DC' ye dönüştürülerek taşınmaktadır. HVDC ismi verilen uygulama ile okyanus ya da deniz altından nakil hatları işlenebilmektedir.
Günümüzde havadan ve kablo üzerinden taşınan, ses ve radyo dalgalarının karışmama sebebi de alternatif akımın farklı sinüzoidal yapılarda olmasından kaynaklanmaktadır.

Tarihi

İlk AC sistem

İzolasyonlu kablolar arasındaki alternatif akım etkisini pratikte ilk dizayn eden William Stanley' dir. İndüksiyon bobini adını verdiği ve transformatör'ün atası olan sistemle alternatif akımla ilgili çalışmalarına başlamıştır. Bugün kullanılan haliyle alternatif akım ilk olarak Nikola Tesla tarafından 1886 yılında laboratuar ortamında üretilmeye başlanmıştır. Tesla daha sonra patentini George Westinghouse' a satmıştır. O yıllarda Lucien Gaulard, John Dixon Gibbs, Carl Wilhelm Siemens ve diğer bazı bilim adamlarıda, bu alanda çalışmalar yapmışlardır.
Endüstriyel amaçlı üç faz (İngilizce: Three-phase) AC elektrik akımı üreten ilk santral ise, 1893 yılında Almirian Decker tarafından Kaliforniya' daki Mill Creek hidroelektrik santralinde kurulmuştur. Decker' in tasarladığı sistem 10.000 volt ve 3 fazlı bir sistemdir. Bu gerilimi kullanan sistemler günümüzde hala motorlarda ve bazı nakil hatlarında bulunmaktadır.
Alternatif akım 19. yüzyılın sonları ile 20. yüzyılın başlarında geliştirilerek kullanılmaya başlanılmıştır.

Üretimi, İletimi ve Dağıtımı
Bilindiği gibi içerisinden elektrik akımı geçen bir kablo etrafında manyetik alan meydana getirir. Tersinir olarak, manyetik alana maruz kalan bir kabloda da elektrik akımı oluşur. Bu ilkeden yola çıkılarak sabit stator ve hareketli rotor dan oluşan bir sistem dizayn edilmiştir. Çeşitli güçlerle (hidroelektrik santraldeki yüksekten düşen su, termik santraldeki buhar gücü, vb) döndürülen rotor statorda sarılı haldeki kablolar üzerinde elektrik akımı oluşturur. Daire biçimindeki statorun 120° lik açı ile 3 tarafından üretilen elektrik enerjisi alınır. Üç faz oluşmuş bulunmaktadır. AC' deki sinüs dalgasının sebebi ise her faza düşen manyetik alanın, döner haldeki rotor sebebiyle sürekli değişmesinden kaynaklanmaktadır.

İletimi

Manyetik alan

Alternatif akımın gücü bilindiği gibi transformatörlerle arttırılabilir veya azaltılabilir. İletim sırasında nakil hatlarında oluşan gerilim düşümünü indirgemek için yüksek gerilimler kullanılır. Türkiye için iletim hatlarında 154 ve 380 kV (kilovolt) kullanılır. Burada iletim hattından kasdedilen santral ile şehir şebeke girişleri arasıdır.
Bir iletim hattındaki kayıp güç iletkendeki akımın karesi ve direncinin çarpımı ile bulunur.

olarak formülüze edilir. Bunun anlamı; 'eğer iletkendeki akım 2 katına çıkarsa güç kaybı 4 kat artacaktır' demektir.
Ancak yüksek gerilimlerinde dezavantajları vardır. Bunlar;

Taşıma tehlikeleri
Hatta oluşan yüksek manyetik alandan dolayı etkileşim
Hatta oluşan yüksek manyetik alandan dolayı kablolarda ters gerilimler oluşması ve gerilim saflığının bozulması (Günümüzde hat başından hat sonuna 3 kere çaprazlama yapılarak giderilmektedir.)

Günümüzde HVDC sistemler, yani yüksek gerilimli doğru akım iletim sistemleri bu etkileri ortadan kaldırmıştır, ancak uygulanması ve işletme maliyetleri çok yüksektir. Bu sistemde santralde üretilen AC güç, doğrultucu devreler yardımıyla DC güce çevrilir ve DC olarak taşınır. Hat sonunda tekrar AC güce çevrilir.
Hatta 3 faz taşımak esastır. Çünkü dünyadaki elektrik santrallerinin tamamına yakını 3 faz elektrik üretir. Bunun sebebi jeneratörün statorundaki 120°'lik açıyla dizilmiş hat çıkışlarıdır.

Dağıtımı

Transformatör örnek şeması

Şehirlerarası nakil hatları sonlar ile şehir şebekesi başlangıçları arasında indirici merkezler bulunur. Bu merkezlerin görevi gelen yüksek gerilimi dağıtım planlarına göre orta gerilim veya düşük gerilime çevirmektir. Bu merkezlerdeki transformatörler bu görevi yüklenirler. Temel olarak bir indirici merkezde, transformatör, kesici, ayırıcı, gerilim trafosu, kumando panoları bulunur.

AC Matematiği

Sinüs dalgası

Alternatif akım, alternatif gerilimle beraber incelenir. Alternatif akım genellikle sinüzoidaldir. Sinüs değeri

0° için 0, 90° için +1,
180° için 0,
270° için -1' dir.

AC gerilim (V) matematiksel olarak aşağıdaki formül ile ele alınabilir:

AC güç Frekansları
Elektriğin frekansı ülkelere göre değişiklik gösterebilir. En çok kullanılan frekanslar 50 ve 60 hertzdir. Askeri alanlarda, denizaltılarda, tekstil endüstrisinde, bazı merkez bilgisayarlarda, uçaklarda ve uzay araçlarında 400 hertz kullanılmaktadır. Aşağıdaki tabloda ülkelere göre frekans ve gerilim değerleri bulunmaktadır.

MsXLabs Üye Girişi