3. Deney - Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

Transkript

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
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
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
2013-2014 Bahar
Kısım II
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
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.
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
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
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
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
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
2013-2014 Bahar
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
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
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

3. Deney - Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

Transkript

Benzer belgeler

çözümler

S-1. Şekildeki deniz otobüsünün (hydrofoil boat) pervane şaftı 30 m

PC Teknik Özellikleri Buroşür