Aktif, Reaktif ve Görünür Güç ile Güç Katsayısı

Konu Anlatımı

Bu derste ne öğreneceğiz

Alternatif akım devrelerindeki aktif, reaktif ve görünür güç kavramlarını öğrenecek; güç üçgeni üzerinden üç güç türünü birbirine bağlayacaksın. Güç katsayısının (cos φ) ne anlama geldiğini, neden düşük olduğunu ve kondansatör grubuyla nasıl iyileştirildiğini inceleyeceğiz. Böylece motor ve aydınlatma tesisatlarında enerji verimliliğini değerlendirebileceksin.

Ön bilgi

Konuya başlamadan önce şu noktaları hatırlaman yararlı olur:

• Endüktif yükte akım gerilimden faz geride kalır ve cos φ düşer.
• Kapasitif yükte ise akım gerilimden faz ileride kalır.
• Güç, birim zamanda yapılan iştir ve watt ile ölçülür.
• Enerji gücün zamanla çarpımıdır ve kilovoltsaat (kWh) birimini taşır.

Kavramlar ve Temel Tanımlar

Aktif güç (P), gerçekten iş yapan ve kaynak tarafından enerji olarak tüketilen güçtür; watt (W) ile ölçülür ve P = V × I × cos φ ile hesaplanır. Reaktif güç (Q), endüktans ve kapasite elemanlarıyla kaynak arasında gidip gelen fakat net iş yapmayan güçtür; var (VAr) birimini taşır ve Q = V × I × sin φ ile bulunur. Görünür güç (S) ise kaynağın sağlamak zorunda olduğu toplam güçtür, volt-amper (VA) ile ifade edilir ve S = V × I ilişkisinden hesaplanır. Üç güç türü arasındaki bağıntı güç üçgeniyle gösterilir: S² = P² + Q². Güç katsayısı (cos φ) ise P / S oranıdır; değeri 1'e yaklaştıkça aynı aktif güç için gereken akım azalır ve iletim hatlarındaki I²R kayıpları düşer. Endüktif tesisatlarda cos φ, endüktif reaktif gücü dengeleyen kondansatör grubu bağlanarak iyileştirilir.

Basit örnek

Gerilimi 220 V, akımı 10 A ve güç katsayısı 0,8 olan bir yükün aktif, reaktif ve görünür gücünü bulalım.

Adım adım çözüm

Adım 1: Görünür güç S = V × I = 220 × 10 = 2200 VA bulunur. Adım 2: Aktif güç P = V × I × cos φ = 2200 × 0,8 = 1760 W olur. Adım 3: cos φ = 0,8 için sin φ = 0,6 olduğundan reaktif güç Q = 2200 × 0,6 = 1320 var olarak hesaplanır; üç değer güç üçgenini oluşturur.

İleri örnek

Bir atölye motordan çekilen aktif güç 8 kW, görünür güç ise 10 kVA ise güç katsayısı cos φ = 8 / 10 = 0,8 olarak bulunur. Güç katsayısını 0,95'e çıkarmak için bağlanacak kondansatör, ilk reaktif güç ile yeni reaktif güç arasındaki farkı karşılamalıdır; böylece hat akımı azalır ve enerji kaybı düşürülür.

Kavram karşılaştırma tablosu

Aktif, reaktif ve görünür gücün temel özelliklerini gösteren karşılaştırma tablosu şöyledir:

Sık yapılan hatalar

Aktif gücü S = V × I ile hesaplamak, reaktif gücün iş yaptığını sanmak ve güç katsayısını boyutsuz bir sayı yerine açıyla karıştırmak yaygın hatalardır. Endüktif yüklerde cos φ düşük olduğundan daha fazla akım çekilir; bu durum hem kablo kesitini büyütür hem de iletim kaybını artırır, bu yüzden tesisatlarda güç katsayısı iyileştirmesi büyük önem taşır.

Özet

Aktif güç P = V × I × cos φ iş yapan, reaktif güç Q = V × I × sin φ iş yapmayan, görünür güç S = V × I ise toplam güçtür. Aralarındaki ilişki S² = P² + Q² olup güç üçgeniyle gösterilir. Güç katsayısı cos φ = P / S olup 1'e yakın olmalıdır; endüktif tesisatlarda kondansatör grubu bağlanarak iyileştirilir ve böylece iletim kayıpları azaltılır.

Kendini dene

V = 400 V, I = 15 A ve cos φ = 0,7 olan bir yükün aktif, reaktif ve görünür gücünü hesaplayınız. Ardından güç katsayısını 0,95'e çıkarmak için gereken reaktif gücü azaltma miktarını mantıksal olarak açıklayınız.

Temrin ve Uygulama Notları

3.7 Seri RLC'de güç hesabı

Örnek olarak R = 4 ohm, X = 3 ohm ve 10 V uygulanan devrede Z = 5 ohm, I = 2 A bulunur. Aktif güç P = I² · R = 16 W, reaktif güç Q = I² · X = 12 var, görünür güç S = 20 VA olur. Güç katsayısı cos φ = 0,8'dir. Birimler W, var ve VA olarak ayrı tutulur.

Sınavda: aktif, reaktif ve görünür gücün hesabı, güç üçgeninin kenarları ve cos φ yorumu sorulabilir.